Методическая разработка урока: "Оптические приборы на службе у биологии"

Методическая разработка урока

«Оптические приборы на службе у биологии»

Задачи урока:

Образовательные: познакомиться с историей создания микроскопов; изучить строение, принцип работы светового и электронного микроскопов; систематизировать знания обучающихся о строении клетки; овладеть приемами работы со световым микроскопом и правилами приготовления микропрепаратов; обобщить и закрепить полученные на уроке знания используя информационные технологии.

Развивающие: развивать логическое мышление, память, внимание, логику и самостоятельность; повысить общую грамотность; развивать познавательную активность студентов, умение аккуратно выполнять свою работу.

Воспитательные: создать атмосферу доброжелательности, воспитывать культуру общения, дисциплинированность, аккуратность, самостоятельность, терпение и усидчивость.

Средства обучения: интерактивная доска, ноутбук, мультимедийное оборудование, лупа, световой микроскоп, покровные и предметные стекла, пипетки, вода, салфетки, фильтровальная бумага, рабочий лист к уроку.

Ход урока

I. Организационный этап. Формулировка темы, задач урока, этапов работы.

II. Вводное слово преподавателя.

III. Обобщение и систематизация знаний.

1. Заслушивание доклада студента «История развития микроскопии» (Приложение №1).

2. Заслушивание доклада студента «Левенгук – основоположник микробиологии» (Приложение №2).

3. Демонстрации видеороликов «Микроскопическая жизнь в капле грязной воды», «Растительная клетка», «Амеба под микроскопом», «Инфузория под микроскопом».

4. Рассказ преподавателя о строении лупы и светового микроскопа (Приложение №3).

5. Рассказ преподавателя о строении электронного микроскопа (Приложение №4).

IV. Выполнение практических заданий с использованием интерактивной доски.

1. Опрос.

2. Сопоставить термины и их определения.

3. Обозначить составные части микроскопа.

4. Разделить составные части микроскопа на оптическую и механическую системы.

5. Выбрать верное утверждение.

6. Разгадать кроссворд.

7. Заполнить таблицу.

V. Проведение лабораторной работы (Приложение №5).

VI. Контроль знаний. Проверка рабочего листа к уроку (Приложение №6).

VII. Подведение итогов. Обобщение выполненной работы. Выставление оценок.

Приложение №1.

История развития микроскопии.

Слово «микроскоп» - это комбинация двух греческих слов: «микрос» (маленький) и «скопос» (наблюдатель). Таким образом, «микроскоп» означает «наблюдатель маленького». Это прибор, использующийся для того, чтобы увидеть крошечные предметы, невидимые невооруженным глазом. Глаз человека способен различать детали объекта, отстоящие друг от друга не менее чем на 0,08 мм. С помощью светового микроскопа можно видеть детали, расстояние между которыми составляет до 0,2 мкм. Электронный микроскоп позволяет получить разрешение до 0,1-0,01 нм.

Строение светового микроскопа на первый взгляд достаточно просто: яркий световой источник освещает объект исследования, лучи света попадают в оптическую систему (объективы-окуляры), проходят через линзы и формируют в глазу, исследователя, многократно увеличенное изображение наблюдаемого объекта.

В XVI веке человек, научился делать первые микроскопы, позволявшие различать мелкие и мельчайшие детали, доселе надежно от человеческого взгляда скрытые. Еще лекарь по фамилии Фракасторо в одном из своих трудов 1538 года толково и внятно изложил систему работы микроскопа как комбинации двух линз, с помощью которых различимы разнообразные мелкие предметы.

Около 1590 года появился микроскоп конструкции голландца Ханса Янсена из городка Миддельсбург. Его семья занималась производством очков, и идея установить на концах трубы выпуклые линзы появилась у него не случайно.

В начале XVII столетия Галилей, придумал составной микроскоп с выпуклой и вогнутой линзами, который в 1609 году был представлен публике, а спустя три года его уже стали производить мелкими партиями.

В 1614 году в европейский научный лексикон вошли слова «микроскоп» и «телескоп». Примерно в то же время знаменитый голландский физик Кристиан Гюйгенс придумал простую двулинзовую систему окуляров, которая регулировалась ахроматически и по этой причине стала настолько серьезным шагом вперед в развитии микроскопов, что окуляры по рецепту Гюйгенса производятся и сегодня.

Все эти открытия позволили британцу Роберту Гуку в 1660-х годах разглядеть невидимую до того структуру растений - наблюдая в микроскоп срезы бузины, морковки и укропа, он установил, что они состоят из клеток (термин клетка придумал именно Гук).

