Rośliny w średniowiecznym Krakowie
advertisement
1 | | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA KWARTALNIK ISSN 1643-8779 3(47) ROK 2013 Rośliny w średniowiecznym Krakowie Co rośliny robią nocą? SZKOŁA NUMER BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA Czy chemia da się lubić? Różne widzenie świata ‑ konspekt lekcji Co to jest SciFun i iGEM? EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych KRÓTKO Symulacja przyszłości w numerze: 3/2013 1 dydaktyczne jak uczyćnarzędziapomysły scenariusze zajęć SZKOŁA 3 29 Marcin Zaród Marcin W. Woch Rośliny towarzyszące człowiekowi w średniowiecznym Krakowie 10 Łukasz Wojtyla, Małgorzata Adamiec 17 Co rośliny robią nocą? 23 Przemysław Woźniak Plemnik – jedna z najciekawszych komórek w przyrodzie informacje KRÓTKO najnowsze odkrycia narzędzia w internecie jak zainteresować zadania KONSPEKT Symulując przyszłość – gry komputerowe w edukacji klimatologicznej 40 Małgorzata Marjampolska, Eliza Rybska Weronika Gonciarz Bakterie w bioremediacji gleby wydarzenia recenzje 51 105SciFun 106iGEM: Biologiczne klocki LEGO kontra rakotwórczy akryloamid 108Nowości ze świata nauki 112 Chemia między nauczycielami Wskaźniki lingwistyczne zrównoważonego rozwoju w Podstawie programowej i naukowcami (konferencja) NAUKA NAUKAprzyroda fizyka środowisko badania Beata Gawrońska, Ligia Tuszyńska Wiedza o zdrowiu u absolwentów warszawskich gimnazjów 56 Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf KONSPEKT 86 Ilona Żeber-Dzikowska, Urszula Poziomek KONSPEKT W ZAŁĄCZNIKU – MATERIAŁY SZKOŁA geografia zdrowie biologia chemia Różne rodzaje widzenia Na okładce: widok z dziedzińca zewnętrznego Wawelu z fragmentami rycin przedstawiających śnieguliczkę białą, ostrokrzew i klon polny NAUKA – artykuły przede wszystkim o charakterze przeglądowym, adresowane do osób zainteresowanych naukami przyrodniczymi – dotyczą głównie zagadnień biologii i biochemii, ale mogą też obejmować problematykę pozostałych dyscyplin przyrodniczych. W naszym zamierzeniu mają zarówno dostarczyć rzetelną wiedzę, jak i skłonić do dyskusji, jakie treści i w jakiej formie warto proponować nauczycielom, by pomóc im w nauczaniu. Sprawia to, że dział ten ma charakter przede wszystkim pedagogiczny. 91 Pracownia Przedmiotów Przyrodniczych IBE 97 Ryszard Kowalski e? nim zeni r a as o d n y j w u e m ważn poinfor u.pl e.ed je się Nowe zadania PPP i zapowiedź cyklu OPINIE: Rozmowa – ważna potrzeba szyk u @ib ebis 100 Katarzyna Potyrała OPINIE: Przyroda w kształceniu SZKOŁA – artykuły lub materiały przedstawiające rozmaite źródła informacji (np. serwisy i kursy internetowe), uwarunkowania nauczania (m.in. prawne i społeczne), a także metody pracy z uczniami, konspekty i scenariusze lekcji. W każdym numerze – najnowsze zadania Pracowni Przedmiotów Przyrodniczych IBE. KRÓTKO – recenzje (książek, a nawet płyt z muzyką), zapowiedzi wydarzeń i relacje z nich, depesze o nowościach ze świata nauki oraz dyskusje i komentarze. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO Dieta vs. miażdżyca? 2 Redaktorzy merytoryczni: Urszula Poziomek, Jolanta Korycka-Skorupa Kontakt z redakcją i propozycje tekstów: [email protected] Strona internetowa: ebis.ibe.edu.pl Adres redakcji: ul. Górczewska 8, 01-180 Warszawa Rada naukowa przewodniczący Rady: prof. zw. dr hab. Adam Kołątaj (Instytut Genetyki i Hodowli Zwierząt PAN, Jastrzębiec), zast. przewodniczącego: prof. dr hab. Katarzyna Potyrała (Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie), a także: dr hab. Ondrej Hronec (Uniwersytet w Presowie, Słowacja), prof. dr hab. Daniel Raichvarg (Uniwersytet Burgundzki w Dijon, Francja), prof. dr hab. Valerij Rudenko (Wydział Geograficzny, Uniwersytet w Czerniowcach, Ukraina), prof. zw. dr hab. Wiesław Stawiński (emerytowany profesor Uniwersytetu Pedagogicznego w Krakowie), dr Renata Jurkowska (Uniwersytet w Stuttgarcie, Niemcy) Poza radą czasopismo posiada również zespoły doradcze oraz stałych recenzentów – zob. na stronie: ebis.ibe.edu.pl Wydawnictwo Wydawca: Instytut Badań Edukacyjnych, ul. Górczewska 8, 01-180 Warszawa Projekt okładki: Marcin Broniszewski Redakcja techniczna: Elżbieta Gątarek Skład i łamanie: Marcin Trepczyński czasopismo punktowane: 4 punkty, indeksowane w bazach CEJSH i Index Copernicus wersją referencyjną czasopisma jest wydanie elektroniczne opublikowane na stronie: ebis.ibe.edu.pl Takao Ishikawa Szanowni Państwo, wakacje mamy już za sobą, a zajęcia w szkole rozpoczęły się na dobre. W redakcji Edukacji Biologicznej i Środowiskowej uznaliśmy, że to doskonały moment, żeby dostarczyć Państwu kolejny numer kwartalnika, już trzeci w tym roku. Jak zwykle, znajdą Państwo w nim wiele ciekawych artykułów i materiałów. Być może część z Państwa zdziwiona była okładką numeru 2013/3 – widok Krakowa to nawiązanie do artykułu dr. Marcina Wocha o roślinach towarzyszących człowiekowi w średniowiecznym Krakowie. Myślę, że miłośnicy nie tylko botaniki, ale i historii czy geografii znajdą w tym artykule coś dla siebie. W dziale NAUKA opublikowaliśmy także artykuł o aktywności metabolicznej roślin w nocy. Wielu z nas życie roślin intuicyjnie kojarzy się ze światłem, ale jak właściwie organizmy te żyją nocą? Na takie intrygujące pytania odpowiadają autorzy z Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu. Część SZKOŁA otwiera praca mgr. inż. Marcina Zaroda o grach komputerowych w edukacji klimatologicznej. Jest to dość obszerne opracowanie, ale zachęcam do zapoznania się z całością – znajdą w nim Państwo także propozycje przebiegu lekcji z wykorzystaniem gier przedstawionych w artykule. Szczególnie polecam również zapowiedź cyklu artykułów o trudności w uczeniu się i nauczaniu chemii autorstwa pracowników z Pracowni Przedmiotów Przyrodniczych IBE. Jestem przekonany, że będą to materiały pomocne w prowadzeniu lekcji z chemii i pozwolą spojrzeć na ten przedmiot z nieco innej perspektywy. W tym numerze znajdą Państwo także artykuł prof. Katarzyny Potyrały o roli nauczyciela w szeroko rozumianej edukacji przyrodniczej, w wychowaniu do kultury przyrodniczej i zrównoważonego rozwoju. Ostatnia część kwartalnika to dział KRÓTKO. Jak w każdym numerze dostarczamy Państwu aktualne ciekawostki ze świata nauki, a także informacje o interesujących źródłach internetowych i przedsięwzięciach. Co to jest SciFun albo iGEM? Zachęcamy do lektury kwartalnika EBiŚ, a na pewno Państwo dowiedzą się, co ciekawego kryje się za tymi skrótami! Życzę roku szkolnego i akademickiego pełnego sukcesów! Takao Ishikawa EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Sekretarz redakcji: Marcin Trepczyński Od redakcji SZKOŁA Redaktor naczelny: Takao Ishikawa KRÓTKO Redakcja zgodność z PP – zob. s. 9 Streszczenie: Historia cywilizacji człowieka naznaczona jest towarzyszeniem specyficznych gatunków roślin. Ich obecność ściśle wiąże się z dawnymi procesami gospodarczymi i siedliskami przekształconymi przez człowieka. Podczas szeregu badań archeobotanicznych przeprowadzonych w latach 1934–2001 w średniowiecznych osadach Krakowa (z wieków IX–XV) odnajdywano wiele szczątków nasion i owoców. Były to głównie szczątki roślin użytkowych oraz roślin określanych jako synantropijne: kultywary, chwasty upraw, rośliny ruderalne. Najwięcej znajdywano szczątków chwastów upraw zbożowych, upraw lnu, a także upraw okopowych i ogrodowych. Drugą grupą były szczątki należące do rocznych i dwuletnich roślin siedlisk ruderalnych oraz ciepłolubnych wieloletnich zbiorowisk synantropijnych. Dzięki zastosowaniu analizy właściwości ekologicznych poszczególnych gatunków synantropijnych oraz amplitud ekologicznych tworzonych przez nie zbiorowisk jesteśmy w stanie zrekonstruować warunki panujące w dawnym środowisku człowieka oraz wskazać, gdzie lokowano poszczególne typy upraw. Słowa kluczowe: archeobotanika, rośliny synantropijne, średniowieczny Kraków, uprzednia zgoda otrzymano: 4.06.2013; przyjęto: 10.08.2013; opublikowano: 13.09.2013 dr Marcin W. Woch: Instytut Biologii, Uniwersytet Pedagogiczny im. KEN, ul. Podchorążych 2, 30-084 Kraków, e-mail: [email protected] Kraków jest starym ośrodkiem osadniczym położonym na styku kilku odwiecznych szlaków handlowych i krain geobotanicznych. Z bogatymi ponad tysiącletnimi dziejami miasta nieodłącznie związane były rośliny, które umożliwiały egzystencję jego mieszkańców i rozwój miasta. Jedne z nich były sprowadzane lub uprawiane w celach użytkowych, inne samoistnie wykorzystywały nowe środowiska stworzone przez człowieka, jak uprawy i tereny osadnicze. Przez wieki szczątki roślinne nawarstwiały się w miejscach codziennej pracy i odpoczynku człowieka, stanowiąc zapis dziejów miasta, podobnie jak słoje przyrostów rocznych życia drzewa. Interpretacja znalezisk roślinnych pochodzących z wykopalisk archeologicznych pozwala rzucić światło na codzienność świata, w jakim przyszło żyć dawnym krakowianom, jednak wymaga ona sięgnięcia do dorobku różnych dziedzin nauk, jak archeologia, botanika, ekologia, etnologia oraz historia. Archeobotaniczne rozważania nad gatunkami roślin znalezionych w materiale wykopaliskowym rozpoczyna się od określenia ich właściwości użytkowych i ekologicznych. Są to również dwa kierunki stanowiące podstawę, na której opierają się dalsze analizy, jak wnioskowanie o procesach gospodarczych, powiązaniach handlowych i warunkach środowiska panujących w średniowiecznym mieście i jego okolicach. Spoglądając na dzisiejszy Kraków trudno sobie uzmysłowić, że w okresie średniowiecza był on grupą osad luźno rozrzuconych pośród terenów bagiennych, tworzonych przez koryta i liczne rozlewiska rzek Wisły, Prądnika, Rudawy i Wilgi. Na zgrupowania osadnicze istniejące już we wczesnym średniowieczu (od ok. IX–X do XII lub XII/XIII w.), które dzisiaj określamy terminem „stary Kraków”, składały się: gród plemienny, a następnie siedziba książęca na Wawelu, podgro- dzie obronne Okół, położone u jego podnóża oraz zespół osad przygrodowych o charakterze mieszkalnym i gospodarczym usytuowanych na obu brzegach Wisły oraz między dolinami rzek (ryc. 1). Tereny wzgórza wawelskiego, gdzie ufortyfikowana osada istniała już na przełomie VII i VIII stulecia, stały się następnie ufortyfikowanym grodem plemiennym w państwie Wiślan (Zaitz, 2012). Na początku IX w., u podnóża północno-wschodnich stoków wzgórza wawelskiego, powstało podgrodzie książęce Okół wraz z kilkoma osadami powiązanymi funkcjonalnie z grodem, których położenie pokrywa się w przybliżeniu z dzisiejszą starówką. Z tym czasem wiążą się również początki skupisk zabudowań, które dały początek dzisiejszym dzielnicom Kazimierz, Podgórze, Zakrzówek i Zwierzyniec. Po najeździe tatarskim w 1257 r. książę Bolesław V Wstydliwy nadał miastu przywilej lokacyjny na prawie magdeburskim (tzw. Lokacja Krakowa). Na terenach Wawelu, Okołu i pobliskich osad wytyczono nowe miasto o charakterystycznym, zachowanym do dziś szachownicowym, układzie ulic i zabudowań składających się na tzw. Stare Miasto (Wyrozumski, 1992). W późnym średniowieczu (od połowy XIII do końca XV w.) obok nadających się do zamieszkania i prowadzenia upraw suchych terenów, gdzie rozrastało się miasto, nadal istniały rozległe rozlewiska rzek i starorzecza (ryc. 2). Największe z nich nazywano Bagnami Żabiego Kruka oraz Stawami św. Sebastiana (Zaitz, 2012). Badania archeobotaniczne Pierwsze wykopaliska na terenie starego Krakowa, gdzie analizowano również znaleziska roślinne, przeprowadzono przed II Wojną Światową. Były to tzw. ratownicze badania archeologiczne, które prowadzi się w celu zbadania i udokumentowania obiektów archeologicznych na terenie zagrożonym ich zniszczeniem. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA Marcin W. Woch Podłoże historyczne KRÓTKO Rośliny towarzyszące człowiekowi w średniowiecznym Krakowie NAUKA 3 Rośliny towarzyszące człowiekowi w średniowiecznym Krakowie | Marcin W. Woch | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Rośliny towarzyszące człowiekowi w średniowiecznym Krakowie | Marcin W. Woch | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Ryc. 1. Średniowieczny Kraków a–przypuszczalne lokalizacje upraw okopowych i ogrodowych, b–wzniesienia i zbocza, c–osady, d–rzeki i stawy SZKOŁA NAUKA Na podstawie Mueller-Bieniek, 2012; zmodyfikowane. KRÓTKO Przeprowadzili je w 1934 r. Gabriel Leńczyk (przy budowie stacji transformatorowej na Rynku Głównym, po północno-zachodniej stronie Sukiennic) oraz Rudolf Jamka (przy kościele św. Wojciecha). Szerzej zainteresowano się szczątkami roślinnymi również przy wykopaliskach na terenie wiślanego grodu książęcego na wzgórzu wawelskim oraz wczesnośredniowiecznego podgrodzia Okół, na pl. Św. Marii Magdaleny oraz na terenie tzw. Skarpy przy Plantach przy ul. Św. Gertrudy (Zaitz, 2012). Epoka kompleksowych badań pod kątem szczątków roślinnych rozpoczęła się po II wojnie światowej wraz z szerzej zakrojonymi studiami mającymi na celu odtworzenie średniowiecznej roślinności wzgórza wawelskiego i jego otoczenia, zainicjowanymi w 1955 r. przez Władysława Szafera i Andrzeja Żakiego (Wasylikowa, 1991). W latach 1961–1963 pracownicy Muzeum Archeologicznego w Krakowie pod kierunkiem Kazimierza Radwańskiego prowadzili wykopaliska na Rynku Głównym. Opracowano wtedy szczątki roślinne pochodzące z dwóch wykopów archeologicznych z okresów wczesnego średniowiecza, późnego średniowiecza oraz okresów późniejszych – tzw. czasów nowożytnych (Wieserowa, 1979). Archeobotaniczne studia średniowiecznego Krakowa przybrały największą skalę na przełomie XX i XXI w. Prowadzono je równolegle z pracami konserwatorskimi i modernizacyjnymi kamienic, placów i ulic na obszarze Starego Miasta, Kazimierza, Kleparza i dawnych przedmieść (Zaitz, 2012). Największymi z nich były badania sondażowe i ratownicze wykonywane przy przebudowie płyty Rynku Głównego (wczesne i późne średniowiecze) i Małego Rynku (głównie późne średniowiecze) w latach 2003–2007 (Mueller-Bieniek, 2012). W opracowywaniu uzyskanych w ich trakcie znalezisk uczestniczył również autor; niniejszy artykuł powstał w oparciu o uzyskaną wtedy wiedzę, jak również na bazie wcześniejszej literatury. 4 Znaleziska roślinne Badania archeobotaniczne średniowiecznych nawarstwień Krakowa przyniosły znalezienie szczątków wielu gatunków roślin, które dawniej towarzyszyły człowiekowi jako gatunki uprawne, jako roślinność spontanicznie rozwijająca w pobliżu jego siedzib (tzw. roślinność ruderalna) lub jako chwasty w uprawach (tzw. roślinność segetalna). Zarówno na roślinność ruderalną, jak i segetalną mogły składać się gatunki rodzime (apofity), jak i obce we florze Polski (antropofity). Rośliny te zdołały się zaadaptować do nowych dla przyrody siedlisk tworzących się wraz z rozwojem cywilizacji (tzw. siedlisk synantropijnych). Antropofity są spe- EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 5 Rośliny towarzyszące człowiekowi w średniowiecznym Krakowie | Marcin W. Woch | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 cyficzną, ściśle związaną z rozwojem cywilizacji grupą roślin. Ich nasiona były w poszczególnych okresach dziejów Krakowa celowo lub przypadkowo zawlekane na teren Polski z różnych stron świata, zależnie od kierunków przemieszczania się ludów oraz powiązań handlowych. Ta kluczowa grupa roślin, nie tylko będąca świadkiem historii Krakowa, ale także jej współtwórcą, będzie tematem dalszej części artykułu. Źródło: http://pl.wikipedia.org/wiki/Plik:Nuremberg_chronicles_-_CRACOVIA.png). nych, mogą być różne gatunki ślazu (Malva). Były one użytkowane ze względu na lecznicze właściwości zawartych w nich śluzów i garbników, a także na pożywienie ludzi i zwierząt. Na teren Europy Środkowej mogły być najpierw importowane, a następnie zaczęto je uprawiać. Niekiedy, jak np. ślaz zygmarek (Malva alcea), mogły „uciekać z upraw” i rozprzestrzeniać się w ich pobliżu, z czasem rozszerzając swój areał o półnaturalne zbiorowiska ruderalno-łąkowe i murawy kserotermiczne (Celka, 1999; Woch, 2012). Inną rośliną, o której wiadomo, że była uprawiana w pradziejach, a obecnie jest pospolitym chwastem i rośliną ruderalną, jest palusznik krwawy (Digitaria sanguinalis). Jego ziarna były spożywane w postaci kasz i zup. Choć uprawa palusznika z czasem zupełnie zanikła, był on w czasie głodu zbierany ze stanu dzikiego. Przypuszczalnie podobna sytuacja miała miejsce z innymi pospolitymi chwastami, jak np. chwastnica jednostronna (Echinochloa crus-galli) lub włośnice: sina (Setaria pumila), zielona (S. viridis) i okółkowa (S. verticillata) (Mueller-Bieniek, 2012). Inne gatunki obce w naszej florze mogły do nas trafiać przypadkiem, poprzez zawleczenie z materiałem siewnym (chwasty), z transportem towarów, czy innymi sposobami, jak np. poprzez nasiona przyczepione do ubrań przemieszczających się ludzi, sierści zwierząt lub przetransportowywane w treściach przewodów pokarmowych ludzi i towarzyszących im zwierząt. W wyniku ewolucji różne gatunki roślin wykształciły przystoso- EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA Ryc. 2. Widok późnośredniowiecznego Krakowa z Kroniki świata Hartmana Scheda (1493) KRÓTKO Pośród antropofitów najwięcej znajdywanych jest szczątków należących do archeofitów, czyli roślin zawleczonych najdawniej, tj. od neolitu do epoki wielkich odkryć geograficznych z końca XV w. (umownego końca średniowiecza). Rośliny takie z reguły stanowią około 90% znajdywanych antropofitów (Trzcińska-Tacik i Wieserowa, 1976; Trzcińska-Tacik i Wasylikowa, 1982; Mueller-Bieniek, 2012; Woch, 2012). Większość znajdywanych szczątków z grupy archeofitów to przeważnie rośliny, które współcześnie są gatunkami ruderalnymi lub chwastami w uprawach. Znajduje się wśród nich dużo roślin ciepłolubnych, gdyż ojczyzną większości z nich są tereny położone na południe od Polski, jak Nizina Węgierska oraz rejony Morza Czarnego i Morza Śródziemnego. Z czasem rośliny te zaaklimatyzowały się również w obszarach Europy położonych bardziej na północ. Analiza właściwości użytkowych archeofitów sugeruje, że większość z nich mogła być dawnymi roślinami użytkowymi. Być może niegdyś uprawiano je lub zbierano na pokarm dla ludzi i paszę dla zwierząt lub stosowano je w medycynie i obrzędach. Na przestrzeni dziejów zaprzestano użytkowania wielu gatunków, a część reliktów dawnych upraw zaczęło się spontanicznie rozprzestrzeniać (Woch, 2012). Przykładem roślin o dużym znaczeniu dla człowieka, niegdyś uprawianych, a współcześnie występujących na siedliskach ruderal- NAUKA Archeofity Rośliny użytkowe Głównym czynnikiem wpływającym na jakość gromadzącego się materiału archeologicznego była działalność człowieka, szczątki roślin użytkowych stanowią ważną część znalezisk. W ogrodach i małych poletkach, które mogły znajdować się wszędzie, zarówno na Rynku, przy zabudowaniach, jak i w otoczeniu miasta, uprawiano głównie jarzyny i zioła, takie jak: kapusta warzywna (Brassica oleracea), rzepak (Brassica napus), kapusta rzepa (Brassica rapa), cebula (Allium cepa), koper ogrodowy (Anethum graveolens), groch siewny (Pisum sativum) oraz bób (Vicia faba). Z roślin o zastosowaniu leczniczym, najprawdopodobniej, gdyż nie jest wykluczone również pozyskiwanie ich ze stanowisk naturalnych, uprawiano miętę (Mentha sp.), czyścice lekarską (Calamintha officinalis), lebiodkę pospolitą – oregano (Origanum vulgare) (Wieserowa, 1979; Mueller-Bieniek, 2012). Rośliny zbożowe zwożono z upraw zlokalizowanych w bliższych lub dalszych okolicach miasta. Najliczniej znajdowanym jest Co może przynieść analiza znalezisk chwastów Analiza składu gatunkowego znalezionych chwastów z wykopalisk może dostarczyć pewnych wskazówek co do charakteru i lokalizacji dawnych upraw. Wiadomo, że poszczególnym typom upraw towarzyszą charakterystyczne dla nich gatunki chwastów. Wydziela się dwa rodzaje zbiorowisk segetalnych: występujące w uprawach okopowych i małopowierzchniowych uprawach przydomowych (rząd Polygono-Chenopodietalia) oraz chwasty towarzyszące uprawom zbożowym (z rzędu Centauretalia cyani) (Matuszkiewicz, 2008). Zbiorowiska chwastów tworzą dodatkowo specyficzną kombinację gatunków w zależności od tego, na jakiej glebie założono uprawy, m.in. kwaśnej lub zasadowej, piaszczystej lub gliniastej, albo w zależności od tego, czy uprawy zakładano na błotnistych glebach aluwiów rzecznych, czy suchych, ze względu na ich wyższe położenie. Dawni mieszkańcy dysponowali dosyć prymitywną techniką zbioru i obróbki plonów. W dodatku wiele gatunków chwastów wykształciło na drodze ewolucji nasiona, które wielkością i kształtem upodobniły się do ziarna roślin uprawnych. Wiele nasion i innych szczątków chwastów trafiało więc razem z płodami rolnymi do miasta. Wchodzące z czasem w skład warstw osadniczych szczątki roślinne umożliwiają archeobotanikom oznaczenie przybliżonego składu gatunkowego chwastów towarzyszących dawnym uprawom, wskazanie ich typu oraz prawdopodobnej ich lokalizacji. W wykopaliskach odnajduje się najwięcej gatunków chwastów zbiorowisk występujących w uprawach okopowych i małopowierzchniowych uprawach przydomowych (związek Polygono-Chenopodion). Drugą co do udziału grupę roślin stanowią chwasty zbiorowisk towarzyszące uprawom zbożowym (Woch, 2012). Roślinność ta charakterystyczna jest dla gleb żyznych, o odczynie obojętnym lub zasadowym, często wykształcających się na podłożu wapiennym. Największy był w niej udział gatunków współcześnie tworzących zespół Oxalido-Chenopodietum polyspermi – zbiorowiska segetalnego szczególnego typu, związanego z gliniastymi aluwiami i madami nadrzecznymi. Mogło by to sugerować że ówczesne uprawy okopowe prowadzono głównie na terasach zalewowych Wisły i jej dopływów (ryc. 1). Miejsca te mogły być łatwiejsze do uprawy ze względu na nanoszenie żyznego materiału w trakcie wylewów rzeki oraz lepszemu utrzymywaniu się wilgoci w glebie w porach suchych. Zwłaszcza w okresie wczesnośred- EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA proso zwyczajne (Panicum miliaceum), co mogło by wskazywać, że było ono najpopularniejsze. Pospolicie uprawiane było żyto zwyczajne (Secale cereale), jęczmień zwyczajny (Hordeum vulgare) oraz owies zwyczajny (Avena sativa). Również w charakterze zboża był uprawiany szarłat siny (Amaranthus lividus), włośnica ber (Setaria italica) i pszenica samopsza (Triticum monococcum) (Mueller-Bieniek, 2012). W krakowskich wykopaliskach znajdywano także liczne orzeszki pozostałe po spożywaniu owoców figowca właściwego (Ficus carica). Świadczy to o powiązaniach handlowych mieszkańców miasta z dalej położonymi na południe krajami. Niewykluczone też, że w cieplejszych okresach średniowiecza próbowano jego uprawy. Część znalezisk archeobotanicznych z Krakowa pochodzi z warstw z okresu tzw. średniowiecznego optimum klimatycznego (wieki IX–XIV). Był to okres wyjątkowo ciepłego klimatu, być może, poza importem, próbowano uprawy fig pod osłoną lub w najcieplejszych miejscach, o wystawie południowej, klasztornych winnic i ogrodów. Dawne uprawianie tego gatunku na terenie Polski sugeruje również Kluk (1788), podając jego zasady i możliwość uzyskiwania owocostanów, nawet od okazów rosnących poza szklarnią. Wiadomo też, że już na terenie Czech i Słowacji był on uprawiany w winnicach w okresie średniowiecza. SZKOŁA wania umożliwiające im rozsiewanie się i przenoszenie na duże odległości. Diaspory gatunków rozsiewanych z udziałem zwierząt (zoochoria) mogą być np. przyczepione do sierści albo zjadane i później defekowane. Wśród szczególnych przystosowań nasion do takiego sposobu rozsiewania są np. haczyki przyczepiające je do sierści zwierząt, specjalne twory na nasionach z substancjami odżywczymi (tzw. elajosomami), zachęcające mrówki do zabierania nasion, albo jadalne części owocu. U gatunków rozprzestrzeniających się z udziałem człowieka (antropochoria), jak np. u chwastów towarzyszących uprawom, doszło do ewolucyjnego dostosowania cyklów życiowych i budowy nasion w taki sposób, aby mogły one być co roku zbierane razem z ziarnem i znaleźć się w materiale przeznaczonym na siew w kolejnym sezonie (speirochoria). 6 KRÓTKO Rośliny towarzyszące człowiekowi w średniowiecznym Krakowie | Marcin W. Woch | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 7 Rośliny towarzyszące człowiekowi w średniowiecznym Krakowie | Marcin W. Woch | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 wami lnu o dawnej agrotechnice, jak lnicznik właściwy (Camelina alyssum) czy kanianka lnowa (Cuscuta epilinum), są obecnie uznawane za wymarłe na terenie Polski (Trzcińska-Tacik i Wieserowa, 1976; Wasylikowa, 1991; Mueller-Bieniek, 2012; Woch, 2012). Gatunki ruderalne są, obok chwastów, najliczniejszą grupą roślin towarzyszących człowiekowi. Wykształciły one w swej strategii życiowej mechanizmy wykorzystywania wszelkich nadających się do opanowania siedlisk stworzonych przez człowieka. Siedliska te często są w różny sposób zaburzane poprzez ciągłą aktywność ludzi. Są także użyźniane ekskrementami ludzi i zwierząt gospodarskich oraz gromadzącymi się odpadkami. Do bytowania w takich miejscach szczególnie przystosowały się azotolubne gatunki, które swój cykl życiowy – od wykiełkowania do wydania nasion, odbywają w jednym (terofity) do dwóch (rośliny dwuletnie) sezonach wegetacyjnych. Szczątków takich roślin znajduje się najwięcej. Wyrosły one na siedliskach bliskiego otoczenia siedzib człowieka wewnątrz miasta. Wśród najczęściej znajdowanych gatunków, które mogły rosnąć na terenie średniowiecznego Krakowa są rośliny również dzisiaj pospolicie rosnące na tym terenie. Przy drogach i innych silnie wydeptywanych miejscach, jak Rynek, powszechnie mogły rosnąć rdest ptasi (Polygonum aviculare) i babka zwyczajna (Plantago major). Na siedliskach wzbogaconych w azot, takich jak śmietniska, sąsiedztwa latryn, zabudowań i płotów, częsty mógł występować łopian większy (Arctium lappa), łoboda rozłożysta (Atriplex patula), tasznik pospolity (Capsella bursa-pastoris), komosy biała (Chenopodium album) i wielkolistna (Ch. hybridum), ślaz dziki (Malva sylvestris), szczaw tępolistny, (Rumex obtusifolius), pokrzywy: zwyczajna (Urtica dioica) i żegawka (U. urens). Wzdłuż rowów i ścieków masowo mogły się EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Rośliny ruderalne SZKOŁA siedliskowych odpowiadają obniżone terasy zalewowe przy ujściu Rudawy do Wisły, przylegające od zachodniej strony do miasta, ówcześnie stanowiąc podmokłe aluwium, poprzecinane licznymi odnogami rzek z niewielkimi zbiornikami wodnymi. Podobny charakter mogły mieć również obszary od strony południowej i wschodniej, gdzie przebiegała odnoga Wisły oraz rejon ujścia Wilgi – tereny również okresowo zalewane przez rzeki (ryc. 1). Największe znajdowane nagromadzenia szczątków roślinnych należą najczęściej do takich chwastów jak czyściec roczny (Stachys annua), jasnota purpurowa (Lamium purpureum), nawrot polny (Lithospermum arvense), wilczomlecz obrotny (Euphorbia helioscopia), włośnice: sina (Setaria pumila), okółkowa (S. verticillata) i zielona (S. viridis) oraz chwastnica jednostronna (Echinochloa crus-galli). Są to chwasty reprezentujące zbiorowiska charakterystyczne dla upraw okopowych na uboższych i średnio żyznych piaskach gliniastych (ze związku Panico-Setarion). Jednakże rośliny te znane są także ze swych wartości użytkowych, dlatego niewykluczone, że duże nagromadzenia ich szczątków związane jest z ich uprawą lub zbieraniem na pożywienie. Gatunki te mogły również rosnąć wewnątrz miasta, zarówno w ciągle zaburzanych siedliskach ruderalnych, jak i drobnych uprawach przydomowych. Drugą grupę znajdywanych szczątków stanowią chwasty upraw zbożowych (ze zbiorowisk z rzędu Centauretalia cyani). Analizując amplitudy siedliskowe znajdowanych gatunków i tworzonych przez nie zbiorowisk, można określić, z jakich rejonów najczęściej zboże było transportowane do miasta, podobnie jak w przypadku opisanych wyżej chwastów upraw okopowych. Obecnie chwasty przegrywają z nowoczesnymi metodami walki z nimi i stosowaniem odmiennej agrotechniki, do której były przystosowane. Toteż niektóre z nich znajduje się już tylko w wykopaliskach. Takie rośliny, ściśle związane z upra- KRÓTKO niowiecznego suchego i ciepłego klimatu, obszary te mogły okresowo stanowić ostatnie tereny nadające się jeszcze pod uprawę roślin okopowych, szczególnie wymagających wody, a uprawianych w warunkach chronicznego jej niedoboru na terenach wyżej położonych. Przemawia za tym największa koncentracja szczątków roślin z takich siedlisk przypadająca właśnie na okres wczesnego średniowiecza. Wyniki badań z różnych dziedzin archeobotaniki potwierdzają przybliżanie się w tym okresie osadnictwa do terenów zalewowych rzeki, wskazują także, że było to związane właśnie z wieloletnim utrzymywaniem się niskich stanów Wisły (Radwański, 1972; Wasylikowa, 1991). Na lokowanie upraw w bliskim sąsiedztwie rzek wskazuje dodatkowo częsty udział wśród znalezionych archeofitów roślin ze związku Chenopodion fluviatile, występujących na błotnistych, wysychających latem brzegach zbiorników wodnych, odsłoniętych łachach rzecznych i miejscach naniesienia mułu przy wylewie rzek (Trzcińska-Tacik i Wieserowa, 1976; Wasylikowa, 1991; Mueller-Bieniek, 2012; Woch, 2012). Zbiorowiska te nawiązują składem gatunkowym do zespołów roślin upraw okopowych poprzez stały udział gatunków charakterystycznych dla rzędu Polygono-Chenopodietalia. Ponadto w materiale wystąpiły wszystkie gatunki tworzące zespół Chenopodietum glauco-rubri – typowy dla wysoko zeutrofizowanych wilgotnych podwórek lub miejsc spływu fekaliów. Stan sanitarny ówczesnych ulic i placów miasta sugeruje, że zespół ten mógł mieć warunki sprzyjające pospolitemu występowaniu. Wysoki udział gatunków go reprezentujących dodatkowo wskazuje, że uprawy okopowe o dużych wymaganiach nawozowych mogły znajdować się na terasach zalewowych, raczej w niedalekiej odległości od domostw, a zbiorowiska segetalne i ruderalne pod względem składu były do siebie zbliżone i mogły przestrzennie kontaktować się ze sobą. Topograficznie najbardziej takiemu opisowi właściwości Podsumowanie Z racji tego, że rozważania o średniowiecznym środowisku opiera się na informacjach uzyskanych z badań nagromadzeń miejskich, istnieją pewne ograniczenia co do zakresu wnioskowania. Decydującym czynnikiem wpływającym na skład gatunkowy flory kopalnej była działalność człowieka. Rośliny, ze względu na swoje właściwości użytkowe, były przedmiotem celowego sprowadzania lub uprawy na terenie miasta. Jednocześnie osadnictwo i rolnictwo tworzyło nowe warunki siedliskowe, sprzyjające rozwojowi charakterystycznej flory synantropijnej. Większość opisanych wyżej gatunków takiej roślinności do dzisiaj występuje na terenie Krakowa i jego okolic. Uznajemy je za elementy spontanicznie rozwijających się zbiorowisk ruderalnych i segetalnych. Jednak prawie wszystkie posiadają również właściwości użytkowe. Nasza ograniczona wiedza, na ile w różnych okresach dziejowych właściwości te były znane i wykorzystane, często utrudnia rozstrzygniecie, czy znalezione szczątki danego gatunku pochodzą Literatura Celka Z (1999): Rośliny naczyniowe grodzisk Wielkopolski. Poznań, Bogucki Wydawnictwo Naukowe. Jędrzejko K (2001). Medicinal plants and herbal materials in use in Poland: a check list. Wykaz roślin i surowców leczniczych stosowanych w Polsce. Katowice: Śląska Akademia Medyczna. Łuczaj Ł, Szymański WM (2007). Wild vascular plants gathered for consumption in the Polish countryside: a review. J Ethnob Ethnom. 3(17):1-22. Kluk K (1808). Dykcjonarz roślinny, tom 1-3. A–Z. Warszawa: Drukarnia Księży Pijarów. Matuszkiewicz W (2008). Przewodnik do oznaczania zbiorowisk roślinnych Polski. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN. Mueller-Bieniek A, Woch MW (2012). Właściwości użytkowe i ekologiczne oraz kody roślin znalezionych w warstwach archeologicznych średniowiecznego Krakowa. W: Mueller-Bieniek A, red. Rośliny w życiu codziennym mieszkańców średniowiecznego Krakowa. Kraków: Instytut Botaniki im. W. Szafera PAN; 167-184. Radwański K (1972). Stosunki wodne wczesnośredniowiecznego Okołu w Krakowie, ich wpływ na topografię osadnictwa, próby powiązania tych zjawisk ze zmianami klimatycznymi. Materiały Archeologiczne 13:5-40. Trzcińska-Tacik H, Wieserowa A (1976). Flora of Cracow in the Early Medieval and Medieval periods. Folia Quaternaria 47:67-81. Trzcińska-Tacik H, Wasylikowa K (1982). History of the synanthropic changes of flora and vegetation of Poland. Mem. Zool. 37: 47-69. Wasylikowa K (1991). Roślinność Wzgórza Wawelskiego we wczesnym i późnym średniowieczu na podstawie badań paleobotanicznych. Studia do Dziejów Wawelu 5:93-131. Wieserowa A (1979). Plant remains from the Early and Late Medieval Ages found in the settlement layers of the Main Market Square in Kraków. Acta Pal. 20:127-212. Woch MW (2012). Antropofity znalezione w trakcie badań archeobotanicznych średniowiecznego Krakowa. W: Mueller-Bieniek A, red. Rośliny w życiu codziennym mieszkańców średniowiecznego Krakowa. Kraków: Instytut Botaniki im. W. Szafera PAN; 185210. Wyrozumski J (1992). Dzieje Krakowa. W: Bieniarzówna J, Małecki JM, red. Dzieje Krakowa. Kraków do schyłku wieków średnich, tom 1. Kraków. Kraków: Wydawnictwo Literackie. Zaitz E (2012). Rozwój osadnictwa w średniowiecznym Krakowie na tle danych archeologicznych i paleośrodowiskowych. W: Mueller-Bieniek A, red. Rośliny w życiu codziennym mieszkańców średniowiecznego Krakowa. Kraków: Instytut Botaniki im. W. Szafera PAN; 11-24. Czytelnik szerzej zainteresowany tematyką roślin towarzyszących człowiekowi w średniowiecznym mieście więcej informacji może znaleźć w niedawno ukazanej monografii „Rośliny w życiu codziennym mieszkańców średniowiecznego Krakowa” (red. Mueller-Bieniek 2012). EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA z naturalnych (dzikich) stanowisk w obrębie dawnego miasta, czy z uprawy lub zbieractwa. Dlatego szczególne znaczenie ma analiza archeofitów, gdyż ta grupa roślin synantropijnych, pierwotnie nie występujących we florze Polski, towarzyszy człowiekowi już od czasów neolitycznego osadnictwa i rolnictwa. Wyśledzenie pierwotnych ojczyzn takich roślin, ich wymagań siedliskowych i możliwości użytkowania dostarczyło wielu wskazówek o warunkach życia, gospodarce i powiązaniach handlowych dawnych mieszkańców Krakowa (Mueller-Bieniek i Woch, 2012). W wykopaliskach miejskich najwięcej znajduje się roślin o właściwościach użytkowych, gdzie na pierwsze miejsce wysuwają się cechy lecznicze. Dawne społeczeństwa posiadały rozległą wiedzę o zastosowaniach roślin przy leczeniu rozmaitych przypadłości zarówno natury fizycznej jak i duchowej, która do dzisiejszych czasów w znaczenie mierze uległa zapomnieniu (Jędrzejko, 2001; Łuczaj i Szymański, 2007). Trudno też nam sobie dziś zdać sprawę z tego, że dawniej wielkie znaczenie miały przypisywane wielu gatunkom właściwości magiczne. Każdej chorobie trapiącej ludzi odpowiadał specyficzny zestaw ziół leczniczych. Miały one również powszechne zastosowanie w rozmaitych obrzędach w celu odstraszania lub uzyskania przychylności różnych mocy. Rośliny czyniły trudne życie średniowiecznych mieszkańców Krakowa bardziej znośnym w każdym jego aspekcie. SZKOŁA pojawiać nitrofilne terofity, takie jak uczepy trójlistkowy (Bidens tripartita) i zwisły (B. cernua), oraz rdesty – kolankowy (Polygonum lapathifolium) i ostrogorzki (P. hydropiper) (Wieserowa, 1979; Mueller-Bieniek, 2012). Spośród znajdowanych roślin ruderalnych wiele z nich to rośliny wybitnie ciepłolubne. Przyczyniły się do tego specyficzne, korzystne warunki mikroklimatyczne lokalizacji Krakowa. Znajdowano szczątki współcześnie rzadkich na terenie Małopolski roślin pochodzących z południowych rejonów Europy, takich jak lulek czarny (Hyoscyamus niger), ślaz piżmowy (Malva moschata), szanta zwyczajna (Marrubium vulgare) oraz portulaka pospolita (Portulaca oleracea subsp. oleracea) (Trzcińska-Tacik i Wieserowa, 1976; Wasylikowa, 1991; Mueller-Bieniek, 2012; Woch, 2012). 8 KRÓTKO Rośliny towarzyszące człowiekowi w średniowiecznym Krakowie | Marcin W. Woch | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 9 Rośliny towarzyszące człowiekowi w średniowiecznym Krakowie | Marcin W. Woch | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Artykuł pomocny przy realizacji wymagań podstawy programowej Plants accompanying of human in the medieval Kraków Marcin W. Woch Biologia – IV etap edukacyjny, zakres rozszerzony: The history of human civilization is marked by accompaniment of specific plants. Their occurrence is strictly connected with economic processes and places disturbed by human. During a few archaeobotanical studies carried out in Kraków between years 1934 and 2001, many fruits and seeds of pant species were found in medieval layers dated to the 9–15th centuries A.D. They were mainly useful and synanthropic plants: weeds, ruderals and former cultivars or cultivars. These plants were dominated by weeds of cultivated crops characteristic of cornfields and flax fields and of root crops and gardens. Second types of debris are dominated by species characteristic of annual and biennial vegetation communities in ruderal habitats also thermophilic and heavily nitrophilous ruderal communities. Thanks to application of ecological characterization of individual synanthropic species and phytosociological analyses of ecological amplitudes of assemblages forming by them, it was possible to reconstruct environmental conditions ruling in medieval Kraków and location of several types of agricultures. 6) podaje przykłady znaczenia roślin w życiu człowieka (np. rośliny jadalne, trujące, przemysłowe, lecznicze). 8. Rośliny - rozmnażanie się. Uczeń: SZKOŁA NAUKA 4) opisuje podstawowe sposoby rozsiewania się nasion (z udziałem wiatru, wody i zwierząt), wskazując odpowiednie adaptacje w budowie owocu. Dr Marcin W. Woch KRÓTKO Key words: archaeobotanica, medieval Kraków, synanthropic plants 5. Rośliny lądowe. Uczeń: EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 Łukasz Wojtyla, Małgorzata Adamiec zgodność z PP – zob. s. 16 Streszczenie: Życie na Ziemi jest zależne od kilku czynników. Jednym z nich jest światło i reakcje zachodzące przy jego udziale. To dzięki reakcjom fotosyntezy energia promieniowania słonecznego zamieniana jest w energię wiązań chemicznych i w tej postaci przekazywana jest od organizmów autotroficznych, czyli producentów do wszystkich organizmów. W reakcjach fotosyntezy powstaje również tlen, który jest niezbędny dla większości organizmów i wykorzystywany w reakcjach oddychania komórkowego. Skoro rośliny produkują energię i tlen w dzień, to czy w takim razie noc jest im w ogóle potrzebna. A jeśli nawet tak, to co one robią w nocy? Praca ta opisuje najważniejsze procesy fizjologiczne i biochemiczne zachodzące w organizmach roślinnych przy braku dostępu do światła, zarówno w warunkach naturalnych (noc), jak i w sytuacji sztucznego zaciemnienia roślin. Odpowiedź na pytanie postawione w tytule pracy znajduje się w omówieniu m.in. takich procesów jak: fotosynteza, oddychanie komórkowe, ruchy roślin, regulacja otwierania/zamykania aparatów szparkowych i regulacja kwitnienia. Słowa kluczowe: ciemność, fizjologia roślin, fotoperiodyzm, fotosynteza, oddychanie komórkowe otrzymano: 16.05.2013; przyjęto: 25.07.2013; opublikowano: 13.09.2013 dr Łukasz Wojtyla: adiunkt w Zakładzie Fizjologii Roślin Wydziału Biologii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, e-mail: [email protected] dr Małgorzata Adamiec: adiunkt w Zakładzie Fizjologii Roślin Wydziału Biologii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu Co rośliny robią nocą? Intuicyjnie chciałoby się odpowiedzieć, że śpią, przecież w nocy brakuje światła do fotozyntezy. Ustają więc reakcje mające na celu konwersję, czyli zamianę, energii promieniowania słonecznego w energię wiązań chemicznych wykorzystywaną do asymilacji dwutlenku węgla i reakcji syntez związków organicznych. Skoro więc w nocy nie zachodzi fotosynteza, co w takim razie „robią” rośliny i czy noc jest im potrzebna? Na te pytanie spróbujemy odpowiedzieć poprzez ukazanie różnic w przebiegu procesów biochemicznych i fizjologicznych istotnych dla prawidłowego wzrostu i rozwoju roślin pomiędzy dniem a nocą. Wspomnimy także o ruchach roślin i procesach regulowanych poprzez właściwy stosunek długości dnia i nocy, takich jak regulacja kwitnienia roślin fotoperiodycznie wrażliwych, wpływ światła na procesy fotomorfogenezy, czyli regulację pokroju roślin przez światło, oraz znaczenie światła w spoczynku roślin. Skąd rośliny wiedzą, że nadchodzi noc? Światło słoneczne odgrywa w morfogenezie i regulacji metabolizmu roślin niezwykle ważną rolę. Jest nie tylko podstawowym źródłem energii wykorzystywanym w procesie fotosyntezy, lecz także indukuje szereg procesów związanych ze wzrostem i rozwojem roślin, które określane są jako procesy morfogenetyczne (Kopcewicz i wsp., 2012). Bodźce świetlne odbierane są przez wyspecjalizowane struktury nazywane fotoreceptorami. Dzięki tym strukturom rośliny uzyskują informację zarówno o kierunku źródła światła, jak i o zmianach jego natężenia. Do najlepiej poznanych fotoreceptorów roślin należą fitochromy, kryptochromy oraz fototropiny. Fitochrom występuje w dwóch formach molekular- nych, z których pierwsza (Pr) wykazuje maksimum absorbcji w zakresie światła czerwonego, natomiast druga (Pfr) pochłania światło dalekiej czerwieni. Przyjmuje się, że formą aktywną fitochromu jest Pfr. Fitochrom bierze udział m.in. w regulowaniu indukowanego przez światło rozwoju chloroplastów oraz akumulacji chlorofilu i antocyjanów. Kryptochrom, będący receptorem światła niebieskiego, wspólnie z fitochromem reguluje takie procesy jak wzrost wydłużeniowy komórek, fotoperiodyzm oraz łącznie z fototropinami reguluje zależne od światła niebieskiego otwieranie i zamykanie aparatów szparkowych. Kryptochrom wpływa na syntezę antocyjanin, reguluje poziom ekspresji genu syntazy chalkonowej, uczestniczy w indukcji rozwoju pędu oraz rozpoczęciu kwitnienia u rzodkiewnika. Jest także jednym z czynników odpowiedzialnych za cykl okołodobowy u roślin (Li i Yang, 2007). Obecność receptorów światła i zmiany, jakim one podlegają, wywołuje kaskadę reakcji, w wyniku których roślina reaguje na zmieniające się warunki świetlne. W ten sposób rośliny „potrafią” rozróżnić dzień od nocy. SZKOŁA Wstęp Nastie i nyktynastie, czyli czy rośliny układają się do snu? Wieczorem, kiedy słońce chowa się za horyzontem i w szybkim tempie maleje natężenie światła, u wielu roślin można zaobserwować pewne przygotowania do nadejścia nocy. Niektóre gatunki roślin, m.in. fasola, szczawik, czułek (mimoza), opuszczają blaszki liściowe. Z kolei bodziszek i szczawik zamykają kwiaty, a inne rośliny jak bniec biały czy lepnica otwierają je z nadejściem nocy (Kopcewicz, 2002; Szweykowska, 2000). Wszystkie te ruchy są odpowiedzią na zmianę natężenia światła i noszą wspólną nazwę fotonastii. Część z tych ruchów regulowana jest nie tylko zmianami natężenia światła, ale podlega także kontroli zegara biologiczne- EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO Co rośliny robią nocą? NAUKA 10 Co rośliny robią nocą? | Łukasz Wojtyla, Małgorzata Adamiec | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Autor: M. Adamiec wg Szweykowska 2000. Fotonastie mogą mieć charakter ruchów turgorowych lub wzrostowych (Goyal i wsp., 2013). Fotonastie o charakterze turgorowym dotyczą głównie zmian pozycji blaszki liściowej. Rośliny, u których obserwuje się fotonastie o charakterze turgorowym, charakteryzują się obecnością u nasady liścia tzw. poduszeczki. Są to zgrubienia zbudowane z tkanki miękiszowej i skupionych w środku tkanek przewodzących. Dzięki zmianom turgoru w górnej i dolnej części poduszeczki ogonek liściowy ma zdolność wykonywania ruchów podnoszących lub opuszczających blaszkę liściową (ryc. 1). Ruchy związane z otwieraniem i zamykaniem się kwiatów w cyklu dzień-noc mają natomiast charakter ruchów wzrostowych i regulowane są przez auksyny (Pedmale i wsp., 2010). Fotonastie obejmują jednak nie tylko ruchy całych organów, jak kwiaty i liście, lecz także ruchy mniejszych, niewidocznych gołym okiem struktur. Przykładem takich fotonastii są ruchy aparatów szparkowych. U większości roślin w ciągu dnia w warunkach dobrego uwodnienia rośliny aparaty szparkowe pozostają otwarte, w nocy natomiast są zamknięte. Wyjątkiem od tej reguły są rosnące w klimacie pustynnym i półpustynnym rośliny CAM (ang. Crassulacean Acid Metabolism), które ze względu na warunki środowiskowe muszą prowadzić niezwykle oszczędną gospodarkę wodną. U roślin tych w dzień aparaty szparkowe pozostają zamknięte, otwierają się natomiast w nocy. Mechanizm ruchu aparatów szparkowych związany jest z katalizowaną przez światło przemianą wiolaksantyny w zeaksantynę w tzw. cyklu ksantofilowym. W ciągu dnia zeaksantyna uruchamia mechanizm prowadzący do otwarcia aparatów szparkowych, podczas gdy w ciemności dochodzi do akumulacji wiolaksantyny. Wiolaksantyna, w odróżnieniu od zeaksantyny nie aktywuje seryno-treoninowej kinazy białkowej koniecznej do fosforylacji pompy protonowej H+-ATPazy, aktywnej w formie ufosforylowanej. Ograniczenie transportu protonów na zewnątrz komórki prowadzi do ograniczenia napływu jonów K+ do cytoplazmy. To z kolei powoduje wzrost potencjału wody w komórkach szparkowych i prowadzi do utraty wody przez te komórki. W konsekwencji zmniejsza się wartość ciśnienia turgorowego, prowadząc do zmiany kształtu komórek budujących aparat szparkowy, co skutkuje jego zamknięciem (ryc. 2) (Taiz i Zeiger, 2010). Pobieranie jonów K+ jest sprzężone z wydzielaniem protonów, który to proces jest regulowany także poprzez zmiany stężenia CO2 wewnątrz liścia. Tak więc obniżenie stężenia CO2 w dzień w wyniku jego asymilacji w fotosyntezie również stymuluje otwarcie aparatów szparkowych. Analogicznie wzrost stężenia CO2 na skutek zahamowania reakcji fotosyntezy przy braku światła i zwiększeniu intensywności oddychania powoduje zamknięcie aparatów szparkowych. W mechanizmie tym pośredniczy zmiana pH powiązana ze zmianą stężenia CO2 (Hejnowicz, 2002a). W wyniku rozpuszczania CO2 dochodzi bowiem do obniżenia się wartości pH. Większość roślin zamyka aparaty szpakowe w nocy, przy zahamowanej fotosyntezie, w celu ograniczenia utraty wody poprzez transpirację. Fotosynteza i oddychanie komórkowe – czy przebiegają nocą? Wspomniane zostało już we wstępie, że reakcje fotosyntezy nie zachodzą w nocy. Doprecyzujmy to twierdzenie. To reakcje zależne od światła, zaliczane do fotosyntezy, nie zachodzą w nocy. W istocie, reakcje fazy ciemnościowej – niezależne od światła, a wymagające obecności NADPH i ATP, powstałych w fazie reakcji fotochemicznych fotosyntezy – również ustają. Wyjątkiem są rośliny o metabolizmie kwasowym (CAM). Rośliny te ze względu na ekofizjologiczne adaptacje do środowisk o dużym nasłonecznieniu oraz deficycie opadowym, w celu minimalizacji utraty wody przez aparaty szparkowe, zamykają je w ciągu dnia, a wymiana gazowa i asymilacja CO2 zachodzi u nich w ciągu nocy. Z tego powodu funkcjonujący u roślin CAM szlak wstępnego wiązania CO2, zwany szlakiem Hatcha-Slacka, i cykl Calvina-Bensona są oddzielone od siebie czasowo (dla porównania u roślin C4 szlak wstępnego wiązania CO2 i cykl Calvina-Bensona zachodzą równocześnie w ciągu dnia, są jednak rozdzielone przestrzennie). Metabolizm kwasowy jest charakterystyczny dla sukulentów, m.in. z rodziny Crassulaceae, od której to pochodzi nazwa Crassulacean Acid Metabolism, okre- EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA Ryc. 1. Ruchy senne roślin na przykładzie liści fasoli Ruchy aparatów szparkowych KRÓTKO go. Oznacza to, że ruchy te obserwowane są również wtedy kiedy rytm dobowy zostanie sztucznie zakłócony, np. poprzez umieszczenie rośliny w warunkach ciągłego oświetlenia. Takie podlegające zegarowi biologicznemu fotonastie określane są jako nyktynastie albo ruchy senne roślin. NAUKA 11 Co rośliny robią nocą? | Łukasz Wojtyla, Małgorzata Adamiec | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 SZKOŁA KRÓTKO ślająca ten typ reakcji (West-Eberhard i wsp., 2011). W nocy u roślin kwasowych odbywa się przyłączanie CO2 do fosfoelonopirogronianu (PEP). W reakcji tej powstaje szczawiooctan, który przekształcany jest do jabłczanu i w tej postaci transportowany do wakuoli, gdzie jest gromadzony (ryc. 3). Jako że jabłczan jest kwasem organicznym, jego nagromadzenie się powoduje zakwaszenie soku komórkowego. Obniżenie pH soku komórkowego roślin CAM w nocy dało początek nazwie „rośliny kwasowe”. Wiemy już, że niektóre z roślin mogą wiązać CO2 w nocy przyłączając go do PEP-u. Zastanówmy się zatem, skąd w nocy bierze się u roślin CAM wystarczająca ilość PEP-u, przecież jego pula nie jest odtwarzana tak jak to ma miejsce u roślin C4 w wyniku dekarboksylacji jabłczanu i fosforylacji pirogronianu. Otóż PEP powstaje w cytoplazmie z 2-fosfoglicerynianu, który jest jednym z produktów przejściowych w glikolizie (Herrera, 2009). Reakcje glikolizy zachodzące w komórkach roślin wymagają dostępności substratów, którymi w nocy są produkty pochodzące z hydrolizy skrobi, zgromadzonej w ciągu dnia w chloroplastach. W ten sposób doszliśmy do innego, bardzo istotnego procesu, jakim jest hydroliza skrobi i oddychanie komórkowe. Nadmiar powstającego w ciągu dnia aldehydu 3-fosfoglicerynowego, produktu cyklu reakcji C3, zwanego również cyklem Calvina-Bensona, gromadzony jest w chloroplastach w postaci skrobi. W nocy, kiedy ustaje aktywność cyklu C3 (zależnego od produktów fazy jasnej fotosyntezy), zachodzi rozkład skrobi. Produktami rozkładu skrobi są glukoza i glukozo-1-fosforan, które przekształcane są do glukozo-6-fosforanu i w tej postaci transportowane są z chloroplastów do cytoplazmy. Glukozo-6-fosforan może być wykorzystywany jako substrat w reakcjach glikolizy. W szlaku tym powstaje wspomniany wyżej PEP, który wykorzystywany jest w nocy przez rośliny 12 NAUKA Co rośliny robią nocą? | Łukasz Wojtyla, Małgorzata Adamiec | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Ryc. 2. Mechanizm otwierania i zamykania aparatów szparkowych poprzez aktywność cyklu ksantofilowego zależnego od światła. Autor: M. Adamiec na podstawie danych literaturowych (Taiz i Zeiger, 2010). EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Ryc. 3. Przemiany metaboliczne prowadzące do asymilacji CO2 zachodzące w nocy u roślin przeprowadzających fotosyntezę typu CAM. Autor: M. Adamiec na podstawie danych literaturowych (Herrera, 2009; Szweykowska, 2000). jak i w ciągu dnia. Nocą aktywność oddechowa mitochondriów w tkankach zielonych pozostaje jednak wyższa niż w ciągu dnia, kiedy to pod wpływem światła ulega obniżeniu o 16–77%, zależnie od gatunku rośliny i warunków środowiska (Atkin i wsp., 1997). Istnieje kilka teorii wyjaśniających zjawisko hamowania aktywności oddechowej mitochondriów w ciągu dnia. Po pierwsze, w ciągu dnia nadmiar ATP i wysoki stopień redukcji cząsteczek w komórce wynikający z wysokiej SZKOŁA CAM jako akceptor CO2. Jednym z produktów glikolizy jest pirogronian, który transportowany jest do matriks mitochondrialnej, gdzie po oksydacyjnej dekarboksylacji powstaje aldehyd octowy, utleniany następnie do octanu (reszty acetylowej). Reszta acetylowa zostaje przyłączona do zawierającego grupę tiolową koenzymu A i powstaje acetylo-CoA, który włączany jest w cykl reakcji zwany cyklem Krebsa lub cyklem kwasów trikarboksylowych (Caemmerer i wsp., 2009). W kolejnych etapach oddychania komórkowego elektrony, pochodzące z reakcji katabolicznych, głównie z glikolizy i cyklu Krebsa, przekazywane są do mitochondrialnego łańcucha transportu elektronów. W wyniku transportu elektronów zostaje uwolniona energia, która jest wykorzystywana do syntezy adenozynotrifosforanu (ATP) oraz częściowo jest rozpraszana w postaci ciepła (Jacoby i wsp., 2012). Wszystkie organizmy wymagają ciągłego i nieprzerwanego dopływu energii swobodnej do trzech głównych celów; wykonywania pracy mechanicznej w wyniku ruchów komórek i pracy mięśni, aktywnego transportu jonów i cząsteczek oraz do przebiegu reakcji syntez związków organicznych. Nośnikiem energii w większości procesów biologicznych jest ATP, z tego powodu jego produkcja jest niezbędna dla prawidłowego funkcjonowania komórek organizmów. Głównym źródłem ATP w komórkach zielonych tkanek roślin są w ciągu dnia reakcje fotosyntezy, natomiast w nocy reakcje oddychania komórkowego. Do niedawna przeważał pogląd, że oddychanie mitochondrialne zachodzi u roślin jedynie w nocy i jest całkowicie hamowane przez światło. Sugerowano, że ATP powstający w chloroplastach w ciągu dnia jest eksportowany do cytoplazmy i całkowicie zaspokaja zapotrzebowanie energetyczne komórki. Pogląd ten obecnie uważa się za zbyt uproszczony (Gabryś, 2002). Wyniki badań wskazują, że oddychanie komórkowe zachodzi zarówno w nocy, 13 aktywności reakcji fotosyntezy zaspokaja zapotrzebowanie energetyczne komórki i ogranicza pulę ADP. Prowadzi to do ograniczenia intensywności reakcji utleniania i produkcji ATP w mitochondriach. W warunkach intensywnego nasłonecznienia mitochondria mogą być wykorzystywane jako elektronowy zlew, uczestnicząc w utlenianiu zredukowanych związków poprzez przenoszenie elektronów w mitochondrialnym łańcuchu transportu elektronów (mETC). Proces ten z jednej EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO Co rośliny robią nocą? | Łukasz Wojtyla, Małgorzata Adamiec | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Czy roślinom potrzebna jest noc? Odpowiedni stosunek długości dnia do nocy jest ważnym czynnikiem indukującym kwitnienie wielu gatunków roślin. Rośliny dnia krótkiego (RDK) kwitną, kiedy długość nocy przekracza długość krytyczną charakterystyczną dla danego gatunku. Do roślin dnia krótkiego zaliczmy m.in. astry, chryzantemy, proso, ryż, tytoń i wilczomlecz nadobny (gwiazda betlejemska). Odwrotnie, rośliny dnia długiego (RDD) kwitną, kiedy długość nocy jest krótsza od długości krytycznej charakterystycznej dla danego gatunku. Do roślin dnia długiego zaliczmy m.in. hortensję, koniczynę, rudbekię, rzodkiewkę, sałatę i szpinak. Przerwanie okresu ciemności poprzez krótkotrwałe oświetlenie w środku nocy zapobiega zakwitaniu roślin RDK i indukuje zakwitanie roślin RDD (Tretyn i Kopcewicz, 2003). Związkiem odpowiedzialnym za percepcję światła jest fitochrom, będący chromoproteiną występującą w dwóch formach, z których jedna odznacza się maksymalnym pochłanianiem światła czerwonego o długości fali 660 nm (Pr), a druga absorbuje światło dalekiej czerwieni około 730 nm (Pfr). Obie te formy mogą przechodzić jedna w drugą pod wpływem światła o określonej długości fali. Przy braku światła następuje jednak powolna przemiana formy Pfr w Pr, która w ciemności jest trwała i nie wykazuje aktywności fizjologicznej. Zatem obecność Pfr indukuje zakwitanie roślin RDD oraz hamuje zakwitanie roślin RDK (Ulijasz i wsp., 2010). Obecność i brak światła reguluje również procesy morfogenetyczne. Światło aktywne morfogenetycznie mieści się w zakresie długości fali świetlnej od 320 do 800 nm. Zależne od światła reakcje roślin i regulacja procesów fizjologicznych w odpowiedzi na zmieniające się oświetlenie zachodzą dzięki współdziałaniu wspomnianych już receptorów światła – fitochromów, kryptochromów, fototropiny oraz receptorów dalekiego i bliskiego nadfioletu. Oprócz omówionej już regulacji kwitnienia roślin fotoperiodycznie wrażliwych, odpowiedni stosunek długości dnia do nocy wpływa również na pokrój roślin (Kopcewicz i wsp., 2012). Światło jest bowiem jednym z czynników inicjujących powstanie zawiązków liści, oraz ich budowę i kształt. Brak lub niedobór światła działa hamująco na proces tworzenia się nowych zawiązków liści. U niektórych gatunków drzew od stosunku długości dnia do nocy zależne jest formowanie się pąków zimowych. W okresie długiego dnia z nowo powstających zawiązków rozwijają się liście właściwe i wierzchołek pędu kontynuuje wzrost. Skrócenie dnia powoduje natomiast wytworzenie się z zawiązków łusek i formowanie się pąków zimowych, przygotowując roślinę do przejścia w stan spoczynku (Hejnowicz, 2002b). Brak światła, czyli ciemność, dla niektórych gatunków roślin jest czynnikiem niezbędnym do przerwania spoczynku nasion, czyli do kiełkowania. Nasiona takich roślin określamy jako fotoblastycznie ujemne. Oprócz nich w przyrodzie spotykamy także nasiona fotoblastycznie dodatnie oraz neutralne. Regulacja kiełkowania przez światło odbywa się, podobnie jak w opisanych powyżej przypadkach, poprzez system fitochromowy, jednak biorą w niej udział również hormony roślinne, takie jak gibereliny, cytokininy, kwas abscysynowy, czy etylen. Do gatunków wykształcających nasiona fotoblastycznie ujemne zaliczamy m.in. arbuz (Botha i Small, 1988), czarnuszkę siewną (Pamukov i Schneider, 1978), facelię (Tiryaki i Keles, 2012), jasnotę (Jones i Bailey, 1956), szarłat (Gutterman i wsp., 1992). Jednak większość gatunków wytwarza nasiona fotoblastycznie dodatnie, w przypadku których wystarcza czasem krót- EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA korzyść związków produkowanych w fotosyntezie i fotooddychaniu: glicyny, jabłczanu, szczawiooctanu, pirogronianu i NAD(P)H (Gabryś, 2002). SZKOŁA strony ogranicza wydajność fotosyntetycznej asymilacji CO2, natomiast z drugiej strony przeciwdziała zjawisku fotoinhibicji (Buckley i Adams, 2011). Po drugie w fotooddychaniu w mitochondriach ma miejsce dekarboksylacja glicyny, w trakcie której powstaje amoniak (NH3), który hamuje aktywność kompleksu dehydrogenazy pirogronianowej (PDC) (Schuller i Randall, 1989). Spadek aktywności PDC oraz enzymu jabłczanowego zależnego od NAD (NAD-ME) obserwowany jest pod wpływem światła w mitochondriach wielu gatunków roślin. Dochodzi wtedy do fosforylacji PDC, która prowadzi do spadku jego aktywności. Innymi związkami ograniczającymi aktywność PDC są NADH i acetylo-CoA (Xue i wsp., 1996). Spadek aktywności PDC, ważnego enzymu wprowadzającego metabolity do cyklu Krebsa, obniża jego aktywność. Cykl Krebsa, oprócz dostarczania NADH na potrzeby mETC, dostarcza szkieletów węglowych do produkcji aminokwasów (Millar i wsp., 2011). Mechanizmy prowadzące do ograniczenia oddychania mitochondrialnego i zmniejszenia produkcji ATP w mitochondriach przy wysokiej produkcji ATP w chloroplastach w wyniku fotosyntezy nie są do końca poznane. Niemniej jednak nagłe zaciemnienie rośliny powoduje zatrzymanie fotosyntezy i okresowy, wzmożony wzrost aktywności oddechowej mitochondriów, mierzony jako stopień zużycia tlenu i produkcji CO2. Zjawisko to nosi nazwę wzmożonego światłem oddychania ciemniowego (LEDR, ang. light-enhanced dark respiration), któremu towarzyszy wzrost aktywności PDC i NAD-ME (Parys i wsp., 2004). Rozważając kwestie dotyczące oddychania komórkowego i różnic w przebiegu tego procesu pomiędzy dniem a nocą, należy zwrócić uwagę na substraty utleniane w procesie glikolizy. W ciemności 100% substratów oddechowych utlenianych przez mitochondria pochodzi z materiałów zapasowych, głównie skrobi, natomiast na świetle ich udział maleje do 40–50% na 14 KRÓTKO Co rośliny robią nocą? | Łukasz Wojtyla, Małgorzata Adamiec | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 15 Co rośliny robią nocą? | Łukasz Wojtyla, Małgorzata Adamiec | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Podsumowanie Rośliny w nocy nie przeprowadzają reakcji fotosyntezy. Zachodzą w nich jednak intensywne procesy metaboliczne. Aktywność niektórych szlaków biochemicznych, jak np. związanych z oddychaniem komórkowym, jest nawet intensywniejsza niż w ciągu dnia. Następujące po sobie okresy dnia i nocy regulują wiele procesów życiowych roślin, a odpowiedni ich wzajemny stosunek reguluje moment wejścia w fazę generatywną, indukuje wejście w stan spoczynku oraz jego przełamanie oraz wpływa na kształt roślin poprzez procesy fotomorfogenetyczne. Odpowiednia długość nocy jest zatem niezbędna do rozmnażania się wielu gatunków roślin. Praca napisana na podstawie wykładu pt. „Co rośliny robią nocą?” wygłoszonego na Nocy Naukowców 28.09.2012. na Wydziale Biologii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu przez autora pracy Ł. Wojtylę. Ł. Wojtyla zebrał informacje i przygotował tekst. A. Adamiec przygotowała ilustracje do pracy i uczestniczyła w przygotowaniu tekstu. NAUKA Brak światła, podobnie jak jego niedobór, wpływa na pokrój roślin. Rośliny rosnące w zacienieniu mają ograniczony dostęp do światła, zmieniony jest również jego skład spektralny. Światło po przejściu przez korony drzew charakteryzuje się mniejszą zawartością czerwieni w stosunku do dalekiej czerwieni. Zmiana ta przyczynia się do zmniejszenia stężenia formy Pfr fitochromu, co powoduje przyspieszony wzrost roślin rosnących w zacienieniu (Kopcewicz i wsp., 2012). Zjawisko to ma podobny mechanizm do etiolacji siewek rosnących w warunkach całkowitego braku dostępu do światła. Etiolowane siewki są blade i wiotkie, pozbawione chlorofilu o wydłużonych hipokotylach i międzywęźlach oraz zredukowanych blaszkach liściowych (Szweykowska, 2000). Oświetlenie etiolowanych roślin powoduje ich deetiolację, czyli proces dochodzenia do stanu charakterystycznego dla danego gatunku. Prowadzi to do syntezy chlorofilu, gwałtownego zahamowania wzrostu wydłużeniowego pędu i stopniowego rozwoju liści (Kopcewicz i wsp., 2012). Brak lub długotrwały niedobór światła indukuje również procesy odpowiedzialne za starzenie się liści oraz stymuluje przejście roślin w stan spoczynku. W wyniku braku światła nie dochodzi do produkcji ATP, w związku z powyższym roślina zużywa więcej cukrów do produkcji energii w procesie oddychania komórkowego. Dochodzi do sytuacji, kiedy zapotrze- Niniejsza praca nie opisuje wszystkich procesów fizjologicznych i biochemicznych zachodzących w komórkach roślin w ciemności, a jedynie naświetla najważniejsze różnice w metabolizmie pomiędzy dniem, a nocą oraz ukazuje, jak ważny w prawidłowym wzroście i rozwoju roślin jest stosunek długości dnia do nocy. Literatura Atkin OK, Westbeek MHM, Cambridge ML, Lambers H, Pons TL (1997). Leaf respiration in light and darkness I. A comparison of slow- and fast-growing poa species. Plant Physiol. 