Модерната наука в учебната програма: балансиране на телесното тегло Teach article

Превод Емилия Мурзова (Emilia Murzova). Friedlinde Krotscheck описва как е използвала статия за модерната наука от Science in School като основа на урок за човешкото тяло.

С любезното съдействие на
egal / iStockphoto

За тийнейджърите уроците в училище са от второстепенно значение. Голяма част от учениците се интересуват предимно от външния си вид, от приятелите си или от това как си прекарват времето извън училище, а освен това са много чувствителни към мнението на своите връстници. Докато правех рецензия на статията в Science in School за потенциална нова хормонална терапия срещу затлъстяването obesity (Wynne & Bloom, 2007), аз се чудех дали мога да използвам тази статия и интересите на десетокласниците (на възраст 15-16 години) в часовете си по биология.

Уроците през първия срок в 10 клас са посветени на „човешкото тяло”; това е първия и единствен път, когато учениците се запознават с темата в дълбочина. През трите месеца аз посвещавах всеки един от 24-те урока (от по 45 минути всеки) на подтемата „хомеостазата и човешкото тяло”, фокусирайки се над статията от Science in School, подкрепяйки я с видео клипове от лекциите The Science of Fat (Evans & Friedman, 2004).

Започнах като зададох въпроса на учениците дали биха искали да опитат един по-различен подход, базиращ се на файловете, които бях подготвила. Учениците трябваше да работят самостоятелно и по групи за да развият собственото си портфолио от информация (бележки, диаграми, есета), да представят резултатите си пред останалите и да участват в дебатите в часовете. Отговориха ми доста ентусиазирано.

Friedlinde Krotscheck
С любезното съдействие на
Eckhard Krotscheck

През следващите три месеца ентусиазмът им по отношение на темата и на преподавателския подход не секна. Бяха мотивирани сами да изучават системите от органи, да овладеят принципа на хомеостазата и критично да анализират собствения си начин на живот. Бях впечатлена от това колко упорито работеха над своето портфолио – включително и извън часовете – а и се повиши стремежът им да научат повече за науката, да повлияят на насоката на учебния час, да се обучават помежду си, да обсъждат засегнатите етичните въпроси.

С любезното съдействие на
SaulHerrera / iStockphoto

Разбира се, що се отнася до темата със затлъстяването, важен аспект е отношението към учениците с повишено или наднормено тегло. Тъй като урокът започна със сравнително продължително обсъждане на темата за хомеостазата и метаболизма, учениците бяха достатъчно предразположени, когато дойде време за обсъждане на индекса на телесното тегло – и разбира се индивидуалната информация за всеки ученик не беше направена достояние на всички.

След началото на дискусията за затлъстяването и научната статия, двамата ученика с наднормено тегло в класа, осъзнавайки, че състоянието им не е такова изцяло по тяхна вина, започнаха свободно да обсъждат хранителните си навици пред класа. Други ученици също говореха свободно за проблемите с теглото, включително анорексия и булимия.

По-долу можете да намерите насоки за провеждане на урока. Използвах го (със съгласието на учениците) за да проведа по различен начин уроците по биология, подобен на начина, по който работят учените. Той помогна на учениците ми да осъзнаят, че фактите лежат в основата на разбирането на модерната наука.

Енергиен баланс. Увеличи
снимката

С любезното съдействие на
Katie Wynne

Ако не можете да отделите толкова време на тази тема, е възможно да използвате части от нея или отделни файлове.

1) Ежедневието на учениците

Започнете първия урок с простия въпрос „как сте?” Обсъждайки отговорите им и разделяйки ги на любезни и честни отговори за настоящото им емоционално състояние (напр. тъжен, весел, изморен, отегчен), ще достигнете до причините за тях, например:

  • Дали харесват училището
  • Дали са гладни или жадни
  • Колко и каква храна са консумирали
  • Колко са спали.

Оттук насочете дискусията към човешкия метаболизъм и една от диаграмите (енергийния баланс, вляво) на Wynne & Bloom (2007). За домашна работа учениците трябва всеки ден за една седмица да попълват таблица 1, описвайки какво ядат и какви упражнения правят. Всички таблици и файлове, необходими за урока могат да се свалят от сайта на Science in Schoolw1.