Вот первое сообщение о клетке, которое сделал Роберт Гук в 1665 г. «Взяв кусочек чистой светлой пробки, я отрезал от него острым, как бритва, перочинным ножом очень тонкую пластинку. Когда затем я поместил этот срез на черное предметное стекло и стал разглядывать его под микроскопом, направив на него свет с помощью зеркала, я ясно увидел, что весь он пронизан отверстиями и порами… Эти поры, или ячейки, были не глубокими, а состояли из очень многих маленьких ячеек, вычлененных из непрерывной поры особыми перегородками. Такое строение свойственно не только одной пробке. Я рассматривал при помощи своего микроскопа сердцевину бузины, различных деревьев, внутреннюю мякоть полого стебля тростника, некоторых овощей, других растений: морковь, лопух, папоротник – я обнаружил, что у всех у них тот же план строения, что и у пробки».

Революцию в микроскопном ремесле устроил голландец - Антон ван Левенгук из города Дельфта. Он мастерил микроскопы с одной-единственной сферической линзой небольшого размера. Увеличение получилось удивительным - до 300 раз. Однажды он посмотрел через свой микроскоп на каплю грязной воды и увидел, что она полна жизни. «С величайшим изумлением я увидел в капле великое множество зверюшек, оживленно двигающихся во всех направлениях, как щука в воде. Самое мелкое из этих крошечных животных в тысячу раз меньше глаза взрослой вши»

И начав изучать эту микроскопическую жизнь, он положил начало новой науке - микробиологии. Им были открыты инфузорий, бактерии, дрожжи и многие другие микроорганизмы. Современники поразились, а потомки часто называли именно Левенгука изобретателем микроскопа, хотя это было не так.

Приложение №2.

Левенгук – основоположник микробиологии.

В один из теплых майских дней 1698 г. на большом канале близ города Делфт в Голландии остановилась яхта. На борт ее поднялся пожилой, но очень бодрый человек. Весь вид его говорил о том, что привело его сюда не обычное дело. Навстречу ему шел по палубе человек гигантского роста, окруженный свитой. На ломаном голландском языке великан приветствовал склонившегося в почтительном поклоне гостя. Так произошло знакомство русского царя Петра I с жителем Делфта - голландцем Антони ван Левенгуком (1632-1723).

Что же побудило любознательного Петра остановить свою яхту у Делфта? До русского царя давно уже дошли слухи об удивительных делах этого человека. Достаточно сказать, что в 1679 г. Левенгука избрали членом Лондонского королевского общества. В те годы оно объединяло естествоиспытателей и врачей и считалось самым авторитетным научным центром в мире. Членами его могли быть только выдающиеся ученые. А Левенгук был ученым-самоучкой. Он не получил систематического образования и достиг выдающихся успехов только благодаря своему таланту и необыкновенному трудолюбию.

Антони ван Левенгук родился и почти все время жил в Делфте, в Голландии. Всю жизнь он занимался самой скромной работой: сначала торговал мануфактурой, а потом служил в городской ратуше Делфта.

Еще в молодости Левенгук научился изготовлять увеличительные стекла, увлекался этим делом и достиг в нем изумительного искусства.

Почти 50 лет Левенгук присылал в Лондонское королевское общество длинные письма. В них он рассказывал о таких поистине необыкновенных вещах, что знаменитые ученые в напудренных париках могли только изумляться. Эти письма сначала печатались в научных журналах, а потом, в 1695 г., были изданы на латинском языке отдельной большой книгой под названием «Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком при помощи микроскопов».

В то время биология находилась на очень низкой ступени развития. Еще не были известны основные законы, управляющие развитием и жизнью растений и животных. Мало знали ученые и о строении и функциях организма животных и человека. Поэтому для каждого наблюдательного натуралиста, обладавшего талантом и целеустремленностью, открывалось широкое поле деятельности.

Левенгук был одним из наиболее выдающихся исследователей-первооткрывателей. Он первый увидел, как кровь циркулирует в мельчайших кровеносных сосудах. Обнаружил, что кровь - это не однородная жидкость, как думали его современники, а живой поток, в котором движется великое множество мельчайших частиц. Теперь их называют эритроцитами.

Рассматривая под сконструированным им микроскопом тонкие пластинки мяса, Левенгук обнаружил, что мясо, или, точнее говоря, мышцы, состоит из микроскопических волоконец. При этом мышцы конечностей и туловища (скелетные мышцы) состоят из поперечноисчерченных волоконец, почему их и стали называть поперечнополосатыми, в отличие от гладких мышц, которые находятся в большинстве внутренних органов (кишечнике и др.) и в стенках кровеносных сосудов.

