BIOTEHNOLOGIJA

PREDMETNI KATALOG – UČNI NAČRT

TEHNIŠKA GIMNAZIJA

280 UR

Prenovljeni učni načrt za biotehnologijo je določil Strokovni svet RS za splošno izobraževanje na 79. seji dne 19. 5. 2005 in od šolskega leta 2005/2006 postopoma nadomešča dosedanjega, ki je bil določen na 20. seji Strokovnega sveta RS za splošno izobraževanje dne 29. 10. 1998 (nazadnje objavljen za šolsko leto 2004/2005).

VSEBINA

I. OPREDELITEV PREDMETA

II. PREDMETNI KATALOG ZNANJ

1 Cilji predmeta

1.1 Splošni cilji predmeta

1.2 Operativni cilji predmeta in/ali vsebine

a. Predvidena organizacija in časovni obseg

b. Etapni cilji, dejavnosti, vsebine, pojmi, medpredmetne povezave

2 Standardi znanj

III. ZNANJA, KI JIH MORAJO IMETI IZVAJALCI PREDMETA

PRILOGA:

I. SPECIALNODIDAKTIČNA PRIPOROČILA

II. OBVEZNI NAČINI PREVERJANJA IN OCENJEVANJA

I. OPREDELITEV PREDMETA

Biotehnologija je interdisciplinarna veda, ki vključuje znanja s področja biologije, kemije in inženirskih znanosti in sega tako rekoč v vse sfere človekovega življenja.

Temeljni namen biotehnologije je industrijsko izkoriščanje biokultur (mikroorganizmov, tkivnih in celičnih kultur živali in rastlin) za pridobivanje različnih biotehnoloških produktov, ki se uporabljajo v:

industriji živil in pijač (encimi, polisahardidi…),
farmacevtski industriji (proizvodnja zdravil: npr. antibiotikov, ergot alkaloidov …),
medicini in veterini (cepiva, hormoni …),
agronomiji (razmnoževanje rastlin s tkivnimi kulturami, vzgoja brezvirusnih rastlin, vzgoja rastlin odpornih na herbicide, insekticide, pomen simbioz v različnih ekosistemih - mikoriza, dušikove bakterije …),
kemični industriji (topila …),
energetiki (bioplin, etanol …),
živinoreji (biološke osnove živalske proizvodnje, proizvodnja krmil in dodatkov krmi …),
ekologiji (biološko čiščenje odpadnih voda, zraka in zemlje …).

Uporaba produktov biotehnologije je stara toliko kot človeštvo, kot samostojna veda pa nastopa od sedemdesetih let dvajsetega stoletja. Leta 1995 in v prvi polovici lanskega leta je hitrost rasti biotehnologije na Zahodu dosegla rekordnih 30 %, kar je več kot 3-krat toliko kot pri telekomunikacijah in računalništvu ( Lah, T. Posvetovanje: Biologija in Biotehnologija v Sloveniji, Ljubljana 1997).

V zadnjem času se v ZDA in Evropi pojavljajo razni učni programi za področje biotehnologije na univerzitetnem, srednješolskem in celo osnovnošolskem nivoju, zato menimo, da je treba slediti tem trendom razvoja. Zaradi interdisciplinarnosti biotehnologije se vedno bolj kaže potreba po takem strokovnjaku, ki bi obvladoval širši spekter znanj. Na ljubljanski Univerzi teče podiplomski študij biotehnologije že drugo leto. Industrija kaže za take strokovnjake velik interes, saj obvladujejo znanja, ki jih do sedaj ni dala nobena študijska smer.

Predmet biotehnologija se uvaja kot strokovni maturitetni predmet za tehniško gimnazijo s področja agroživilstva.

V svojih vsebinah nadgrajuje znanja, ki so jih dijaki osvojili pri predmetih biologija in kemija in poudarja pomen uporabe biokultur (aplikacija) v biotehnoloških procesih, ki dajejo ritem razvoju nekaterih panog industrije. To pa je ključni dejavnik rasti kapitala, ki močno vpliva na ekonomske in socialne odnose v družbi.

Glavni poudarki pri pouku biotehnologije so sistematično pridobivanje uporabnih znanj, ki dijakom omogočajo razumevanje, načrtovanje in regulacija biotehnološkega procesa, oblikovanje kritičnega odnosa do novih spoznanj v biotehnologiji, ki se kaže v sprejemanju ustreznih odločitev, ki bodo v prid človeštvu. (Npr. izbrati tak biotehnološki proces, kjer ne bo edino vodilo zaslužek, ki ne bo obremenjeval okolja in ne bo vzbujal etičnih dilem.)

Pri uvajanju biotehnologije v šoli moramo skrbeti za razvoj celovite osebnosti, ki jo opredeljuje kritičnost, kreativnost, poštenost, vedoželjnost in svoboda misli.

Da bi lahko uresničevali naloge biotehnologije kot šolskega predmeta, se morajo teoretične osnove prepletati z raziskovalnim delom (laboratorijsko in projektno delo). To daje dijakom možnost, da aktivno pridobivajo znanje in izbirajo najustreznejše rešitve.