Таблица 1: Прием на храна и разход на енергия. Всеки ден записвайте какво ядете, колко ядете, какви физически упражнения правите и за колко време.
  Прием на храна Разход на енергия
Ден Описание на храната ml или g Упражнения Време Разстояние
           
           

2) Системите от органи

За да разберат темата за метаболизма, учениците трябва да усвоят системите от органи в човешкото тяло и как те работят една с друга за да подържат хомеостазата. По време на целия курс учениците трябва да съберат определен обем от информация за различните функции на системите от органи, като работят по групи или самостоятелно в училище или вкъщи. Ролята на учителя е да осигури материали (учебници, адреси на сайтове, модели, диаграми и друга информация за системите от органи), а учениците сами събират фактите. Самата аз дадох на учениците си много малко насоки за събирането на фактите – помагах най-вече на изоставащите ученици. Други мои колеги може да предпочетат друг подход.

С любезното съдействие на
scol22 / iStockphot

Всяка група ученици се занимава с една система и прави 15 минутна презентация като дава на останалите загадка, която те трябва да разрешат.

След като са получили информацията за всички системи от органи, учениците трябва да използват файл 1 за да:

  1. Опишат функциите, които извършва всяка система, както и съставящите я органи.
  2. Чрез стрелки и знаци да означат как изброените по-горе системи взаимно си влияят.

Отделих 12 часа за първите две части от урока, след което учениците ми имаха основните познания за системите от органи, как те зависят една от друга и какво е хомеостаза. Единственият урок, който аз преподадох беше за централната нервна система, а всички останали бяха изнесени от учениците.

3) Оценяване на приема на храна и активността

Вземайки предвид данните от таблица 1, учениците трябва да съставят предположение за собствения си енергиен баланс (напр. отслабване или напълняване). След това трябва на съобразят как да сравнят резултатите си с тези на съучениците си – и сами достигат до предложението да индекса на телесната маса (ИТМ).

ИТМ =   тегло (kg)
          (височина (m))2

Като използва формулата или онлайн калзулатор на ИТМw2 всеки ученик трябва да пресметне собствения си ИТМ. Може да бъде използвана първата лекция от The Science of Fat („Разкриване на противоречията за напълняването” от Jeffrey M Friedman) за да се покажат някои от недостатъците на ИТМ, а именно, че той не може да се прилага еднакво за всеки.

След това като използват таблица 2 и данните от таблица 1, всеки ученик трябва да изчисли собствения си дневен енергиен баланс и средния за седмицата за да види в коя посока клони. За да направят това, учителят трябва да им даде насоки как да превърнат данните от таблица 1 в килоджаули. Освен това обаче има много уеб сайтове, които правят изчислението или предлагат необходимите насокиw3.

Table 2: Баланс на приема на храна и разхода на енергия
Прием на храна минус разход на енергия
Ден + kJ (прием на храна) – kJ (разход на енергия) Енергиен баланс
       
       
Файл 1: Телесна хомеостаза.
Човешкото тяло е съставено
от системи от органи, всяка
от които си има своите
особености, но те работят
заедно, обменяйки
постоянно информация и
приспособявайки се към
изискванията на
конкретната ситуация. Това
коопериране и
комуникиране стоят в
основата на хомеостазата.
Увеличи снимката

С любезното съдействие на
Friedlinde Krotscheck

Пресметнатият енергиен баланс ще е различен за различните ученици – различията започват още о предположението в началото на тази част. На диаграмата за енергийния баланс (по-горе) попълнете енергийния баланс (в kJ), изчислен от всеки ученик и коментирайте резултатите. Учениците ще осъзнаят, че общия разход на енергия може да се раздели на разход за извършване на метаболитните процеси, когато тялото е в покой (основно метаболитно ниво) и разход при движение. Таблица 2 обаче включва само разхода при движение – основното метаболитно ниво варира при различните ученици.

Файл 2: клетката като
най-малката жива единица.
Увеличи снимката

С любезното съдействие на
Friedlinde Krotscheck

Метаболитният ни разход на енергия може да бъде определен на базата на нашите височина, тегло, пол и възрастw4, w5. Учениците определят основното си метаболитно ниво и включват стойността при изчисляване на енергийния си баланс в таблица 2. Как това променя „положението” на всеки ученик в диаграмата на баланса (по-горе)?