Но самое удивительное и самое важное открытие Левенгука не это. Он приоткрыл завесу в неведомый дотоле огромнейший мир живых существ - микроорганизмов, которые играют огромную роль в природе и в жизни человека.

Отдельные наиболее прозорливые умы и ранее высказывали смутные догадки о существовании каких-то мельчайших, невидимых простым глазом существ, повинных в возникновении и в распространении заразных болезней.

Левенгук был первым человеком, который увидел микробов. Это замечательное открытие он мог совершить только потому, что своими руками сделал такие увеличительные стекла, которые до него никто и представить себе не мог. Конечно, это было не то, что называют микроскопом. Сложные приборы, состоящие из нескольких увеличительных стекол, названные микроскопами, были изобретены значительно позже.

«Микроскоп» Левенгука - это, по существу, очень сильная лупа. Она увеличивала до 300 раз. Линзочки, увеличительные стекла Левенгука, были очень малы - величиной с крупную горошину. Пользоваться ими было трудно. Крохотное стеклышко в оправе на длинной ручке приходилось прикладывать вплотную к глазу. Но, несмотря на это, наблюдения талантливого и трудолюбивого голландца отличались для того времени большой точностью.

Вот что писал Левенгук в Лондонское королевское общество о своих наблюдениях над налетом с зубов: «С величайшим удивлением я увидел под микроскопом невероятное количество маленьких животных, и притом в таком крошечном кусочке вышеуказанного вещества, что этому почти невозможно было поверить, если не убедиться собственными глазами».

Сейчас, через 250 лет, мы прекрасно знаем, как огромно может быть количество микробов: ведь они настолько малы, что в одном кубическом миллиметре жидкости помещается несколько миллиардов бактерий. А возбудителей (вирусов) таких заразных болезней, как грипп, которые мельче бактерий, еще больше. Их можно увидеть только в электронный микроскоп, позволяющий наблюдать предметы увеличенными в сто тысяч раз и более.

Со времени Левенгука и до наших дней наука о микроорганизмах - микробиология - прошла большой и славный путь. Она выросла в широко разветвленную область знания и имеет очень большое значение для медицины, сельского хозяйства, промышленности, для познания законов природы и всей практической деятельности человека. Десятки тысяч исследователей во всех странах мира неутомимо изучают огромный и многообразный мир микроскопических существ.

Приложение №3.

Строение светового микроскопа.

Микроскоп - это оптический прибор, позволяющий получить обратное изображение изучаемого объекта и рассмотреть мелкие детали его строения, размеры которых лежат за пределами разрешающей способности глаза.

Разрешающая способность микроскопа дает раздельное изображение двух близких друг другу линий. Невооруженный человеческий глаз имеет разрешающую способность около 1/10 мм или 100 мкм. Лучший световой микроскоп примерно в 500 раз улучшает возможность человеческого глаза, т. е. его разрешающая способность составляет около 0,2 мкм или 200 нм.

Разрешающая способность и увеличение не одно и тоже. Если с помощью светового микроскопа получить фотографии двух линий, расположенных на расстоянии менее 0,2 мкм, то, как бы не увеличивать изображение, линии будут сливаться в одну. Можно получить большое увеличение, но не улучшить его разрешение.

В учебных лабораториях обычно используют световые микроскопы, на которых микропрепараты рассматриваются с использованием естественного или искусственного света. Наиболее распространены световые биологические микроскопы: БИОЛАМ, МИКМЕД, МБР (микроскоп биологический рабочий), МБИ (микроскоп биологический исследовательский) и МБС (микроскоп биологический стереоскопический). Они дают увеличение в пределах от 56 до 1350 раз.

В микроскопе выделяют две системы: оптическую и механическую. К оптической системе относят объективы, окуляры и осветительное устройство (конденсор с диафрагмой и светофильтром, зеркало или электроосветитель).  

Объектив - одна из важнейших частей микроскопа, поскольку он определяет полезное увеличение объекта. Объектив состоит из металлического цилиндра с вмонтированными в него линзами, число которых может быть различным. Увеличение объектива обозначено на нем цифрами. В учебных целях используют обычно объективы х8 и х40. Качество объектива определяет его разрешающая способность.

