منهج مقترح فى المعلوماتية الحيوية فى ضوء مدخل STEM

أهداف المنهج العامة:

يهدف منهج المعلوماتية الحيوية بصورة عامة إلى اكتساب طلاب المرحلة الثانوية مستويات التميز فى الأحياء، والتى تقاس بجودة الخبرة، ونواتج التعلم المتعلقة بكل من: المفاهيم، والمهارات، والأخلاقيات الحيوية المتعلقة بالمعلوماتية الحيوية، والمستهدفة فى المنهج.

أهداف المنهج الإجرائية:

إدراك علاقة المعلوماتية الحيوية بالنظام الحيوى؛ وفهم العمليات الحيوية المتضمنة فى المعلوماتية الحيوية؛ واكتساب المفاهيم الأساسية التكاملية المتعلقة بالمعلوماتية الحيوية؛ والوعى بدور تقنيات، وتطبيقات التكنولوجيا الحيوية فى الحياة المعاصرة؛ وفهم التقنيات الحيوية المتعلقة بالمعلوماتية الحيوية؛ ومعرفة مجالات تطبيقات المعلوماتية الحيوية؛ وفهم دور الإنترنت، والكمبيوتر فى المعلوماتية الحيوية؛ والتدريب على استخدام برامج الكمبيوتر المتعلقة بالمعلوماتية الحيوية؛ وإدراك علاقة العمليات الإحصائية بتحليل بيانات المعلوماتية الحيوية؛ ومعرفة المبادئ الأساسية فى الإحصاء؛ واكتساب مهارات تحليل، ومعالجة البيانات؛ واستخدام قواعد البيانات الحيوية؛ والتمكن من استخدام أدوات المعلوماتية الحيوية؛ والقيام بعمليات البحث، والاستقصاء، وفرض الفروض، والتجريب، والتقويم؛ وتنمية مهارات التفكير العلمى، التحليلى، والرياضى، والفراغى، والناقد، والإبداعى؛ والوعى بالقضايا، والأخلاقيات الحيوية المرتبطة بالمعلوماتية الحيوية؛ وتكوين الاتجاهات، والقيم العلمية؛ والشعور بالمسئولية تجاه النفس، والبيئة، والعالم؛ واتخاذ القرار على المستوى الشخصى، والمجتمعى؛ وتقييم المنافع، والمخاطر من التطبيقات التكنولوجية، والمعلوماتية؛ وإدراك دور التكنولوجيا فى تحقيق أغراض الإنسان فى كافة المجالات.

محتوى المنهج:

حددت الباحثة محتوى منهج المعلوماتية الحيوية فى تسع وحدات دراسية، وحددت الموضوعات الرئيسة، والفرعية فى كل وحدة كما هو موضح فى (جدول1).

(جدول 1)

