Vì vậy trong đề tài, tôi đã cố gắng tập hợp các bảng biểu, đồ thị để phân tíchcác kiến thức, nêu ra cách tạo các tình huống để rèn luyện khả năng tư duy của họcsinh, phát triển c
Trang 1KHAI THÁC MỘT SỐ CHUYÊN ĐỀ HAY VÀ KHÓ PHẦN
SINH LÍ ĐỘNG VẬT BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI QUỐC GIA
“vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề” và “năng lực tìm hiểu - khám phá (phátminh/sáng chế)”, định hình phẩm chất của học sinh giỏi: đam mê, sáng tạo, bền bỉ,khả năng phát minh và sáng chế
Trong các chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế thì chuyênđề sinh lí động vật bao gồm nhiều hệ cơ quan liên quan chặt chẽ với nhau, kiếnthức liên hệ thực tiễn khá rộng Các đề thi học sinh giỏi Quốc gia, Quốc tế hiệnnay có số lượng câu hỏi về sinh lí động vật chiếm khá lớn
Hiện nay chưa có nhiều tài liệu hướng dẫn học sinh tự học phần sinh lí độngvật một cách hiệu quả nhất
Từ thực tế trên, tôi tiến hành đề tài: “Khai thác một số chuyên đề hay và khó phần sinh lí động vật bồi dưỡng học sinh giỏi Quốc gia”.
Trang 2Phần II Nội dung nghiên cứu
Trong đề tài này tôi vận dụng các kiến thức cơ bản phần sinh lí động vật đểxây dựng các tình huống dạy học có vấn đề, bao gồm các kênh hình (bảng biểu,hình vẽ), các kênh chữ, hệ thống câu hỏi, bài tập vận dụng để rèn luyện khả năng
tư duy học sinh, rèn luyện khả năng tự học, khả năng tự khái quát của học sinh
Các sơ đồ bảng biểu thường đưa ra các kết quả thí nghiệm, hoặc các tìnhhuống giả định, từ đó sẽ đặt ra các câu hỏi kiểm tra, đánh giá năng lực của họcsinh
Để có các câu hỏi phần vận dụng thì cần có các số liệu thông qua bảng biểu,
đồ thị Vì vậy trong đề tài, tôi đã cố gắng tập hợp các bảng biểu, đồ thị để phân tíchcác kiến thức, nêu ra cách tạo các tình huống để rèn luyện khả năng tư duy của họcsinh, phát triển các năng lực cần có của một học sinh giỏi môn sinh học
Mỗi sơ đồ đều là sự đúc kết của những nội dung kiến thức nhất định, vì vậyviệc tập hợp hệ thống tình huống qua các sơ đồ, bảng biểu là rất quan trọng đểgiảng dạy, bồi dưỡng và kiểm tra đánh giá học sinh giỏi
Thông qua hệ thống sơ đồ, bảng biểu tôi thấy học sinh học tập rất hào hứng,phát triển tư duy, khi sử dụng vào các đề kiểm tra cũng có tác dụng phân loại thísinh rất tốt
Hiện nay các đề học sinh giỏi vòng 1 chọn học sinh giỏi Quốc gia và vòng 2chọn đội tuyển dự thi Olympic Quốc tế, chủ yếu là các câu hỏi có hình ảnh, bảngbiểu Đặc biệt là các đề Quốc tế, hầu hết các câu hỏi đều sử dụng sơ đồ bảng biểu,hình ảnh, yêu cầu học sinh xử lí số liệu, các tình huống thực tế hoặc giả định
Do thời lượng của sáng kiến kinh nghiệm có hạn, nên trong đề tài này tôichủ yếu đưa ra các tình huống điển hình của chuyên đề sinh lí động vật để hướngdẫn cách khai thác kiến thức, cách đặt ra các câu hỏi để đánh giá năng lực họcsinh