Окуляр устроен намного проще объектива. Он состоит из 2-3 линз, вмонтированных в металлический цилиндр. Между линзами расположена постоянная диафрагма, определяющая границы поля зрения. Нижняя линза фокусирует изображение объекта, построенное объективом в плоскости диафрагмы, а верхняя служит непосредственно для наблюдения. Увеличение окуляров обозначено на них цифрами: х7, х10, х15. Окуляр, подобно лупе, дает прямое, мнимое, увеличенное изображение наблюдаемого объекта, построенное объективом.

Для определения общего увеличения микроскопа следует умножить увеличение объектива на увеличение окуляра.

Осветительное устройство состоит из зеркала или электроосветителя, конденсора с ирисовой диафрагмой и светофильтром, расположенных под предметным столиком. Они предназначены для освещения объекта пучком света.

Зеркало служит для направления света через конденсор и отверстие предметного столика на объект. Оно имеет две поверхности: плоскую и вогнутую. В лабораториях с рассеянным светом используют вогнутое зеркало.

Конденсор состоит из 2-3 линз, вставленных в металлический цилиндр. При подъеме или опускании его с помощью специального винта соответственно конденсируется или рассеивается свет, падающий от зеркала на объект.

Ирисовая диафрагма расположена между зеркалом и конденсором. Она служит для изменения диаметра светового потока, направляемого зеркалом через конденсор на объект, в соответствии с диаметром фронтальной линзы объектива и состоит из тонких металлических пластинок. С помощью рычажка их можно то соединить, полностью закрывая нижнюю линзу конденсора, то развести, увеличивая поток света.

Механическая система микроскопа состоит из подставки, коробки с микрометренным механизмом и микрометренным винтом, тубуса, тубусодержателя, винта грубой наводки, кронштейна конденсора, винта перемещения конденсора, револьвера, предметного столика. Подставка - это основание микроскопа.

Коробка с микрометренным механизмом, построенном на принципе взаимодействующих шестерен, прикреплена к подставке неподвижно. Микрометренный винт служит для незначительного перемещения тубусодержателя, а, следовательно, и объектива на расстояния, измеряемые микрометрами. Полный оборот микрометренного винта передвигает тубусодержатель на 100 мкм, а поворот на одно деление опускает или поднимает тубусодержатель на 2 мкм. Во избежание порчи микрометренного механизма разрешается крутить микрометренный винт в одну сторону не более чем на половину оборота.

Тубус или трубка - цилиндр, в который сверху вставляют окуляры. Тубус подвижно соединен с головкой тубусодержателя, его фиксируют стопорным винтом в определенном положении. Ослабив стопорный винт, тубус можно снять.

Револьвер предназначен для быстрой смены объективов, которые ввинчиваются в его гнезда. Центрированное положение объектива обеспечивает защелка, расположенная внутри револьвера.

Винт грубой наводки используют для значительного перемещения тубусодержателя, а, следовательно, и объектива с целью фокусировки объекта при малом увеличении.

Предметный столик предназначен для расположения на нем препарата. В середине столика имеется круглое отверстие, в которое входит фронтальная линза конденсора. На столике имеются две пружинистые клеммы - зажимы, закрепляющие препарат.

Кронштейн конденсора подвижно присоединен к коробке микрометренного механизма. Его можно поднять или опустить при помощи винта, вращающего зубчатое колесо, входящее в пазы рейки с гребенчатой нарезкой.

Приложение №4.

Строение электронного микроскопа.

Существуют три основных вида электронных микроскопов. В 1930-х годах был изобретен обычный просвечивающий электронный микроскоп, в 1950-х годах – растровый (сканирующий) электронный микроскоп, а в 1980-х годах – растровый туннельный микроскоп. Эти три вида микроскопов дополняют друг друга в исследованиях структур и материалов разных типов.

Просвечивающий электронный микроскоп во многом подобен световому микроскопу, но только для освещения образцов в нем используется не свет, а пучок электронов. В нем имеются электронный прожектор, ряд конденсорных линз, объективная линза и проекционная система, которая соответствует окуляру, но проецирует действительное изображение на люминесцентный экран или фотографическую пластинку. Источником электронов обычно служит нагреваемый катод из вольфрама. Катод электрически изолирован от остальной части прибора, и электроны ускоряются сильным электрическим полем. Электроды, фокусируют электроны в узкий пучок. Поскольку электроны сильно рассеиваются веществом, в колонне микроскопа, где движутся электроны, должен быть вакуум. Здесь поддерживается давление, не превышающее одной миллиардной атмосферного.

Увеличение, которое можно получить в современных электронных микроскопах, составляет от 1000 до ~1 000 000. Иногда окончательное изображение может быть выведено на обычный телевизионный экран, что позволяет записать его. В электронном микроскопе можно получить предел разрешения около 0,17 нм, что позволяет различать отдельные атомы в кристаллах.

