Документ представляет собой полный учебно-методический комплект (УМК) по дисциплине «Биология» для студентов среднего профессионального образования.
УМК построен по модульному принципу и охватывает все основные разделы биологии с акцентом на профессионально-ориентированное содержание, связывающее биологические закономерности с IT-технологиями.
СТРУКТУРА УМК
Документ включает пять основных разделов:
1. Лекционный курс (20 лекций, 40 часов)
Охватывает введение в биологию (предмет, методы, свойства жизни, уровни организации), химический состав клетки, органические вещества (белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты), строение прокариотических и эукариотических клеток, жизнедеятельность клетки (обмен веществ, фотосинтез, энергетический обмен, биосинтез белка), вирусы, клеточный цикл и митоз, формы размножения и мейоз, онтогенез, законы Менделя, сцепленное наследование, изменчивость, генетику человека, эволюционную теорию, микроэволюцию и макроэволюцию, антропогенез, экологию, биосферу, а также селекцию и основы биотехнологии. Каждая лекция содержит цель, план, теоретический материал с примерами и контрольные вопросы.
2. Практические занятия (10 занятий, 24 часа)
Направлены на изучение строения клеток растений, животных и бактерий под микроскопом, проведение качественных реакций (определение крахмала в продуктах), решение генетических задач (моногибридное, дигибридное скрещивание, сцепленное с полом наследование), описание приспособленности организмов и её относительного характера, а также профессионально-ориентированные кейсы по влиянию производственных факторов на здоровье, абиотических факторов, анализу научных достижений в области генетики и развитию биотехнологий с применением технических систем.
3. Прикладной модуль (4 занятия, 8 часов)
Ориентирован на профессиональную деятельность IT-специалиста. Темы включают:
✓ влияние производственных факторов (электромагнитные поля, шум, вибрация, бытовая химия, стресс) на организм человека и меры профилактики;
✓ влияние абиотических факторов (температура, шум, физическая нагрузка) на работоспособность;
✓ анализ кейсов по генетическим технологиям (CRISPR/Cas9, генетическая диагностика, ГМО, клонирование, генная терапия);
✓ анализ кейсов по биотехнологиям с применением технических систем (биоинженерия, биоинформатика, бионика, нейроинтерфейсы).
4. Фонд оценочных средств (ФОС) включает текущий контроль (2 теста: основы биологии и клеточная биология, генетика) и промежуточную аттестацию (20 экзаменационных билетов).
СТРУКТУРА ЭКЗАМЕНАЦИОННЫХ БИЛЕТОВ
Каждый экзаменационный билет состоит из 5 заданий, которые оцениваются по 5 баллов каждое (максимум 25 баллов):
Задание 1 — теоретический вопрос по основным разделам биологии (клеточная теория, строение клетки, обмен веществ, фотосинтез, энергетический обмен, биосинтез белка, строение ДНК и РНК, законы Менделя, сцепленное наследование, генетика пола, изменчивость, мутации, селекция, биотехнология, генная инженерия).
Задание 2 — практическое задание по цитологии, генетике, эволюции или экологии (органоиды клетки, стадии митоза и мейоза, отличие прокариот от эукариот, формы размножения, виды изменчивости, доказательства эволюции, формы отбора, критерии вида, стадии антропогенеза, человеческие расы, экологические факторы, структура экосистем).
Задание 3 — генетическая задача на моногибридное или дигибридное скрещивание, наследование, сцепленное с полом (гемофилия, дальтонизм), определение генотипов и фенотипов потомков, расщепление признаков.
Задание 5 — профессионально-ориентированный вопрос, связывающий биологию с информационными технологиями (биоинформатика, нейроинтерфейсы, бионика, генная терапия, CRISPR/Cas9, клонирование, биотехнологии в медицине и сельском хозяйстве, влияние биологии на развитие ИИ, профессии будущего на стыке биологии и IT).
Все 20 билетов сбалансированы по тематике: охватывают цитологию, генетику, эволюцию, экологию, антропогенез и профессионально-ориентированные аспекты.