محتوى منهج المعلوماتية الحيوية

الوحدات الدراسية	الموضوعات الاساسية	الموضوعات الفرعية
الوحدة الأولى: مقدمة فى المعلوماتية الحيوية	نشأتها وتعريفها	أسباب ظهورها
		تطورمهامها
		تعريفها
	أهميتها ومحدداتها	مجالات الأهمية
		محددات دقة التجريب
		محددات جودة الكمبيوتر
	دور الإنترنت	تخزين قواعد البيانات
	دور الإحصاء	البيانات – قواعد البيانات
	دور الكمبيوتر	معالجة البيانات الأحرف والصور
	علاقتها بالمنظومة الحيوية	دراسة الخلية
		دراسة المادة الوراثية والجينوم
الوحدة الثانية: النظام الحيوى	الخلايا تركيبها، وأنواعها	النظرية الخلوية تركيب الخلية
		وظائف عضيات الخلية
		تمايز الخلايا وتنوع الأنسجة
		العمليات الخلوية
	الكيمياء الحيوية للخلية	الجزيئات الحيوية: الكربوهيدرات، والليبدات، والبروتينات، والأحماض النووية، والماء.
		التفاعلات الكيميائية فى الكائنات الحية
	الوراثة فى الكائنات الحية	الكرموسومات والمعلومات الوراثية
		تداخل فعل الجينات
		الوراثة الجنسية، والأمراض الوراثية
		مفهوم الجينات الوراثية
		تجارب وقوانين مندل
		العبور الوراثى
	المادة الوراثية DNA	الكرومسومات
		الكروموسوم البكتيرى والبلازميد
		المادة الوراثية DNA الحمض النووى الديؤكسى ريبوزي
		تضاغف DNA
		اصلاح عيوب DNA
		الطفرات
الوحدة الثالثة: الجينات	التعبير الجينى	الجين
		RNA
		الشفرة الوراثية
		المحتوى الجينى
		التعبير الجينى
		عملية النسخ DNA
		عملية تهذيب الشفرة الوراثية
		عملية ترجمة الشفرة الوراثية
		تصنيع البروتين
	معالجة الجينات	عزل الجينات
		عملية معالجة الجينات
		الانزيمات المستخدمة فى معالجة الجينات
		التكاثر اللاجنسى والتكاثر الجنسى
		تقنية زراعة الخلايا والأنسجة
		النقل الجينى التقليدى فى البكتريا: الاقتران الوراثى، والتحول الوراثى، والاستقطاع الوراثى
		تقنيات النقل الجينى غير التقليدى عن طريق النواقل: البلازميدTi ، ولاقمات البكتريا، والفيروسات، والجينات المتحركة
		النقل الجينى عن طريق المعالجات الكيميائية والفيزيقية: PEG، ودمج البروتوبلاست، والحقن الدقيق، والحقن بالليزر، والثقب الكهربي، ومسدس الجينات
الوحدة الرابعة: تقنيات وتطبيقات حيوية	تقنيات التكنولوجيا الحيوية	تهجين DNA
		تفاعل البلمرة المتسلسل
		تقنية DNA معاد الاتحاد
		تقنية الحامض النووى الديؤكسى ريبوزى المكمل
		تقنية اكثار الجين
		الخرائط الجينية
		البصمة الوراثية
	تطبيقات التكنولوجيا الحيوية	الزراعة والإنتاج الحيوانى
		البيئة
		الصناعة
		الطاقة
		الطب والعلاج
		الجينات البشرية
	تقنيات المعلوماتية الحيوية	تقنية سانغر Frederick Sanger لتشفير DNA
		قياس نسبة نشاط الجينات
		مصفوفة DNA الدقيقة DNA Microarray
		دراسة أماكن ارتباط البروتينات بالحمض النووى (الترسيب المناعى للكروماتين) Chromatin Immuno Precipitation
		دراسة نسبة نشاط الجينوم تقنية RNA-Seq
		تعدد أشكال النوكليوتيدات المفردة Single-nucleotide polymorphism (SNP)
	تطبيقات المعلوماتية الحيوية	عمليات الأيض
		البيئة
		صحة الإنسان
		الميكروبات
		الجهاز المناعى والحساسية
		الأغذية المهندسة وراثياً
الوحدة الخامسة: البيانات الحيوية وتحليلها	المبادئ الإحصائية فى تحليل البيانات	نظرية الاحتمالات
		التسلسل العشوائى
		التوقعات
		تمثيل البيانات الحيوية بأساليب إحصائية
	إنشاء قواعد البيانات الحيوية	تقنيات تشفير DNA
		إنشاء قواعد البيانات الحيوية
		أمثلة لقواعد بيانات حيوية
		الأرشيف الجينى
		مشروع الجينوم البشرى
		مشروع موسوعة عناصر الحمض النووي ENCODE
		مشروع الميكروبيوم البشرى HMP
الوحدة السادسة: استخدام أدوات المعلوماتية الحيوية	استخدام الإنترنت فى الأبحاث الجينية	قراءة الشفرة الوراثية
		تحليل تتابعات البروتين
		فحص قاعدة بيانات حيوية واستخدامها
		بحث موقع NCBI
		أداة البحث الأساسيةBasic Local Alignment Search Tool (BLAST)
		FASTA
	استخدام برمجيات الكمبيوتر فى الأبحاث الجينية	استخدام برنامج الفحص التركيبى ثلاثى الأبعاد Cn3D
		استخدام برمجة الكمبيوتر
		البرمجة الديناميكية فى المعلوماتية الحيوية
الوحدة السابعة: الاختبارات والأمراض الجينية	الطفرات الجينية	الطفرات الجينية
		اكتشاف الطفرات بالاختبارات الجينية
	الاختبارات الجينية	استكشاف الاختبارات الجينية
		فهم الاختبارات الجينية للكشف عن الطفرات
		تقويم الاختبارات الجينية
	الأمراض الجينية	استكشاف الفحص الجينى للأمراض الوراثية
		علاج الأمراض الجينية
		الخلايا الجذعية Stem Cells
الوحدة الثامنة: التطور والعلاقات التطورية	التطور البيولوجى	نشأة الكائنات الحية وتطورها
		أدلة حدوث التطور
	دراسة العلاقات التطورية بين الأنواع	مقارنة السلاسل البروتينية للأنواع المتقاربة
		مقارنة السلاسل البروتينية للأنواع المختلفة
		الانقراض الجينى
الوحدة التاسعة: القضايا والأخلاقيات الحيوية	القضايا الحيوية المعاصرة	البيئة والغذاء
		الطب والعلاج بالجينات
		تكنولوجيا الإنجاب
		السياسة والاقتصاد
		النظام الاجتماعى
	الأخلاقيات الحيوية	تأثير التكنولوجيا فى المجتمع
		الخصوصية والأمان الحيوى
		التضمينات الأخلاقية للاختبارات الجينية
		تقويم الاختبارات الجينية