Электронный микроскоп может быть высотой около 2,5 м и иметь массу в несколько тонн.

Приложение №5.

Лабораторная работа.

Правила работы с микроскопом.

1. Поставьте микроскоп штативом к себе на расстоянии 5 см от края стола.

2. В отверстие предметного столика направьте зеркалом свет. 

3. Поместите приготовленный препарат на предметный столик и закрепите предметное стекло зажимами.

4. Пользуясь винтом, плавно опустите тубус так, чтобы нижний край объектива оказался на расстоянии 1—2 мм от препарата.

5. В окуляр смотрите одним глазом, не закрывая и не зажмуривая другой. Глядя в окуляр, при помощи винтов медленно поднимайте тубус, пока не появится четкое изображение предмета.

6. После работы микроскоп уберите в футляр.

«Приготовление препарата чешуи кожицы лука. Строение клеток чешуи кожицы лука».

1. Подготовьте предметное стекло, тщательно протерев его марлей.

2. Пипеткой нанесите 1-2 капли воды на предметное стекло.

3. При помощи препаровальной иглы осторожно снимите маленький кусочек прозрачной кожицы с внутренней поверхности чешуи лука. Положите кусочек кожицы в каплю воды и расправьте его.

4. Покройте кожицу покровным стеклом.

5. Рассмотрите приготовленный микропрепарат под микроскопом. Отметьте, какие части клетки вы видите.

6. Зарисуйте 2-3 клетки кожицы лука. Обозначьте оболочку, поры, цитоплазму, ядро, вакуоль с клеточным соком.

«Изучение простейших в капле застоявшейся воды».

Поставьте срезанные цветы в вазу. Через 2-3 недели можно наблюдать появившихся простейших, среди которых будут и различные инфузории, амебы и бактерии.

На предметное стекло нанесите каплю воды и рассмотрите под микроскопом: сначала при малом увеличении, затем при большом. Обнаружив простейших, опишите форму их тела и способ передвижения. Зарисуйте.

Приложение №6

Рабочий лист к уроку «Оптические приборы на службе у биологии»

Ф.И.студента № группы:

Часть 1. Историческая справка. Заполните пустые графы таблицы.

Век, год	Ученый	Достижение
	Галилей
		Рассмотрел с помощью микроскопа тонкий срез древесной пробки и сделал вывод, что она состоит из клеток.
	Антонио Левенгук

Часть 2. Строение светового микроскопа.

1. Рассмотрите основные части микроскопа, отметьте их на рисунке.

2. Напишите, что относится к оптической и механической системе микроскопа?

Оптическая система: Механическая система:

1. 1.

2. 2.

3. 3.

4.

5.

3. Укажите номера верных утверждений:

1. Поставь микроскоп ручкой штатива от себя.

2. Штатив поверни ручкой «к себе».

3. Для работы поле зрения микроскопа должно быть ярко освещено.

4. Поле зрения микроскопа освещено слабо.

5. Положи готовый препарат под предметный столик.

6. Положи готовый препарат на столик микроскопа. Закрепи его зажимом.

7. Глядя в окуляр, медленно вращай большой винт, пока не появится четкое изображение. Делай это осторожно, чтобы не раздавить препарат.

Ответ:

4. Разгадайте кроссворд:

1. Математическое действие с двумя числами, которое необходимо выполнить для определения увеличения микроскопа.

2. Наиболее тяжелая часть микроскопа.

3. Ученый, впервые рассмотревший в микроскоп пробку дерева и обнаруживший, что она состоит из частей, названных затем клетками.

4. Винт грубой наводки.

5. Система линз микроскопа, обращенная к рассматриваемому объекту.

6. Основание микроскопа.

7. Ученый, открывший простейших с помощью самодельного микроскопа.

8. Система линз микроскопа, обращенная к глазу наблюдателя.

9. Наиболее простой увеличительный прибор.

Часть 3. Строение электронного микроскопа.

1. Рассмотрите основные части микроскопа, отметьте их на рисунке.

2. Определите, какие изображения были сделаны с помощью трансмиссионного и сканирующего микроскопа.

Трансмиссионный микроскоп: Сканирующий микроскоп:

3. Заполните таблицу.

	Световой микроскоп	Электронный микроскоп
Излучение
Максимальное разрешение
Максимальное увеличение
Линзы
Объект
Изображение

Часть 4. Лабораторная работа.

Оценка: