Temat: Biotechnologia w ochronie środowiska

Adresat

Uczniowie liceum ogólnokształcącego i technikum

Podstawa programowa

Ogólny cel kształcenia

Dowiesz się, w jaki sposób wykorzystujemy biotechnologię w ochronie środowiska.

Kompetencje kluczowe

• porozumiewanie się w językach obcych;

• kompetencje informatyczne;

• umiejętność uczenia się.

Kryteria sukcesu
Uczeń nauczy się:

• określać zastosowanie mikroorganizmów do utylizacji niektórych zanieczyszczeń gleby i wody;

• opisywać proces biologicznego oczyszczania ścieków;

• wymieniać zalety i wady produkcji i stosowania biopaliw.

Metody/techniki kształcenia

• podające

  • pogadanka.

• aktywizujące

  • dyskusja.

• programowane

  • z użyciem komputera;

  • z użyciem e‑podręcznika.

• praktyczne

  • ćwiczeń przedmiotowych.

Formy pracy

• praca indywidualna;

• praca w parach;

• praca w grupach;

• praca całego zespołu klasowego.

Środki dydaktyczne

• e‑podręcznik;

• zeszyt i kredki lub pisaki;

• tablica interaktywna, tablety/komputery.

Przebieg lekcji

Przed lekcją

• Uczniowie zapoznają się z treścią abstraktu. Przygotowują się do pracy na lekcji w taki sposób, żeby móc przeczytany materiał streścić własnymi słowami i samodzielnie rozwiązać zadania.

Faza wstępna

• Prowadzący lekcję określa cel zajęć i informuje uczniów o ich planowanym przebiegu. Przedstawia kryteria sukcesu.

Faza realizacyjna

• Prowadzący wyznacza osoby, które kolejno omówią następujące zagadnienia: usuwanie skażeń gleb przy udziale żywych organizmów; biologiczne oczyszczalnie ścieków; znaczenie fermentacji metanowej; korzyści płynące ze stosowania biopaliw.

• Uczniowie kolejno referują przydzielone tematy..

• Prowadzący lekcję zapowiada film. Poleca podopiecznym, żeby w formularzu zamieszczonym w abstrakcie zapisali pytanie badawcze i hipotezę. Następnie wyświetla film, a uczniowie odnotowują swoje obserwacje i wnioski. Nauczyciel wskazuje osobę, która dzieli się swoimi spostrzeżeniami i wyjaśnia zasadność zanotowanych przez siebie wniosków.

• Nauczyciel po filmie „Biogazownia” inicjuje dyskusję na temat znaczenia biotechnologii dla ochrony środowiska i jej potencjalnych możliwości.

• Prowadzący wyjaśnia pojęcie biosensorów i w ogólnym zarysie przedstawia zasadę działania oraz podaje przykłady zastosowania tego typu detektorów.

• Uczniowie, pracując indywidualnie lub w parach, wykonują ćwiczenia interaktywne sprawdzające i utrwalające wiadomości poznane w czasie lekcji. Wybrane osoby omawiają prawidłowe rozwiązania ćwiczeń interaktywnych. Prowadzący uzupełnia lub prostuje wypowiedzi podopiecznych.

Faza podsumowująca

• Nauczyciel krótko przedstawia najważniejsze zagadnienia omówione na zajęciach. Odpowiada na dodatkowe pytania podopiecznych i wyjaśnia wszelkie ich wątpliwości. Uczniowie uzupełniają notatki.

• Na zakończenie zajęć nauczyciel zadaje uczniom pytania:

  • Co na zajęciach wydało wam się ważne i ciekawe?

  • Co było łatwe, a co trudne?

  • Jak możecie wykorzystać wiadomości i umiejętności, które dziś zdobyliście?

  Chętni lub wybrani uczniowie podsumowują zajęcia

Praca domowa

• Wyobraź sobie, że masz okazję przeprowadzić wywiad z naukowcem - specjalistą w dziedzinie, której dotyczyła dzisiejsza lekcja. Jakie pytania chciałbyś mu zadać? Zapisz je.

W tej lekcji zostaną użyte m.in. następujące pojęcia oraz nagrania

Pojęcia

Teksty i nagrania

**The role of biotechnology in environmental protection **

Some soil microorganisms have a natural ability to use petroleum substances as a source of food and energy. They break down pollutants into non‑toxic compounds, sometimes into carbon dioxide and water. The effectiveness of this mechanism depends on the pace of the processes carried out by the organisms and on the conditions in which they live, such as humidity, temperature, pH of the substrate. The technology of removing contaminants with the use of microorganisms is called bioremediation.

Vascular plants, such as brown mustard, which has the ability to accumulate lead, or field pennycress, which can accumulate zinc and nickel, are used for a biological decontamination of the soil. With the use of genetic engineering, the bacteria genes which are engaged in detoxification of particular elements and transferred to plants genomes. This allows for the creation of plants that collect specific elements, intended for sowing on contaminated soils.

Biological wastewater treatment plants use microorganisms that release into the environment enzymes that break down organic matter. The wastewater treatment process takes place under aerobic or anaerobic conditions. Aerobic bacteria consume part of the pollution degradation products and oxidize the rest.

Some microorganisms break down organic macromolecules (proteins, fats, carbohydrates) under anaerobic conditions in a process called the methane fermentation. Its products are methane, carbon dioxide and other compounds.

Methane has a high calorific value, therefore it is used for the production of heat, electricity and for vehicle propulsion. It can be obtained from sewage, organic waste deposited on landfills, biological fertilizers and biomass. The European Parliament Directive of 2009 on the promotion and use of energy from renewable sources stipulates that 20% of energy produced in the EU in 2020 is to come from renewable energy sources (15% in Poland).

Biogas plants are used for the production of fuel gases from biological waste. They must provide the right conditions for a given type of bacteria, and the process should be constantly monitored. Post‑fermentation residues are stored and then, after liming, used as a fertilizer. The biogas consists of methane (40‑80%), carbon dioxide (20‑55%), hydrogen sulfide and a small amount of other gases. Purified biogas, in which the methane content reaches approx. 90%, is used to power natural gas installations or for the production of electricity.

Biofuels are renewable energy sources obtained from the biomass.

The production of biofuels is a chance to become independent from fossil fuels. In addition, plants that are seeded specifically for the purpose of production of biofuels or of its raw materials absorb carbon dioxide from the atmosphere. Unfortunately, the use of plants also has some negative sides. For example, biomass production requires utilization of large areas that could be used for other purposes (e.g. food production). Combustion of some biofuels causes the emission of harmful substances, eg nitrogen oxides, but it does not pollute the atmosphere with sulfur compounds. The use of this type of fuel in the automotive industry is associated with the need for changes in the design of engines, as those used nowadays are prone to be damaged in low temperature combustion. Another obstacle is the production cost, which is 2‑3 times greater than the cost of production of traditional fuels.

Biosensors are measuring devices that, for example, detect contamination thanks to biological receptors, such as microorganisms, nucleic acids, enzymes. They consist of a converter that changes the biological signal into an electrical signal. The converter enables its registration and measurement of intensity. The detector is a biological layer made up of live microorganisms. Biosensors are used, for example, in determining the level of pollutants in the environment, e.g. quantities of heavy metals, pesticides, carcinogens or toxic substances.

• Microorganisms can be used to decontaminate soil and water.

• Biomass utilization and methane production occur in the biogas plants.

• Biofuels are produced from renewable natural resources.

• Biosensors detect contamination thanks to biological microorganisms, nucleic acids, enzymes.