На този етап се представя метаболизма на клетъчно ниво като се използва файл 2. Изролзвайки учебниците си, учениците трябва да отговорят на следните въпроси, правейки връзка между собствения си енергиен баланс и дейността на клетките, тъканите и органите.

  1. Да изброят клетъчните структури и органели, участващи във всяка една от посочените на диаграмата функции.
  2. Като използват линии и стрелки, да отбележат във файл 2 взаимозависимостта на тези функции.
  3. Да сравнят знанията си за клетъчните функции с тези за хомеостазата на човешкото тяло. Да опишат съответствията, които откриват.

При моите ученици това доведе до дискусия по факта, че фенотипът ни – например дали сме високи или дебели – се влияе от начина на функциониране на клетките в органите. Има случай, когато клетките съществуват, но не функционират правилно. Учениците ми заключиха, че хомеостазата се извършва на всички нива – между клетките и между органите – и тази хомеостаза (баланс) е необходим за да имаме здраво тяло.

4) Представяне на статията от Science in School

Дори след като се вземе предвид варирането на метаболитния разход на енергия, не всички ученици биха получили енергиен баланс, близък до 0; вместо това се вижда, че някои консумират повече (или по-малко) отколкото изразходват. Защо? Дискусията трябва да доведе до концепцията за засищането: чувството, че си се нахранил достатъчно.

Оксинтомодулинът
предизвиква чувство на
ситост. Увеличи снимката

С любезното съдействие на
Katie Wynne

Тогава представете втората диаграма от Wynne & Bloom (2007) (вдясно) – но без означениятаw1. Разкажете за направеното изследване, на което е посветена статията и обяснете сигналите, подавали при възбуждане на апетит, по време на хранене и за засищане. По-специално внимание при изучаване и обсъждане може да се обърне на ролята на секреторните клетки като се привлече вниманието на учениците към функционирането на клетките в собствените им организми.

Учениците трябва да обозначат диаграмата.

След като вече учениците са запознати с концепцията за ИТМ и дефиницията на затлъстяването, разделете ги на малки групи за да обсъдят проблемите със затлъстяването и нуждата от помощ като използват файл 3w1.

Накарайте учениците си да си представят, че са затлъснял човек и да отговорят на следните въпроси:

  1. С кои от свързаните със затлъстяването недостатъци (виж файл 3) ще се заемете първо?
  2. Как ще го направите?
  3. Бихте ли помолил за помощ? Ако да, кой?
  4. Направете списък със стъпките, които ще предприемете за да постигнете целта си.
  5. Как недостатъците от затлъстяването са свързани помежду си? До какво биха довели те?
  6. Мислите ли, че затлъстяването може да сполети и Вас? Обяснете.

Обсъждането трябва да ги накара да стигнат до заключението, че затлъстяването е следствие от нарушена хомеостаза, когато някои хора не разпознават чувството на ситост поради неправилно функциониране на секреторните клетки, отговорни за това. Лечението с оксинтомодулин има възможност да предизвика намаляване на теглото чрез внасяне на корекция в енергийния баланс и позволявайки запазване на здравословно равнище на теглото.

5) Поглед върху лечението

Файл 3: Затлъстелият човек.
Увеличи снимката

С любезното съдействие на
Friedlinde Krotscheck

Преди оксинтомодулинът да започне да се използва широко за лечение, са необходими още изследвания. От статията на Wynne & Bloom (2007) използвайте карето за клиничните изпитвания (по-долу) за да покажете, че преди да бъдат разрешени лекарствата преминават през много фази на изпитване, които да установят и да минимизират страничните ефекти.

Могат да възникнат или да бъдат поставени следните въпроси:

  1. Какъв ефект върху мозъка оказва инжектираният оксинтомодулин?
  2. Какъв друг ефект има оксинтомодулинът върху тестваните доброволци, освен постигането на засищанеtriggering satiety?
  3. Възможно ли е инжектираният в тялото хормон да наруши производството на оксинтомодулин в тялото (субстратно-инуцирано инибиране)? Направете хипотези.

