Разработка комплекса наглядных материалов для занятий по биологии

Изучение микробиологии как науки о микроорганизмах начинается еще в средней школе и продолжается в ВУЗах медицинской и биологической направленности. Основной сложностью является чрезвычайно малый размер микроорганизмов: большинство бактерий имеют размеры порядка 0,5–5 мкм, грибы — до 10–50 мкм, а многие простейшие — около 20–100 мкм [1, с. 25]. Такие размеры выходят за пределы возможностей человеческого зрения, что требует обязательного использования сложной техники — световых или электронных микроскопов [2, с. 53].

Дополнительную сложность вызывает и то, что учащиеся, впервые работая с микроскопом, часто сталкиваются с техническими трудностями: выбор правильного увеличения, настройка фокуса, работа с иммерсионным объективом [3, с. 45]. Даже при наличии качественного микроскопа школьники не всегда могут правильно интерпретировать то, что видят в поле зрения, особенно без предварительной подготовки и опытного наставника [4, с. 72].

Кроме того, значительная часть микроорганизмов внешне похожа друг на друга. Например, сферические кокки разных видов — стафилококки, стрептококки — трудно различимы без специального окрашивания и знания тонких диагностических признаков [5, с. 84].

Все перечисленные факторы делают изучение микробов в рамках школьной/вузовской программы трудоёмким процессом и обуславливают актуальность разработки наглядных, безопасных и доступных пособий, помогающих формировать у школьников адекватное представление о микромире.

Исследование включало несколько этапов: получение микропрепаратов, микроскопия, фотофиксация изображений, изготовление наглядных пособий и их апробация в образовательном процессе.

Для получения чётких изображений микроорганизмов применялась иммерсионная световая микроскопия. Этот метод основан на использовании иммерсионной жидкости (обычно кедрового или синтетического масла), заполняющей пространство между объективом и предметным стеклом, что позволяет устранить преломление света на границе воздух-стекло. Иммерсионная микроскопия значительно увеличивает разрешающую способность светового микроскопа, позволяя визуализировать мельчайшие детали бактериальных клеток и их структур. Данный метод особенно эффективен при изучении бактерий малого размера — кокков, бацилл, вибрионов. Перед микроскопией препараты окрашивались по методу Грама, что позволяло выделить морфологические различия между грамположительными и грамотрицательными бактериями.

В рамках работы изучались следующие клинически значимые микроорганизмы. Staphylococcus aureus — возбудитель гнойно-воспалительных заболеваний кожи, остеомиелита, сепсиса, инфекций послеоперационных ран, опасен своими токсинами [6, с. 73]; Streptococcus anginosus – вызывает ангину, скарлатину, ревматизм, гломерулонефрит, способен к формированию аутоиммунных осложнений [7, с. 45]; Klebsiella pneumoniae — возбудитель тяжёлых пневмоний, особенно у пациентов в стационарах, отличается высокой антибиотикорезистентностью [8, с. 58]; грибы рода Candida – ответственны за кандидозы слизистых и тяжёлые системные микозы у людей с иммунодефицитом [9, с. 91]; амёбы (Entamoeba histolytica, Acanthamoeba) – вызывают кишечный амебиаз и редкие тяжёлые кератиты [10, с. 107]; Lactobacillus fermentum – пробиотическая бактерия, применяемая для коррекции микробиоты, однако в отдельных случаях может выступать оппортунистическим патогеном при иммунодефицитных состояниях [11, с. 34]; Proteus mirabilis – условно-патогенный микроорганизм, вызывающий инфекции мочевыводящих путей (особенно при катетеризации), раневые инфекции и сепсис [12, с. 62]; Cryptococcus neoformans – дрожжеподобный гриб, возбудитель криптококкоза, включая менингит у ВИЧ-инфицированных пациентов [13, с. 118]. Кроме того, изучался процесс фагоцитоза – ключевого механизма врождённого иммунитета, обеспечивающего захват и уничтожение патогенов специализированными клетками (нейтрофилами, макрофагами и дендритными клетками). Нарушения фагоцитоза (например, при хронической гранулематозной болезни) приводят к повышенной восприимчивости к бактериальным и грибковым инфекциям [14, с. 82].

Стекла с микроорганизмами помещались на предметны столик микроскопа, осуществлялось фотографирование, после чего изображения распечатывались на высококачественной фотобумаге, помещались в специальные молды для эпоксидной смолы для создания имитации поля зрения микроскопа. Изготовление пособий включало несколько этапов: подготовку прозрачных силиконовых форм диаметром, имитирующим поле зрения микроскопа; тщательное смешивание пластификатора с отвердителем согласно инструкции производителя (оптимальное соотношение компонентов подбиралось экспериментально); заливку подготовленной смеси в форму, прогрев техническим феном, застывание 24-36 часов. (Рисунок 1).

