Чему научится ваш ребенок в старших классах биологии

Научная грамотность жизненно важна для всех граждан, поскольку наука связана практически со всеми аспектами нашей современной жизни. От принятия решений по личным вопросам до уверенного участия в глобальных политических дискуссиях, наше понимание научных знаний и того, откуда эти знания берутся, является основополагающим. Исследования, посвященные обучению учащихся естественным наукам, по-прежнему подчеркивают, что учащиеся должны активно заниматься наукой на протяжении нескольких лет обучения в школе. Научное обучение не может быть сосредоточено только на содержании или процессах науки, но должно подчеркивать взаимосвязь между тремя ключевыми аспектами науки. Концепция естественно-научного образования в К-12, опубликованная в 2011 году Национальным исследовательским советом Национальных академий, определяет эти три ключевых измерения следующим образом:

• Научная и инженерная практика. Ученые занимаются различными практиками, такими как задавание вопросов, планирование и проведение исследований, а также аргументация на основе доказательств. Именно благодаря этим научным и инженерным практикам формируются научные знания ученых. Важно отметить, что именно благодаря участию в этих научных практиках учащиеся всех классов глубже понимают содержание науки.
• Сквозные понятия. Научные знания – это не набор отдельных или несвязанных между собой фактов. Напротив, наше понимание мира природы может быть организовано в рамках нескольких больших идей, таких как “причина и следствие” или “закономерности”. Семь сквозных концепций, определенных в Рамках естественно-научного образования К-12, обеспечивают концептуальную организацию развивающегося понимания учащимися мира природы.
• Основные идеи дисциплины. Основные идеи науки определяют содержание научных дисциплин. Будь то науки о жизни, физические науки или науки о Земле и космосе, знания учащихся об основном содержании науки должны углубляться с течением времени. Уровень их понимания зависит от возможностей участия в значимом учебном процессе, который способствует применению их понимания.

Важно отметить, что три аспекта науки никогда не должны преподаваться изолированно. Напротив, они должны регулярно интегрироваться в процесс обучения и оценки. Наука – это совокупность знаний, образ мышления и способ построения понимания нашего природного мира. Научная грамотность достигается путем оказания помощи учащимся в осмыслении окружающего мира.

На биологии учащиеся изучают разнообразные жизненные процессы и узнают, как различные организмы справляются с проблемами жизни в окружающей среде. Учащиеся учатся использовать лабораторное оборудование и материалы для сбора данных, а затем применять различные навыки анализа данных для их интерпретации. Основные биологические концепции, на которых сосредоточено внимание учащихся, включают гомеостаз, передачу и использование энергии, взаимосвязь между структурой и функцией, а также изменения во времени. Кроме того, изучение биологии способствует развитию экологической грамотности учащихся. В частности, изучение экологии открывает перед учащимися возможности для участия в местных действиях, направленных на защиту, поддержание или улучшение природной среды.

Содержание курса и навыки оцениваются с помощью широкого спектра оценочных мер, включая тесты с объективными и письменными ответами, лабораторные отчеты, симуляции, исследовательские проекты, презентации в классе и домашние задания.

Практика науки и инженерии

На протяжении всей средней школы учащиеся будут развивать свои навыки в области научных практик. Каждый год у учащихся будет много возможностей применить эти навыки в лабораторных и полевых исследованиях, а также в долгосрочных проектах. Эти методы, как описано в документе “Рамки естественно-научного образования К-12”, включают в себя:

• Задавать и уточнять вопросы, которые ведут к описанию и объяснению того, как устроен естественный и созданный мир, и которые могут быть проверены эмпирически.
• Использовать и строить модели как полезные инструменты для представления идей и объяснений, включая диаграммы, рисунки, физические копии, математические представления, аналогии и компьютерные симуляции.
• Планировать и проводить систематические исследования.
• Получать данные, которые необходимо анализировать для извлечения смысла, используя ряд инструментов для выявления существенных особенностей и закономерностей в данных, определения источников ошибок в исследованиях и расчета степени уверенности в результатах.
• Представлять физические величины и их взаимосвязи с помощью фундаментальных инструментов математики и вычислений для решения ряда задач, таких как построение симуляций, статистический анализ данных, распознавание, выражение и применение количественных взаимосвязей.
• Строить теории, объясняющие мир.
• Рассуждать и аргументировать на основе доказательств, чтобы найти наилучшее объяснение природному явлению или наилучшее решение проблемы проектирования.
• Четко и убедительно общаться.