В заключение

Възложете на учениците да напишат есе – собственото им виждане или размисли върху фактите – за възможните ефекти от използването на оксинтомодулина като лекарство срещу затлъстяване.

Най-накрая учениците могат да обсъдят дали такова едно изследване трябва да бъде финансирано. Защо? Защо не? При моите ученици то доведе до дебати, включващи теми като тази за жертвите на недохранването по света, чиито брой е далеч по-голям в сравнение с този на хората, умиращи заради проблеми, свързани със затлъстяването.

В края на курса студентите трябва да са разбрали че системите ни от органи зависят и си влияят една на друга и че промяната само на един параметър довежда до верига от промени навсякъде в системата. Това е валидно за всяко нарушение в телесната хомеостаза, било то прегряване, гладуване, дори и злоупотреба с медикаменти.

 

Клинични опити с лекарства

Новите лекарства трябва да преминат серия от изпитвания, наречени фази, за да се прецени дали те са ефективни и безопасни.

ФАЗА I: Първоначално изпитване с малка група, обикновено здрави доброволци, което трябва да установи безопасната доза и предполагаемите странични ефекти.

ФАЗА II:Изпитване с по-голяма група доброволци (до 100) със заболяване, чрез което да се установи краткосрочната ефективност и безопасност на медикамента. И двете изследвания, описани в тази статия, са изпитвания в ранна Фаза II.

ФАЗА III: Изпитвания с голяма група болни доброволци (до няколко хиляди) за по-дълъг период от време – година или повече, за да се сравни лечението с вече съществуващо лекарство или с плацебо контрола.

ФАЗА IV: Изпитванията на лекарството продължават, обикновено след като е одобрено, за да се установи ефективността на лечението при по-широко използване и да се проучат дълготрайните рискове и ползи.

Този процес е важен за да се провери дали ползата от лечението е по-голяма от страничните ефекти, което означава може да отнеме години преди нов медикамент до да достигне хората.

Фаза
Table 3: Потенциални лекарства против затлъстяване, преминаващи всяка фаза от клиничните изследвания за периода 1994-2007. Въпреки че се проучват много потенциални лекарства, малко от тях достигат до пазара. Понастоящем само два продукта са одобрени в САЩA.
  I II III IV
Брой 124 259 169 55

Бележки на автора

Ако сте използвали някои от нашите статии във ваши уроци, моля споделете за това на: editor@scienceinschool.org

Download

Download this article as a PDF

References

  • Evans RM, Friedman JM (2004) Howard Hughes Medical Institute holiday lectures: The Science of Fat.
    • В тези лекции, предназначени за гимназисти, водещи учени обясняват как тялото регулира теглото чрез внимателно контролиране на съхранението и изгарянето на мазнините – и как по-задълбоченото вникване в тези сложни метаболитни системи могат да доведат изследователите до лечения, които да се справят със затлъстяването и подобряват здравето на обществото.
    • Лекция 1: „Разкриване на противоречията за напълняването” от Jeffrey M Friedman, MD, PhD
    • Лекция 2: „Изучаване на мазнините: синдромът x и други” от Ronald M Evans, PhD
    • Лекция 3: „Изравняване на уравнението за мазнините” от Ronald M Evans, PhD
    • Лекция 4: „Проучване на затлъстяването: от дълбините на мозъка до далечния Пасифик” от Jeffrey M Friedman, MD, PhD
    • Тези, както и други ваканционни лекции на медицинския институт Howard Hughes могат да се гледат онлайн или да бъдат поръчани на безплатно DVD. Записките по лекциите са достъпни за сваляне на www.hhmi.org/biointeractive/obesity
    • За да научите повече за ваканционните лекции на медицинския институт Howard Hughes, вижте следните обзорни статии:
    • Hadjimarcou M (2006) Review of Learning from Patients: the Science of Medicine. Science in School 2: 83. www.scienceinschool.org/2006/issue2/patients
    • Hadjimarcou M (2007) Review of Clockwork Genes: Discoveries in Biological Time and Evolution: Constant Change and Common Threads. Science in School 7: 66-67. www.scienceinschool.org/2007/issue7/clockwork
    • Hadjimarcou M (2009) Review of Potent Biology: Stem Cells, Cloning, and Regeneration. Science in School 11: 92. www.scienceinschool.org/2009/issue11/potentbiology
  • Wynne K, Bloom S (2007) Оксинтомодулин – нова терапия срещу затлъстяването? Science in School 6. www.scienceinschool.org/2007/issue6/oxyntomodulin/bulgarian