113:961-965. Botha FC, Small JGC (1988). The germination response of the negatively photoblastic seeds of citrullus lanatus to light of different spectral compositions. J Plant Physiol. 132:750-753. Buckley TN, Adams MA (2011). An analytical model of non-photorespiratory CO2 release in the light and dark in leaves of C3 species based on stoichiometric flux balance. Plant Cell Environ. 34:89-112. Caemmerer S, Farquhar G, Berry J (2009). Biochemical model of C3 photosynthesis. Advances in Photosynthesis and Respiration. 29:209-230. Dobrzański A (2011). Reakcja nasion chwastów segetalnych na uprawę roli wykonywaną nocą. Postępy Nauk Rolniczych. 2:9-19. Gabryś H (2002). Procesy oddechowe. W: Kopcewicz J, Lewak S, red. Fizjologia roślin. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN; 387420. Goyal A, Szarzyńska B, Fankhauser C (2013). Phototropism: at the crossroads of light-signaling pathways. Article in press. Trends Plant Sci. xx:1-9. Gutterman Y, Corbineau F, Côme D (1992). Interrelated effects of temperature, light and oxygen on Amaranthus caudatus L. seed germination. Weed Research. 32:111-117. Hejnowicz Z (2002a). Funkcjonalne układy tkankowe i zasady ich działania. W: Hejnowicz Z. Anatomia i histogeneza roślin naczyniowych. Organy wegetatywne. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN; 106-236. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA Jakie są skutki zbyt długiej ciemności? bowanie energetyczne liścia przewyższa zyski związane z asymilacją CO2. Prowadzi to do wycofywania związków organicznych z liścia, rozkładu chlorofilu w celu odzyskania zgromadzonego w nim azotu i magnezu, degradacji białek i w konsekwencji do egzekucji programowanej śmierci komórek, na ogół poprzez autofagię, czyli samostrawienie. Proces ten zaangażowany jest w obrót metaboliczny i pozwala na maksymalne wycofanie z liścia substancji organicznych w postaci szkieletów węglowych i grup amonowych (Jongebloed i wsp., 2004; Howart, 2013). Sytuację taką obserwujemy jesienią, kiedy w wyniku zmniejszającej się ilości energii słonecznej docierającej do powierzchni Ziemi oraz dużego zachmurzenia zmniejszającego ilość godzin ze słońcem dochodzi do żółknięcia liści. Daje to odpowiedź na pytanie, dlaczego jesienią liście żółkną. Spadek temperatury powietrza wraz ze zmniejszonym natężeniem światła jesienią zmniejszają produkcję asymilatów. Ich niedobór w połączeniu z coraz mniej korzystnymi warunkami środowiska powoduje przejście roślin w stan spoczynku zimowego (głębokiego) (Kopcewicz i wsp., 2012). KRÓTKO kotrwałe oświetlenie, aby pobudzić je do kiełkowania. Praktycznym wykorzystaniem tego zjawiska jest tzw. uprawa roli nocą. Wykonywanie zabiegów agrotechnicznych w nocy ma na celu zmniejszenie wschodów roślin zachwaszczających uprawy polowe poprzez ograniczenie fotostymulacji kiełkowania ich nasion (Dobrzański, 2011). 16 Co rośliny robią nocą? | Łukasz Wojtyla, Małgorzata Adamiec | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Artykuł pomocny przy realizacji wymagań podstawy programowej Biologia – IV etap edukacyjny, zakres rozszerzony: 9. Rośliny – reakcja na bodźce. Uczeń: 1) przedstawia podstawowe sposoby reakcji roślin na bodźce (ruchy tropiczne i nastyczne); podaje ich przykłady (fototropizm, geotropizm, sejsmonastia, nyktynastia); 3) wyjaśnia zjawisko fotoperiodyzmu. 2. Ogólne zasady metabolizmu. Uczeń: 2) porównuje anabolizm i katabolizm, wskazuje powiązania między nimi; 3) charakteryzuje związki wysokoenergetyczne na przykładzie ATP; What plants do at night? Łukasz Wojtyla, Małgorzata Adamiec Life on Earth is dependent on several factors. One of them is the light and the reactions taking place with his participation. With the reactions of photosynthesis solar energy is converted into energy of chemical bonds and in this form is transmitted from autotrophic organisms (the producers) to all organisms. The reactions of photosynthesis also produce oxygen, which is necessary for most of the organisms and used in the reactions of cellular respiration. Since plants produce energy and oxygen during the day, whether in this case the night is needed at all. And if so, what are plants doing at night? This paper describes the major physiological and biochemical processes that occur in plants under no access to light, both natural conditions (night) and in the case of artificial darkness. The answer to the question posed in the title is in the description of such processes as photosynthesis, cellular respiration, tropisms, control of the stomata opening/closing and regulation of flowering. NAUKA 1) wyjaśnia na przykładach pojęcia: „szlak metaboliczny”, „cykl przemian metabolicznych”; 4) porównuje zasadnicze przemiany metaboliczne komórki zwierzęcej i roślinnej; 5) wskazuje substraty i produkty głównych szlaków i cykli metabolicznych (fotosynteza, etapy oddychania tlenowego, (...) glikoliza, (...). Key words: darkness, plant physiology, photoperiodism, photosynthesis, cellular respiration EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA high temperature on germination of Phacelia tanacetifolia seeds by melatonin. Journal of Pineal Research. 52:332-339. Tretyn A, Kopcewicz J (2003). Genetyczna kontrola kwitnienia roślin okrytonasiennych. Kosmos. 53:379-398. Ulijasz AT, Cornilescu G, Cornilescu CC, Zhang J, Rivera M, Markley JL, Vierstra RD (2010). Structural basis for the photoconversion of a phytochrome to the activated Pfr form. Nature. 463:250254. West-Eberhard MJ, Smith JAC, Winter K (2011). Photosynthesis, reorganized. Science. 332:311-312. Xue X, Gauthier DA, Turpin DH, Weger HG (1996). Interactions between photosynthesis and respiration in the green alga Chlamydomonas reinhardtii (characterization of light-enhanced dark respiration). Plant Physiol. 112:1005-1014. KRÓTKO Hejnowicz Z (2002b). Periodyczność w tworzeniu liści listowia i łusek u roślin drzewiastych. W: Hejnowicz Z. Anatomia i histogeneza roślin naczyniowych. Organy wegetatywne. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN; 621-625. Herrera A (2009). Crassulacean acid metabolism and fitness under water deficit stress: if not for carbon gain, what is facultative CAM good for? Ann Bot. 103:645-653. Howart T (2013). Senescence, ageing and death of the whole plant. New Phytol. 197: 696-711. Jacoby RP, Li L, Huang S, Lee CP, Millar AH, Taylor NL (2012). Mitochondrial composition, function and astress response in plants. J Integr Plant Biol. 54: 887-906. Jones MB, Bailey LF (1956). Light effects on the germination of seeds of henbit (Lamium amplexicaule L.). Plant Physiol. 31:347-349. Jongebloed U, Szederkényi J, Hartig K, Schobert C, Komor E (2004). Sequence of morphological and physiological events during natural ageing and senescence of a castor bean leaf: sieve tube occlusion and carbohydrate back-up precede chlorophyll. Physiol Plant. 120:338-346. Kopcewicz J (2002). Ruchy roślin. W: Kopcewicz J, Lewak S, red. Fizjologia roślin. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN; 586600. Kopcewicz J, Szmidt-Jaworska A, Kannenberg K (2012). Zarys struktury i fizjologii drzew leśnych. Toruń: Wydawnictwo Wyższej Szkoły Zarządzania Środowiskiem w Tucholi i Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. Li QH, Yang HQ (2007). Cryptochrome signaling in plants. Photochem Photobiol. 83:94-101. Millar AH, Whelan J, Soole KL, Day DA (2011). Organization and regulation of mitochondrial respiration in plants. Ann Rev Plant Biol. 63:79-104. Pamukov K, Schneider MJ (1978). Light inhibition of Nigella germination: the dependence of a high irradiance reaction on 720-nm irradiance. Bot Gaz. 139:56-59. Parys E, Romanowska E, Siedlecka M (2004). Light-enhanced dark respiration in leaves and mesophyll protoplasts of pea in relation to photorespiration, respiration and some metabolites content. Acta Physiol Plant. 26:37-46. Pedmale UV, Celaya RB, Liscuma E (2010). Phototropism: mechanism and outcomes. The Arabidopsis Book. e0125:1-26. Schuller KA, Randall DD (1989). Regulation of pea mitochondrial pyruvate dehydrogenase complex. Does photorespiratory ammonium influence mitochondrial carbon metabolism? Plant Physiol. 89:1207-1212. Szweykowska A (2000). Fizjologia roślin. Poznań: Wydawnictwo Naukowe UAM. Taiz L, Zeiger E (2010). Plant physiology. Sinauer Associates, Inc. Tiryaki I, Keles H (2012). Reversal of the inhibitory effect of light and Weronika Gonciarz zbieżność z PP – zob. s. 22 Streszczenie: Bioremediacja to biologiczna technologia usuwania różnego rodzaju substancji chemicznych z gleb, osadów dennych, osadów czynnych, wód i powietrza za pomocą mikroorganizmów. Znajdujące się w tych mikroorganizmach enzymy katalizują reakcje prowadzące do destrukcji lub transformacji różnego rodzaju zanieczyszczeń w formy mniej szkodliwe. Skażenie może wywołać każda substancja wprowadzana do środowiska powodująca zachwianie równowagi ekologicznej lub zanikanie poszczególnych poziomów troficznych łańcucha pokarmowego. W bioremediacji wykorzystywane są naturalne zdolności mikroorganizmów do rozkładu węglowodorów. Głównym celem tego procesu jest mineralizacja toksycznych związków organicznych, prowadząca ostatecznie do powstania nietoksycznych substancji, takich jak: CO2, H2O i biomasa. Węglowodory, takie jak pochodne ropy naftowej, w przemianach metabolicznych drobnoustrojów stanowią ich źródło węgla lub energii albo pełnią rolę akceptora elektronów w łańcuchu oddechowym. Jednakże stopień wykorzystania tych substancji przez mikroorganizmy zależy w dużej mierze od rodzaju degradowanej substancji, a także czynników środowiskowych, które mogą stymulować lub hamować przebieg tego procesu Słowa kluczowe: bioremediacja, węglowodory, zanieczyszczenia gleby, mikroorganizmy otrzymano: 10.02.2013; przyjęto: 4.08.2013; opublikowano: 13.09.2013 Weronika Gonciarz: Instytut Biologii Uniwersytetu Jana Kochanowskiego w Kielcach, studentka na kierunku biotechnologia, członek Koła Naukowego Biotechnologów „Mikroby” Obecnie substancje ropopochodne zanieczyszczające środowisko przyrodnicze zaliczamy do kategorii tzw. odpadów niebezpiecznych, czyli takich, które są szczególnie toksyczne dla życia biologicznego i prawidłowego funkcjonowania ekosystemu (Marcano i wsp., 2003). W wyniku zanieczyszczenia gleby węglowodorami dochodzi do rozległego zniszczenia lokalnego ekosystemu (Alvarez i Vogel, 1991). Prowadzi do nagromadzenia zanieczyszczeń w tkankach zwierząt oraz roślin, które może spowodować ich śmierć. Niektóre węglowodory aromatyczne występujące w ropie (benzen, toluen, ksylen, fenol) są bardzo szkodliwe dla człowieka ze względu na toksyczne i kancerogenne działanie (Nowak, 2008; Boldrin i wsp., 1993). Jedną z przyczyn przedostawania się pochodnych ropy naftowej do środowiska jest działalności człowieka. Zanieczyszczenia te dostają się do gleb głównie w wyniku procesów wydobywczych ropy i jej przerobu w rafineriach oraz awarii podczas magazynowania paliw (Holliger i wsp., 1997; Nowak, 2008). W Polsce silnie skażone są tereny byłych baz i poligonów radzieckich (wylewano tam niegdyś zużyte oleje i smary) oraz grunty w pobliżu rafinerii, stacji benzynowych, warsztatów naprawczych taboru samochodowo-kolejowego i lotnisk (Sztompka, 1991). W wyniku akumulacji substancji ropopochodnych w środowisku naturalnym poszukiwanie alternatywnych metod oczyszczania gleby stało się pilną potrzebą. Z tego powodu coraz więcej uwagi poświęca się metodom bioremediacji, w których wykorzystuje się zasoby samej natury (m.in. izolację mikroorganizmów występujących w zanieczyszczonej glebie) w celu zmniejszenia jej zanieczyszczenia (Wójcik i Tomaszewska, 2005; Margesin i Schinner, 2001). Bioremediacja to biologiczna technologia usuwania różnego rodzaju substancji chemicznych z gleb, osadów dennych, osadów czyn- nych, wód i powietrza z wykorzystaniem wybranych organizmów. Obecnie często sięga się po mikroorganizmy, a przede wszystkim po enzymy występujące w rozmaitych mikroorganizmach. Mogą one katalizować reakcje prowadzące do destrukcji lub transformacji różnego rodzaju zanieczyszczeń w formy mniej szkodliwe (Glazer i Nikaido, 1995). Głównym celem tego procesu jest mineralizacja toksycznych związków organicznych, prowadząca ostatecznie do powstania nietoksycznych substancji takich, jak: CO2, H2O i biomasa (Jyothi i wsp., 2012). Węglowodory, takie jak pochodne ropy naftowej, w przemianach metabolicznych drobnoustrojów stanowią ich źródło węgla lub energii albo pełnią rolę akceptora elektronów w łańcuchu oddechowym (Gadd, 2010). Bioremediację, jako technologię usuwania zanieczyszczeń, możemy podzielić na naturalną i inżynieryjną (Aggarwal i wsp., 1990). Proces naturalny zachodzi samoczynnie i związany jest z obiegiem pierwiastków w środowisku naturalnym. Dotyczy on produkowanej biomasy roślinnej, resztek obumarłych organizmów, a także ich wydalin. Proces ten przebiega w osadach dennych, glebach, wodach samooczyszczających się (Lal i wsp., 2010). Bioremediacja naturalna jest najlepiej obserwowana w wyciekach produktów ropopochodnych. Jest monitorowana poprzez śledzenie rozmieszczenia zanieczyszczenia, migracji skażenia, tempa przyrostu i aktywności mikroflory oraz obecności pierwiastków biogennych (Jorgensen, 2007). Bioremediacja inżynieryjna natomiast jest sumą zabiegów obejmującą usunięcie zanieczyszczeń przede wszystkim przez mikroorganizmy oraz rośliny. Procesy te mogą być przeprowadzone in situ (w miejscu skażenia) lub ex situ (poza miejscem skażenia, co wymaga przemieszczenia zanieczyszczonego gruntu w inne miejsce, gdzie będzie odbywał się proces usuwania zanieczyszczeń w bioreaktorach, filtrach, przy włączeniu także innych procesów fizykochemicznych) (Lal i wsp., 2010). Tempo bioreme- EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Wprowadzenie SZKOŁA Bakterie w bioremediacji gleby 17 KRÓTKO Bakterie w bioremediacji gleby | Weronika Gonciarz | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Początki bioremediacji sięgają 1895 r., kiedy to Miyoshi wyizolował pierwszy mikroorganizm Botrytis cinerea (pleśń szara) zdolny do rozkładu parafiny (Miyoshi, 1895). W 1906 r. Rahn stwierdził, że różne formy organizmów, w tym grzyby Penicillium glaucum, oraz bakterie rozkładają parafinę i wykorzystują ją jako jedyne źródło energii (Rahn, 1906). Dwa lata później Störmer wyizolował bakterię Bacillus hexacarbovorum, która wykazywała zdolność metabolizmu toluenu i ksylenu (Störmer, 1908). Kilka lat później, bo w 1913 r. Söhngen wykazał, że parafinę i benzynę rozkłada 17 różnych gatunków bakterii glebowych (Söhngen, 1913). Następnie w 1914 r. Wagner opisał bakterię B. benzoli, która do procesów metabolicznych wykorzystywała toluen, ksylen, benzen oraz węglowodory alifatyczne (Wagner, 1914). Kolejne lata przyniosły dalszy rozwój procesu bioremediacji; już w 1930 r. Tausz przedstawił zastosowanie mikroorga- Czynniki wpływające na efektywność przebiegu procesu bioremediacji Na szybkość i efektywność oczyszczania gruntów zanieczyszczonych węglowodorami przy pomocy naturalnie występujących mikroorganizmów mają wpływ następujące czynniki: • toksyczność i stężenie węglowodorów (obecność takich związków jest czynnikiem opóźniającym lub całkowicie hamującym procesy mikrobiologiczne w glebie) (Antizar i Ladislao, 2010; Semple i wsp., 2001); • struktura chemiczna degradowanego związku (dużo łatwiej degradowane są proste związki, np. n-alkany, niż węglowodory posiadające w swojej budowie pierścień aromatyczny) (Mas i wsp., 2010); • potencjał gleby (w środowisku glebowym mogą występować różne populacje mikroorganizmów, czasem mające na siebie nawzajem negatywny wpływ) (Adeline i wsp., 2009); • parametry fizykochemiczne: • tlen – zbyt mała ilość może doprowadzić do powstania stref beztlenowych, w których węglowodory są słabo degradowane, a produkty procesów beztlenowych często są toksyczne dla samych mikroorganizmów (Korda i wsp., 1997; Vidali, 2001), • temperatura – optymalna dla przeprowadzenia procesu to 4–45 ˚C (Carberry i Wik, 2001), • odczyn – optymalne dla bakterii warunki wzrostu istnieją przy pH 6,5–8,0, natomiast grzyby, jako grupa acidofili, rosną przy pH 4,0–6,9, przy którym bakterie giną (Carberry i Wik, 2001), • pierwiastki biogenne – fosfor i azot, których odpowiednie stężenie powoduje stymulacje wzrostu, ale przy ich niedoborach drobnoustroje giną (Boopathy, 2000; Romantschuk i wsp., 2000; Vidali, 2001), • wilgotność – woda umożliwia rozpuszczenie węglowodorów, w takiej formie są przyswajane przez populacje bakterii (Sikkema i wsp., 1995). Mikroorganizmy wykorzystywane w bioremediacji Liczne mikroorganizmy charakteryzują się zdolnością do degradacji substancji ropopochodnych (Adeline i wsp., 2009). Mikroorganizmy posiadające zdolność do rozkładu toksyn mogą usuwać je poprzez proces mineralizacji, biotransformacji lub immobilizacji (Carberry i Wik, 2001). Mineralizacja to całkowity rozkład związków organicznych z wytworzeniem dwutlenku węgla, metanu, wody lub innych związków w zależności od do- EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA Rys historyczny nizmów do oczyszczania gleby, zanieczyszczonej pochodnymi ropy naftowej (Tausz i Donath, 1930). Przełom stanowił rok 1972, kiedy to zdefiniowano pojęcie bioremediacji. W tym samym roku proces ten po raz pierwszy został zastosowany komercyjnie – w Pennsylvanii, USA (Atlas, 1981). W latach 70. ubiegłego wieku Raymond zapoczątkował dalszy rozwój bioremediacji poprzez wykorzystanie organizmów tworzonych metodami bioinżynierii (Raymond i Hudson, 1976). Po roku 1993 mikroorganizmy coraz częściej wykorzystywano do usuwania substancji ropopochodnych z zanieczyszczonych gleb. Od tego czasu nastąpiło ogromne zainteresowanie tego typu technologią. Uwaga naukowców skupiła się na „ulepszaniu” szczepów izolowanych ze środowiska naturalnego, w których – dzięki manipulacjom genetycznym – można „wzmocnić” pożądane przez nas cechy lub wręcz wprowadzić nowe. Wydaje się, że w ten sposób procesy bioremediacji staną się jeszcze bardziej efektywne, a degradacja skażenia będzie następowała szybciej (Zobell, 1946; Atlas, 1981). KRÓTKO diacji naturalnej jest zazwyczaj wolniejsze niż inżynieryjnej. Bioremediacja inżynieryjna często obejmuje: pobudzenie mikroflory autochtonicznej do usuwania skażeń (biostymulacja) lub dodawanie namnożonej mikroflory do skażenia (bioaugmentacja), dodatkowo wspomaganej przez powietrze lub tlen (biowentylacja) (Jorgensen, 2007). Degradacja związków chemicznych podczas przeprowadzania procesu bioremediacji może odbywać się na drodze fermentacji, oddychania beztlenowego, tlenowego, a także beztlenowo-tlenowego. Metodę oddychania beztlenowo-tlenowego stosuje się w przypadku związków chloroorganicznych – pierwszy etap procesu odbywa się w warunkach beztlenowych, gdzie następuje dechloracja związku, zaś etap drugi – tlenowy – zapewnia ostateczną degradację związku organicznego (Johnson i wsp., 2003). NAUKA 18 Bakterie w bioremediacji gleby | Weronika Gonciarz | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 tu, w związku z czym proces przebiega z wyższą wydajnością (Diaz i wsp., 2002). Inżynieria genetyczna, będąca nowoczesną technologią, pozwala na projektowanie mikroorganizmów zdolnych do rozkładu określonego typu zanieczyszczeń (Liu i wsp., 2006; Shimizu, 2002). Konstruowanie genetyczne modyfikowanych mikroorganizmów na potrzeby bioremediacji jest możliwe dzięki poznaniu mechanizmów degradacji związków toksycznych (Liu i wsp., 2006; Shimizu, 2002). Zmiany genetyczne zmodyfikowanych mikroorganizmów stosowanych w bioremediacji dotyczą modyfikacji specyficzności i powinowactwa enzymów do substratów, konstrukcji i zmiany szlaków metabolicznych oraz zastosowania biosensorów w celu śledzenia procesów redukcji związków toksycznych (Pieper i Reineke, 2000). Plazmid TOL u Pseudomonas putida był obiektem licznych manipulacji genetycznych związanych ze zmianą zdolności katabolicznych różnych węglowodorów rozgałęzionych. Zmiany dotyczyły np. wykorzystywania 4-etylobenzenu, jako substratu węglowego (Pieper i Reineke, 2000). W celu zminimalizowania ryzyka wynikającego z uwolnienia genetycznie modyfikowanych mikroorganizmów do środowiska stosowane są pewne bariery biologiczne ograniczające przepływ genów. Opierają się one głównie na ograniczeniu przeżywalności rekombinantów oraz utrudnieniu transferu genów do mikroorganizmów autochtonicznych (Wasilkowski i wsp., 2012; Pandey i wsp., 2005). W celu poprawienia wydajności procesu bioremediacji często stosuje się także mutagenezę ukierunkowaną, prowadzącą do wprowadzenia mutacji w ściśle określonym miejscu genomu (może to np. spowodować większe powinowactwo substratu [zanieczyszczenia] do enzymu) (Hernandez i Fernandez-Lafuente, 2011), a także klonowanie molekularne pozwalające na izolację i powielenie określonych genów (Pandey i wsp., 2005). EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA pożądanych cech, m.in. zdolność do rozkładu dużej grupy węglowodorów i szybkie tempo namnażania się, zwłaszcza w porównaniu z glonami oraz grzybami, które także posiadają zdolność do wykorzystywania substancji ropopochodnych w procesach metabolicznych (Korda i wsp., 1997). Należy jednak wspomnieć, że żaden mikroorganizm nie potrafi rozkładać wszystkich rodzajów zanieczyszczeń, dlatego też w procesie tym stosuje się odpowiednie kombinacje drobnoustrojów (Korda i wsp., 1997; Abraham i wsp., 2002). U gatunków należących do rodzaju Pseudomonas wykazano obecność plazmidów, na których zakodowana jest zdolność drobnoustrojów do rozkładu naftalenu, oktanu, ksylenu i toluenu (Boboye i wsp., 2010; Dubey, 2009). Szczep HO1-N z rodzaju Acinetobacter jest zdolny do wzrostu z wykorzystaniem n-heksanu; transportuje on węglowodory w obłonionych mikropęcherzykach, które są aktywnie wprowadzane do wnętrza komórki. Nocardia, Mycobacterium sp. i wybrane szczepy Rhodococcus sp. także są zdolne do degradacji węglowodorów (Torres Pazmiño i wsp., 2010; Watkinson i Morgan, 1990). Kolejnym przykładem wykorzystania nowoczesnych technik jest immobilizacja (unieruchomienie), która prowadzi do ograniczenia możliwości ruchu mikroorganizmu poprzez związanie z nośnikiem (Das i Chandran, 2011). Zastosowanie unieruchomionych bakterii w procesie bioremediacji ułatwia oddzielenie i odzyskanie komórek bakteryjnych wykorzystywanych w procesach bioremediacji (Diaz i wsp., 2002). Jednocześnie możliwe jest wielokrotne stosowanie mikroorganizmów, które zmniejsza łączny koszt przeprowadzenia bioremediacji (Wilson i Bradley, 1996). Wykazano ponadto, że immobilizacja zwiększa także szybkość biodegradacji substancji ropopochodnych. Co więcej, nośnik z immobilizowanymi komórkami bakteryjnymi może działać ochronnie w przypadku zmian pH, temperatury, składu podłoża oraz pozwala na lepsze wykorzystanie substra- SZKOŁA stępu do tlenu. Biotransformacja obejmuje reakcje enzymatyczne przekształcające toksyczne związki w produkty mniej toksyczne (Kołwzan, 2008). Immobilizacja to unieruchomienie skażenia (Rahman, 2006). Cechą charakterystyczną mikroorganizmów wykorzystywanych w procesie bioremediacji jest to, że najczęściej ich naturalnym środowiskiem bytowania jest zanieczyszczona gleba (Korda i wsp., 1997). Szacuje się, że w 1 g gleby występuje prawdopodobnie około 4000 różnych gatunków drobnoustrojów. Aktualnie przy użyciu tradycyjnych metod laboratoryjnych do hodowli drobnoustrojów z gleby może być izolowane jedynie ok. 1% mikroorganizmów (Wassermann i Carlini, 2006). Do tej grupy możemy zaliczyć liczne bakterie, archeony, glony oraz grzyby (Korda i wsp., 1997). Z tego powodu wiąże się duże nadzieje z opracowaniem technik pozwalających na izolację i stabilną hodowlę pozostałej części, stanowiącej aż 99% mikroflory gleby. Wykazano, że w środowisku skażonym produktami naftowymi szybkość rozkładu oraz liczebność drobnoustrojów zdolnych do ich degradacji stopniowo wzrasta od momentu zaistnienia skażenia (Korda i wsp., 1997). Zjawisko to wynika z selekcji drobnoustrojów, polegającej na eliminacji gatunków wrażliwych na toksyczne oddziaływanie wprowadzonych związków i umożliwienie w ten sposób rozwoju drobnoustrojów wykorzystujących węglowodory jako substraty pokarmowe oraz wskutek stopniowej adaptacji mikroorganizmów do nowego substratu wzrostowego (Margesin i Schinner, 2001). Podstawowymi mechanizmami adaptacji są indukcja i derepresja genów kodujących wybrane enzymy oraz procesy ewolucyjne prowadzące do powstawania nowych możliwości metabolicznych (Rojo, 2009). Bakterie wykorzystywane są najczęściej do usuwania zanieczyszczeń spowodowanych obecnością węglowodorów (Korda i wsp., 1997). Posiadają one wiele 19 KRÓTKO Bakterie w bioremediacji gleby | Weronika Gonciarz | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Na początku warto wspomnieć, że agrotechniczna metoda mikrobiologicznego oczyszczania gruntów z zanieczyszczeń przemysłu petrochemicznego opatentowana została w Polsce. Zastosowano ją z powodzeniem do usuwania zanieczyszczeń ropą, benzyną i naftą lotniczą. Średni czas oczyszczania gruntów wynosi od trzech tygodni do trzech miesięcy (Nowak, 2008). W Polsce J. Siuta z Instytutu Ochrony Środowiska w Warszawie już w latach 80. i 90. ubiegłego wieku użył mikroorganizmów do usuwania z gleby zanieczyszczeń ropopochodnych (Siuta, 1997). Natomiast w pierwszej połowie lat 90. w wielu innych ośrodkach naukowych i w firmach rozwinięto stosowanie metod biologicznych do likwidacji skażeń produktami ropopochodnymi w glebie (Nowak, 2008). Największe doświadczenie na rynku w dziedzinie oczyszczania gleb w Polsce z substancji ropopochodnych posiadają pracownicy Zakładu Biologii Środowi- Miejsce skażone Zakopane Kościelniki Limanowa Olszanica Brzesko Doły Błotne” Trzebinia Kawka Pochodzenie skażenia Stacja paliw Stacja benzynowa Stacja paliw Wyciek spod rurociągu w bazie paliwowej Baza Centrali Produktów Naftowych Rafineria Ziemia zawierająca osady porafineryjne Tabela 1. Przykłady zastosowania bioremediacji do oczyszczania gruntów w Polsce (Nowak, 2008; Zamorska i Papciak, 2004) Podsumowanie Bioremediacja jest jednym z wielu przykładów zastosowania biotechnologii w ochronie środowiska. Jednak jako proces technologiczny ma zarówno zalety, jak i wady (Jyothi i wsp., 2012). Jedną z najczęściej wymienianych zalet jest to, że metoda ta wykorzystuje naturalne procesy i jest przyjazna dla środowiska, ponieważ organizmy izolowane są ze środowiska naturalnego, a w wyniku tlenowego procesu degradacji końcowymi produktami są woda, CO2 i biomasa (Jyothi i wsp., 2012). Do wad tego procesu zaliczany jest rozkład węglowodorów w warunkach beztlenowych, w wyniku którego mogą powstawać produkty odporne na rozkład oraz toksyczne dla samych mikroorganizmów glebowych (Boonchan i wsp., 2000). Kolejnym problemem jest czas rozkładu toksycznych związków, który jest zdecydowanie dłuższy niż przy zastosowaniu techno- logii przemysłowych (Boonchan i wsp., 2000; Bogan i wsp., 2003; Koma i wsp., 2005). Proces rozkładu węglowodorów przy pomocy mikroorganizmów staje się jednak coraz bardziej popularny. Rozwój metod biologii molekularnej i inżynierii genetycznej pozwala na coraz lepszą analizę genomów, a co za tym idzie, wyodrębnianie bakteryjnych genów kodujących enzymy odpowiedzialne za degradację rozmaitych związków organicznych, często bardzo toksycznych dla ożywionej części środowiska (Pieper i Reineke, 2000). Poprzez lepsze poznanie enzymów katalizujących reakcję utleniania węglowodorów możliwe jest pozyskanie „ulepszonych” szczepów bakterii, które efektywniej je degradują. Możliwe, że w przyszłości dzięki zastosowaniu takich mikroorganizmów do degradacji pochodnych ropy naftowej środowisko naturalne będzie mniej zanieczyszczone. Literatura Abraham WR i wsp. (2002). Polychlorinated biphenyl-degrading microbial communities and sediments. Current Opinion in Microbiology. 5:246–53. Adeline SY, Ting CH i wsp. (2009). Hydrocarbon degradation by isolate Pseudomonas lundensis UTAR FPE2. Malaysian Journal of Microbiology. 5:104-108. Aggarwal PK i wsp. (1990). Methods to select chemicals for in-situ biodegradation of fuel hydrocarbons. Force Engineering and Services Center. Florida: Tyndall AFB, Air. Alvarez PJJ, Vogel TM (1991). Substrate interactions of benzene, toluene, and para xylene during microbial degradation by pure cultures and mixed culture aquifer slurries. Applied and Environmental Microbiology. 57:2981–2985. Antizar-Ladislao B (2010). Bioremediation: working with bacteria. Element. 6:389–94 Atlas RM (1981). Microbial degradation of petroleum hydration of polyaromatic hydrocarbons by new isolates of white rot carbons: An environmental perspective. Microbiology. 58:180–209. Atlas RM, Bartha R (1998). Fundamentals and applications. Microbial Ecology. 523–530. Boboye B, Olukunle OF , Adetuyi FC (2010). Degradative activity of EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA Bioremediacja w praktyce, czyli gdzie mikroorganizmy zostały wykorzystane do usuwania pochopnych ropy naftowej z gleby ska na Politechnice Warszawskiej, którzy przy współpracy z firmą Hydrogeotechnika Kielce przeprowadzili do 2003 r. skuteczną bioremediację ponad 30 tys. ton gruntu (Nowak, 2008). KRÓTKO Liczba mikroorganizmów występujących w glebie jest wprost proporcjonalna do łatwości, z jaką dany związek jest rozkładany. Dzieje się tak, ponieważ proces utlenienia związków o prostej budowie łańcucha nie wymaga od mikroorganizmów przeprowadzenia wielu skomplikowanych przemian metabolicznych (Meintanis i wsp., 2006; Kanaly i Harayama, 2000). Najwięcej bakterii ma zdolność do utleniania n-alkanów, ponieważ ma geny kodujące enzymy niezbędne do przeprowadzenia tych reakcji (Nowak, 2008). Źródło węgla dostarczone w tej postaci powoduje ich szybki wzrost i wpływa na dużą liczbę tych komórek w środowisku (Fredricks, 1966; Mearns, 1997). NAUKA 20 Bakterie w bioremediacji gleby | Weronika Gonciarz | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 cells. Journal of Microbiology. 44:354–359. Rahn O (1906). Ein Paraffin zersetzender Schimmelpilz. Zentr. Bakt. Parasitenk. Infektions. 16:382–384. Raymond RL, Hudson, JO, Jamison VW (1976). Oil degradation in soil. Appl. Environ. Microbiol. 31:522–535. Rojo F (2009). Degradation of alkanes by bacteria. Environmental Microbiology. 11:2477–2490. Romantschuk M, Sarand I, Petänen T i wsp. (2000). The use of Galega root systems in bioremediation. Environmental Pollutions. 107:179–185. Semple KT, Reid BJ, Fermor TR (2001). Impact of composting strategies on the treatment of soils contaminated with organic pollutants. Environmental Pollutions. 112:269–283. Shimizu H (2002). Metabolic engineering–integrating methodologies of molecular breeding and bioprocess systems engineering. Journal of Bioscience and Bioengineering. 94:563–573. Sikkema J, De Bont AM, Poolman B (1995). Mechanisms of membrane toxicity of hydrocarbons. Microbiological Reviews. 59:201– 222. Siuta J (1997). Podstawy biodegradacji ropopochodnych składników w glebach i odpadach. Technologie odolejania gruntów, odpadów, ścieków. Ekoinżynieria. 119–130. Söhngen NL (1913). Einfluss von Kolloiden auf mikrobiologische Prozesse. Zentr. Bakteria Parasitenk. Infektiones. 38:621–647. Störmer K (1908). Ueber die Wirkung des Schwefelkohlenstoffs und hnlicher Stoffe auf den Boden. Zentr. Bakteria. Parasitenk. Infektiones. II. 20:282–286. Sztompka E (1999). Biodegradation of engine oil in soil. Acta Microbiologica Polonica. 48:185–196. Tausz J, Donath P (1930). Über die Oxydation des Wasserstoffs und der Kohlewassestoffe. Mittels Bakterien. Z. Physiol. Chem. 190:141–168. Vidali M (2001). Bioremediation. An overview Pure Applied Chemistry. 73:1163–1172. Wassermann GE, Carlini CR (2006). Ureases display biological effects independent of enzymatic activity. Is there a connection to diseases caused by urease-producing bacteria? Brazilian Journal of Medical and Biological Research. 39:851–861. Wagner R (1914). Jöer Benzol-Bakterien. Giirungsphysiol. 4:289–319. Wasilkowski D, Swędzioł Ż, Mrozik A (2012). The applicability of genetically modified microorganism in bioremediation of contaminated environments. Chemik. 66:817–826. Watkinson RJ, Morgan P (1990). Physiology of aliphatic hydrocarbon-degrading microorganism. Biodegradation. 1:79–92. Wilson N G, Bradley G (1996). The effect of immobilization on rhamnolipid production by Pseudomonas fluorescens. Journal of Applied Bacteriology. 81:525–530. Wójcik P, Tomaszewska B (2005). Biotechnologia w remediacji zanie- EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA terization. Helix. 2:105-111. Kanaly RA, Harayama S (2000). Biodegradation of highmolecular-weight PAHs by bacteria. Journal of Bacteriology182:2059–2067. Koma D, Sakashita Y, Kubota K i wsp. (2005). Degradation pathways of cyclic alkanes in Rhodococcus sp. NDKK48. Appl. Microbioligy .and Cell Physiology. 66:92-99. Kołwzan B (2008). Ocena przydatnosci inokulantów do bioremediacji gleby zanieczyszczonej produktami ropopochodnymi. Ochrona Środowiska. 30:4. Korda A, Santas P, Tenente A i wsp. (1997). Petroleum hydrocarbon bioremediation: sampling and analytical, in situ treatments and commercial microorganism currently used. Applied. Microbial Biotechnology 48:677–686. Lal R i wsp. (2010). Biochemistry of Microbial Degradation of Hexachlorocyclohexane and Prospects for Bioremediation. Microbiology Reviews. 1:58-80. Liu Z i wsp. (2006). Construction of a genetically engineered microorganism for degrading organophosphate and carbamate pesticides. International Biodeterioration and Biodegradation. 58:65–9. Margesin R, Schinner F (2001). Bioremediation (Natural Attenuation and Biostimulation) of Diesel-Oil-Contaminated Soil in an Alpine Glacier Skiing Area. Applied and Environmental Microbiology. 67:3127–3133. Marcano V, Benitez P, Palacios-Pru E (2003). Acyclic hydrocarbon environmentsNn-C18 on the early terrestrial planets. Planet Space Science. 51:159–66. Mas S i wsp. (2010). Application of chemometric methods to environmental analysis of organic pollutants. A revieiews Talanta. 80:1052–67. Mearns AJ (1997). Cleaning oiled shores: putting bioremediation to the test . Science and Technology Bulletin. 4:209–217. Meintanis Ch, Chalkou KI, Kormas K i wsp. (2006). Biodegradation. 17:105–111. Miyoshi M (1895). Die Durchbohrung von Membranen durch Pilzfaden. Jahrben wisens Botanca. 28:269–289. Nowak J (2008). Bioremediation of soil contaminated with petroleum products. Biotechnologia. 1:97–108 . Pandey G, Paul D, Jain RK (2005). Conceptualizing “suicidal genetically engineered microorganisms” for bioremediation applications. Biochemical and Biophysical Research Communications. 327:637–639. Torres Pazmiño DE, Winkler M, Glieder A i wsp. (2010). Monooxygenases as biocatalysts: Classification, mechanistic aspects and biotechnological applications. Journal of Biotechnology. 146:9–24. Pieper DH, Reineke W (2000). Engineering bacteria for bioremediation. Current Opinion in Biotechnology. 11:262–270. Rahman RNZA, Ghazali FM, Salleh AB, Basri M (2006). Biodegradation of hydrocarbon contamination by immobilized bacterial SZKOŁA bacteria isolated from hydrocarbon-polluted site in Ilaje, Ondo State, Nigeria African. Journal of Microbiology Research. 4:24842491. Bogan BW, Lahner LM, Sullivan WR i wsp. (2003). Degradation of straight-chain aliphatic and high-molecular-weight polycyclic aromatic hydrocarbons by a strain of Mycobacterium austroafricanum. Applied and Environmental Microbiology. 94:230–239. Boldrin B, Tichm A, Eritzsche C (1993). Degradacja fenantrenu, fluoren, Fluoranten i piren przez Mycobacterium sp. Applied and Environmental Microbiology. 59:1927­1930. Boonchan S, Britz ML, Stanley GA (2000). Degradation and mineralization of high-molecular-weight polycyclic aromatic hydrocarbons by defined fungal-bacterial cocultures. Applied and Environmental Microbiology. 66:1007–1019. Boopathy R (2000). Factors limiting bioremediation technologies. Bioresource Technologes. 74:63–67. Carberry JB, Wik J (2001). Comparison of ex situ and in situ bioremediation of unsaturated soils contaminated petroleum. Journal of Environmental Science and Health. 36:1491–503. Das N, Chandran P (2011). Microbial Degradation of Petroleum Hydrocarbon Contaminants: An Overview. SAGE-Hindawi Access to Research Biotechnology Research International. ID 941810, 13 Diaz MP, Boyd KG i wsp. (2002). Biodegradation of crude oil across a wide range of salinitiesby an extremely halotolerant bacterial consortium MPD-M,immobilized onto polypropylene fibers. Biotechnology and Bioengineering. 79:145–153. Dubey RC (2009). A text book of Biotechnology. S. Chand and Company Ltd. Ram Nagar, New Delhi – 110055. Fredricks KM (1966). Adaptation of bacteria from one type of hydrocarbon to another. Nature. 209:047–1048. Gadd M (2010). Metals, minerals and microbes: geomicrobiology and bioremediation. Microbiology. 156:609–643. Glazer AN, Nikaido H (1995). Microbial biotechnology: fundamentals of applied microbiology. New York: Freeman. Hernandez K, Fernandez-Lafuente R (2011). Control of protein immobilization: Coupling immobilization and site-directed mutagenesis to improve biocatalyst or biosensor performance Enzyme and Microbial Technology. 48:107–122. Holliger C, Gaspard S i wsp. (1997). Contaminated environments in the subsurface and bioremediation: organic contaminants. FEMS Microbiology Reviews. 20:517–523. Johnson SJ i wsp. (2003). Contribution of anaerobic microbial activity to natural attenuation of benzene in groundwater. Engineering Geology.70:343–349. Jorgensen KS (2007). In situ bioremediation. Advances in Applied Microbiology. 61:285–305. Jyothi K, Surendra K, Babuk S i wsp. (2012). Identification and Isolation of Hydrocarbon Degrading Bacteria by Molecular Charac- 21 KRÓTKO Bakterie w bioremediacji gleby | Weronika Gonciarz | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Bakterie w bioremediacji gleby | Weronika Gonciarz | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 czyszczeń organicznych. Biotechnologia. 4:156–172. Zamorska J, Papciak D (2004). Usuwanie związków ropopochodnych z gruntu – mikroorganizmy i warunki prowadzenia procesu. Zeszyty naukowe politechniki rzeszowskiej. 218. Zobell CE (1946). Action of microörganisms on hydrocarbons. Bacteriology Reviews. 10:1–2. 22 Artykuł pomocny przy realizacji wymagań podstawy programowej Chemia – IV etap edukacyjny, zakres podstawowy: 4. Chemia gleby. Uczeń: 3) wymienia źródła chemicznego zanieczyszczenia gleb oraz podstawowe rodzaje zanieczyszczeń (metale ciężkie, węglowodory, pestycydy, azotany); Bacteria in soil bioremediation 4) proponuje sposoby ochrony gleby przed degradacją. Weronika Gonciarz 5) analizuje wpływ różnorodnych sposobów uzyskiwania energii na stan środowiska przy rod niczego. Key words: bioremediation, hydrocarbons, soil contamination, microorganisms EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA 3) wyjaśnia pojęcie liczby oktanowej (LO) i podaje sposoby zwiększania LO benzyny; tłumaczy, na czym polega kraking oraz reforming, i uzasadnia konieczność prowa dzenia tych procesów w przemyśle; KRÓTKO Bioremediation is biological technology of removing chemical substances of different kinds from soils, bottom sediments, active sediments, water, and air. It utilizes capability of living microorganisms, which can catalyze, destruct or transform various types of pollutants, into less harmful forms. Unfortunately, many substances can act as a contamination introduced into the environment causing ecological imbalance or disappearance of different trophic levels of the food chain. Bioremediation uses natural ability of microorganisms to degrade hydrocarbons. The main objective of this process is the mineralization of toxic organic compounds, leading ultimately to the formation of non-toxic substances like CO2, H2O and biomass. Hydrocarbons, such as derivatives of petroleum, in metabolic transformation of microorganisms constitute their carbon and energy sources, and can act as an acceptor of electrons. However, the rate of utilization of above-mentioned substances by microorganisms depends largely on the chemical nature of substance being degraded, as well as environmental factors, which can stimulate or inhibit these processes. NAUKA 5. Paliwa – obecnie i w przyszłości. Uczeń: Streszczenie: Plemniki są męskimi gametami dostarczającymi podczas zapłodnienia genom ojcowski do komórki jajowej. Została opisana ich budowa cytologiczna, procesy spermatogenezy warunkowane hormonalnie i biochemicznie oraz niektóre problemy niepłodności związane z wadami ich budowy i funkcji. Słowa kluczowe: plemnik, spermatogeneza, niepłodność otrzymano: 4.04.2013; przyjęto: 13.07.2013; opublikowano: 13.09.2013 Plemniki są męskimi komórkami rozrodczymi zwierząt, obdarzonymi witką zapewniającą im specyficzną ruchliwość (ruch czynny), umożliwiającą dotarcie do komórki jajowej czyli żeńskiej komórki płciowej i jej zapłodnienie. Zostały one odkryte w 1678 r. przez holenderskiego szlifierza soczewek i zarazem handlowca suknem, Antoniego van Leeuwenhoeka (odkrywcy także orzęsków, czerwonych krwinek, bakterii i drożdży). Prawie 200 lat później, w 1876 r., profesor uniwersytetu berlińskiego i członek Pruskiej Akademii Nauk, Oscar von Hertwig, pionier badań w dziedzinie embriologii, wykazał ich udział w akcie łączenia się z komórką jajową, czyli w akcie zapłodnienia (niezależnie dokonał także tego H. Fol). Plemniki są uważane za biologicznych „doręczycieli” genomu ojcowskiego do komórki jajowej przyszłej matki. Są one męskimi gametami powstałymi na drodze procesu spermatogenezy, jednego z najbardziej spektakularnych i znaczących w przyrodzie. Powstawanie Artykuł pomocny przy realizacji wymagań podstawy programowej Biologia – IV etap edukacyjny, zakres rozszerzony: V. Budowa i funkcjonowanie organizmu człowieka. 13. Układ rozrodczy. Uczeń: 3) analizuje przebieg procesu spermatogenezy i oogenezy; 5) przedstawia fizjologię zapłodnienia. lek. med. Przemysław Wożniak: Wojewódzki Szpital Specjalistyczny im. Świętego Rafała w Czerwonej Górze U podstaw płodności samców różnorodnych gatunków zwierząt leżą jakościowe i ilościowe procesy wytwarzania plemników. Pierwszym klinicznym zwiastunem dojrzewania płciowego u chłopców jest zwiększenie objętości jąder w okresie między 9 a 13 rokiem życia, spowodowane zwiększeniem w tych gruczołach długości oraz średnicy kanalików plemnikotwórczych. Pierwsze plemniki mogą pojawić się już w 11–12 roku życia, a wytwarzanie ich w jądrach odbywa się od okresu pokwitania do późnej starości, i to, w zasadzie, w sposób stały. Spermatogeneza, rozpoczynająca się w okresie dojrzewania osobników męskich jest procesem złożonym z podziałów i różnicowania się komórek gametogenicznych, w wyniku którego powstaje dojrzała gameta męska. U ssaków ma to miejsce w kanalikach nasiennych jąder, gdzie komórki plemnikotwórcze są odżywiane i jakby „otulane” przez komórki tzw. podporowe czyli komórki Sertolego. W początkowych stadiach spermatogenezy komórki plemnikotwórcze znajdują się blisko błony podstawnej nabłonka kanalika nasiennego, w miarę procesu tworzenia się dojrzałych plemników przesuwają się bliżej światła kanalika, co trwa u dojrzałego mężczyzny zwykle około 60-65 dni. Spermatogeneza jest procesem złożonym. Wspomniane kanaliki nasienne, które nazywa się też cewkami nasiennymi krętymi (łac. tubuli seminiferi convoluti) mają zwykle długość 25–70 cm i średnicę 150–300 μm. Ocenia się, że w jądrach mężczyzny łączna długość tych kanalików wynosi 250 m i, że stanowią one około 70% masy tych gruczołów. Tworzą one podobne do piramid zraziki, na szczycie których łączą się w kanaliki proste. Te uchodzą do sieci jądra, a ta wytwarza z kolei przewody wyprowadzające do specyficznego obszaru jądra zwanego najądrzem. Z najądrza dojrzałe już plemniki docierają do nasieniowodu. Nasieniowody mając anatomiczne połączenie z przewodem pęcherzyków nasiennych i tworzą przewody wytryskowe, które uchodzą do cewki moczowej. Komórki macierzyste gamet męskich stanowią do 85% komórek kanalikowych. Pozostałe ok. 13% to komórki podporowe. Komórki prekursorowe nazywają się spermatogoniami i są rozmieszczone w warstwie zewnętrznej, położonej bliżej światła kanalika. Przechodzą one specyficzne procesy rozwojowe i wielokrotnie dzielą się mitotycznie, w wyniku czego powstają spermatocyty I rzędu. Gdy spermatocyty I rzędu, objętościowo większe od spermatogoniów, dzielą się na drodze pierwszego podziału mejotycznego jednego każdego z nich powstają dwie komórki potomne zwane spermatocytami II rzę- EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Przemysław Woźniak Wprowadzenie SZKOŁA Plemnik – jedna z najciekawszych komórek w przyrodzie 23 KRÓTKO Plemnik – jedna z najciekawszych komórek w przyrodzie | Przemysław Woźniak | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Ryc. 1. Budowa plemnika (Kula i Słowikowska-Hilczer, 2011) w witce. W jej początkowej części – szyjce znajdują się struktury łączące główkę plemnika z pozostałymi częściami witki. Zawiera ona dwie centriole, z których jedna stanowi ciałko podstawowe witki, tworzące tzw. włókno aksonemalne. Aksonema zbudowana z kompleksu mikrotubul, stanowi podstawową część aparatu ruchu plemnika. Aksonema zawiera rdzeń utworzony z 2 tubul centralnych, otoczony przez 9 par mikrotubul (Semczuk i Kurpisz, 2006). We wstawce, o grubości ok. 1 μm, długości 5–7 μm, oprócz centralnie umieszczonej aksonemy znajduje się mankiet składający się z helikalnie ułożonych mitochondriów. Część główna witki ma długość ok. 45 μm. Rola hormonów Proces wytwarzania plemników znajduje się pod kontrolą hormonalną ustroju. Zadaniem jąder jest nie tylko produkcja plemników, lecz także synteza i wydzielanie swoistych hormonów sterydowych, przede wszystkim testosteronu. Endokrynne czynności jąder pozostają pod kontrolą hormonów gonadotropowych przysadki mózgowej i liberyn – specyficznych neurohormonów podwzgórza. Podwzgórze, zlokalizowane w przedniej części międzymózgowia, jest uważane za centralne ogniwo regulujące procesów procesy utrzymujące homeostazę w organizmie. Łączy się ono ze specyficznym gruczołem wewnętrznego wydzielania – przysadką mózgową, zlokalizowaną anatomicznie obok niego, złożoną z trzech płatów: przedniego, środkowego i tylnego. Płaty przedni i tylny zwane są odpowiednio gruczołowym i nerwowym. Połączenia z płatem nerwowym zapewnia sobie podwzgórze przy pomocy włókien nerwowych – aksonów, które biorą początek od neuronów znajdujących się właśnie w strukturze podwzgórza. Odpowiednie neurony wytwarzają (i na drodze sekrecji prze- EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA kowe, gdyż białka histonowe jego nukleosomów ulegają wymianie na protaminy. Dzięki tej zmianie jakościowej objętość jądra komórkowego zmniejsza się (protaminy jako bardziej zasadowe niż histony powodują silniejsze przyleganie DNA, co zwiększa stopień jego „upakowania”. Wiąże się to także ze zdecydowanym zmniejszenie aktywności transkrypcyjnej. Dojrzały plemnik uwalniany jest do światła kanalika nasiennego i czeka na możliwość ejakulacji w płynie nasiennym. Czas zmian od etapu spermatogonium do dojrzałego plemnika wynosi zwykle u dojrzałych mężczyzn około 3 doby – 72–76 godzin. Jak widać z rysunku (ryc. 1), w tylnej części akrosomu błona komórkowa plemnika ma zagłębienie zwane pierścieniem równikowym, od strony szyjki główka jest wklęsła i tworzy wgłębienie zwane dołkiem implantacyjnym. Aparat ruchowy plemnika zlokalizowany jest KRÓTKO du. Spermatocyty II rzędu, mające już po 23 chromosomy (a nie diploidalną ich liczbę 46), są znacznie mniejsze od spermatocytów I rzędu. Spermatocyty II rzędu dzielą się ponownie na drodze drugiego podziału mejotycznego, tak, że ostatecznie z każdego spermatocytu I rzędu powstają 4 komórki haploidalne, mające po 23 chromosomy – spermatydy. Ze spermatyd w procesie spermiogenezy tworzą się dojrzałe plemniki. Spermiogeneza zachodzi w szczytowej części kanalików nasiennych a spermatydy znajdują się tam w szczytowych zagłębieniach warstwy komórek podporowych zwanych komórkami Sertolego. Podczas procesu spermiogenezy aparat Golgiego spermatydy przekształca się w akrosom, który otacza część jądra komórkowego, para centrioli przekształca się w początkowy odcinek witki plemnikowej. U podstawy witki wytwarza się pierścień z mitochondriów. Przekształca się także jądro komór- NAUKA 24 Plemnik – jedna z najciekawszych komórek w przyrodzie | Przemysław Woźniak | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Droga plemnika Podczas wytrysku nasienia plemniki przedostają się nasieniowodami do cewki moczowej. Nasieniowody mają długość około 45 cm, przechodzą przez powrózek nasienny i łączą się w przewód wytryskowy wewnątrz gruczołu krokowego, czyli prostaty, a potem uchodzą do cewki moczowej. FSH jest czynnikiem niezbędnym do stałego stymulowania procesu spermatogenezy. Komórki Sertolego wytwarzają specyficzne białko ABP (Androgen Binding Peptide), które wiąże androgeny. Hormon LH oddziałuje troficznie na komórki śródmiąższowe jądra, czyli komórki Leydiga i mobilizuje je do wydzielania testosteronu. Testosteron na zasadzie sprzężenia zwrotnego hamuje wydzielanie LH poprzez podwzgórze, ale stymuluje procesy spermatogenezy, wpływając zwłaszcza na ostatnie jej etapy, a mianowicie przemianę spermatyd w plemniki. Prawidłowe wartości odnoszące się do nasienia według statystyk Światowej Organizacji Zdrowia to 2–5 ml ejakulatu, około 20 milionów plemników w 1 ml tego ejakulatu, około 40 milionów plemników zawartości w całym ejakulacie, ponad 70% tych komórek jest żywych, wartość pH nasienia lekko zasadowa 7,2–8,0 neutralizująca kwaśne środowisko pochwy. . U młodego mężczyzny (ok. 20 lat) wydolność produkcji plemników jest rzędu 6,5 mln plemników/dzień/ gram jądra. Wraz z wiekiem obniża się ona i u mężczyzny pomiędzy 50 a 90 rokiem życia dochodzi do 3,8 mln. Plemniki uwalniane są do światła kanalików i transportowane do najądrzy, następnie do nasieniowodów. Gdy po ejakulacji dostaną się do dróg rodnych żeńskich mogą dotrzeć do komórki jajowej przez warstwę jej osłonki zwanej wieńcem promienistym, ale nie mogą przejść przez drugą warstwę, czyli osłonkę przejrzystą. Aby się to udało, plemnik musi poddać się procesowi kapacytacji. Dopiero wtedy jest gotowy do zapłodnienia komórki jajowej (Mitchell i wsp., 2007). Kapacytacja i rola plazmy nasiennej Na przebieg kapacytacji mają wpływ substancje zawarte w płynie, w którym plemniki są zawieszone. Plazma nasienna zawiera płyn pęcherzyków nasiennych, bogaty w aktywatory ruchu plemników, takie jak fruktoza czy kwas cytrynowy, będące głównym źródłem energii dla gamety męskiej. Znajdują się tam również prostaglandyny, tłumiące odpowiedź żeńskiego układu immunologicznego. Płyn pęcherzyków nasiennych zapewnia plemnikom odpowiednie środowisko do ich przemieszczania się do bańki jajowodu. Podczas reakcji kapacytacji dochodzi do zwiększenia aktywności ruchowej plemnika na skutek wzrostu częstości uderzenia i „siły pchania” witki, co prowadzi do zmiany toru ruchu gamety męskiej. Hiperaktywne plemniki poruszają się intensywnie, dzięki czemu mogą przenikać przez osłonkę przejrzystą, a jeden z nich zapładnia komórkę jajową. Spośród wielu czynników wpływających na przebieg reakcji kapacytacji, najważniejszym jest utrzymanie na odpowiednim poziomie wewnątrzkomórkowego stężenia jonów wapniowych Ca2+ oraz obecności jonów K+, Mg2+ i Zn2+. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA GnRH wydzielany jest pulsacyjnie, co pozwala na pewną regulację aktywności jego receptorów w przysadce mózgowej (Konturek, 2000). Na zakończenie rozważań dotyczących współdziałania i relacji hormonów w odniesieniu do spermatogenezy dodajmy, że wspólne działanie FSH i LH generuje spermatogenezę. FSH procesów stymuluje procesy związane z dojrzewaniem plemników w kanalikach nasiennych, a LH przyśpiesza syntezę testosteronu w komórkach Leydiga jąder. KRÓTKO kazują bezpośrednio do tylnego płata przysadki) dwa specyficzne hormony, wazopresynę i oksytocynę, a do przedniego płata poprzez łączność przy pomocy naczyń krwionośnych – dużą liczbę tzw. hormonów uwalniających – liberyn (releasing hormones). Należą do nich m.in. hormon uwalniający gonadotropiny (GnRH), zwany luliberyną, i hormon uwalniający adrenokortykotropowy, zwany CRH. Pierwszy ma cząsteczkę zbudowaną z 10 aminokwasów, drugi z 41 aminokwasów. Przysadka pod wpływem hormonu uwalniającego gonadotropiny – GnRH uwalnia z przedniego płata hormon folikulotropowy (FSH) i hormon luteinizujący (LH). Hormony te pobudzają aktywność jajników u kobiet i jąder u mężczyzn, stymulując te gruczoły płciowe do wydzielania własnych hormonów. FSH i LH stymulują jądra do wydzielania testosteronu, ale jednocześnie, gdy ich poziom znacznie się zwiększa, wywierają wpływ hamujący na podwzgórze, zmuszając je do zmniejszania tempa wydzielania GnRH. Testosteron z kolei hamuje, po osiągnięciu właściwego dla siebie poziomu we krwi, sekrecję LH-RH, a także wspomnianego już hormonu LH, a więc hamuje wydzielanie tych hormonów zarówno przez podwzgórze, jak i przysadkę. Gdy podwzgórze lub przysadka albo te obie struktury zostaną zniszczone, np. skutkiem wypadku lub uszkodzenia chorobowego, dochodzi do stopniowej atrofii jąder, połączonej z zanikiem spermatogenezy i czynności wewnątrzwydzielniczych . Jest ciekawe, że u chłopców do 10. roku życia wydzielanie LH-RH przez podwzgórze i gonadotropin przez przysadkę prawie się nie ujawnia chociaż cząsteczki tych hormonów znajdują się już fizycznie w strukturach wydzielniczych. W konsekwencji, w tym młodocianym jeszcze okresie życia nie zachodzi sekrecja testosteronu przez jadra. Aktywność tych gruczołów rozpoczyna się u chłopców dopiero w wieku około 12–13 lat. NAUKA 25 Plemnik – jedna z najciekawszych komórek w przyrodzie | Przemysław Woźniak | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Sertolego), laktoferynę czy semenogelinę. Transferyna jako białko wiążące jony żelaza i będące jego nośnikiem w osoczu krwi zmniejsza ryzyko powstawania wolnych rodników indukowanych jonami metali. Laktoferyna (białko wiążące również żelazo) jest czynnikiem bakteriostatycznym i białkiem biorącym udział w procesach immunologicznych. Semenogelina odpowiedzialna jest za koagulację nasienia po wytrysku i regulację ruchliwości plemników (Semczuk i Kurpisz, 2006). Enzym fosfataza kwaśna, obecny w plazmie nasienia, pochodzi głównie z wydzieliny komórek nabłonkowych prostaty (Zimmermann, 2009). Fosfatazie kwaśnej przypisuje się udział w prawidłowym przebiegu ejakulacji u mężczyzn, zaobserwowano bowiem istotne statystycznie obniżenie aktywności tego enzymu w nasieniu u pacjentów cierpiących na przedwczesną ejakulację (Yao i wsp., 2007). Dehydrogenaza mleczanowa, enzym ważny w procesach biochemicznych przemian glukozy we wszystkich tkankach a zawarty w plazmie nasiennej uznawany jest za wskaźnik tempa plemnikogenezy nabłonka plemnikotwórczego (Mann i Lutwak-Mann, 1981). SZKOŁA bitory proteaz, karnityna i inne substancje (Semczuk i Kurpisz, 2006). Karnityna jest substancją drobnocząsteczkową, która ułatwia transport niektórych kwasów tłuszczowych, m.in. przez wewnętrzną błonę mitochondrialną. Jest ona uważana za wskaźnik funkcji wydzielniczej najądrza, bierze udział w procesach wytwarzania energii zapewniającej ruchliwość plemników. W prawidłowej plazmie nasiennej 50% zawartej tam L-karnityny występuje w postaci acetylo-L-karnityny. Składnik ten jest niezbędny do stabilizacji błony plazmatycznej plemników (Suominen i wsp., 1971). Fruktoza jest wykorzystywana przez plemniki jako materiał energetyczny. Fruktoza i kwas cytrynowy obecne w plazmie nasiennej mogą służyć do pośredniej oceny funkcji androgennej jądra, gdyż odzwierciedlają czynność wydzielniczą pęcherzyków nasiennych i gruczołu krokowego. Zawartość fruktozy w nasieniu zmniejsza się wraz z wiekiem mężczyzny, osiągając maksimum w okresie 20–30 lat jego życia (Semczuk, 1987). Biopierwiastki stanowią ważny składnik plazmy nasiennej, wśród nich istotną rolę odgrywają wapń, magnez, potas, cynk, sód, miedź i żelazo. Wapń i magnez utrzymują równowagę osmotyczną, cynk i żelazo biorą udział w procesach utleniania i redukcji, cynk i miedź wchodzą w skład koenzymów swoistego enzymu dysmutazy ponadtlenkowej. Dysmutazy ponadtlenkowe są enzymami antyoksydacyjnymi katalizującymi reakcję rozkładu anionorodnika ponadtlenkowego (jednego z rodzajów reaktywnych form tlenu) do nadtlenku wodoru i tlenu cząsteczkowego, prowadzącą do jego unieczynnienia (Kobayashi i wsp., 1991). Fosfolipidy, głównie glicerofosforylocholina i fosforylocholina, wytwarzane przez najądrze wpływają na zdolność nasienia do zapłodnienia. Plazma nasienia człowieka jest płynem bogatym w białka, między innymi transferrynę (białko z komórek Zaburzenia i niepłodność Niewłaściwy przebieg spermatogenezy prowadzi do zaburzeń liczby, ruchliwości oraz morfologii plemników, stając się wielokrotnie bezpośrednią przyczyną niepłodności męskiej (Bączkowski i wsp., 2006). Diagnostyka niepłodności u mężczyzn obejmuje nie tylko ocenę parametrów ilościowych i jakościowych plemników, ale również ocenę parametrów biochemicznych plazmy nasienia, m.in. zawartości cynku czy aktywności kwaśnej fosfatazy (Lu i wsp., 2007). Do zaburzeń ilościowych zaliczamy wrodzony brak plemników w nasieniu zwany azoospermią i oligozoospermią (liczebność plemników mniejsza niż 1 mln/ml nasienia), EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO Kapacytacja wymaga „zaangażowania się” w tę akcję specyficznych enzymów zlokalizowanych we wspomnianym już wcześniej akrosomie. Są to enzymy hydrolityczne, między innymi hialuronidaza, akrozyna i fosfataza kwaśna, które są niezbędne w reakcji akrosomalnej (Kula i Słowikowska-Hilczer, 2011). Reakcja ta polega na uwolnieniu zawartości akrosomu po kontakcie plemnika z osłonką przejrzystą komórki jajowej. Reakcja akrosomalna jest ostatnim etapem aktywacji gamety męskiej, ułatwiającym nie tylko późniejszą penetrację osłonki przejrzystej przez plemnik, ale przygotowującym również plemnik do fuzji z oolemmą. Może być ona indukowana przez płyn pęcherzykowy, progesteron czy jony Ca2+ (Tesarik, 1985). Akrozyna jest serynową proteazą występującą w akrosomie plemnika w postaci enzymatycznie nieaktywnej proakrozyny, aktywowanej do formy aktywnej podczas reakcji akrosomalnej. Zaangażowana jest ona w proteolizę osłonki przejrzystej co właśnie ułatwia pokonanie jej przez plemniki. Gruczoł krokowy (łac. prostata), zwany sterczem, to nieparzysty, miąższowo-gruczołowy organ, który z pęcherzykami nasiennymi, gruczołami opuszkowo-cewkowymi (gruczołami Cowpera, łac. glandulae bulbourethrales) i gruczołami cewki moczowej jest zaliczany do gruczołów płciowych męskich. Wytwarza on wydzielinę będącą podstawowym elementem składu ejakulatu. Jak wspomniano, nasienie składa się z plazmy nasienia, stanowiącego wydzielinę gruczołów dodatkowych, nabłonków wyścielających drogi wyprowadzające plemniki oraz plemników. Plazma nasienia jest wieloskładnikową mieszaniną umożliwiającą transport plemników w optymalnym dla nich środowisku oraz ich przygotowanie do zapłodnienia. W płynie nasiennym znajdują się liczne białka (w tym enzymy), cukry, lipidy, witaminy, hormony, elektrolity, pierwiastki śladowe, prostaglandyny, inhi- NAUKA 26 Plemnik – jedna z najciekawszych komórek w przyrodzie | Przemysław Woźniak | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 27 Plemnik – jedna z najciekawszych komórek w przyrodzie | Przemysław Woźniak | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Plemnik jest haploidalną komórką rozrodczą. Jest jedną z najciekawszych komórek w przyrodzie, doskonale zaadaptowaną do funkcji, którą wypełnia – w połączeniu z komórką jajową tworzy zygotę, a więc nowe życie. Płciowy sposób się rozmnażania się organizmów, w którym m.in. uczestniczą plemniki, dał ogromne możliwości zwiększania zakresu ich zmienności – a więc równocześnie większe możliwości adaptacji do różnych, także niekorzystnych środowisk. Literatura Agarwal A, Saleh RA, Bedaiwy MA (2003). Role of reactive oxygen species in the pathophysiology of human reproduction. Fertility and Sterility. 79:829-843. Agbaje IM, Rogers DA, Mcvicar CM, Mcclure N, Atkinson AB, Mallidis C, Lewis SE (2007). Insulin dependent diabetes mellitus: implications for male reproductive function. Human Reproduction. 22:1871-1877. Aitken RJ, Buckingham DW, Carreras A, Irvine DS (1996). Superoxide dismutase in human sperm suspension: relationship with cellular composition, oxidative stress, and sperm function. Free Radical Biology and Medicine. 21:495-504. Aitken RJ, De Iuliis GN, Gibb Z, Baker MA (2012). The Simmet lecture: New horizons on an old landscape – oxidative stress, DNA damage and apoptosis in the male germ line. Reproduction in Domestic Animals. 47:7-14. Almeida C, Cunha M, Ferraz L, Silva J, Barros A, Sousa M (2011). Caspase-3 detection in human testicular spermatozoa from azoospermic and non-azoospermic patients. International Journal of Andrology. 34:407-414. Alvarez JG, Touchstone JC, Blasco L, Storey BT (1987). Spontaneous lipid peroxidation and production of hydrogen peroxide and superoxide in human spermatozoa. Superoxide dismutase as major enzyme protestant against oxygen toxicity. Journal of Andrology. 8:338-348. Baker HW, Brindle J, Irvine DS, Aitken RJ (1996). Protective effect of and antioxidants on the impairment of sperm motility by activated polymorphonuclear leukocytes. Fertility and Sterility. 65:411419. Bączkowski T, Ciepiela P, Głąbkowski W, Kurzawa R (2006). Role of EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Jedna z najpiękniejszych komórek SZKOŁA Jak wiadomo, apoptoza, czyli zjawisko programowanej śmierci komórek jest naturalnym procesem fizjologicznym. Ma on także istotne znaczenie dla prawidłowego przebiegu spermatogenezy, gdyż ogranicza liczbę komórek gametogenicznych. Komórki Sertolego, które odpowiadają również za spermatogenezę, są odpowiedzialne za kierowanie komórek gametogenicznych na drogę apoptozy. Białko receptorowe FAS uważa się za główny czynnik regulujący proces apoptozy w gonadzie męskiej (Almeida i wsp., 2011; Rozwadowska i wsp., 2005; Skowronek i wsp., 2012). Podwyższony indeks apoptyczny w ejakulacie związany ze stresem oksydacyjnym stwierdzono w stanach zapalnych, nowotworach układu rozrodczego a także u niepłodnych mężczyzn (Aitken i wsp., 2012). Wykazano dodatnią korelację pomiędzy intensywnością apoptozy a nieprawidłowościami morfologicznymi plemników, ujemną zaś korelację związaną z ruchliwością i żywotnością plemników. Plemniki wykazujące cechy apoptyczne są liczniejsze w nasieniu osobników z oligozoospermią niż u mężczyzn z prawidłową spermatogenezą (Oosterhius i wsp., 2000). Wzrost poziomu RFT prowadzi więc do zaburzeń równowagi oksydoredukcyjnej w komórkach plemników (Agarwal i wsp., 2003). Wynikiem zachwiania homeostazy pro- i antyoksydacyjnej są zaburzenia w procesie spermatogenezy prowadzące do przedwczesnej apoptozy tych komórek. Wpływają one tym samym na liczbę i jakość plemników (Wang i wsp., 2003) a ze względu na swoją specyficzną budowę i funkcję, plemniki są szczególnie wrażliwe na działanie reaktywnych form tlenu, zwłaszcza, że błony komórek plemnikowych są bogate w wielonienasycone kwasy tłuszczowe, a te są z kolei szczególnie podatne na działanie wspomnianych rodników. Warto wspomnieć, że plemniki same wytwarzają podczas swych procesów utleniania komórkowego duże ilości RFT, które muszą później usunąć z komórki. KRÓTKO które związane są z niedoborem hormonów wspomnianej osi podwzgórzowo-przysadkowej (Tkaczuk-Włach i wsp., 2006). Zaburzenia jakościowe są określane jako odsetek form prawidłowych mniejszy od 50% liczby plemników (teratozoospermia) oraz form ruchomych mniejszy od 25% (asthenozoospermia) ich liczby. W nasieniu mężczyzn chorych na cukrzycę stwierdzono duży odsetek plemników z uszkodzeniami zarówno w obrębie jądrowego, jak i mitochondrialnego DNA, w porównaniu z osobami zdrowymi (Agbaje i wsp., 2007). Na funkcje komórek rozrodczych, a więc i plemników oraz gruczołów rozrodczych, oddziałują negatywnie także reaktywne formy tlenu – RFT (ang. ROS, reactive oxygen species). Nadmierna ich produkcja i stres oksydacyjny obniżają płodność mężczyzny poprzez uszkodzenie błon komórkowych plemników, indukowanie uszkodzeń DNA czy przyspieszanie apoptozy (Agarwal i wsp., 2003; Li i wsp., 2012; Shira i wsp. 2011). Nasienie ssaków, ze względu na szczególną wrażliwość oksydacyjną plemników, wyposażone jest jednak w systemy ochronne antyoksydacyjne, enzymatyczne i nieenzymatyczne, których głównym zadaniem jest neutralizacja nadmiaru reaktywnych form tlenu. Poszczególne składniki tego systemu wzajemnie współdziałają ze sobą, a niedobór któregokolwiek z nich przyczynia się do obniżenia całkowitego potencjału antyoksydacyjnego męskich komórek rozrodczych. Podstawowy enzymatyczny system antyoksydacyjny w ejakulacie obejmuje takie enzymy jak dysmutazę ponadtlenkową (SOD), katalazę, peroksydazę glutationową (GPx) oraz reduktazę glutationową (GR) i został już opisany w specjalistycznym piśmiennictwie (Aitken i wsp., 1996; Alvarez i wsp., 1987; Baker i wsp., 1996; Fraczek i wsp., 2004; Gong i wsp., 2012; Grądzka,2006; Hatamoto i wsp., 2006; Koca i wsp., 2003; Li i wsp., 2000; Sahoo i wsp., 2008; Skowronek i wsp., 2012). 28 Plemnik – jedna z najciekawszych komórek w przyrodzie | Przemysław Woźniak | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 The spermatozoon – one from the strange cells in nature Przemysław Woźniak The spermatozoa are the male gametes providing a father genome to ovum. Cytological aspects of spermatozoa, spermatogenic processes conditioned by biochemical and hormonal relations and some problems of male sterility have been described. Their structural and functional abnormalities have also been discussed. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Key words: spermatozoon, spermatogenetic process, sterility SZKOŁA proliferation in the male gonad. Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej. 59:56-67. Sahoo DK, Roy A, Bhanja S, Chainy GB (2008). Hypothyroidism impairs antioxidant defence system and testicular physiology during development and maturation. General and Comparative Endocrinology. 156:63-70. Semczuk M (1987). Research on the fructose and citric acid content in the semen of men – chronic alcoholics. Materia Medica Polona. 2:122-130. Semczuk M, Kurpisz M (2006). Andrologia. PZWL, Warszawa, 7-125. Shiva M, Gautam AK, Verma Y, Shivgotra V, Doshi H, Kumar S (2011). Association between sperm quality, oxidative stress, and seminal antioxidant activity. Clinical Biochemistry. 44:319-324. Skowronek F, Casanova G, Alciaturi J, Capurro A, Cantu L, Montes JM, Sapiro R (2012). DNA sperm damage correlates with nuclear ultrastructural sperm defects in teratozoospermic men. Andrologia. 44:59-65. Suominen J, Eliasson R, Niemi M (1971). The relation of the proteolytic activity of human seminal plasma to various semen characteristics. Journal of Reproduction and Fertility. 27:153-156. Tesarik J (1985). Comparison of acrosome reaction inducing activities of human cumulus oophorus, follicular fluid and ionophore A23187 in human sperm populations of propen fertilizing ability in vitro. Journal of Reproduction and Fertility. 74:383-388. Tkaczuk-Włach J, Robak-Chołubek D, Jakiel G (2006). Male infertility. Przegląd Menopauzalny. 5:333-338. Wang X, Sharma RK, Sikka SC, Thomas AJ, Falcone T, Agarwal A (2003). Oxidative stress is associated with increased apoptosis leading to spermatozoa DNA damage in patients with male factor infertility. Fertility and Sterility. 80:531-535. Yao B, Li XY, Zhao ZM, Cai YL, Shao Y, Ge YF, Cui YX, Xia XY, Huang YF (2007). Semen biochemical markers and their significance in the patients with premature ejaculation. National Journal of Andrology. 12:1084-1086. Zimmermann H (2009). Prostatic acid phosphatase, a neglected ectonucleotidase. Purinergic Signalling. 5:273-275. KRÓTKO general practitioner in diagnosis and treatment of infertility. Family Medicine and Primary Care Review. 8:357-361. Fraczek M, Sanocka D, Kurpisz M (2004). Interaction between leucocytes and human spermatozoa influencing reactive oxygen intermediates release. International Journal of Andrology. 27:69-75. Gong S, Gabriel MC, Zini A, Chan P, O’flaherty C (2012). Low amounts and high thiol oxidation of peroxiredoxins in spermatozoa from infertile men. Journal of Andrology. 33:1342-1351. Grądzka I (2006). Mechanizmy i regulacja programowanej śmierci komórek. Postępy Biochemii. 52:157-165. Hatamoto LK, Baptista Sobrinho CA, Nichi M, Barnabe VH, Barnabe RC, Cortada CN (2006). Effects of dexamethasone treatment (to mimic stress) and Vitamin E oral supplementation on the spermiogram and on seminal plasma spontaneous lipid peroxidation and antioxidant enzyme activities in dogs. Theriogenology. 66:1610-1614. Kobayashi T, Miyazaki T, Natori M, Nozawa S (1991). Protective role of superoxide dismutase in human sperm motility: superoxide dismutase activity and lipid peroxide in human seminal plasma and spermatozoa. Human Reproduction. 6:987-991. Koca Y, Ozdal OL, Celik M, Unal S, Balaban N (2003). Antioxidant activity of seminal plasma infertile men. Advances in Reproduction. 49:355-359. Konturek S, (2000). Fizjologia człowieka. Tom 5. Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków, 288-304. Kula K, Słowikowska-Hilczer J (2011). Skrypt: Medycyna rozrodu z elementami seksuologii. Wydawnictwo Uniwersytetu Medycznego, Łódź. Li Z, Zhou Y, Liu R, Lin H, Liu W, Xiao W, Lin Q (2012). Effects of semen processing on the generation of reactive oxygen species and mitochondrial membrane potential of human spermatozoa. Andrologia. 44:157-163. Lu JC, Fang Ch, Xu HR, Huang YF, Lu NQ (2007). Preliminary investigations on the standardization and quality control for the determination of acid phosphatase activity in seminal plasma. Clinica Chimica Acta. 375:76-81. Mann T, Lutwak-Mann C (1981). Male reproductive function and semen biochemistry and investigative andrology. Berlin: Springer Verlag; 5-35. Mitchell LA, Nixon B, Aitken RJ (2007). Analysis of chaperone proteins associated with human spermatozoa during capacitation. Molecular Human Reproduction. 13:605-613. Oosterhuis GJ, Mulder AB, Kalsbeek-Batenburg E, Lambalk CB, Schoemaker J, Vermes I (2000). Measuring apoptosis in human spermatozoa: a biological assay for semen quality? Fertility and Sterility. 74:245-250. Rozwadowska N, Fiszer D, Kurpisz M (2005). Function of the interleukin-1 gene system in immunomodulation, apoptosis and Gry komputerowe w edukacji klimatologicznej Marcin Zaród Streszczenie: Artykuł przedstawia zastosowanie gier komputerowych do wspomagania dydaktyki przyrody. Przedmiotem analizy są gry: Electro City, BBC Climate Change i Fate of the World. Pokazano fundamenty naukowe tworzące modele klimatologiczno-społeczne w każdym z tych tytułów. Zaproponowano również scenariusz lekcji przyrody w szkole ponadgimnazjalnej, wykorzystującej nowe narzędzia. Artykuł zawiera również przegląd podstawowych źródeł danych o zmianach klimatycznych. Słowa kluczowe: przyroda, gry komputerowe, zmiany klimatu, IPCC, zrównoważony rozwój, klimatologia otrzymano: 12.08.2012; przyjęto: 21.08.2013; opublikowano: 13.09.2013 Artykuł zawiera: • wstawkę „Kontrowersje klimatyczne” • propozycję lekcji mgr inż. Marcin Zaród: pracownik Centrum Badań Molekularnych i Makromolekularnych PAN, stażysta w Pracowni Przedmiotów Przyrodniczych IBE, edukator w programie „Za rękę z Einsteinem”; współpracownik łódzkiej świetlicy „Krytyki Politycznej” i Fundacji Nowoczesnej Edukacji „SPUNK” Twórczość komputerowa stała się częścią kultury popularnej. Zgodnie z badaniami GUS z 2009 r. (Kalinowski, 2009), gry komputerowe były obecne w ok. 35% gospodarstw domowych. Znaczenie kulturotwórcze nowych mediów jest szczególnie istotne w odniesieniu do młodzieży szkolnej. Jak w przypadku innych zjawisk kultury (literatury, filmu, teatru), również w przypadku twórczości cyfrowej pojawił się postulat użycia nowych mediów (w tym gier komputerowych) do wzbogacenia dydaktyki szkolnej. Istotną rolę we wdrażaniu w Polsce technologii informacyjnych w szkołach odegrały prace Macieja M. Sysło (Sysło, 1996; Sysło, 2012), szczególnie w obszarze kształcenia informatycznego. Wpłynęły one również pośrednio na metodykę matematyki (Wójtowicz, 2010). Działania te koncentrowały się głównie na narzędziach cyfrowych wspomagających myślenie matematyczne (algorytmika, programowanie, rozwiązywanie problemów) niż na grach komputerowych. Gry komputerowe było raczej przedmiotem rozważań humanistyki (Surdyk 2008), szczególnie w ramach Polskiego Towarzystwa Badania Gier. Prace zespołów Macieja Sysło i PTBG jedynie w wąskim zakresie dotyczyły gier komputerowych w kontekście edukacji przyrodniczej. Badania zagraniczne w tym zakresie są zdecydowanie rzadsze niż w przypadku dydaktyki języków, historii lub matematyki, skupiają się też raczej na niższych etapach edukacyjnych. Propozycje użycia gier komputerowych w edukacji matematyczno-przyrodniczej pojawiły się również w dyskusjach związanych z edukacją kulturalną, kompetencjami cyfrowymi i nowymi mediami (np. Siuda i Stunża, 2012). Dotyczyły jednak prostych narzędzi (np. quizy przyrodnicze w formie gry komputerowej) i skupiały się na wcześniejszych etapach edukacyjnych. Tematyka bardziej złożona (np. zmiany klimatyczne) nie była szerzej dyskutowana. Nie mając miejsca na szczegółową analizę literatury, przywołam tylko projekt badawczy skoncentrowany wokół gry Alien Rescue, wspomagającej nauczanie przyrody (Science) na drugim etapie edukacyjnym (amer. middle schools). Projekt jest realizowany przez zespół dydaktyków z Uniwersytetu w Teksasie. W ramach projektu przygotowano od podstaw grę edukacyjną i zbadano jej efekt dydaktyczny (Liu 2013). Oczywiście ww. prace stanowią jedynie wąski wycinek szerszego pola badań związanego z nowymi mediami. Z punktu widzenia edukacji, istotną rolę odegrały prace Jane McGonigal – badaczki i projektantki „gier zaangażowanych” (McGonigal, 2011). Gry zaangażowane (ang. serious game) stawiają sobie cele inne niż wyłącznie rozrywka. Celem może być zdobycie wiedzy lub wywołanie refleksji nad istotnym problemem społecznym lub naukowym. Klimat w grach komputerowych W 2006 r. BBC zamówiła taką właśnie „grę zaangażowaną”, mającą spopularyzować wiedzę o zmianach klimatu. Za realizację zamówienia była odpowiedzialna firma Red Redemption. Efektem współpracy była darmowa gra BBC Climate Challenge1, obsługiwana przez przeglądarkę internetową. Podobny rodowód ma również gra Electro City2, wyprodukowana w 2007 przez nowozelandzką firmę energetyczną Genesis Energy. Popularność pierwszej gry skłoniła producenta do stworzenia kontynuacji zatytułowanej Fate of the 1 Gra jest dostępna w Internecie za darmo: http://www.bbc.co.uk/ sn/hottopics/climatechange/climate_challenge/index_1.shtml [dostęp 3.08.2013]. 2 Gra jest dostępna w Internecie za darmo: http://www.electrocity. co.nz/Game/game.aspx [dostęp 3.08.2013]. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA Wprowadzenie KRÓTKO Symulując przyszłość NAUKA 29 Symulując przyszłość | Marcin Zaród | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 30 Symulując przyszłość | Marcin Zaród | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 4 Recenzja jest dostępna na stronie: http://www.ukerc.ac.uk/support/blogpost103 [dostęp 3.08.2013]. Model naukowy w Fate of the World Pomimo tych ograniczeń model matematyczny zastosowany w Fate of the World zdecydowanie ma charakter naukowy. Przede wszystkim uwzględniono wielkość i specyfikę emisji CO2 i innych gazów cieplar- Kontrowersje klimatyczne Ryc. 1. Struktura produkcji energii elektrycznejw Chinach w 2020 roku (prognoza wg. gry Fate of the World) Zdaniem autora (pracującego poza klimatologią, ale mającego za sobą egzamin z fizyki atmosfery) globalne ocieplenie jest spowodowane przez działalność człowieka (rys. 6). Pełna dyskusja naukowa zagadnienia wymagałaby osobnego tekstu, pomimo to warto pamiętać o kilku rzeczach: • Globalne ocieplenie jest problemem naukowym. Źródłem informacji o problemach naukowych jest literatura naukowa (periodyki recenzowane, podręczniki akademickie, raporty naukowe), a nie publicystyka, oświadczenia naukowców itp. • Wiodące pisma naukowe (w sensie współczynnika wpływu tzw. impact factor) opublikowały wiele prac potwierdzających wpływ człowieka na zmiany klimatu (np. Marcott i wsp. 2013). ► EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA 3 Strona internetowa gry: http://www.fateoftheworld.net [dostęp 3.08.2013]. gry. W Fate of the World (i w mniejszym stopniu w BBC Climate Challenge) użyto bowiem naukowych modeli przyszłości klimatu Ziemi opartych na pracach Mylesa Allena, jednego z najsławniejszych klimatologów brytyjskich (Allen 2007). Oczywiście komputery osobiste dysponują mniejszą mocą obliczeniową niż ich odpowiedniki naukowe, dlatego niezbędna była adaptacja modelu i pewne uproszczenia (np. modelowanie sytuacji w odstępie 5 lat) i skupienie się jedynie na niektórych zjawiskach. SZKOŁA Electro City jest potencjalnie najbardziej przystępne – gra dotyczy rozwoju małego regionu (miasto i peryferie) w perspektywie kilku lat. Pomimo popularności i tematyki żadna z tych trzech gier nie doczekała się analizy naukowej z perspektywy edukacji przyrodniczej (również w periodykach zagranicznych). Oprócz recenzji w prasie popularnej, gry zostały dostrzeżone i docenione przez społeczność naukową. Przykładem może być recenzja gry Fate of the World umieszczona na stronach brytyjskiego centrum badań nad energetyką NERN4. Powodem tego niecodziennego zainteresowania (ośrodki naukowe zazwyczaj nie recenzują gier komputerowych) był model naukowy będący fundamentem KRÓTKO World3. Gra trafiła do sprzedaży w 2011. W 2012 przygotowano materiał dodatkowy zatytułowany Tipping Point, rozwijający problemy związane z migracjami klimatycznymi, kryzysem wodnym i kontrowersjami politycznymi. Koszt gry to 10 (wersja podstawowa) lub 20 dolarów (z dodatkiem). Dla szkół przygotowano ofertę na 60 stanowisk (w wersji rozszerzonej) kosztującą 120 dolarów. Wszystkich tych zakupów można dokonać przez Internet (artykuł jest oparty na wersji prywatnej Autora). W Fate of the World symulowane są globalne zmiany klimatyczne aż do 2100–2200 r. Twórcy BBC Climate Challenge mieli mniejsze ambicje – gra koncentruje się na polityce klimatycznej Europy w perspektywie 30 lat. Oprócz czynników antropogenicznych pokazano też rolę zmian naturalnych – cykli słonecznych lub zjawiska El Nino / La Nina (prądy okresowe wpływające na klimat obu Ameryk). Istotną rolę odgrywa też topnienie pokrywy lodowej na biegunach i zaburzenie balansu Amazonii (zgodnie z prognozami badaczy biocenoz tropikalnych, wzrost temperatury może zaburzyć obieg metanu). Wszystkie zjawiska są opisane w skorowidzu zawartym w grze – ryc. 2. Ponieważ problematyka zmian klimatu wykracza poza kontekst przyrodniczy, w grze analizowane są również zmienne ekonomiczne (np. Produkt Krajowy Brutto poszczególnych regionów) i społeczne (stabilność polityczna, zdrowie publiczne, nauka i edukacja). Jednym z działań jest np. podatek Tobina (dodatkowy podatek od transakcji finansowych nakładany na kraje rozwinięte). Ryc. 2. Fragment skorowidzu (Fate of the World) Ryc. 3. Prognozy rozwoju technologii (Fate of the World) ► • Symulacje przyszłych temperatur i rekonstrukcje historii klimatu były prowadzone przez kilka niezależnych od siebie ośrodków. Rekonstrukcje historii zmian klimatycznych na pdostawie danych instrumentalnych są badane m.in. przez brytyjskie Climatic Research Unit i Hadley Centre; amerykańskie Goddard Institute for Space Studies, National Oceanic and Atmospheric Administration, projekt BEST prowadzony przez naukowców z Lawrence Berkeley National Laboratory). Wszystkie te zespoły pracowały niezależnie od siebie, w oparciu o nieco inne dane źródłowe (np. odwierty lodowe, dane geologiczne, datowanie na podstawie drzew – dendroklimatologię). • Komputerowe modelowanie przyszłości klimatu korzysta z danych historycznych do ► KRÓTKO SZKOŁA nianych. Innymi słowy gra odróżnia emisje związane z energetyką (spalanie węgla w elektrowniach w Chinach) od innych źródeł (np. emisja metanu w rolnictwie opartym na hodowli). W grze zawarto również informacje na temat energii, oparte na podstawie oficjalnych prognoz amerykańskiego Departamentu Energetyki. Istotną rolę w rozgrywce pełni również transport – gra uwzględnia np. popularność i problemy związane z transportem samochodowym w USA. Uwzględniono również prognozy związane z zasobami paliw kopalnych (w tym źródeł niekonwencjonalnych np. gazu łupkowego). Przegląd danych globalnych prezentuje ryc. 1. NAUKA 31 Symulując przyszłość | Marcin Zaród | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 Obszar przeciwdziałania Wybrane działania (IPCC) Wybrane działania (Fate of the World) Zaopatrzenie w energię - zmniejszenie subsydiów do paliw kopalnych; podatki lub opłaty węglowe od paliw kopalnych - subsydia dla energetyki odnawialnej - system stałych dopłat do technologii energii odnawialnych; Przemysł - zbywalne uprawnienia do emisji, przepisy dotyczące wskaźników emisji; opracowanie standardów; subsydia; kredyty podatkowe - podatek Tobina - system handlu emisjami (Cap&Trade). - wychwyt CO2 (Cappture & Store CO2) - wychwyt CO2 (CCS) Rolnictwo - ulepszona gospodarka gruntami uprawnymi i pastwiskami w celu zwiększenia magazynowania węgla w glebie; odnowa eksploatowanych torfowisk oraz zdegradowanych gleb; - rozwój rolnictwa niskoemisyjnego. Zmiany w charakterze produkcji rolnej. Leśnictwo - zalesianie; ponowne zalesianie; gospodarka leśna; zmniejszanie wylesiania; - program zapobiegania wylesianiu. Ponowne nasadzenia. - wykorzystanie produktów leśnych w formie bioenergii w celu zastępowania paliw kopalnych; - uzależnienie emisji w regionie od stanu lasów. - więcej pojazdów o niskim zużyciu paliw; pojazdy hybrydowe; pojazdy z czystszym silnikiem diesla; biopaliwa; - rozwój technologii samochodów elektrycznych Transport - biopaliwa 2 i 3 generacji Budownictwo Odpady - zintegrowane projektowanie budynków komercyjnych angażujące technologie inteligentne - rozwój naukowy nowych technologii budowlanych - integrowanie ogniw fotowoltaicznych w budynkach - system zachęt prawnych wspierający fotowoltaikę - odzyskiwanie CH4 z wysypisk odpadów; spalanie odpadów z odzyskiem energii; - rozwój technologii czystego węgla (zgazowywanie). - kompostowanie odpadów organicznych; kontrolowane oczyszczanie ścieków - zakazy sektorowe (np. zakaz pozyskiwania ropy z piasków roponośnych) Tabela 1. Porównanie propozycji działań w literaturze klimatologicznej i w grze Fate of the World (na podstawie IPCC 2007) ► kalibracji modeli, ma jednak na celu głównie prognozowanie przyszłych zmian. Ważnym projektem jest projekt CMIP5 (Coupled Model Intercomparison Project), porównujący wyniki różnych modeli i analizujący przyczyny różnic. Aby to osiągnąć, konieczne jest użycie zestandaryzowanych scenariuszy (np. założeń dotyczących aktywności słońca)1. • Obecne modele klimatologiczne charakteryzują się dużą złożonością. Biorą pod uwagę m.in. cyrkulację atmosferyczną i oceaniczną, wpływ i konsekwencje dla roślinności, cykl węglowy, cykl azotowy i chemię atmosfery. Więcej o modelach klimatologicznych można przeczytać w darmowym podręczniku internetowym (Goosse i wsp., 2008–2013). • W 2010 r. w sprawozdaniach Amerykańskiej Akademii Nauk (National Academy of Sciences) ukazał się artykuł przeglądowy podsumowujący prace naukowe 1300 klimatologów amerykańskich. Zgodnie z tą publikacją ok. 98% publikacji recenzowanych potwierdzało hipotezę antropogenicznego globalnego ocieplenia (Anderegg i wsp., 2009). • Dużą część kontrowersji klimatycznych można przypisać wpływowi przemysłu węglowego. Przemysł węglowy, stalowy, chemiczny i energetyczny opłaca ludzi, których zadaniem jest negowanie zmian klimatycznych. Szczegóły i dowody przedstawione zostały w literaturze (Oreskes i Conway, 2010). Światowe organizacje związane z ochroną przyrody mają dużo mniej pieniędzy niż lobby węglowe. ► 1http://cmip-pcmdi.llnl.gov/cmip5/index.html?submenu header=0 [dostęp 12.08.2013]. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA lesiania w Amazonii, reformami energetyki w Indiach i zabezpieczeniami przeciwpowodziowymi w Europie. Również sposoby przeciwdziałania zmianom i łagodzenia skutków pokazane w grze są zgodne ze stanem wiedzy naukowej (patrz tabela 1). Jak widać, gra Fate of the World obejmuje wszystkie obszary zdefiniowane KRÓTKO Wszystkie powyższe zmienne są przedstawione najczęściej w formie liczbowej, zarówno w postaci tabel, jak i wykresów. Analiza danych i prognoz zawartych w grze jest kluczowym elementem rozgrywki. Osoba grająca ma do dyspozycji ograniczone zasoby pieniężne i często musi wybierać np. pomiędzy powstrzymywaniem wy- NAUKA 32 Symulując przyszłość | Marcin Zaród | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 33 Symulując przyszłość | Marcin Zaród | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Ryc. 4. Argumenty związane z budową elektroni atomowej (Electro City) Pomiary temperatur, szczegóły procesów fizycznych i modeli klimatologicznych są bardzo przystępnie wyjaśnione w języku polskim w podsumowaniu raportu IPCC. Dużo dodatkowych wyjaśnień w języku angielskim można znaleźć na stronach NASA2, amerykańskiej Akademii Nauk 3 lub brytyjskiego Royal Society4. Do innych źródeł (internetowych, prasowych i telewizyjnych) należy podchodzić wyjątkowo ostrożnie, bo łatwo o nierzetelną informację. Uczniom zainteresowanym badaniami nad klimatem można polecić uczestnictwo w internetowym projekcie naukowym Old Weather. W ramach tego projektu wolontariusze z całego świata identyfikują i transkrybują stare dzienniki okrętowe, rozbudowując w ten sposób bazy danych meteorologicznych5. Tematyka zmian klimatycznych pojawia się też w grze planszowej CO (dopasowanej do poziomu ostatnich klas szkoły podstawowej i gimnazjum). Bieżący przegląd aktualnych dyskusji klimatycznych można znaleźć na blogu popularnonaukowym Doskonale Szare. Ponieważ sam blog nie powinien stanowić jedynego źródła informacji, dlatego dobrze jest używać go jedynie jako wprowadzenia do tematu lub przeglądu bibliografii naukowej6. Zanim zdecydujemy się zanegować wiarygodność źródła naukowego, warto poczekać. Przykładowo: w tzw. aferze Climategate (skandal związany z rzekomym fałszowaniem danych w brytyjskim ► 2 http://climate.nasa.gov/ [dostęp 3.08.2013]. 3http://nas-sites.org/americasclimatechoices/sample-page/ panel-reports/panel-on-adapting-to-the-impacts-of-climate-change/ [dostęp 3.08.2013]. 4http://royalsociety.org/uploadedFiles/Royal_Society_Content/policy/publications/2010/4294972962.pdf [dostęp 3.08.2013]. 5 http://www.oldweather.org/ [dostęp 3.08.2013]. 6 http://doskonaleszare.blox.pl/html [dostęp 26.08.2013]. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA ► SZKOŁA 5 Raport dostępny w języku polskim na stronie: http://www.ipcc. ch/pdf/reports-nonUN-translations/polish/Report%20final%20 version.pdf [dostęp 3.08.2013]. zgodność problemów i rozwiązań z obecnym stanem wiedzy naukowej sprawiają, że Fate of the World ma istotne znaczenie jako potencjalna pomoc dydaktyczna. Pozostałe gry, chociaż nie mają tak rozbudowanej warstwy naukowej, mogą być przydatne jako uzupełnienie lub wprowadzenie do tematu. KRÓTKO jako kluczowe w literaturze klimatologicznej – np. w raporcie Międzynarodowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC 2007)5. Oparcie gry na modelu naukowym oraz 34 Symulując przyszłość | Marcin Zaród | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Ryc. 5. Analiza efektów zalesiania (BBC Climate Challenge) Climate Research Unit) śledztwo rządowe i procedura weryfikacji naukowej pokazały, że zarzuty były nieuzasadnione i rozdmuchane przez prasę. Samodzielne odtworzenie modeli klimatycznych jest najczęściej niemożliwe (większość z nas nie ma w domu superkomputerów i wieloosobowych zespołów badawczych), dlatego najlepsze, co pozostaje nauczycielowi, to śledzenie literatury naukowej (choćby abstraktów i prac przeglądowych). Nauczyciel przedmiotów przyrodniczych jest często pierwszą instancją rozstrzygającą dylematy naukowe uczniów. Z tego powodu konieczne jest trzymanie się źródeł naukowych, nawet jeśli oznacza to większą pracę intelektualną. ■ samouczki – czyli specjalne tryby przeznaczone dla początkujących. Wszystkie trzy gry mają charakter strategiczny. Nie ma ograniczeń czasowych w podejmowaniu decyzji, a logiczne myślenie odgrywa zdecydowanie ważniejszą rolę niż spostrzegawczość lub zręczność. Rozgrywka ma charakter turowy – osoba grająca planuje komplet swoich ruchów, po czym otrzymuje informację zwrotną o ich skutkach. Czas rozgrywki waha się od 20 minut (Electro City) do ok. 8 godzin (najtrudniejsze scenariusze Fate of the World). Istnieje możliwość rozegrania wybranej części scenariusza oraz podzielenia partii na kilka mniejszych części. Wszystkie trzy gry są w języku angielskim. W każdej z nich informacje graficzne (wykresy, tabele) przeważają nad tekstem. Język użyty w grach jest stosunkowo prosty (na poziomie A2+/B1). Najwięcej problemów mogą sprawić terminy fachowe związane ze zmianami klimatycznymi. Ułatwieniem dla nauczyciela może być polski przekład raportu IPCC omawiający większość zagadnień związanych ze zmianami klimatu. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA ► SZKOŁA O atrakcyjności gier w dydaktyce decyduje nie tylko użyty w nich model naukowy. Najważniejszą zaletą gier jest możliwości interakcji i sam model rozgrywki. Połączenie rozrywki i nauki (tzw. edutainment) sprawia, że medium to jest postrzegane inaczej niż literatura, grafika, film. W każdej z trzech gier rozwój akcji zależy od decyzji osoby grającej oraz od czynników losowych (np. cykle słoneczne, powodzie). Każda z nich ma zdefiniowane kryteria sukcesu i porażki, przy czym może to zależeć od konkretnego scenariusza. Electro City i BBC Climate Challenge oferują tylko jeden wariant rozgrywki. W Fate of the World zawarto serię wyzwań o stopniowo rosnącym poziomie trudności. Wszystkie gry mają też KRÓTKO Specyfika rozgrywki 35 Symulując przyszłość | Marcin Zaród | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Propozycja wykorzystania w szkole PRZYKŁADOWA LEKCJA Metody: Praca z grą komputerową i tekstem naukowym (analiza raportu IPCC 2007), dyskusja w grupach. Czas trwania: Dwie jednostki lekcyjne, najlepiej realizowane w minimalnym odstępie czasowym. Pomoce dydaktyczne: Ideałem byłaby sytuacja „jeden komputer z grą na jednego ucznia”. Niezbędne minimum to „jeden komputer z grą na grupę”. Bardzo wskazany jest też rzutnik multimedialny. Wątek tematyczny: Propozycja realizuje treści 15.1 (Efekt cieplarniany od strony fizycznej) i 15.4 (zrównoważony rozwój jedyną alternatywą dla przyszłości świata). Ze względu na złożoność zagadnień propozycja łączy się np. z wątkiem 7.4 (modelowanie zjawisk geograficznych), 10.4 (czy energia słoneczna stanie się rozwiązaniem problemów energetycznych na Ziemi?), 23.4 (zasoby wody na Ziemi). Ponieważ podstawa programowa nie daje możliwości swobodnego zestawiania pojedynczych modułów (konieczna jest organizacja w wątki), scenariusz został pomyślany jako fragment wątku tematycznego nr 15 – Ochrona Przyrody i Środowiska. Rezultaty nauczania: Rezultatem realizacji scenariusza powinna być znajomość następujących treści nauczania (wymagania szczegółowe 15.1 i 15.6): 1)Uczeń przedstawia mechanizm efektu cieplarnianego i omawia kontrowersje dotyczące wpływu człowieka na zmiany klimatyczne; 2) Uczeń określa cele zrównoważonego rozwoju i przedstawia zasady, którymi powinna kierować się gospodarka świata. Gra powinna zostać zainstalowana i uruchomiona przed lekcją (instalacja zajmuje ok. 20 minut). Wskazana jest instalacja gry z wcześniej ściągniętych i powielonych plików źródłowych (kopiowanie jest dozwolone jeżeli ma się licencję na wystarczającą liczbę stanowisk). Ideałem byłyby trzy wydruki stron 5–13 oraz 50–52 raportu IPCC w każdej grupie. Niezbędne minimum to plik w wersji elektronicznej na każdym komputerze. SZKOŁA Zastosowanie: Propozycja jest przeznaczona do lekcji przyrody na IV etapie edukacyjnym. NAUKA Wpływ człowieka na klimat Ziemi Propozycja scenariusza lekcji Przydatne mogą być też słowniki angielsko-polskie i książki dotyczące zmian klimatu (np. Cowie 2009). Podział na grupy: Grupy liczą od 4 do 6 osób. Liczba grup powinna wahać się od 4 do 6. Każda z lekcji wymaga innego podziału na grupy. Ideałem byłoby, gdyby drugi podział na grupy był zupełnie inny niż za pierwszym razem. Tak, aby w każdej grupie znaleźli się przedstawiciele różnych grup z lekcji 1. Innymi słowy: na lekcji numer 2 każda z grup powinna mieć w składzie osoby, które pracowały w różnych grupach na lekcji numer 1. 6 Szczegółowe zapisy podstawy programowej można znaleźć na stronie: http://www.men.gov.pl/images/stories/pdf/Reforma/men _tom_5.pdf [dostęp 26.08.2013]. Przywoływane wymagania są zawarte na s. 159–163. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO Electro City może stanowić formę wprowadzenia do tematu dla osób młodszych (ok. 14 lat). Problemy związane z nieznajomością języka może rozwiązać krótki słowniczek. W grze nie ma zbyt wiele tekstu, obsługa jest prosta, a czas rozgrywki niedługi (ryc. 4). Z tego powodu nadaje się jako nietypowe zadanie domowe z geografii (podsumowane w formie dyskusji lub tabeli opisującej zalety i wady różnych elektrowni). BBC Climate Challenge ma nieco większy poziom złożoności i dłuższą rozgrywkę (ryc. 5). Ze względu na nacisk na zrównoważony rozwój i kontekst europejski, może wspomagać realizację celu kształcenia nr 4 dla geografii w gimnazjum (Kształtowanie postaw). Niektóre elementy gry mogą być też przydatne jako elementy zajęć związanych z gospodarką Europy (wymaganie szczegółowe nr. 9 geografia/gimnazjum)6. BBC Climate Challenge może też być użyta jako prostszy, darmowy substytut Fate of the World. W takim wypadku sugerowałbym ok. 20 minut rozgrywki i 20 minut dyskusji w grupach (przykładowe pytania: „Jakie działania były najskuteczniejsze? Co zrobilibyście inaczej za drugim razem? Jaki zasób był najbardziej potrzebny?”). Fate of the World, jako najbardziej złożona z prezentowanych gier, nadaje się raczej do wzbogacenia dydaktyki w szkołach ponadgimnazjalnych. W połączeniu z materiałem naukowym (raportem IPCC), gra może stać się elementem niecodziennej lekcji przyrody. 36 Symulując przyszłość | Marcin Zaród | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Podsumowanie dyskusji (20 minut): Każda z grup prezentuje odpowiedzi na swoje pytania (po 4 minuty na grupę). Odpowiedzi są nanoszone na tablicę w formie mapy myśli lub grafu, którego centrum stanowią zmiany klimatyczne. Pytania: A a) Jakie gazy powodują zmiany klimatu Ziemi? b)Co się stanie z energetyką wodną w Europie Południowej jeśli klimat dalej się będzie ocieplał? B C D E F a) Opisz w trzech punktach wpływ zmian klimatycznych na gospodarkę wodną b)Ilu ludzi w Afryce będzie narażonych na brak wody w związku ze zmianami klimatycznymi? a) Co to jest wymuszenie radiacyjne? b)O ile mogą się zmniejszyć plony w nienawadnianych obszarach Afryki jeśli klimat dalej się będzie ocieplał? a) Opisz w trzech punktach najważniejsze procesy słoneczne wpływające na zmianę klimatu Ziemi. b)Jakie problemy zdrowotne w Azji będą związane z ociepleniem klimatu? a) Opisz w trzech punktach wpływ zmian klimatycznych na ekosystemy? b)Co się stanie z lasami tropikalnymi Ameryki Południowej jeśli klimat dalej będzie się ocieplał? a) Opisz w trzech punktach wpływ zmian klimatycznych na wybrzeża morskie. b)Jaki wpływ na wybrzeża Japonii może mieć zmiana klimatu? Problem do dyskusji: c) Jesteście zespołem doradzającym Unii Europejskiej. Jakie rozwiązania byście zaproponowali, aby zapobiec deficytowi energii w Europie? Kto byłby Waszym sojusznikiem a kto by się Wam przeciwstawiał? c) Jesteście zespołem doradzającym prezydentowi Nigerii (tropikalne państwo Afrykańskie). W jaki sposób uchronilibyście ludność Nigerii przed zmianami klimatycznymi. Kto byłby Waszym sojusznikiem a kto by się Wam przeciwstawiał? c) Jesteście zespołem doradzającym prezydentowi RPA. W jaki sposób dopasowalibyście rolnictwo do zmian klimatycznych? Kto byłby Waszym sojusznikiem a kto by się Wam przeciwstawiał? c) Jesteście zespołem ONZ doradzającym władzom Chin. Jakie główne problemy zdrowotne będą stały przed Chinami? Co można zrobić, aby je zminimalizować? c) Jesteście zespołem ONZ doradzającym władzom Brazylii. Jakie będą skutki wycinania lasów tropikalnych? Co byście doradzili władzom Brazylii, aby uratować Amazonię przed zmianami klimatu? Kto byłby Waszym sojusznikiem a kto by się Wam przeciwstawiał? c) Jesteście zespołem ONZ doradzającym władzom Japonii. W jaki sposób można zwiększyć bezpieczeństwo wybrzeży? Tabela 2. Zadania do pracy w grupach na pierwszej lekcji EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA Praca w grupach (20 minut): Każda z grup ma zadanie znaleźć odpowiedzi na poniższe pytania i wypracować rozwiązanie podanego problemu. Odpowiedzi na pytania a i b znajdują się na stronach 5–13 raportu IPCC (głównie s. 15). Pytania te mają na celu rozwój wiedzy uczniów (da się na nie jednoznacznie odpowiedzieć). Potencjalne odpowiedzi na zadania c pokazują strony 50–52. Pytanie c ma charakter otwarty, możliwych jest kilka prawdopodobnych odpowiedzi. Celem pytania c jest pobudzenie dyskusji. Grupa KRÓTKO Wprowadzenie (ok. 5 minut): Czynności administracyjne. Określenie celu lekcji (Przykładowa wypowiedź nauczyciela: „Celem następnych dwóch lekcji jest rozwikłanie zagadki zmian klimatu Zobaczymy, czy uda nam się uratować Ziemię”). Podział na grupy. NAUKA Przebieg lekcji 1 I II Wprowadzenie (ok. 15 minut): Przypomnienie wiadomości z poprzedniej lekcji. Ponowny podział na grupy. Prezentacja podstaw obsługi gry komputerowej Fate of the World na ekranie (Nie ma tu powodu do obaw: dzieci zazwyczaj uczą się obsługi gier komputerowych dużo szybciej niż czegokolwiek innego)7. Praca w grupach (ok. 30 minut, najlepiej do 40 minut): Ideałem byłoby, gdyby każdy miał egzemplarz gry. Minimum stanowi sytuacja: jeden egzemplarz / grupę. Jeśli nauczyciel obawia się, że gra będzie zbyt skomplikowana, może wybrać grupkę od czterech do sześciu pomocników, którzy nauczą się jej obsługi przed lekcją. Pomocnicy nie będą przydzieleni do grup, ich zadaniem będzie chodzenie po sali i pomaganie kolegom. Sugeruję rozegrać scenariusz Fuel Crisis – ma średni poziom trudności, ale pokazuje zmiany w skali globalnej. Tabelę 3 proponuję wydrukować i rozdać poszczególnym grupom [wersje do druku w załączniku tego numeru – red.]. Podsumowaniem problemów będzie zadanie domowe. Podsumowanie (w formie pracy domowej): Uzupełnij tabelę 4 (wiersz nr 1 to przykład). 7 Pomocne w nauce gry mogą być filmy na Youtube. Np. http:// www.youtube.com/watch?v=p3Re380SGKg III IV V Fundamentem Waszych działań są pracownicy (opcja ich rekrutacji jest w prawym górny rogu ekranu). Po jej kliknięciu otworzy się mapa – należy nacisnąć plus przy wybranym przez Was regionie i potwierdzić przyciskiem recruit. Uwaga: rekrutacja kosztuje a musicie sobie zostawić fundusze na działanie (najlepiej ok. 60% gotów dostępnej na początku – patrz w lewym górnym roku ekranu). Do ekranu głównego wracacie klikając ikonkę Ziemi w lewym górnym rogu. Jeśli udało się zrekrutować agentów, na mapie w lewym górnym roku będą dostępne regiony. Po kliknięciu w nie będziecie mogli realizować różne programy. Możecie realizować tyle programów ilu macie agentów w danym regionie. Różne programy są oznaczone kołami w różnych kolorach. Dane statystyczne znajdziecie pod ikoną kółka w prawym górnym rogu. VI Jeśli już zdecydujecie się na działania, naciśnijcie przycisk końca tury w lewym dolnym rogu. Zobaczycie rezultaty Waszych działań – może się okazać, że stracicie wpływ w jakiś regionach albo zyskacie dodatkowe poparcie. W trakcie rozgrywki notujcie zagrania, które miały najlepszy efekt w Waszych próbach. Problem do dyskusji: Jakie projekty (symbol tęczowy w grze) były najskuteczniejsze w wybranych przez Was regionach? Jakie działania związane z ochroną środowiska (symbol zielony) były najskuteczniejsze w wybranych przez Was regionach? Jakie działania związane z rozwojem techniki (symbol niebieski) były najskuteczniejsze w wybranych przez Was regionach? Jakie działania związane z gospodarką zasobami naturalnymi (symbol żółty) były najskuteczniejsze w wybranych przez Was regionach? Jakie działania związane działaniami społecznymi (symbol czerwony) były najskuteczniejsze w wybranych przez Was regionach? Jakie działania związane działaniami politycznymi (symbol czarny) były najskuteczniejsze w wybranych przez Was regionach? Powodzenia! Tabela 3. Zadania do pracy w grupach na drugiej lekcji Tabela 4. Zadanie domowe Wypisz w poniższej tabeli cztery działania, które były najskuteczniejsze w Waszej rozgrywce? Działanie (Przykład) Rozwój odnawialnych źródeł energii Kto wykonuje? Naukowcy i inżynierowie Skutek? Mniejsza emisja gazów cieplarnianych z paliw kopalnych EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO Przebieg lekcji 2 Wprowadzenie (wspólne dla wszystkich) Wcielacie się w rolę przywódcy specjalnego departamentu ONZ. Waszym zadaniem jest łagodzenie skutków zmian klimatu. SZKOŁA Grupa NAUKA 37 Symulując przyszłość | Marcin Zaród | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Symulując przyszłość | Marcin Zaród | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 38 Ryc. 6. „Porównanie obserwowanych zmian temperatury przypowierzchniowej w skali kontynentalnej i globalnej modeli klimatu obejmujących albo naturalne przyczyny zmian, albo zarówno naturalne jak i antropogeniczne wymuszenia”. KRÓTKO SZKOŁA NAUKA Źródło podpisu i ilustracji: IPCC 2007 EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 39 Symulując przyszłość | Marcin Zaród | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Simulating the future. Computer games in climate change education Marcin Zaród The paper presents use of computer games for enhancing the didactics of a science education. Subjects of the analysis are: Electro City, BBC Climate Challenge and Fate of the World. Scientific models used in those games are also discussed and evaluated. Paper also proposes high-school lesson scenario based on those new tools. The article also presents baseline knowledge on climate changes. Key words: science education, computer games, climate changes, IPCC, sustainable development, climatology EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Wybrane gry komputerowe stanowią przykład tego, jak popularyzacja nauki łączy się z nowymi formami kultury. Poziom złożoności problemów pokazanych w Fate of the World wykracza poza horyzont jednej dziedziny. Korzystanie z gier edukacyjnych (w szczególności z gier zaangażowanych) może być istotną formą wzbogacenia dydaktyki o nowe treści. Użycie gier komputerowych w edukacji przyrodniczej jest stosunkowo trudne. Oprócz bariery sprzętowej (wystarczająca liczba komputerów i oprogramowania), trzeba też poradzić sobie z problemami językowymi i organizacyjnymi. Powyższa propozycja użycia gier komputerowych w edukacji przyrodniczej leży z pewnością poza zasięgiem możliwości wielu polskich szkół i nauczycieli, również ze względu na złożoność problemu i tekstu źródłowego. Mając świadomość tych zastrzeżeń i ograniczeń, uważam raport IPCC za dobry miernik kompetencji intelektualnych uczniów. Kto będzie umiał pracować z tym dokumentem, ten prawdopodobnie poradzi sobie też z wyszukiwaniem i analizą informacji naukowych w innych źródłach. Z podobnych powodów proponuję grę Fate of the World jako pomoc dydaktyczną – kto świadomie ukończy chociaż jeden scenariusz, ten będzie rozumiał, jak czynniki naukowe splatają się z uwarunkowaniami politycznymi i społecznymi. Zestawienie tych dwóch narzędzi dydaktycznych daje najlepszą znaną mi odpowiedź na wybrane założenia podstawy programowej. Być może nie wszyscy polscy uczniowie i nauczyciele są w tej chwili zdolni do realizacji powyższego scenariusza. Wiem jednak, że warto pracować nad tym, aby pewnego dnia ta propozycja stała się codzienną praktyką. Allen MR, Piani C, Sanderson B, Giorgi F, Frame DJ, Christensen C (2007). Regional Probabilistic Climate Forecasts from a Multithousand, Multimodel Ensemble of Simulations. Journal of Geophysical Research. 112:2156-2002. Anderegg WRL, Prall JW, Harold J, Schneider SH (2010). Expert credibility in climate change. Proceedings of the National Academy of Sciences. 27:12107-12109. Cowie J (2009) Zmiany klimatyczne. Przyczyny, przebieg i skutki dla człowieka. Warszawa: Wydawnictwo Uniwersytetu Warszawskiego Goosse H., Barriat PY, Lefebvre W, Loutre MF and Zunz V, (20082013). Introduction to climate dynamics and climate modeling. http://www.climate.be/textbook [dostęp 12.08.2013, podręcznik jest ciągle aktualizowany]. IPCC (2007). Zmiana klimatu 2007: Raport Syntetyczny. Wkład grup roboczych I, II i III do Czwartego Raportu Oceniającego Międzynarodowego Zespołu d/s Zmian Klimatu. Red. Pachauri RK, Resininger AJ Warszawa: IOŚ. Kalinowski P, Łysoń P, Radkowski S, Wawrzyniak K (2009). Uczestnictwo ludności w kulturze. Warszawa: GUS. Liu M, Rosenblum JA, Horton L, Kang J (2013). Using a Ludic Simulation to Make Learning of Middle School Space Science Fun. The International Journal of Gaming and Computer-Mediated Simulations 5:1-31. Marcott S, Shakun J, Clark PU, Mix AC (2013). A Reconstruction of Regional and Global Temperature for the Past 11,300 Years. Science 339:1198-1202. McGonigal J (2011). Reality Is Broken: Why Games Make Us Better and How They Can Change the World. New York:Penguin Books. Oreskes N, Conway NM (2010). Merchants of doubt : how a handful of scientists obscured the truth on issues from tobacco smoke to global warming. New York: Bloomsbury Press. Siuda P, Stunża G (2012). Dzieci Sieci. Kompetencje komunikacyjne najmłodszych. Gdańsk:Instytut Kultury Miejskiej http://www. dzieci-sieci.pl/raport_IKM_dzieci_sieci.pdf [dostęp 12.08.2013] Surdyk A (2008). Edukacyjna funkcja gier w dobie „cywilizacji zabawy”. Homo Comunicativus 3: 27-46. Sysło MM (1996). Technologia informacyjna w edukacji. Wrocław. Dostępny na: http://www.snti.pl/snti/files/ti_w_edukacji.pdf Dostęp: 3.08.2013. Sysło MM (2012). Homo Informaticus. Warszawa: Warszawska Wyższa Szkoła Informatyki. Wójtowicz M (2010). Informatyczne przygotowanie przyszłego nauczyciela matematyki. Edukacja, Technika, Informatyka 2/2010:85-90. SZKOŁA Literatura KRÓTKO Od Autora Wskaźniki lingwistyczne zrównoważonego rozwoju w Podstawie programowej | Małgorzata Marjampolska, Eliza Rybska | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Celem niniejszego artykułu jest przedstawienie, czy i w jaki sposób zrównoważony rozwój (ZR) jest uwzględniony w obowiązującej w Polsce podstawie programowej. W pracy dokonano analizy jakościowej i ilościowej omawianego dokumentu, biorąc pod uwagę obecność zagadnień związanych ze ZR na różnych etapach edukacji (edukacja wczesnoszkolna, szkoła podstawowa, gimnazjum i szkoła ponadgimnazjalna) i na różnych przedmiotach nauczanych w szkole. Lista wskaźników lingwistycznych została skonstruowana tak, aby przeanalizować dokument pod względem występowania wskaźników bezpośrednich i pośrednich ZR. Wskaźniki te zostały opracowane na podstawie Strategii Edukacji na rzecz Zrównoważonego Rozwoju Europejskiej Komisji Gospodarczej ONZ i doświadczeń różnych autorów. Wnioski z tego badania mogą posłużyć dalszym rozważaniom na temat uwzględniania zagadnień związanych ze ZR w pełnym jego wymiarze nie tylko w dokumentach regulujących polską oświatę, ale – co ważniejsze – w rzeczywistości szkolnej. Słowa kluczowe: zrównoważony rozwój, edukacja dla zrównoważonego rozwoju, podstawa programowa kształcenia ogólnego otrzymano: 26.07.2013; przyjęto: 11.08.2013; opublikowano: 13.09.2013 mgr Małgorzata Marjampolska: Wydziałowa Pracownia Dydaktyki Biologii i Przyrody, Wydział Biologii, Uniwersytet im. A. Mickiewicza w Poznaniu, [email protected] EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA Streszczenie: Definicja zrównoważonego rozwoju nie jest ujęta w sztywne ramy, jest otwarta, wciąż ewoluuje i zmienia się. Na przestrzeni lat pojawiło się wiele definicji czy interpretacji tego pojęcia. Wszystkie były próbą przedstawienia tego terminu w sposób zrozumiały dla ogółu społeczeństwa i miały mniejszy lub większy wpływ na formułowanie dokumentów urzędowych (Bernaciak, 2009). W obszernej literaturze przedmiotu spotkać można takie terminy jak rozwój zrównoważony, trwały, ciągły, stabilny, samopodtrzymujący się, harmonijny, ekopolityka czy ekorozwój (Łabno, 2010; Bernaciak, 2009). W art. 3 pkt 50 ustawy z 27 kwietnia 2001 r. – Prawo ochrony środowiska (Dz. U. z 2001 r. Nr 62, poz. 627) rozwój zrównoważony zdefiniowany został jako: „rozwój społeczno-gospodarczy, w któ- Ryc. 1. Wymiary zrównoważonego rozwoju rym następuje proces integrowa- źródło: Stolenberg 2007 nia działań politycznych, gospospołeczności lub obywateli zarówno współczesnego podarczych i społecznych, z zachowaniem równowagi kolenia, jak i przyszłych pokoleń”. Definicja ta jest rozprzyrodniczej oraz trwałości podstawowych procesów budowana, jako że sama idea zrównoważonego rozwoju przyrodniczych, w celu zagwarantowania możliwości odnosi się do wielu aspektów i wymiarów działalności zaspokajania podstawowych potrzeb poszczególnych ludzkiej, łącząc kwestie zarówno ekologiczne, ekonomiczne oraz społeczne, jak i kulturowe (Jurczak, 2011). Interesujące podejście do wielowymiarowości pojęcia dr Eliza Rybska: Wydziałowa Pracownia Dydaktyki Biolozrównoważonego rozwoju zaprezentowała Ute Stolengii i Przyrody, Wydział Biologii, Uniwersytet im. A. Mickiewicza w Poznaniu, [email protected] berg (2007) (ryc. 1). SZKOŁA Małgorzata Marjampolska, Eliza Rybska Wstęp KRÓTKO Wskaźniki lingwistyczne zrównoważonego rozwoju w Podstawie programowej 40 Cel pracy Celem niniejszej pracy jest jakościowa i ilościowa analiza treści Podstawy programowej wychowania przedszkolnego oraz kształcenia ogólnego w szkołach podstawowych, gimnazjach i ponadgimnazjalnych z dnia 23 grudnia 2008 r. (ponownie ogłoszona 27 sierpnia 2012 r.) w celu sprawdzenia, czy dokument ten zawiera odniesienia do ZR. Jeśli tak, to na jakich przedmiotach i etapach edukacyjnych oraz dla jakiego przedmiotu przewidziana jest największa różnorodność zagadnień dotyczących zrównoważonego rozwoju. Postawiono następujące hipotezy: W Podstawie programowej pojęcie zrównoważonego rozwoju występuje we wszystkich jego czterech aspektach. Najwięcej zagadnień ZR (różne wskaźniki lingwistyczne) poruszają takie przedmioty, jak: przyroda, biologia, geografia i wiedza o społeczeństwie. Materiały i metody Materiałem, na którym dokonano analizy treści, jest nowa Podstawa programowa wychowania przedszkolnego oraz kształcenia ogólnego dla szkół podstawowych, gimnazjalnych i ponadgimnazjalnych określona rozporządzeniem MEN z dnia 23 grudnia 2008 r. (Dz. U. z 2009, Nr 4, poz. 17, uchylone) i następnie z dnia 27 sierpnia 2012 r. (Dz. U. poz. 977), zwana dalej w skrócie Podstawą programową. Aby zbadać, czy porusza ona zagadnienia zrównoważonego rozwoju, przeprowadzono „wewnętrzną analizę treści” (Łobocki, 2009), mającą na celu dokładne poznanie treści dokumentu pod względem postawionego problemu. Podstawą analizy były wynotowane z tekstu dokumentu wskaźniki lingwistyczne, czyli „słowa-klucze”, które określają różne aspekty zrównoważonego rozwoju. Ich obecność w tekście świadczy o pojawianiu się w treści Podstawy programowej zagadnień zrównoważonego rozwoju. Wskaźniki lingwistyczne określono opierając się na definicjach zrównoważonego rozwoju skonstruowanych na podstawie literatury. Stworzono dzięki temu listę wskaźników lingwistycznych zrównoważonego rozwoju zaprezentowaną szczegółowo w tabeli 1. W liście wskaźników lingwistycznych zrównoważonego rozwoju wyróżniono wskaźniki bezpośrednie, gdy idea została bezpośrednio nazwana, i wskaźniki pośrednie, gdy pojawiły się elementy nawiązujące kontekstem do definicji danego pojęcia. Podobną metodę z zastosowaniem wskaźników lingwistycznych przedstawiła Berlińska i wsp. (2010). Wyróżniono 33 kategorii wskaźników lingwistycznych zrównoważonego rozwoju. Dwa spośród nich zaliczono do wskaźników bezpośrednich. Są to: Zrównoważony rozwój, jako bezpośrednio nazwana idea, oraz System/relacje człowiek – przyroda – gospodarka, jako skrócone przedstawienie głównego założenia zrównoważonego rozwoju. Pozostałe 31 wskaźników uznano za pośrednie, jako elementy nawiązujące kontekstem do definicji zrównoważonego rozwoju. Wskaźniki pośrednie podzielono ponadto na 4 grupy, odpowiadające 4 aspektom zagadnienia zrównoważonego rozwoju: ekologicznemu, ekonomicznemu, społecznemu i kulturowemu. Listę wskaźników lingwistycznych zrównoważonego rozwoju poddano „analizie ilościowej” (Łobocki, 2009) w celu sprawdzenia, na jakich przedmiotach, według Podstawy programowej, zagadnienia te powinny być poruszane oraz który przedmiot i na jakim etapie edukacyjnym ma najwięcej wskaźników lingwistycznych. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA ważniejsze z nich to „Narodowa strategia edukacji ekologicznej” oraz „Polityka ekologiczna państwa”. SZKOŁA W realizacji idei ZR nie chodzi wyłącznie o przestrzeganie przepisów prawa. Podstawowym warunkiem jest zmiana świadomości (konsumenckiej, społecznej, kulturowej, ekologicznej) każdego człowieka, ponieważ konieczne jest wspólne działanie w tym kierunku (Berlińska i wsp., 2010). Wśród wielu sposobów i form wdrażania idei ZR szczególną rolę odgrywa edukacja. Jest ona również jednym z podstawowych praw człowieka (Domka, 1996). Obecnie w Polsce każdy obywatel jest objęty obowiązkiem edukacyjnym od 5. do 18. roku życia (ustawa z dnia 7 września 1991 r. o systemie oświaty, tekst jedn.: Dz. U. z 2004 r. Nr 256, poz. 2572, art. 15). Jest to najważniejszy okres dla kształtowania świadomości, systemu wartości, postaw i światopoglądu człowieka. Przekazane w tym czasie wzorce postępowania stają się często modelem na całe życie (Berlińska i wsp., 2010). Edukacja jest jednym z kluczowych czynników zmian w rozwoju, zachowaniu i jakości życia człowieka, dlatego jest warunkiem wstępnym osiągnięcia zrównoważonego rozwoju oraz istotnym narzędziem właściwego zarządzania, podejmowania uzasadnionych decyzji oraz promowania demokracji (Strategia Edukacji dla Zrównoważonego Rozwoju, 2005). Przełomowym momentem w realizacji idei edukacji na rzecz zrównoważonego rozwoju było ogłoszenie w 2002 r. przez zgromadzenie ogólne ONZ Dekady Edukacji dla Zrównoważonego Rozwoju na lata 2005–2014 (Hłobił, 2010; Lozano Garcia i wsp., 2006). Głównym celem, który przyświecał inicjatorom tego przedsięwzięcia, jest wspieranie przez edukację dążeń promujących rozwój zrównoważony we wszystkich aspektach – przyrodniczym, ekonomicznym, społecznym i kulturowym (Little i Green, 2009). W odpowiedzi na pojawiające się wymagania międzynarodowe względem wdrażania idei ZR opracowano szereg dokumentów regulujących na polskim gruncie możliwości realizacji tej idei, również odnoszące się do edukacyjnych powinności. Dwa naj- 41 KRÓTKO Wskaźniki lingwistyczne zrównoważonego rozwoju w Podstawie programowej | Małgorzata Marjampolska, Eliza Rybska | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Wskaźniki lingwistyczne zrównoważonego rozwoju w Podstawie programowej | Małgorzata Marjampolska, Eliza Rybska | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Zagadnienia ZR w Podstawie programowej w układzie przedmiotowym Zrównoważony rozwój został zapisany w treści kilku przedmiotów opisanych w podstawie programowej kształcenia ogólnego. Na I etapie nauczania (edukacja wczesnoszkolna) zagadnienia zrównoważonego rozwoju wymienione są w analizowanym dokumencie w ramach etyki, edukacji przyrodniczej oraz edukacji społecznej. Na II etapie edukacyjnym (szkoła podstawowa – klasy IV–VI) zagadnienia zrównoważonego rozwoju poruszane są na 4 z 12 nauczanych przedmiotów (33%). Są to: historia i społeczeństwo, etyka, przyroda oraz za- miotów (36%). Są to: język polski, język obcy nowożytny, wiedza o społeczeństwie, biologia, geografia. Wśród przedmiotów uzupełniających IV etapu edukacyjnego zagadnienia zrównoważonego rozwoju pojawiają się na 2 z 4 przedmiotów (50%): historia i społeczeństwo oraz przyroda. Analiza wskaźników lingwistycznych zrównoważonego rozwoju Jakościowej analizy treści Podstawy programowej dokonano wynotowując z tekstu wskaźniki lingwistyczne zrównoważonego rozwoju (tabela 1). W tabeli 1 zaznaczono również przedmioty oraz etapy edukacyjne tych przedmiotów, na których, według Podstawy programowej, dany wskaźnik lingwistyczny występuje. SZKOŁA Analiza Podstawy programowej jęcia techniczne. W szkole gimnazjalnej, czyli na III etapie edukacyjnym, treści zamieszczone w analizowanym dokumencie są nieco bogatsze w te zagadnienia. Tematyka rozwoju zrównoważonego pojawia się na 7 z 17 nauczanych przedmiotów (41%). Są to: język obcy, historia, wiedza o społeczeństwie, etyka, biologia, chemia i geografia. Zapis treści IV etapu edukacyjnego w największym stopniu obfituje w nauczanie dla ZR. Podzielony jest na 3 obszary: zakres podstawowy, zakres rozszerzony oraz przedmioty uzupełniające. W zakresie podstawowym zagadnienia zrównoważonego rozwoju poruszane są na 8 z 16 przedmiotów (50%): język polski, język obcy, wiedza o społeczeństwie, podstawy przedsiębiorczości, etyka, biologia, chemia, geografia. W zakresie rozszerzonym IV etapu edukacyjnego pojęcia zrównoważonego rozwoju pojawiają się na 5 z 14 przed- SZKOŁA Wyniki 42 Tabela 1. Lista wskaźników lingwistycznych zrównoważonego rozwoju w Podstawie programowej Na podstawie: Berlińska i wsp. 2010 – zmodyfikowane Legenda: „I, II, III, IV” – oznaczenia etapów edukacyjnych, na których w danym przedmiocie występuje określony wskaźnik; „p” – zakres podstawowy przedmiotu; KRÓTKO „r” – zakres rozszerzony przedmiotu; „u” – zakres uzupełniający ROZWÓJ ZRÓWNOWAŻONY, typ wskaźnika: bezpośredni L.p. NAZWA WSKAŹNIKA KONTEKST POZWALAJĄCY ZAKWALIFIKOWAĆ WYRAŻENIE JAKO WSKAŹNIK ZR 1. Zrównoważony rozwój 2. System/relacje człowiek – przyroda – gospodarka Zrównoważony rozwój – taki rozwój społeczno-gospodarczy, który równoważy potrzeby społeczno-ekonomiczne z potrzebą ochrony środowiska także z myślą o przyszłych pokoleniach, aby mogły zaspokajać swoje potrzeby przynajmniej w takim stopniu jak my teraz; rozwój ekonomiczny, ekologiczny, społeczny i kulturowy; podwyższanie jakości życia ludzi na świecie, wzrost gospodarczy nie może odbywać się kosztem maksymalizacji w sposobie korzystania z zasobów naturalnych Skrócona definicja: zrównoważenie potrzeb społecznych, ekonomicznych i środowiskowych PRZEDMIOTY W KTÓRYCH WYSTĘPUJE WSKAŹNIK Etyka (IV) Przyroda (IVu) Biologia (IVr) Geografia (IVp,r) Geografia (III, IVr) EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 Wskaźniki lingwistyczne zrównoważonego rozwoju w Podstawie programowej | Małgorzata Marjampolska, Eliza Rybska | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 43 ROZWÓJ ZRÓWNOWAŻONY, typ wskaźnika: pośredni ASPEKT EKOLOGICZNY Ekologia, równowaga ekologiczna, Wiedza w zakresie ekologii konieczna do efektywnych sposobów ochrony elementów środowiska naturalnego 5. Stan środowiska/ środowiska przyrodniczego/ środowiska naturalnego problemy środowiska/ biologiczne/ środowiskowe, warunki środowiska przyrodniczego; uwarunkowania przyrodnicze, czynniki przyrodnicze Stan środowiska naturalnego i jego problemy 6. 7. 8. 9. Ochrona środowiska/ środowiska naturalnego/ przyrody, działania na rzecz ochrony przyrody, ochrona i restytucja środowiska geograficznego, działania sprzyjające środowisku przyrodniczemu Ochrona zagrożonych gatunków/ gatunków ginących/ ekosystemów/ gleby/ powietrza; formy ochrony przyrody, ochrona bierna/ czynna/ gatunkowa, obszar chroniony; zachowanie naturalnych elementów środowiska, zachowanie wybranych gatunków i ekosystemów Problemy biologiczne/ środowiskowe; klęski ekologiczne, efekt cieplarniany, zmiany klimatyczne, globalne ocieplenie klimatu, dziura ozonowa, kwaśne opady, niedobór/ nadmiar wody, nieodwracalne zmiany w środowisku naturalnym Zagrożenia dla środowiska naturalnego/ przyrodniczego, zagrożenia ze strony człowieka, zagrożenia przyrody/ gatunków rodzimych/ różnorodności biologicznej Ograniczanie presji cywilizacyjnej na środowisko oraz poprawa jego stanu poprzez ekologizację procesów gospodarczych i wprowadzanie systemów ochrony środowiska, co prowadzi do osiągnięcia postępu cywilizacyjnego i ekonomicznego z udziałem wszystkich grup społecznych i wielu pokoleń ludzi Ochrona poszczególnych elementów środowiska naturalnego, formy ochrony przyrody Zachowanie naturalnych elementów środowiska naturalnego w stanie niezmienionym przez działalność człowieka Przyroda (II) Biologia (III) Chemia (IVp) Geografia (III, IVp,r) Edukacja wczesnoszkolna w zakresie etyki (I) Edukacja wczesnoszkolna w zakresie edukacji przyrodniczej (I) Język obcy nowożytny (III, IVp,r) Wiedza o społeczeństwie (IVr) Przyroda (II, IVu) Biologia (IVp,r) Chemia (IVp) Geografia (III,IVp,r) Przyroda (IVu) Biologia (IVp,r) Chemia (III, IVp) Geografia (IVr) Skutki złego gospodarowania środowiskiem naturalnym i jego zasobami Przyroda (IVu) Biologia (III) Chemia (III) Geografia (IVr) Zagrożenia dla środowiska naturalnego, którym trzeba zapobiegać Edukacja wczesnoszkolna w zakresie edukacji przyrodniczej (I) Język obcy nowożytny (III, IVp,r) Biologia (IVp,r) Geografia (IVp) EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA 4. SZKOŁA Poszczególne elementy środowiska naturalnego, o które należy dbać, szanować je i chronić przed zniszczeniem/ wytępieniem Edukacja wczesnoszkolna w zakresie edukacji przyrodniczej (I) Język obcy nowożytny (III, IVp,r) Przyroda (II, IVu) Biologia (IVp,r) Chemia (III) Geografia (III, IVr) Wiedza o społeczeństwie (IVr) Geografia (IVp) KRÓTKO 3. Środowisko, środowisko przyrodnicze/naturalne, świat przyrody/ roślin/ zwierząt, rośliny, zwierzęta, klimat, krajobraz, woda, zasoby wodne, powietrze, dobra przyrody/ środowiska, różnorodność biologiczna/ genetyczna, ekosystem, organizmy żywe Wskaźniki lingwistyczne zrównoważonego rozwoju w Podstawie programowej | Małgorzata Marjampolska, Eliza Rybska | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 16. Troska o dobro wspólne, odpowiedzialność ZASADA SAMOPODTRZYMANIA: wykorzystywanie odnawialnych zasobów środowiska w zakresie nienaruszającym rezerw odtworzeniowych; szukanie alternatywnych źródeł energii (aby ograniczyć zużycie zasobów nieodnawialnych); racjonalne gospodarowanie zasobami naturalnymi Przyroda (IVu) Chemia (IVp) Geografia (III) Likwidacja/ unieszkodliwianie/ zmniejszanie zanieczyszczeń środowiska Przyroda (IVu) Geografia (IVr) Ograniczanie presji cywilizacyjnej na środowisko oraz poprawa jego stanu poprzez ekologizację procesów gospodarczych i wprowadzanie systemów ochrony środowiska, co prowadzi do osiągnięcia postępu cywilizacyjnego i ekonomicznego z udziałem wszystkich grup społecznych i wielu pokoleń ludzi Historia i społeczeństwo (II) Historia (III) Wpływ techniki i rozwoju cywilizacji na środowisko naturalne i jego negatywne skutki Historia (III) Ograniczanie presji cywilizacyjnej na środowisko oraz poprawa jego stanu poprzez ekologizację procesów gospodarczych i wprowadzanie systemów ochrony środowiska, co prowadzi do osiągnięcia postępu cywilizacyjnego i ekonomicznego z udziałem wszystkich grup społecznych i wielu pokoleń ludzi Wiedza o społeczeństwie (IVr) EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA Edukacja wczesnoszkolna w zakresie edukacji przyrodniczej (I) Wiedza o społeczeństwie (III) Przyroda (IVu) Biologia (III) Chemia (III) Geografia (III, IVp,r) SZKOŁA Działania niszczące przyrodę, zagrażające środowisku naturalnemu, którym trzeba zapobiegać lub ograniczać Edukacja wczesnoszkolna w zakresie edukacji przyrodniczej (I) Wiedza o społeczeństwie (III) Przyroda (II, IVu) Biologia (IVr) Chemia (III, IVp) Geografia (III, IVp,r) KRÓTKO Wypalanie łąk i ściernisk, zatruwanie powietrza i wód, wyrzucanie odpadów, spalanie śmieci, zaśmiecanie lasów, nadmierny hałas, kłusownictwo, zanieczyszczenie najbliższego otoczenia/ powietrza/ gleby/ wody, gazy cieplarniane, nawozy sztuczne, chemiczne środki zwalczania szkodników, freony i ich wpływ na środowisko, eksploatacja, eksploatacja zasobów naturalnych/ zaso10. bów morskich/ odnawialnych/ nieodnawialnych, nieracjonalne gospodarowanie, nieracjonalne gospodarowanie wodą, introdukcja gatunków obcych, chemiczne zanieczyszczenie gleb, rodzaje zanieczyszczeń: metale ciężkie, węglowodory, pestycydy, azotany, degradacja wód/ gleb, wylesianie, ingerencja w środowisku przyrodniczym Zasoby naturalne, dobro wspólne, racjonalne/nieracjonalne gospodarowanie, racjonalne gospodarowanie zasobami naturalnymi/wodą/zasobami naturalnymi wody/w środowisku, oszczędzanie wody i energii, dzia11. łania ograniczające zużycie wody i energii elektrycznej, racjonalne wykorzystanie zasobów środowiska, gospodarowanie zasobami leśnymi, zalesianie, eksploatacja zasobów naturalnych, surowce energetyczne/odnawialne/nieodnawialne, wyczerpywanie się źródeł energii Źródła energii, alternatywne źródła energii, biopaliwa, 12. wodór, energia, energia słoneczna/ wodna/jądrowa/ geotermalna, Utylizacja szkodliwych zanieczyszczeń, unieszkodliwia13. nie zanieczyszczeń środowiska, biologiczne oczyszczalnie ścieków, restytucja (elementów środowiska) ASPEKT EKONOMICZNY Wpływ techniki na środowisko naturalne i życie człowie14. ka, skutki przewrotu technicznego i postępu cywilizacyjnego dla środowiska naturalnego Skutki przewrotu technicznego i postępu cywilizacyjne15. go dla środowiska naturalnego ASPEKT SPOŁECZNY 44 Wskaźniki lingwistyczne zrównoważonego rozwoju w Podstawie programowej | Małgorzata Marjampolska, Eliza Rybska | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Nędza, nierówności społeczne/ szans życiowych, społeczne wykluczenie, dysproporcja, bezrobocie, ubóstwo, wojny, głód, nierównomierny rozdział żywności, kryzys 19. 20. 21. Państwa wysoko/ słabo rozwinięte, państwa bogate/ biedne, regiony bogate i biedne (bogata Północ i biedne Południe) zróżnicowanie poziomu życia/ gospodarcze, poziom rozwoju państwa, jakość życia, sytuacja społeczności lokalnej, dysproporcja pomiędzy globalną Północą a globalnym Południem, sytuacja Polski, Europy i świata/ w państwach globalnego Południa i globalnej Północy Solidarność, pomoc, działania pomocowe, zasady pomocniczości i solidarności, pomoc humanitarna, pomoc rozwojowa, pomoc państwa i organizacji pozarządowych Gospodarka, gospodarka świata, życie gospodarcze/ społeczne, formy gospodarowania, działalność gospodarcza/ społeczna, czynniki społecznoekonomiczne, zagadnienia gospodarcze/ społeczne, ekonomia, rozwój gospodarczy/ społeczny/ społeczno-gospodarczy, zróżnicowanie gospodarcze, sytuacja gospodarcza/ społeczna 22. Polityka, uwarunkowania polityczne, sytuacja polityczna, zjawiska polityczne, życie polityczne, polityka społeczna 23. Model konsumpcji, konsumpcyjne społeczeństwo 24. 25. 26. Globalizacja, procesy globalizacji/ globalizacyjne, ruchy alterglobalistyczne Perspektywa globalna, zasięg globalny, rozwiązania globalne, wymiar globalny, w skali globalnej Potrzeby człowieka, wolność, niepodległość, ochrona wolności, równość, równość szans, równe prawa, równoprawne zasady współpracy, sprawiedliwość, tolerancja, godność człowieka, prawo, prawa kobiet/ dziecka/ do edukacji/ humanitarne, ochrona praw Zmiana mentalności ludzi – rezygnacja z konsumpcyjnego stylu życia i globalizacji procesów z myślą o środowisku naturalnym i przyszłych pokoleniach ZASADA TRWAŁOŚCI: sprawiedliwy podział szans życiowych, dostępu do środowiska i jego zasobów; pomoc rozwojowa dla państw słabo rozwiniętych, ponieważ zacofana gospodarka nie sprzyja dbałości o środowisko i myśleniu o przyszłych pokoleniach Międzynarodowa współpraca w wyrównywaniu szans życiowych i sytuacji gospodarczej na świecie Zmiana polityki, sposobu gospodarowania i rozwoju gospodarczego na proekologiczny z myślą o środowisku i przyszłych pokoleniach Zmiana mentalności ludzi – rezygnacja z konsumpcyjnego stylu życia i globalizacji procesów z myślą o środowisku naturalnym i przyszłych pokoleniach Działania lokalne, regionalne i globalne dla Zrównoważonego rozwoju Poszanowanie potrzeb człowieka, wolności, równości, tolerancji, godności; poszanowanie praw człowieka Wiedza o społeczeństwie (III, IVp,r) Geografia (IVp,r) Język polski (IVp,r) Historia i społeczeństwo (II) Wiedza o społeczeństwie (III, IVr) Geografia (IVp) Język obcy nowożytny (IVr) Historia i społeczeństwo (IVu) Wiedza o społeczeństwie (III, IVr) Podstawy przedsiębiorczości(IV) Etyka (III) Przyroda(IVu) Geografia (III, IVp,r) Język obcy nowożytny (IVr) Historia i społeczeństwo (IVu) Wiedza o społeczeństwie (III, IVr) Etyka (III) Geografia (IVp) Wiedza o społeczeństwie (IVr) Podstawy przedsiębiorczości (IV) Geografia (IVp) Wiedza o społeczeństwie (III, IVr) Podstawy przedsiębiorczości (IV) Wiedza o społeczeństwie (IVr) Geografia (IVp,r) Edukacja wczesnoszkolna w zakresie edukacji społecznej (I) Język polski (IVp,r) Historia i społeczeństwo (II) Wiedza o społeczeństwie (IVp,r) Etyka (II) Geografia (IVr) EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA 18. Język polski (IVp,r) Historia i społeczeństwo (II) Geografia (IVr) Historia i społeczeństwo (II) Wiedza o społeczeństwie (IVr) Podstawy przedsiębiorczości(IV) Geografia (IVp) SZKOŁA Problemy świata/człowieka/cywilizacji/ demograficzne/ społeczeństw/ ludzkości/gospodarcze/społeczno-gospodarcze KRÓTKO 17. 45 Wskaźniki lingwistyczne zrównoważonego rozwoju w Podstawie programowej | Małgorzata Marjampolska, Eliza Rybska | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 46 29. 30. Rozwiązania regionalne, w skali regionalnej, rozwiązania lokalne, w skali lokalnej Integracja europejska, współpraca międzynarodowa, stosunki międzynarodowe Współdziałanie ze środowiskiem społecznym i przyrodniczym, harmonijne współistnienie, relacje człowiek – środowisko przyrodnicze Działania lokalne, regionalne i globalne dla Zrównoważonego rozwoju Geografia (IVp,r) Międzynarodowa współpraca w wyrównywaniu szans życiowych i sytuacji gospodarczej na świecie Wiedza o społeczeństwie (III, IVr) Geografia (IVr) Ograniczanie presji cywilizacyjnej na środowisko oraz poprawa jego stanu poprzez ekologizację procesów gospodarczych i wprowadzanie systemów ochrony środowiska, co prowadzi do osiągnięcia postępu cywilizacyjnego i ekonomicznego z udziałem wszystkich grup społecznych i wielu pokoleń ludzi Etyka (III) Geografia (IVp) Edukacja o środowisku naturalnym i jego ochronie Edukacja wczesnoszkolna w zakresie edukacji przyrodniczej (I) Wiedza o społeczeństwie (IVr) 31. Edukacja przyrodnicza, ruchy ekologiczne 32. Rozumienie i poszanowanie przyrody, nie niszczy otoczenia, szanuje rośliny, zachowuje ciszę, pomaga zwierzętom, moralne aspekty stosunku człowieka do świata przyrody Rozumienie i poszanowanie przyrody 33. Nie zaśmiecanie, segregowanie śmieci/ odpadów, opakowania ekologiczne, działania ograniczające wytwarzanie odpadów, zagospodarowanie odpadów, zasady segregowania i możliwości przetwarzania odpadów, gospodarowanie surowcami wtórnymi Gospodarowanie odpadami, działania ograniczające wytwarzanie odpadów, możliwość przetwarzania, ponownego wykorzystania Procentowy udział wskaźników lingwistycznych zrównoważonego rozwoju w poszczególnych przedmiotach z uwzględnieniem etapu edukacyjnego przedstawiono na rycinie 2. Największą różnorodność wskaźników lingwistycznych zrównoważonego rozwoju można znaleźć w przedmiocie geografia: 9 (27%) na III etapie edukacyjnym oraz 16 (48%) na IV etapie w zakresie podstawowym i 17 (52%) na IV etapie w zakresie rozszerzonym. Duża rozmaitość wskaźników występuje również w opisie przedmiotu wiedza o społeczeństwie: 9 wskaźników (27%) na III etapie edukacyjnym oraz 2 (6%) na IV etapie w zakresie podstawowym i 15 (45%) na IV etapie w zakresie rozszerzonym. W tekście analizowanego dokumentu dla przyrody występuje 39% spośród zanotowanych w całej Podstawie programowej wskaźników lingwistycznych zrównoważonego rozwoju. Przy czym 6 wskaźników (co stanowi 18%) zanotowano w przypadku przyrody realizowanej na II etapie edukacyjnym zaś 10 (30%) na IV etapie. W przypadku biologii 4 wskaźniki (12%) zanotowano w treści podstawy programowej dla III etapu edukacyjnego, podobnie jak w przypadku zakresu podstawowego dla IV etapu edukacyjnego. W przypadku treści przeznaczonych dla biologii nauczanej w zakresie rozszerzonym na IV etapie edukacyjnym wynotowano 7 wskaźników ZR, co Edukacja wczesnoszkolna w zakresie etyki (I) Etyka (III, IV) Przyroda (II) Biologia (IVr) Edukacja wczesnoszkolna w zakresie edukacji przyrodniczej (I) Biologia (III) Chemia (IVp) Zajęcia techniczne (II) stanowi 21% spośród wszystkich wyszczególnionych wskaźników dla całego dokumentu. Znikomy odsetek (3%) wskaźników lingwistycznych zrównoważonego rozwoju poruszany jest na zajęciach technicznych – II etap edukacyjny. Analizując dane przedstawione na rycinie 2 można zauważyć, że w większości przedmiotów najwięcej zagadnień zrównoważonego rozwoju (większa różnorodność wskaźników lingwistycznych) poruszana jest na IV etapie edukacyjnym. Wyjątek stanowią historia i społeczeństwo oraz etyka, a także przedmioty, w których wskaźniki zrównoważonego rozwoju występują tylko na jednym etapie edukacyjnym – histo- EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA 28. Poszanowanie spuścizny kulturowej i narodowej, tradycji lokalnych i regionalnych społeczeństwa, często związanych z elementami przyrody Edukacja wczesnoszkolna w zakresie edukacji społecznej (I) Historia i społeczeństwo (II, IVu) Wiedza o społeczeństwie (III, IVr) Przyroda (II) Geografia (III, IVp) KRÓTKO 27. Tradycja kulturowa/ historyczno-kulturowa, kultura, dorobek kulturowy, uwarunkowania kulturowe i społeczne, sytuacja kulturowa, zjawiska kulturowe/ społeczne, problemy kultury, środowisko kulturowe regionu, problemy kultury SZKOŁA ASPEKT KULTUROWY Wskaźniki lingwistyczne zrównoważonego rozwoju w Podstawie programowej | Małgorzata Marjampolska, Eliza Rybska | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Podstawy programowej na poszczególnych przedmiotach. Najwięcej przedmiotów (po 8) porusza aspekty: społeczny i kulturowy. Aspekt ekologiczny poruszany jest na sześciu przedmiotach, a aspekt ekonomiczny na dwóch. Bezpośredni wskaźnik lingwistyczny zrów- noważonego rozwoju (Zrównoważony rozwój; System/ relacje człowiek – przyroda – gospodarka) występuje na czterech przedmiotach. Żaden przedmiot nie porusza wszystkich czterech aspektów zrównoważonego rozwoju. Trzy aspekty po- KRÓTKO SZKOŁA SZKOŁA ria (III etap edukacyjny) i zajęcia techniczne (II etap edukacyjny). Rycina 3 przedstawia udział zarówno bezpośrednich wskaźników, jak i analizowanych czterech aspektów zrównoważonego rozwoju poruszanych według 47 Ryc. 2. Udział procentowy wskaźników lingwistycznych zrównoważonego rozwoju w przedmiotach na poszczególnych etapach edukacyjnych Ryc. 3. Procentowy udział bezpośrednich wskaźników ZR oraz czterech aspektów wskaźników pośrednich w poszczególnych przedmiotach nauczania Źródło: oprac. własne Źródło: oprac. własne EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 Zrównoważony rozwój jest wyzwaniem dla współczesnego społeczeństwa, które powinno być w stanie zaprojektować takie scenariusze działania, gdzie rozwój społeczno-gospodarczy odbywa się w zgodzie ze środowiskiem naturalnym (Luppi, 2011). Jest to działanie, które trzeba podjąć w celu spełnienia fundamentalnego założenia koncepcji zrównoważonego rozwoju, czyli „zaspokajania potrzeb obecnego pokolenia bez narażania zdolności przyszłych pokoleń do zaspokojenia ich własnych potrzeb” (Arba’at i wsp., 2010). Podstawą sukcesu zrównoważonego rozwoju jest szeroko pojęta edukacja społeczeństwa (Cieszyńska, 2007), dlatego powinna być ona ważnym elementem polityki na rzecz ochrony i zarządzania środowiskiem (Srbinovski i in., 2010). Badania Berlińskiej (2010) potwierdzają, że pojęcie zrównoważonego rozwoju nie jest jeszcze wystarczająco reprezentowane w polskim systemie edukacyjnym. Według przeprowadzonej przez nią analizy dwóch Podstaw programowych – z 2002 i 2008 r. dla trzech przedmiotów: przyrody, biologii i geografii, kluczowe zagadnienia zrównoważonego rozwoju pojawiają się w obu dokumentach rzadko, a niektóre, takie jak ekorozwój, nie występują wcale. Szczególną uwagę zwraca fakt, że podczas gdy jedne tematy są podkreślane: tożsamość, tradycja, współdziałanie oraz aktywność społeczna, inne są omawiane powierzchownie lub pomijane – najrzadziej pojawiło się hasło: partycypacja (Berlińska bardziej realizowana w zakresie nauk humanistycznych (Perilova i Alizade, 2011). Kluczową rolę w realizacji podstawy programowej, w tym idei ZR, odgrywają nauczyciele. Z badań przeprowadzonych dla Ośrodka Działań Ekologicznych „Źródła” (Wychowałek i Świderek, 2011) wynika, że nauczyciele często (31% ankietowanych, którzy odpowiedzieli, że nie uczą o zrównoważonym rozwoju) nie uczą o zrównoważonym rozwoju ze względu na brak odpowiedniej wiedzy. Wydaje się zatem zasadnym przeprowadzane specjalnych kursów i szkoleń dla nauczycieli tych przedmiotów, gdzie zagadnienie zrównoważonego rozwoju byłoby objaśnione przez specjalistę, który mógłby rozwiać wątpliwości i wyprowadzić z błędu. Badanie Varanci Uzuna i Kelesa (2012), przeprowadzone na 25 studentach specjalności nauczycielskiej, wykazało istotną statystycznie różnicę między świadomością ekologiczną przed i po zajęciach edukacji ekologicznej odbywającej się podczas obozów letnich. Zajęcia te znacznie podniosły świadomość ekologiczną uczestników i wpłynęły na ich zachowania środowiskowe. W badaniach przeprowadzonych przez Cieszyńską (2007) na studentach – przyszłych nauczycielach okazało się, że 72% z nich po analizie różnych artykułów na temat ZR wyraziło swój entuzjazm do postulatów idei. Negatywne opinie 26% studentów były spowodowane głównie tym, że nie wierzyli w powodzenie tej koncepcji w świecie, w którym „ludzie patrzą na ilość, a nie na jakość i każdy goni za pieniądzem”. Respondenci często podkreślali, że działanie w ramach zrównoważonego rozwoju ma sens tylko wtedy, gdy całe społeczeństwo zostanie w to zaangażowane, że pociąga to za sobą wychowanie dzieci w duchu zrównoważonego rozwoju, bo dopiero w ich pokoleniu będzie możliwe osiągnięcie zakładanej równowagi. Z badań przeprowadzonych dla Ośrodka Działań Ekologicznych „Źródła” (Wychowałek i Świderek, 2011) EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA Dyskusja i wsp., 2010). Z przeprowadzonej analizy Podstawy programowej wynika, że nie traktuje się zrównoważonego rozwoju w sposób holistyczny. Aspekt społeczny jest tu wyraźnie akcentowany, natomiast aspekt ekonomiczny oraz bezpośrednie wskaźniki idei ZR są w niedowadze. W obecnie obowiązującej Podstawie programowej z 2008 r. można jednak zauważyć niewielki krok w kierunku zmian na lepsze. Dokument ten prezentuje szerszy zakres wskaźników lingwistycznych zrównoważonego rozwoju (więcej wskaźników i częściej się pojawiają) w porównaniu z poprzednią podstawą programową (2002) (Berlińska i wsp., 2010). Niestety w nowej Podstawie programowej (2008) nie przewidziano, tak jak to miało miejsce w poprzednim dokumencie, żadnych ścieżek międzyprzedmiotowych, w tym ścieżki Edukacja ekologiczna, która miała na celu pogłębienie wiedzy i kształtowanie postaw również w zakresie ZR (Hłobił, 2010; Ogrodnik i wsp., 2010). Z przeprowadzonej analizy wynika również, że nie we wszystkich przedmiotach nauczanych w szkole idea ZR znajduje swoje odzwierciedlenie. Brak odniesień do idei ZR w podstawie programowej można zauważyć w przypadku: plastyki, muzyki, czy matematyki. Stosunkowo niewiele wskaźników zostało wynotowanych również w przypadku etyki, co już może budzić pewne obawy. Najwięcej różnorodnych zagadnień ZR poruszają takie przedmioty jak: biologia, przyroda, geografia i wiedza o społeczeństwie. Być może wynika to z faktu połączenia językowego terminu „ekorozwój”, jako synonimu ZR, z przedmiotami nauk przyrodniczych. Wyniki niektórych badań (Arba’at i wsp., 2010; Srbinovski i wsp., 2010) ukazują, że świadomość ekologiczna uczniów kierunków przyrodniczych jest wyższa niż uczniów kierunków artystycznych czy humanistycznych. Edukacja ekologiczna jest więc określana głównie w kategorii nauk przyrodniczych (Hłobił, 2010), co jest błędnym podejściem. Powinna być w równym stopniu lub nawet SZKOŁA ruszają przedmioty takie jak: historia i społeczeństwo, wiedza o społeczeństwie, przyroda i geografia. Dwa aspekty poruszane są na języku obcym, etyce, biologii i chemii. Pozostałe przedmioty: język polski, historia, podstawy przedsiębiorczości i zajęcia techniczne poruszają jeden aspekt zrównoważonego rozwoju. 48 KRÓTKO Wskaźniki lingwistyczne zrównoważonego rozwoju w Podstawie programowej | Małgorzata Marjampolska, Eliza Rybska | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Wnioski Analizując Podstawę programową, potwierdzono założoną wcześniej hipotezę, że w dokumencie tym występują zagadnienia zrównoważonego rozwoju, co potwierdziła wcześniej też Berlińska i wsp. (2010). Jest to zgodne z ogólnie przyjętą przez Europejską Komisję Gospodarczą ONZ w 2005 r. w Wilnie Strategią Edukacji dla Zrównoważonego Rozwoju, która miała ułatwić wprowadzenie i promocję Edukacji dla Zrównoważonego Rozwoju (Education for Sustainable Development). Niemniej jednak idea ZR nie jest przedstawiana kompleksowo. Żaden przedmiot nie porusza wszystkich czterech aspektów zrównoważonego rozwoju, co zdaje się potwierdzać szerszy problem istniejący w polskiej edukacji, jakim jest brak kształcenia holistycznego. Pewną próbą odpowiedzi na ten problem może być wprowadzenie na III etapie edukacyjnym prac metodą projektu. Skuteczność tych działań powinna stać się przedmiotem dalszych badań. Ponadto idea ZR powinna przenikać wszystkie, albo prawie wszystkie, przedmioty nauczane w szkole zgodnie z wykładanymi na nich treściami. Tymczasem zagadnienia zrównoważonego rozwoju nie pojawiają się w Podstawie programowej na wszystkich przedmiotach i są tam obecne w różnym stopniu. Potwierdzona została również druga hipoteza, zakładająca, że najwięcej różnorodnych zagadnień ekorozwoju poruszają takie przedmioty jak: biologia, przyroda, geografia i wiedza o społeczeństwie. Wyniki takie mogą wskazać na potrzebę dokonania zmian w Podstawie programowej i w programach nauczania, a może przede wszystkim w świadomości i sposobie kształcenia nauczycieli. Nie budzi wątpliwości fakt, że od zaangażowania nauczycieli we własną pracę zależy w dużym stopniu sukces ich podopiecznych. Warto zatem w taki sposób kształcić przyszłych nauczycieli, by chcieli oni w sposób atrakcyjny zgodnie z wewnętrznym przekonaniem realizować w swojej pracy ideę ZR. W odpowiedzi na te problemy pojawia się nie tylko potrzeba wprowadzenia zmian ustawowych, lecz także stworzenia kompleksowego programu edukacji dla zrównoważonego rozwoju, który powinien być wprowadzony do cyklu kształcenia, zwłaszcza w programie kształcenia nauczycieli (Perilova i Alizade, 2011; Yasin i Rahman, 2011; Ogrodnik i wsp., 2010; Cieszyńska, 2007). SZKOŁA z otaczającego środowiska jako środka dydaktycznego czy jako źródła wiedzy. Znaczenie zajęć terenowych podkreśla m.in. Compiani (1991, za de Barros i wsp., 2012): „W praktyce teren reprezentuje zarówno miejsce, z którego pobieramy informację dla budowania teorii, jak i miejsce, gdzie te teorie są testowane”. Zajęcia takie są nie tylko bardziej satysfakcjonujące dla uczniów, lecz przynoszą także pozytywne efekty, poprzez pobudzanie większej liczby zmysłów niż w sali lekcyjnej, pobudzanie kreatywnego myślenia, pokazanie zjawisk o których mowa (Hutchinson i Herborn, 2012). Literatura Arba’at H., Tajul A.N., Suriati S., The status on the level of environmental awareness in the concept of sustainable development amongst secondary school students, (2010), [w:] Procedia Social and Behavioral Sciences 2 (2010) 1276–1280. Berlińska A., Kozłowska-Rajewicz A., Czapla M., Zrównoważony rozwój – upowszechnianie zagadnienia w podstawie programowej kształcenia ogólnego, [w:] Edukacja środowiskowa w społeczeństwie wiedzy, Tuszyńska L. (red.), Wyd. Biologii UW, Warszawa 2010. Bernaciak A., Ograniczanie antropogenicznych obciążeń środowiska jako czynnik trwałego i zrównoważonego rozwoju, Wyd. Uniwersytetu Ekonomicznego w Poznaniu, Poznań 2009. Compiani M. 1991. The relevance of fieldwork in the teaching of Geology in the training of science teachers [po portugalsku] Cadernos do IG/UNICAMP, 1: 2-25. Cieszyńska A., Kształcenie nauczycieli na rzecz zrównoważonego roz- EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO wynika, że większość nauczycieli (92%), którzy wypełnili ankietę, podejmuje w swojej pracy z dziećmi i młodzieżą tematykę ekologiczną, w tym zrównoważonego rozwoju. Tak wysoki wynik może częściowo wynikać z faktu, że większość ankiet została przeprowadzona wśród nauczycieli podczas szkoleń ODE „Źródła”. Spośród tych, którzy nie podejmują tematyki ekologicznej, jedynie nieliczni nie są zainteresowani podjęciem jej w przyszłości. Osoby, które nie podejmują w pracy z dziećmi i młodzieżą tematyki ekologicznej, podają najczęściej następujące powody takiej sytuacji: • temat ten nie jest uwzględniony w realizowanych przeze mnie programach nauczania (40%); • brakuje mi niezbędnej wiedzy do prowadzenia zajęć z tego tematu (31%); • temat ten świadomie pomijam ze względu na brak czasu i konieczność realizacji ważniejszych treści programowych (18%). Ci sami autorzy podają, że rozwój zrównoważony budzi małe zainteresowanie zarówno wśród uczniów, jak i nauczycieli, choć w szkołach gimnazjalnych i ponadgimnazjalnych jest to temat często poruszany (wynika tak z podstawy programowej i zawartości podręczników). Być może zagadnienie zrównoważonego rozwoju jest jak sugerują Wychowałek i Świderek (2011) oraz Arba’at i współpracownicy (2010) niełatwe do zrozumienia, a jego podręcznikowe ujęcie jest trudne i nieatrakcyjne dla młodzieży. Pewne zastrzeżenia może budzić również wybierana metoda nauczania. Nauczyciele najczęściej stosują w edukacji ekologicznej metody słowne – wykład lub pogadankę, które są najmniej atrakcyjna dla uczniów, a jednocześnie zdaniem samych nauczycieli, najmniej skuteczna (Wychowałek i Świderek, 2011). Coraz mniej natomiast prowadzi się zajęć w terenie, zwłaszcza na dalszych etapach edukacyjnych. Wyjście poza teren szkoły pozwala korzystać 49 SZKOŁA Wskaźniki lingwistyczne zrównoważonego rozwoju w Podstawie programowej | Małgorzata Marjampolska, Eliza Rybska | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Wskaźniki lingwistyczne zrównoważonego rozwoju w Podstawie programowej | Małgorzata Marjampolska, Eliza Rybska | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Podstawa programowa wychowania przedszkolnego oraz kształcenia ogólnego dla szkół podstawowych, gimnazjalnych i ponadgimnazjalnych z dnia 23 grudnia 2008 r. Rozporządzenie Ministra Edukacji Narodowej z dnia 23 grudnia 2008 r. w sprawie podstawy programowej wychowania przedszkolnego oraz kształcenia ogólnego w poszczególnych typach szkół (Dz. U. z 2009, Nr 4, poz. 17). Strategia Edukacji dla Zrównoważonego Rozwoju przyjęta na spotkaniu wysokiego szczebla przedstawicieli Ministerstw ds. Środowiska oraz Edukacji; Wilno, 17-18 marca 2005r. Przez edukację do Zrównoważonego Rozwoju. Narodowa Strategia Edukacji Ekologicznej. Dokument opracowany w ramach porozumienia zawartego pomiędzy ówczesnym Ministerstwem Edukacji Narodowej a Ministerstwem Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa w 1995 r., zatwierdzony przez sejmową i senacką komisję ochrony środowiska w 1998 r. z późniejszymi zmianami. Warszawa 2001. Polityka ekologiczna państwa w latach 2009-2012 z perspektywą do roku 2016. Przyjęta uchwałą sejmu RP z dnia 8 maja 2003 r. (M.P. z 2003 r. Nr 33, poz. 433). Ustawa z 27 kwietnia 2001 r. Prawo ochrony środowiska. (Dz.U. 2001 Nr 62 poz. 627). Małgorzata Marjampolska, Eliza Rybska The aim of this article is to discover if or how sustainable development (SD) is present in the current National Curriculum in Poland. We present the qualitative and quantitative analysis of core curriculum, taking into account the presence of issues connected with SD on different education levels (early childhood education, primary school, middle school and high school) and on various subjects. The list of linguistic indicators was constructed in order to analyze mentioned document in terms of the occurrence of SD and its components. The indicators were created on the basis of UNECE Strategy of Education for Sustainable Development, literature and authors’ personal knowledge. The conclusions of this study may serve further consideration on how important sustainable development is and how it is represented not only in Core Curriculum but also in school reality. Key words: sustainable development, climatology sustainable development, education for sustainable development, curriculum framework EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA Domka L., Kryzys środowiska a edukacja dla ekorozwoju, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań 1996. Hłobił A., Teoria i praktyka edukacji ekologicznej na rzecz zrównoważonego rozwoju, Politechnika Koszalińska, Koszalin 2010. Hutchinson F.P., Herborn P.J., Landscapes for peace: A case study of active learning about urban environments and the future, (2012), [w:] Futures 44 (2012) 24–35. Jurczak A., Zrównoważony rozwój, [w:] ZRÓWNOWAŻONY ROZWÓJ – DEBIUT NAUKOWY2010, Jemczura T., Kretek H. (red. naukowa), Racibórz 2011. Little A.W., Green A., Successful globalization, education and sustainable development, (2009), [w:] International Journal of Educational Development 29 (2009) 166–174. Lozano Garcia F.J., Kevany K., Huisingh D., Sustainability in higher education: what is happening?, (2006), [w:] Journal of Cleaner Production 14 (2006) 757-760. Luppi E., Training to Education for Sustainable Development throughlearning, (2011), [w:] Procedia Social and Behavioral Sciences 15 (2011) 3244–3251. Łabno G., EKOLOGIA. Słownik encyklopedyczny, Wyd. IBIS, Poznań 2010. Łobocki M., Metody i techniki badań pedagogicznych , Oficyna Wydawnicza „Impuls”, Kraków 2009. Ogrodnik B., Kulik R., Skubała P., Filozofia, psychologia i ekologia w edukacji dla zrównoważonego rozwoju, Wyd. Śląski Ogród Botaniczny, Mikołow 2010. Perilova O., Alizade Y., The role of ecological competence in manager’s professional education, (2011), [w:] Procedia Social and Behavioral Sciences 15 (2011) 2293–2298. Srbinovski M., Erdogan M., Ismaili M., Environmental literacy in the science education curriculum in Macedonia and Turkey, (2010), [w:] Procedia Social and Behavioral Sciences 2 (2010) 4528–4532. Stolenberg U. Edukacja na rzecz zrównoważonego rozwoju jako lokalne przedsięwzięcie, [w:] Tradycja i innowacja, Region i edukacja w kontekście zrównoważonego rozwoju, VAS – Verlag für Akademische Schriften, Germany 2007. Wychowałek K., Świderek G., Kto ma czas na ekologię? – Raport z badania edukacji ekologicznej w edukacji formalnej, analiza i opracowanie raportu, Wydawca: Ośrodek Działań Ekologicznych „Źródła”, Łódź 2011. Yasin R. M., Rahman S., Problem Oriented Project Based Learning (POP- Materiały źródłowe Linguistic indicators of sustainable development in the Core Curriculum SZKOŁA de Barros J. F., Almeida P. A., Cruz N. 2012. Fieldwork in geology: teachers’ conceptions and practices. „Social and Behavioral Sciences” 47: 829-834. BL) in Promoting Education for Sustainable Development, (2011), [w:] Procedia Social and Behavioral Sciences 15 (2011) 289–293. KRÓTKO woju. Modelowe seminarium w ramach kształcenia nauczycieli na Uniwersytecie im. Adama Mickiewicza, [w:] Tradycja i innowacja, Region i edukacja w kontekście zrównoważonego rozwoju, VAS – Verlag für Akademische Schriften, Germany 2007. 50 Beata Gawrońska, Ligia Tuszyńska Streszczenie: Słusznym założeniem podstawy programowej kształcenia ogólnego było włączenie edukacji zdrowotnej do przedmiotów przyrodniczych i wychowania fizycznego. Problematyka zdrowia, która stanowi ważną część programu nauczania przyrody i biologii uwzględnia zagrożenia zdrowotne młodego pokolenia, do których zaliczane jest ryzyko wystąpienia chorób zakaźnych oraz chorób przenoszonych drogą kontaktów seksualnych. Zagadnienia te są zbyt mało znane uczniom i często pomijane przez nauczycieli. Wydaje się, że pomiędzy edukacją zdrowotną w szkole a poziomem umiejętności młodzieży powinna istnieć korelacja. Ze względu na wzrastające zainteresowanie długofalową inwestycją w zdrowie społeczeństwa rola edukacji w zakresie profilaktyki tych chorób jest istotna. Słowa kluczowe: edukacja zdrowotna, choroby zakaźne, profilaktyka, podstawa programowa kształcenia ogólnego otrzymano: 7.08.2013; przyjęto: 4.09.2013; opublikowano: 13.09.2013 mgr Beata Gawrońska: Uniwersytet Warszawski, Wydział Biologii, ul. I. Miecznikowa 1, 02-096 Warszawa Przekonanie o spójności zdrowia i edukacji narastało w czasie rozwoju współczesnej nauki ostatniego stulecia, w którym nagromadzono dowody na nierozłączność tych elementów (Woynarowska, 2000). Zdrowie, jako dynamicznie zmieniający się stan, jest w dużej mierze zależne od czynników środowiskowych, tak naturalnych, jak i wynikających z działalności człowieka. Dodatkowo tematyka zdrowia zawarta w treści podstawy programowej dla przyrody i biologii w szkołach obejmuje wiele wspólnych obszarów. Argumentem przemawiającym za związkiem dydaktyki przyrodniczej i zdrowia jest problematyka nauk medycznych, dla których biologia stanowi podłoże i zaplecze dla nowych osiągnięć. Odzwierciedleniem prawidłowości takiego założenia jest powierzenie nauczycielom biologii w szkołach ponadgimnazjalnych opieki merytorycznej nad osobami przygotowującymi się do rozpoczęcia studiów w zakresie nauk medycznych czy nauk o zdrowiu. Powyższe motywy potwierdzają, że zagadnienia związane ze zdrowiem człowieka są ściśle powiązane z naukami przyrodniczymi. Duże znaczenie dla skuteczności edukacji zdrowotnej ma fakt, że nabywanie i kształtowanie umiejętności w zakresie prozdrowotnego stylu życia następuje w okresie edukacji gimnazjalnej oraz na etapie szkół ponadgimnazjalnych (Sokołowska, 2012). Podstawa programowa kształcenia ogólnego na III etapie edukacyjnym nawiązuje do problemu nadmiernego stosowania leków, kierując uwagę na konieczność konsultacji lekarskiej przed zastosowaniem leków takich, jak antybiotyk. prof. Ligia Tuszyńska: Uniwersytet Warszawski, Wydział Biologii, ul. I. Miecznikowa 1, 02-096 Warszawa Realizacja treści w tym zakresie obliguje do nauczania o chorobach bakteryjnych i wirusowych, a więc również o różnicach w ich etiologii. Dodatkowym argumentem przemawiającym za koniecznością wprowadzania treści tego rodzaju jest fakt, że wiele zakażeń przenoszonych jest przez dłonie (rotawirus, norowirus, bakterie kałowe) (badanie Reckitt Benckiser, 2012). Częsty kontakt rąk wśród młodzieży w środowisku szkolnym może sprzyjać rozprzestrzenianiu się wielu chorób, jednak przeważnie nie stanowi to wskazania do leczenia antybiotykiem. Wskazywanym przez podstawę programową problemem są również choroby przenoszone drogą kontaktów seksualnych – dokument zakłada zapoznanie uczniów z profilaktyką chorób należących do tej grupy. Na ogół podręczniki biologii w gimnazjum, uwzględniają problem zakażenia rzeżączką, kiłą, HIV. W roku 2006 zaobserwowano wzrost zapadalności na kiłę – odnotowanych zostało znacznie więcej przypadków zachorowań, niż w latach 2003–2004. Szacuje się, że liczba badań serologicznych w kierunku kiły jest znacznie mniejsza, co wiąże się ze spadkiem wykrywalności zakażeń bezobjawowych. Obecnie kiłę u kobiet ciężarnych stwierdza się podobnie często, jak w czasach, gdy liczba porodów była 4-krotnie wyższa. Ponadto kiła wrodzona odnotowywana jest dwukrotnie częściej (na 100.000 żywych urodzeń, w porównaniu z latami 90. XX w.) (Majewski, 2009). Ryzyko zapadalności na choroby przenoszone drogą płciową jest znacznie wyższe wśród młodzieży niż osób dorosłych, co wynikać może z niedostatecznej wiedzy, a także kojarzenia tych zakażeń z określonymi społecznościami, głównie osób uzależnionych od różnych subPraca powstała/badania przeprowadzono w ramach projektu pt. Transformacja wiedzy biologicznej i środowiskowej na poziom szkolny, finansowanego przez WB UW – Badania statutowe. Kierownik projektu: dr hab. Ligia Tuszyńska, mgr Beata Gawrońska, Pracownia Dydaktyki Biologii, Wydział Biologii UW. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA w odniesieniu do zaleceń podstawy programowej kształcenia ogólnego Wstęp SZKOŁA Wiedza o zdrowiu u absolwentów warszawskich gimnazjów 51 KRÓTKO Wiedza o zdrowiu u absolwentów warszawskich gimnazjów | Beata Gawrońska, Ligia Tuszyńska | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Wiedza o zdrowiu u absolwentów warszawskich gimnazjów | Beata Gawrońska, Ligia Tuszyńska | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 stancji czy trudniących się prostytucją (Ponczek i wsp., 2012), podczas gdy ekspansja tych chorób nie pomija również pozostałej części społeczeństwa. W artykule skoncentrowano się na dwóch problemach badawczych: 52 Ryc. 1. Kompetencje badanych uczniów w odniesieniu do sposobów profilaktyki HIV w transmisji drogą kontaktów seksualnych. Jakie są kompetencje uczniów – absolwentów szkół gimnazjalnych w zakresie znajomości metod profilaktyki wybranych chorób przenoszonych drogą płciową? Dyskusja Materiał i metody badań Badanie przeprowadzono w trzech liceach ogólnokształcących na terenie Warszawy, w których studenci Wydziału Biologii UW odbywają praktyki pedagogiczne. Grupę badaną stanowiło 113 uczniów klas pierwszych wskazanych szkół, co dawało pewność, że osoby te zrealizowały zakres treści określony dla przedmiotu biologia w gimnazjum. Wśród uczestników badania znalazło się 71 dziewcząt oraz 42 chłopców. Wiek uczniów, którzy wzięli udział w badaniu, mieścił się w przedziale wiekowym 15–17 lat. W celu określenia poziomu kompetencji uczniów w badaniu zastosowano kwestionariusz ankiety zawierający pytania zarówno otwarte (po dwa sposoby profilaktyki grypy i rzeżączki), jak i zamknięte jednokrotnego wyboru (kojarzenie terminów związanych z chorobami zakaźnymi). Zbadano poziom kompetencji uczniów w zakresie profilaktyki chorób zakaźnych, w tym chorób przenoszonych drogą kontaktów seksualnych i drogą powietrzno-kropelkową. Oceniono po- Profilaktyka chorób przenoszonych drogą płciową Populacja osób zakażonych wirusem HIV w Polsce jest relatywnie mało liczna (od pocz. 1985 r. do kwietnia 2013 r. zarejestrowano 16.588 osób) (aids.gov.pl), jednak ze względu na tempo rozprzestrzeniania się tego wirusa edukacja w zakresie profilaktyki AIDS jest ważna. Wśród uczniów gimnazjum występują różnice w stopniu zaawansowania dojrzałości płciowej. Wiek, w którym dziewczęta osiągają pełną dojrzałość fizyczną, jest na ogół momentem, w którym chłopcy dopiero rozpoczynają dojrzewanie płciowe. Intensywne przemiany biologiczne nie idą w parze z rozwojem emocjonalnym i społecznym. Ta złożona sytuacja ma ogromny wpływ na samopoczucie, relacje z rówieśnikami i zachowania młodych ludzi, stąd duże zapotrzebowanie na zdobywanie wiedzy na temat zachowań prozdrowotnych poprzez edukację. W badaniu ustalono, jaki jest poziom samooceny kompetencji uczniów w zakresie profilakty- ki chorób przenoszonych drogą płciową. Z badań wynika, że jedynie 5% uczniów nie czuje się kompetentna w tym zakresie. Oznacza to, że zdecydowana większość osób ocenia swoje umiejętności w tym zakresie jako odpowiednie. Badani uczniowie zostali poproszeni o wskazanie sposobów profilaktyki, które pozwolą im uchronić zdrowie przed ewentualnym zakażeniem HIV. Kategorie odpowiedzi przedstawia ryc. 1. Ponad 70% badanych uczniów uważa, że sposobem zapobiegania zakażeniom HIV jest zastosowanie prezerwatywy, co wskazuje na dość wysoki poziom wiedzy. Jednakże po 2% wskazało na antykoncepcję hormonalną i chemiczne środki plemnikobójcze jako sposób zapobiegania zakażeniu HIV. Niebezpieczna natomiast jest niewiedza, jaka cechuje aż 26% badanych uczniów, którzy twierdzą, że każdy środek antykoncepcyjny chroni przed zakażeniem HIV, jeżeli jest prawidłowo zastosowany. Taka sytuacja wskazuje, co prawda, na pożądaną postawę młodzieży wobec respektowania zaleceń dołączanych do produktów, tym niemniej w kontekście kompetencji związanych z antykoncepcją wyklucza ona powodzenie działań profilaktyki chorób zakaźnych. Na potwierdzenie można odnieść się do badań prowadzonych przez studentkę APS (Radomska, 2013), z których wynika, że 100% badanych przez nią uczniów szkół gimnazjalnych i ponadgimnazjalnych uważa słusznie, EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA ziom świadomość na temat zależności pomiędzy zakażeniem wirusem HIV a stanem trwałego obniżenia odporności.. KRÓTKO Przeprowadzono analizę subiektywnej oceny uczniów w odniesieniu do ich kompetencji w zakresie zapobiegania chorobom przenoszonym drogą kontaktów seksualnych oraz drogą powietrzno-kropelkową. NAUKA Jakie są opinie uczniów na temat profilaktyki zakażeń wirusem grypy? EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA proponują, jedna zaś twierdzi, że doustna antykoncepcja hormonalna również zapobiega zakażeniu bakterią rzeżączki. Często wskazywanym przez uczniów sposobem było zachowanie wstrzemięźliwości – jest to metoda ograniczenia ryzyka wystąpienia rzeżączki według 23% badanych osób. Nieco rzadziej wymienianym sposobem było unikanie kontaktów seksualnych z nieznanym partnerem – taką odpowiedź wskazało 16% badanych. W kontekście Ryc. 2. Sposoby ochrony zdrowia przed rzeżączką według odpowiedzi badanych podstawy programowej pożąuczniów danym osiągnięciem wydaje się przypisanie przez uczniów większej wagi unikaniu kontaktu seksualnego z przyRespondenci, zapytani o znajomość metod zapobiepadkową osobą niż zachowaniu wstrzemięźliwości. gania rzeżączce w 50% wskazali antykoncepcję, natoRozkład odpowiedzi uczniów przedstawia ryc 2. miast 31% nie udzieliło żadnej odpowiedzi. Zapytani Choroby przenoszone drogą płciową, zwane dawz kolei o znajomość metod antykoncepcyjnych chroniej chorobami wenerycznymi, są chorobami, w przyniących przed tą chorobą w 73% wskazali na prezerwapadku których stosunek płciowy jest jednym ze spotywę. Potwierdza to brak wiedzy o profilaktyce chorób sobów zakażenia. Podejmowanie przez nastolatków zakaźnych wśród blisko 1/3 badanych (ryc. 3). ryzykownych zachowań seksualnych wiąże się z coraz częstszym występowaniem chorób Ryc. 3. Metody przenoszonych drogą płciową antykoncepcji szczególnie u dziewcząt poniżej zapobiegające 15. roku życia aktywnych sekzakażeniu rzeżączką sualnie. Młodzi ludzie nie mają według badanych jednak świadomości zagrożeń, jakie wynikają ze zbyt wczesnej inicjacji seksualnej (Zbierska, 2013). SZKOŁA iż kontakt płciowy bez użycia prezerwatywy zwiększa ryzyko zakażenia wirusem HIV, ale 22,2% tych samych uczniów gimnazjum uważa, że podczas pierwszego stosunku nie może dojść do zakażenia wirusem HIV. Podobne wyniki badań opublikowała Agnieszka Dyk (2008), która wskazała, że badana przez nią młodzież jest zdolna do krytycznego i obiektywnego ustosunkowania się do rzeczywistych zagrożeń HIV/AIDS, jednak jej wiedza na ten temat jest w wielu aspektach niekompletna. Na przykład w grupie pytań dotyczących wiedzy o HIV/AIDS badani uzyskali aż 84,3% poprawnych odpowiedzi. Najwięcej (37,1%) błędnych odpowiedzi badani udzielili na pytanie: „Czy wirus HIV może być przenoszony przez komary i inne owady?”. Najwięcej odpowiedzi „nie wiem” – (35,7%) udzielono na pytanie: „Czy można się zakazić wirusem HIV korzystając z publicznej toalety?”, co świadczyć może niewystarczającym poziomie umiejętności w aspekcie życia codziennego. Podstawa programowa kształcenia ogólnego w treściach przedmiotu biologia zakłada, że osiągnięciem ucznia po zakończeniu III etapu edukacyjnego jest znajomość m.in. podstawowych chorób bakteryjnych, w tym chorób przenoszonych drogą kontaktów seksualnych, uwzględniając profilaktykę i drogi szerzenia się zakażeń. Podręczniki dostępne na rynku najczęściej prezentują treści dotyczące takich jednostek chorobowych, jak kiła i rzeżączka. W celu dokonania oceny umiejętności uczniów w zakresie profilaktyki tych zakażeń poproszono o zapisanie dwóch sposobów ochrony zdrowia przed zakażeniem bakterią rzeżączki. Spośród wszystkich badanych blisko 1/3 nie podjęła próby odpowiedzi. Około 50% grupy badanej jako przykład podała różne sposoby antykoncepcji. Tylko 36% ankietowanych wskazało na prezerwatywę jako sposób, który zapobiega zakażeniom rzeżączką. Pozostałe 14 osób wstrzymało się od sprecyzowania, jaką metodę antykoncepcyjną 53 KRÓTKO Wiedza o zdrowiu u absolwentów warszawskich gimnazjów | Beata Gawrońska, Ligia Tuszyńska | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Ryc. 4. Procentowy rozkład odpowiedzi badanej grupy na pytanie dotyczące profilaktyki zakażeń wirusem grypy. Podsumowanie i wnioski Wydaje się, że pomiędzy edukacją zdrowotną w szkole a poziomem umiejętności młodzieży powinna istnieć korelacja. Ze względu na charakter treści zdrowotnych w nauczaniu biologii w szkole gimnazjalnej tematyka stylu życia i zdrowia powinna być i zapewne jest poruszana nie tylko w kontekście teoretycznej wiedzy, ale również w kontekście zdobywania przydatnych w życiu codziennym umiejętności. Kompetencje takie stanowią o potencjale zdrowotnym ucznia i całego społeczeństwa, gdyż nabycie świadomości dotyczącej zdrowia sprzyja utrzymaniu zdrowia kolejnych poko- leń i przyczynia się do zrównoważonego rozwoju społeczeństwa. Program realizowany na lekcjach biologii obliguje zarówno uczniów, jak i nauczycieli do zwrócenia uwagi na pewne zagadnienia dotyczące zdrowia. Poziom wiedzy uczniów absolwentów szkół gimnazjalnych w zakresie znajomości zasad profilaktyki wybranych chorób wirusowych i bakteryjnych jest średni. W kontekście wymagań stawianych przez autorów podstawy programowej poziom wiedzy uczniów wydaje się być niezadowalający, a kompetencje zbyt niskie. Ważne jest zwrócenie uwagi nauczycieli biologii i innych przedmiotów na rolę edukacji zdrowotnej i uświadomienie uczniom skutków zachowań antyzdrowotnych w życiu codziennym. Wprowadzenie do EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA Do jednych z najczęściej występujących zakażeń w populacji ludzkiej należą zakażenia wywołane wirusami grypy. Grypa jest chorobą sezonową i w Polsce najczęściej występuje pomiędzy listopadem a marcem. Ograniczenie zachorowalności na grypę jest możliwe dzięki szeroko zakrojonej akcji informacyjnej dotyczącej skuteczności szczepień profilaktycznych (Kalinowski 2005). Odpowiedzi badanych uczniów dotyczące infekcji grypowych rozłożyły się następująco: 1/5 badanych osób stwierdziła, że do zakażenia wirusem grypy może dojść w wyniku kontaktu z bielizną osoby zakażonej, co może wskazywać na niski poziom wiedzy w zakresie transmisji tego wirusa. Najczęściej wymienianymi sposobami profilaktyki zachorowań na grypę było wskazanie na stosowne ubieranie się do pogody (27%) oraz szczepienia (26% wskazań), a także zażywanie witamin i innych postaci suplementów diety (17% wskazań). Na higienę rąk, jako sposób zapobiegania narażeniu, wskazało 12% osób, jedna dodatkowo odniosła się do dezynfekcji. Dość często wskazywano również na konieczność unikania lub brak kontaktu z osobą chorą – takie zdanie ma 20% uczniów. Na konieczność wykluczenia kontaktu z przedmiotami osoby chorej (kubek, butelka) wskazało 5% badanych. Unikanie zatłoczonych miejsc publicznych zalecają jedynie 3 osoby. Stosowanie innych środków zapobiegawczych wymienia 5 osób, a do środków tych należy picie herbat ziołowych i stosowanie masek ochronnych. Czynnościami niesłusznie uznawanymi za profilaktyczne są, według badanych, przyjmowanie leków, w tym nawet antybiotyków (5%), które przypadkiem znajdują się w apteczce domowej, co wydaje się szczególnie niepokojące. Ponadto stosowanie antybiotyków nie jest to działaniem profilaktycznym. Sposoby profilaktyki oparte na prozdrowotnym stylu życia, które wymienili badani to niepalenie papierosów, prawid- łowy sposób odżywiania, suplementacja kwasami tłuszczowymi omega 3 (tran), jednak odpowiedzi takich udzielił znikomy odsetek badanych (6% łącznie), co rozmija się z osiągnięciami ucznia, które zakłada podstawa programowa kształcenia ogólnego. Wiedza w zakresie leczenia antybiotykoterapią wydaje się być zbyt niska w społeczeństwie. Badania przeprowadzone wśród studentów I roku Akademii Medycznej w Lublinie wykazały, że w badanej grupie 30% ankietowanych (w tym 17% studentów Wydziału Lekarskiego i 42% studentów Wydziału Chemii) uważało, że antybiotyki są lekami skutecznymi w leczeniu grypy (Kalinowski, 2005). Z powyższej sytuacji wynika, że działania edukacyjne m.in. o szkodliwości nieuzasadnionego zażywania leków powinny dotyczyć młodzieży w wieku szkolnym niezależnie od etapu edukacyjnego. KRÓTKO Profilaktyka zakażeń wirusem grypy 54 NAUKA Wiedza o zdrowiu u absolwentów warszawskich gimnazjów | Beata Gawrońska, Ligia Tuszyńska | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Wiedza o zdrowiu u absolwentów warszawskich gimnazjów | Beata Gawrońska, Ligia Tuszyńska | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 An objective of general education core curriculum to include health education to the science subjects and physical education seemed to be reasonable. Health issue, which is an important part of the curriculum of life science and biology mentions about the health hazard of the young people, which include the risk of infectious diseases and diseases transmitted by sexual intercourse. These issues are known by students too little and often overlooked by teachers. It seems that between the health education in schools and the level of competencies of young people, there should be a correlation. Due to the growing interest in long-term investment in the health public, the role of education in the prevention of these diseases is significant. Key words: health education, contagious diseases, prevention, core curriculum of general education Netografia: http://www.aids.gov.pl/?page=epidemiologia&act=pl&id=1 [dostęp: 6.07.2013] EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Dyk A (2008). Świadomość zagrożeń HIV/AIDS wśród młodzieży. Problemy Higieny i Epidemiologii. 