Химия жизни

1. Опишите уникальные характеристики химических соединений и макромолекул, используемых живыми системами.
2. Обсудить структуру и функции ферментов.

Клетки и гомеостаз

1. Обсудите структуру и функции клеток одноклеточных и многоклеточных организмов.
2. Опишите, как осуществляется коммуникация и регуляция в многоклеточных организмах.

Применить концепцию гомеостаза для понимания того, как живые системы реагируют на широкий спектр условий окружающей среды.

Энергия для жизни

1. Обсудите перенос и использование материи и энергии в фотосинтезе и хемосинтезе.
2. Обсудите перенос и использование материи и энергии в клеточном дыхании.
3. Опишите роль систем органов в переносе и использовании вещества и энергии многоклеточными организмами.

Нуклеиновые кислоты и синтез белка

1. Объясните связь между генами, хромосомами и ДНК.
2. Объясните клеточные циклы.
3. Объясните, как генетический признак определяется кодом в молекуле ДНК.

Генетика

1. Продемонстрируйте, что сортировка и рекомбинация генов во время полового размножения влияет на вариации в потомстве.
2. Анализировать и объяснять отдельные закономерности наследования.
3. Опишите влияние изменения генов на организм.
4. Опишите роль генетического консультирования и биотехнологий в обществе.

Эволюция, разнообразие и классификация

1. Объясните доказательства того, что живые существа изменялись с течением времени.
2. Проанализировать и объяснить механизмы эволюционных изменений (т.е. генетические вариации, изменения окружающей среды и естественный отбор).
3. Объяснить взаимосвязь между биоразнообразием и эволюцией.
4. Оценить степень родства между организмами или видами.

Экология

1. Анализировать взаимоотношения между организмами и между организмами и абиотическими факторами (экосистема; биомы; абиотические/биотические факторы: пространство, почва, вода, воздух, температура, пища, свет, организмы; взаимоотношения: хищник-жертва, паразит-хозяин, мутуализм, комменсализм, падаль).
2. Описывать потоки вещества и энергии между живыми системами и физической средой.
3. Анализировать взаимосвязи и взаимозависимости между различными организмами и объяснять, как эти отношения способствуют стабильности экосистемы.
4. Исследовать, как естественные изменения условий окружающей среды и деятельность человека влияют на отдельные организмы и динамику популяций.
5. Проиллюстрируйте, как все организмы являются частью двух основных глобальных пищевых сетей и зависят от них.

Образцы выборочных ответов

Недавно исследователь обнаружил один вид бактерий. От него и от нескольких других видов бактерий были получены последовательности ДНК. Последовательности ДНК были получены из одной и той же части бактериальной хромосомы каждого вида.

Согласно приведенным данным, неизвестные бактерии наиболее тесно связаны с каким видом?

Клеточная мембрана

Используйте приведенный ниже рисунок клеточной мембраны, чтобы ответить на следующие вопросы:

Какой тип молекулы представляет собой структура А?

1. аминокислота
2. фосфолипид
3. углевод
4. нуклеиновая кислота

Распределение цвета меха кролика

Особи в популяции кроликов имеют разный цвет меха, как показано на диаграмме ниже.

Разница в цвете меха отдельных кроликов описывается как:

Анатомия кальмара

Кальмары – морские животные, которые имеют полноценную кровеносную систему и размножаются половым путем. Схема кальмара показана ниже.

Что из перечисленного не является целью органов чувств кальмара?

1. поиск товарищей
2. избегание хищников
3. поиск добычи
4. выделение отходов

Один из видов хромосомной мутации может произойти во время мейоза, когда пара хромосом, несущих гены одного и того же признака, не разделяется. Что из перечисленного представляет собой половая хромосома мужского организма, когда произошла такая хромосомная мутация?

Для ответа на вопрос используйте приведенную ниже схему.