Các tình huống tôi sử dụng trong đề tài này là tôi đã vận dụng các câu hỏi,bài tập tình huống trong các đề thi học sinh giỏi Quốc Gia, Quốc tế
1 Một số nội dung chọn lọc trong hệ tuần hoàn
A Phân tích đường cong về ái lực của sắc tố hô hấp hêmôglôbin đối với ôxi
Hêmôglôbin (Hb) được cấu tạo từ 4 tiểu phần (Hình 1), mỗi tiểu phần liênkết được với 1 phân tử O2, mỗi Hb liên kết được với 4 phân tử O2 Điều đặc biệt ởđây là ái lực của Hb với O2 liên quan đến số phân tử O2 liên kết với Hb Đườngcong phân li của hêmôglôbin có dạng hình chữ S là do có sự phối hợp của 4 tiểuđơn vị của hêmôglôbin Khi một trong 4 chuỗi polipeptit liên kết được với O2 thìsự biến đổi cấu hình không gian của nó lại kích thích các phân tử bên cạnh thay đổicấu hình làm tăng ái lực liên kết với O2 của nó Như vậy, chỉ cần gia tăng một ít
Trang 3phân áp O2 của môi trường cũng nhanh chóng làm gia tăng mức độ liên kết với O2
Trang 4Khi học sinh nắm chắc được cơ chế gắn của Hb và O2; các yếu tố ảnh hưởngđến đường cong này, giáo viên sẽ khai thác các tình huống thực tế và giả định đểrèn tư duy học sinh
Trên đồ thị hình 2 cho thấy, nếu H+ trong máu tăng, tức là pH máu giảm;nhiệt độ tăng, phân áp CO2 tăng thì đường cong lệch sang phải, tăng phân li HbO2.Ngược lại, nếu H+ giảm (pH tăng), nhiệt độ giảm, phân áp CO2 giảm thì đườngcong lệch sang trái, nghĩa là tăng sự kết hợp HbO2 Những yếu tố này thay đổi donhiều nguyên nhân như hoạt động thể lực, chuyển hoá, dùng thuốc có tính axit,bazơ
Ngoài ra có thể so sánh mức độ bão hoà O2 của các loại sắc tố khác nhau:miôglôbin là sắc tố dự trữ O2 trong cơ, ái lực của nó với O2 sẽ cao hơn Hb Cácđộng vật khác nhau sống trong các môi trường khác nhau sẽ có ái lực giữa Hb vàO2 cũng khác nhau Ví dụ, các động vật sống trên núi cao, do nồng độ O2 thấp nên
sẽ có ái lực của Hb với O2 cao hơn so với động vật sống ở đồng bằng
Trường hợp Hb của thai nhi khi nằm trong bụng mẹ có sự thay đổi về cấutrúc so với người trưởng thành:
Từ giai đoạn phôi : HbE gồm 2 mạch α và 2 mạch ε
Từ những phân tích ở trên, giáo viên sẽ tạo ra các tình huống có vấn đề đểgiảng dạy, phát triển năng lực tư
duy của học sinh
Tình huống 1: Hình 3: mô
tả 2 đường cong phân li Hb-O2 ở 2
loài khác nhau Cho các ví dụ sau:
(I) Mèo và hổ
(II) Gà và lợn
(III) Rắn và thỏ
(IV) Voi và chuột nhắt
Hãy cho biết loài nào ứng với
đường cong 1, loài nào ứng với
đường cong 2? Giải thích
Trang 5(II) Gà ứng với đường cong 2, lợn ứng với đường cong 1 Do gà có thânnhiệt cao hơn, trao đổi chất mạnh hơn nên đường cong lệch về phía bên phải Khiquá trình trao đổi chất diễn ra mạnh, kèm theo H+ trong máu và thân nhiệt đềutăng, dẫn đến tăng phân li HbO2.
(III) Rắn ứng với đường cong 1, thỏ ứng với đường cong 2 Do rắn là độngvật biến nhiệt nên trao đổi chất ít, đường cong lệch về phía bên trái Còn thỏ làđộng vật đẳng nhiệt nên trao đổi chất mạnh hơn, giải phóng nhiều CO2, thân nhiệtcao hơn nên đường cong lệch về phía bên phải
(IV) Voi ứng với đường cong 1, chuột nhắt ứng với đường cong 2 Do voi cókích thước lớn, tỉ lệ S/V của voi nhỏ hơn chuột nhắt nên trao đổi chất ở voi có tốc
độ nhỏ hơn Nên đường cong phân li HbO2 của voi lệch về phía bên trái
Như vậy kích thước cơ thể, kiểu thân nhiệt, môi trường sống đều ảnh hưởngđến đường cong phân li của Hb-O2
Tình huống 2: Khả năng lấy O2 từ
môi trường của nhiều động vật có thể
được phản ánh qua đường cong phân ly
hêmôglôbin của chúng Hình 4 thể hiện
đường cong phân ly hêmôglôbin của hai
nhóm cá thể có kích thước, khối lượng
và mức độ trưởng thành tương đương
của hai loài cá I và II
Hãy trả lời và giải thích cho các
câu hỏi dưới đây
Trong hai loài cá I và II,
a loài nào sống ở vùng nước chảy
nhanh hơn?
b loài nào có tốc độ trao đổi chất thấp hơn?
c loài nào sống ở vùng nước sâu hơn?
Trang 6Trả lời:
a Loài II hay sống ở vùng nước chảy mạnh hơn Do ở vùng nước chảy mạnhhơn có nồng độ (phân áp) O2 cao hơn, nên ái lực Hb với O2 thấp hơn, ứng vớiđường cong bên phải
b Loài I có tốc độ trao đổi chất thấp hơn Do tốc độ trao đổi chất thấp tiêuthụ ít O2 và thải ít CO2 trong máu, nên ái lực Hb với O2 cao hơn, ứng với đườngcong bên trái
c Loài I sống ở vùng nước sâu hơn Do vùng nước sâu hơn có nồng độ O2thấp hơn, ái lực của Hb với O2 cao hơn, ứng với đường cong bên trái
Nhận xét: trong một câu hỏi, có rất nhiều tình huống về phân ly hêmôglôbin với O 2 Nhưng học sinh cần nắm được các nguyên tắc về sự phân li
Hb với O 2 :
- Môi trường nhiều O 2 thì ái lực Hb với O 2 thấp hơn môi trường ít O 2 Ví dụ các động vật vật sống trên núi cao, nơi có nồng độ O 2 thấp thì ái lực của Hb với
O 2 sẽ cao hơn so với sống ở đồng bằng Các loài cá sống ở môi trường nước chảy
sẽ có nhiều O 2 hơn động vật sống ở môi trường nước đứng, nên ái lực của Hb với
O 2 của động vật vùng nước chảy thấp hơn cá sống ở vùng nước đứng
- Động vật trao đổi chất mạnh thì ái lực Hb với O 2 thấp hơn động vật có trao đổi chất thấp hơn Nguyên nhân là do khi hoạt động mạnh thì thải ra nhiều
CO 2 , dẫn đến nồng độ ion H + trong máu tăng, pH giảm, thân nhiệt tăng, từ đó làm giảm ái lực của Hb với O 2 Ví dụ HbO 2 bão hoà của gà cao hơn HbO 2 bão hoà của thỏ, do gà hoạt động trao đổi chất mạnh hơn thỏ; HbO 2 bão hoà của rắn (động vật biến nhiệt) cao hơn HbO 2 bão hoà của thỏ (động vật đẳng nhiệt)
Tình huống 3: Dựa
vào sự hiểu biết về ái lực
của sắc tố hô hấp đối với
ôxi, hãy cho biết trong số
Trang 7(3) Hêmôglôbin trong máu người uống thuốc aspirin làm tăng nồng độ H+trong máu
(4) Hêmôglôbin trong máu người ở trạng thái nghỉ ngơi và đang hít thở vớinhịp tăng dần
Hãy giải thích các phương án trên.
Trả lời:
- Đường cong A là của miôglôbin,
- Đường cong B là của người ở trạng thái nghỉ ngơi và đang hít thở với nhịptăng dần
- Đường cong C là của người bình thường đang nghỉ ngơi, hít thở bìnhthường
- Đường cong D là người uống thuốc làm tăng nồng độ H+ trong máu
Giải thích:
- Ta nhận ra các đường cong B, C và D là của hêmôglôbin vì hêmôglôbinliên kết và nhả ôxi một cách linh hoạt hơn nhiều so với miôglôbin để đáp ứng chứcnăng vận chuyển ôxi trong khi đó miôglôbin có chức năng dự trữ ôxi nên nó liênkết chặt chẽ hơn với ôxi vì thế đường cong phân li của nó phải là A
Ở các đường cong B, C, D: trước hết ta chọn ra người ở trạng thái bìnhthường đó là C, các đường cong khác đều chịu ảnh hưởng của ngoại cảnh
- Đường cong C là của người bình thường đang nghỉ ngơi, hít thở bìnhthường
- Đường cong B là của Hêmôglôbin trong máu của người đang ở trạng tháinghỉ ngơi và hít thở với nhịp tăng dần Người này sẽ có phân áp O2 cao hơn nhữngngười khác nên tỉ lệ kết hợp HbO2 cao hơn
- Đường cong D là người uống thuốc aspirin làm tăng nồng độ H+ trongmáu Khi H+ trong máu tăng sẽ làm tăng phân li HbO2 Vì vậy giảm tỉ lệ bão hoàHbO2
Tóm lại, qua phân tích lí thuyết và các câu hỏi trích từ các đề thi học sinh giỏi Quốc gia, đề thi học sinh giỏi Quốc tế tôi nhận thấy rằng: học sinh cần phải học được các nguyên lí của đường cong phân li Hb-O 2 , nắm được ảnh hưởng của các nhân tố ngoại cảnh đến sự phân li của đường cong Hb-O 2 Từ đó sẽ trả lời được các tình huống của đề thi.
B Mối quan hệ giữa huyết áp, thể tích máu và các bệnh về tim
Lí thuyết căn bản: trong một chu kì tim, khi tâm nhĩ co sẽ tống phần máu
còn lại trong tâm nhĩ xuống tâm thất Khi tâm thất co, làm tăng áp lực trong tâmthất, đầu tiên là van nhĩ thất sẽ đóng lại, tâm thất co tiếp (giai đoạn co đẳng tích)
Trang 8cho đến khi áp lực trong tâm thất cao hơn trong động mạch sẽ làm mở van thấtđộng (van tổ chim), đây chính là giai đoạn tâm thất co tống máu.
Sau đó tâm thất dãn, đầu tiên là van thất động đóng lại khi áp lực trong tâmthất nhỏ hơn áp lực trong động mạch Tâm thất tiếp tục dãn sẽ làm mở van nhĩ thất,máu từ trong tâm nhĩ sẽ xuống tâm thất Giai đoạn tâm thất dãn sẽ trùng với giaiđoạn tâm nhĩ dãn nên gọi là pha dãn chung Tim có tính tự động nhưng chịu ảnhhưởng của trung khu điều hoà tim mạch Do đó các yếu tố ngoại ảnh sẽ ảnh hưởnggián tiếp đến sự co bóp của tim, từ đó ảnh hưởng đến nhịp tim, huyết áp…
Tình huống 1 Hình 6 mô tả sự thay đổi huyết áp và thể tích máu ở trong
một ngăn (buồng) tim trong một chu kỳ tim
Hãy phân tích sự thay đổi của huyết áp và thể tích máu ở các giai đoạn P-Q,Q-R, R-S, S-P Hãy cho biết, các giai đoạn đó ứng với giai đoạn nào trong một chu
đây là giai đoạn tâm thất giãn,
tâm nhĩ co, van nhĩ thất mở,
máu chảy xuống tâm thất
Giai đoạn Q-R: thể tích
máu không tăng nhưng huyết áp
tăng mạnh, đây là giai đoạn tâm
thất co đẳng tích Giai đoạn đầu
làm van nhĩ thất đóng, cuối chu
kì khi áp lực trong tâm thất cao hơn trong động mạch thì van thất động mở
Giai đoạn R-S: tâm thất co tống máu, do áp lực của tâm thất cao hơn độngmạch nên sẽ làm mở van thất động, máu từ tâm thất tống vào động mạch chủ, lúcnày thể tích máu trong tâm thất giảm nhanh
Giai đoạn S-P: tâm thất giãn đẳng tích, huyết áp giảm nhanh nhưng thể tíchtâm thất không thay đổi Lúc này van thất động đã đóng lại, nhưng van nhĩ thất vẫnchưa mở
Thực ra sơ đồ hình trên chỉ là kiểm tra lại lí thuyết về chu kì hoạt động của tim
Hình 6
Trang 9Để nắm được về hoạt động của các van tim, học sinh cần nhớ: “van nhĩ thất luôn mở, chỉ đóng khi tâm thất co, van thất động (van bán nguyệt) luôn đóng, chỉ
mở khi tâm thất co
Một số học sinh nhầm lẫn: máu chảy từ tâm nhĩ xuống tâm thất vào pha nào? Nhiều bạn sẽ trả lời là khi tâm nhĩ co, câu này không chính xác Bởi vì ở pha dãn chung thì máu vẫn từ tâm nhĩ xuống tâm thất, lúc này tâm nhĩ đang dãn
Từ đồ thị hình trên, nếu tim bị các bệnh về van thì đồ thị sẽ bị biến dạng.
Trong trường hợp bị hở van nhĩ thất thì khi tâm thất co sẽ làm một phần máu bị trào ngược lên tâm nhĩ, điều này dẫn đến máu đi vào động mạch sẽ giảm, làm giảm huyết áp Thể tích máu trong giai đoạn co đẳng tích của tâm thất sẽ giảm đi
Nếu hẹp van nhĩ thất thì máu xuống tâm thất sẽ giảm.
Nếu hở van bán nguyệt thì trong giai đoạn đầu tâm thất dãn, sẽ làm một phần máu trong động mạch chảy ngược về tâm thất Làm huyết áp động mạch lúc tâm thất trương bị giảm đáng kể, máu đi nuôi cơ thể cũng sẽ giảm
Các trường hợp trên đều có thể dẫn đến điều hoà ngược làm tim đập nhanh
và mạnh hơn để cung cấp đủ máu cho cơ thể, sau một thời gian có thể dẫn đến suy tim
Tình huống 2: Hình 7 (A, B, C) dưới đây thể hiện sự thay đổi áp lực và thể
tích máu trong tâm thất trái ở 3 người khác nhau
Hãy cho biết mỗi trường hợp A, B, C là phù hợp với mỗi người nào sau đây?Giải thích
(1) Người bị hở van nhĩ thất trái
(2) Người bị hẹp van bán nguyệt trái
Hình 7
Trang 10(3) Người khỏe mạnh bình thường
(1) C, vì: huyết áp tâm thu < 120 mmHg → một phần máu lên tâm nhĩ → thểtích máu sau tâm thu thấp hơn bình thường
Như vậy dựa vào sự thay đổi về huyết áp, thể tích máu, có thể suy ra được bị khiếm khuyết ở bộ phận nào của tim.
Tình huống 3: Hình 8 mô tả hai
dạng bệnh tim bẩm sinh nghiêm trọng
đôi khi bắt gặp ở trẻ sơ sinh
Hãy cho biết trong hai trường
hợp bệnh I và bệnh II:
a Trường hợp nào có máu bão
hòa ôxi ở động mạch phổi tăng lên?
Giải thích
b Trường hợp nào có huyết áp ở
động mạch cánh tay tăng lên? Giải thích
c Trường hợp nào có huyết áp ở động mạch đùi giảm xuống? Giải thích.