89(2): 282-288. Kalinowski P, Piechnik B, Pocińska K, Szarek K, Karwat ID (2005). Wiedza na temat metod zapobiegania i leczenia grypy oraz powikłań pogrypowych wśród studentów pierwszego roku. Przegląd epidemiologiczny. 59:69-74. Majewski S, Rudnicka I (2009). Choroby przenoszone drogą płciową w Polsce w 2007 roku. Przegląd Epidemiologiczny. 63:287291. Ponczek D, Olszowy I (2012). Styl życia młodzieży i jego wpływ na zdrowie. Problemy Higieny i Epidemiologii. 93(2):260-268. Reckitt Benckiser (Poland) S.A. (2012). „Dzień z życia człowieka w kontakcie z zarazkami”. Światowy Dzień Mycia Rąk. Radomska M (2013), Profilaktyka szkolna w zakresie AIDS i chorób przenoszonych drogą płciową, Praca magisterska, APS, Warszawa. Sokołowska M (2012). Rozwój psychospołeczny w okresie dorastania i wynikające z niego potrzeby zakresie edukacji zdrowotnej.W: Woynarowska B, red. Edukacja zdrowotna. Poradnik dla nauczycieli wychowania fizycznego w gimnazjach i szkołach ponadgimnazjalnych, Kielce: Wydawnictwo Pedagogiczne ZNP. Woynarowska B (2012), Związki między zdrowiem a edukacją.W: Woynarowska B, red. Zdrowie i szkoła, Warszawa: Wydawnictwo PZWL. 15. Zbierska M (2013). Ocena wiedzy uczniów gimnazjum w Gromadce na temat chorób przenoszonych drogą płciową, Legnica: Wyższa Szkoła Medyczna w Legnicy, Wydział Pielęgniarstwa, Praca magisterska. Beata Gawrońska, Ligia Tuszyńska SZKOŁA Literatura: Knowledge about health in the Warsaw middle school graduates’ in view of the general education core curriculum KRÓTKO podstawy programowej obligatoryjnych doświadczeń, eksperymentów i zajęć terenowych na lekcjach biologii w gimnazjum powinno być równie ważnym elementem skutecznej edukacji zdrowotnej wśród uczniów. 55 Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 56 Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf Proponujemy materiał dydaktyczny skierowany do nauczycieli przyrody w szkole ponadgimnazjalnej, poświęcony różnym sposobom widzenia w świecie zwierząt i człowieka1. Materiał składa się z: • tekstu przybliżającego problem różnorodnego wykorzystania przez organizmy światła docierającego do Ziemi i ewolucji widzenia; tekst ten jest przeznaczony dla nauczyciela uczącego przyrody, zarówno biologa jak i fizyka, chemika czy geografa, może też służyć uczniom jako podsumowanie proponowanych zajęć; • konspektu zajęć zawierającego propozycje różnych wariantów ich realizacji; • dwóch wersji kart pracy dla ucznia (jedna w konwencji guided inquiry2, druga w konwencji scripted inquiry3); • kartoteki dla nauczyciela zawierającej m.in. elementy składające się na oczekiwane odpowiedzi i propozycje punktacji za poszczególne zadania, które mogą służyć jako podstawa oceniania uczniów za ich pracę na lekcji. Zdjęcia i filmy będące ilustracją zestawów obserwacyjnych i przebiegu obserwacji zostały wykonane przez autorów w IX Liceum Ogólnokształcącym im. Klementyny Hoffmanowej w Warszawie z wykorzystaniem sprzętu i pomieszczeń pracowni fizycznej. Zachęcamy nauczycieli do samodzielnego eksperymentowania przy przygotowywaniu proponowanych lekcji. Życzymy wszystkim powodzenia i zadowolenia w realizacji tego fragmentu zajęć z przyrody! Autorzy biolog + fizyk = ciekawa lekcja przyrody mgr Urszula Poziomek: specjalista ds. badań i analiz Pracowni Przedmiotów Przyrodniczych IBE, nauczycielka dyplomowana biologii w LXXV LO im. Jana III Sobieskiego w Warszawie; współautorka podręczników szkolnych do nauki biologii na III i IV etapie edukacyjnym, współautorka raportu Eurydice Science Education in Europe, 2011 mgr Włodzimierz Natorf: wieloletni nauczyciel fizyki w IX LO im. Klementyny Hoffmanowej, ekspert Pracowni Przedmiotów Przyrodniczych IBE, współautor repetytorium do fizyki dla maturyzstów i kandydatów na studia 1 Dział B Nauka i technologia, wątek 11 Światło i obraz. Uczeń 4) porównuje budowę fotoreceptorów i narządów wzroku wybranych grup zwierząt; 5) ocenia biologiczne znaczenie widzenia barwnego i stereoskopowego; 6) omawia mechanizm powstawania obrazu na siatkówce oka człowieka i udział mózgu w jego interpretacji. 2 Guided inquiry – ukierunkowane dociekanie, badanie metodą naukową określonego problemu. 3 Scripted inquiry – dociekanie, badanie metodą naukową w oparciu o instrukcję postępowania. Prace U. Poziomek zostały wykonane w ramach realizowanego przez Instytut Badań Edukacyjnych projektu Badanie jakości i efektywności edukacji oraz instytucjonalizacja zaplecza badawczego, współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA Wstęp KRÓTKO Konspekt i karta pracy NAUKA Różne rodzaje widzenia Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 57 SZKOŁA Rys. 1. Model budowy ropalium Na podstawie Encyclopedia Britannica rys. 1 i rys. 2 wykonała Antonina Nowacka. miotów znajdujących się i poruszających się w otoczeniu organizmu żywego. Analizując możliwości rejestrowania informacji niesionych przez światło przez organizmy można zauważyć, że są one zróżnicowane. 1. Najprostsze z nich to rejestracja informacji o obecności lub braku światła, ewentualnie o zmianie natężenia światła. By odebrać taką informację potrzebna jest substancja światłoczuła, w której światło powoduje określone zmiany chemiczne – wzbudza, zmienia Rys. 2. Model budowy „oka” wypławka białego, zdolnego do rozróżniania kierunku padania światła przebieg lub hamuje określone reakcje1. Związki takie mogą występować w pojedynczych komórkach lub ich grupach czy wręcz w tkankach, stanowiących zalążek narządu wzroku. Przykładem takiej struktury, rejestrującej jedynie światło lub jego brak mogą być ropalia parzydełkowców np. chełbii bałtyckiej. 1 Przydatne może być zapoznanie się z pojęciami: „fotochemia”, „reakcje fotochemiczne”, np. w Wikipedii. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO Życie rozwijało się na naszej planecie w obecności światła – dokładniej fal elektromagnetycznych o określonym zakresie częstotliwości. Dziś wiemy, że z całego, dość szerokiego widma fal elektromagnetycznych docierających ze Słońca na Ziemię, ogromna część jest pochłaniana przez ziemską atmosferę. Do powierzchni Ziemi (a także na kilkadziesiąt metrów w głąb wód) dociera pewien niewielki fragment tego widma, zwany widmem widzialnym albo światłem widzialnym. Od czasu, gdy w skład ziemskiej atmosfery wchodzą azot, tlen (zarówno O2 jak i O3) oraz mniejsza lub większa domieszka dwutlenku węgla, skład widmowy światła widzialnego praktycznie się nie zmienia. Tak więc ewolucja wykształciła narządy czułe na fale elektromagnetyczne z tego właśnie zakresu długości fali. Tylko niektóre zwierzęta są w stanie rejestrować intensywność promieniowania elektromagnetycznego spoza tego zakresu: w ultrafiolecie (UV) lub podczerwieni (IR). Światło widzialne zostało wykorzystane przez organizmy żywe i to na dwa, w zasadzie różne sposoby. Jeden z nich (dotyczy on tzw. organizmów autotroficznych, głownie roślin), polega na pochłanianiu energii niesionej przez światło w procesie fotosyntezy, służącej do wytwarzania związków będących źródłem energii i budulca. Drugi, nieco bardziej wysublimowany, polega na rejestrowaniu przez organizm informacji ze środowiska zewnętrznego, niesionych przez światło. Na lekcjach przyrody, których przeprowadzenie proponujemy w tym materiale, zajmiemy się wybranymi aspektami tego drugiego sposobu wykorzystywania światła przez organizmy żywe: rejestrowaniem ruchu w otoczeniu organizmu oraz tworzeniem geometrycznego obrazu otoczenia. Będziemy przy tym rozpatrywać światło widzialne pochodzenia słonecznego, obecne w atmosferze (także w wodzie), odbite od przed- NAUKA Kilka informacji o widzeniu 58 Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Rys. 3. Budowa oka złożonego owada z bardzo wąskiego wycinka otoczenia, leżącego niejako „na wprost”. Co ważne – każde ommatidium rejestruje światło i zmiany jego natężenia oraz kąta padania niezależnie od innych ommatidiów. 4. Pozyskanie informacji o barwie obiektów znajdujących się w otoczeniu organizmu czyli o składzie widmowym (barwie) światła jest możliwe dzięki obecności różnych związków światłoczułych, reagujących na różne zakresy światła widzialnego lub też niereagujących na poszczególne jego zakresy. Zdolność do rozróżniania barw jest trudna do zdiagnozowania, ale doniesienia naukowe mówią, że istnieje już ona u owadów (przynajmniej w stosunku do niektórych barw), a u skorupiaków morskich osiągnęła bardzo wysoki stopień zaawansowania (ich oczy zawierają dziesiątki różnych barwników światłoczułych) Należy przy tym pamiętać, że istotnym warunkiem korzystania z pozyskanych informacji niesionych przez światło jest ewolucyjny rozwój możliwości ich analizy przez inne części organizmu – przez wysoko wyspecja- SZKOŁA NAUKA Źródło: blog.bezokularow.pl/niesamowite-oczy-owadow-jak-to-dziala Rys. 4 Budowa pojedynczego ommatidium Źródło: http://pl.wikipedia. org/wiki/Omatidium A – soczewka, B – stożek krystaliczny, C i D – izolacja pigmentowa, E – rabdom, F – komórka receptorowa, G – wypustka nerwowa (opis zmieniony) EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO 2. Kolejną umiejętnością dotyczącą zbierania informacji niesionych przez światło jest rejestrowanie zmiany kierunku padania światła. Wiąże się to z zagłębieniem warstwy światłoczułych komórek i powstaniem tzw. „eye cup”. Przykładem tego może być struktura obecna u wolnożyjących wirków – zagłębienia w części głowowej wyścielone nabłonkiem zmysłowym, rejestrującym światło lub jego brak, a także – pośrednio – kierunek, z którego dochodzi światło. Wklęsła powierzchnia warstwy komórek światłoczułych umożliwia w tym przypadku rejestrowanie kierunku padania światła (patrz też film: youtube.com/ watch?v=dDcPlh7kCOk) Innym sposobem rejestrowania kierunku, z którego przychodzi bodziec świetlny jest rozmieszczenie na powierzchni ciała wielu struktur światłoczułych. Tak jest m.in. u meduz, których ropalium stanowi przykład najbardziej pierwotnej wersji narządu zmysłu wzroku. Rozmieszczenie kilku ropaliów na brzegu dzwonu pozwala każdemu z nich rejestrować bodźce świetlne pochodzące z różnych źródeł, docierające z różnych kierunków. 3. Od rejestrowania kierunku, z którego przychodzi bodziec świetlny już tylko mały krok do rejestrowania informacji o ruchu w otoczeniu. W rejestrowaniu ruchu bardzo przydatne jest wyposażenie każdego z wielu struktur światłoczułych w mechanizm precyzujący (ograniczający) kierunek, z którego przychodzi światło. Dodatkowo, każda ze struktur powinna być „wycelowana” w nieco innym kierunku. Dobrym przykładem narządu zmysłu wzroku doskonale rejestrującego ruch jest oko złożone (fasetkowe) owada. W oku owada efekt ten uzyskany jest dzięki specyficznej, wypukłej powierzchni samego oka oraz dzięki wyposażeniu każdego ommatidium (pojedynczego oczka) w jego własny układ soczewka-stożek; ścianki boczne tego ostatniego są izolowane komórkami barwnikowymi od sąsiednich ommatidiów. Do każdego ommatidium trafia więc światło Ciekawy tekst źródłowy: pl.wikipedia.org/wiki/Oko EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA chowych jak i intelektualnych, umożliwia też tworzenie się pamięci wzrokowej, podstawowej w poznawaniu nowych, nieznanych obiektów. 6. Wydaje się, że szczytem zaawansowania ewolucyjnego narządu wzroku jest zdolność widzenia stereoskopowego (trójwymiarowego). Narządy wzroku (oczy), w powiązaniu z ośrodkami nerwowymi w mózgu, nie tylko rejestrują i analizują kształt i ruch ale są także w stanie ocenić odległość pomiędzy obserwatorem a obserwowanym obiektem. Widzenie stereoskopowe szczególnie dobrze rozwinęło się u zwierząt które muszą precyzyjnie oceniać odległości w środowisku np. u drapieżników (m.in. u kotów i sów) oraz zwierząt nadrzewnych (m.in. małp, niektórych gryzoni). Niezależnie od możliwości, jakie stwarza zdolność do tworzenia trójwymiarowego geometrycznego obrazu otoczenia, należy raczej uznać, że najistotniejszą funkcją narządu wzroku jest rejestrowanie ruchu, związanego z zagrożeniem lub też obecnością źródła pokarmu czy partnera seksualnego. Tezę te potwierdza zjawisko różnych rodzajów ruchów gałki ocznej u człowieka – wodzących, sakadycznych czy drgających. Większość z nich ma za zadanie odświeżyć obraz otaczającego nas świata. Znieczulenie mięśni oka i wpatrywanie się w ten sam punkt powoduje dość szybkie zanikanie obrazu co dowodzi, że widzimy tylko wtedy, gdy obiekt jest ruchomy, nawet jeśli ten ruch wynika z ruchów naszych oczu. SZKOŁA lizowaną tkankę nerwową, budującą układ nerwowy, w tym ośrodki wzroku w centrach nerwowych – zwojach głowowych (np. owady) czy mózgowiu (np. człowiek). 5. Kolejna, bardziej zaawansowana ewolucyjnie zdolnością, to możliwość zbierania informacji o geometrycznych kształtach występujących w otoczeniu organizmu (obraz geometryczny). Do ich rejestrowania nie jest potrzebna dalsza komplikacja budowy narządu wzroku – wystarczą komórki światłoczułe w odpowiednim układzie oraz element skupiający i ogniskujący światło (soczewka), ewentualnie elementy antyodblaskowe (komórki barwnikowe). Natomiast konieczna jest zaawansowana analiza zebranych danych, prowadząca do utworzenie na ich podstawie obrazu geometrycznego otoczenia. Wiadomo, że zwój głowowy owada posiada tę umiejętność w zakresie ograniczonym. Wynika to, między innymi, z braku „całościowego” ogniskowania obrazu otoczenia w poszczególnych ommatidiach – centrum nerwowe owada musiałoby uzupełniać sporo brakujących informacji. Można też domniemywać, że taka umiejętność nie jest niezbędna w życiu owada – jest on nastawiony głównie na unikanie drapieżników czyli obiektów poruszających się, zaś źródło pokarmu rozpoznaje po barwie czy też po zapachu, a niekoniecznie po kształcie. U człowieka umiejętność tworzenia w mózgu pełnego, geometrycznego obrazu otoczenia jest możliwa dzięki zaawansowanym czynnościom mózgowia. Jest ona kształtowana w pierwszych tygodniach, a nawet miesiącach życia, we współpracy narządu zmysłu wzroku z narządami zmysłu dotyku, słuchu i smaku (stąd znana tendencja niemowlaka do dotykania – i brania do buzi! – wszystkiego, co znajdzie się w zasięgu jego rączek i oczu). Obraz geometryczny otoczenia pozwala na podejmowanie precyzyjnych działań zarówno ru- 59 KRÓTKO Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 11. http://youtu.be/9GPsNGOASuE [film] – Świeczkę przemieszczamy przed zestawem soczewek, w przybliżeniu po linii prostej. Stwierdzamy, że ruch ten wywołuje ruch obrazów na ekranie. Istotne jest, że tylko jedna soczewka, za każdym razem inna, daje obraz ostry. 12.http://youtu.be/_sIqRu8Yc4Y [film] – Obserwujemy skutki podobnego ruchu świeczki, jak w poprzednim filmie, tym razem w zaciemnionej pracowni. Teraz łatwiej zauważamy, że obrazy pochodzące od soczewek „peryferyjnych” są nie tylko nieostre i zniekształcone, ale niekiedy wręcz znikają. 13.http://ebis.ibe.edu.pl/edu/socz_mal_01.JPG – Pomysł na ulepszenie modelu oka złożonego. Lepszy model ommatidium uzyskamy, jeśli soczewkę wyposażymy w papierową osłonę w kształcie stożka z odciętym wierzchołkiem. Wysokość stożka winna być nieco krótsza od ogniskowej soczewki, a sam stożek należy nasadzić na soczewkę możliwie dokładnie „na wprost” – tak, by jego oś symetrii pokrywała się z osią optyczną soczewki. Takie przygotowanie kilku soczewek jest czaso- i pracochłonne – może warto namówić do pomocy grupę zmotywowanych uczniów. 14.http://ebis.ibe.edu.pl/edu/socz_mal_04.JPG – Uzbrojona w stożek soczewka pokazuje, że każde ommatidium rejestruje tylko niewielki fragment obrazu, który zarejestrowałaby soczewka nieuzbrojona. Układ soczewek uzbrojonych pozwoliłby stwierdzić, że obraz ruchomego źródła światła pojawiałby się w polu widzenia jednej soczewki, po czym znikałby i przechodziłby w pole widzenia następnej. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA 1. http://ebis.ibe.edu.pl/edu/DSCF9339.JPG – Do doświadczenia w części A potrzebna jest jedna skupiająca soczewka o ogniskowej rzędu 10-30 cm, ustawiona na stole; może być także trzymana przez ucznia, choć jest to mniej korzystne rozwiązanie. Za ekran może służyć biała ściana, a nawet kartka papieru. 2. http://ebis.ibe.edu.pl/edu/DSCF9338.JPG – Na soczewkę pada światło – tutaj przez okno na szkolnym korytarzu. Pełne zaciemnienie pomieszczenia nie jest wymagane, choć dobrze jest pozbyć się niepotrzebnych źródeł światła – pozasłaniać inne okna, wyłączyć górne oświetlenie. 3. http://ebis.ibe.edu.pl/edu/socz_duz_0.JPG – Dobieramy odległość pomiędzy soczewką a ekranem, by uzyskać ostry obraz „przedmiotu”, jakim w tym przypadku jest widok za oknem. 4. http://ebis.ibe.edu.pl/edu/socz_duz_1.JPG – Zbliżenie na widok z poprzedniego zdjęcia. Zwracamy uwagę, że obraz jest odwrócony. 5. http://youtu.be/r6hmRFptvB8 [film] – Osoba przechodzi w pobliżu okna. Na ekranie jest ona widoczna w miarę ostro. Widać także, że osoba idzie „do góry nogami”. 6. http://youtu.be/ecQqGUj55Zw [film] – Kij trzymany stosunkowo blisko soczewki (w odległości ok. jednego metra) nie jest odwzorowany ostro na ekranie. Jest to efekt spodziewany, gdyż ostrość tego układu jest ustawiona na odległość rzędu 10 metrów – taka jest długość korytarza. Jednak gdy kij jest poruszany, to oko ludzkie koncentruje się na wychwyceniu tego ruchu i na śledzeniu kija. Efektem tego jest pozorne polepszenie ostrości obrazu kija – tym lepsze, im szybciej poruszamy kijem. To pozorne polepszenie jest bardziej zauważalne, gdy doświadczenie obserwujemy bezpośrednio, w rzeczywistości, a nie na filmie. 7. http://ebis.ibe.edu.pl/edu/DSCF9343.JPG – Do doświadczenia (lub pokazu) w części B przygotowujemy stół, na którym ustawiamy świeczkę oraz kilka soczewek skupiających, najlepiej o jednakowych ogniskowych rzędu 10-20 cm. Za soczewkami, w odległości o kilka centymetrów większej niż ogniskowe soczewek, ustawiamy ekran. 8. http://ebis.ibe.edu.pl/edu/DSCF9342.JPG – Soczewki ustawiamy wzdłuż wygiętej nieco linii – jest to model (w jednym wymiarze) wypukłej powierzchni oka złożonego owada. Każda soczewka obrazuje pojedyncze ommatidium. 9. http://ebis.ibe.edu.pl/edu/DSCF9341.JPG – Świeczkę umieszczamy na wprost środkowej soczewki w takiej odległości, by ta właśnie soczewka dawała ostry obraz na ekranie. Zwracamy uwagę, że obrazy w pozostałych soczewkach są nie tylko nieostre, ale też zniekształcone – tym mocniej, im soczewka jest dalej od soczewki „centralnej”. Można zauważyć nawet, że jedna ze skrajnych soczewek w ogóle nie skupiła światła na ekranie. 10.http://ebis.ibe.edu.pl/edu/DSCF9347.JPG – To samo ustawienie, co na poprzednim zdjęciu, lecz w zaciemnionej pracowni i sfotografowane pod innym kątem. Nauczyciel powinien zdecydować, uzależniając to od warunków oraz od przyjętej formy zajęć (doświadczenie uczniowskie w grupach albo pokaz dla całej klasy), czy w tej części doświadczenia całkowicie zaciemnić salę, czy tylko zmniejszyć jej oświetlenie. SZKOŁA Opisy i komentarze do poszczególnych zdjęć i filmów do wykorzystania na zajęciach 60 KRÓTKO Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 61 Pomysł na zajęcia z przyrody w szkole ponadgimnazjalnej – materiał dla nauczyciela Czas trwania zajęć: 2 x 45 minut1 lub 4x45 minut 2 . Formy pracy: indywidualna, grupowa, zbiorowa. Odniesienie do podstawy programowej przedmiotu uzupełniającego przyroda: Środki dydaktyczne: • karta pracy ucznia (dwie wersje do wyboru – guided i scripted inquiry), zawierające schematy budowy oka człowieka i oka owada; • zestawy do obserwacji składające się z (w przeliczeniu na grupę uczniów): • dużej soczewki skupiającej, o ogniskowej rzędu 10-30cm; • zestawu 7-9 małych soczewek skupiających, o ogniskowych rzędu 10-20 cm; • ekranu (biały sztywny karton, kartka grubszego białego papieru lub fragment ściany lub drzwi), • świeczka kominkowa, zapałki lub zapalniczka (lub inne źródło światła o niewielkich rozmiarach, które można łatwo przemieszczać, np. niewielka latarka). • ewentualnie prezentacja multimedialna przygotowana przez nauczyciela 3. Cele kształcenia: Rozumienie metody naukowej, polegającej na stawianiu hipotez i ich weryfikowaniu za pomocą obserwacji i eksperymentów Przykładowe treści nauczania: B. Nauka i technologia. Wątek tematyczny 11. Światło i obraz. Uczeń: 4) porównuje budowę fotoreceptorów i narządów wzroku wybranych grup zwierząt; 5) ocenia biologiczne znaczenie widzenia barwnego i stereoskopowego; 6) omawia mechanizm powstawania obrazu na siatkówce oka człowieka (…). Cele zajęć: Uczeń: • analizuje różnice w budowie i działaniu narządów wzroku owada i człowieka; • charakteryzuje obrazy powstające w oku złożonym owada i oku człowieka; • analizuje możliwe drogi ewolucji narządów wzroku i sposobu widzenia otaczającego świata przez zwierzęta i człowieka; 1 Wersja scripted inquiry karty pracy ucznia 2 Wersja guided inquiry karty pracy ucznia. Typ zajęć: poszerzające wiedzę przyrodniczą Uwaga: przed lekcją nauczyciel przygotowuje zestawy do obserwacji w grupach (lub do pokazu). Można od razu przygotować wszystkie potrzebne sprzęty lub też po wykonaniu części A przygotować zestawy do części B (patrz karty pracy ucznia). 3 Ten środek dydaktyczny jest przydatny w sytuacji gdy nauczyciel będzie chciał rozpocząć zajęcia od części teoretycznej, co nie jest obligatoryjne. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Metody pracy: laboratoryjna (alternatywnie pokaz nauczycielski), słowna – praca z materiałem źródłowym. SZKOŁA Adresaci: uczniowie klasy II (lub III) szkoły ponadgimnazjalnej KRÓTKO Temat: Różne widzenie świata • planuje, realizuje i dokumentuje obserwacje, • analizuje wyniki obserwacji i wnioskuje na podstawie analizy; • tworzy informację tekstową. 62 Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Przebieg zajęć: Faza wprowadzająca – czas ok. 15 minut • Uczniowie realizują ćwiczenia z karty pracy zarówno z części A jak B. • Nauczyciel jest obecny, wspomaga uczniów, zadając pytania otwierające, ewentualnie komentuje pomysły uczniów ale ich nie krytykuje, pozwala realizować każde, nawet chybione pomysły na obserwacje. Faza realizacji wersja II – ok. 35 – 40 minut. • Uczniowie realizują ćwiczenia z karty pracy w części A. • Nauczyciel realizuje w formie pokazu obserwacje z części B, uczniowie realizują polecenia z części B karty pracy. Literatura w języku polskim: Karol Sabath Nowe spojrzenie na ewolucję oczu, Archiwum Wiedzy i Życia, nr 1, 1996 rok http://archiwum.wiz.pl/1996/96012500.asp Jak powstały oczy? http://www.keratoconus.pl/ ciekawostki/178-jak-powstay-oczy Fragment filmu Davida Attenborough na temat ewolucji oczu z polskimi napisami http:// www.youtube.com/watch?feature=player_ embedded&v=yB32V3YAaqQ Chrostowski Jarosław, Fantastyczne światło, Wiedza i Życie nr 4, kwiecień 2009, Adamscy Anna i Zbigniew, Gra w kolory, Wiedza i Życie nr 2, luty 2010. NAUKA • Nauczyciel – zależnie od przyjętych zasad oceniania – pozostawia uczniom ich karty pracy lub je zbiera i zaprasza do prezentacji rezultatów pracy w grupie. • Uczniowie – wybrani przez nauczyciela lub chętni – prezentują rezultaty pracy grupy. Niezależnie od przyjętych zasad oceniania, prezentujący dysponują swoimi kartami pracy. • Pozostali uczniowie komentują prezentowane wyniki; w dyskusji przedstawiają własne pomysły i rozwiązania. Mogą także, jeśli dysponują swoimi kartami pracy, modyfikować je w związku z przebiegiem dyskusji; możliwość takiej modyfikacji nauczyciel zapewnia także uczniom prezentującym. • Uczniowie z udziałem nauczyciela formułują wspólne stanowisko w odniesieniu do problemu ewolucji narządów wzroku i sposobów widzenia. • Uczniowie dokonują ewaluacji swojej pracy, oceniają, czy przestrzegali procedur pracy badawczej i czy miało to znaczenie dla jakości uzyskanych wyników. SZKOŁA Faza realizacji wersja I4 – ok. 50 minut: Faza podsumowująca – ok. 25 minut: w języku angielskim: animacja o budowie oczu złożonych owadów dziennych i nocnych http://www.youtube. com/watch?v=TU6bgQnTi18 Ocenianie Podstawą oceny pracy są zebrane przez nauczyciela karty pracy uczniów oraz obserwacje z lekcji. Każde z proponowanych zadań zostało uzupełnione o komentarz, zawierający punktację i oczekiwane elementy wypowiedzi uczniów (patrz kartoteka nauczyciela); nie wyklucza to, oczywiście, by nauczyciel wprowadził i stosował własne kryteria przy ocenianiu kart zadań. 4 Wersja I polega na realizacji wszystkich obserwacji przez uczniów – w grupach lub indywidualnie. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO Nauczyciel: • formułuje temat zajęć i krótko przedstawia problem badawczy, jaki będzie rozwiązywany na zajęciach metodą obserwacji naukowej; • opisuje, na co będzie zwracał uwagę przy ocenianiu – informuje, że w karcie pracy każdemu ćwiczeniu i poleceniu przypisana jest określona punktacja, która będzie podstawą wystawienia oceny za pracę na lekcji; • rozdaje karty pracy – po jednej dla każdego ucznia. Uczniowie: • zapisują temat lekcji; • dzielą się na grupy; • zapoznają się z zestawami do obserwacji oraz z zawartością kart pracy. Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 63 Różne sposoby widzenia świata – materiał dla ucznia, wersja guided inquiry Polecenie wstępne CZĘŚĆ A – CZŁOWIEK H1. ................................................................................................................................................................................ Pytania badawcze: .................................................................................................................... H2. ............................................................................................................................................................................... .................................................................................................................... Przypomnij sobie budowę i działanie oka człowieka – wykorzystaj przy tym schemat poniżej. Rys. 1. Budowa oka człowieka NAUKA Wstęp SZKOŁA • Czy obraz świata jaki rejestrujemy naszym okiem jest zgodny z rzeczywistością? • Jaki obraz otoczenia powstaje w naszym oku? • Czy z jednakową dokładnością rejestrujemy obraz geometryczny nieruchomego obiektu i ruch obiektu? Sformułuj, na podstawie powyższych pytań badawczych, dwie hipotezy, które zweryfikujesz (potwierdzisz lub odrzucisz) po zrealizowaniu ćwiczeń z części A karty pracy. KRÓTKO Źródło www.scholaris.pl EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 64 Ćwiczenie A2 Mając do dyspozycji linijkę (lub inny, bezpieczny przedmiot) zaplanuj i przeprowadź obserwację, która wykaże, że oko człowieka widzi ostro (rejestruje obraz o dobrych parametrach jakości) tylko część otoczenia, znajdującą się “na wprost” oka, natomiast ruch rejestrowany jest w całym polu widzenia. Zapisz plan i przebieg obserwacji. Masz do dyspozycji soczewkę skupiającą, biały ekran (może być biała kartka papieru lub biała ściana lub drzwi) i stosunkoiwo odległe (co najmniej 2-3 metry) źródło światła (mogą to być dowolne jasne obiekty, np. znajdujące się za oknem pracowni). Zaplanuj i przeprowadź obserwację, która pozwoli Ci uzyskać ostry obraz otoczenia na ekranie. Zapisz plan i przebieg obserwacji. NAUKA Ćwiczenie A1 Sformułuj różnice w cechach rejestrowanego obrazu obiektu nieruchomego leżącego naprzeciwko oczu i obiektu poruszającego się na skraju pola widzenia. 1 Dokumentacja obserwacji powinna przyjąć formę notatki ilustrowanej schematem. Dodatkowo uczniowie mogą wykonać zdjęcia lub nagrać krótki film np. za pomocą telefonu komórkowego. W każdym przypadku dokumentacja powinna zawierać opis wyników i ich wstępną analizę. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO Dokumentacja obserwacji1 1.Sporządź schemat układu obserwacyjnego, z którego korzystasz w ćwiczeniu A2, jeśli nie został on umieszczony w ramach planu obserwacji. 2.Zapisz cechy obrazu powstałego na ekranie. 3.Nazwij tę część oka człowieka, która spełnia rolę ekranu. 4.Uzyskiwanie możliwie ostrego obrazu w oku nazywa się akomodacją. Rozstrzygnij, czy zastosowany przez Ciebie w tym ćwiczeniu sposób uzyskiwania ostrego obrazu jest właściwym modelem dla akomodacji oka u człowieka. Uzasadnij swoje rozstrzygnięcie. SZKOŁA Dokumentacja obserwacji Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Polecenia podsumowujące 1.Odnieś się do hipotez postawionych przez siebie na początku tej części zajęć. W krótkiej wypowiedzi powołaj się – tam gdzie uznasz to za stosowne – na wyniki swoich obserwacji. 1a. H1: 1b. H2: Dokumentacja obserwacji KRÓTKO 1.Rozstrzygnij, czy obraz nieruchomej linijki na ekranie jest tak samo ostry jak obraz źródła światła. 2.Podaj teoretyczny powód dla swojego rozstrzygnięcia z poprzedniej obserwacji. 3. Rozstrzygnij, czy szybkość ruchu linijki wpływa na Twoje postrzeganie ostrości jej obrazu. 2.Która z umiejętności wynikających z działania narządu wzroku człowieka – widzenie obiektu nieruchomego czy rejestracja ruchu – wydaje się być starsza ewolucyjnie, bardziej pierwotna? Uzasadnij swoje stanowisko. NAUKA Wykorzystując linijkę (lub inny bezpieczny przedmiot) z ćwiczenia A1 oraz sprzęt z ćwiczenia A2 zaplanuj i przeprowadź obserwację, której celem będzie sprawdzenie, czy szybkość ruchu obiektu ma wpływ na ostrość jego widzenia/jakość obrazu tego obiektu. Zapisz plan i przebieg obserwacji. SZKOŁA Ćwiczenie A3 65 EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 66 CZĘŚĆ B – OWAD Polecenie wstępne Pytania badawcze: Sformułuj, na podstawie powyższych pytań badawczych, trzy hipotezy, które zweryfikujesz (potwierdzisz lub odrzucisz) po wykonaniu ćwiczeń z części B karty pracy. H1. ................................................................................................................................................................................ .................................................................................................................... H2. ............................................................................................................................................................................... .................................................................................................................... H3. ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................... Wstęp NAUKA • Czy obraz świata jaki rejestrują oczami złożonymi owady jest zgodny z obrazem rejestrowanym przez oko człowieka? • Jaki obraz otoczenia powstaje w oku owada, a jaki w pojedynczym ommatidium oka owada? • Czy owad z jednakową dokładnością rejestruje obraz geometryczny nieruchomego obiektu i ruch obiektu? Źródło http://pszczeliraj2.blogspot. com/2013_03_01_archive.html) EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO Rys. 1 Budowa oka złożonego i pojedynczego ommatidium owada SZKOŁA Zapoznaj się ze schematem opisującym budowę oka złożonego owada oraz pojedynczego ommatidium. Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 67 Ćwiczenie B2 Mając do dyspozycji zestaw soczewek skupiających, biały ekran (może być kartka białego papieru) oraz źródło światła (np. świeczka kominkowa) zaplanuj i przeprowadź obserwację, która pozwoli Ci na uzyskanie obrazu zbliżonego do tego, który powstaje w oku złożonym owada (soczewki spełniać będą rolę ommatidiów). W celu przeprowadzenia takiej obserwacji niezbędne jest zaciemnienie pomieszczenia. Zapisz plan i przebieg obserwacji; przedstaw także schemat układu obserwacyjnego. Wykorzystaj zestaw z ćwiczenia B1 i sprawdź, jak zmieniał się będzie obraz na ekranie jeśli obiekt będzie się przemieszczać. W tym celu przesuwaj świeczkę, w obu kierunkach, równolegle do ekranu. Dokumentacja obserwacji Dokumentacja obserwacji W tym doświadczeniu każda soczewka jest modelem jednego ommatidium. Podaj powód, dla którego zaproponowałeś(łaś) ustawienie zestawu soczewek wzdłuż w taki właśnie sposób. Sformułuj różnice pomiędzy obrazami na ekranie powstałymi w poszczególnych soczewkach. Sformułuj różnice pomiędzy obrazem (jako całością) powstałym na ekranie w tym doświadczeniu a obrazem otrzymanym w ćwiczeniu A2. Opisz zmiany, jakie podczas ruchu świeczki następowały w obrazie uzyskanym na ekranie. Uwzględnij w swoim opisie obrazy uzyskane we wszystkich soczewkach. Zwróć uwagę na specyficzną cechę budowy pojedynczego ommatidium: elementy światłoczułe są w nim umieszczone niemal wyłącznie na głównej osi optycznej jego soczewki. Oznacza to, że każde ommatidium rejestruje niewielki wycinek otoczenia oka złożonego. Skorzystaj z tej informacji oraz z efektów zaobserwowanych w tym ćwiczeniu i opisz w jaki sposób oko owada rejestruje ruch w swoim otoczeniu. KRÓTKO SZKOŁA NAUKA Ćwiczenie B1. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 68 Polecenia podsumowujące 1.Odnieś się do hipotez postawionych przez siebie na początku tej części zajęć. W krótkiej wypowiedzi powołaj się – tam gdzie uznasz to za stosowne – na wyniki swoich obserwacji. 1a. H1: 1c. H3: KRÓTKO 2.Czy możliwe jest – Twoim zdaniem – by na podstawie analizy wyników przeprowadzonych obserwacji, wnioskować o ewolucji procesu widzenia w jednym z jego aspektów? Chodzi tu o kolejność kształtowania się dwóch umiejętności: rejestrowania ruchu obiektu w otoczeniu organizmu i tworzenia obrazu geometrycznego (ostrego widzenia nieruchomego obiektu). Zapisz swoje refleksje na ten temat. SZKOŁA NAUKA 1b. H2: 3.Przygotuj sie do przedstawienia wyników pracy na zajęciach i dyskusji na forum klasy. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 69 Różne sposoby widzenia świata – materiał dla ucznia, wersja z instrukcją (scripted inquiry) Polecenie wstępne CZĘŚĆ A – CZŁOWIEK H1. ................................................................................................................................................................................ Pytania badawcze: .................................................................................................................... H2. ............................................................................................................................................................................... .................................................................................................................... Przypomnij sobie budowę i działanie oka człowieka – wykorzystaj przy tym schemat poniżej. Rys. 1. Budowa oka człowieka NAUKA Wstęp SZKOŁA • Czy obraz świata jaki rejestrujemy naszym okiem jest zgodny z rzeczywistością? • Jaki obraz otoczenia powstaje w naszym oku? • Czy z jednakową dokładnością rejestrujemy obraz geometryczny nieruchomego obiektu i ruch obiektu? Sformułuj, na podstawie powyższych pytań badawczych, dwie hipotezy, które zweryfikujesz (potwierdzisz lub odrzucisz) po zrealizowaniu ćwiczeń z części A karty pracy. KRÓTKO Źródło www.scholaris.pl EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 Ćwiczenie A1 Ćwiczenie A2 Mając do dyspozycji linijkę (lub inny, bezpieczny przedmiot) przeprowadź w parze obserwację według następującej instrukcji: 1.I osoba staje i kieruje wzrok w dowolny obiekt znajdujący się na wprost jej oczu. 2.II osoba staje za osobą I i powoli porusza linijką (lub innym bezpiecznym przedmiotem) po lewej lub prawej strony głowy osoby I, uważając by jej nie uderzyć. 3.I osoba – nadal patrząc w punkt (obiekt) przed sobą – stara się świadomie zarejestrować różnice w obrazie nieruchomego obiektu, który widzi na wprost i poruszającego się obiektu z boku. Masz do dyspozycji soczewkę skupiającą, biały ekran (może być biała kartka papieru lub biała ściana lub drzwi) i stosunkoiwo odległe (co najmniej 2-3 metry) źródło światła (mogą to być dowolne jasne obiekty, np. znajdujące się za oknem pracowni). Przeprowadź obserwację według następującej instrukcji: 1.Ustaw soczewkę między źródłem światła a ekranem 2.Dobierz odległość między soczewką a ekranem tak, by otrzymać optymalną ostrość powstałego na nim obrazu. 3. Przyjrzyj się powstałemu obrazowi i przedstaw, w ramach dokumentacji, jego charakterystykę w odniesieniu do obiektu. Dokumentacja obserwacji1 Dokumentacja obserwacji 1.Sporządź schemat układu obserwacyjnego, z której korzystasz w ćwiczeniu A2. 2.Zapisz cechy obrazu powstałego na ekranie. 3.Nazwij tę część oka człowieka, która spełnia rolę ekranu. 4.Uzyskiwanie możliwie ostrego obrazu w oku nazywa się akomodacją. Rozstrzygnij, czy zastosowany przez Ciebie w tym ćwiczeniu sposób uzyskiwania ostrego obrazu jest właściwym modelem dla akomodacji oka u człowieka. Uzasadnij swoje rozstrzygnięcie. KRÓTKO Sformułuj różnice w cechach rejestrowanego obrazu obiektu nieruchomego leżącego naprzeciwko oczu i obiektu poruszającego się obok głowy. NAUKA 70 SZKOŁA Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 1 Dokumentacja obserwacji powinna przyjąć formę notatki ilustrowanej schematem. Dodatkowo uczniowie mogą wykonać zdjęcia lub nagrać krótki film np. za pomocą telefonu komórkowego. W każdym przypadku dokumentacja powinna zawierać opis wyników i ich wstępną analizę. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 71 Ćwiczenie A3 Polecenia podsumowujące Wykorzystując linijkę (lub inny bezpieczny przedmiot) z zadania 1 oraz sprzęt z zadania 2 przeprowadź obserwację według następującej instrukcji: 1.Ustaw soczewkę między źródłem światła a ekranem i, podobnie jak w ćwiczeniu A2, dobierz odległość między soczewką a ekranem tak, by otrzymać optymalną ostrość powstałego na nim obrazu. 2.Trzymaj linijkę nieruchomo w odległości ok. 1 metra od soczewki, na linii światła przychodzącego od źródła. Zaobserwuj jej obraz na ekranie. 3.Poruszaj linijką, z różną prędkością, w kierunku prostopadłym do linii światła przychodzącego od źródła; staraj się utrzymywać stałą odległość linijki od soczewki. 4.Obserwuj zmiany w obrazie na ekranie, zwracając uwagę na ostrość obrazu obiektów nieruchomych i obiektu poruszanego w zależności od szybkości jego poruszania. Odnieś się do hipotez postawionych przez siebie na początku tej części zajęć. W krótkiej wypowiedzi powołaj się – tam gdzie uznasz to za stosowne – na wyniki swoich obserwacji. 1b. H2: NAUKA 1a. H1: Która z umiejętności wynikających z działania narządu wzroku człowieka – widzenie obiektu nieruchomego czy rejestracja ruchu – wydaje się być starsza ewolucyjnie, bardziej pierwotna? Uzasadnij swoje stanowisko. KRÓTKO 1.Rozstrzygnij, czy obraz nieruchomej linijki na ekranie jest tak samo ostry jak obraz źródła światła. 2.Podaj teoretyczny powód dla swojego rozstrzygnięcia z poprzedniej obserwacji. 3. Rozstrzygnij, czy szybkość ruchu linijki wpływa na Twoje postrzeganie ostrości jej obrazu. SZKOŁA Dokumentacja obserwacji EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 72 CZĘŚĆ B – OWAD Polecenie wstępne Pytania badawcze: Sformułuj, na podstawie powyższych pytań badawczych, trzy hipotezy, które zweryfikujesz (potwierdzisz lub odrzucisz) po wykonaniu cwiczeń z części B karty pracy. H1. ................................................................................................................................................................................ .................................................................................................................... H2. ............................................................................................................................................................................... .................................................................................................................... H3. ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................... Wstęp NAUKA • Czy obraz świata jaki rejestrują oczami złożonymi owady jest zgodny z obrazem rejestrowanym przez oko człowieka? • Jaki obraz otoczenia powstaje w oku owada, a jaki w pojedynczym ommatidium oka owada? • Czy owad z jednakową dokładnością rejestruje obraz geometryczny nieruchomego obiektu i ruch obiektu? Źródło http://pszczeliraj2.blogspot. com/2013_03_01_archive.html) EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO Rys. 1 Budowa oka złożonego i pojedynczego ommatidium owada SZKOŁA Zapoznaj się ze schematem opisującym budowę oka złożonego owada oraz pojedynczego ommatidium. Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 73 Dokumentacja obserwacji Ćwiczenie B1. Mając do dyspozycji zestaw soczewek skupiających, biały ekran (może być kartka białego papieru) oraz źródło światła (np. świeczka kominkowa) przeprowadź obserwację według instrukcji: 1.Ustaw sprzęt na ławce lub innym stoliku zgodnie z poniższym schematem.. Odległość ‘y’ winna być ok. 2-3 cm większa od ogniskowej soczewki S0. 1.W tym doświadczeniu każda soczewka jest modelem jednego ommatidium. Podaj powód, dla którego zaproponowano ustawienie zestawu soczewek wzdłuż tak właśnie wygiętego łuku a nie wzdłuż łuku wygiętego w odwrotną stronę czy wzdłuż linii prostej. 2.Sformułuj różnice pomiędzy obrazem powstałym na ekranie w soczewce S0 a obrazami powstałymi w pozostałych soczewkach. 3.Sformułuj różnice pomiędzy obrazem (jako całość) powstałym na ekranie w tym doświadczeniu a obrazem otrzymanym w ćwiczeniu A2. NAUKA soczewka S0 świeczka y SZKOŁA x linia ruchu świeczki 2.Zapal świeczkę, zaciemnij pomieszczenie i dobierz odległość ‘x’ między świeczką a soczewką S0 w taki sposób, by w tej soczewce powstał na ekranie ostry obraz płomienia świeczki. Jeżeli próba uzyskania ostrego obrazu nie powiodła się, to zwiększ odległości ‘y’ o kolejny centymetr. 3.Zaobserwuj uzyskany na ekranie obraz pochodzący ze wszystkich zastosowanych w tym układzie soczewek. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO ekran Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Ćwiczenie B2 74 Polecenia podsumowujące Wykorzystaj zestaw z ćwiczenia B1 i sprawdź, jak zmieniał się będzie obraz na ekranie jeśli obiekt będzie się przemieszczać. W tym celu przesuwaj świeczkę, w obu kierunkach, wzdłuż linii przerywanej na schemacie. Dokumentacja obserwacji 1.Odnieś się do hipotez postawionych przez siebie na początku tej części zajęć. W krótkiej wypowiedzi powołaj się – tam gdzie uznasz to za stosowne – na wyniki swoich obserwacji. 1a. H1: 1c. H3: KRÓTKO 2.Czy możliwe jest – Twoim zdaniem – by na podstawie analizy wyników przeprowadzonych obserwacji, wnioskować o ewolucji procesu widzenia w jednym z jego aspektów? Chodzi tu o kolejność kształtowania się dwóch umiejętności: rejestrowania ruchu obiektu w otoczeniu organizmu i tworzenia obrazu geometrycznego (ostrego widzenia nieruchomego obiektu). Zapisz swoje refleksje na ten temat. NAUKA 1b. H2: SZKOŁA 1. Opisz zmiany, jakie podczas ruchu świeczki następowały w obrazie uzyskanym na ekranie. Uwzględnij w swoim opisie zarówno obraz uzyskany w soczewce S0 jak i w soczewkach pobocznych. 2.Zwróć uwagę na specyficzną cechę budowy pojedynczego ommatidium: elementy światłoczułe są w nim umieszczone niemal wyłącznie na głównej osi optycznej jego soczewki. Oznacza to, że każde ommatidium rejestruje niewielki wycinek otoczenia oka złożonego. Skorzystaj z tej informacji oraz z efektów zaobserwowanych w tym ćwiczeniu i opisz w jaki sposób oko owada rejestruje ruch w swoim otoczeniu. 3 Przygotuj sie do przedstawienia wyników pracy na zajęciach i dyskusji na forum klasy. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 75 Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Część A – oko człowieka Polecenie wstępne. [2 punkty] „Sformułuj, na podstawie powyższych pytań badawczych, dwie hipotezy, które zweryfikujesz (potwierdzisz lub odrzucisz) w tej części doświadczenia.” Możliwe do sformułowania przez uczniów hipotezy: H1. Obraz rejestrowany w oku jest obrazem rzeczywistym, pomniejszonym i odwróconym, nie jest zatem zgodny z tym, co nas otacza. H2. Oko ludzkie lepiej rejestruje ruch niż statyczny obraz. Hipotezy mogą być inaczej sformułowane, mogą także być przeciwne do zaproponowanych wyżej. Istotne jest, by postawione hipotezy odnosiły się merytorycznie do postawionych pytań badawczych oraz by uczeń uwzględnił w treści hipotez trzy elementy obecne w pytaniach. Za poprawne sformułowanie każdej z dwóch hipotez w postaci zdania twierdzącego, odnoszącego się do pytań badawczych przyznajemy 1 punkt. Stawianie hipotez uznaje się za umiejętność dość zaawansowaną – stąd uczniowie mogą mieć problemy z ich sformułowaniem, mimo wskazówki w karcie pracy. Jeśli uczniowie będą prosić o pomoc, można na tablicy zapisać przykładową hipotezę: „Obraz rejestrowany w oku nie jest zgodny z tym, co nas otacza.” i zastrzec, że nie musi to być w pełni właściwe. Planowanie przebiegu obserwacji (doświadczenia) jest także uznawane za umiejętność zaawansowaną, która może uczniom sprawiać problemy. Należy przewidywać, że nie wszyscy uczniowie (grupy uczniowskie) mogą sobie z tym poleceniem poradzić. Z kolei zaplanowanie obserwacji warunkuje jej przeprowadzenie, a co za tym idzie, również wykonanie poleceń zawartych w „dokumentacji obserwacji”. Dlatego nauczyciel winien mieć przygotowaną strategię postępowania wobec uczniów czy grup, które mogłyby „utknąć w miejscu” i pozostawać bezczynne w trakcie lekcji. Strategia taka może polegać, przykładowo, na udzielaniu odpowiednich wskazówek (ustnie lub w postaci wręczanych kartek), z jednoczesnym odnotowaniem w karcie pracy faktu udzielenia wskazówki. Wskazówki takie należy przemyśleć i przygotować zawczasu. Ćwiczenie A1. Dokumentacja obserwacji. A1.1 [2 punkty maksymalnie] „Sformułuj różnice w cechach rejestrowanego obrazu obiektu nieruchomego leżącego naprzeciwko oczu i obiektu poruszającego na skraju pola widzenia.” Uczeń powinien stwierdzić, że poruszający się przedmiot na granicy jego pola widzenia nie jest widziany „kolorowo”; nie jest też łatwo określić jego kształt. Uczeń może także wspomnieć, że trudno jest się skoncentrować na nieruchomym obiekcie, że ruchomy To zadanie można uznać za dość trudne, przede wszystkim ze względu na jego dość nietypowy charakter – uczeń jest postawiony w sytuacji dla siebie nowej, w której musi „przelać na papier” swoje doznania wzrokowe. Ćwiczenie A2. Plan i przebieg obserwacji [1 punkt]. Uczeń winien umieścić soczewkę w stosunkowo niewielkiej odległości od ekranu i powoli zbliżać lub oddalać ją, aż do uzyskania ostrego obrazu otoczenia [za ten lub równoważny opis postępowania przyznajemy jeden punkt]. Jeśli uczeń narysował schemat układu, to przyznajemy za to punkty zgodnie z zaleceniami dla A2.1. Zaplanowanie i opisanie tej obserwacji jest względnie łatwe. Wynika to z dwóch czynników: - podobne czynności uczeń mógł widzieć lub nawet samodzielnie wykonywać (np. w ramach zabawy soczewką w skupianie promieni słonecznych); NAUKA Zawiera oczekiwane odpowiedzi uczniów na polecenia z karty pracy oraz propozycję ich oceniania wraz z komentarzami. Uczeń winien wpaść na pomysł, by umieścić linijkę (ewentualnie inne przedmioty) w obszarze peryferyjnym pola widzenia i obserwować ją, gdy jest ona nieruchoma [za ten lub równoważny pomysł przyznajemy jeden punkt]. Następnie uczeń proponuje poruszanie linijką i obserwowanie, czy w takiej sytuacji jest łatwiej czy trudniej ją dostrzec [za ten pomysł przyznajemy jeden punkt]. Każdy pomysł musi być odpowiednio opisany. obiekt bardzo przyciąga uwagę. Za każde z tych stwierdzeń przyznajemy 1 punkt; maksymalnie 2 punkty za ćwiczenie. Jeśli znajdziemy inne stwierdzenia, winniśmy każdorazowo zastanowić się nad właściwym komentarzem i decyzją o przyznaniu punktu. SZKOŁA Ćwiczenie A1. Plan i przebieg obserwacji [2 punkty]. - sprzęt do dyspozycji jest w miarę prosty i jest go w miarę niewiele. Ćwiczenie A2. Dokumentacja obserwacji. A2.1 [2 punkty] „Sporządź schemat układu obserwacyjnego, z którego korzystasz w ćwiczeniu A2”. Uczeń powinien wykonać schemat (rysunek), na którym umieści i opisze trzy podstawowe składniki układu: źródło światła (przedmiot), soczewkę oraz ekran z obrazem (lub sam obraz). Odległość pomiędzy źródłem światła a soczewką winna być wyraźnie większa niż odległość pomiędzy soczewką a ekranem. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO Kartoteka nauczyciela (wersja guided inquiry) 76 Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Uczeń powinien zapisać, że obraz jest rzeczywisty, odwrócony i pomniejszony. Zadanie jest zdecydowanie łatwe, typowo szkolne, związane z zapamiętaniem wiadomości ale również z umiejętnością obserwacji – to, że obraz jest odwrócony i pomniejszony można stwierdzić porównując to co widać na ekranie z obiektem będącym źródłem światła. A2.3 [1 punkt] „Nazwij tę część oka człowieka, która spełnia rolę ekranu.” Uczeń powinien zapisać, że chodzi o siatkówkę. Zadanie jest zdecydowanie łatwe, typowo szkolne, związane z zapamiętaniem wiadomości. A2.4 [2 punkty] „Uzyskiwanie możliwie ostrego obrazu w oku nazywa się akomodacją. Rozstrzygnij, czy zastosowany przez Ciebie w tym ćwiczeniu sposób uzyskiwania ostrego obrazu jest właściwym modelem dla akomodacji oka u człowieka. Uzasadnij swoje rozstrzygnięcie.” Uczeń powinien rozstrzygnąć, że nie jest to dobry model; za co uzyskuje 1 punkt. Powinien to uzasadnić jednym z dwóch argumentów: a)„U człowieka akomodacja przebiega na drodze zmian zdolności skupiającej (lub ogniskowej) soczewki (lub układu optycznego)”. Równie dobrze: „U człowieka akomodacja przebiega poprzez zmianę kształtu soczewki.” Ćwiczenie A3. Plan i przebieg obserwacji [2 punkt]. Uczeń winien najpierw umieścić linijkę nieruchomą w obszarze pomiędzy soczewką a źródłem światła i zaobserwować jej obraz na ekranie [za ten lub równoważny opis postępowania przyznajemy jeden punkt]. Następnie uczeń powinien poruszać linijką, raz wolniej, raz szybciej i ponownie zaobserwować jej obraz na ekranie [za ten lub równoważny opis postępowania przyznajemy jeden punkt]. Zaplanowanie i opisanie tej obserwacji także jest względnie łatwe. A3.1 [1 punkt] „Rozstrzygnij, czy obraz nieruchomej linijki na ekranie jest tak samo ostry jak obraz źródła światła.” Uczeń powinien stwierdzić, że linijka wydaje się być nieostra, podczas gdy reszta obrazu jest w miarę ostra. Zadanie jest łatwe, wymaga uważnego przyjrzenia się obrazowi. A3.2 [2 punkty] „Podaj teoretyczny powód dla swojego rozstrzygnięcia z poprzedniej obserwacji.” Uzasadnienie powinno składać się z dwóch części. Kolejność tych części jest dowolna, ale muszą one tworzyć spójną całość. Za każdą z tych części przyznajemy 1 punkt. a)Uczeń powinien stwierdzić, że uzyskanie ostrego obrazu wymaga odpowiedniego dobrania odległości pomiędzy źródłem światła a soczewką z jednej strony oraz odległości pomiędzy soczewką a ekranem z drugiej strony. (Może, ale nie musi, powołać się przy tym na matematyczny wzór: 1/x +1/y = 1/f). b)Uczeń powinien stwierdzić, że linijka jest bliżej soczewki niż źródło światła a ostrość obrazu na ekranie była ustawiana przez regulację odległości soczewki od ekranu. Zadanie jest dość trudne, wymaga bowiem sformułowania dwuczęściowego uzasadnienia. A3.3 [1 punkt] „Rozstrzygnij, czy szybkość ruchu linijki wpływa na Twoje postrzeganie ostrości jej obrazu.” Uczeń powinien zapisać, że linijka wydaje się być widoczna tym wyraźniej, im szybciej jest poruszana. Zadanie jest łatwe, podobnie jak zad. A3.1 wymaga uważnego przyjrzenia się temu, co się dzieje na ekranie. Au- EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA A2.2 [1 punkt] „Zapisz cechy obrazu powstałego na ekranie.” Ćwiczenie A3. Dokumentacja obserwacji. SZKOŁA Jest to zadanie o przeciętnym stopniu trudności. Kształtuje ono umiejętność komunikowania się z odbiorcą za pomocą schematu/rysunku. albo: b)„Budowa oka ludzkiego nie przewiduje możliwości wysuwania/wsuwania soczewki (oddalania/zbliżania jej do siatkówki), więc akomodacja oka musi odbywać się inaczej”. Za każde z tych uzasadnień (a także za każde inne, rozsądne) przyznajemy 1 punkt. Zwracamy także uwagę na sytuacje, w których uczeń w rozstrzygnięciu stwierdził, że model jest dobry. Należy takie odpowiedzi potraktować jako poprawne jeśli są opatrzone logicznym uzasadnieniem. Przykładowo: uczeń stwierdził, że model jest dobry i podał argument, że człowiek chcąc poprawić ostrość obrazu zbliża lub oddala przedmiot lub zbliża się lub oddala od obserwowanego przedmiotu. Z jednej strony jest to niezgodne z założeniami ćwiczenia, w którym zmieniano odległość soczewka-ekran (a nie przedmiot-soczewka). Jednak z drugiej strony jest to zgodne z wieloma sytuacjami, które uczeń mógł obserwować i które mają niejaki związek z przeprowadzoną obserwacją. Można więc ocenić taką wypowiedź na co najmniej jeden punkt. Należy zawsze z uwagą przeczytać przedstawione uzasadnienie i przyznawać nawet dwa punkty w sytuacji, gdy jest ono logicznie spójne z przyjętym, formalnie błędnym, rozstrzygnięciem. KRÓTKO Za taki schemat przyznajemy dwa punkty; gdy brakuje jednego lub dwóch elementów czy opisów, przyznajemy jeden punkt. „Odnieś się do hipotez postawionych przez siebie na początku tej części zajęć. W krótkiej wypowiedzi powołaj się – tam gdzie uznasz to za stosowne – na wyniki swoich obserwacji.” 1a. [3 punkty maksymalnie] Przykładowa hipoteza H1: „Obraz rejestrowany w oku jest obrazem rzeczywistym, pomniejszonym i odwróconym, nie jest zatem zgodny z tym, co nas otacza”. Uczeń powinien potwierdzić tak sformułowaną hipotezę, powołując się na wyniki ćwiczenia A2. za co przyznajemy 1 punkt. Uczeń może dodatkowo sformułować komentarz związany z udziałem mózgu w przetwarzaniu danych rejestrowanych przez oko, przykładowo: a)W mózgu następuje swoiste „skorygowanie/odwrócenie” (lepiej: w mózgu następuje właściwa interpretacja) powstającego na siatkówce obrazu. Powoduje to, miedzy innymi, że nie widzimy świata „do góry nogami”. b)W mózgu następuje właściwe „przeskalowanie” rozmiarów wszystkich obiektów, które znajdują się w naszym polu widzenia. Za każdy tego typu komentarz możemy przyznać dodatkowo 1 punkt. 1b. [3 punkty maksymalnie] H2: Oko ludzkie lepiej rejestruje ruch niż statyczny obraz. Uczeń powinien potwierdzić tak sformułowaną hipotezę, za co przyznajemy 1 punkt. Powinien także przedstawić co najmniej dwa uzasadnienia, odnoszące się do obserwacji. Za każdy z nich przyznajemy 1 punkt. a)W ćwiczeniu A1 stwierdzono, że oko ludzkie nie rozróżnia kolorów ani kształtów na obrzeżach pola widzenia, jednak rejestruje ruch. b)W ćwiczeniu A3 stwierdzono, że oko ludzkie, rejestrując ruch obiektu, pomija obniżoną jakość geometryczną (ostrość) elementów statycznych obrazu. Jakikolwiek inny rozsądny komentarz lub uzasadnienie do hipotezy postawionej przez ucznia powinien zostać przez nauczyciela przeanalizowany i skomentowany. Pamiętać jednak należy, że preferowane są tu argumenty odnoszące się do obserwacji. Należy też podjąć decyzję o ewentualnym przyznaniu punktu (także poza punktacją ogólną) za taki komentarz. Podobnie jak stawianie hipotez, ich weryfikowanie (komentowanie) jest umiejętnością zaawansowaną, warto więc najtrafniejsze wypowiedzi uczniów weryfikujące postawione hipotezy pokazać lub zapisać tak, by były widoczne dla pozostałych. Uczeń powinien przedstawić swój pogląd i go uzasadnić w zwartej, kilkuzdaniowej wypowiedzi. Oceniamy strukturę tej wypowiedzi: • postawienie tezy (np., że widzenie ruchu jest ewolucyjnie starsze); • przytoczenie argumentów (dowodów) wynikających z przeprowadzonych obserwacji (np. że podczas próby postrzegania ruchu linijki, mózg „uzupełnia informacje o jej ostrości”; gdy zaś linijka spoczywa, jest postrzegana jako nieostra); • analiza i wnioskowanie (np., że te dwie umiejętności były kształtowane w związku z różnymi potrzebami biologicznymi; potrzeba postrzegania ruchu w otoczeniu jest istotniejsza od potrzeby postrzegania kształtów); • spójność przedstawionej argumentacji. Zadanie zawiera kilka trudności z punktu widzenia ucznia. Po pierwsze, uczeń powinien przedstawić rozstrzygnięcie problemu w postaci tezy, której w dalszym ciągu wypowiedzi będzie „bronił”. Istotne jest, by przyznać punkt za samo postawienie tezy, nawet jeśli jest ona błędna. NAUKA Polecenia podsumowujące Jakikolwiek inny rozsądny i spójny komentarz do hipotezy postawionej przez ucznia powinien zostać przez nauczyciela przeanalizowany i skomentowany; należy też podjąć decyzję o ewentualnym przyznaniu punktu (także poza punktacją ogólną). SZKOŁA torzy zwracają jednak uwagę, że efekt „wyostrzenia się” obrazu linijki (gdy jest ona poruszana) nie ma charakteru stricte obiektywnego; najprawdopodobniej efekt ten zawdzięczamy mózgowi, który koncentruje się na śledzeniu ruchomego obiektu, z jednoczesną zmniejszoną koncentracją na obrazie geometrycznym pozostałych, nieruchomych obiektów. Gdyby uczeń zawarł w swej wypowiedzi podobne myśli, należy rozważyć przyznanie mu dodatkowego punktu (poza ogólną punktacją), uznającego jego wiadomości i umiejętności wykraczające poza typowe oczekiwania/wymagania. 77 Po drugie, uczeń powinien zebrać argumenty i je odpowiednio zaprezentować. Po trzecie winien wskazać, w jaki sposób argumenty te odnoszą się do postawionej tezy. Po czwarte wreszcie, uczeń powinien podsumować swój wywód w postaci konkluzji (wniosku), stwierdzającego prawdziwość swojej tezy. 2. [4 punkty] „Która z umiejętności wynikających z działania narządu wzroku człowieka – widzenie obiektu nieruchomego czy rejestracja ruchu – wydaje się być starsza ewolucyjnie, bardziej pierwotna? Uzasadnij swoje stanowisko.” EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 78 Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Uczeń winien wpaść na pomysł, by pomiędzy świeczką a ekranem umieścić soczewki w układzie „jedna obok drugiej” [za ten lub równoważny pomysł przyznajemy jeden punkt]. Następnie uczeń winien zaproponować rozmieszczenie tych soczewek wzdłuż określonej linii [za ten pomysł przyznajemy dwa punkty, jeśli uczeń wybrał linię zakrzywioną taką, jak na poniższym schemacie wzorcowym, lub jeden punkt jeśli umieścił je na innej linii, np. na linii prostej]. Czwarty punkt przyznajemy za dobranie takiej odległości świeczki od układu soczewek, by w soczewce centralnej (na schemacie oznaczonej symbolem S0) powstał ostry obraz płomyka świeczki na ekranie. Możliwe do sformułowania przez uczniów hipotezy: H1. Obraz rejestrowany przez owada różni się od obrazu jaki powstaje w oku człowieka. H2.W oku złożonym owada powstaje zwielokrotniony obraz obiektu, w pojedynczym ommatidium powstaje fragment obrazu rzeczywistości. H3. Obraz geometryczny w oku owada nie powstaje lub powstaje tylko w zarysie, nieostry, ruch rejestrowany jest bardzo dobrze. Hipotezy mogą być inaczej sformułowane, mogą także być przeciwne do zaproponowanych wyżej. Istotne jest, by postawione hipotezy odnosiły się merytorycznie do postawionych pytań badawczych oraz by uczeń ujął wszystkie postawione pytania w ramach trzech hipotez. Za każdą hipotezę przyznajemy 1 punkt; trzy punkty przyznajemy pod warunkiem, że uczeń ujął w swych hipotezach wszystkie problemy postawione w pytaniach badawczych. Stawianie hipotez uznaje się za umiejętność dość zaawansowaną – stąd uczniowie mogą mieć problemy z ich sformułowaniem, mimo wskazówki w karcie pracy. Jeśli uczniowie będą prosić o pomoc, można na tablicy zapisać przykładową hipotezę: „Obraz rejestrowany w oku złożonym owada nie jest zgodny z geometrycznym obrazem otoczenia” i zastrzec, że nie musi to być w pełni właściwe. soczewka S0 świeczka x y linia ruchu świeczki ekran Każdy pomysł musi być odpowiednio opisany. Za sporządzenie czytelnego, prawidłowo opisanego schematu doświadczenia przyznajemy dwa punkty. Poniżej pokazano przykładowy schemat; uczeń w swoim schemacie nie musi wyróżnić soczewki S0, lecz opisać użyte soczewki. Podobnie jak w ćwiczeniu A1, należy przewidywać, że daleko nie wszyscy uczniowie (grupy uczniowskie) mogą sobie z tym poleceniem poradzić. Nauczyciel winien więc przygotować analogiczną strategię postępowania wobec uczniów czy grup (a może nawet całej klasy!), które nie poradzą sobie z ustawieniem zestawu. Ćwiczenie B1. Dokumentacja obserwacji. B1.1 [1 punkt] „W tym doświadczeniu każda soczewka jest modelem jednego ommatidium. Podaj powód, dla którego zaproponowałeś(łaś) ustawienie zestawu soczewek wzdłuż w taki właśnie sposób.” Uczeń powinien stwierdzić, że ustawienie soczewek wzdłuż łuku przypomina (modeluje) wypukły kształt oka złożonego owada, widoczny na rysunku. Za taką lub równoważną wypowiedź przyznajemy jeden punkt. Jeśli znajdziemy inne stwierdzenia, rozwijające tę myśl, idące przykładowo w kierunku omawiania ograniczeń takiego modelu, to winniśmy rozważyć przyznanie dodatkowego punktu, poza przewidzianą punktacją. Z kolei jeśli uczeń zaproponował inne ustawienie soczewek, to możemy przyznać mu punkt za sensowne uzasadnienie tego wyboru. Zadanie o przeciętnym poziomie trudności, wymagające od ucznia uzasadnienia swojego postępowania. B1.2 [2 punkty] „Sformułuj różnice pomiędzy obrazami na ekranie powstałymi w poszczególnych soczewkach.” EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Polecenie wstępne. [3 punkty] „Sformułuj, na podstawie powyższych pytań badawczych, trzy hipotezy, które zweryfikujesz (potwierdzisz lub odrzucisz) w tej części doświadczenia.” Jest to bardzo trudne zadanie, niepodobne do czegokolwiek, co uczeń mógł widzieć w szkole, czy poza nią. Wymaga ono syntezy czynności z ćwiczenia A2 oraz właściwych wniosków z analizy schematu oka owada, a także dużej pomysłowości. Dodatkową trudność sprawia stosunkowo duża liczba dostępnych artefaktów. SZKOŁA Ćwiczenie B1. Plan i przebieg obserwacji [4 punkty]; schemat układu [2 punkty]. KRÓTKO Część B – oko owada 79 Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 B1.3 [1 punkt] „Sformułuj różnice pomiędzy obrazem (jako całością) powstałym na ekranie w tym doświadczeniu a obrazem otrzymanym w ćwiczeniu A2.” Zasadnicza różnica, którą powinien tu wskazać uczeń i za to otrzymać jeden punkt, to pojawienie się kilku obrazów tego samego obiektu w ćwiczeniu B, podczas gdy w ćwiczeniu A pojawił się tylko jeden obraz. Można przewidywać, że uczeń będzie wskazywał także inne różnice, np. takie, które już opisał w ćwiczeniu B1.2. 1 Niepojawienie się obrazu w pojedynczej soczewce jest uwarunkowane odpowiednim ustawieniem całego zestawu i nie jest – w tym ćwiczeniu – efektem koniecznym do uzyskania. Tak więc zauważenie tego efektu nie może być wymagane od wszystkich uczniów. Ćwiczenie B2. Dokumentacja obserwacji. B2.1 [2 punkty] „Opisz zmiany, jakie podczas ruchu świeczki następowały w obrazie uzyskanym na ekranie. Uwzględnij w swoim opisie obrazy uzyskane we wszystkich soczewkach.” Uczeń powinien stwierdzić, że w miarę przesuwania świeczki, obrazy przemieszczały się na ekranie [za ten lub równoważny opis przyznajemy jeden punkt]. Uczeń powinien także stwierdzić, że w miarę zbliżania świeczki do osi symetrii wybranej soczewki, obraz w niej uzyskany stawał się coraz bardziej ostry (wyraźny lub inne, równoważne określenie) [za ten lub równoważny opis przyznajemy jeden punkt]. Uczeń może zauważyć, że w niektórych położeniach świeczki jej obraz w ogóle nie powstaje w wybranej soczewce. Jest to zadanie typowo „obserwacyjne”. Wymaga ono przyjrzenia się efektowi uzyskanemu przez zmianę układu i syntetycznego opisania tego efektu. B2.2 [2 punkty] „Zwróć uwagę na specyficzną cechę budowy pojedynczego ommatidium: elementy światłoczułe są w nim umieszczone niemal wyłącznie na głównej osi optycznej jego soczewki. Oznacza to, że każde ommatidium rejestruje niewielki wycinek otoczenia oka złożonego. Skorzystaj z tej informacji oraz z efektów zaobserwowanych Uczeń powinien stwierdzić, że w miarę przesuwania świeczki jej obraz jest rejestrowany w sposób „prawidłowy” przez kolejne soczewki (ommatidia); za to spostrzeżenie przyznajemy jeden punkt. Oznacza to, że ruch w otoczeniu owada jest postrzegany w taki sposób, że obraz poruszającego się obiektu pojawia się w obszarze czynnym kolejnych ommatidiów, znikając jednocześnie z pola widzenia innych ommatidiów; za tę konkluzję przyznajemy drugi punkt. Zadanie jest trudne. Wymaga ono zsyntetyzowania informacji „teoretycznej”, podanej w pierwszej części treści, z wynikami obserwacji, dokonania generalizacji oraz wyciągnięcia i sformułowania odpowiedniego wniosku. NAUKA Należy także zwrócić uwagę, że – zgodnie zresztą z poleceniem – uczeń nie ma obowiązku uzasadniania wskazanych tutaj różnic. Jeśli uczeń podjął próbę uzasadnienia zaobserwowanych różnic, możemy w komentarzu podkreślić dwa aspekty: z jednej strony zwrócić uwagę, że w wypowiedzi należy trzymać się zakresu wynikającego z treści polecenia (lub narazić się na zarzut pisania „nie na temat”); z drugiej strony należy pochwalić ucznia za odruch uzasadniania poglądu, co jest cenne w naukach przyrodniczych. Nie można także wykluczyć, że uczeń – podobnie jak w poprzednim zadaniu – będzie próbował uzasadnić opisywaną różnicę. w tym ćwiczeniu i opisz w jaki sposób oko owada rejestruje ruch w swoim otoczeniu.” Polecenia podsumowujące „Odnieś się do hipotez postawionych przez siebie na początku tej części zajęć. W krótkiej wypowiedzi powołaj się – tam gdzie uznasz to za stosowne – na wyniki swoich obserwacji.” SZKOŁA Zadanie niezbyt trudne, wymagające przyjrzenia się uzyskanemu w doświadczeniu efektowi. Dla niektórych uczniów prawidłowe nazwanie efektu może się okazać trudniejsze niż jego zauważenie. Zadanie, podobnie jak poprzednie, jest stosunkowo łatwe. Uczeń nie powinien mieć problemów ze wskazaniem ani z nazwaniem różnicy. Może jednak wpaść w „pułapkę” ponownego (polecenie B1.2) opisywania cech obrazów uzyskanych w soczewkach pobocznych. W takim przypadku zwracamy uwagę, że ten problem został już poruszony wcześniej. 1a. [2 punkty] Przykładowa hipoteza H1: „Obraz rejestrowany przez owada różni się od obrazu jaki powstaje w oku człowieka.”. Uczeń powinien potwierdzić tak sformułowaną hipotezę, za co przyznajemy 1 punkt. Powinien także uzasadnić swój pogląd, podkreślając zasadniczą różnicę pomiędzy tymi obrazami, czyli pojedynczy obraz w oku człowieka i wiele obrazów w oku owada. Za to uzasadnienie przyznajemy 1 punkt. 1b. [2 punkty] H2: „W oku złożonym owada powstaje zwielokrotniony obraz obiektu, w pojedynczym ommatidium powstaje fragment obrazu rzeczywistości.”. Uczeń powinien potwierdzić tak sformułowaną hipotezę, za co przyznajemy 1 punkt. Powinien także EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO Uczeń ma tu możliwość zaobserwowania aż trzech różnic: obrazy uzyskane w soczewkach „pobocznych” są nieostre, zniekształcone a nawet mogą nie powstać w ogóle – szczególnie w soczewkach „peryferyjnych”1, podczas gdy obraz uzyskany w soczewce S0 jest ostry, o kształcie podobnym do obiektu i wyraźnie widoczny. Za wskazanie jednej spośród tych trzech różnic przyznajemy jeden punkt; za wskazanie dwóch lub trzech przyznajemy dwa punkty. Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 - brak stożków na soczewkach; - przyjęcie, że „otoczenie” to świeczka – jest to obiekt praktycznie punktowy (o małych rozmiarach), a nie rozciągły. Te ograniczenia powodują, że otrzymujemy kilka obrazów (istotnie różnej jakości), z których każdy (lepiej lub gorzej) odzwierciedla całe otoczenie, a nie tak, jak zapewne jest w oku owada, tylko fragment otoczenia. Dlatego też zakłada się, że wnioskowanie ucznia na podstawie obserwacji może zawierać nieścisłość. Proponowane określenie „zwielokrotniony” (lub równoważne) – jest zgodne z obserwacją i stanowi przybliżenie rzeczywistości w podobnym stopniu w jakim proponowany układ soczewek, ze świeczką i ekranem, modeluje oko owada. 1c. [3 punkty] H3: „Obraz geometryczny w oku owada nie powstaje lub powstaje tylko w zarysie, nieostry, ruch rejestrowany jest bardzo dobrze.”. Uczeń powinien potwierdzić tak sformułowaną hipotezę, za co przyznajemy 1 punkt. Powinien także przedstawić dwa uzasadnienia, odnoszące się do obserwacji. Za każdy z nich przyznajemy 1 punkt. Przykładowe uzasadnienia to: • Mózg owada ma za mało danych, by stworzyć pełny geometryczny obraz otoczenia, gdyż otrzymuje Komentarz jak w części A 2. [4 punkty] „Czy możliwe jest – Twoim zdaniem – by na podstawie analizy wyników przeprowadzonych obserwacji, wnioskować o ewolucji procesu widzenia w jednym z jego aspektów? Chodzi tu o kolejność kształtowania się dwóch umiejętności: rejestrowania ruchu obiektu w otoczeniu organizmu i tworzenia obrazu geometrycznego (ostrego widzenia nieruchomego obiektu). Zapisz swoje refleksje na ten temat.” Uczeń powinien przedstawić swój pogląd i go uzasadnić w zwartej, kilkuzdaniowej wypowiedzi. Oceniamy strukturę tej wypowiedzi: postawienie tezy (np., że postrzeganie ruchu jest starsze ewolucyjnie), przytoczenie argumentów (dowodów) wynikających z przeprowadzonych obserwacji (np., że wykształcenie wielu prostych układów optycznych, czyli ommatidiów, jest prostsze niż wykształcenie jednego, ale bardziej kompleksowego układu, zawierającego jedną soczewkę i wiele elementów światłoczułych), analiza i wnioskowanie oraz spójność przedstawionej argumentacji. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA - mała liczba i duże rozmiary soczewek (w porównaniu z odległościami od przedmiotu i krzywizną linii soczewek); SZKOŁA W ćwiczeniu proponujemy jedynie i aż model oka złożonego; ma on określone ograniczenia. Trzy podstawowe ograniczenia to: prawidłową informację jedynie z jednego ommatidium (z niewielkiej liczby ommatidiów); informacje z pozostałych ommatidiów, jeśli są przekazywane do mózgu, to są zniekształcone wobec rzeczywistego obiektu. • Mózg owada dostaje informacje o zmianach obrazu w poszczególnych ommatidiach, co dość łatwo jest zinterpretować jako ruch obiektu w otoczeniu owada. KRÓTKO przedstawić uzasadnienie, odnoszące się do obserwacji, w postaci prostego komentarza, np. „W obserwacji stwierdzono, że ostry (prawidłowy) obraz powstaje tylko w jednej soczewce (w jednym ommatidium); pozostałe soczewki dawały obrazy nieostre, albo nie dawały obrazów w ogóle”. Za taki komentarz przyznajemy 1 punkt. 80 81 Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Część A – oko człowieka Polecenie wstępne. [2 punkty] „Sformułuj, na podstawie powyższych pytań badawczych, dwie hipotezy, które zweryfikujesz (potwierdzisz lub odrzucisz) w tej części doświadczenia.” Możliwe do sformułowania przez uczniów hipotezy: H1. Obraz rejestrowany w oku jest obrazem rzeczywistym, pomniejszonym i odwróconym, nie jest zatem zgodny z tym, co nas otacza. H2. Oko ludzkie lepiej rejestruje ruch niż statyczny obraz. Hipotezy mogą być inaczej sformułowane, mogą także być przeciwne do zaproponowanych wyżej. Istotne jest, by postawione hipotezy odnosiły się merytorycznie do postawionych pytań badawczych oraz by uczeń uwzględnił w treści hipotez trzy elementy obecne w pytaniach. Za poprawne sformułowanie każdej z dwóch hipotez w postaci zdania twierdzącego, odnoszącego się do pytań badawczych przyznajemy 1 punkt. Stawianie hipotez uznaje się za umiejętność dość zaawansowaną – stąd uczniowie mogą mieć problemy z ich sformułowaniem, mimo wskazówki w karcie pracy. Jeśli uczniowie będą prosić o pomoc, można na tablicy zapisać przykładową hipotezę: „Obraz rejestrowany w oku nie jest zgodny z tym, co nas otacza.” i zastrzec, że nie musi to być w pełni właściwe. Uczeń powinien stwierdzić, że poruszający się przedmiot na granicy jego pola widzenia nie jest widziany „kolorowo”; nie jest też łatwo określić jego kształt. Uczeń może także wspomnieć, że trudno jest się skoncentrować na nieruchomym obiekcie, że ruchomy obiekt bardzo przyciąga uwagę. Za każde z tych stwierdzeń przyznajemy 1 punkt; maksymalnie 2 punkty za ćwiczenie. Jeśli znajdziemy inne stwierdzenia, winniśmy każdorazowo zastanowić się nad właściwym komentarzem i decyzją o przyznaniu punktu. To zadanie można uznać za dość trudne, przede wszystkim ze względu na jego dość nietypowy charakter – uczeń jest postawiony w sytuacji dla siebie nowej, w której musi „przelać na papier” swoje doznania wzrokowe. Ćwiczenie A2. Dokumentacja obserwacji. A2.1 [2 punkty] „Sporządź schemat układu obserwacyjnego, z której korzystasz w ćwiczeniu A2”. Uczeń powinien wykonać schemat (rysunek), na którym umieści i opisze trzy podstawowe składniki układu: źródło światła (przedmiot), soczewkę oraz ekran z obrazem (lub sam obraz). Odległość pomiędzy źródłem światła a soczewką winna być wyraźnie większa niż odległość pomiędzy soczewką a ekranem. Za taki schemat przyznajemy dwa punkty; gdy brakuje jednego lub dwóch elementów czy opisów, przyznajemy jeden punkt. Jest to zadanie o przeciętnym stopniu trudności. Kształtuje ono umiejętność komunikowania się z odbiorcą za pomocą schematu/rysunku. Uczeń powinien zapisać, że obraz jest rzeczywisty, odwrócony i pomniejszony. Zadanie jest zdecydowanie łatwe, typowo szkolne, związane z zapamiętaniem wiadomości ale również z umiejętnością obserwacji – to, że obraz jest odwrócony i pomniejszony można stwierdzić porównując to, co widać na ekranie z obiektem będącym źródłem światła. A2.3 [1 punkt] „Nazwij tę część oka człowieka, która spełnia rolę ekranu.” Uczeń powinien zapisać, że chodzi o siatkówkę. Zadanie jest zdecydowanie łatwe, typowo szkolne, związane z zapamiętaniem wiadomości. A2.4 [2 punkty] „Uzyskiwanie możliwie ostrego obrazu w oku nazywa się akomodacją. Rozstrzygnij, czy zastosowany przez Ciebie w tym ćwiczeniu sposób uzyskiwania ostrego obrazu jest właściwym modelem dla akomodacji oka u człowieka. Uzasadnij swoje rozstrzygnięcie.” Uczeń powinien rozstrzygnąć, że nie jest to dobry model; za co uzyskuje 1 punkt. Powinien to uzasadnić jednym z dwóch argumentów: a)„U człowieka akomodacja przebiega na drodze zmian zdolności skupiającej (lub ogniskowej) soczewki (lub układu optycznego)”. Równie dobrze: „U człowieka akomodacja przebiega poprzez zmianę kształtu soczewki.” albo: b)„Budowa oka ludzkiego nie przewiduje możliwości wysuwania/wsuwania soczewki (oddalania/zbliżania jej do siatkówki), więc akomodacja oka musi odbywać się inaczej”. Za każde z tych uzasadnień (a także za każde inne, rozsądne) przyznajemy 1 punkt. Zwracamy także uwagę na sytuacje, w których uczeń w rozstrzygnięciu stwier- EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Zawiera oczekiwane odpowiedzi uczniów na polecenia z karty pracy oraz propozycję ich oceniania wraz z komentarzami. A1.1 [2 punkty maksymalnie] „Sformułuj różnice w cechach rejestrowanego obrazu obiektu nieruchomego leżącego naprzeciwko oczu i obiektu poruszającego się obok głowy.” A2.2 [1 punkt] „Zapisz cechy obrazu powstałego na ekranie.” SZKOŁA Ćwiczenie A1. Dokumentacja obserwacji. KRÓTKO Kartoteka nauczyciela (wersja scripted inquiry) Zadanie nie jest łatwe, szczególnie w części, w której trzeba podać uzasadnienie. Warto zwrócić tu uwagę, że uzasadnienie ‘a’ znamionuje gotowe, zastane wiadomości u ucznia, zaś uzasadnienie ‘b’ wskazuje, że uczeń wykorzystał analogię doświadczalną i wykluczył na tej podstawie pewne funkcje oka. Ćwiczenie A3. Dokumentacja obserwacji. A3.1 [1 punkt] „Rozstrzygnij, czy obraz nieruchomej linijki na ekranie jest tak samo ostry jak obraz źródła światła.” Uczeń powinien stwierdzić, że linijka wydaje się być nieostra, podczas gdy reszta obrazu jest w miarę ostra. Zadanie jest łatwe, wymaga uważnego przyjrzenia się obrazowi. A3.2 [2 punkty] „Podaj teoretyczny powód dla swojego rozstrzygnięcia z poprzedniej obserwacji.” Uzasadnienie powinno składać się z dwóch części. Kolejność tych części jest dowolna, ale muszą one two- Zadanie jest dość trudne, wymaga bowiem sformułowania dwuczęściowego uzasadnienia. A3.3 [1 punkt] „Rozstrzygnij, czy szybkość ruchu linijki wpływa na Twoje postrzeganie ostrości jej obrazu.” Uczeń powinien zapisać, że linijka wydaje się być widoczna tym wyraźniej, im szybciej jest poruszana. Zadanie jest łatwe, podobnie jak zad. A3.1 wymaga uważnego przyjrzenia się temu, co się dzieje na ekranie. Autorzy zwracają jednak uwagę, że efekt „wyostrzenia się” obrazu linijki (gdy jest ona poruszana) nie ma charakteru stricte obiektywnego; najprawdopodobniej efekt ten zawdzięczamy mózgowi, który koncentruje się na śledzeniu ruchomego obiektu, z jednoczesną zmniejszoną koncentracją na obrazie geometrycznym pozostałych, nieruchomych obiektów. Gdyby uczeń zawarł w swej wypowiedzi podobne myśli, należy rozważyć przyznanie mu dodatkowego punktu (poza ogólną punktacją), uznającego jego wiadomości i umiejętności wykraczające poza typowe oczekiwania/wymagania. Polecenia podsumowujące „Odnieś się do hipotez postawionych przez siebie na początku tej części zajęć. W krótkiej wypowiedzi powo- łaj się – tam gdzie uznasz to za stosowne – na wyniki swoich obserwacji.” 1a. [3 punkty maksymalnie] Przykładowa hipoteza H1: „Obraz rejestrowany w oku jest obrazem rzeczywistym, pomniejszonym i odwróconym, nie jest zatem zgodny z tym, co nas otacza”. Uczeń powinien potwierdzić tak sformułowaną hipotezę, powołując się na wyniki ćwiczenia A2. za co przyznajemy 1 punkt. Uczeń może dodatkowo sformułować komentarz związany z udziałem mózgu w przetwarzaniu danych rejestrowanych przez oko, przykładowo: a)W mózgu następuje swoiste „skorygowanie/odwrócenie” (lepiej: w mózgu następuje właściwa interpretacja) powstającego na siatkówce obrazu. Powoduje to, miedzy innymi, że nie widzimy świata „do góry nogami”. b)W mózgu następuje właściwe „przeskalowanie” rozmiarów wszystkich obiektów, które znajdują się w naszym polu widzenia. Za każdy tego typu komentarz możemy przyznać dodatkowo 1 punkt. Jakikolwiek inny rozsądny i spójny komentarz do hipotezy postawionej przez ucznia powinien zostać przez nauczyciela przeanalizowany i skomentowany; należy też podjąć decyzję o ewentualnym przyznaniu punktu (także poza punktacją ogólną). 1b. [3 punkty maksymalnie] H2: Oko ludzkie lepiej rejestruje ruch niż statyczny obraz. Uczeń powinien potwierdzić tak sformułowaną hipotezę, za co przyznajemy 1 punkt. Powinien także przedstawić co najmniej dwa uzasadnienia, odnoszące się do obserwacji. Za każdy z nich przyznajemy 1 punkt. a)W ćwiczeniu A1 stwierdzono, że oko ludzkie nie rozróżnia kolorów ani kształtów na obrzeżach pola widzenia, jednak rejestruje ruch. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA rzyć spójną całość. Za każdą z tych części przyznajemy 1 punkt. a) Uczeń powinien stwierdzić, że uzyskanie ostrego obrazu wymaga odpowiedniego dobrania odległości pomiędzy źródłem światła a soczewką z jednej strony oraz odległości pomiędzy soczewką a ekranem z drugiej strony. (Może, ale nie musi, powołać się przy tym na matematyczny wzór: 1/x +1/y = 1/f). b) Uczeń powinien stwierdzić, że linijka jest bliżej soczewki niż źródło światła a ostrość obrazu na ekranie była ustawiana przez regulację odległości soczewki od ekranu. SZKOŁA dził, że model jest dobry. Należy takie odpowiedzi potraktować jako poprawne jeśli są opatrzone logicznym uzasadnieniem. Przykładowo: uczeń stwierdził, że model jest dobry i podał argument, że człowiek chcąc poprawić ostrość obrazu zbliża lub oddala przedmiot lub zbliża się lub oddala od obserwowanego przedmiotu. Z jednej strony jest to niezgodne z założeniami ćwiczenia, w którym zmieniano odległość soczewka-ekran (a nie przedmiot-soczewka). Jednak z drugiej strony jest to zgodne z wieloma sytuacjami, które uczeń mógł obserwować i które mają niejaki związek z przeprowadzoną obserwacją. Można więc ocenić taką wypowiedź na co najmniej jeden punkt. Należy zawsze z uwagą przeczytać przedstawione uzasadnienie i przyznawać nawet dwa punkty w sytuacji, gdy jest ono logicznie spójne z przyjętym, formalnie błędnym, rozstrzygnięciem. 82 KRÓTKO Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 83 Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 2. [4 punkty] „Która z umiejętności wynikających z działania narządu wzroku człowieka – widzenie obiektu nieruchomego czy rejestracja ruchu – wydaje się być starsza ewolucyjnie, bardziej pierwotna? Uzasadnij swoje stanowisko.” Uczeń powinien przedstawić swój pogląd i go uzasadnić w zwartej, kilkuzdaniowej wypowiedzi. Oceniamy strukturę tej wypowiedzi: • postawienie tezy (przykładowo, że widzenie ruchu jest ewolucyjnie starsze); • przytoczenie argumentów (dowodów) wynikających z przeprowadzonych obserwacji (np. że podczas próby postrzegania ruchu linijki, mózg uzupełnia informacje o jej ostrości; gdy zaś linijka spoczywa, jest postrzegana jako nieostra); • analiza i wnioskowanie (np., że te dwie umiejętności były kształtowane w związku z różnymi potrzebami biologicznymi; potrzeba postrzegania ruchu w otoczeniu jest istotniejsza od potrzeby postrzegania kształtów); • spójność przedstawionej argumentacji. w dalszym ciągu wypowiedzi będzie „bronił”. Istotne jest, by przyznać punkt za samo postawienie tezy, nawet jeśli jest ona błędna. Po drugie, uczeń powinien zebrać argumenty i je odpowiednio zaprezentować. Po trzecie winien wskazać, w jaki sposób argumenty te odnoszą się do postawionej tezy. Po czwarte wreszcie, uczeń powinien podsumować swój wywód w postaci konkluzji (wniosku), stwierdzającego prawdziwość swojej tezy. Polecenie wstępne. [3 punkty] „Sformułuj, na podstawie powyższych pytań badawczych, trzy hipotezy, które zweryfikujesz (potwierdzisz lub odrzucisz) w tej części doświadczenia.” Możliwe do sformułowania przez uczniów hipotezy: H1. Obraz rejestrowany przez owada różni się od obrazu jaki powstaje w oku człowieka. H2.W oku złożonym owada powstaje zwielokrotniony obraz obiektu, w pojedynczym ommatidium powstaje fragment obrazu rzeczywistości. H3. Obraz geometryczny w oku owada nie powstaje lub powstaje tylko w zarysie, nieostry, ruch rejestrowany jest bardzo dobrze. Hipotezy mogą być inaczej sformułowane, mogą także być przeciwne do zaproponowanych wyżej. Istotne jest, by postawione hipotezy odnosiły się merytorycznie do postawionych pytań badawczych oraz by uczeń ujął wszystkie postawione pytania w ramach trzech hipotez. Za każdą hipotezę przyznajemy 1 punkt; trzy punkty przyznajemy pod warunkiem, że uczeń ujął w swych hipotezach wszystkie problemy postawione w pytaniach badawczych. Stawianie hipotez uznaje się za umiejętność dość zaawansowaną – stąd uczniowie mogą mieć problemy z ich sformułowaniem, mimo wskazówki w karcie pracy. Jeśli uczniowie będą prosić o pomoc, można na tablicy zapisać przykładową hipotezę: „Obraz rejestrowany w oku złożonym owada nie jest zgodny z geometrycznym obrazem otoczenia” i zastrzec, że nie musi to być w pełni właściwe. Ćwiczenie B1. Dokumentacja obserwacji. B1.1 [1 punkt] „W tym doświadczeniu każda soczewka jest modelem jednego ommatidium. Podaj powód, dla którego EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Po pierwsze, uczeń powinien przedstawić rozstrzygnięcie problemu w postaci tezy, której Część B – oko owada SZKOŁA Podobnie jak stawianie hipotez, ich weryfikowanie (komentowanie) jest umiejętnością zaawansowaną, warto więc najtrafniejsze wypowiedzi uczniów weryfikujące postawione hipotezy pokazać lub zapisać tak, by były widoczne dla pozostałych. Zadanie zawiera kilka trudności z punktu widzenia ucznia. KRÓTKO b)W ćwiczeniu A3 stwierdzono, że oko ludzkie, rejestrując ruch obiektu, pomija obniżoną jakość geometryczną (ostrość) elementów statycznych obrazu. Jakikolwiek inny rozsądny komentarz lub uzasadnienie do hipotezy postawionej przez ucznia powinien zostać przez nauczyciela przeanalizowany i skomentowany. Pamiętać jednak należy, że preferowane są tu argumenty odnoszące się do obserwacji. Należy też podjąć decyzję o ewentualnym przyznaniu punktu (także poza punktacją ogólną) za taki komentarz. 84 Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Otwiera ono jednak pole do popisu dla uczniów dociekliwych, „lubiących się czepiać”, którzy chętnie skrytykują prymitywny, kilkusoczewkowy model oka złożonego owada. Niezależnie od decyzji o przyznaniu dodatkowego punktu, winniśmy w komentarzu dla ucznia podkreślić, że modele używane w nauce nie muszą być idealnym odzwierciedleniem rzeczywistości oraz że często bywa tak, że prosty model pozwala na skuteczne zapoznanie się z zagadnieniem. Zbudowanie zaś i użycie modelu bardziej skomplikowanego powinno zostać odłożone na dalsze etapy pracy badawczej. B1.2 [2 punkty] „Wskaż różnice pomiędzy obrazem powstałym na ekranie w soczewce S0 a obrazami powstałymi w pozostałych soczewkach.” Uczeń ma tu możliwość zaobserwowania aż trzech różnic: obrazy uzyskane w soczewkach „pobocznych” są nieostre, zniekształcone a nawet mogą nie powstać w ogóle – szczególnie w soczewkach „peryferyjnych”1, 1 Niepojawienie się obrazu w pojedynczej soczewce jest uwarunkowane odpowiednim ustawieniem całego zestawu i nie jest – w tym ćwiczeniu – efektem koniecznym do uzyskania. Tak więc zauważenie tego efektu nie może być wymagane od wszystkich uczniów. Należy także zwrócić uwagę, że – zgodnie zresztą z poleceniem – uczeń nie ma obowiązku uzasadniania wskazanych tutaj różnic. Jeśli uczeń podjął próbę uzasadnienia zaobserwowanych różnic, możemy w komentarzu podkreślić dwa aspekty: z jednej strony zwrócić uwagę, że w wypowiedzi należy trzymać się zakresu wynikającego z treści polecenia (lub narazić się na zarzut pisania „nie na temat”); z drugiej strony należy pochwalić ucznia za odruch uzasadniania poglądu, co jest cenne w naukach przyrodniczych. B1.3 [1 punkt] „Wskaż różnice pomiędzy obrazem (jako całością) powstałym na ekranie w tym doświadczeniu a obrazem otrzymanym w ćwiczeniu A2.” Zasadnicza różnica, którą powinien tu wskazać uczeń i za to otrzymać jeden punkt, to pojawienie się kilku obrazów tego samego obiektu w ćwiczeniu B, podczas gdy w ćwiczeniu A pojawił się tylko jeden obraz. Można przewidywać, że uczeń będzie wskazywał także inne różnice, np. takie, które już opisał w ćwiczeniu B1.2. Zadanie, podobnie jak poprzednie, jest stosunkowo łatwe. Uczeń nie powinien mieć problemów ze wskazaniem ani z nazwaniem różnicy. Może jednak wpaść w „pułapkę” ponownego (polecenie B1.2) opisywania cech obrazów uzyskanych w soczewkach pobocznych. W takim przypadku zwracamy uwagę, że ten problem został już poruszony wcześniej. Ćwiczenie B2. Dokumentacja obserwacji. B2.1 [4 punkty] „Opisz zmiany, jakie podczas ruchu świeczki następowały w obrazie uzyskanym na ekranie. Uwzględnij w swoim opisie zarówno obraz uzyskany w soczewce S0 jak i w soczewkach pobocznych.” Uczeń powinien stwierdzić, że w miarę odsuwania świeczki od osi symetrii układu obraz w soczewce S0 przemieszczał się na ekranie i stawał się nieostry (zniekształcony, rozmyty, niewyraźny lub inne, równoważne określenie). Za opisanie każdej z tych zmian przyznajemy jeden punkt. Uczeń powinien stwierdzić, że w miarę zbliżania świeczki do osi symetrii wybranej soczewki, obraz w niej uzyskany stawał się coraz bardziej ostry (wyraźny lub inne, równoważne określenie); uczeń może zauważyć, że w niektórych położeniach świeczki jej obraz w ogóle nie powstaje w wybranej soczewce. Uczeń powinien także stwierdzić, że obraz ten zmieniał swoje położenie na ekranie. Za opisanie każdej z tych zmian przyznajemy jeden punkt. Oba zadania, B2.1 i B2.2, są typowymi zadaniami „obserwacyjnymi”. Wymagają one przyjrzenia się efektowi uzyskanemu przez zmianę układu i syntetycznego opisania tego efektu. B2.2 [2 punkty] „Zwróć uwagę na specyficzną cechę budowy pojedynczego ommatidium: elementy światłoczułe są w nim umieszczone niemal wyłącznie na głównej osi optycznej jego soczewki. Oznacza to, że każde ommatidium rejestruje niewielki wycinek otoczenia oka złożonego. Skorzystaj z tej informacji oraz z efektów zaobserwowanych EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Zadanie o przeciętnym poziomie trudności, wymagające od ucznia skonfrontowania informacji zaprezentowanych graficznie. Zadanie niezbyt trudne, wymagające przyjrzenia się uzyskanemu w doświadczeniu efektowi. Dla niektórych uczniów prawidłowe nazwanie efektu może się okazać trudniejsze niż jego zauważenie. Nie można także wykluczyć, że uczeń – podobnie jak w poprzednim zadaniu – będzie próbował uzasadnić opisywaną różnicę. SZKOŁA Uczeń powinien stwierdzić, że ustawienie soczewek wzdłuż łuku przypomina (modeluje) wypukły kształt oka złożonego owada, widoczny na rysunku. Za taką lub równoważną wypowiedź przyznajemy jeden punkt. Jeśli znajdziemy inne stwierdzenia, rozwijające tę myśl, idące przykładowo w kierunku omawiania ograniczeń takiego modelu, to winniśmy rozważyć przyznanie dodatkowego punktu, poza przewidzianą punktacją. podczas gdy obraz uzyskany w soczewce S0 jest ostry, o kształcie podobnym do obiektu i wyraźnie widoczny. Za wskazanie jednej spośród tych trzech różnic przyznajemy jeden punkt; za wskazanie dwóch lub trzech przyznajemy dwa punkty. KRÓTKO zaproponowano ustawienie zestawu soczewek wzdłuż tak właśnie wygiętego łuku a nie wzdłuż łuku wygiętego w odwrotną stronę czy wzdłuż linii prostej.” 85 Różne rodzaje widzenia | Urszula Poziomek, Włodzimierz Natorf | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Polecenia podsumowujące „Odnieś się do hipotez postawionych przez siebie na początku tej części zajęć. W krótkiej wypowiedzi powołaj się – tam gdzie uznasz to za stosowne – na wyniki swoich obserwacji.” 1a. [2 punkty] Przykładowa hipoteza H1: „Obraz rejestrowany przez owada różni się od obrazu jaki powstaje w oku człowieka.”. Uczeń powinien potwierdzić tak sformułowaną hipotezę, za co przyznajemy 1 punkt. Powinien także uzasadnić swój pogląd, podkreślając zasadniczą różnicę pomiędzy tymi obrazami, czyli pojedynczy obraz w oku człowieka i wiele obrazów w oku owada. Za to uzasadnienie przyznajemy 1 punkt. 1b. [2 punkty] H2: „W oku złożonym owada powstaje zwielokrotniony obraz obiektu, w pojedynczym ommatidium powstaje fragment obrazu rzeczywistości.”. Uczeń powinien potwierdzić tak sformułowaną hipotezę, za co przyznajemy 1 punkt. Powinien także - mała liczba i duże rozmiary soczewek (w porównaniu z odległościami od przedmiotu i krzywizną linii soczewek); - brak stożków na soczewkach; - przyjęcie, że „otoczenie” to świeczka – jest to obiekt praktycznie punktowy (o małych rozmiarach), a nie rozciągły. Te ograniczenia powodują, że otrzymujemy kilka obrazów (istotnie różnej jakości), z których każdy (lepiej lub gorzej) odzwierciedla całe otoczenie, a nie tak, jak zapewne jest w oku owada, tylko fragment otoczenia. Dlatego też zakłada się, że wnioskowanie ucznia na podstawie obserwacji może zawierać nieścisłość. Proponowane określenie „zwielokrotniony” (lub równoważne) – jest zgodne z obserwacją i stanowi przybliżenie rzeczywistości w podobnym stopniu w jakim proponowany układ soczewek, ze świeczką i ekranem, modeluje oko owada. 1c. [3 punkty] H3: „Obraz geometryczny w oku owada nie powstaje lub powstaje tylko w zarysie, nieostry, ruch rejestrowany jest bardzo dobrze.”. Komentarz jak w części A. 2. [4 punkty] „Czy możliwe jest – Twoim zdaniem – by na podstawie analizy wyników przeprowadzonych obserwacji, wnioskować o ewolucji procesu widzenia w jednym z jego aspektów? Chodzi tu o kolejność kształtowania się dwóch umiejętności: rejestrowania ruchu obiektu w otoczeniu organizmu i tworzenia obrazu geometrycznego (ostrego widzenia nieruchomego obiektu). Zapisz swoje refleksje na ten temat..” Uczeń powinien przedstawić swój pogląd i go uzasadnić w zwartej, kilkuzdaniowej wypowiedzi. Oceniamy strukturę tej wypowiedzi: postawienie tezy (np., że postrzeganie ruchu jest starsze ewolucyjnie), przytoczenie argumentów (dowodów) wynikających z przeprowadzonych obserwacji (np., że wykształcenie wielu prostych układów optycznych, czyli ommatidiów, jest prostsze niż wykształcenie jednego, ale bardziej kompleksowego układu, zawierającego jedną soczewkę i wiele elementów światłoczułych), analiza i wnioskowanie oraz spójność przedstawionej argumentacji. Komentarz jak w części A. Uczeń powinien potwierdzić tak sformułowaną hipotezę, za co przyznajemy 1 punkt. Powinien także przedstawić dwa uzasadnienia, odnoszące się do obserwacji. Za każdy z nich przyznajemy 1 punkt. Przykładowe uzasadnienia to: Mózg owada ma za mało danych, by stworzyć pełny geometryczny obraz otoczenia, gdyż otrzymuje prawidłową EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Zadanie jest trudne. Wymaga ono zsyntetyzowania informacji „teoretycznej”, podanej w pierwszej części treści, z wynikami obserwacji, dokonania generalizacji oraz wyciągnięcia i sformułowania odpowiedniego wniosku. W ćwiczeniu proponujemy jedynie i aż model oka złożonego; ma on określone ograniczenia. Trzy podstawowe ograniczenia to: informację jedynie z jednego ommatidium (z niewielkiej liczby ommatidiów); informacje z pozostałych ommatidiów, jeśli są przekazywane do mózgu, to są zniekształcone w porównaniu z rzeczywistym obiektem. Mózg owada dostaje informacje o zmianach obrazu w poszczególnych ommatidiach, co dość łatwo jest zinterpretować jako ruch obiektu w otoczeniu owada. SZKOŁA Uczeń powinien stwierdzić, że w miarę przesuwania świeczki jej obraz jest rejestrowany w sposób „prawidłowy” przez kolejne soczewki (ommatidia); za to spostrzeżenie przyznajemy jeden punkt. Oznacza to, że ruch w otoczeniu owada jest postrzegany w taki sposób, że obraz poruszającego się obiektu pojawia się w obszarze czynnym kolejnych ommatidiów, znikając jednocześnie z pola widzenia innych ommatidiów; za tę konkluzję przyznajemy drugi punkt. przedstawić uzasadnienie, odnoszące się do obserwacji, w postaci prostego komentarza, np. „W obserwacji stwierdzono, że ostry (prawidłowy) obraz powstaje tylko w jednej soczewce (w jednym ommatidium); pozostałe soczewki dawały obrazy nieostre, albo nie dawały obrazów w ogóle”. Za taki komentarz przyznajemy 1 punkt. KRÓTKO w tym ćwiczeniu i opisz w jaki sposób oko owada rejestruje ruch w swoim otoczeniu.” Dieta vs. miażdżyca? | Ilona Żeber-Dzikowska, Urszula Poziomek | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Dieta vs. miażdżyca? 86 Temat: Czy dieta i ruch mogą wyzwolić człowieka od miażdżycy i zawałów? zykładem st zarazem pr Scenariusz je asopisma cz z w tekstó w ykorzystania wiskowa” ogiczna i Środo „Edukacja Biol kcyjnych. na zajęciach le dr hab. Ilona Żeber-Dzikowska: Instytut Biologii Uniwersytetu Jana Kochanowskiego w Kielcach. Wieloletni nauczyciel biologii w LO, autorka wielu prac z zakresu dydaktyki biologii i ochrony środowiska oraz programów z zakresu biologii na potrzeby studiów dla nauczycieli: „Przyroda w zreformowanej szkole”, „Przyroda w liceum” mgr Urszula Poziomek: specjalista ds. badań i analiz Pracowni Przedmiotów Przyrodniczych IBE, nauczycielka dyplomowana biologii w LXXV LO im. Jana III Sobieskiego w Warszawie; współautorka podręczników szkolnych do nauki biologii na III i IV etapie edukacyjnym, współautorka raportu Eurydice Science Education in Europe, 2011 Prace U. Poziomek zostały wykonane w ramach realizowanego przez Instytut Badań Edukacyjnych projektu Badanie jakości i efektywności edukacji oraz instytucjonalizacja zaplecza badawczego, współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego. Wymagania stawiane uczniom szkół ponadgimnazjalnych aplikującym na wyższe uczelnie są bardzo wysokie. Dlatego ważne jest nie tylko opanowanie wiedzy i umiejętności opisanych celami kształcenia i treściami nauczania podstawy programowej oraz zawartej w podręcznikach szkolnych, lecz także wzbogacanie jej o informacje z innych źródeł, m.in. z czasopism przyrodniczych. Jest to zgodne z celem kształcenia, który występuje w podstawie programowej wszystkich czterech przedmiotów przyrodniczych – kształtowaniem umiejętności korzystania z różnorodnych źródeł informacji. Czasopisma naukowe czy popularnonaukowe przekazują najnowsze informacje, znacznie wyprzedzające treści zawarte w podręcznikach czy lekturach książkowych, pozwalając przy tym poszerzyć wiedzę z wielu działów biologii, chemii, geografii czy fizyki – m.in. ochrony środowiska, higieny i zdrowia człowieka czy kierunków rozwoju nauk biologicznych. Czasopisma naukowe i popularyzujące naukę mogą spełniać w edukacji szkolnej wielorakie funkcje: • wpływają na kształtowanie umiejętności korzystania z różnych źródeł informacji, • rozwijają zainteresowania uczniów, • wzbogacają zasób słownictwa biologicznego uczniów. Wydaje się, że wykorzystanie czasopism naukowych i popularnonaukowych do poszerzania wiedzy przyrodniczej jest korzystne zarówno dla ucznia, jak i dla nauczyciela – nauczyciel realizuje cele kształcenia podstawy programowej, uczeń rozwija umiejętność korzystania z różnorodnych źródeł informacji, diagnozowany coraz częściej zadaniami z arkuszy egzaminacyjnych. Kwartalnik Edukacja Biologiczna i Środowiskowa EBiŚ wydawany przez Instytut Badań Edukacyjnych, znajdujący się na liście punktowanych czasopism naukowych MNiSW, przeznaczony jest zarówno dla pracowników naukowo-dydaktycznych wyższych uczelni, jak i dla nauczycieli przedmiotów przyrodniczych oraz uczniów szkół gimnazjalnych i ponadgimnazjalnych, którzy chcą poszerzać swoją wiedzę poza obowiązującą podstawę programową. W dziale Nauka znajdują się artykuły mogące wzbogacić wiedzę zarówno nauczyciela jak i ucznia na temat najnowszych osiągnięć nauk przyrodniczych. Fakt, że czasopismo wydawane jest w całości w wersji elektronicznej ułatwia korzystanie z tych zasobów i wpisuje się doskonale w założenia programu Cyfrowa Szkoła, który właśnie rozpoczyna swoje funkcjonowanie w wybranych szkołach. W proponowanym Czytelnikom cyklu EBiŚ na lekcjach przedmiotów przyrodniczych przedstawimy możliwości wykorzystania czasopisma na konkretnych przykładach realizacji tematów zajęć, spójnych z podstawą programową. Będziemy pokazywać przy tym, że rola nauczyciela w procesie kształcenia ucznia uległa zmianie. Obecnie nauczyciel nie powinien wyręczać ucznia gimnazjum czy szkoły ponadgimnazjalnej w zdobywaniu wiedzy i umiejętności, nie powinien podawać mu gotowej wiedzy, ale pobudzać, zachęcać do samodzielnego jej zdobywania i rozwijania własnych zainteresowań – m.in. przez korzystanie z różnorodnych źródeł informacji, w tym artykułów naukowych. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA Ilona Żeber-Dzikowska, Urszula Poziomek KRÓTKO Scenariusz zajęć edukacyjnych NAUKA Wykorzystanie czasopisma „Edukacja Biologiczna i Środowiskowa” na lekcjach przedmiotów przyrodniczych Dieta vs. miażdżyca? | Ilona Żeber-Dzikowska, Urszula Poziomek | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 87 Scenariusz Odniesienia do podstawy programowej: Cele kształcenia II. Pogłębienie wiadomości dotyczących budowy i funkcjonowania organizmu ludzkiego. Uczeń objaśnia funkcjonowanie organizmu ludzkiego na różnych poziomach złożoności (…). IV.Poszukiwanie, wykorzystanie i tworzenie informacji. Uczeń odczytuje, selekcjonuje, porównuje i przetwarza informacje pozyskane z różnorodnych źródeł (…). V. Rozumowanie i argumentacja VI.Postawa wobec przyrody i środowiska. Uczeń (…) prezentuje postawę szacunku wobec siebie (…). Treści nauczania V. Budowa i funkcjonowanie organizmu człowieka. 6. Układ krwionośny. Uczeń: 1) charakteryzuje budowę (…) naczyń krwionośnych, wskazuje ich cechy adaptacyjne do pełnionych funkcji; 6) analizuje związek pomiędzy dietą i trybem życia a stanem i funkcjonowaniem układu krwionośnego (miażdżyca, zawał serca, żylaki). Uczeń wykorzystuje na zajęciach wiedzę z III etapu edukacyjnego (gimnazjum) w zakresie p. VI. Budowa i funkcjonowanie organizmu człowieka, p. 5 Uczeń opisuje budowę i funkcje narządów układu krwionośnego (…). Forma organizacyjna: praca indywidualna, grupowa. Strategie: E – emocjonalna, O – operacyjna. Metody nauczania: • obserwacyjne: obserwacja środków zastępczych • słowne: dyskusja, praca z tekstem źródłowym. • środki dydaktyczne • materiały źródłowe pochodzące z zasobów Internetu, czasopisma naukowego EBiŚ i Encyklopedii medycyny, fakultatywnie filmy edukacyjne (patrz literatura). Literatura Jarosz A, Nowicka G (2005). Implikacje dietetyczne w profilaktyce miażdżycy. Edukacja Biologiczna i Środowiskowa. 1(13):9-12. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L (2002). Biochemia. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN. NAUKA Czas trwania zajęć: 45 minut lub 2x45 minut w zależności od oddziału klasowego i ilości czasu poświęconego na prezentację wyników pracy. Forma nauczania: zajęcia edukacyjne w klasie szkolnej. SZKOŁA Odbiorcy: uczniowie liceum lub technikum, realizujący zakres rozszerzony biologii Typ zajęć: opracowanie nowego materiału. Źródła internetowe: http://arterioskleroza.chorobyserca.info.pl Animacja powstawania płytki cholesterolowej w ścianie naczynia: http://www.youtube.com/watch?v=fLonh7ZesKs Animacja o skutkach miażdżycy – zawał serca: http://www.youtube.com/watch?v=GL37q6euND4 EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO Temat: Czy dieta i ruch mogą wyzwolić człowieka od miażdżycy i zawałów? 88 Dieta vs. miażdżyca? | Ilona Żeber-Dzikowska, Urszula Poziomek | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 II. Faza realizacyjna • Nauczyciel prezentuje mechanizm powstawania blaszek miażdżycowych i konsekwencji tego procesu w organizmie człowieka z wykorzystaniem filmu edukacyjnego lub jego fragmentu (patrz Literatura), rozdaje karty pracy i materiały źródłowe (Załącznik 1 i 2) • Uczniowie w grupach lub indywidualnie zapoznają się z materiałem źródłowym i wykonują zadania. 1 Preconception – przekonanie (niekoniecznie błędne) dotyczące faktu (zjawiska, procesu), z jakim uczący się rozpoczyna proces uczenia się o nim. 2 Misconception – błędne przekonanie dotyczące faktu (zjawiska, procesu) poznanego przez naukę, wynikające z różnych przyczyn np. błędów na wcześniejszych etapach edukacyjnych, myślenia stereotypowego i innych. III. Faza podsumowująca Nauczyciel podsumowuje zajęcia powracając do zadanych na początku lekcji pytań i zapraszając do odniesienia się do wypowiedzi z początku lekcji i ewentualnej korekty z wykorzystaniem informacji z zajęć. Zbiera karty pracy do oceny. Praca domowa Polecenie dla ucznia: Zaprojektuj ulotkę (w formacie A4) propagującą styl życia, zapobiegający rozwojowi miażdżycy, której jedynym elementem tekstowym będzie oryginalne, nośne Pomysł na projekt edukacyjny Przygotowanie potraw wg opracowanego w Zadaniu 4 jadłospisu i zorganizowanie „Dnia bez miażdżycy w szkole”, który oprócz właściwego odżywiania się promowałby wiedzę na temat właściwego trybu życia, w tym różnych aktywności ruchowych, które są warunkiem efektywnej profilaktyki tej choroby. NAUKA • Nauczyciel przedstawia pytania, na które uczniowie znajdą odpowiedzi w czasie zajęć: W jaki sposób styl życia – dieta, poziom aktywności fizycznej – mają wpływ na kondycję naszego układu krwionośnego? W jaki sposób możemy przeciwdziałać rozwijaniu się w naszym organizmie takich chorób jak miażdżyca? Czy i w jaki sposób możemy zminimalizować zagrożenie zawałem serca lub udarem mózgu? • Uczniowie odpowiadają na pytania zgodnie z wiedzą uzyskaną wcześniej (prezentują swoje przekonania i wiedzę na ten temat – prekoncepcje1/miskoncepcje2 uczniowskie). Wypowiedzi uczniów notowane są na tablicy lub flipcharcie, po to, by odnieść się do nich w fazie podsumowującej zajęcia. hasło złożone maksimum z 8 słów (nie licząc i, w, nad itp.). Projekt można wykonać w wersji elektronicznej lub w wersji odręcznej. Kryteria oceny to: • oryginalność i nośność informacyjna hasła – x pkt. (liczbę punktów za poszczególne kryterium ustala nauczyciel), • walory estetyczne użytych w ulotce elementów graficznych – x pkt., • poprawność merytoryczna całości projektu – x pkt. SZKOŁA I. Faza przygotowawcza • Wybrane lub chętne osoby przedstawiają rezultaty pracy, pozostali uczniowie uzupełniają wypowiedzi osób prezentujących, ewentualnie dyskutują w spornych kwestiach. Załącznik nr 1 – materiały źródłowe Rys. 1. Budowa anatomiczna tętnicy i żyły Źródło http://www. womkat.edu.pl/files/ standaryzacja/grupa70/uklad/typy_naczy_krwiononych2. html EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO Przebieg zajęć edukacyjnych Dieta vs. miażdżyca? | Ilona Żeber-Dzikowska, Urszula Poziomek | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 89 Rys. 3. Ciśnienie krwi w różnych naczyniach krwionośnych NAUKA Źródło: http://www.womkat. edu.pl/files/standaryzacja/grupa70/uklad/cinienie_krwi_w_ rnych_typach_naczy_krwiononych.html Rys. 2. Budowa naczyń włosowatych Miażdżyca jest chorobą ściany naczyniowej o złożonej patogenezie. Badania wykazały, że w jej rozwoju podstawową rolę pełni stan zapalny. Proces ten ma istotne znaczenie na każdym etapie rozwoju choroby. Najnowsze badania wykazały, że zasadniczą rolę w powstawaniu i rozwoju miażdżycy odgrywają reakcje związane z procesem zapalnym. Istotą miażdżycy jest gromadzenie się cholesterolu i elementów włóknistych w błonie wewnętrznej tętnic. Zapobieganie rozwojowi miażdżycy wiąże się ze stylem życia, w tym z odpowiednią dietą. Ze względu na dużą zawartość tłuszczów nasyconych zaleca się unikanie tłustych gatunków mięs, takich jak baranina, tłusty drób – kaczki, gęsi. Natomiast produktami, których spożycie powinno wzrosnąć, są ryby, szczególnie ryby morskie. Również ważnymi produktami są warzywa i owoce, które powinno się jadać 5 razy dziennie. Niewskazane jest smażenie, duszenie czy pieczenie z dodatkiem tłuszczu. Zamiast tego polecane jest gotowanie, duszenie czy pieczenie bez uprzedniego obsmażania, np. w folii aluminiowej, rękawie, naczyniu żaroodpornym. Źródło: ,,Edukacja Biologiczna i Środowiskowa’’ nr 1(13)/2005, Tekst źródłowy 2 Arterioskleroza (miażdżyca, stwardnienie tętnic) – choroba o podłożu zapalnym; dotyczy głównie tętnic wieńcowych, przyczyna ok. 1/3 zgonów. Spowodowana zwężeniem i stwardnieniem naczyń krwionośnych poprzez postępujące powstawanie tzw. blaszki miażdżycowej. Dotyczy głównie osób z tzw. grupy podwyższonego ryzyka tj. starszych, z podniesionym poziomem chole- sterolu – zwłaszcza „złego” (LDL), osób z nadwagą, cukrzyków, osób palących i z nadciśnieniem tętniczym. (…) Z reguły rozpoczyna się od uszkodzenia ściany naczynia przez utlenione cząsteczki LDL i zapoczątkowania w tym miejscu procesu zapalnego z udziałem odpowiednich komórek układu odpornościowego. Napływające makrofagi, naciekając uszkodzone miejsce, pochłaniają cząsteczki tłuszczu, przekształcając się w tzw. komórki piankowate, które wydzielając szereg mediatorów zapalenia i czynników wzrostowych powodują powiększanie się blaszki miażdżycowej. (…) Tętnice stają się twarde i nieelastyczne. Na skutek zwężenia dochodzi do wzrostu ciśnienia tętniczego, co często prowadzi do oderwania fragmentu blaszki miażdżycowej i w konsekwencji zatkania mniejszych naczyń. (…) Źródło: Encyklopedia Biologia, Wydawnictwo Greg, Kraków, 2012 EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO Tekst źródłowy 1 SZKOŁA Źródło: http://www.womkat.edu.pl/files/standaryzacja/grupa70/ uklad/typy_naczy_krwiononych1.html 90 Dieta vs. miażdżyca? | Ilona Żeber-Dzikowska, Urszula Poziomek | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Załącznik nr 2 – karta pracy ucznia ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… Wykorzystując informacje zamieszczone na rysunkach 1, 2 i 3 oraz wiadomości z gimnazjum rozwiąż zadania. Zadanie 1 Które z cech budowy tętnicy lub żyły można uznać za adaptację do zróżnicowanego ciśnienia krwi wywieranego na ściany tych naczyń? Zaznacz tak lub nie. Etapy rozwoju zmian miażdżycowych Efekty zmiany właściwości naczyń krwionośnych NAUKA Czy można uznać Tak/Nie Tak/Nie Tak/Nie Zadanie 2 Śródbłonek obecny w budowie tętnicy i żyły zbudowany jest z tkanki nabłonkowej, której komórki ściśle do siebie przylegają i tworzą gładką powierzchnię, odporną na rozciąganie i rozerwanie. Ze względu na swoje właściwości nabłonek… … ułatwia przepływ krwi w naczyniu. umożliwia zmianę średnicy naczynia pod wpływem zmian ciśnienia. zabezpiecza przed przedostawaniem się elementów krwi poza układ. Na podstawie tekstów źródłowych 1 i 2 nazwij i wypisz w kolejności chronologicznej etapy rozwoju miażdżycy oraz opisz efekty tych zmian jeśli chodzi o właściwości (cechy) naczyń krwionośnych. Prawda/fałsz P/F P/F P/F Zadanie 5 Profilaktyka miażdżycy wymaga odpowiedniej diety. Na podstawie tekstów źródłowych zaproponuj „miażdżyco-ochronny” jadłospis dzienny dla osoby w Twoim wieku i o średnich potrzebach energetycznych, w którym uwzględnisz rodzaj pokarmu (np. ryby morskie, chleb pszenny), jego ilość (np. sztuki, dkg lub litry) oraz sposób przygotowania (np. pieczony, surowy). I śniadanie ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………... II śniadanie ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………... Zadanie 3 Obiad ………………………………………………………………………………………………………………………………... Czy w naczyniu włosowatym może powstać blaszka miażdżycowa? Jeśli tak, to jakie będą tego konsekwencje? Jeśli nie, to dlaczego? ………………………………………………………………………………………………………………………………………... Podwieczorek ……………………………………………………………………………………………………………………… Kolacja ………………………………………………………………………………………………………………………………. Przygotuj się do prezentacji rezultatów pracy na forum klasy. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA Obecność zastawek – struktur uniemożliwiających cofanie się krwi. Obecność śródbłonka, wyścielającego światło naczynia. Gruba warstwa mięśniówki w ścianie tętnicy. Zadanie 4 KRÓTKO Cecha budowy ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. Materiał przygotowują pracownicy Pracowni Przedmiotów Przyrodniczych IBE oraz eksperci zewnętrzni Zadanie Prezentowane w tym odcinku zadania pochodzą z testów przygotowanych przez Pracownię Przedmiotów Przyrodniczych IBE dla III i IV etapu edukacyjnego (poziom podstawowy). Odtajnione zadania skonstruowano na potrzeby badania „Laboratorium Myślenia. Diagnoza nauczania przedmiotów przyrodniczych w Polsce” i nigdy wcześniej nie były publikowane. Wybrane do tej publikacji narzędzia diagnostyczne mają silny kontekst praktyczny i poruszają realne problemy, z którymi uczniowie mogą się zetknąć w życiu codziennym. Ich celem jest pomiar umiejętności opisanych w podstawie programowej przedmiotów przyrodniczych takich, jak: rozpoznawanie organizmów modyfikowanych genetycznie (GMO), wnioskowanie na podstawie analizy tekstu oraz rozumienie związku właściwości substancji (np. guarany) z ich zastosowaniem praktycznym, a także budowanie i analizowanie prostych obwodów elektrycznych. Inne narzędzia diagnostyczne, wraz z komentarzem pracowników PPP, można znaleźć na stronie Bazy Narzędzi Dydaktycznych IBE: bnd.ibe.edu.pl Więcej o badaniu Laboratorium Myślenia na stronie: eduentuzjasci.pl/pl/badania.html?id=409 Autorzy: BIOLOGIA – komentarz: Adam Pukocz, pomysł na zadanie: Paweł Jedynak CHEMIA – komentarz i pomysł na zadanie: Małgorzata Musialik FIZYKA – komentarz: Joanna Borgensztajn, pomysł na zadanie: Krzysztof Horodecki Joanna Borgensztajn, Krzysztof Horodecki, Paweł Jedynak, Małgorzata Musialik, Adam Pukocz Zaznacz, które organizmy są organizmami zmodyfikowanymi genetycznie (GMO). 1. 2. 3. Stwierdzenia Czy to GMO? Krowa, którą karmiono paszą otrzymaną ze zmodyfikowanej genetycznie soi. Tak / Nie Bakterie, które miały styczność z antybiotykiem i z czasem uzyskały na niego oporność. Kurczaki hodowane z wykorzystaniem hormonów i antybiotyków. Tak / Nie Tak / Nie Komentarz Zadanie sprawdza podstawową umiejętność odróżniania organizmów modyfikowanych genetycznie – GMO od organizmów „nie GMO”. Znajomość istoty powstawania GMO jest szczególnie istotna w obecnych czasach, kiedy toczą się ciągłe spory związane z tzw. żywnością GMO. Istotna część uczniów, którzy rozwiązywali to zadanie, nie do końca potrafiła odróżnić, co jest, a co nie jest GMO. W zadaniu podano przykłady trzech organizmów wraz z informacjami o sposobie ich karmienia, hodowli czy – jak w przypadku bakterii – uzyskaniu przez nie Zadania powstały w ramach realizowanego przez Instytut Badań Edukacyjnych projektu Badanie jakości i efektywności edukacji oraz instytucjonalizacja zaplecza badawczego, współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego. oporności na antybiotyki. W żadnym z tych przypadków nie jest uprawnione określenie danego organizmu jako GMO. Krowa, czy jakiekolwiek inne zwierzę, nie może stać się GMO wskutek spożywania innego organizmu, zmodyfikowanego genetycznie. Człowiek spożywający różnorodny pokarm musiałby mieć w swoim genomie geny marchwi, ryby, czy innego zjedzonego organizmu. DNA, czy to z GMO, czy z jakiejkolwiek komórki, zostaje strawione w przewodzie pokarmowym zjadającego je organizmu i nie wnika w jego materiał genetyczny. Jednakże, 27% uczniów określiło krowę karmioną paszą otrzymaną ze zmodyfikowanej soi jako organizm zmodyfikowany genetycznie. Prawie połowa uczniów uznała z kolei, że GMO są bakterie, które po kontakcie z antybiotykiem uzyskały na niego oporność. Wynika z tego, że uczniowie ci mylą mutacje i dobór naturalny z genetycznym modyfikowaniem organizmów. Najbardziej jednak zadziwiający jest fakt, iż ponad 80% uczniów uznało za GMO kurczaki hodowane „na antybiotykach i hormonach”. O ile w pierwszym i drugim przypadku uczeń mógł zasugerować się informacjami dodatkowymi (krowa i pasza GMO, bakterie, w których DNA pojawiają się geny oporności na antybiotyki), to w przypadku kurczaków taki wybór odpowiedzi nie ma uzasadnienia. Nie można wykluczyć, iż uczniowie zaznaczyli jedną z odpowiedzi TAK z prostej przyczyny – nie są przyzwyczajeni do takiego zestawu odpowiedzi (trzy razy NIE, lub trzy razy TAK) i dlatego udzielali błędnych odpowiedzi. Warto zatem przyzwyczajać uczniów również do takich wariantów odpowiedzi. Wyniki uzyskane przez uczniów w tym zadaniu wskazują, iż znaczna ich część nie do końca rozumie istotę GMO. Należy więc szczególny nacisk położyć na omawianie tego zagadnienia na konkretnych przykładach, nie tylko tych opisanych w podręcznikach. To pozwoli na racjonalną ocenę zagrożeń i korzyści wyni- EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Biologia – GMO, czyli co? SZKOŁA Nowe zadania PPP 91 KRÓTKO Nowe zadania PPP | Joanna Borgensztajn, Krzysztof Horodecki, Paweł Jedynak, Małgorzata Musialik, Adam Pukocz | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Zadanie Owoce guarany są od dawna wykorzystywane w Ameryce Południowej w celu podniesienia sprawności fizycznej i psychicznej w stanach wzmożonego wysiłku, poprawienia koncentracji uwagi i zapamiętywania. Guarana zawdzięcza swoje właściwości pobudzające najwyższej wśród roślin zawartości kofeiny (tzw. guaraniny). Jej owoce zawierają cztery razy więcej kofeiny niż ziarna kawy, jednak guaranina wchłania się wolniej z przewodu pokarmowego. Źródło tekstu: http://pl.wikipedia.org/wiki/Paulinia_guarana Które ze stwierdzeń dotyczące właściwości guarany wymienione w tabeli są fałszywe, a które prawdziwe? Lp. 1. 2. 3. Stwierdzenie Działanie guarany na organizm ludzki jest podobne do działania kawy, ponieważ zawiera taką samą substancję aktywną – kofeinę. Stosowanie guarany jest bezpieczniejsze niż kawy. Przyjmowanie guarany w dużych dawkach nie ma wpływu na funkcjonowanie organizmu. Prawda czy fałsz? Prawda / Fałsz Prawda / Fałsz Prawda / Fałsz Komentarz Prezentowane zadanie zostało opracowane w celu zbadania umiejętności wymaganych przez podstawę programową chemii w zakresie podstawowym szkoły ponadgimnazjalnej. Na tym etapie edukacyjnym od uczniów wymaga się takich umiejętności jak wniosko- wanie na podstawie analizy tekstu oraz rozumienie związku właściwości substancji z ich zastosowaniem praktycznym. Uczeń powinien posługiwać się zdobytą wiedzą chemiczną w kontekście dbałości o własne zdrowie, zwłaszcza w odniesieniu do składników popularnych napojów i leków. Guarana jest popularną substancją pobudzającą, która wchodzi w skład wielu preparatów i produktów spożywczych takich, jak: suplementy diety, leki, napoje energetyczne i izotoniczne, napoje w tabletkach musujących, a także herbaty. Producenci tych produktów zachwalają guaranę, jako roślinę słynącą „z wysokiej zawartości naturalnej kofeiny, 4 razy wyższej niż w naturalnej kawie”, ale „znacznie mniej szkodliwą” czy wręcz „całkowicie bezpieczną” [1]. Podkreślany jest też fakt, że efekt zażycia guarany utrzymuje się do 6 godzin, podczas gdy kawa przestaje działać po ok. 4 godzinach. Chociaż zażywanie guarany zastępuje wypijanie kilku filiżanek kawy dziennie i jest polecane w stanach zwiększonego wysiłku fizycznego i umysłowego [2], to należy pamiętać o tym, że guarana przyjmowana w zbyt dużych dawkach może wykazywać skutki uboczne tak samo jak kofeina zawarta w kawie. Do znanych skutków przedawkowania guarany należą: reakcje alergiczne, zgaga, rozstrój żołądka, zaparcia lub biegunki, nerwowość i lęk, bezsenność, zaburzenia rytmu serca oraz bóle głowy. Nie powinny jej stosować osoby z nadciśnieniem, chorobami serca, cukrzycą, kobiety w ciąży oraz w okresie karmienia piersią. Na ulotkach suplementów zawierających tę substancję można przeczytać, że „Nie należy przekraczać zalecanej do spożycia porcji w ciągu dnia.” Tego typu zadaniem „prowokujemy ucznia do refleksji nad tym, że to, co spożywa i pije, ma istotny wpływ na jego organizm”, „wskazujemy na te właściwości substancji, które mogą wpływać na organizm ludzki” i „uświadamiamy prawdę stwierdzoną przez EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Chemia – Senny? Zmęczony? Może zamiast kawy guarana? SZKOŁA kających ze stosowania inżynierii genetycznej w tworzeniu organizmów GMO. Zadanie diagnozuje poziom umiejętności opisanych następującymi wymaganiami ogólnymi i szczegółowymi podstawy programowej biologii dla IV etapu edukacyjnego: Cele kształcenia – wymagania ogólne II. Rozumowanie i argumentacja. Uczeń interpretuje informacje i wyjaśnia zależności przyczynowo-skutkowe między faktami, formułuje wnioski, ocenia i wyraża opinie na temat omawianych zagadnień współczesnej biologii, zagadnień ekologicznych i środowiskowych. Treści nauczania – wymaganie szczegółowe 1.2. Uczeń wyjaśnia, czym zajmuje się inżynieria genetyczna, oraz podaje przykłady jej zastosowania; wyjaśnia, co to jest „organizm genetycznie zmodyfikowany (GMO)” i „produkt GMO”. 92 KRÓTKO Nowe zadania PPP | Joanna Borgensztajn, Krzysztof Horodecki, Paweł Jedynak, Małgorzata Musialik, Adam Pukocz | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 dzających oraz stron internetowych poświęconych substancjom pobudzającym wytworzyła u niektórych uczniów fałszywy obraz guarany jako środka całkowicie bezpiecznego, który można przyjmować nawet w olbrzymich dawkach, bez szkody dla organizmu. Tego typu błędne przekonanie (ang. misconception) może utrudniać uczniom zrozumienie, od czego zależą lecznicze i toksyczne właściwości substancji, a także prowadzić do niewłaściwego przyjmowania leków i środków pobudzających. Niezależnie od tego, czy uczniowie realizowali już ten temat na lekcji, czy też ich wiedza pochodziła z własnych doświadczeń, nauczyciele powinni zwracać uwagę na istnienie takich przekonań wśród uczniów i starać się je eliminować, realizując tematy dotyczące chemii leków i środków spożywczych na IV etapie kształcenia. Zadanie diagnozuje poziom umiejętności opisanych następującymi wymaganiami ogólnymi i szczegółowymi podstawy programowej chemii dla IV etapu edukacyjnego: Cele kształcenia – wymagania ogólne I. Wykorzystanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Uczeń korzysta z chemicznych tekstów źródłowych, pozyskuje, analizuje, ocenia i przetwarza informacje pochodzące z różnych źródeł, ze szczególnym uwzględnieniem mediów i Internetu. II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Uczeń zdobywa wiedzę chemiczną w sposób badawczy – obserwuje, sprawdza, weryfikuje, wnioskuje i uogólnia; wykazuje związek składu chemicznego, budowy i właściwości substancji z ich zastosowaniami; posługuje się zdobytą wiedzą chemiczną w życiu codziennym w kontekście dbałości o własne zdrowie i ochrony środowiska naturalnego. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA energetycznych, w których guarana przedstawiana jest jako „bezpieczny zamiennik” cieszącej się „złą sławą” kawy. W przypadku wiersza 3, uczniowie mieli odpowiedzieć na pytanie, czy przyjmowanie guarany w dużych dawkach nie ma wpływu na funkcjonowanie organizmu. Chociaż wstęp do zadania zawiera opis wpływu guarany na sprawność psychofizyczną organizmu ludzkiego, a uczniowie powinni wiedzieć, że przyjmowanie jej w dużych dawkach powinno pogłębiać to oddziaływanie, to tylko 67,1% uczniów odpowiedziało poprawnie na to pytanie. Można przypuszczać, że uczniowie, którzy wybrali błędną odpowiedź (20,2%) uważali, iż środki pochodzenia naturalnego nie mogą szkodzić, bez względu na ilość spożytej substancji. Jednak w wierszu 3 nie pytano o to czy guarana jest szkodliwa, tylko o to czy przyjmowana w dużych dawkach ma jakikolwiek wpływ na organizm. Nie można też wykluczyć, że część uczniów po prostu nie zauważyła zaprzeczenia w tym pytaniu („nie ma wpływu”). Wyniki wcześniejszych badań wykazały, że uczniowie często nie widzą „nie” w pytaniu i nawet podkreślenie tego słowa nie poprawia znacząco wyników testu (patrz: „Nitro, czyli gaz do dechy”, Zadanie 2, http://www.bnd.ibe.edu.pl/ tool-page/305). Odsetek uczniów, którzy w ogóle nie odpowiedzieli na pytania, w przypadku każdego wiersza wynosił ponad 12%. W sumie całe zadanie poprawnie rozwiązało 38,0% uczniów biorących udział w badaniu. Taki wynik może trochę niepokoić – nie wszyscy uczniowie zdają sobie sprawę z tego, że każdy preparat, nawet ziołowy, można przedawkować. Część z nich słabo kojarzy związek przyjmowanej dawki substancji chemicznej z jej działaniem na organizm, co może utrudniać zrozumienie mechanizmu działania leków. Przypuszczalnie, kombinacja wiadomości pochodzących z reklam środków energetycznych i innych preparatów pobu- SZKOŁA Paracelsusa (1525 r.), że ’Wszystko jest trucizną i nic nie jest trucizną, tylko dawka decyduje, że jakaś substancja nie jest trucizną’” [3]. Zadanie zostało przetestowane na grupie 213 uczniów z pierwszych klas szkół ponadgimnazjalnych. Prawdopodobieństwo losowego udzielenia odpowiedzi poprawnej na poszczególne pytania wynosiło 50%, a prawdopodobieństwo rozwiązania całego zadania 12,5%. Aby odpowiedzieć poprawnie na pytanie zawarte w wierszu 1 uczniowie: i) powinni wiedzieć, że za określone działanie każdego leku, suplementu diety czy też środka spożywczego odpowiedzialna jest substancja aktywna (substancja czynna) w nim zawarta; ii) zrozumieć, że guaranina to ta sama substancja co kofeina; iii) wyciągnąć wniosek, że preparaty z taką samą substancją aktywną będą działały na organizm w podobny sposób. Pytanie to okazało się najłatwiejsze w całym zadaniu – poprawną odpowiedź wybrało 73,7% badanych uczniów. W wierszu 2 uczniowie mieli za zadanie ocenić czy stosowanie guaraniny jest bezpieczniejsze niż kofeiny zawartej w kawie. Na podstawie informacji o czterokrotnie wyższej zawartości kofeiny w guaranie, uczniowie mogli wywnioskować, że ze względu na wyższe stężenie kofeiny guarana ma silniejsze działanie niż kawa. Mogli także założyć, że kawa i guarana są równie bezpieczne/niebezpieczne ze względu na identyczną substancję aktywną (podobne działanie, a więc podobne skutki uboczne). Odsetek uczniów, którzy odpowiedzieli poprawnie na to pytanie wyniósł 51,6%. Uczniowie, którzy wybrali błędną odpowiedź (35,7%) albo nie znali związku pomiędzy ilością zażywanej substancji a możliwością jej przedawkowania, albo uznali, że wolniejsze wchłanianie guarany z przewodu pokarmowego wystarczy, by uznać ją za bezpieczniejszą. Uczniowie mogli się także kierować wiedzą potoczną o guaranie, utrwalaną przez reklamy suplementów diety i napojów 93 KRÓTKO Nowe zadania PPP | Joanna Borgensztajn, Krzysztof Horodecki, Paweł Jedynak, Małgorzata Musialik, Adam Pukocz | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Nowe zadania PPP | Joanna Borgensztajn, Krzysztof Horodecki, Paweł Jedynak, Małgorzata Musialik, Adam Pukocz | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Tomek włożył trzy ogniwa do latarki. Latarka świeciła jednak bardzo słabo. Tomek wyjął ogniwa i żarówkę z latarki, a następnie połączył żarówkę przewodami kolejno z każdym ogniwem. Za każdym razem żarówka świeciła tak samo słabo, jak w przypadku zasilania trzema ogniwami w latarce. Sposób połączenia przez Tomka ogniw w latarce pokazano na rysunku. [1]http://osuplementach.pl/guarana [2]http://www.doz.pl/leki/p1780-Guarana_Walmark [3]Ministerstwo Edukacji Narodowej: Podstawa programowa z komentarzami, T.5. Edukacja przyrodnicza w szkole podstawowej, gimnazjum i liceum; przyroda, geografia, biologia, chemia, fizyka, MEN, 2009. www.men.gov.pl/images/stories/pdf/Reforma/ men_tom_5.pdf Przyczyną słabego świecenia żarówki w latarce było: A.odwrotne włożenie do pojemnika środkowego ogniwa B. użycie prawie całkowicie wyczerpanych ogniw C. odwrotne podłączenie przewodów do żarówki D. użycie żarówki o napięciu 4,5 V do ogniw o napięciu 1,5 V W świecie, w którym zewsząd otaczają nas urządzenia elektryczne, uczniowie nie powinni mieć problemów z wyjaśnieniem zasady działania przynajmniej najprostszych z nich. Tymczasem okazuje się, że zagadnienia dotyczące elektryczności postrzegane są przez uczniów jako bardzo skomplikowane i nie mające związku z życiem codziennym. Prezentowane tutaj zadanie pokazuje, że młodzież ma spore trudności z zastosowaniem wiedzy szkolnej w praktyce. W przykładzie opisanym w zadaniu użyta została żarówka na napięcie 4,5 V, zasilana przez trzy identyczne ogniwa, z których każde wytwarza napięcie 1,5 V. Przy prawidłowym podłączeniu ogniw (w tym przypadku – szeregowo) napięcia sumują się i pomiędzy końcami przewodów podłączonych do żarówki dostajemy napięcie wymagane do jej optymalnej pracy. Przedstawiony w zadaniu problem wydaje się banalny – należy ocenić, dlaczego w opisanej sytuacji latarka świeci bardzo słabo. Sprowadza się to do znalezienia odpowiedzi na pytanie, dlaczego warunki do optymalnej pracy żarówki nie zostały spełnione. Potrzebna jest do tego jedynie umiejętność budowania i analizowania prostych obwodów elektrycznych. Wystarczy dokładnie obejrzeć rysunek, aby stwierdzić, że Tomek włożył odwrotnie środkowe ogniwo do latarki (odpowiedź A.). Przydaje się też odrobina spostrzegawczości – na rysunku widać, że biegun dodatni środkowego ogniwa styka się ze sprężynką, która powinna być podłączona do jego bieguna ujemnego. Dzięki temu rysunek wiernie odwzorowuje sytuację, z jaką możemy się spotkać na co dzień w trakcie podłączania baterii do dowolnego urządzenia. Bardzo łatwo pomylić przez nieuwagę bieguny i stanąć wobec problemu: dlaczego urządzenie nie działa? EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Zadanie Komentarz SZKOŁA Fizyka – dlaczego latarka nie świeci? KRÓTKO Treści nauczania – wymagania szczegółowe: 3. Chemia wspomaga nasze zdrowie. Chemia w kuchni. 3.1.Uczeń tłumaczy, na czym mogą polegać i od czego zależeć lecznicze i toksyczne właściwości substancji chemicznych (dawka, rozpuszczalność w wodzie, rozdrobnienie, sposób przenikania do organizmu) (…). 3.2.Uczeń wyszukuje informacje na temat działania składników popularnych leków (…). 3.3.Uczeń wyszukuje informacje na temat składników napojów dnia codziennego (kawa, herbata, (…) napoje typu cola) w aspekcie ich działania na organizm ludzki. 94 Sprawdź inne zadania z komentarzami Pracowni Przedmiotów Przyrodniczych IBE w Bazie Narzędzi Dydaktycznych bnd.ibe.edu.pl EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA Warto tu zauważyć, że coraz częściej stosowane latarki wyposażone w diodę LED nie mają takiej cechy – kierunek przepływu prądu jest w nich istotny. Ciekawe wyniki uzyskano dla odpowiedzi D, która okazała się drugą pod względem popularności wśród uczniów biorących udział w badaniu (21% w pierwszym i 19% w drugim cyklu). W tym przypadku, korelacja pomiędzy wynikiem ucznia w całym teście, a prawdopodobieństwem wybrania przez niego tej konkretnej odpowiedzi była bardzo słaba. Być może odpowiedź ta była losowo wybierana przez osoby, które nie potrafiły zdecydować się na inne opcje. Możliwe jest też, że zarówno wśród uczniów osiągających lepsze wyniki, jak i tych słabszych, istnieje dosyć podobny odsetek osób, które nie znają podstawowych reguł łączenia źródeł napięcia (co zresztą nie jest wprost zapisane w podstawie programowej, choć trudno nie uznać tego typu latarki za “prosty obwód elektryczny”). Prezentowane zadanie zgodne jest z następującymi wymaganiami zawartymi w podstawie programowej dla III etapu edukacyjnego: Cele kształcenia – wymagania ogólne: I. Wykorzystanie wielkości fizycznych do opisu poznanych zjawisk lub rozwiązanie prostych zadań obliczeniowych. Treści nauczania – wymagania szczegółowe: 4.12.Uczeń buduje proste obwody elektryczne i rysuje ich schematy. KRÓTKO Ponieważ zadanie ma bardzo mocny kontekst praktyczny, wydawałoby się, że wybranie prawidłowej odpowiedzi spośród czterech proponowanych rozwiązań nie powinno przysporzyć uczniom większych trudności. Zadanie badano w dwóch cyklach Laboratorium Myślenia i w obu przypadkach uzyskano podobne rezultaty. W pierwszym cyklu badania prawidłowo rozwiązało je 46% badanych osób, a w drugim 48%. Ponadto, zachodzi wyraźna korelacja pomiędzy wynikiem uzyskanym przez ucznia w całym teście, a prawdopodobieństwem udzielenia przez niego poprawnej odpowiedzi. Poprawną odpowiedź najczęściej wybierali uczniowie, uzyskujący najwyższe wyniki z całości. Uczniowie uzyskujący najniższe wyniki w teście wyraźnie preferowali jako wyjaśnienie zjawiska odpowiedź B lub C. Jeśli chodzi o odpowiedź B, to była ona sprzeczna z podaną wyraźnie informacją, iż żarówka świeciła przy pojedynczym podłączeniu każdego z ogniw. Z treści zadania wynikało, że żarówka świeciła jednakowo słabo – zarówno gdy Tomek zasilał ją z jednego ogniwa, jak i z trzech, połączonych jak na rysunku. Ta informacja pełniła rolę ważnej wskazówki: skoro ogniwa były identyczne, to jedno z nich musiało być odwrotnie podłączone i w efekcie wypadkowe napięcie wynosiło tyle samo, co napięcie wytwarzane przez pojedyncze ogniwo. Uczniowie, którzy wybrali odpowiedź C. nie wzięli pod uwagę faktu, że przyczyną świecenia żarówki jest nagrzewanie się włókna wolframowego na skutek przepływu prądu. Wobec tego nie ma znaczenia biegunowość podłączonej do wolframowego żarnika baterii. Niezależnie od tego jak podłączymy żarówkę, będzie ona świecić dokładnie tak samo. Zmieni się jedynie kierunek przepływu elektronów przez włókno wolframowe, co w najmniejszym stopniu nie wpływa na intensywność świecenia żarówki. 95 NAUKA Nowe zadania PPP | Joanna Borgensztajn, Krzysztof Horodecki, Paweł Jedynak, Małgorzata Musialik, Adam Pukocz | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Enzo Arevalo, Urszula Poziomek Chemia jest dyscypliną podstawową. Innych nauk przyrodniczych (zarówno teoretycznych, jak i stosowanych, np. biologii czy medycyny) nie można dobrze zrozumieć bez znajomości prawideł rządzących procesami chemicznymi. Jednak nauczanie chemii w wielu krajach, również w Polsce napotyka na liczne problemy, w szczególności na brak zainteresowania i motywacji ze strony uczniów i studentów. Uczniowie, studenci i absolwenci szkół wyższych uważają często, że chemia jest nudna i trudna. Większość uczniów nie planuje swojej kariery zawodowej w tej dziedzinie. Ich kontakt z chemią jest spowodowany jedynie wymogami programowymi obowiązującymi w szkole lub na wyższej uczelni, a ich brak motywacji jest dużą barierą dla przyswajania wiedzy i rozwijania umiejętności chemicznych. Jednak chemia jest rzeczywiście nauką trudną ponieważ: • posługuje się własnym, specyficznym językiem, na który składają się symbole pierwiastków, wzory dr Enzo Arevalo: specjalista ds. badań i analiz Pracowni Przedmiotów Przyrodniczych IBE, neurochemik/chemik organik (UW, PAN), współautor i rezencet podręczników uniwersyteckich do nauki chemii mgr Urszula Poziomek: specjalista ds. badań i analiz Pracowni Przedmiotów Przyrodniczych IBE, nauczycielka dyplomowana biologii w LXXV LO im. Jana III Sobieskiego w Warszawie; współautorka podręczników szkolnych do nauki biologii na III i IV etapie edukacyjnym, współautorka raportu Eurydice Science Education in Europe, 2011. takcie z chemią zostali zauroczeni nie zaawansowaną teorią lub spektroskopią, ale drobnymi rzeczami, takimi jak efekty reakcji chemicznych w postaci pojawienia się niezwykłych barw, kontrolowanych „wybuchów” czy „nietypowych” zapachów. Istnieje wiele małych i dużych tajemnic wokół nas, które mogą być odkryte tylko wtedy, gdy skorzystamy z wiedzy i umiejętności chemicznych. Może zatem warto zamiast autorytarnie i bez polotu uczyć chemii jedynie jako zbioru wzorów, zasad i równań nie zawsze czytelnie zapisanych na tablicy przypomnieć sobie, co zachęciło nas do stania się chemikiem/ chemiczką i zastosować tę samą zachętę wobec uczniów czy studentów? W polskich szkołach wyższych zajęcia z chemii (i nie tylko) zwykle prowadzone są przez osoby, których głównym celem i zadaniem nie jest edukacja, lecz praca badawcza. Mają oni zatem tendencję do przedstawiania zagadnień bez odnoszenia się i wyjaśniania ich podstaw. Lubią też wysoki poziom abstrakcji i najbardziej złożone aspekty chemii, do których przywykli w pracy naukowej. Czasami zapominają przy tym, że wiele problemów chemicznych można wyjaśnić prosto, bez zbędnych analiz i rozważań. Dość często pomijają też przykłady, dzięki którym uczniowie czy studenci mogą zrozumieć zagadnienie, a skupiają się na czystej teorii, wzorach i równaniach, co pogłębia zniechęcenie odbiorców ich zajęć do nauki chemii. Podsumowując, istnieje w Polsce i na świecie problem z uczeniem się i tworzeniem warunków do nauki chemii, zarówno na poziomie szkolnym jak i akademickim. Mając to na uwadze i doceniając wagę tego problemu Pracownia Przedmiotów Przyrodniczych IBE rozpoczyna w EBiŚ cykl publikacji, które – w oparciu o literaturę badawczą polską i światową – szerzej i głębiej zdiagnozują ten problem i wskażą możliwe drogi i sposoby jego rozwiązywania. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Zapowiedź nie mają tudenci iowie i s n z c m u e o h ii? nia się c Dlaczeg d o u c ze ji c a w moty na? jest trud ę c ać o chemia Dlaczeg o zniech ? wać a c o mii w e ty h c o em o n au k i Co moż entów d d tu s i uczniów związków i symbole stosowane w zapisach reakcji chemicznych; • zawiera ogromną liczbę abstrakcyjnych i czysto teoretycznych pojęć, których opanowanie wymaga dużo czasu, wysiłku i poświęcenia ze strony uczniów i studentów; • traktuje o procesach i strukturach, które są niedostępne ludzkim zmysłom, nie można ich zobaczyć czy usłyszeć, można jedynie obserwować ich rezultaty ich zachodzenia i przemian; • jest na tyle abstrakcyjna, że nie widać bezpośrednio jej powiązania z otaczającą człowieka rzeczywistością, a przez to dla wielu pragmatycznych osób jest nauką nieprzydatną a nawet bezwartościową. Rozbieżność między wysokimi wymaganiami, jakie stawia nauka chemii, a brakiem motywacji i zainteresowania ze strony uczniów i studentów skutkuje niezadowalającymi wynikami po stronie studentów i frustracją po stronie nauczycieli. Nie da się zaprzeczyć, że chemia nie jest niezbędna, aby żyć szczęśliwie i produktywnie, ale warto uświadomić sobie, że dzięki niej można żyć szczęśliwiej i pełniej. Z doświadczeń edukacyjnych wiadomo, że wiele razy uczniowie czy studenci są zaskoczeni i zafascynowani chemią na zajęciach, na których wreszcie rozumieją tematy, które wydawały im się naprawdę trudne. Objawieniem staje się dla nich prostota zagadnień, które nagle stają się sensowne i zrozumiałe. Rozważanie, dlaczego jedzenie smakuje ostro, czym są tłuszcze nasycone czy nienasycone i dlaczego pierwsze są zdrowe, a drugie niezdrowe, dlaczego jedne cząsteczki są cis a drugie trans i co to zmienia w ich właściwościach, albo w jaki sposób hel sprawia, że głos człowieka staje się piskliwy, może sprawić, że chemia stanie się po prostu ciekawa. Często to sami nauczyciele chemii (i szkolni, i akademiccy) nie pamiętają, że przy pierwszym kon- SZKOŁA Czy chemia da się lubić? 96 KRÓTKO Czy chemia da się lubić? | Enzo Arevalo, Urszula Poziomek | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Rozmowa – ważna potrzeba w życiu człowieka Ryszard Kowalski Grupa nie była zbyt liczna. Daleko do stwierdzenia o reprezentatywności wyników badań. Kilkadziesiąt studentek biologii, zgłębiających w ramach akademickiego kursu tajemnice społecznej komunikacji, zgodziło się wypełnić kwestionariusz ankiety z pytaniami ukierunkowanymi na rozmowę i język, jako podstawowe narzędzie porozumiewania się i interpersonalnej komunikacji. Język, mowa, artykułowanie i rozumienie słów, to szczególne osiągnięcie człowieka związane z ewolucją mózgu. Odróżnia to nas, ludzi, od wszystkich innych ziemskich istot i jest podstawą funkcjonowania społeczeństwa. Wyniki z przeprowadzonego sondażu nie są zaskoczeniem lecz potwierdzeniem potrzeby rozmowy, a może nawet „głodu rozmowy”. Ze względu na wielkość próby losowej, z przeprowadzonych badań nie można wyciągnąć daleko idących wniosków, ale są one ciekawe, mają nie tylko poznawczy, ale i aplikacyjny charakter, stąd warto je krótko opisać jako przyczynek wzbogacający wiedzę na temat ekologii człowieka. Respondentki, chociaż studiują biologię, wykazały bardzo różne zainteresowania. Część z nich, adekwatdr Ryszard Kowalski: zastępca dyrektora Instytutu Biologii Uniwersytetu Przyrodniczo-Humanistyczny w Siedlcach podając za przyczynę stres, nieśmiałość oraz brak wiary w skuteczność wypowiadanych publicznie argumentów. Jeśli decydują się na wystąpienia przed większą grupą ludzi, mocno to przeżywają i najczęściej przygotowują sobie konspekt wypowiedzi na piśmie. Biorąca w sondażu mniejszość lubi wyrażać publicznie swoje zdanie i sygnalizuje nawet taką potrzebę, argumentując to wartością zgłaszanych pomysłów i chęcią przekonania do nich innych osób. Wyraźnie widać u nich prospołeczne nastawienie, chęć ukierunkowania swojej aktywności na społecznikowskie działanie. Zdecydowana większość ankietowanych przyznaje, że wzmacnia wypowiadane słowa ruchami rąk i głowy oraz mimiką twarzy, uważając, że gestykulacja jest bardzo skutecznym uzupełnieniem wypowiadanych słów. Nie przeszkadza im także, gdy tak zachowują się ich rozmówcy. Jesteśmy istotami społecznymi i nie lubimy samotności, a przynajmniej tak wypowiadają się ankietowane studentki. „W grupie lepiej się czuję”, „lubię mieć wokół siebie osoby bliskie i zaufane”, „wolę być wśród ludzi i spędzać czas razem z nimi”, „człowiek samotny nie jest szczęśliwy”, „lubię mieć z kim porozmawiać, wymienić myśli” – to wybrane wypowiedzi zwolenniczek „grupowego życia”. „Każdy człowiek potrzebuje czasami pobyć sam ze sobą, pomyśleć o różnych sprawach, przewartościować swoje życie lub też odetchnąć od innych osób” – ten sposób myślenia nie wskazuje na pustelnicze powołanie, a jedynie na potrzebę chwilowego oddzielenia się od socjalnej grupy. Ankietowana młodzież nie sygnalizuje problemów w nawiązywaniu nowych kontaktów – jest otwarta, ufna, ale na szczęście także asertywna. Nie toleruje wulgaryzmów i stara się zwracać uwagę na niestosowne wypowiedzi osób w swoim społecznym otoczeniu, najczęściej w sposób taktowny i delikatny, np. „mówię, że tak nie powinni się wypowiadać”. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Przyczynek do ekologii człowieka nie do kierunku kształcenia, deklarowała zainteresowanie przyrodą, podróżami, hodowlą, fizjologią zwierząt... Wymieniały także muzykę, sport, film, fotografię, motoryzację, sutasz. Pod jednym względem grupa była jednorodna – wszystkie panie przyznały, że bardzo lubią rozmawiać. Z kim? – z przyjaciółmi, z rodzicami, sąsiadami, znajomymi. Lubią rozmawiać przede wszystkim z tymi, którzy „umieją słuchać”, „nie stawiają barier”, „nie narzucają swojego zdania”, „są szczerzy wobec rozmówcy” i „mają coś interesującego do powiedzenia”. Młodzież unika rozmów z „osobami konfliktowymi, narzucającymi się, plotkarzami i krzykaczami”. Wypytująca o wszystko babcia i wścibska sąsiadka także zostały zaliczone do kategorii nielubianych rozmówców. Rozmowa wymaga odpowiedniego klimatu. Charakteryzując miejsce i warunki optymalne do prowadzenia rozmowy, największa liczbowo grupa ankietowanych wskazała na ciszę i spokój, kameralne ciepłe otoczenie, domowe zacisze, przytulne i gustowne wnętrze pomieszczenia wypełnionego aromatem z parującej w filiżance kawy. Rozmowie sprzyja także spacer w przyrodniczych plenerach, z dala od miejskiego pośpiechu i zgiełku. Rozmowa w czasie spaceru łączy poza tym przyjemne z pożytecznym. Ulubione tematy rozmowy wskazane przez studentki pokrywały się najczęściej z opisanymi wcześniej zainteresowaniami. Wymieniano więc podróże, muzykę, film, modę, życiowe problemy, pracę, codzienne sprawy. Większość ankietowanych niechętnie zwierza się w rozmowie ze spraw osobistych, intymnych, obejmując protekcją także sprawy rodzinne, finansowe i własne słabości. Czasami dobrze porozmawiać „o głupotach i pośmiać się” – to działa, zdaniem ankietowanych studentek, jak lekarstwo. Samoocena dokonana przez studentki pozwala wnioskować, że w rozmowie są one przekonujące, ale jednocześnie potrafią słuchać i są otwarte na argumenty innych. Raczej nie lubią wypowiadać się na zebraniach, SZKOŁA Opinie 97 KRÓTKO Opinie | Ryszard Kowalski | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 mity i demagogiczne opinie, a w zbyt małym sięgnąć do naukowych podstaw, szczególnie w sytuacjach napiętej atmosfery w negocjacyjnej sali. Może jest to przejaw niewiary w naukowe autorytety, które rozbijają się na naszych oczach o rafy zwane ekspertyzami, bo jak pisał przed kilkoma laty prof. Janusz Faliński, „tam gdzie zaczyna się ekspertyza, kończy się nauka”1. W efekcie większość studentek biologii uczestniczących w badaniach, pomimo gruntownej wiedzy przyrodniczej zdobytej na studiach, ulega „presji tłumu”, przyjmuje obiegowe opinie i nie akceptuje np. budowy biogazowni czy stacji segregacji odpadów, podając argumenty typu: „szkodzi środowisku i zdrowiu, jest nieekologiczna, ponieważ może to zagrozić naszemu miastu” lub po prostu „nie zgadzam się na tę inwestycję”. Z opisanych powyżej badań ankietowych można wyprowadzić różne wnioski. Na pewno ten, że niezakłócona komunikacja społeczna jest motorem wszelkiego postępu, a rozmowę, jako jedno z jej narzędzi, należy wpisać do tradycyjnej piramidy potrzeb człowieka, tuż nad tym, co określamy zaspokojeniem biologicznej egzystencji. Młodzież potrzebuje rozmowy, lubi rozmawiać, a nawet wykazuje „głód rozmowy”. Rozmowa, szczególnie w gronie osób bliskich, w grupach rówieśniczych, ale i w kontaktach zawodowych, cementuje personalne związki i nie można jej zastąpić materialnym substytutem. Żadna zabawka dla dziecka nie zastąpi przecież potrzeby bliskiego kontaktu i rozmowy. Jest wiele przykładów potwierdzających to, że mając wszystko, co materialne, w zasięgu ręki, odczuwa się pustkę i samotność, choć wokół widać wiele osób. Mając wiedzę o tym, jak ważna jest rozmowa w życiu człowieka, można dopiero docenić, jak wielkim wyrzeczeniem i poświęceniem dla kamedulskich zakonników było ograniczenie rozmowy do jednego dnia w ciągu 1 Janusz Faliński, Wyścig na statku Beagle. Eseje o nauce i uczonych. Sorus 2004. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA te sondażem piszą za to listy elektroniczne i czynią to bardzo często i chętnie. Nie jest to dobra wiadomość dla producentów papeterii pachnących kwiatami, co jeszcze nie tak dawno było powszechnie praktykowane. Niestety tylko połowa osób odpisuje na listy. Trzeba by dążyć do zmiany tej niekorzystnej cechy, gdyż dla nadawców jest ona denerwująca i może być odbierana jako lekceważenie osoby, czy bagatelizowanie sprawy. Na ukształtowanie się umiejętności werbalnego komunikowania się, w największym stopniu wpływa środowisko rodzinne, w tym rodzice i dziadkowie. W zaskakująco małym stopniu wskazano na nauczycieli. Niepokojące jest to, że młodzież nie wymienia żadnych autorytetów stanowiących wzór posługiwania się językiem. W pojedynczych przypadkach wskazanie dotyczyło mamy, taty, nauczycielki. „Staram się być sobą, nie wzoruję się na nikim” – takie odpowiedzi pojawiły się w ankietach kilku osób. Każde spotkanie i każdą rozmowę trzeba jakoś rozpocząć. Oprócz tradycyjnego „dzień dobry”, kierowanego do osób starszych, i „cześć” w kontaktach koleżeńskich, bardzo często w ankietach wymieniano słowo „witam”. Nie jest to właściwe, a przynajmniej ja tak sądzę, ponieważ ustawia wypowiadającego to słowo na pozycji osoby dominującej. Warto wziąć to pod uwagę i ograniczyć stosowanie tego powitalnego zwrotu. Prowadzenie rozmowy ma często charakter negocjacji wiodącej do ustalenia wspólnego stanowiska. Takie znaczenie mają rozmowy prowadzone w procesie ustanawiania form ochrony przyrody, opiniowania inwestycji mających wpływ na przyrodnicze środowisko. Na podstawie wyników uzyskanych z ankiety należy stwierdzić, że młodzież nie jest dobrze przygotowana do uczestnictwa w tego typu rozmowach, zabierania głosu na publicznych spotkaniach, rzeczowego argumentowania. W zbyt dużym stopniu jest skłonna przyjąć i powielać funkcjonujące w przestrzeni publicznej SZKOŁA Co piąta z ankietowanych osób usprawiedliwia stosowanie wulgarnych słów w sytuacjach stresowych i niespodziewanych, uważając, że „czasem jest to jedyny sposób, by ktoś zrozumiał powagę sytuacji”. Niedbały język młodzieżowy, bogaty w skrócone formy wyrazów, źle odbiera 70% studentek uczestniczących w badaniach. Co trzecia osoba przyznaje, że sama stosuje w wypowiedziach wyrazy takie jak „spoko”, „nara”, „ok”, „siema”, „ściema”, „luzik”, „spoksik”. Jakie wypowiedzi innych osób denerwują młodzież studencką? Duża jest różnorodność odpowiedzi na tak postawione pytanie. Do najczęściej wymienianych zaliczyć należy: wulgarne słowa, kłamstwo, wypowiedzi obrażające i poniżające innych, nieszczerość, wyniosłość podczas rozmowy, przechwalanie się i koloryzowanie wypowiedzi, agresywność i narzucanie swojego zdania, sarkazm. Gdyby przyjąć uzyskane wyniki za reprezentatywne dla całego społeczeństwa, nie warto byłoby angażować sił i środków w wytwarzanie papierowych reklam dostarczanych prawie każdego dnia do pocztowych skrzynek. Młodzież jest już uodporniona na te informacje, nie traktuje ich poważnie i nie kieruje się w swoim postępowaniu tym, do czego one namawiają i co proponują. Zupełnie rozumiem to stanowisko i stwierdzam, że jestem już całkowicie uodporniony na reklamową bibułę zaśmiecającą umysły ludzi i środowisko. Wyniki ankiety wskazują na to, że wiek osób, z którymi kontaktujemy się i rozmawiamy, ma wpływ na zachowanie i sposób wypowiedzi. Należy przyjąć tę informację jako bardzo pozytywną, świadczącą o dużym takcie, językowej plastyczności przejawiającej się w umiejętności dostosowania do okoliczności i sytuacji, a także o szacunku dla osób starszych. Młodzież nie pisze już papierowych listów. Żadna z ankietowanych osób nie zechciała być wyjątkiem potwierdzającym tę regułę. Wszystkie studentki obję- 98 KRÓTKO Opinie | Ryszard Kowalski | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 99 Opinie | Ryszard Kowalski | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 EDUKACJA an interdisc an interdisciplinary approach iplinary appro Redakcja kwartalnika EDUKACJA informuje o wydaniu numeru ach 1 specjalnego. EDUKACJA Qu arterly hasanglojęzycznym W pierwszym tomie been in conti blisher is the nuous pu Educ ational Resea blication since on education rch Institute. 1983. Its pufrom different Th scientific persp e journal covers broad iss sociology, ps ues ychology, econ ectives, in pa rticular peda omics and law has an importa gogy, . Teaching of nt position. In school subje 2007 EDUKAC ference Index cts also JA was listed for the Huma in the Europea nities (ERIH). aims to stimu n Re The Editorial late and enco Board of EDUK urage debate blishing practi ACJA about educati cal and theore on in Poland by tical papers fro to continue, puwidening dia m Poland an logue within d abroad. We centres, schoo the academic wish ls, colleges, un community, iversities and research beyond. For more inform ation, please visit: www.ed ukacja.ibe.ed u.pl zatytułowanym EDUKACJA an interdisciplinary approach FREE COPY EDUKACJA NAUKA EDUKACJA prezentujemy przedruki najciekawszych, naszym zdaniem, artykułów opublikowanych na stronie internetowej pisma: www.edukacja.ibe.edu.pl SZKOŁA ja.ibe.edu.p l Wydanie dostępne jest bezpłatnie 1 issue Zachęcamy Państwa do lektury! Wydanie specjalne EDUKACJA an intersisciplinary approach jest finansowane ze środków Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego w ramach programu „Index Plus” 2012. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO w czasopiśmie w 2012 r. www.edukac roku. Rozmowa ma coś z natury powszedniego chleba, który jemy przecież codziennie i nigdy nam się nie znudzi. Rozmawiajmy zatem jak najwięcej, a w czasie rozmowy dbajmy o kulturę wypowiedzi. Słowa są czasem ostre jak skalpel i potrafią dotkliwie zranić. Opisane badania można by zakwalifikować do rozważań socjologiczno-pedagogicznych. Nawet jeśli je tak zaszufladkujemy, to nie ulega wątpliwości, że ich wyniki są ważne w każdej dziedzinie, także w ochronie przyrodniczego środowiska. Rzeczowymi argumentami dyskutowanymi w spokojnej, konstruktywnej rozmowie można osiągnąć przecież więcej niż zakazami i nakazami ustanowionymi przez prawo. Z opisanych wyników badań wypływa też ważne zadanie dla szkół wszystkich szczebli. Przygotowujmy uczniów do rozmowy, uczmy ich zabierania głosu i publicznych wystąpień, a przede wszystkim przywróćmy im wiarę w prawdziwą naukę. A rodzice? Niech rozmawiają jak najwięcej ze swoimi dziećmi i nie zastępują rozmowy rzeczą, gdyż rzecz i rzeczowa rozmowa to jednak zupełnie co innego. Katarzyna Potyrała Przyroda – nowe spojrzenie czy powrót „do korzeni”? Sprawą priorytetową, a równocześnie jedną z tendencji edukacyjnych, wydaje się zmiana podejścia do nauczania i uczenia się przyrody na wszystkich etapach edukacyjnych. Dyskusję na temat roli holistycznej edukacji przyrodniczej podjęto w roku 1999 w związku z reformą systemu kształcenia. To, co w innych krajach było już ugruntowaną tradycją i przetestowanym modelem dydaktycznym, w Polsce dopiero rodziło się w bólach. Nauczyciele biologii obawiali się treści z geografii, chemii i fizyki włączonych do celów nowego przedmiotu szkolnego, Przyrody, na poziomie szkoły podstawowej, a nauczyciele chemii, fizyki, geografii z niepokojem myśleli o tym, jak poradzić sobie z zagadnieniami, do których nie czuli się przygotowani merytorycznie. Nie chodziło nawet tylko o zakres merytoryczny tego przedmiotu, ale głównie o sposób integracji zagadnień na poszcze- prof. Katarzyna Potyrała: Uniwersytet Pedagogiczny im. KEN w Krakowie stały się częścią kultury masowej. W opozycji do świata nauki posługującego się metodą naukową znajduje się pseudonauka i paranauka, którym zarzuca się, że wykorzystują autorytet nauki, aby promować niesprawdzone hipotezy i domysły, które nie dają się zweryfikować naukowo. Nauka i pseudonauka zagościły w mediach, a społeczeństwo nie zostało przygotowane do odróżniania ich od siebie1. Kiedyś nie było mowy o tak szybkim przyroście wiedzy i postępie w dziedzinie nauk przyrodniczych, jak obecnie. Jednak istniała tzw. historia naturalna – „określenie stosowane dla wszelkich zmian zachodzących w przyrodzie oraz dla dziedzin nauk zajmujących się badaniem obiektów przyrodniczych, zarówno przyrody ożywionej jak i nieożywionej”. W źródłach Wikipedii, można odnaleźć informację, że w języku polskim określenie to było i jest rzadko używane, gdyż w tym sensie zastępowało je „przyrodoznawstwo”. Dawny nauczyciel przyrody – biolog, chemik, fizyk, geograf – był przyrodnikiem-przyrodoznawcą, tzn. rozumiał wszelkie zmiany zachodzące w przyrodzie, umiał ciekawie o nich nauczać i mobilizować uczniów do zgłębiania tajemnic przyrody (czyli uczenia się przyrody). W kontekście obowiązującego poziomu wiedzy, warto przypomnieć też inną, odległą historię i siedem sztuk wyzwolonych (łac. septem artes liberales, właściwie siedem umiejętności godnych człowieka wolnego) – podstawę wykształcenia w okresie późnej starożytności oraz średniowiecza, którą stanowiły: gramatyka, retoryka, dialektyka, geometria, arytmetyka, astronomia, muzyka. Również dzisiaj, a może: szczególnie dzisiaj, tylko solidne podstawy wiedzy nauczycielskiej są szansą na wykształcenie „społeczeństwa wiedzy”. Nie można też lekceważyć wielu kontrowersji i dylematów towarzyszących nauce i samemu zagadnieniu naukowości. 1http://wyborcza.pl/1,75400,12339805,Polska__nie_wiedza_naukowa.html [data dostępu 10.08.2013]. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Przyroda w kształceniu ponadgimnazjalnym – wychowanie do kultury przyrodniczej i zrównoważonego rozwoju gólnych lekcjach. Oczywiście, wiele wydawnictw wyszło naprzeciw zapotrzebowaniu na pomoc w realizacji treści przedmiotu Przyroda w szkole podstawowej oferując programy i podręczniki, w których treści z obszaru czterech przedmiotów przyrodniczych zręcznie przydzielono do odpowiadających im działów lub rozbudowywano jeden z działów, tak aby nauczyciel- biolog, wybierając dany program, czuł się komfortowo realizując Przyrodę głownie w oparciu o treści z biologii, chemik – z chemii itd. Pojawiły się również rozwiązania lokalne, np. szkoły, w których dział „biologiczny” realizował biolog, a dział „chemiczny” – chemik itd. Nie byłoby w tym nic złego. Współpraca miedzy nauczycielami to rzecz chwalebna. Ale przecież nie taka była intencja reformy i nie takie założenia holistycznego kształcenia przyrodniczego. Z czasem sytuacja wydawała się być opanowana – organizowano wiele kursów kwalifikacyjnych i doskonalących w zakresie nauczania Przyrody w szkole podstawowej, konferencji metodycznych, zjazdów dydaktyków szkół wyższych skoncentrowanych na idei edukacji interdyscyplinarnej, holistycznej, zintegrowanej. Jeśli chodzi o Przyrodę w szkole podstawowej, czujemy dzisiaj, że zrobiliśmy istotny krok do przodu: ponad 10 lat pracy nad uczynieniem z nauczycieli będących specjalistami w swoich wąskich dziedzinach – przyrodników. Reforma z roku 2009 uświadomiła nam jednak po raz kolejny, że przygotowanie nauczycieli do kształcenia przyrodniczego na poziomie szkoły podstawowej to tylko fragment szkolnej rzeczywistości, którą naprawiamy od kilku lat. Słowo „naprawiamy” nie jest przypadkowe. W którymś momencie edukacji przyrodniczej ogólnej i edukacji kierunkowej na studiach, w tym edukacji nauczycielskiej, zaniedbano Naukę (czyli prawdziwą naukę) rozumianą jako „autonomiczna część kultury służąca wyjaśnieniu funkcjonowania świata, w którym żyje człowiek”. Tymczasem, osiągnięcia nauki oraz obraz świata, który ona buduje, SZKOŁA Opinie 100 KRÓTKO Opinie | Katarzyna Potyrała | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 2http://naukowa.wikidot.com/metoda-naukowa 10.08.2013]. [data dostępu Dlaczego? Co? Jak? Dyskusji o tym, dlaczego twórcy podstawy przedmiotowej wybrali takie, a nie inne pojęcia dla egzemplifikacji wybranych zagadnień przyrodniczych, powinna towarzyszyć refleksja nad zawartością treściową haseł programowych oraz nad tym, jak nauczać i uczyć się tych zagadnień. Nie chodzi tu przy tym o powielanie i ewentualne nieznaczne (a w praktyce prawie niezauważalne) modyfikowanie tzw. sprawdzonych metod, form i technik nauczania i uczenia się. Chodzi o przełamanie niechęci do stosowania nowych strategii, łączenia ich, metodycznego eksperymentowania i kreatywności. Tradycyjnemu uczeniu się przeciwstawia się coraz częściej konektywne uczenie się, a przyswajaniu wiadomości – przetwarzanie informacji. Zmianie powinno ulec podejście nauczycieli do programu nauczania. Zamiast perspektywy własnej (podejście od strony nauczyciela) powinni oni dostrzec perspektywę ucznia. Nowoczesne programy nauczania nie powinny być przez nich traktowane jako z góry zaplanowane, szczegółowe treści wraz z wykazem czynności pedagogicznych zmierzających do określonych rezultatów pedagogicznych, lecz jako rejestr doświadczeń edukacyjnych ucznia. Mimo tych tendencji, współczesne idee humanistyczne związane z wspieraniem aktywności uczniów i twórczym rozwiązywaniem problemów wydają się być utożsamiane z kryteriami osiągnięć i powrotem idei „wydajności”, jednak nie w perspektywie uczenia się, ale w perspektywie procesu nauczania, a konkretnie – ściśle zaplanowanych aktywności i zadań do wykonania przez uczniów. Perspektywa egzaminów i liczby osób przyjętych na studia z danej klasy/szkoły potrafi przyćmić najwspanialsze idee i najlepsze teorie. Coraz mniej istotne (wbrew powszechnym deklaracjom) wydaje się zatem to, czego uczeń naprawdę się uczy i jak się uczy (doświadczenia edukacyjne), czyli perspektywa metapoznawcza. Nauczyciele w swoich obawach o efekty kształcenia przyrodniczego wyrażają przede wszystkim wątpliwość: „Czego nauczać w ramach tego dziwnego, nowego programu?”, „Co mówić uczniom na lekcji o śmiechu i płaczu?”, „Czego wymagać w zakresie wiedzy na temat rekordów sportowych?” itd. Można stwierdzić, że pytania nauczycieli w związku z nowym programem kształcenia koncentrują się w większości na nich samych i na ich problemach merytorycznych. Pytania o uczniów, jak np. „Jak budować strukturę wiedzy uczniów?”, „Jakie sposoby rekonstrukcji wiedzy uczniowskiej mogą być przydatne w edukacji przyrodniczej?”, „Jakie strategie uczenia się mogą być najbardziej odpowiednie dla poszczególnych uczniów?”, należą do rzadkości. Zbyt często wydaje się, że w procesie kształcenia w ogóle nie chodzi o ucznia, lecz o nauczyciela i jego samozadowolenie. Celem przedmiotu Przyroda na IV etapie edukacyjnym jest poszerzenie wiedzy uczniów z zakresu nauk EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Przyroda jak: „Metoda naukowa i wyjaśnianie świata”, „Nauka i pseudonauka”, „Energia – od słońca do żarówki”, „Uczenie się”. Konieczne staje się jednak opracowanie konkretnych strategii wsparcia nauczycieli w podejmowaniu wyzwań edukacji przyrodniczej na IV etapie edukacyjnym oraz wsparcia uczniów przez nauczycieli – strategii, które stawią czoło napięciu między współczesnymi poglądami na wiedzę przyrodniczą i uczenie się oraz konwencjonalnym poglądom na ten temat. Podejmowanie tych działań nie uchroni szkoły przed dalszą krytyką. Szkoła zawsze będzie krytykowana, albo za konserwatyzm albo za liberalizm, jednak, wydaje się, że dzisiaj, bardziej niż kiedykolwiek powinniśmy się skłaniać do kierunku związanego z tworzeniem warunków kształcenia do kultury przyrodniczej, w duchu zrównoważonego rozwoju. SZKOŁA W ostatnich latach zaczyna się odchodzić od „humanistycznego” pojęcia naukowości na rzecz naukowości wynikającej z tzw. ograniczonej racjonalności, bazującej m.in. na konsekwencjach rozwoju kognitywistyki. Paradygmaty nauki są związane z pojęciem obowiązującego konsensusu społecznego i wiedzy o wiedzy (czyli metawiedzy), są one permanentnym obiektem studiów. Dużo mówi się dzisiaj o rozwijaniu postawy badawczej uczniów i stosowaniu przez nich w praktyce metod naukowych. Nie należy przy tym zapominać, ze metoda naukowa to „całokształt sposobów badawczego docierania do prawdy i pojęciowego przedstawiania poznanej prawdy”2. Dzięki stosowaniu metody naukowej rozwija się prawidłowo nauka i poszerza zakres naszej wiedzy. Istotne i nadzwyczaj interesujące jest również to, jak nauka sprawdza czy jej wytwory są nadal prawdziwe, a więc czy ciągle są wiedzą? Należy uświadamiać uczniom, że wiedza ma charakter tymczasowy. Jest to po prostu „aktualnie najlepsza abstrakcja rzeczy, której prawdziwości jeszcze nie obalono”. Nauka ma również swoje zasady. Do nich należy m.in. porządek argumentacyjny w nauce. Wychowanie do debaty naukowej to istotny element kultury przyrodniczej, ta zaś powinna być częścią wykształcenia przyrodniczego. Podstawa programowa kształcenia ogólnego (2008), choć niedoskonała i krytykowana przez wielu dydaktyków, z perspektywy społecznej spełnia swoje zadanie, gdyż powoduje istotny wyłom w istniejących zwyczajach, zmianę istniejących wartości lub wzorów kulturowych i czyni istotny zwrot w kierunku indywidualności ucznia. Program nauczania Przyrody na poziomie ponadgimnazjalnym to znaczący zwrot w kierunku przyrodoznawstwa, metody naukowej i metapoznania. Wystarczy choćby przytoczyć takie wątki tematyczne zawarte w zapisie podstawy programowej przedmiotu 101 KRÓTKO Opinie | Katarzyna Potyrała | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Tworzenie [...] informacji i znaczeń we własnym, osobistym kontekście i z materiału, który się samodzielnie pozyskało, jest w istocie edukacją w najszerszym znaczeniu. Jest to specyficznie rozwojowa część działań symbolicznych, edukacja dotycząca „ja” i jego relacji ze światem i z innymi. To, czym te codzienne działania symboliczne różnią się od tego, co ma się na ogół na myśli, mówiąc o edukacji, to oparcie ich „produkcji kulturowej” na samodzielnie wybranych zasobach symbolicznych3 . Wychowanie do kultury przyrodniczej Aktualne badania otwierają szerszą dyskusję nad uzależnieniem człowieka od przyrody i równoczesnym jej niszczeniem, a nawet unicestwieniem. Przyroda jawi się również jako wytwór człowieka dysponującego nowymi technologiami, lecz również jako twór powołany do życia przez działania społeczne. Wszystkie wątki odsłaniają kulturowe uwikłanie człowieka w sprawy przyrody, którą sam jest i którą zmienia (Popczyk, 2011). Środowisko przyrodnicze wpływa na kształt cywilizacji w sposób zasadniczy, a nie akcydentalny, ponadto kreowanie środowiska ma charakter ograniczony, a przez to iluzoryczny – cywilizacja postrzegana jako niezależna od uwarunkowań przyrodniczych jest sprzeczna z własną naturą (Diec, 2011). Świadomość ekologiczna w połączeniu z wrażliwością estetyczną może przysłużyć się uznaniu i poszanowaniu przyrody zarówno tej nienaruszonej przez człowieka, jak i tej, w którą człowiek ingeruje. Aby dostrzec piękno, trzeba zrozumieć naturalne związki i relacje 3 Na podstawie Melosik Z (2010) za: L. Grossberg (1994), Introduction: Bringin’ It All Back Home – Pedagogy and Cultural Studies. W: Giroux H, McLaren P, red. Between Borders. Pedagogy and the Politics of Cultural Studies. New York – London: Routledge, 11. człowieka ze środowiskiem, w którym żyje (Głutkowska-Polniak, 2011). W edukacji nauczycielskiej trzeba dostrzegać naturalny potencjał podnoszenia świadomości i kultury przyrodniczej społeczeństwa, jednak wymaga on zasadniczego merytorycznego wzmocnienia w takich przypadkach, jak na przykład nowy przedmiot szkolny na IV etapie edukacyjnym – Przyroda. W debacie dotyczącej Paktu dla Kultury (Kwartalnik „Kultura Współczesna” 1/2011), podkreślano rangę badań socjologicznych, które zdiagnozowały obojętny stosunek większości Polaków do kultury wyrażający się brakiem potrzeb kulturalnych i deficytem liderów – animatorów kultury. Kwestia postaw obywatelskich względem kultury, w tym kultury przyrodniczej, jest priorytetowa. Nauczyciele Przyrody powinni być animatorami i popularyzatorami kultury przyrodniczej. Edukacja przyrodnicza musi być sposobem wychowania do kultury przyrodniczej. Musi więc zapobiegać postawom obojętności, przejawom agresji i degradacji jakości życia wyrażającej się w podporządkowaniu przyrody bieżącym interesom różnych grup lub jednostek oraz sprowadzaniu jej do potrzeb rekreacji i rozrywki. Zadaniem edukacji przyrodniczej jest przygotowanie uczniów, studentów i członków społeczeństw do uczestniczenia w kulturze przyrodniczej na bazie wiedzy o świecie i życiu. Ta wiedza jest z natury interdyscyplinarna. Szkolna wiedza przyrodnicza nie może funkcjonować na innych zasadach. Wychowanie do zrównoważonego rozwoju Pojęcie zrównoważonego rozwoju zawiera w sobie elementy bardzo trudne do pogodzenia, takie jak zjawisko stopniowego osiągania stanu równowagi w świecie szybkich zmian, świadomość nieuniknionego balansowania między zagrożeniem a bezpieczeństwem, EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA i różnych jej przejawów, warto przyjrzeć się opinii Paula Willisa, że: KRÓTKO przyrodniczych. Zajęcia te powinny mieć charakter interdyscyplinarny. Mają one służyć utrwaleniu postawy naukowej uczniów wobec świata przyrody i pozwolić dostrzegać holistyczny charakter nauk przyrodniczych. Istotnym czynnikiem warunkującym właściwą realizację treści przedmiotu Przyroda będzie motywacja nauczyciela, jego chęć do wypróbowywania nowych pomysłów i zmiany dotychczasowych przyzwyczajeń programowych. Nie bez znaczenia, tak jak zawsze, będą czynniki osobowe: autonomiczność, samodzielność, krytycyzm, otwartość, umiejętności, pracowitość, świadomość innowacyjna i konkretne umiejętności. Czynnikiem ograniczającym może okazać się wiedza – zakres wiadomości oraz umiejętność doboru odpowiednich przykładów procesów i zjawisk do tematów lekcji o dużym stopniu interdyscyplinarności. Stajemy więc przed koniecznością pilnej odpowiedzi na pytanie: Jak kształcić nauczycieli Przyrody? Z drugiej strony, należy mieć nadzieję, że studenci kierunków przyrodniczych i nauczyciele przyrody to ludzie o szerokich horyzontach i licznych zainteresowaniach pozwalających im na podejmowanie nowych wyzwań edukacyjnych i samokształcenie. Istnieje pogląd, że centralnym problemem w edukacji jest przygotowanie uczniów i studentów do autonomicznego kształcenia się. To oznacza dawanie uczniom możliwości podejmowania ich własnych decyzji o sposobach uczenia się w momencie wyłaniania problemów. Z tej perspektywy może być cenniejsze, gdy nauczanie przyrody pozwala uczniom znaleźć – przynajmniej do jakiegoś stopnia, ich własny sposób uczenia się, co może sprawiać, że będzie to związane z indywidualną konstrukcją wiedzy. Z punktu widzenia szeroko pojętego procesu edukacyjnego, jaki ma miejsce za pośrednictwem Internetu i wybranych ogólnodostępnych źródeł popularno-naukowych oraz w kontekście edukacji permanentnej NAUKA 102 Opinie | Katarzyna Potyrała | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 103 Opinie | Katarzyna Potyrała | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 cesie rozwiązywania problemów związanych z ideą zrównoważonego rozwoju. Współczesne przestrzenie edukacyjne, takie jak muzea lub naturalne zasoby przyrody obok technologii informacyjnej, stanowią istotne wsparcie w doskonaleniu umiejętności komunikacji i mediacji przyrodniczej. Znajomość treści przypisywanych współcześnie zrównoważonemu rozwojowi jest niewystarczająca, a kultura przyrodnicza niska – wymaga to zastosowania strategii interwencyjnych na wszystkich etapach edukacji. W sensie ogólnym, za taką strategię można uznać powołanie do życia nowego przedmiotu szkolnego – Przyroda na poziomie ponadgimnazjalnym. W ramach tego przedmiotu należy dostrzegać szansę wychowania do kultury przyrodniczej i zrównoważonego rozwoju. Jest to ważniejsze od powielania ciągle tych samych wzorców edukacyjnych i utrwalania przyzwyczajeń nauczycieli w zakresie podejścia do programów kształcenia i wiedzy uczniów. NAUKA Podsumowanie SZKOŁA nie towarzyszy podejście kwestionujące, zrozumienie i refleksja ze strony młodych odbiorców (Skrzypek i Potyrała, 2012). Sytuacja ta nie koresponduje z zaleceniem „wpływu na strukturę programów nauczania oraz na metody nauczania, wymagając, by nauczający przestali być jedynie przekaźnikami, a uczący się jedynie odbiorcami” (Strategia Edukacji dla ZR, rozdz. IV, 28). Wydaje się zatem, że postulat aktywnego uczestnictwa (partycypacji) w procesie zdobywania wiedzy i kształtowania postaw oraz przetwarzania informacji w kontekście ich praktycznego wykorzystania w codziennym życiu jest słuszną drogą rozwoju koncepcji wychowania dla zrównoważonego rozwoju, a tym samym realizacji założeń programowych przedmiotu Przyroda. Aktywne włączanie uczniów w podejmowanie decyzji dotyczących lokalnego środowiska (współdziałanie, tożsamość kulturowa i tradycja lokalna) powinno być poparte nie tylko wiedzą deklaratywną, lecz też proceduralną, dotyczącą zależności między stanem środowiska a ekonomią, gospodarką i stosunkami społecznymi (sprawiedliwość społeczna, równość szans). Podejście określane przez Kimber i Wyatt-Smith (2006) mianem students-as-designers jest dobrym sposobem na aktywowanie uczniów do indywidualnego poszukiwania znaczeń i implikacji w kontekście idei zrównoważonego rozwoju. Okazuje się, że najsłabiej podejmowane aktywności w kontekście przetwarzania informacji wspomaganym narzędziami technologii informacyjnej to interpretacja danych, tworzenie koncepcji i sprawdzanie teorii, co świadczy o słabym przygotowaniu uczniów w zakresie myślenia krytycznego i alternatywnego oraz podejmowania decyzji (Skrzypek i Potyrała, 2012). W trakcie wychowania do zrównoważonego rozwoju wspomaganego narzędziami technologii informacyjnej należy zwracać większą uwagę na umiejętność komunikacji i znajomość praktyczną jej rodzajów (informacyjna, perswazyjna) oraz umiejętność doboru właściwych strategii dialogu w pro- Literatura Berlińska A, Kozłowska-Rajewicz B, Czapla M (2010). Zrównoważony rozwój upowszechnienie zagadnienia w podstawie programowej kształcenia ogólnego. W: Tuszyńska L, red. Edukacja środowiskowa w społeczeństwie wiedzy. Uniwersytet Warszawski, 2010: 277-289. Diec J (2011). Przyroda a cywilizacja. W: Kultura współczesna, nr 2. Girwidz R, Rubitzko T, Schaal S, Bogner FX (2006). Theoretical Concepts for Using Multimediain Science Eduaction. W: Science Education International. 2(17):77-93. Głutkowska-Polniak A (2011). Przyroda w ujęciu estetyki ekologicznej. W: Kultura Współczesna. 2. Kattmann U (2011). On the diversity of humans – scientific and educational considerations. W: Potyrała K, red. Annales Universitatis Paedagogicae Cracoviensis, Studia ad Didacticam Biologiae Pertientia I. Wydawnictwo Naukowe Uniwersytetu Pedagogicznego, EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO potrzeba konsumpcji i konieczność jej ograniczenia (Potyrała & Walosik, 2010). Zagadnienia dotyczące zrównoważonego rozwoju zawężane są często do zagadnień ochrony środowiska czy ekologii lub poruszane są jedynie w kontekście wybranych interakcji środowiskowych. Termin „zrównoważony rozwój” funkcjonuje też bardzo często jako „słowo wytrych”, a nie kluczowa koncepcja. Berlińska i wsp. (2010) proponują zestaw słów-kluczy, wskaźników lingwistycznych, których obecność świadczy o powiązaniach z ideą zrównoważonego rozwoju. Należą do nich m.in. takie słowa, jak: partycypacja, współdziałanie, sprawiedliwość społeczna, równość szans czy tożsamość kulturowa i tradycja lokalna. Słowa te wpisują się pośrednio w program nauczania Przyrody na IV poziomie edukacyjnym w ramach takich wątków tematycznych, jak np. „Dylematy moralne w nauce”, „Nauka w komputerze”, „Energia – od Słońca do żarówki”, „Sport”, „Technologie współczesności i przyszłości”, „Ochrona przyrody i środowiska” – trudno jednak doszukać się jednoznacznych, wymienionych wskaźników lingwistycznych w zapisie podstawy programowej dla tego przedmiotu kształcenia. Wydaje się więc, że podstawą wychowania do zrównoważonego rozwoju będzie umiejętność nauczycieli w zakresie interpretacji haseł podstawy programowej oraz doboru strategii, metod i form nauczania oraz środków dydaktycznych (mediów), które będą wsparciem dla tak rozproszonych treści nauczania i nośnikiem przekazów wychowawczych w zakresie zrównoważonego rozwoju. W literaturze zagadnienia wskazuje się głównie na media, jako środki edukacyjnych rekonstrukcji (Kattmann, 2011) i narzędzia do budowy modeli mentalnych oraz środki dydaktyczne wykorzystywane w trakcie nauczania sytuacyjnego (Girwidz i wsp. 2006). Badania wykazały, że uczniowie najczęściej są jedynie odbiorcami komunikatów popularyzujących pewne idee i poglądy. Jednokierunkowemu transferowi informacji 104 Opinie | Katarzyna Potyrała | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Potyrała K, Walosik A (2010). Strategie dialogu w edukacji dla zrównoważonego rozwoju. [W:] Kwatera A, Cieśla P, red. Rola i zadania dydaktyk przedmiotowych w kształceniu nauczycieli. Uniwersytet Pedagogiczny w Krakowie. Skrzypek W, Potyrała K (2012). Rola mediów w edukacji dla zrówno- ważonego rozwoju. W: Morbitzer J, Musiał E, red. Człowiek – Media – Edukacja. Wydawnictwo UP. Kraków: 528-541. Europejska Komisja Gospodarcza ONZ, Ministerstwo Środowiska (2008). Strategia Edukacji dla Zrównoważonego Rozwoju. Warszawa. ebis.ibe.edu.pl/nowaprzyroda Ź D W A R SP EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO SZKOŁA poradnik, odpowiedzi, pomysły, scenariusze NAUKA Kraków: 145-154. Kimber K, Wyatt-Smith C (2006). Using and creating knowledge with new technologies: a case for students as designers. Learning, Media and Technology. 1(31): 19-34. Popczyk M (2011). Przemyśleć przyrodę. W: Kultura współczesna. 