Что из перечисленного является нуклеотидом?

Один из родителей гомозиготен по доминантному признаку каштановых волос (BB). Другой родитель гетерозиготен по каштановым волосам (Bb).

Какова вероятность того, что у потомства будут каштановые волосы?

Бактерии

Имеются данные, что бактерии, снабженные чашкой сахара, могут работать от 60-ваттной лампочки в течение 17 часов.

Что из перечисленного, скорее всего, было использовано для подтверждения этой научной идеи?

1. сформулировать гипотезу
2. определить проблему
3. провести эксперимент
4. написать вывод

Большинство бактерий не обладают способностью расщеплять нефть, случайно вылитую в океан танкерами. Однако ученые могут вставить ген в ДНК бактерии, чтобы придать ей способность расщеплять нефть. Эта технология является примером

1. скрещивания
2. репликация ДНК
3. сплайсинг генов
4. трансляция

Насекомые

Некоторые взрослые насекомые не умеют плавать, но способны ходить по воде. Какое свойство воды позволяет этим насекомым ходить по поверхности воды?

Темпы роста растений

Группа студентов провела эксперимент по изучению роста бобовых растений. Одинаковое количество растений фасоли одинакового размера было посажено в контейнеры А и В. Каждый день в течение пяти дней контейнер А поливался только водой, а контейнер В получал равное количество слабого раствора удобрений. В таблице ниже показана средняя высота растений в каждом контейнере за каждый день эксперимента.

Что из этого проверяется в данном эксперименте?

1. влияние воды на высоту растений
2. влияние удобрений на высоту растений
3. максимальная высота, на которую вырастут растения
4. количество дней, в течение которых растения будут расти

Образец технического отрывка с выбранным ответом

Используйте технический отрывок “Scientists Explore an Aspect of Fish Migration”, чтобы ответить на вопрос ниже:

Ученые исследуют один из аспектов миграции рыбы

Токсичные загрязняющие вещества, выделяемые сельским хозяйством и промышленностью, были обнаружены по всему миру, даже в районах, расположенных далеко от источников загрязнения. До сих пор ученые винили воздушные потоки в распространении токсинов далеко от их источников. Однако недавнее исследование показало, что рыба может переносить токсины на большие расстояния.

Ученые разработали эту гипотезу, когда токсины были таинственным образом обнаружены в отдаленном озере в Швеции. Группа ученых из Лундского университета предположила, что лосось накапливал и хранил токсины в своих жировых тканях, когда находился в Балтийском море. Лосось мигрировал вверх по течению, нерестился, а затем умирал в озере, выделяя токсины при разложении своего тела.

Чтобы проверить эту гипотезу, ученые отправились на Аляску, где провели эксперимент в двух соседних озерах – Нижнем Фиш-Лейк и Круглом Тангл-Лейк. Нижнее Рыбное озеро открыто для мигрирующего лосося, а озеро Раунд Тангл закрыто для мигрирующего лосося из-за многочисленных водопадов и порогов. В обоих озерах обитает небольшая рыба – арктический хариус. Икра рыб составляет большую часть его рациона. Когда ученые исследовали хариусов из обоих озер, у хариусов из Нижнего рыбного озера концентрация токсинов в организме была более чем в два раза выше, чем у хариусов из озера Раунд Тэнгл. Поскольку оба озера подвергаются одинаковому уровню загрязнения воздуха, разница в уровне токсинов, обнаруженная у арктического хариуса, должна быть обусловлена другими факторами.

В ходе смежного эксперимента ученые ловили лосося на протяжении всей его миграции и проверяли его жировые ткани на наличие токсинов. Несмотря на то, что жировые ткани постепенно расходовались, уровень токсинов оставался примерно одинаковым на протяжении всего 400-километрового пути вверх по Медной реке от Аляскинского залива до Нижнего рыбного озера. Вместо того чтобы метаболизировать токсины, лосось откладывал их в других тканях тела, которые также содержат жир, и в яйцах.

Оба эти исследования подтверждают гипотезу о том, что мигрирующий лосось может переносить загрязняющие вещества в новые районы.

Согласно отрывку, какой вопрос задают исследователи Лундского университета?