Trả lời:
a Bệnh I có máu bão hòa ôxi ở động mạch phổi tăng lên
Đây là trường hợp lộn gốc động mạch: động mạch chủ nối với tâm thất phải
và động mạch phổi nối với tâm thất trái Lúc này, động mạch phổi nhận máu từtâm thất trái → máu bão hòa oxi ở động mạch phổi tăng lên
b Bệnh II có huyết áp ở động mạch cánh tay tăng lên
Đây là trường hợp hẹp gốc động mạch dưới Lúc này, máu chủ yếu được vậnchuyển lên các động mạch trên (cánh tay, động mạch cảnh) → tăng huyết áp ở
Hình 8
Trang 11động mạch cánh tay.
c Bệnh I và II có huyết áp ở động mạch đùi giảm xuống
Bệnh I: máu đi nuôi cơ thể được bơm từ tâm thất phải có áp lực bơm máuthấp hơn rất nhiều so với tâm thất trái → huyết áp ở động mạch đùi giảm xuống
Bệnh II: hẹp gốc động mạch dưới → máu xuống động mạch đùi ít hơn bìnhthường→ huyết áp ở động mạch đùi giảm xuống
Hình 9: Cơ chế tác động của hoocmon
Trang 12Sơ đồ tổng quát về các loại hooc môn trong cơ thể:
Vùng dưới đồi tiết ra các yếu tố giải phóng hướng đến tuyến yên, từ tuyếnyên sẽ tiết ra các hooc môn hướng đến các cơ quan trả lời hoặc các tuyến nội tiếtkhác Các hooc môn ở các tuyến sau có thể liên hệ ngược âm tính hoặc liên hệngược dương tính lên các tuyến trên như vùng dưới đồi hoặc tuyến yên
Sai hỏng về nội tiết có nhiều dạng, có thể phụ thuộc vào cơ quan nguồn, cơquan đích hay đường truyền hooc môn
Các câu hỏi khai thác về nội tiết chủ yếu là về các bệnh do rối loạn các hoocmôn, rối loạn các tuyến nội tiết
Sau đây tôi chỉ khai thác một số tình huống nổi bật mà đề thi thường khaithác:
Hình 10
Trang 13Thác hoocmon của tuyến thượng thận
Giải thích sơ đồ: khi có tín hiệu từ môi trường, ví dụ như stress (căng thẳng), vùng dưới đồi sẽ tiết ra yếu tố giải phóng (CRH) tác động lên thuỳ trước tuyến yên, thuỳ trước tuyến yên tiết ra hooc môn ACTH tác động lên vỏ thượng thận Vỏ thượng thận sẽ tiết ra các hooc môn corticoit, gồm cortisol và andosteron Các hooc môn này gây ra phản ứng stress dài hạn, có thể làm tăng đường huyết, huyết áp, ức chế hệ miễn dịch Các hooc môn corticoit lại liên hệ ngược âm tính lên vùng dưới đồi và tuyến yên
Cũng là tín hiệu stress nhưng nếu đi theo con đường thần kinh thì lại tác động lên tuỷ thượng thận (tuỷ thượng thận bắt nguồn từ các tế bào thần kinh), tiết
ra 2 loại hooc môn là epinephrine (adrenalin) và norepinephrine (noradrenalin) gây ra phản ứng stress ngắn hạn: tăng nhịp tim, huyết áp, tăng nhịp thở Các hooc môn thuộc tuỷ trên thận có tác dụng nhanh hơn
Một số tình huống về nội tiết
Tình huống 1: Hoocmon cortisol của miền vỏ tuyến thượng thận kích thích
phân giải prôtêin và lipit Bảng dưới đây cho biết mức nồng độ các hoocmon cortisol, ACTH (hoocmon kích thích vỏ tuyến trên thận) và CRH (hoocmon giải phóng hướng vỏ tuyến trên thận) ở 6 mẫu xét nghiệm (kí hiệu P1 – P6).
Mẫu
Hoocmôn
Hình 11