Katalaza scripted inquiry wersja dla nauczyciela 1. Odniesienie do podstawy programowej 1 a) Cele kształcenia stanowią cele zajęć, możliwe dodatkowe cele wykraczające poza zapisy podstawy (opis umiejętności złożonych dodatkowych). II Pogłębienie znajomości metodyki badań biologicznych. Uczeń ( ) planuje, przeprowadza i dokumentuje ( ) doświadczenia biologiczne, formułuje problemy badawcze, stawia hipotezy i weryfikuje je na drodze obserwacji i doświadczeń. b) Treści nauczania/zalecane doświadczenie lub obserwacja 2. III Metabolizm. 1. Enzymy. Uczeń: 2) opisuje przebieg katalizy enzymatycznej. Zalecane doświadczenia, obserwacje i wycieczki: Uczeń: 1) planuje i przeprowadza doświadczenie b) pokazujące aktywność wybranego enzymu. 1. Słowa kluczowe terminy które uczeń: a) powinien znać przystępując do zajęć (z niższych etapów edukacyjnych lub wcześniej realizowanych celów kształcenia i treści nauczania) funkcje białek, enzym. b) Które przyswoi w czasie zajęć kataliza enzymatyczna. 2. Sformułowanie problemu badawczego/pytania badawczego lub opis działania, które sprowokuje uczestników zajęć do sformułowania takiego problemu/pytania. 1 Rozporządzenie MEN z dnia 23 grudnia 2008 roku w sprawie podstawy programowej wychowania przedszkolnego i kształcenia ogólnego w różnorodnych typach szkół. 2 Może być materiał odniesiony tylko do celów kształcenia, bez odniesień do treści nauczania.
W jaki sposób ilość enzymu wpływa na dynamikę reakcji enzymatycznej? 3. Sformułuj hipotezę: 4. Trochę teorii (zakres treści, które powinien przygotować nauczyciel, najlepiej w formie materiału źródłowego, fragment artykułu, zdjęcie, schemat procesu itp. źródła, literatura). Enzymy są białkami ułatwiającymi zajście określonych reakcji chemicznych zachodzących w organizmie. Białka enzymatyczne działają wybiórczo oddziałując jedynie z odpowiednimi substratami i przyśpieszając wybrane reakcje. Ważną cechą enzymów jest możliwość przeprowadzenia tej samej reakcji wiele razy. Można więc stwierdzić, że enzymy są białkami wielokrotnego użytku. Dzięki ich obecności w organizmie reakcje metaboliczne mogą zachodzić wydajniej. Szybkość reakcji chemicznej w obecności enzymów zależy od wielu czynników. Wiele enzymów podlega ścisłej regulacji pod wypływem aktywatorów lub inhibitorów. Do prawidłowego działania enzymów często niezbędny jest kofaktor - niebiałkowa część enzymu (m.in. witaminy i jony metali), bez której białko to nie może katalizować reakcji chemicznej. Wreszcie istotnym czynnikiem jest temperatura otoczenia. Podobnie jak w reakcjach chemicznych zachodzących poza organizmem, podwyższenie temperatury przyspiesza reakcje. Jednak cechą wyróżniającą enzymy białkowe na tle innych katalizatorów jest efekt denaturacji. Jeśli temperatura otoczenia stanie się zbyt wysoka, enzymy - podobnie jak pozostałe białka - ulegają denaturacji tracąc właściwości katalityczne. Liczba cząsteczek enzymu zdolnych do oddziaływania z substratem również ma wpływ na reakcję enzymatyczną. Można to łatwo zaobserwować, gdy jest duży nadmiar substratu wobec dostępnej puli enzymu. W takiej sytuacji podwojenie liczby cząsteczek enzymu będzie powodowało dwukrotne przyspieszenie reakcji katalizowanej przez ten enzym. Z drugiej strony, jeśli liczba cząsteczek enzymu wielokrotnie przewyższa liczbę cząsteczek substratu, szybkość reakcji będzie
proporcjonalna do stężenia substratu. Taką zależność wykorzystuje się np.w glukometrach, w których tzw. paski zawierają bardzo dużą ilość enzymu utleniającego glukozę. Szybkość reakcji utleniania glukozy we krwi nakroplonej na pasek będzie więc proporcjonalna do jej stężenia we krwi. Dzięki temu glukometr, wykrywając natężenie prądu wynikającego z liczby elektronów przemieszczających się w trakcie utleniania glukozy, może określić stężenie glukozy we krwi. Rozważając rozmaite czynniki wpływające na szybkość reakcji enzymatycznych warto więc - obok często wymienianych aktywatorów, inhibitorów, kofaktorów lub temperatury - brać również pod uwagę stężenia substratu lub enzymu. 5. Materiał badawczy, sprzęt, odczynniki Opracowanie tego punktu należy do nauczyciela i sposób w jaki to zrobi będzie miał wpływ na to, czy zachowa reguły IBSE czy też przygotuje materiał typu scripted inquiry (kit-based instruction). Scripted inquiry zakłada przygotowanie w karcie pracy precyzyjnego przewodnika wg którego uczniowie pracują na zajęciach indywidualnie lub w grupach. Moździerze Lejki i filtry do przesączenia homogenatu Przesącz z homogenatu z zielonej pietruszki 3% nadtlenek wodoru/woda utleniona woda destylowana 12 probówek 5 szalek Petriego dwie strzykawki o poj. 10 cm 3 strzykawka po poj. 1 cm 3 bagietka do mieszania uchwyt (niekonieczny) stoper krążki z bibuły filtracyjnej o średnicy mniejszej od średnicy używanych probówek mała zlewka i ręcznik papierowy.
6. Procedura badawcza. a) Próba kontrolna pozytywna. Korzystając z przygotowanego roztworu syntetycznej katalazy przeprowadź w trzech probówkach pomiar czasu dla krążków zanurzonych w roztworze katalazy zanurzanych w 3% nadtlenku wodoru czyli wodzie utlenionej w 3 probówkach. b) Próba badawcza. 1. Użyj jednej ze strzykawek o poj. 10 cm 3 do pobrania wody destylowanej a drugiej ze strzykawek do pobrania przesączu z homogenatu i sporządź w 5 probówkach jego roztwory wg tabeli nr 1. Tabela nr 1 Przygotowanie roztworów przesączu z homogenatu w odpowiednich stężeniach Nr probówki Stężenie procentowe homogenatu [%] Objętość wody [ml] Objętość homogenatu [ml] 1 100 0,0 10 2 75 2,5 7,5 3 50 5,0 5,0 4 25 7,5 2,5 5 0 10 0,0 2. Wlej do każdej z pozostałych 5 probówek używając strzykawki o pojemności 1 cm 3 po 1 cm 3 wody utlenionej (substrat reakcji). Opisz probówki numerami od 1 do 5. 3. Przelej z każdej probówki po kilka mililitrów każdego z roztworów przesączu z maceratu na osobne i podpisane szalki Petriego i w każdym z nich zanurz kolejno po trzy krążki bibuły filtracyjnej na pięć minut. 4. Wyjmij po 5 minutach krążek z roztworu, otrząśnij go delikatnie i wrzuć do probówki nr 1. Używając bagietki przemieść krążek na dno probówki, jeśli to konieczne. 5. Włącz stoper i wyłącz go w momencie, gdy krążek z bibuły zostanie wyniesiony na powierzchnię roztworu w probówce.