НАЗНАЧЕНИЕ ДОКУМЕНТА
УМК предназначен для преподавателей биологии в СПО, а также для студентов, которые могут использовать его для самостоятельной подготовки к лекциям, практическим занятиям, тестам и дифференцированному зачёту. Документ даёт полное представление о содержании курса биологии, формах работы и требованиях к уровню подготовки специалистов в области информационных систем, с особым вниманием к междисциплинарным связям биологии и IT-технологий, включая биоинформатику, нейроинтерфейсы, бионику и генетические технологии.
Профессионально-ориентированный модуль по биологии для специальностей укрупненной группы 01.00.00 «Математика и механика» (1 курс)
Лекции и практические занятия — 22 часа (11 занятий по 2 часа)
Занятие 1. Бионика и биомеханика: Математика и механика в живых системах — 2 ч
Занятие 2. Математическое моделирование в биологии — 2 ч
Занятие 3. Генетика и биоинформатика — 2 ч
Занятие 4. Клеточная биология: Микроскопия и вычислительные методы — 2 ч
Занятие 5. Экосистемы и математическое моделирование потоков энергии — 2 ч
Занятие 6. Эволюция и теория игр — 2 ч
Занятие 7. Биоэтика и медицинские технологии — 2 ч
Занятие 8. Биология развития и 3D-моделирование — 2 ч
Занятие 9. Нейробиология и обработка сигналов — 2 ч
Занятие 10. Эпигенетика и взаимодействие генов со средой — 2 ч
Занятие 11. Итоговое занятие: Междисциплинарный проект — 2 ч
Профессионально-ориентированный модуль по биологии для специальностей укрупненной группы 02.00.00 «Компьютерные и информационные науки» (1 курс)
Лекции и практические занятия — 22 часа (11 занятий по 2 часа)
Занятие 1. Биоинформатика: Введение и анализ генетических данных — 2 ч
Занятие 2. Выравнивание последовательностей и поиск сходства — 2 ч
Занятие 3. Генетический код и алгоритмы сборки генома — 2 ч
Занятие 4. Структура белка и алгоритмы предсказания — 2 ч
Занятие 5. Моделирование популяций: от Мальтуса к сложным системам — 2 ч
Занятие 6. Нейросети и биологические системы — 2 ч
Занятие 7. Основы системной биологии: Сети и взаимодействия — 2 ч
Занятие 8. Эпигенетика: Программирование и адаптация — 2 ч
Занятие 9. Биоинформационный анализ больших данных (Big Data in Biology) — 2 ч
Занятие 10. Основы филогенетики: Построение эволюционных деревьев — 2 ч
Занятие 11. Итоговое занятие: Междисциплинарный проект — 2 ч
Профессионально-ориентированный модуль по биологии для специальностей укрупненной группы 03.00.00 «Физика и астрономия» (1 курс)
Лекции и практические занятия — 22 часа (11 занятий по 2 часа)
Занятие 1. Термодинамика живых систем: Энергия и жизнь — 2 ч
Занятие 2. Физика жидкостей в организме — 2 ч
Занятие 3. Свет, зрение и фотосинтез — 2 ч
Занятие 4. Тепло, холод и терморегуляция — 2 ч
Занятие 5. Механика движения и опорно-двигательный аппарат — 2 ч
Занятие 6. Электричество и магнетизм в биологии — 2 ч
Занятие 7. Звук и эхолокация в природе — 2 ч
Занятие 8. Космос и жизнь: астрофизические факторы — 2 ч
Занятие 9. Эволюция и физика: почему всё движется вперед? — 2 ч
Занятие 10. Жизнь во Вселенной: поиск и вероятность — 2 ч
Занятие 11. Итоговое занятие: Междисциплинарный проект — 2 ч
Профессионально-ориентированный модуль по биологии для специальностей укрупненной группы 04.00.00 «Химия» (1 курс)