Web References

  • w1 – Необховимите ви за уроците таблизи и файлове могат да се свалят оттук:
  • w2 – Индексът на телесната маса може да бъде пресметнат като се използват: www.nhlbisupport.com/bmi/bmi-m.htm and www.bmi-calculator.net (в метрични или имперски единици).
  • w3 – За изчисляване на енергийния прием в kJ учениците могат да използват сайта на Nutrition Data. Виж: www.nutritiondata.com
  • w4 – За изчисляване на собственото си основно метаболитно ниво учениците могат да използват следния сайт: www.bmi-calculator.net
  • w5 – Полезна презентация за основното метаболитно ниво може да се види тук: www.slideshare.net/Meggib/energy-expenditure-presentation-703878
  • w6 – За да научите повече за Европейската лаборатория по молекулярна биология (EMBL), посетете: www.embl.org
    • За повече информация за Европейската тренировъчна лаборатория за жива наука, научно-образователното подразделение на EMBL, чиято цел е да докосне гимназиалните учители до научната среда, посетете: www.embl.org/ells
  • w7 – Science on Stage (Наука на сцената) поредица от местни, национални и международни събития за учители. Националните събития в рамките Science on Stage кулминират в Европейски фестивал на учителите, който се провежда веднъж на две години, следващото издание, на който ще бъде в Копенхаген в Дания между 16 и 19 април 2011.
    • За да научите повече за Science on Stage и да се свържете с националния си координатор, посетете сайта на Science on Stage Европа на: www.science-on-stage.eu
    • За да научите повече за Science on Stage Австрия, посетете: www.scienceonstage.at
    • За да разберете повече за националното събитие на Science on Stage Австрия, проведено през февруари 2010, вижте:
    • Hayes E (2010) Science on Stage: gathering momentum. Science in School 15: 2-3. www.scienceinschool.org/2010/issue15/sons

Resources

Author(s)

Friedlinde Krotscheck е преподавател от 25 години. След като се дипломира като учител, тя започва да преподава биология и физическо възпитание в гимназиите в Хамбург и Хайделберг в Германия. През 1988 година тя и семейството й се преместват в Тексас, САЩ, където тя преподава наука шест години и ежегодно организира деня на науката и математиката в училище. След летни курсове по биотехнологии и генни технологии, тя става посланник на биотехнологиите, преподавайки предмета на американски университетски пеподаватели.

При завръщането си в училището в Хайделберг (Internationale Gesamtschule) през 1995 година, Friedlinde се включва в образователните дейности на Европейската лаборатория по молекулярна биологияw6, като посещава лабораторията заедно със своите ученици и като взема участие в обучението на учителите. Това акцентира върху важността на „чистата” наука в обучението – планиране и изпълнение на експерименти и осъзнаване на процеса на научното откритие.

След пенсионирането си и преместването си в Австрия, Friedlinde продължава да прави обзори на статии от Science in School и заема мястото на председател на Science on Stage Austriaw7.


Review

Когато учениците вземат активно участие в уроците, те едновременно се забавляват и научават повече. Настоящата статия показва как това може да се постигне като се използва статия от Science in School за модерната наука като шапка на цяла една тема от учевната програма.

Планираната работата представлява предизвикателство за много ученици заради необходимостта познания по математика, биология и при дискусиите за здраве и добро физическо състояние. Учениците трябва първо да се почувстват сигурни в класната стая преди да започнат да обсъждат темите с теглото и навярно е добра идея да се спомене, че личните теми са поверителни и не е редно са се обсъждат извън класната стая.

Темата с медикаментозния контрол на теглото и отслабването представляват интерес и могат да бъдат разширени с информация за билки и продукти, продавани без рецепта. Учениците могат да обсъждат социалните, етичните и пазарните страни на продуктите и рекламите за отслабване. Изучаването на темата трябва да се направи по забавен и интересен за учениците начин като се свърже с тяхното ежедневие.


Shelley Goodman, Великобритания



License

CC-BY-NC-SA