Dijaki s pridobivanjem informacij iz različnih virov odkrivajo bistvo obravnavane vsebine, primerjajo ter kritično sprejemajo in presojajo podatke in informacije, se naučijo analizirati, povezovati in posploševati. To jim omogoča poglobljeno razumevanje učnih vsebin in razumevanje soodvisnosti naravoslovnih, tehniških in družbenih znanj.

II. PREDMETNI KATALOG ZNANJ

1 Cilji predmeta

1.1 Splošni cilji predmeta

S poukom biotehnologije želimo, da dijaki:

spoznajo interdisciplinarnost biotehnologije,
razumejo pojme, dejstva in zakonitosti s področja biotehnološkega procesa, biokultur, gojišč, bioreaktorjev, spremljanja in reguliranja procesov v bioreaktorju, izolacije biotehnoloških produktov in genske tehnologije,
razvijajo sposobnosti za načrtovanje in regulacijo biotehnoloških procesov,
z lastnim iskanjem in preučevanjem pridejo do določenih spoznanj in si oblikujejo kritičen odnos do novih spoznanj v biotehnologiji,
s pomočjo pridobljenega znanja in sodobno zastavljenega eksperimentalnega dela spoznavajo, analizirajo in načrtujejo rešitve nalog, s katerimi se bodo srečevali v praksi,
izberejo načine reševanja biotehnološkega problema za doseganje ekonomsko, zdravstveno in okoljsko optimalnih rezultatov,
primerjajo donosnost biotehnoloških procesov in načrtujejo ekonomsko najprivlačnejšo različico s perspektive trajnostnega razvoja
analizirajo težave, ki nastajajo pri uporabi biotehnologije, pridobijo pozitiven odnos do varovanja okolja in biološke varnosti in se seznanijo z obstoječo zakonodajo s tega področja v razvitem svetu ter v Sloveniji,
izoblikujejo kritičen odnos do etičnih dilem, ki nastopajo pri uporabi sodobne biotehnologije.

1.2 Operativni cilji predmeta in/ali vsebine

a. Predvidena organizacija in časovni obseg

Obsega: 70ur v drugem letniku, 105ur v tretjem in 105ur v četrtem letniku

VSEBINSKI SKLOPI PO LETNIKIH	OKVIRNI OBSEG UR	VAJE	EKSKURZIJE	LABORATORIJSKE VAJE*	PROJEKTNO DELO
2.LETNIK(70ur)
Interdisciplinarnost biotehnologije	3
Zgodovina in razvoj biotehnologije	4
Biotehnološki proces (shema)	3
Biokulture	25
Molekularna biologija celice	25	1
Pripravljalni procesi v biotehnologiji	10		1
3.LETNIK(105ur)
Pripravljalni procesi v biotehnologiji	25
Bioreaktorji	5	1
Spremljanje in regulacija procesa v bioreaktorju	20	1
Metode izolacije in čiščenja produkta	25	1
Primeri biotehnoloških postopkov	30		4
4.LETNIK(105ur)
Gensko spremenjeni organizmi – genski inženiring	33
Odstranjevanje odpadkov	8		1
Zagotavljanje kakovosti in kontrola kakovosti (QA/QC)	4
Biotehnologija in družba etični vidiki ekonomika pravni predpisi	10
Praktični del – projektno delo	50				50
SKUPNO ŠTEVILO UR	280	4	6 (4-8urne)	0	50

Vaje (demonstracije): so namenjene ponazoritvi pouka in konkretnim predstavam in se izvajajo v okviru pouka. Obsegajo v povprečju 0,5 šolske ure.

Ekskurzije: vključujejo oglede različnih biotehnoloških procesov v delovnih organizacijah, ki razpolagajo s sodobno opremo in tehnologijo in se navezujejo na učno snov pri biotehnologiji.

Dijaki izdelajo poročila in jih zagovarjajo.

*Laboratorijske vaje: so vključene v predmet LABORATORIJSKE VAJE, ki podpira predmet BIOTEHNOLOGIJA. Zasnovane so tako, da vključujejo vse faze raziskovalnega eksperimenta. Dijaki se delijo v dve skupini. Po vsaki vaji izdelajo poročila. Laboratorijska vaja obsega v povprečju 2 šolski uri.

Projektno delo: je samostojno delo dijaka, kjer pri reševanju problema uporablja interdisciplinarni pristop. Projektno delo vključuje vse faze raziskovalnega dela in ga izvajajo dijaki v četrtem letniku. Po končanem delu izdelajo celovito poročilo o projektu in ga zagovarjajo.

b. Etapni cilji, dejavnosti, vsebine, pojmi, medpredmetne povezave

Predmetni katalog je pripravljen po letnikih. Vključuje cilje, dejavnosti, vsebine (poglavja), pojme in medpredmetne povezave.

Cilji

Operativni cilji so opredeljeni za vsako poglavje oziroma Učno snov.

Dejavnosti

Navajajo vaje (demonstracija), laboratorijske vaje, ekskurzije in projektno delo.

Vsebine

Vsebine so navedene v obliki poglavij in podpoglavij in niso natančneje razdelane, saj jih opredeljujejo po eni strani cilji, po drugi pa pojmi.

Pojmi

Pojmi in cilji opredeljujejo vsebino predmeta. Zapisani pojmi tudi hkrati pomenijo, da je z njimi opredeljen obseg učne snovi.

Medpredmetne povezave

Medpredmetne povezave kažejo na korelacijo poglavja z obstoječimi predmeti.

2. LETNIK (70 ur)

CILJI	DEJAVNOSTI*	VSEBINE	POJMI	MEDPREDMETNE POVEZAVE
DIJAK opredeli področje biotehnologije - njeno mesto v znanosti spozna, da je biotehnologija interdisciplinarna veda, ki pokriva področje biologije, kemije in tehniških ved se zaveda pomena biotehnologije v vsakodnevnem življenju		Interdisciplinarnost biotehnologije	Interdisciplinarna veda	biologija, kemija, tehnologija, mikrobiologija, kmetijstvo, fizika
se zaveda, da je uporaba produktov biotehnologije stara kot človeštvo pozna zaporedje odkritij pomembnih za biotehnologijo		Zgodovina in razvoj biotehnologije	Tradicionalna biotehnologija: obdobje pred L. Pasteurjem obdobje L. Pasteurja obdobje antibiotikov obdobje po antibiotikih Sodobna biotehnologija; - obdobje po letu 1975 - gensko inženirstvo	biologija, mikrobiologija, kmetijstvo
spozna ključne elemente biotehnološkega procesa opredeli vlogo mikrobiologa, kemika in tehnologa v biotehnološkem procesu		Biotehnološki proces	biokulture surovine bioreaktor produkt	Tehnologija, biologija
pozna mikroorganizme, pomembne za biotehnologijo pozna vrste rastlinskih in živalskih tkivnih in celičnih kultur ve, katere so prednosti rastlinskih in živalskih tkivnih in celičnih kultur pozna njihovo uporabo v biotehnologiji		Biokulture Mikrobne Rastlinske Živalske	kulture celih rastlin kulture tkiv kulture celic kulture protoplastov totipotentnost diferenciacija vzgoja brezvirusnih rastlin nesmrtna celična linija	biologija, mikrobiologija, kmetijstvo
nadgradi že pridobljeno znanje o celici, celičnih organelih in makromolekulah, pomembnih za procese v celici utemelji pomen endo- in eksocitoze ter posttranslacijskih modifikacij v biotehnologiji se spozna s sodobnimi pristopi v molekularni biologiji razume principe osnovnih metod in tehnik molekularne biologije	Osnove biokemijskih in molekularno-bioloških tehnik v biotehnološkem laboratoriju. Vaja:* - Prikaz elektroforeze DNA-fragmentov v agaroznem gelu	Molekularna biologija celice	- celična membrana, receptorji na membrani endocitoza, eksocitoza celični organeli: ribosomi, mitohondriji, Golgijev aparat, endoplazmatski retikulum, lizosomi, jedro nukleinske kisline, beljakovine, encimi, maščobe, ogljikovi hidrati DNA, mRNA, tRNA, rRNA podvojevanje DNA, prepis (transkripcija), prevajanje (translacija), regulacija izražanja genov (ekspresije) pri prokoriontih in eukariontih zgradba kromosoma mutacije sodobni pristopi v molekularni biologiji: verižna reakcija s polimerazo (PCR), restrikcijski encimi, genske knjižnice, plazmidi, elektroforeza v agaroznem gelu	biologija, kemija, mikrobiologija, kmetijstvo
pozna delo mikrobiologa ve, kje dobi in po kakšnih kriterijih izbere biokulturo		** Pripravljalni procesi v biotehnologiji (izbirni del) Delo mikrobiologa Izbor in viri biokultur	sev mikrobiološke zbirke celične banke	biologija, kemija, mikrobiologija, kmetijstvo

* V rubriko Dejavnosti so vnešene vsebine predmeta Laboratorijskih vaj, podroben opis se nahaja v učnem načrtu Laboratorijskih vaj.

** Na drugih Tehniških gimnazijah, kjer nimajo izbirnega predmeta Mikrobiologija, se poglavju Pripravljalni procesi v biotehnologiji dodajo vsebini Vplivi na rast mikroorganizmov in Metabolna aktivnost mikroorganizmov v okviru obstoječih ur.

Predmet Mikrobiologija se prične izvajati šele v 3. letniku.

3. LETNIK (105 ur)

CILJI	DEJAVNOSTI	VSEBINE	POJMI	MEDPREDMETNE POVEZAVE
ve, zakaj je potrebna identifikacija mikroorganizmov zna izolirati čisto kulturo razlikuje definirano in kompleksno gojišče zna po recepturi pripraviti različne vrste gojišč pozna pomen sterilizacije substrata pozna pomen aseptičnega dela v laboratoriju spozna, da sta izbor in priprava gojišča odvisna od vrste biokulture pozna načine shranjevanja biokultur in pomen ohranjevanja v celičnih bankah pozna kriterije za izbiro biokulture in substrata za določen bioproces zna opisati metode priprave delovne biokulture in substrata za industrijski bioproces	* Osnove eksperimentalnega dela v biotehnološkem laboratoriju. Varnost v biotehnološkem laboratoriju. Osnovne laboratorijske tehnike v biotehnološkem laboratoriju	** Pripravljalni procesi v biotehnologiji (izbirni del) Izolacija in identifikacija biokultur Priprava industrijskih biokultur Shranjevanje biokultur Potrebe biokultur po hranljivih snoveh in energiji Gojišča Izbor in priprava gojišč Voda Viri ogljika in dušika Viri fosforja in drugih elementov Rastni regulatorji Izbira biokulture in substrata za industrijski bioproces Priprava biokulture in substrata za industrijski bioproces	definirano gojišče kompleksno gojišče substrat rastni regulatorji sterilnost, aseptičnost kriteriji za izbiro biokulture, bioreaktorja, substrata metode pripravljanja biokulture, bioreaktorja, substrata	biologija, kemija, mikrobiologija, kmetijstvo
primerja različne bioprocese iz vsakdanjega življenja (npr. greznica, vrenje mošta, rženi rožiček) spozna različna merila bioprocesov in kriterije za njihovo delitev spozna osnovne tipe bioreaktorjev in jih opredeli po uporabnosti glede na določen bioproces pozna kriterije za izbiro bioreaktorja za določen bioproces zna opisati osnove postopka priprave bioreaktorja za industrijski proces utemelji razširjenost uporabe mešalnega bioreaktorja spozna kriterije za prenos bioprocesa iz manjšega v večje merilo	Vaja: Predstavitev laboratorijskega bioreaktorja	Bioreaktorji Tipi procesov v bioreaktorju Delitev bioreaktorjev Prenos bioprocesa iz manjšega merila v večje	bioproces glede na merilo: laboratorijsko, polindustrijsko in industrijsko merilo bioproces glede na trajanje: šaržni, kontinuirani, polkontinuirani bioreaktorji: z mešali, z vstopnim curkom plina, z lebdečim slojem, z obtočno črpalko, za biosintezo posebnih produktov, za tkivne kulture, za trdna gojišča, fotobioreaktorji, integrirani bioreaktorji	kemija, fizika, matematika
oceni pomen spremljanja fizikalnih in kemijskih in bioloških parametrov v bioprocesu spozna osnovne meritve fizikalnih, kemijskih in bioloških parametrov v bioprocesu na osnovi rezultatov meritev je sposoben napovedati dogajanje v bioprocesu zna razložiti delovanje osnovnih merilnikov za merjenje fizikalnih, kemijskih in bioloških parametrov ve, kateri merilniki so uporabni za in, on ali off line meritve	Osnovne fizikalne meritve , uporabne v biotehnološkem laboratoriju. Osnovne kemijske metode uporabne v biotehnološkem laboratoriju. Kemijske tehnike uporabne v biotehnološkem laboratoriju. Osnove bioprocesne tehnike. Vaja:* Računalniška simulacija bioprocesa	Spremljanje in regulacija procesa v bioreaktorju Merjenje fizikalnih parametrov Merjenje kemijskih parametrov Merjenje bioloških parametrov Načrtovanje in regulacija biotehnoloških procesov s pomočjo računalnika (modeliranje)	fizikalni parametri: temperatura, obrati mešala, pretok kapljevin, tlak, viskoznost, motnost, nivo kemijski parametri: pH, pO 2, pCO 2, redox potencial (Eh), (kemijski parametri) optične metode merjenja fizikalnih in kemijskih parametrov merjenje: biomase, encimske aktivnosti, nastajanje produkta, poraba substrata	kemija, fizika, matematika, računalništvo
spozna principe in načine mehanskega, termodifuzijskega in kromatografskega ločevanja molekul bioproduktov zna razložiti principe delovanja osnovnih mehanskih, termodifuzijskih in kromatografskih procesov na podlagi poznavanja bioprocesa izbere in utemelji ustrezen pristop ločevanja produkta od nečistoč	Separacijske tehnike. Vaja: - Ločevanje biomolekul– primerjava različnih kromatografskih metod	Metode izolacije (čiščenje) biotehnoloških produktov Mehanska separacija: sedimentacija, centrifugiranje, filtracija, membranski procesi Termodifuzijski separacijski procesi: uparjanje, destilacija, ekstrakcija, kristalizacija, obarjanje, sušenje, adsorpcija, absorpcija Kromatografske sistem, kromatog. tehnike, kromatog. metode: adsorbcijska, porazdelitvena, ionsko izmenjalna, gelska, afinitetna, HPLC, elektroforeza	fermentacijska brozga intra- in ekstracelularen produkt mehanski separacijski procesi: sedimentacija, filtracija, centrifugiranje, membranski procesi – naprave, delovanje, uporaba termodifuzijski separacijski procesi: uparjanje, destilacija, ekstrakcija, kristalizacija, obarjanje, sušenje, adsorpcija, absorpcija – naprave, delovanje, uporaba Kromatografske sistem (stacionarna faza, mobilna faza), kromatog. tehnike (tankoplastna, kolonska), kromatog. metode: adsorbcijska, porazdelitvena, ionsko izmenjalna, gelska, afinitetna, HPLC, elektroforeza velikost delca, naboj, mobilnost detekcija, ločljivost, retenzijski čas	kemija fizika
pozna različne primere bioprocesov v industriji primerja uporabljene tehnološke rešitve pri posameznem procesu in utemelji njihovo uporabo zbere ključne informacije o posameznem bioprocesu in jih interpretira kritično oceni vplive bioprocesov na obremenjevanje ekosistemov, hkrati pa se zaveda njihovega pomena za družbo	* *Ekskurzije:* *Ogledi biotehnoloških procesov:* Mlekarna, Pivovarna Vinska klet Farmacevtska industrija industrija pralnih praškov Ogledi znanstvenih inštitucij Ogledi farm, ribogojnic, rastlinjakov, šolskih posestev, alternativne metode pridelovanja hrane * Spremljanje in regulacija enostavnih laboratorijskih bioprocesov (aerobni in anaerobni procesi)	** Primeri biotehnoloških postopkov Tradicionalni bioteh, postopki : proizvodnja kislin, alkoholov topil, proizvodnja fermentiranih živil in pijač, predelava odpadkov Moderni bioteh. postopki, ki temeljijo na tehnologiji celičnih kultur, hibridnih tehnologij, tehnologiji rekombinantne DNK Primeri : v živilstvu, v farmaciji, medicini in veterini, v kmetijstvu in gozdarstvu, v ekologiji	Tradicionalni bioteh. postopki Moderni bioteh. postopki primeri v živilstvu: industrija pijač, sirarstvo, mesna industrija, proizvodnja citronske kisline, industrija arom … primeri v farmaciji in medicini: proizvodnja antibiotikov, encimov, cepiv, monoklonskih protiteles, hormonov, rastnih faktorjev, tkivno inženirstvo in genska terapija v kmetijstvu, vrtnarstvu in gozdarstvu (vegetativno razmnoževanje, vzgoja brezvirusnih rastlin, molekularne metode določevanja sort, odkrivanje patogenov na rastlinah, varstvo in vzgoja rastlin z novimi lastnostmi, gojenje gob, marikultura, kulture alg, hortikultura, vloga mikoriznih gliv) v ekologiji (čiščenje odpadnih voda, zraka, prsti, odstranjevanje nafte ob razlitju, razkroj trdnih biološko razgradljivih odpadkov)	biologija, kemija, mikrobiologija, kmetijstvo

* V rubriko Dejavnosti so vnešene vsebine predmeta Laboratorijskih vaj, podroben opis se nahaja v učnem načrtu Laboratorijskih vaj.

Predmet Mikrobiologija se prične izvajati šele v 3. letniku.

Ekskurzije se izvajajo na vsaki Tehniški gimnaziji glede na njen interes.

4. LETNIK (105 ur)

CILJI	DEJAVNOSTI	VSEBINE	POJMI	MEDPREDMETNE POVEZAVE
obnovi in nadgradi znanje o spreminjanju biokultur uporabi pridobljeno znanje za razlago pomena rekombinantne DNA-tehnologije v biotehnologiji razvije kritičen odnos do novih tehnologij ob upoštevanju koristi in potencialnih nevarnosti	*Osnove biokemijskih in molekularno-bioloških tehnik v biotehnološkem laboratoriju.	Gensko spremenjeni organizmi - genski inženiring	kloniranje DNk, reverzna transkripcija, transformacija bakterij s pomočjo plazmidov, konjugacija, bakteriofagi, transdukcija, transfekcija, obstreljevanje Agrobacterium tumefaciens rekombinantne celične linije, transgeni organizmi, genska terapija	biologija, mikrobiologija, kmetijstvo
poveže dejstva in pridobljeno znanje za razlago delovanja biološke čistilne naprave zasnuje model preproste čistilne naprave	Ekskurzija: - prikaz delovanja biološke čistilne naprave	Odstranjevanje odpadkov	aerobno in anaerobno čiščenje odpadnih voda, aktivna biomasa (aktivno blato), flokul (kosem), usedalnik, presejalnik, bioplin, čistilna močvirja	biologija, mikrobiologija, kmetijstvo, fizika, kemija
spozna osnovne zahteve dobre laboratorijske prakse in razloži njihov pomen razume pomen zagotavljanja stalne kakovosti produkta v biotehnološkem procesu upošteva in razloži pravila za ravnanje z različnimi odpadki v biotehnološkem procesu		Dobra laboratorijska in proizvodna praksa (GLP in GMP) Zagotavljanje in kontrola kakovosti (QA/QC) Biološka varnost	dobra laboratorijska in proizvodna praksa (GLP/GMP) kontrola in stalna kakovost produkta kemijski odpadki biološki odpadki (biohazard) radioizotopi	kemija
se zaveda tesne povezanosti med znanostjo, tehnologijo in družbo na več področjih: ekonomskem, kulturnem, moralnem, pravnem in političnem razpravlja o spornih vprašanjih, ki zadevajo odnos družbe do biotehnologije razvije strpnost do nasprotnih ali nejasnih mnenj nakaže rešitve problemov, ne da le reagira nanje razvije sebi lastne vrednote do znanosti in tehnologije znotraj družbeno sprejemljivih moralnih okvirov ugotovi, da ni možno analizirati probleme, diskutirati ali se odločati o njihovem reševanju brez ustreznega znanja		Biotehnologija in družba etični vidiki ekonomika pravni predpisi	javno mnenje in industrija ovrednotenje potencialnih nevarnosti sproščanje transgenih organizmov spreminjanje zarodnih celic varovanje genskih podatkov genska terapija ocena stroškov razvoja biotehnološkega razvoja, surovine, vrednost opreme, licenca, delovna sila, energija, obremenitev okolja, izolacija produkta, skladiščenje in embalaža, urejanje papirjev in ustrezna dovoljenja, inšpekcije, kontrola kakovosti, trženje, ponudba in povpraševanje genski zakon, pravna zaščita izumov v biotehnologiji, licence, patentni zakoni doma in v tujini, mednarodne konvencije predlog zakona proti mučenju živali	sociologija, ekonomika, matematika, psihologija, filozofija
samostojno načrtuje in vodi projekt uporablja interdisciplinarni pristop k reševanju problemov kritično vrednoti dobljene rezultate izdela celovito poročilo o projektu po veljavnih šolskih kriterijih ustno predstavi rezultate projekta	Projektno delo	Tematski sklopi: hrana, zdravje, okolje.	interdisciplinarni pristop k reševanju problemov samostojno delo projekt načrtovanje in vodenje projekta vrednotenje rezultatov publiciranje	laboratorijske vaje,biologija, kemija, mikrobiologija, ekonomika, sociologija, tehnologija, računalništvo

* V rubriko Dejavnosti so vnešene vsebine predmeta Laboratorijskih vaj, podroben opis se nahaja v učnem načrtu Laboratorijskih vaj.

2 Standardi znanja

*To so minimalni standardi za dijake, ki ne izberejo biotehnologije za maturo. Standarde znanja ob koncu šolanja smo opredelili s pojmi, ki naj bi jih dijaki poznali, razumeli in znali uporabljati. Hkrati so kot pojmi opredeljena znanja, ki jih dijaki usvojijo s projektnim delom in ekskurzijami.

VSEBINE	POJMI
2. LETNIK
Interdisciplinarnost biotehnologije	interdisciplinarna veda
Zgodovina in razvoj biotehnologije	tradicionalna in sodobna biotehnologija
Biotehnološki proces	biokulture, surovine, bioreaktor, produkt
Biokulture	industrijsko pomembni mikroorganizmi, celične in tkivne kulture
Molekularna biologija celice	celična membrana, celični organeli, biopolimeri v celici, regulacija in izražanje genov, sodobni pristopi v molekularni biologiji
Pripravljalni procesi v biotehnologiji	sev, mikrobiološke zbirke
3. LETNIK
Pripravljalni procesi v biotehnologiji	definirano gojišče, kompleksno gojišče, substrat, sterilnost, , aseptičnost, kriteriji za izbiro (biokulture, bioreaktorja, substrata), metode priprave (biokulture, bioreaktorja, susbtrata)
Bioreaktorji	Vrste bioreaktorjev , vrste bioprocesov v bioreaktorjih
Spremljanje in regulacija procesa v bioreaktorju	merjenje fizikalnih, kemijskih in bioloških parametrov
Metode izolacije (čiščenje) biotehnoloških produktov	Mehanske, termodifuzijske in kromatografske metode izolacije in čiščenja biotehnološkega produkta
Primeri biotehnoloških procesov	Tradicionalni in moderni biotehnološki postopki ( v živilstvu, v farmaciji in medicini in veterini, v kmetijstvu in gozdarstvu, v ekologiji )

4. LETNIK
Gensko spremenjeni organizmi - genski inženiring	kloniranje, rekombinantna DNA, transgeni organizmi
Odstranjevanje odpadkov	aerobno in anaerobno čiščenje odpadnih voda
Zagotavljanje in kontrola kakovosti (QA/QC)	dobra laboratorijska in proizvodna praksa (GLP/GMP), kontrola in stalna kakovost produkta, kemijski odpadki, biološki odpadki (biohazard)
Biotehnologija in družba etični vidiki ekonomika pravni predpisi	javno mnenje in industrija, ovrednotenje potencialnih nevarnosti, ocena stroškov razvoja, genski zakon, pravna zaščita izumov v biotehnologiji
Praktični del - Projektno delo	interdisciplinarni pristop k reševanju problemov, projekt, načrtovanje in vodenje projekta, vrednotenje rezultatov, publiciranje

III. ZNANJA, KI JIH MORAJO IMETI IZVAJALCI PREDMETA

Učitelj biotehnologije lahko, kdor ima znanja enopredmetnega univerzitetnega študijskega programa biologija ali kemija ali univerzitetnega študijskega programa mikrobiologija, živilska tehnologija, kmetijstvo, kmetijstvo – agronomija, kmetijstvo – zootehnika, kemijska tehnologija, kemijsko inženirstvo, farmacija ali veterinarstvo.

PRILOGA:

I. SPECIALNODIDAKTIČNA PRIPOROČILA

Ker je biotehnologija interdisciplinarni predmet, je smiselno, da se začne izvajati v 2. letniku tehniške gimnazije, ko imajo dijaki že nekaj osnov iz biologije, kemije, fizike in drugih naravoslovnih predmetov.

Teoretični del pouka se izvaja problemsko, z razlago in pogovorom med dijaki in učiteljem. Na začetku ure učitelj postavi nekaj vprašanj, ki se nanašajo na obravnavani vsebinski sklop in na katere bo skušal skupaj z dijaki v učni uri poiskati primerne odgovore. Pri vsebinah, ki vsebujejo več etičnih problemov, priporočamo organizacijo okroglih miz.

Bistvo tega predmeta pa je nazorni pouk, ki ga dosežemo z laboratorijskimi vajami in z ekskurzijami, ki so usklajene z obravnavanimi vsebinami. Laboratorijske vaje niso zgolj treniranje različnih tehnik in metod, ampak je močno poudarjena uporabna vrednost (realistični scenarij). Ta smoter se nadgradi v okviru ekskurzij, kjer dijaki niso zgolj pasivni opazovalci, temveč morajo na podlagi znanja, pridobljenega pri pouku, podatkov, dobljenih iz literature in opazovanja priti do določenih sklepov, ki jih strnejo v obliki poročil.

Posebnost tega predmeta je projektno delo, ki ga dijaki opravljajo v 4. letniku. Projektno delo je samostojno delo dijaka, kjer pri reševanju problema uporablja interdisciplinarni pristop. Projektno delo vključuje vse faze raziskovalnega dela. Zaradi narave biotehnoloških procesov je potrebno projektno delo največkrat opraviti v enem sklopu. Pri izvedbi projektnega dela praviloma sodeluje šolski mentor, ki dijakom svetuje pri izbiri nalog, spremlja njihove aktivnosti, jih opozarja na odklone, motivira in vzpodbuja pri njihovem delu ter analizira in ocenjuje njihova prizadevanja. Pri sami praktični izvedbi projektnega dela je laborant navzoč pri 25 urah dela na oddelek. Po končanem delu dijaki izdelajo poročilo o projektu in ga predstavijo.

Kako si avtorji učnega načrta za biotehnologijo predstavljamo izvedbo projektnega dela?
Projektnemu delu bo namenjeno okvirno 50 ur v prvem in drugem ocenjevalnem obdobju ( oktober-marec). Večina projektnih nalog bo izvedena na šoli, nekatere tudi na različnih inštitucijah in na terenu izven šole. Idejo smo dobili od dr. Sandorja Totha (Univerza v Szegedu, Madžarska) in jo prilagodili našim razmeram. Želeno je, da se pri projektnem delu razred deli na skupine in poteka ob pouku. Pri izvedbi projektnega dela sta dijakom na voljo mentor – učitelj in laborant. Naloge se lahko izvajajo bodisi individualno ali pa v skupini največ treh dijakov. Na začetku 4. letnika na šoli razpišejo okvirne tematike nalog ali pa jih predlagajo dijaki sami. Iz podobne tematike se lahko izvede tudi več nalog. Po končanem eksperimentalnem delu dijaki ali napišejo poročilo in ga predstavijo ustno ali s posterji. Projektno delo se oceni po izdelanih kriterijih.

II. OBVEZNI NAČINI PREVERJANJA IN OCENJEVANJA ZNANJA

1. GLOBALNI CILJI IN STRUKTURA PREVERJANJA IN OCENJEVANJA

Preverjanje znanja iz biotehnologije obsega tri področja:

A znanje in razumevanje
B zajemanje in obdelava podatkov
C eksperimentalne veščine

A. ZNANJE IN RAZUMEVANJE

Dijaki naj obvladajo in razumejo

biotehnološki proces, zakonitosti, dejstva, definicije, pojme in teorije,
tehnike laboratorijskega in projektnega dela s pripomočki in aparaturami,
varnostne ukrepe pri delu v laboratoriju,
biotehnološke aplikacije in njihove posledice za okolje in družbo,
načine ravnanja z biotehnološkimi odpadki.

Vsebinski cilji opredeljujejo, kaj naj bi bili dijaki sposobni povedati in razložiti. Vprašanja za preverjanje teh ciljev se bodo pogosto začenjala z besedami: definiraj, zapiši, opiši, skiciraj, razloži, primerjaj.

B. ZAJEMANJE IN OBDELAVA PODATKOV TER REŠEVANJE PROBLEMOV

Dijaki naj bodo sposobni z besedami ali v drugi ustrezni obliki (shematični, grafično, numerično)

poiskati, zbrati, urediti in predstaviti informacije iz različnih virov,
prevesti informacije iz ene oblike v drugo,
smiselno uporabiti podatke,
smiselno razložiti dogajanja v biotehnološkem procesu, zakonitosti in medsebojne povezave,
postavljati napovedi in hipoteze,
reševati probleme s povezovanjem znanja iz različnih poglavij in predmetov,
uporabiti znanje v novih situacijah: zastaviti nove probleme, kritično analizirati, navesti razloge za in proti.
Teh sposobnosti in veščin ni mogoče natančno opredeliti z vsebinskimi cilji, ker se vprašanja in naloge, ki naj bi preverjale te spretnosti, pogosto nanašajo na prenos znanja iz drugih predmetov. Pri odgovorih na vprašanja in pri reševanju problemov morajo dijaki uporabiti znanje iz različnih vsebinskih sklopov in ga logično in deduktivno uporabiti v novi situaciji.

Vprašanja in naloge, ki preverjajo te cilje, se bodo pogosto začenjala z besedami: napovej, predlagaj, izpelji, načrtuj, določi, razloži, uporabi, poveži, primerjaj.

C. EKSPERIMENTALNE VEŠČINE PRI PROJEKTNEM DELU

Dijaki naj znajo

načrtovati raziskave in (ali) ovrednotiti metode ter predlagati možne izboljšave,
spremljati, opazovati, zapisovati ugotovitve in merjenja,
oblikovati poročilo o eksperimentalnem delu (razložiti in ovrednotiti eksperimentalna opazovanja in podatke in jih interpretirati),
uporabljati tehnike laboratorijskega in projektnega dela ter pripomočke in aparature.

2. KRITERIJI ZA VREDNOTENJE ZNANJA

Kriteriji za ocenjevanje eksperimentalnega dela

ODNOS DO DELA

Točke

Dijak je neodgovoren, ne upošteva navodil za delo. Je moteč
Dijak je pasiven. Treba ga je voditi.
Dijak je voljan delati, vendar je površen. Je premalo samostojen in ga je treba usmerjati, da upošteva navodila za delo.
Dijak je voljan delati, sodeluje, je vztrajen, odgovor en in natančen pri delu.
Dijak dela z navdušenjem, vestno opravi vse zadolžitve. Odnos do sodelavcev vključuje prvine timskega dela.

SPOSOBNOST NAČRTOVANJA

Točke

Nikoli se ne pripravi na delo, navodil ne prebere, ni samoorganiziran, brez temeljite pomoči ne more opraviti dela.
Načrt dela naredi z učiteljevo pomočjo. Navodila zna uporabiti ob dodatni učiteljevi razlagi.
Zna samostojno uporabljati navodila, zna načrtovati poskus. Učiteljevo pomoč potrebuje le občasno.
Delo si dobro organizira, je neodvisen in uspešen .
Učinkovito načrtuje in organizira delo, hitro najde rešitev problema in predvidi možnosti uporabe pridobljenega znanja.

SPOSOBNOST OPAZOVANJA

Točke

Je slab opazovalec. Opazi le del tistega, na kar smo ga posebej opozorili.
Opazi le tisto, na kar smo ga opozorili.
Je dober opazovalec, vendar nekatere značilnosti prezre.
Je dober opazovalec, o pazi splošne značilnosti in podrobnosti.
Poleg splošnih značilnosti opazi tudi podrobnosti in jih smiselno razvrsti v celoto.

SPOSOBNOST INTERPRETACIJE

Točke

Pridobljene podatke obdela le, če ga vodimo. Razlage rezultatov ni.
Podatke je sposoben obdelati tako, da je očitno, da se zaveda povezave z opravljenim delom.
Podatke obdela, vendar razlaga dobljenih rezultatov ni vedno ustrezna.
Podatke ustrezno obdela in razloži. Pokaže na možnost delovnih napak in jih upošteva pri razlagi.
Podatki so celovito obdelani. Samostojna opažanja in sklepanja zna povezati s pridobljenim teoretičnim znanjem.

*Projektno delo pa se lahko alternativno oceni po kriterijih ocenjevanja raziskovalnih nalog (avtor Jure Grgurevič) v okviru Gibanja Znanost mladini.

*Projektno delo je mogoče alternativno oceniti po kriterijih ocenjevanja raziskovalnih nalog (avtor Jure Grgurevič) v okviru gibanja Znanost mladini.

3. NAČINI PREVERJANJA IN OCENJEVANJA ZNANJA

Pri predmetu biotehnologija preverjamo znanje na tri načine:

ustno
pisno (enkrat v konferenčnem obdobju)
ocenjevanje dela in izdelkov (enkrat projektno delo/280 ur)

Priporočamo, da učitelji preverjajo z omenjenimi načini preverjanja in tako zagotovijo čim bolj kompleksno oceno, kjer dijak lahko na najustreznejši način pokaže kar največ znanja.

Dijak je opravil obveznosti pri pouku biotehnologije takrat, ko je izkazal ustrezno pozitivno znanje in uspešno opravil ter zagovarjal projektno delo.