Лекции и практические занятия — 22 часа (11 занятий по 2 часа)
Занятие 1. Химический состав клетки: Биохимическая лаборатория — 2 ч
Занятие 2. Ферменты: Биологические катализаторы — 2 ч
Занятие 3. Энергетический обмен: Химия дыхания и брожения — 2 ч
Занятие 4. Пластический обмен: Фотосинтез и хемосинтез — 2 ч
Занятие 5. Химия наследственности: ДНК и РНК — 2 ч
Занятие 6. Биосинтез белка: Фабрика жизни — 2 ч
Занятие 7. Химия ферментативных реакций: Субстрат, активный центр, ингибиторы — 2 ч
Занятие 8. Химические основы иммунитета — 2 ч
Занятие 9. Химические основы биотехнологии: Промышленное использование микроорганизмов — 2 ч
Занятие 10. Химия витаминов и гормонов — 2 ч
Занятие 11. Итоговое занятие: Междисциплинарный проект — 2 ч
Профессионально-ориентированный модуль по биологии для специальностей укрупненной группы 05.00.00 «Науки о Земле» (1 курс)
Лекции и практические занятия — 22 часа (11 занятий по 2 часа)
Занятие 1. Биосфера: Глобальная экосистема Земли — 2 ч
Занятие 2. Экология как наука: Экологические факторы — 2 ч
Занятие 3. Природные зоны и биомы Земли — 2 ч
Занятие 4. Экологические пирамиды и потоки энергии — 2 ч
Занятие 5. Антропогенное воздействие: Загрязнение и нарушение экосистем — 2 ч
Занятие 6. Охрана природы и мониторинг окружающей среды — 2 ч
Занятие 7. Глобальные экологические проблемы — 2 ч
Занятие 8. Рациональное природопользование и устойчивое развитие — 2 ч
Занятие 9. Взаимодействие геологических процессов и живых организмов — 2 ч
Занятие 10. Экологический мониторинг и биоиндикация — 2 ч
Занятие 11. Итоговое занятие: Междисциплинарный проект — 2 ч
Профессионально-ориентированный модуль по биологии для специальностей укрупненной группы 06.00.00 «Биологические науки» (1 курс)
Лекции и практические занятия — 22 часа (11 занятий по 2 часа)
Занятие 1. Введение в специальность: Биологические науки и их прикладное значение — 2 ч
Занятие 2. Лабораторные методы исследований в биологии — 2 ч
Занятие 3. Биотехнология: Промышленное использование микроорганизмов — 2 ч
Занятие 4. Генетика в профессиональной деятельности — 2 ч
Занятие 5. Микробиология в профессиональной деятельности — 2 ч
Занятие 6. Экологический мониторинг и биоиндикация — 2 ч
Занятие 7. Ихтиология и рыбоводство — 2 ч
Занятие 8. Охотоведение и управление популяциями диких животных — 2 ч
Занятие 9. Биология и технологии хранения пищевых продуктов — 2 ч
Занятие 10. Биохимия в профессиональной деятельности — 2 ч
Занятие 11. Итоговое занятие: Междисциплинарный проект — 2 ч
Профессионально-ориентированный модуль по биологии для специальностей укрупненной группы 07.00.00 «Архитектура» (1 курс)
Лекции и практические занятия — 22 часа (11 занятий по 2 часа)
Занятие 1. Введение в биоархитектуру и бионику — 2 ч
Занятие 2. Эргономика и биомеханика в архитектуре — 2 ч
Занятие 3. Природные материалы в архитектуре — 2 ч
Занятие 4. Энергоэффективные решения из природы — 2 ч
Занятие 5. Конструкции в природе и архитектуре — 2 ч
Занятие 6. Биоклиматическая архитектура — 2 ч
Занятие 7. Зеленые крыши и вертикальное озеленение — 2 ч
Занятие 8. Биофильный дизайн в архитектуре — 2 ч
Занятие 9. Акустика в природе и архитектуре — 2 ч
Занятие 10. Устойчивое градостроительство — 2 ч
Занятие 11. Итоговое занятие: Междисциплинарный проект — 2 ч