     Рисунок 1. Процесс изготовления наглядных пособий

Полученные материалы представляют собой безопасные, прочные, долговечные наглядные пособия, позволяющие многократно использовать их при проведении учебных занятий. (Рисунок 2).

Рисунок 2. Готовые наглядные материалы

Апробация изготовленных наглядных пособий была проведена на уроках биологии среди учащихся 5 класса. В исследовании принял участие 31 ученик. Всем участникам анкетирования были заданы одни и те же вопросы, позволяющие оценить восприятие разработанных наглядных пособий.

1. На вопрос «Повысился ли у Вас интерес к изучению микробов при использовании новых наглядных пособий?» положительно ответили 31 учащийся (100% опрошенных).
2. На вопрос «Стало ли Вам легче понимать и запоминать особенности строения и видов микроорганизмов при работе с новыми пособиями?» утвердительно ответили 28 учащихся (90% опрошенных).
3. На вопрос «Хотели бы Вы использовать такие пособия при изучении других разделов биологии (грибы, паразиты, клетки растений)?» положительно ответили 29 учащихся (94% опрошенных).
4. На вопрос «Было ли Вам сложно работать с предложенными образцами?» отрицательно ответили 31 учащийся (100% опрошенных).
5. По вопросу о безопасности использования пособий все учащиеся (100% опрошенных) отметили, что чувствовали себя уверенно, так как пособия не содержат живых микроорганизмов.

Дополнительно в открытых ответах учащиеся отметили, что использование данных пособий «помогает запомнить формы микробов», «напоминает настоящую работу с микроскопом, но проще», «интереснее, чем смотреть только рисунки в учебнике».

По результатам проведённого исследования можно сделать следующие обобщённые выводы. Разработанная методика изготовления наглядных пособий для изучения микробов в школьных условиях доказала свою эффективность и практическую ценность. Полученные пособия обеспечивают высокую визуализацию изучаемых объектов микробиологии, благодаря чему у школьников формируется точное представление о морфологии и разнообразии микроорганизмов.

Использование реальных микрофотографий позволяет значительно повысить интерес учащихся к биологии и облегчает усвоение сложных понятий микробиологии, таких как классификация бактерий, грибов и простейших. Кроме того, данные пособия являются абсолютно безопасными, так как исключают контакт обучающихся с живыми патогенными культурами, что особенно важно в условиях школьной аудитории.

Практическая апробация на занятиях показала, что внедрение таких наглядных материалов способствует развитию зрительной памяти, аналитических и исследовательских навыков у школьников, а также формирует первичные навыки микробиологического анализа, что особенно ценно с точки зрения профориентации учащихся в области естественных наук и медицины.

Таким образом, гипотеза исследования полностью подтвердилась. Созданные наглядные пособия рекомендуются к широкому использованию в образовательном процессе общеобразовательных школ, лицеев, медицинских колледжей и университетов. Методика может быть использована также при проведении научно-популярных мероприятий, олимпиад, дней науки и профессиональных ориентировочных программ.

1. Зверев В.В., Бойченко М.Н. Основы микробиологии. — М.: Академия, 2020. — 400 с.
2. Костюкевич С.В. и др. Практическая микробиология. — М.: Геотар-Медиа, 2021. — 356 с.
3. Царев В.Н. Современные методы микроскопии. — СПб.: Питер, 2021. — 220 с.
4. Лабинская А.С. Основы работы с микроскопом. — Казань: Университетское издательство, 2019. — 184 с.
5. Сбойчаков В.Б., Карапац М.М. Медицинская бактериология. — Минск: Беларусь, 2014. — 290 с.
6. Новикова Л.А. Медицинская бактериология. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2022. — 328 с.
7. Иванова Т.П. Клиническая микробиология: современные вызовы стрептококковых инфекций. // Практическая медицина, 2023, №2, с. 43–47.
8. Сидорова М.В. Klebsiellapneumoniae: резистентность и угрозы современной терапии. // Антибиотики и химиотерапия, 2023, №5, с. 55–62.
9. Орлова А.С. Современные аспекты кандидозных инфекций. // Клиническая микология, 2022, №4, с. 89–94.
10.  Павлова Е.И. Современные аспекты диагностики амёбных инфекций. // Вестник паразитологии, 2022, №2, с. 105–110.
11.  Петровская М.А., Маркова Я.М. Пробиотики и оппортунистические инфекции. М.: Медицина, 2020. 156 с.
12.  Сидоренко С.В. Условно-патогенные бактерии в клинической практике. СПб.: ЭЛБИ, 2019. 208 с.
13.  Климко Н.Н. Микозы: диагностика и лечение. Руководство для врачей. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2021. 432 с.
14.  Ярилин А.А. Иммунология: учебник. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2022. 568 с.