2. Marcin Trepczyński Nareszcie ktoś to zrobił. Eskperyment za eksperymentem. Każdy ciekawy i z klarownym, a zarazem poprawnym merytorycznie wyjaśnieniem. To sprawia, że krótkie filmy z serii SciFun zamieszczane przez Dariusza Hoffmana na YouTube puszczane są przez niektórych nauczycieli na lekcjach. W jednym z filmów pokazuje, jakie są konsekwencje dużej pojemności cieplnej wody. Najpierw podpala pustą „siatę z Biedrony”, którą natychmiat ogarnia płomień. Chwilę później drugi eksperyment – nad świeczką umieszcza taką samą siatkę, ale napełnioną wodą, i to tak, że płomień jej dotyka. „Woreczek jest nietknięty”, a on na podgrzanej w nim wodzie robi sobie herbatę. Kolejny eksperyment – to samo, ale z zrobionym przez niego pojemnikiem, którego dno jest z papieru. Wreszcie zadaje intrygujące pytanie: „W takim razie co się stanie, jeśli wsadzę dłoń w taką oto rękawiczkę [pokazuje cienką gumową rękawicę], uzupełnię wodą i wsadzę do ognia?”. I mamy kolejny eksperyment, w którym dłoń uzbrojoną w ognioodporną rękawicę trzyma w płomieniu palnika. „OK., było wesoło, ale co się właściwie działo?” – pyta, i wyjaśnia. Jasno, prosto, poprawnie, dodając jeszcze dygresję, że nie ma czegoś takiego jak zimno (brak ciepła) lub ciemność (brak światła). Ale w jego filmach nie zawsze znajdziemy udane eksperymenty. Raz postanowił sprawdzić, czy nie oszukał nas autor filmu, na którym wata oblana klejem ulega samozapłonowi. Na serii doświadczeń pokazu- je, że owszem, temperatura oblanej super-klejem waty rzeczywiście bardzo wzrasta, ale nie aż tak, by nastąpił jej samozapłon. Ostatecznie Dariusz Hoffman uznał, że musiał zadziałać dodatkowy czynnik, co zdaje się potwierdzać łuna pojawiająca się na tym filmiku z prawej strony ekranu. Inne przykłady? Ekperymenty z zalewaniem zapalonej świecy dwutlenkiem węgla (m.in. spuszcza go na nią po poad metrowej zjeżdżalni), a następnie pływającym na dwutlenku węgla woreczkiem powietrza. Gdzie indziej – 5 eksperymentów z wodą, m.in. wyginanie jej strumienia za pomocą balonika naładowanego eletrycznie przez pocieranie. Czasem buduje bombę ciśnieniową wrzucając do coli mentosy. Innym razem tworzy ocean w butelce. Nie każdy eksperyment wychodzi, i nie jest to powód, by tego nie pokazać. Co jakiś czas można usłyszeć coś w rodzaju: „O fak, nie udało się”. Dzięki temu pryska mit naukowca doskonałego, u którego wszystko przebiega zgodnie z planem. A pan Dariusz zdobywa zaufanie i sympatię widza. Jest też wyjątek w postaci bardzo dobrego 5-minutowego wykładu na temat ocierający się o filozofię: czy kolory istnieją? Proste wyjaśnienie, kolejne ciekawe pytania i odpowiedzi z przykładami, a na koniec historyjka o Newtonie, który przeprowadził badanie umieszczając sobie igłę między kością a okiem, czego… – zaznacza – EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Eksperyment za eksperymentem – na YouTube i na lekcjach nie należy robić w domu, bo można wtedy nie obejrzeć następnego odcinka SciFuna. Przy okazji ważna informacja dla wszystkich zaniepokojonych o bezpieczeństwo dzieci, które postanowiłyby naśladować swojego „internetowego profesora”. Zdecydowanie podkreśla on, co jest niebezpieczne i czym grozi, a tam gdzie trzeba, stosuje wszelkie środki bezpieczeństwa. Bardziej więc rozbudza wyobraźnię co do niebezpieczeństw niż do niebezpiecznych sytuacji zachęca. Wszystkie odcinki są zrealizowane z niewymuszonym poczuciem humoru – Dariusz Hoffman jest sympatyczny, luźny, zabawny, a miejscami autoironiczny, gdy np. śmieje się ze swoich „wielkich pekaesów”. Sprawia to, że chyba mało kto nie ma ochoty na kilka następnych odcinków, a zarejestrowana oglądalność filmów mieści się zazwyczaj w widełkach: 200-600 tysięcy wyświetleń. Jeśli do tej pory nie przerwali Państwo czytania tego artykułu, by wejść na kanał: youtube.com/user/SciTeraz – zdecydowanie należy zrobić to już teraz. Na koniec jeszcze tylko kilka informacji o autorze. Nie jest przyrodnikiem z wykształcenia, lecz informatykiem, zafascynowanym fizyką i chemią. Podkreśla, że bardzo dokładnie sprawdza podawane informacje, bo wie, że błędy merytoryczne oznaczałyby śmierć całego projektu. W internecie można już znaleźć przeprowadzone z nim wywiady: • rozmowa Michała Fala w NaTemat.pl: http://natemat.pl/69763,darek-hofman-tworca-scifun-dzieci-sa-urodzonymi-naukowcami-pozniej-ich-ciekawosc-swiata-umiera-to-wina-nas-doroslych • mało profesjomnalna, ale też ciekawa rozmowa na GamesTube: http://www.youtube.com/watch?v=kB zhf5K2Y7c. Czy można się dziwić, że nauczyciele korzystają z jego filmów? Chyba nie. Co więcej, warto się do nich przyłączyć. SZKOŁA SciFun 105 KRÓTKO SciFun | Marcin Trepczyński | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Biologiczne klocki LEGO kontra rakotwórczy akryloamid Biologiczne klocki LEGO kontra rakotwórczy akryloamid tów. Wizytówką drużyny jest Wiki, na której należy regularnie umieszczać informacje m.in. o wynikach eksperymentów, przestrzeganiu zasad bezpieczeństwa, stworzonym oprogramowaniu czy społecznym oddziaływaniu projektu – Human Practice. W tym roku zespół tworzy ponad 20 osób: oprócz biotechnologów są w nim studenci informatyki, neuroinformatyki, bioinformatyki i biologii systemów oraz Międzyobszarowych Indywidualnych Studiów Matematyczno-Przyrodniczych. Instruktorami są w tym roku prof. dr hab. Jacek Bielecki i dr Radosław Stachowiak z Instytutu Mikrobiologii, dr Takao Ishikawa z Instytutu Biochemii, dr Roman Szczęsny i mgr Jakub Piątkowski z Instytut Genetyki i Biotechnologii. Studenci z Warsaw iGEM Team już szósty raz biorą udział w konkursie biologii syntetycznej iGEM. W ubiegłym roku zaprojektowali bakterię dostarczającej wybraną sekwencję DNA na teren komórki ludzkiej. W tej edycji zamierzają stworzyć bakteryjny biosensor do wykrywania rakotwórczego akryloamidu. iGEM to międzynarodowy konkurs biologii syntetycznej organizowany w Massachusetts Institute of Technology od 2003 r. W 2012 r. wzięło w nim udział ponad 3000 uczestników ze 190 drużyn z 34 państw. Najstarsza Polska drużyna Zmagania trwają 7 miesięcy, a większość pracy studenci wykonują w wakacje. Aby wygrać, trzeba wymyślić jak najbardziej innowacyjną bakteryjną „żywą maszynę”, Drużyna Uniwersytetu iGEM Warsaw Team powstała na Wydziale Biologii Uniwersytetu Warszawskiego w 2008 r. Dotąd zdobyła jeden złoty medal, dwa srebrne i dwa brązowe. W tym roku w ramach projektu FluoSafe – acrylamide sensor chcą przygotować świecący bakteryjny sensor wykrywający rakotwórczy akryloamid – związek, który powstaje m.in. podczas obróbki termicznej mięsa i słodyczy. Pracę rozpoczęli już w listopadzie, ponieważ pracy jest dużo. Oprócz pomysłu na innowacyjne zastosowanie technik biologii syntetycznej oceniane jest wiele dodatkowych elemen- Czym jest akryloamid? „Założenia konkursu są takie, aby przygotowywane projekty przyczyniały się do poprawy jakości życia na świecie. Chcemy, żeby po zakończeniu konkursu mogli z niego korzystać inni ludzie, nie tylko naukowcy i to dlatego postanowiliśmy stworzyć bakteryjny sensor wykrywający akryloamid” – powiedziała PAP członkini zespołu Anna Kotrys. W opisie projektu iGEM Warsaw Team na ich stronie można przeczytać, że: (...) akryloamid to niskocząsteczkowy heterocykliczny związek aromatyczny, który jest kancerogenem i neurotoksyną. W warunkach normalnych występuje jako biała, bezwonna substancja krystaliczna. Jest polarny bardzo dobrze rozpuszczalny zarówno w wodzie, metanolu czy etanolu. Jest bardzo reaktywnym związkiem organicznym posiadającym w swojej budowie sprzężone wiązanie podwójne oraz fragment amidowy. Akryloamid tworzy się w reakcji pomiędzy asparaginą i cukrami redukującymi (np.: glukoza czy laktoza) w wyniku tzw. reakcji Maillarda towarzyszącej reakcji karmelizacji powyżej 120⁰C. Z tego powodu występuje w dużych ilościach w żywności poddanej długotrwałej obróbce termicznej. Najwięcej akrylamidu jest w chipsach EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA Aleksandra Bartosik KRÓTKO Konkurs Biologii Syntetycznej iGEM 2013 posługując się wystandaryzowanymi fragmentami DNA tzw. BioBrics oraz narzędziami bioinformatycznymi i modelowaniem matematycznym. Dzięki temu realizują główny cel konkursu, jakim jest poszerzenie biblioteki BioBricks, zwanej Registry of Standard Biological Parts. Przez 10 lat trwania konkursu udało się w niej zgromadzić 9396 fragmentów DNA. Co ważne, są one dostępne dla każdego na podstawie wolnej licencji. Podczas zmagań uczestnicy (obecnie przede wszystkim studenci) mają okazję rozwijać swoją kreatywność i umiejętności planowania projektu naukowego i współpracy w grupie. To również doskonała okazja, by wymienić swoje doświadczenia z młodymi naukowcami z całego świata. Konkurs promuje także idee standaryzacji i inżynieryjnego podejścia w biologii. Ze względu na lawinowy wzrost zainteresowania konkursem zmagania składają się w tym roku z dwóch etapów tzw. Jamboree – regionalnego w Lyonie i światowego w Bostonie. Od tego roku są również trzy kategorie, w których można startować: dla liceów, studentów i przedsiębiorców. NAUKA 106 Biologiczne klocki LEGO kontra rakotwórczy akryloamid | Aleksandra Bartosik | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 R SENSO Studenci zamierzają tak zmodyfikować bakterię E.coli, by produkowała ludzką hemoglobinę, choć naturalnie nie ma takich właściwości. Toksyczny akryloamid podłącza się podjednostek α- i β-hemoglobiny, przez co w obecności fluoryzującego białka GFP (które również wiąże się w tym miejscu, lecz ma mniejsze powinowactwo do hemoglobiny) powoduje spadek jego świecenia. Dzięki temu młodzi naukowcy oszacują stężenia akryloamidu na podstawie obserwacji zmian natężenia fluorescencji. Aby zdolność zmodyfikowanych przez nich bakterii do wykrywania akryloamidu można było bezpośrednio przenieść na szkodliwy wpływ na komórki ludzkie przeprowadzone zostaną testy, m.in. na ludzkich komórkach HEK 293. Za pomocą mikroskopii świetlnej oraz konfokalnej zostaną ocenione zmiany w morfologii komórek. Studenci zamierzają też przeprowadzić testy aktywności reduktaz mitochondrialnych prowadzących w żywych i sprawnych metabolicznie komórkach. Następnie za pomocą narzędzi bioinformatycznych stworzony zostanie program przeliczający intensywność świecenia bakterii na cytotoksyczny wpływ na ludzkie komórki. Wraz z końcem sesji w czerwcu studenci rozpoczęli prace w trzech laboratoriach: mikrobiologicznym w Instytucie Mikrobiologii w Zakładzie Mikrobiologii Stosowanej, w genetycznym i w komórkowym w Instytucie Genetyki i Biotechnologii. „Teraz mamy cztery linie komórkowe. Obrazujemy jak akryloamid wpływa na mózg, na wątrobę, nerki i na kości. Badamy stężenia akryloamidu i sprawdzamy, jak one oddziałują na linie komórkowe, wyprowadzone tkanek tworzących powyższe narządy” – powiedziała Anna Kotrys. Ponadto udało im się zmodyfikować GFP, tak aby oprócz zielonej świeciło w trzech dodatkowych barwach m.in. na sinoniebiesko. Wiele projektów, które narodziły się podczas konkursu iGEM rozwija się potem jako niezależne startupy, na co zresztą liczą jego organizatorzy. Przykładowo drużyna z Cambridge rozwija idee świecących drzew i zbiera na ten cel fundusze przez crowdfundingowy portal Kickstarter. dawnictwa Naukowego napisali i zredagowali książkę elektroniczą pt.: „Geny i Maszyny. Opowieść o biologii syntetycznej”, dostępną od września na platformie ibuk. pl i rozprowadzoną wśród polskich licealistów na początku roku szkolnego. Aby jeszcze lepiej poznać opinię społeczeństwa na temat m.in. organizmów modyfikowanych genetycznie, patentowania genów czy bezpieczeństwa w biotechnologii na ulicach Warszawy nakręcili reportaż, który również można było obejrzeć na ich kanale na Youtube i profilu na Facebooku. Stworzyli także przeglądowe infografiki m.in. na temat konkursu iGEM, rozwoju biologii syntetycznej i biobezpieczeństwa. Biologia syntetyczna i bezpieczeństwo Kolejny element projektu to Human Practice. Jej celem jest budowanie dialogu między naukowcami i społeczeństwem oraz popularyzacja idei biologii syntetycznej. W tym roku warszawska drużyna położyła nacisk na kwestię biobezpieczeństwa i zwiększania społecznej świadomości roli jaką produkty inżynierii genetycznej odgrywają w medycynie, w przemyśle i w życiu codziennym. Studenci starali się dotrzeć przede wszystkim ludzi młodych, by w przyszłości mogli świadomie korzystać i decydować o wprowadzaniu pomysłów bioinżynierów w życie. Warsaw iGEM Team można było spotkać podczas Nocy Biologów na Wydziale Biologii UW, na Pikniku Naukowym Polskiego Radia czy w czasie Festiwalu Nauki. Pod patronatem Państwowego Wy- EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Bakteryjny sensor AMIDE ACRYL Wakacje w laboratorium SZKOŁA ziemniaczanych (16–30%), chrupkach ziemniaczanych (6–46%), kawie (13–39%), ciastach, ciastkach i herbatnikach (10–20%) oraz w pieczywie (10–30%). Duża ilość tego związku znajduje się także w smażonym mięsie i dymie papierosowym. Przyczynia się on do występowania m.in. nowotworów przewodu pokarmowego oraz uszkadza układ nerwowy. 107 KRÓTKO Biologiczne klocki LEGO kontra rakotwórczy akryloamid | Aleksandra Bartosik | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 108 Nowości ze świata nauki | Redakcja i Pracownia Przedmiotów Przyrodniczych IBE | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 ały: iotów gotow e prz y wnia Przedm z s e p o De c ra P cja i R e dak ch IBE dnic z y Prz yro Nowości ze świata nauki Szczepionki nowej generacji czeka jeszcze długa seria testów, ale jak podaje dyrektor generalny Vaxaas – David Hoey, oprócz oczywistej zalety w postaci eliminacji bólu w trakcie szczepienia, zastosowanie Nanopatch™ może w przyszłości znacznie obniżyć koszty produkcji i przechowywania szczepionek, ponieważ immobilizacja antygenów na mikroigłach wyeliminuje stosowanie znacznych ilości substancji dodatkowych. Ponadto, producenci nanoplastra twierdzą, że ze względu na stały stan skupienia substancji czynnych osadzonych na mikroigłach, szczepionek nie bę dzie trzeba przechowywać w niskich temperaturach. Marcin M. Chrzanowski, PPP Zdjęcie czubka tradycyjnej igły na tle nanoplastra pokrytego układem mikroigieł [2] Mikrofotografia powierzchni nanoplastra [3] SZKOŁA Szczepionka nowej generacji ma być podawana za pomocą nanoplastra, a nie w postaci zastrzyku. Wynalazcą tej metody jest profesor Mark Kendall z Instytutu Bioinżynierii i Nanotechnologii Uniwersytetu w Queensland. Wykonany z krzemu nanoplaster ma wymiary 1cm/1cm i pokryty jest układem mikroigieł z naniesioną uprzednio szczepionką (zdjęcia obok). W trakcie kontaktu ze skórą, mikroigły nanoplastra bezboleśnie wkłuwają się w warstwę naskórka i dostarczają antygeny do krwioobiegu (zdjęcie poniżej). Trudniejsze terminy: Mikrofotografia ukazująca nakłuwanie naskórka przez pojedynczą mikroigłę nanoplastra (kolor zielony). Kolory na fotografii uzyskane zostały w procesie obróbki komputerowej [4] Badania na myszach z użyciem szerokiej gamy antygenów wykazały, że użycie Nanopatch™ powodowało znacznie silniejsze reakcje odpornościowe u myszy niż użycie tradycyjnych szczepionek podawanych za pomocą igieł [5]. Dane uzyskane z testów na większych zwierzętach pozwolą na rozpoczęcie testów klinicznych tej metody szczepień. Opracowywany jest również aplikator nanoplastra oraz technologia optymalnego sposobu osadzania antygenów na mikroigłach. Immobilizacja polega na unieruchomieniu cząstek na stałej powierzchni lub w złożu. Antygen to czynnik, który aktywuje układ odpornościowy. Literatura [1] http://www.vaxxas.com/about-vaxxas. [2] http://medcitynews.wpengine.netdna-cdn.com/wp-content/ uploads/Vaxxas-nanopatch.jpg. [3] http://www.anff.org.au/sites/all/files/images/nanopatch14032011. jpg. [4] http://www.hpcimedia.com/images/website/ManChemNews/ DIR_12/F_16636.jpg. [5] http://medcitynews.com/2013/05/its-smaller-than-a-fingernail-but-this-needle-free-nanopatch-could-be-the-future-of-vaccines. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO Platforma BioSpectrum Asia-Pacific przyznała 18 marca br. nagrodę BioSpectrum Asia-Pacific Emerging Company of the Year Award (dla wyłaniającej się firmy roku) firmie biotechnologicznej Vaxxas, zajmującej się opracowywaniem szczepionek nowej generacji z zastosowaniem nanoplastra (Nanopatch™) zamiast standardowej igły [1]. NAUKA Nanoplaster jako alternatywa dla tradycyjnej szczepionki 109 Nowości ze świata nauki | Redakcja i Pracownia Przedmiotów Przyrodniczych IBE | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Daisy i jej smok Od momentu, gdy uwagę dziewczynki zwróciły wystające u podstawy klifu, odsłonięte przez erozję drobne kości, do chwili, gdy oficjalnie opisano nowy gatunek na łamach czasopisma PLoS ONE upłynęły ponad cztery lata. Dzisiaj dziewięcioletnia Daisy może nie tylko cieszyć się sławą odkrywczyni, ale też stała się bohaterką książki dla dzieci Daisy and the Isle of Wight Dragon (Daisy i smok w z wyspy Wight). Twórcą tej na poły fikcyjnej, na poły prawdziwej opowieści jest Martin Simpson, jeden z badaczy, który opisał znalezione przez dziewczynkę kości i zidentyfikował je jako należące do nowego gatunku. On sam również występuje w książce – jako Fossil Man (‘Człowiek od Skamielin’). Nie zawsze nazwa nawiązuje do podobieństwa w wyglądzie. Nowo odkryty podgatunek występującego w Ameryce Północnej królika błotnego nazwano Sylvilagus palustris hefneri na cześć Hugh Hefnera, założyciela Playboya, który na swój sposób od dziesięcioleci promuje „króliczki”. Częściej jednak nazwy nadawane są na cześć osób, które poświęciły się bardziej chwalebnym sprawom. Zaangażowani w ochronę przyrody wokalista Sting oraz aktor Harrison Ford zostali uhonorowani przez odkrywców rzekotki Hyla stingi i mrówki Pheido- Czasami zaś po prostu badacze nazywają nowo odkryte gatunki na cześć swoich idoli. Nazwy wielu trylobitów – morskich bezkręgowców zamieszkujących Ziemię od 520 do 250 mln lat temu – są hołdem dla znanych muzyków. Swoje trylobity, Aegrotocatellus jaggeri i Perirehaedulus richardsi, mają Mick Jagger i Keith Richards z The Rolling Stones, pięć gatunków z rodzaju Arcticalymene: A. cooki, A. jonesi, A. matlocki, A. rotteni i A. viciousi nazwano na cześć członków grupy Sex Pistols, a wśród przedstawicieli rodzaju Avalanchurus odnajdujemy nazwy będące wyrazem uznania dla duetu Simon & Garfunkel (A. simoni i A. garfunkeli) oraz Johna Lennona i Ringo Starra z The Beatles (A. lennoni i A. starri). Wojciech Grajkowski, PPP NAUKA Nie brakuje też jednak przykładów odwrotnej zależności, kiedy to ktoś już wcześniej cieszący się sławą użycza swojego nazwiska nowo odkrytemu organizmowi. Czasami uzasadnione jest to dostrzeżonym przez odkrywcę podobieństwem pomiędzy zwierzęciem a celebrytą. Chrząszcz Agra schwarzeneggeri ma silnie rozbudowany jeden z członów odnóży, co jego odkrywcom przywiodło na myśl potężne bicepsy Arnolda Schwarzeneggera. Inny chrząszcz, Agathidium vaderi, zawdzięcza swoją nazwę podobieństwu czarnego, błyszczącego pancerzyka do stroju Dartha Vadera z filmowej sagi Gwiezdne wojny. Na najwięcej pozwolił sobie chyba odkrywca muchówki Scaptia beyonceae. Swoją nazwę owad ten zawdzięcza bowiem końcówce odwłoka pokrytej złocistymi włoskami, który skojarzył się badaczowi z kształtami piosenkarki Beyonce Knowles i jej zamiłowaniem do błyszczących strojów scenicznych. le harrisonfordi, zaś aktorkę Angelinę Jolie, w uznaniu jej zasług na rzecz uchodźców, unieśmiertelniono w nazwie pająka Aptostichus angelinajolieae. SZKOŁA Vectidraco daisymorrisae był żyjącym przed 125 milionami lat pterozaurem wielkości gołębia. Pterozaury (od greckiego pterosaurus – ‘skrzydlata jaszczurka’) to latające gady, niezaliczane do dinozaurów, które zamieszkiwały Ziemię od późnego triasu do końca kredy (220 do 65 mln lat temu). Łacińska nazwa rodzaju Vectidraco oznacza ‘smoka z wyspy Wight’, zaś epitet gatunkowy daisymorrisae nadano, aby uhonorować Daisy Morris – jego młodą odkrywczynię. Nagłośniona przez media historia Daisy Morris pokazuje, jakie niezwykłe konsekwencje może mieć naturalna u dzieci ciekawość świata i niepohamowana potrzeba ciągłego zadawania pytania „A co to?”. Jest też przykładem na to, jak nazwanie gatunku na cześć jakiejś osoby może uczynić ją sławną. Literatura Naish D, Simpson M, Dyke G (2013). A New Small-Bodied Azhdarchoid Pterosaur from the Lower Cretaceous of England and Its Implications for Pterosaur Anatomy, Diversity and Phylogeny, PLoS ONE. 8(3):e58451. Wolny dostęp: http://www.plosone.org/ article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0058451. Erwin TL (2002). The Beetle Family Carabidae of Costa Rica: Twenty-nine new species of Agra Fabricius 1801 (Coleoptera: Carabidae, Lebiini, Agrina). Zootaxa. 119: 1-68. http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_organisms_named_after_famous_people. http://www.curioustaxonomy.net/etym/people.html. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 KRÓTKO Kiedy podczas wakacyjnego spaceru po plaży natrafi się na ładny kawałek bursztynu, można mówić o szczęściu. O wielkim szczęściu należy mówić natomiast, jeśli natknie się na kości nieznanego wcześniej nauce pterozaura. To właśnie przytrafiło się pięcioletniej Daisy Morris przechadzającej się z rodzicami wybrzeżem brytyjskiej wyspy Wight. Nowoodkryty gatunek nazwano na jej cześć Vectidraco daisymorrisae (Naish, Simpson i Dyke, 2013) i nie jest to wcale najniezwyklejsza spośród wielu nazw nadanych zwierzętom na czyjąś cześć. Nowości ze świata nauki | Redakcja i Pracownia Przedmiotów Przyrodniczych IBE | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 110 iKnife – nóż chirurgiczny wykrywający raka Wynalazca iKnife’a, dr Zoltán Takáts, od dawna szukał sposobu na rozwiązanie tego problemu i znalazł go w postaci elektrycznego noża chirurgicznego połączonego ze spektrometrem masowym. Kiedy chirurdzy przecinają tkanki za pomocą klasycznego noża elektrochirurgicznego, generującego prąd o wysokiej częstotliwości, tkanka pod wpływem wysokiej temperatury ulega kauteryzacji, co minimalizuje krwawienie. W trakcie zabiegu powstają opary bogate w jony, które są zwykle odprowadzane przez rurkę, aby zapobiec wdychaniu ich przez chirurgów. Dr Takáts wpadł na pomysł, aby użyć tych oparów jako źródła jonów do badania składu che- iKnife wciąż jest w fazie testów klinicznych i nie będzie dostępny komercyjnie przynajmniej do następnego roku, jednak dotychczasowe wyniki testów tego urządzenia są tak pozytywne, że kiedy wejdzie ono do sprzedaży, to będzie można mówić o przełomie w operacyjnym leczeniu raka. Dzięki niemu operacje będą krótsze Brytyjscy naukowcy opublikowali w czasopiśmie Science Translational Medicine wyniki testów ex vivo nowego urządzenia, przeprowadzone na próbkach pochodzących z ludzkich tkanek (żołądka, jelit, płuc, wątroby, piersi i mózgu). Na podstawie tkanek pobranych od 302 pacjentów stworzono bazę danych zawierającą profile 1624 tkanek nowotworowych oraz 1309 tkanek zdrowych. Nową technologię poddano następnie testom w trakcie 81 operacji usuwania różnych postaci nowotworów, dołączając iKnife do sprzętu elektrochirurgicznego normalnie wykorzystywanego na salach operacyjnych. Spektrometria mas REIMS okazała się być dobrą metodą analizy tkanek, pozwalającą na trafne rozróżnienie w czasie rzeczywistym tkanek zdrowych i patologicznie zmienionych. Identyfikacja tkanek tą metodą była w 100% iKnife testowany na tkankach pochodzenia zwierzęcego zgodna z pooperacyjną diagŹródło: http://assets.inhabitat.com/wp-content/blogs.dir/1/files/2013/07/iknife-scalpel-sniffs-out-cancer-537x407.jpg. nozą histologiczną przepro- EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA wadzoną dla wszystkich 81 próbek. Uzyskane profile histopatologiczne tkanek nowotworowych miały inną charakterystykę lipidową niż tkanki zdrowe, ponadto widma masowe pozwalały określić typ histologiczny raka oraz różnice między guzami pierwotnymi i wtórnymi (z przerzutów) nowotworów złośliwych. SZKOŁA Każdego roku u blisko 700 tysięcy kobiet w Europie i Stanach Zjednoczonych diagnozowany jest rak piersi. Połowa z nich przechodzi operację, w której chirurdzy starają się usunąć nowotwór z zachowaniem jak największej ilości zdrowych tkanek. Niestety, chirurdzy mają często trudności z wyznaczeniem dokładnych granic guza, a jeśli nie są pewni, czy dany fragment wyciąć, muszą go poddać biopsji. Na wyniki analizy laboratoryjnej trzeba czekać od 20 minut do godziny, podczas gdy pacjenci przez cały ten czas leżą znieczuleni na stole operacyjnym. Nawet najlepszym chirurgom zdarza się przeoczyć fragmenty zrakowaciałej tkanki, przez co w 10–20% przypadków operację trzeba powtarzać. micznego tkanek za pomocą spektrometrii mas, a następnie porównać je z bazą danych tkanek nowotworowych i zdrowych. Wymagało to opracowania nowej metody spektrometrii mas, służącej do analizy cząsteczek zawartych w oparach, którą zespół Takátsa nazwał rapid evaporative ionisation mass spectrometry (REIMS) ze względu na metodę jonizacji cząsteczek polegającą na szybkim odparowaniu. KRÓTKO Naukowcy z Imperial College w Londynie opracowali inteligentny nóż chirurgiczny o nazwie „iKnife”, który w ciągu trzech sekund rozpoznaje tkankę nowotworową. Urządzenie pozwala na bieżąco odróżnić tkanki zdrowe od zmienionych przez nowotwór, dzięki czemu chirurdzy są w stanie całkowicie usunąć wszystkie chore tkanki bez nadmiernego wycinania tkanek zdrowych (Balog i wsp., 2013). 111 Nowości ze świata nauki | Redakcja i Pracownia Przedmiotów Przyrodniczych IBE | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Balog J, Sasi-Szabó L, Kinross J, Lewis MR, Muirhead LJ, Veselkov K, Mirnezami R, Dezsõ B, Damjanovich L, Darzi A, Jeremy K. Nicholson JK,and Takáts Z (2013). Intraoperative Tissue Identification Using Rapid Evaporative Ionization Mass Spectrometry. Sci. Transl. Med., 5:194ra93. DOI: 10.1126/scitranslmed.3005623. http://www3.imperial.ac.uk/newsandeventspggrp/imperialcollege/ newssummary/news_17-7-2013-17-17-32. http://www.rsc.org/chemistryworld/2013/07/intelligent-knife-smokes-cancer-mass-spectroscopy. http://phenomena.nationalgeographic.com/2013/07/17/smart-knife-helps-surgeons-cut-cancer. Każdy z nas na pewno doświadczył zarażenia się ziewaniem. Już wcześniej wiadomo było, że zjawisko to zależy od stopnia zażyłości między ludźmi. Inaczej mówiąc, łatwiej możemy zarazić się ziewaniem od członka rodziny niż od zupełnie obcej nam osoby. Ale dopiero w sierpniu tego roku wykazano, że psy zachowują się dokładnie tak samo, jak ludzie. I to nie w odniesieniu do innych psów z najbliższego otoczenia, ale w odniesieniu do człowieka. Uczeni z Uniwersytetu Tokijskiego przeprowadzili doświadczenia, w trakcie których przebadali psy mieszkające na co dzień w domach i mieszkaniach razem z ludźmi. Okazało się, że psy znacznie częściej ziewały, gdy zobaczyły ziewającego właściciela, a wcale nie reagowały na tak samo zachowujących się obcych ludzi. Nowym i ważnym elementem przeprowadzonych przez Japończyków badań był ciągły pomiar tętna u psów w trakcie eksperymentu. Psy znane są bowiem z tego, że na stres reagują właśnie ziewaniem. Uczeni udowodnili, że przez cały czas trwania badań, psy – niezależnie od tego, czy widziały ziewającego właściciela, czy obcą osobę – pozostawały w takim samym nastroju. Dzięki temu można było wykazać, że reakcja psa na ziewanie właściciela jest zachowaniem wynikającym z empatii. Badacze podkreślają, że wyniki badań mogą mieć nawet wymierne korzyści przy wyborze psa, który ma współpracować z człowiekiem, np. jako przewodnik osób niewidomych. Lepiej przecież wybrać do takich zadań empatycznego psa! Warto też wspomnieć o innych, przyjaznych ludziom zwierzętach. Nie od dziś wiadomo, że delfiny są społecznymi i inteligentnymi zwierzętami. Często słyszy się również o tym, że porozumiewają się one między sobą wydając charakterystyczne dźwięki o wysokich częstotliwościach. Jednak dopiero ostatnio brytyjscy naukowcy odkryli, że w przeciwieństwie do wielu zwierząt, delfiny kierują swój komunikat do określonego osobnika wołając go po imieniu. Okazało się, że delfiny potrafią opatrzeć komunikat serią dźwięków odnoszących się do określonego osobnika. Zwierzęta te nie potrafiły jednak skierować swojego komunikatu do nieznajomego osobnika pochodzącego z innej populacji. Badania japończyków i brytyjczyków to naukowy opis tego, co niby każdy z nas wie – potrafimy nazwać znajomego, umiemy lepiej wyczuć emocje bliskiej nam osoby. Kto by się spodziewał, że to dotyczy także psów czy delfinów? Takao Ishikawa Literatura Romero T, Konno A, Hasegawa T (2013). Familiarity bias and physiological responses in contagious yawning by dogs support link to empathy. PLoS ONE 8(8):e71365. King SL, Janik VM (2013). Bottlenose dolphins can use learned vocal labels to address each other. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 110(32):13216-13221. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 NAUKA Literatura Mogłoby się wydawać, że pewne zachowania pozwalają postawić wyraźną granicę między światem ludzi i pozostałych zwierząt. Współczesna biologia to nie tylko badanie genów i białek, ale też coraz lepsze poznawanie świata zwierząt, dlatego w tym numerze postanowiłem przytoczyć najnowsze badania, które zmuszają nas do zastanowienia się, czy rzeczywiście jesteśmy aż tak bardzo wyjątkowi. SZKOŁA Małgorzata Musialik, PPP Czy tak bardzo różnimy się od zwierząt? KRÓTKO i bardziej efektywne, ponieważ użycie inteligentnego noża zminimalizuje ryzyko pozostawienia jakichkolwiek komórek nowotworowych i konieczność wykonywania kolejnych zabiegów operacyjnych. 112 Chemia między nauczycielami i naukowcami | Jolanta Sawicka | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Chemia między nauczycielami i naukowcami Idea konferencji Głównym celem konferencji jest przekazanie nauczycielom w atrakcyjnej formie aktualnej, różnorodnej wiedzy i umiejętności z zakresu chemii bezpośrednio przez naukowców z ośrodków naukowych z całej Polski. Jest to m.in. odpowiedź na potrzeby zgłaszane przez Jolanta Sawicka nauczycieli z województwa pomorskiego. W ostatnich latach zapotrzebowanie dotyczyło m.in. zagadnień Cykl konferencji z zakresu chemii organizowanych wprowadzonych przez nową podstawę programową dla od 10 lat w Gdańsku to doskonała szansa na wspólne szkół ponadgimnazjalnych. działania nauczycieli i naukowców z uczelni wyższych Nie chodzi tu jednak tylko o przekazanie wiedzy oraz na uzyskanie przez nauczycieli wiedzy przydatnej czysto teoretycznej. Organizatorzy – Centrum Eduw realizowaniu nowej podstawy programowej. Prezenkacji Nauczycieli w Gdańsku oraz tamtejszy Oddział tujemy tu główną ideę tej inicjatywy oraz krótki raport Gdański Polskiego Towarzystwa Chemicznego, a także z dziesiątej już konferencji, która odbyła się 11 czerwca Wydział Chemii Uniwersytetu Gdańskiego i Wydział 2013 r. pod hasłem „Chemia ma wiele twarzy” i na któChemiczny Politechniki Gdańskiej – kładą nacisk na rej znalazły się takie zagadnienia jak bioterroryzm czy praktyczne aspekty nauczania chemii organizując zajędoping i eliksiry młodości. cia warsztatowe dla nauczycieli. Ponadto, celem organizatorów jest nawiązanie bezpośrednich kontaktów pomiędzy nauczycielami a pracownikami naukowo-dydaktycznymi z polskich uczelni. Jest to jedna z misji gdańskiego Centrum Edukacji Nauczycieli. Dzięki takim kontaktom organizowane są wykłady i zajęcia laboratoryjne dla uczniów i nauczycieli w szkołach i na uczelniach. Współpraca taka owocuje też atrakcyjnymi i – co ważne – efektywnymi formami przygotowania uczniów do matury, konkursów i olimpiad chemicznych. Historię organizowanych od 10 lat konferencji przedstawił w tegorocznych materiałach konferencyjnych „Tytułem wstępu” prof. dr hab. inż. Jacek Namieśnik, kierowProf. dr hab. inż. Lech Chmurzyński, prof. dr hab. inż. Jacek Namieśnik. nik Katedry Chemii Analitycznej WydziaKonferencja – czerwiec 2013 r. Konferencja „Chemia ma wiele twarzy” Na tegorocznej, jubileuszowej konferencji, którą otworzył jej główny organizator prof. dr hab. inż. Lech Chmurzyński, Prezes OG PTChem, wystąpiło pięciu profesorów chemii z Gdańska, Poznania i Wrocławia. Po ich wykładach zaprezentowano nowości w dydaktyce chemii oraz zaproszono uczestników na sesję posterową. W wydarzeniu wzięło udział 120 pracowników naukowo-dydaktycznych i nauczycieli. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 SZKOŁA łu Chemicznego Politechniki Gdańskiej. Podkreślił, że przyjęta struktura konferencji od lat jest taka sama: oprócz wykładów przygotowanych przez specjalistów – dydaktyków i wybitnych chemików – odbywają się sesje posterowe z udziałem pracowników naukowych z różnych ośrodków akademickich, doktorantów, studentów i nauczycieli. Przypomniał, że na pierwszych dziewięciu konferencjach w części popołudniowej prowadzono wykłady z pokazem doświadczeń dla nauczycieli i uczniów, które przygotowywały zespoły dydaktyków i eksperymentatorów na Wydziale Chemicznym Politechniki Gdańskiej. KRÓTKO Uczestnicy tegorocznej konferencji NAUKA – konferencje w Gdańsku Uczestnicy tegorocznej konferencji ła historię niebieskich pigmentów, które wzbudziły ogromne zainteresowanie, a następnie produkcji papieru i czcionki przeznaczonej do składu tekstów. Omówiła też wpływ chemii na rejestrację dźwięków. Podkreśliła też znaczenie chemii w rozwoju techniki komputerowej. Podsumowują, prof. Becker stwierdziła: „Warto pamiętać, że ten sam pierwiastek, jako składnik kwarcu i jego zanieczyszczonej formy – krzemienia – służył przed wieloma tysiącami lat naszym odległym przodkom do wyrabiania narzędzi. I to był początek naszej długiej drogi”. stające zastosowanie np. w farmakologii i terapii wielu schorzeń. Na koniec przywołał opinię Kenji Uneyama, znanego badacza w zakresie związków fluoroorganicznych: „Fluor to mały atom o bardzo dużym ego”. „I to jest pasjonujące” – podsumował. Z kolei wiadomości o składzie, właściwościach i sposobach wytwarzania napojów alkoholowych przedstawił prof. dr hab. Marek Kwiatkowski z Uniwersytetu Gdańskiego w wykładzie „Chemia wyskokowa”. Według niego prezentowanie zagadnień chemicznych w kontekście realiów życia codziennego jest atrakcyjną formą popularyzacji chemii, która w istotny sposób może poprawić raczej negatywny stosunek do tej dyscypliny, kreowany przez potoczną opinię publiczną. Po części wykładowej, podobnie jak w latach ubiegłych, odbył się występ zespołu muzycznego z XIX liceum Ogólnokształcącego w Gdańsku. SZKOŁA Z kolei prof. dr hab. inż. Paweł Kafarski z Politechniki Wrocławskiej w niezwykle ciekawy sposób zaprezentował zagadnienie bioteroryzmu, który na przełomie XX i XXI wieku stał się jednym z najgroźniejszych dla ludzkości zjawisk. Wskazał, że nieustannie rozwijane są technologie związane z produkcją broni biologicznej. Podał, że broń taką posiada około 20 państw, dysponując zarazem środkami jej przenoszenia. W wykładzie „Doping i eliksiry młodości” prof. dr hab. inż. Aleksander Kołodziejczyk z Wydziału Chemicznego Politechniki Gdańskiej omówił różne rodzaje form dopingu stosowanego przez sportowców. Zwrócił uwagę, że w drugiej połowie XX wieku w zasadniczy sposób zwiększył się asortyment środków dopingujących, ponieważ oprócz anabolików steroidowych i stosowanych uprzednio alkaloidów wprowadzono nowe, nie tylko farmakologiczne, sposoby stymulowania sportowców. Profesor podał podział środków i sposobów dopingu i wymienił te najpopularniejsze. Poinformował, że w niektórych dyscyplinach sportowych aż 90% sportowców stosuje takie środki. Prof. Kołodziejczyk podjął też temat uniwersalnych stymulatorów i eliksirów młodości, np. melatoniny i DHEA. Stwierdził, że przyjmowanie takich eliksirów może się odbywać jedynie na własne ryzyko, gdyż dotychczas nie są znane skutki ich długotrwałego działania. Natomiast prof. dr hab. Henryk Koroniak z Wydziału Chemii Uniwersytetu Adama Mickiewicza w Poznaniu w wykładzie „Chemia związków fluoroorganicznych” przedstawił rolę i wykorzystanie organicznych związków fluoru. Zwrócił uwagę na występowanie dużej gamy związków fluoru – np. freonów, które pojawiły się w latach 20. ubiegłego stulecia, przypominając zarazem, że już w latach 90. opublikowano wyniki badań dowodzące, że emisja freonów do atmosfery powoduje niszczenie warstwy ozonowej. Wskazał też, że związki fluoru mają obecnie ogromne i coraz bardziej wzra- KRÓTKO Jaką rolę odegrała chemia w rozwoju ludzkości? Opowiedziała o tym w pierwszym wykładzie prof. dr hab. inż. Barbara Becker z Wydziału Chemicznego Politechniki Gdańskiej w wykładzie „Chemia w kulturze i nauce”. Pokazała znaczenie chemii m.in. w zdobnictwie ceramiki, kolorystyce malowideł. Przywoływa- NAUKA 113 Chemia między nauczycielami i naukowcami | Jolanta Sawicka | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Występ chóru z XIX LO w Gdańsku W części posterowej konferencji zaprezentowane zostały 42 plakaty o różnorodnej tematyce, przygotowane przez pracowników naukowo-dydaktycznych wyższych uczelni oraz nauczycieli gimnazjów i szkół ponadgimnazjalnych. Dotyczyły one zarówno proble- EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 Materiały i koszty Uczestnicy konferencji otrzymują wcześniej opracowane materiały, publikowane w formie książkowej, które zawierają streszczenia wykładów, komunikatów i posterów. W konferencjach biorą też udział wydawnictwa edukacyjne, które wręczają nauczycielom nowości wydawnicze, w szczególności do nauczania zgodnie z nową podstawą programową. Koszty konferencji pokrywają wyższe uczelnie, Centrum Edukacji Nauczycieli w Gdańsku, wydawnictwa edukacyjne i inni sponsorzy. Informacje na ich temat publikowano na łamach czasopisma „Orbital” i Wydawnictwach CEN pt. „Edukacja pomorska”. Według opinii dyrektorów szkół i nauczycieli konferencje te stały się cenną formą edukacji i stanowią ważną formę wyzwalania inicjatyw, potrzebną do podniesienia jakości nauczania. Informacje o takim sposobie realizacji współpracy między uczelniami wyższymi i szkołami przedstawiano na Ogólnopolskich Zjazdach Polskiego Towarzystwa Chemicznego. Zainspirowały one do podobnych przedsięwzięć wiele innych ośrodków metodycznych w Polsce. dr Jolanta Sawicka Polskie Towarzystwo Chemiczne Oddział Gdańsk SZKOŁA mów naukowych, jak i związanych z wieloma formami edukacji, realizacji nowej podstawy programowej w szkołach ponadgimnazjalnych, projektów edukacyjnych prowadzonych w szkołach. Stwarza to możliwość zapoznania się z wybraną problematyką wielu dziedzin chemii przedstawionych w atrakcyjnych formach poglądowych. 114 KRÓTKO Znaczenie konferencji W ramach cyklu zorganizowano dotychczas konferencję pod następującymi hasłami: • 8.06.2004 r. – Polska chemia w Unii Europejskiej • 6.06.2005 r. – Problemy i wyzwania w edukacji chemicznej • 1.06.2006 r. – Eksperyment w nauczaniu chemii • 5.06.2007 r. – Zrozumieć chemię • 5.06.2008 r. – Chemia ciekawa i przyjemna • 9.06.2009 r. – Chemia żywi i ubiera • 8.06.2010 r. – Chemia dla zdrowia i urody • 7.06.2011 r. – Kobiety w chemii • 5 .06.2012 r.- Nie boimy się chemii • 11.06.2013 r. – Chemia ma wiele twarzy NAUKA Chemia między nauczycielami i naukowcami | Jolanta Sawicka | EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013 Tom konferencyjny, zawierający m.in. teksty wystąpień oraz krótkie informacje posterowe na różne ciekawe tematy EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA | ebis.ibe.edu.pl | [email protected] | © for the article by the Authors 2013 © for the edition by Instytut Badań Edukacyjnych 2013 VI V IV III II I Grupa F E D C B a) Jakie gazy powodują zmiany klimatu Ziemi? b)Co się stanie z energetyką wodną w Europie Południowej jeśli klimat dalej się będzie ocieplał? A Powodzenia! Jeśli już zdecydujecie się na działania, naciśnijcie przycisk końca tury w lewym dolnym rogu. Zobaczycie rezultaty Waszych działań – może się okazać, że stracicie wpływ w jakiś regionach albo zyskacie dodatkowe poparcie. W trakcie rozgrywki notujcie zagrania, które miały najlepszy efekt w Waszych próbach. Dane statystyczne znajdziecie pod ikoną kółka w prawym górnym rogu. Jeśli udało się zrekrutować agentów, na mapie w lewym górnym roku będą dostępne regiony. Po kliknięciu w nie będziecie mogli realizować różne programy. Możecie realizować tyle programów ilu macie agentów w danym regionie. Różne programy są oznaczone kołami w różnych kolorach. Fundamentem Waszych działań są pracownicy (opcja ich rekrutacji jest w prawym górny rogu ekranu). Po jej kliknięciu otworzy się mapa – należy nacisnąć plus przy wybranym przez Was regionie i potwierdzić przyciskiem recruit. Uwaga: rekrutacja kosztuje a musicie sobie zostawić fundusze na działanie (najlepiej ok. 60% gotów dostępnej na początku – patrz w lewym górnym roku ekranu). Do ekranu głównego wracacie klikając ikonkę Ziemi w lewym górnym rogu. Jakie działania związane działaniami politycznymi (symbol czarny) były najskuteczniejsze w wybranych przez Was regionach? Jakie działania związane z gospodarką zasobami naturalnymi (symbol żółty) były najskuteczniejsze w wybranych przez Was regionach? Jakie działania związane działaniami społecznymi (symbol czerwony) były najskuteczniejsze w wybranych przez Was regionach? Problem do dyskusji: Jakie projekty (symbol tęczowy w grze) były najskuteczniejsze w wybranych przez Was regionach? Jakie działania związane z ochroną środowiska (symbol zielony) były najskuteczniejsze w wybranych przez Was regionach? Jakie działania związane z rozwojem techniki (symbol niebieski) były najskuteczniejsze w wybranych przez Was regionach? c) Jesteście zespołem ONZ doradzającym władzom Japonii. W jaki sposób można zwiększyć bezpieczeństwo wybrzeży? c) Jesteście zespołem ONZ doradzającym władzom Brazylii. Jakie będą skutki wycinania lasów tropikalnych? Co byście doradzili władzom Brazylii, aby uratować Amazonię przed zmianami klimatu? Kto byłby Waszym sojusznikiem a kto by się Wam przeciwstawiał? c) Jesteście zespołem ONZ doradzającym władzom Chin. Jakie główne problemy zdrowotne będą stały przed Chinami? Co można zrobić, aby je zminimalizować? c) Jesteście zespołem doradzającym prezydentowi RPA. W jaki sposób dopasowalibyście rolnictwo do zmian klimatycznych? Kto byłby Waszym sojusznikiem a kto by się Wam przeciwstawiał? Problem do dyskusji: c) Jesteście zespołem doradzającym Unii Europejskiej. Jakie rozwiązania byście zaproponowali, aby zapobiec deficytowi energii w Europie? Kto byłby Waszym sojusznikiem a kto by się Wam przeciwstawiał? c) Jesteście zespołem doradzającym prezydentowi Nigerii (tropikalne państwo Afrykańskie). W jaki sposób uchronilibyście ludność Nigerii przed zmianami klimatycznymi. Kto byłby Waszym sojusznikiem a kto by się Wam przeciwstawiał? Wprowadzenie (wspólne dla wszystkich) Wcielacie się w rolę przywódcy specjalnego departamentu ONZ. Waszym zadaniem jest łagodzenie skutków zmian klimatu. a) Opisz w trzech punktach wpływ zmian klimatycznych na gospodarkę wodną b)Ilu ludzi w Afryce będzie narażonych na brak wody w związku ze zmianami klimatycznymi? a) Co to jest wymuszenie radiacyjne? b)O ile mogą się zmniejszyć plony w nienawadnianych obszarach Afryki jeśli klimat dalej się będzie ocieplał? a) Opisz w trzech punktach najważniejsze procesy słoneczne wpływające na zmianę klimatu Ziemi. b)Jakie problemy zdrowotne w Azji będą związane z ociepleniem klimatu? a) Opisz w trzech punktach wpływ zmian klimatycznych na ekosystemy? b)Co się stanie z lasami tropikalnymi Ameryki Południowej jeśli klimat dalej będzie się ocieplał? a) Opisz w trzech punktach wpływ zmian klimatycznych na wybrzeża morskie. b)Jaki wpływ na wybrzeża Japonii może mieć zmiana klimatu? Pytania: Grupa Zadania do lekcji (M. Zaród) EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013, załącznik | © for the by the Authors and Instytut Badań Edukacyjnych 2013 Materiały źródłowe do lekcji (U. Poziomek, I. Żeber-Dzikowska) Rys. 1. Budowa anatomiczna tętnicy i żyły Rys. 2. Budowa naczyń włosowatych Źródło http://www.womkat.edu.pl/files/standaryzacja/grupa70/uklad/typy_naczy_krwiononych2.html Źródło: http://www.womkat.edu.pl/files/standaryzacja/ grupa70/uklad/typy_naczy_krwiononych1.html Tekst źródłowy 1 Miażdżyca jest chorobą ściany naczyniowej o złożonej patogenezie. Badania wykazały, że w jej rozwoju podstawową rolę pełni stan zapalny. Proces ten ma istotne znaczenie na każdym etapie rozwoju choroby. Najnowsze badania wykazały, że zasadniczą rolę w powstawaniu i rozwoju miażdżycy odgrywają reakcje związane z procesem zapalnym. Istotą miażdżycy jest gromadzenie się cholesterolu i elementów włóknistych w błonie wewnętrznej tętnic. Zapobieganie rozwojowi miażdżycy wiąże się ze stylem życia, w tym z odpowiednią dietą. Ze względu na dużą zawartość tłuszczów nasyconych zaleca się unikanie tłustych gatunków mięs, takich jak baranina, tłusty drób – kaczki, gęsi. Natomiast produktami, których spożycie powinno wzrosnąć, są ryby, szczególnie ryby morskie. Również ważnymi produktami są warzywa i owoce, które powinno się jadać 5 razy dziennie. Niewskazane jest smażenie, duszenie czy pieczenie z dodatkiem tłuszczu. Zamiast tego polecane jest gotowanie, duszenie czy pieczenie bez uprzedniego obsmażania, np. w folii aluminiowej, rękawie, naczyniu żaroodpornym. Źródło: ,,Edukacja Biologiczna i Środowiskowa’’ nr 1(13)/2005, Tekst źródłowy 2 Arterioskleroza (miażdżyca, stwardnienie tętnic) – choroba o podłożu zapalnym; dotyczy głównie tętnic wieńcowych, przyczyna ok. 1/3 zgonów. Spowodowana zwężeniem i stwardnieniem naczyń krwionośnych poprzez postępujące powstawanie tzw. blaszki miażdżycowej. Dotyczy głównie osób z tzw. grupy podwyższonego ryzyka tj. starszych, z podniesionym poziomem chole- Prace U. Poziomek powstają w ramach realizowanego przez Instytut Badań Edukacyjnych projektu Badanie jakości Zadanie powstało w ramach realizowanego przez Instytut Badań Edukacyjnych projektu Badanie jakości i efektywności edukacji i efektywności edukacji oraz instytucjonalizacja zaplecza badawczego, współfinansowanego ze środków oraz instytucjonalizacja zaplecza badawczego, współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego. Europejskiego Funduszu Społecznego. Rys. 3. Ciśnienie krwi w różnych naczyniach krwionośnych Źródło: http://www.womkat.edu.pl/files/standaryzacja/grupa70/uklad/cinienie_krwi_w_rnych_typach_naczy_krwiononych.html sterolu – zwłaszcza „złego” (LDL), osób z nadwagą, cukrzyków, osób palących i z nadciśnieniem tętniczym. (…) Z reguły rozpoczyna się od uszkodzenia ściany naczynia przez utlenione cząsteczki LDL i zapoczątkowania w tym miejscu procesu zapalnego z udziałem odpowiednich komórek układu odpornościowego. Napływające makrofagi, naciekając uszkodzone miejsce, pochłaniają cząsteczki tłuszczu, przekształcając się w tzw. komórki piankowate, które wydzielając szereg mediatorów zapalenia i czynników wzrostowych powodują powiększanie się blaszki miażdżycowej. (…) Tętnice stają się twarde i nieelastyczne. Na skutek zwężenia dochodzi do wzrostu ciśnienia tętniczego, co często prowadzi do oderwania fragmentu blaszki miażdżycowej i w konsekwencji zatkania mniejszych naczyń. (…) Źródło: Encyklopedia Biologia, Wydawnictwo Greg, Kraków, 2012 EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013, załącznik Karta pracy do lekcji (U. Poziomek, I. Żeber-Dzikowska) Załącznik nr 2 – karta pracy ucznia ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… Wykorzystując informacje zamieszczone na rysunkach 1, 2 i 3 oraz wiadomości z gimnazjum rozwiąż zadania. Zadanie 1 Które z cech budowy tętnicy lub żyły można uznać za adaptację do zróżnicowanego ciśnienia krwi wywieranego na ściany tych naczyń? Zaznacz tak lub nie. Cecha budowy Obecność zastawek – struktur uniemożliwiających cofanie się krwi. Obecność śródbłonka, wyścielającego światło naczynia. Gruba warstwa mięśniówki w ścianie tętnicy. Zadanie 4 Na podstawie tekstów źródłowych 1 i 2 nazwij i wypisz w kolejności chronologicznej etapy rozwoju miażdżycy oraz opisz efekty tych zmian jeśli chodzi o właściwości (cechy) naczyń krwionośnych. Etapy rozwoju zmian miażdżycowych Efekty zmiany właściwości naczyń krwionośnych Czy można uznać Tak/Nie Tak/Nie Tak/Nie Zadanie 2 Śródbłonek obecny w budowie tętnicy i żyły zbudowany jest z tkanki nabłonkowej, której komórki ściśle do siebie przylegają i tworzą gładką powierzchnię, odporną na rozciąganie i rozerwanie. Ze względu na swoje właściwości nabłonek… … ułatwia przepływ krwi w naczyniu. umożliwia zmianę średnicy naczynia pod wpływem zmian ciśnienia. zabezpiecza przed przedostawaniem się elementów krwi poza układ. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. Prawda/fałsz P/F P/F P/F Zadanie 5 Profilaktyka miażdżycy wymaga odpowiedniej diety. Na podstawie tekstów źródłowych zaproponuj „miażdżyco-ochronny” jadłospis dzienny dla osoby w Twoim wieku i o średnich potrzebach energetycznych, w którym uwzględnisz rodzaj pokarmu (np. ryby morskie, chleb pszenny), jego ilość (np. sztuki, dkg lub litry) oraz sposób przygotowania (np. pieczony, surowy). I śniadanie ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………... II śniadanie ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………... Zadanie 3 Obiad ………………………………………………………………………………………………………………………………... Czy w naczyniu włosowatym może powstać blaszka miażdżycowa? Jeśli tak, to jakie będą tego konsekwencje? Jeśli nie, to dlaczego? ………………………………………………………………………………………………………………………………………... Podwieczorek ……………………………………………………………………………………………………………………… Kolacja ………………………………………………………………………………………………………………………………. Przygotuj się do prezentacji rezultatów pracy na forum klasy. Prace U. Poziomek powstają w ramach realizowanego przez Instytut Badań Edukacyjnych projektu Badanie jakości Zadanie powstało w ramach realizowanego przez Instytut Badań Edukacyjnych projektu Badanie jakości i efektywności edukacji i efektywności edukacji oraz instytucjonalizacja zaplecza badawczego, współfinansowanego ze środków oraz instytucjonalizacja zaplecza badawczego, współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego. Europejskiego Funduszu Społecznego. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013, załącznik Biologia – GMO, czyli co? Zadanie Zadanie Zadanie Zaznacz, które organizmy są organizmami zmodyfikowanymi genetycznie (GMO). Zaznacz, które organizmy są organizmami zmodyfikowanymi genetycznie (GMO). Zaznacz, które organizmy są organizmami zmodyfikowanymi genetycznie (GMO). 1. 2. 3. Stwierdzenia Czy to GMO? Krowa, którą karmiono paszą otrzymaną ze zmodyfikowanej genetycznie soi. Tak / Nie 1. Tak / Nie 2. Tak / Nie 3. Bakterie, które miały styczność z antybiotykiem i z czasem uzyskały na niego oporność. Kurczaki hodowane z wykorzystaniem hormonów i antybiotyków. Stwierdzenia Czy to GMO? Krowa, którą karmiono paszą otrzymaną ze zmodyfikowanej genetycznie soi. Tak / Nie 1. Tak / Nie 2. Tak / Nie 3. Bakterie, które miały styczność z antybiotykiem i z czasem uzyskały na niego oporność. Kurczaki hodowane z wykorzystaniem hormonów i antybiotyków. Stwierdzenia Czy to GMO? Krowa, którą karmiono paszą otrzymaną ze zmodyfikowanej genetycznie soi. Tak / Nie Bakterie, które miały styczność z antybiotykiem i z czasem uzyskały na niego oporność. Kurczaki hodowane z wykorzystaniem hormonów i antybiotyków. Tak / Nie Tak / Nie Zadanie Zadanie Zadanie Zaznacz, które organizmy są organizmami zmodyfikowanymi genetycznie (GMO). Zaznacz, które organizmy są organizmami zmodyfikowanymi genetycznie (GMO). Zaznacz, które organizmy są organizmami zmodyfikowanymi genetycznie (GMO). 1. 2. 3. Stwierdzenia Czy to GMO? Krowa, którą karmiono paszą otrzymaną ze zmodyfikowanej genetycznie soi. Tak / Nie 1. Tak / Nie 2. Tak / Nie 3. Bakterie, które miały styczność z antybiotykiem i z czasem uzyskały na niego oporność. Kurczaki hodowane z wykorzystaniem hormonów i antybiotyków. Stwierdzenia Czy to GMO? Krowa, którą karmiono paszą otrzymaną ze zmodyfikowanej genetycznie soi. Tak / Nie 1. Tak / Nie 2. Tak / Nie 3. Bakterie, które miały styczność z antybiotykiem i z czasem uzyskały na niego oporność. Kurczaki hodowane z wykorzystaniem hormonów i antybiotyków. Zadanie powstało w ramach realizowanego przez Instytut Badań Edukacyjnych projektu Badanie jakości i efektywności edukacji oraz instytucjonalizacja zaplecza badawczego, współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego. Stwierdzenia Czy to GMO? Krowa, którą karmiono paszą otrzymaną ze zmodyfikowanej genetycznie soi. Tak / Nie Bakterie, które miały styczność z antybiotykiem i z czasem uzyskały na niego oporność. Kurczaki hodowane z wykorzystaniem hormonów i antybiotyków. Tak / Nie Tak / Nie EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013, załącznik Chemia – Senny? Zmęczony? Może zamiast kawy guarana? Zadanie Zadanie Owoce guarany są od dawna wykorzystywane w Ameryce Południowej w celu podniesienia sprawności fizycznej i psychicznej w stanach wzmożonego wysiłku, poprawienia koncentracji uwagi i zapamiętywania. Guarana zawdzięcza swoje właściwości pobudzające najwyższej wśród roślin zawartości kofeiny (tzw. guaraniny). Jej owoce zawierają cztery razy więcej kofeiny niż ziarna kawy, jednak guaranina wchłania się wolniej z przewodu pokarmowego. Zadanie Owoce guarany są od dawna wykorzystywane w Ameryce Południowej w celu podniesienia sprawności fizycznej i psychicznej w stanach wzmożonego wysiłku, poprawienia koncentracji uwagi i zapamiętywania. Guarana zawdzięcza swoje właściwości pobudzające najwyższej wśród roślin zawartości kofeiny (tzw. guaraniny). Jej owoce zawierają cztery razy więcej kofeiny niż ziarna kawy, jednak guaranina wchłania się wolniej z przewodu pokarmowego. Owoce guarany są od dawna wykorzystywane w Ameryce Południowej w celu podniesienia sprawności fizycznej i psychicznej w stanach wzmożonego wysiłku, poprawienia koncentracji uwagi i zapamiętywania. Guarana zawdzięcza swoje właściwości pobudzające najwyższej wśród roślin zawartości kofeiny (tzw. guaraniny). Jej owoce zawierają cztery razy więcej kofeiny niż ziarna kawy, jednak guaranina wchłania się wolniej z przewodu pokarmowego. Źródło tekstu: http://pl.wikipedia.org/wiki/Paulinia_guarana Źródło tekstu: http://pl.wikipedia.org/wiki/Paulinia_guarana Źródło tekstu: http://pl.wikipedia.org/wiki/Paulinia_guarana Które ze stwierdzeń dotyczące właściwości guarany wymienione w tabeli są fałszywe, a które prawdziwe? Które ze stwierdzeń dotyczące właściwości guarany wymienione w tabeli są fałszywe, a które prawdziwe? Które ze stwierdzeń dotyczące właściwości guarany wymienione w tabeli są fałszywe, a które prawdziwe? Lp. 1. 2. 3. Stwierdzenie Działanie guarany na organizm ludzki jest podobne do działania kawy, ponieważ zawiera taką samą substancję aktywną – kofeinę. Stosowanie guarany jest bezpieczniejsze niż kawy. Przyjmowanie guarany w dużych dawkach nie ma wpływu na funkcjonowanie organizmu. Prawda czy fałsz? Lp. Prawda / Fałsz 1. Prawda / Fałsz 2. Prawda / Fałsz 3. Stwierdzenie Działanie guarany na organizm ludzki jest podobne do działania kawy, ponieważ zawiera taką samą substancję aktywną – kofeinę. Stosowanie guarany jest bezpieczniejsze niż kawy. Przyjmowanie guarany w dużych dawkach nie ma wpływu na funkcjonowanie organizmu. Zadanie powstało w ramach realizowanego przez Instytut Badań Edukacyjnych projektu Badanie jakości i efektywności edukacji oraz instytucjonalizacja zaplecza badawczego, współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego. Prawda czy fałsz? Lp. Prawda / Fałsz 1. Prawda / Fałsz 2. Prawda / Fałsz 3. Stwierdzenie Działanie guarany na organizm ludzki jest podobne do działania kawy, ponieważ zawiera taką samą substancję aktywną – kofeinę. Stosowanie guarany jest bezpieczniejsze niż kawy. Przyjmowanie guarany w dużych dawkach nie ma wpływu na funkcjonowanie organizmu. Prawda czy fałsz? Prawda / Fałsz Prawda / Fałsz Prawda / Fałsz EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013, załącznik Fizyka – dlaczego latarka nie świeci? Zadanie Zadanie Zadanie Tomek włożył trzy ogniwa do latarki. Latarka świeciła jednak bardzo słabo. Tomek wyjął ogniwa i żarówkę z latarki, a następnie połączył żarówkę przewodami kolejno z każdym ogniwem. Za każdym razem żarówka świeciła tak samo słabo, jak w przypadku zasilania trzema ogniwami w latarce. Sposób połączenia przez Tomka ogniw w latarce pokazano na rysunku. Tomek włożył trzy ogniwa do latarki. Latarka świeciła jednak bardzo słabo. Tomek wyjął ogniwa i żarówkę z latarki, a następnie połączył żarówkę przewodami kolejno z każdym ogniwem. Za każdym razem żarówka świeciła tak samo słabo, jak w przypadku zasilania trzema ogniwami w latarce. Sposób połączenia przez Tomka ogniw w latarce pokazano na rysunku. Tomek włożył trzy ogniwa do latarki. Latarka świeciła jednak bardzo słabo. Tomek wyjął ogniwa i żarówkę z latarki, a następnie połączył żarówkę przewodami kolejno z każdym ogniwem. Za każdym razem żarówka świeciła tak samo słabo, jak w przypadku zasilania trzema ogniwami w latarce. Sposób połączenia przez Tomka ogniw w latarce pokazano na rysunku. Przyczyną słabego świecenia żarówki w latarce było: Przyczyną słabego świecenia żarówki w latarce było: Przyczyną słabego świecenia żarówki w latarce było: A.odwrotne włożenie do pojemnika środkowego ogniwa B. użycie prawie całkowicie wyczerpanych ogniw C. odwrotne podłączenie przewodów do żarówki D. użycie żarówki o napięciu 4,5 V do ogniw o napięciu 1,5 V A.odwrotne włożenie do pojemnika środkowego ogniwa B. użycie prawie całkowicie wyczerpanych ogniw C. odwrotne podłączenie przewodów do żarówki D. użycie żarówki o napięciu 4,5 V do ogniw o napięciu 1,5 V A.odwrotne włożenie do pojemnika środkowego ogniwa B. użycie prawie całkowicie wyczerpanych ogniw C. odwrotne podłączenie przewodów do żarówki D. użycie żarówki o napięciu 4,5 V do ogniw o napięciu 1,5 V Zadanie powstało w ramach realizowanego przez Instytut Badań Edukacyjnych projektu Badanie jakości i efektywności edukacji oraz instytucjonalizacja zaplecza badawczego, współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego. EDUKACJA BIOLOGICZNA I ŚRODOWISKOWA 3/2013, załącznik