6. Usuń krążek bagietką i powtórz tę procedurę z kolejnymi dwoma krążkami zanurzonymi w tym samym stężeniu przesączu z maceratu roślinnego. Za każdym razem zmierz czas od momentu włożenia krążka na dno probówki do chwili, gdy wyniesiony będzie na powierzchnię płynu. 7. Powtórz procedurę opisaną wyżej do każdego z kolejnych roztworów przesączu zanurzając nasączone nim krążki bibułowe do kolejnych probówek z nadtlenkiem wodoru 3%. 8. Zapisuj wszystkie zebrane wyniki w tabeli nr 2 i wylicz i zapisz średni czas reakcji dla poszczególnych stężeń przesączu. 7. Wyniki Tabela nr 2 Wyniki doświadczenia. Nr probówki/stężenie przesączu Czas I Czas II Czas III Średnia czasu [%] pomiar [s] pomiar [s] pomiar dla [s] poszczególnych stężeń [s] 1/100 2/75 3/50 4/25 5/0
8. Analiza wyników 1. Ustal, która zmienna jest w tym doświadczeniu zależną, a która niezależną. Sporządź wykres ilustrujący korelację tych dwóch zmiennych (posługując się zarówno wartościami dla poszczególnych próbek jak i wartościami średnimi), opisz i wyskaluj osie. Zmienna niezależna:... Zmienna zależna.. Czy z wykresu krzywej widać związek miedzy tymi zmiennymi? Zakreśl wybraną odpowiedź. Tak Nie
Uzasadnij wybór odpowiedzi: Polecenia 1. Opisz rezultaty przeprowadzonego doświadczenia dokonaj analizy wyników. a) Która z probówek zawierała próbę kontrolną uzasadnij swój wybór. b) Co jest przyczyną wznoszenia się ku powierzchni płynu bibułowych krążków w probówkach?. c) Czy uzyskane przez grupę wyniki uprawniają do wyciągnięcia wniosku dotyczącego korelacji między stężeniem przesączu (w założeniu stężeniem enzymu), a szybkością reakcji enzymatycznej? Tak Nie d) Jeśli tak, to sformułuj go:
e) Jeśli nie, uzasadnij dlaczego: f) Jeśli sformułowałaś/eś wniosek to zweryfikuj zapisaną na początku zajęć hipotezę: g) Jakiego typu ograniczenia występują w tym doświadczeniu? W jaki sposób można udoskonalić ten protokół, by zmniejszyć wpływ tych ograniczeń? Dyskusja wymiana informacji między uczestnikami zajęć o wynikach, zastanawianie się nad różnicami lub podobieństwami między nimi w obrębie grupy i między grupami. W tym punkcie w narzędziu dydaktycznym powinny znaleźć się pytania, które pomogą w dyskusji. Przykładowe pytania: 1. czy wyniki w poszczególnych kategoriach stężeń przesączu w obrębie grupy różniły się czy były podobne? Jeśli się różniły to co może być tego przyczyną? 2. Czy wyniki w poszczególnych kategoriach stężeń przesączu między grupami różniły się czy były podobne? Jeśli się różniły to co tutaj może być przyczyną? 3. Jaką rolę pełniła tutaj próba kontrolna pozytywna? Czy była ona pomocna w interpretacji wyników?
9. Odniesienie badanego procesu/sytuacji/zjawiska do sytuacji z życia 3. Nauczyciel prosi uczniów o odszukanie w pamięci takich sytuacji ale powinien mieć również przygotowane własne przykłady takich odniesień np. określone ilości proszku zawierającego enzymy, dodawane do prania. 10. Propozycje kryteriów oceny pracy na zajęciach. Rzetelność wykonania zadania Współpraca w zespole Sposób prezentacji wyników zespołu samoocena ocena ocena samoocena ocena Ocena samoocena Ocena Ocena zespołu nauczyciela zespołu nauczyciela zespołu nauczyciela 3 Wydaje się to trudne na IV etapie edukacyjnym, ale to tylko pozorna trudność, ponieważ stale podejmujemy aktywność badawczą przy okazji wyboru towaru (analizujemy parametry, dokonujemy kryterialnego wyboru, ponosimy odpowiedzialność za wybór płacąc cenę za produkt), który chcemy zakupić, decyzji co do wykonania w terminie lub z opóźnieniem zadania w szkole czy w pracy (analiza za i przeciw, zysków i strat, podejmowanie decyzji i ponoszenie za nią odpowiedzialności).