أساليب التدريس فى المنهج:

يتضمن منهج المعلوماتية الحيوية من أجل التميز مجموعة من الأساليب التدريسية التى تهدف إلى تنمية الوعى، والإدراك بالمفاهيم العلمية المتضمنة فى المنهج، ومهارات التفكير الناقد، والمهارات الرياضية؛ ومهارات تحليل البيانات الإحصائية ومهارات البحث، والتجريب ومهارات استخدام أدوات المعلوماتية الحيوية من مواقع الكترونية، وبرامج كمبيوترية وهذه الأساليب التدريسية كما يلى: خرائط المفاهيم، وحل المشكلات الإبداعى، والبحث والتحرى، والاستقصاء، والتجريب المعملى، والمناقشة الجدلية، ومدخل التحليل الأخلاقى، والمناقشة، والعصف الذهنى.

 الأنشطة التعليمية فى المنهج:

يتضمن مجموعة من الأنشطة كما يلى: تجارب علمية فى دراسة الخلية، والجزيئات الحيوية، واستخلاص المادة الوراثية؛ وبحث مصادر المعلوماتية الحيوية على شبكة الإنترنت مثل بحث موقع ((NCBI؛ واستخدام قواعد البيانات الحيوية؛ واستخدام أطالس الجينات، والبروتينات للمقارنة بين الأنواع الحيوية؛ واستخدام برامج الكمبيوتر الخاصة بتحليل بيانات المعلوماتية الحيوية مثل برامج استخدام برنامج (BLAST)؛ وتصميم نماذج للبروتينات؛ ورسم خرائط جينية لأنواع حيوية؛ وتصميم كروت الجينات؛ وتصميم شجرة الحياة لتطور الأنواع؛ وعقد ندوات مع خبراء مختصين فى الأبحاث الجينية؛ وعقد جلسات عصف ذهنى؛ لاتخاذ القرار فى بعض القضايا الحيوية؛ وعقد مناظرات حول قضايا الأخلاقيات الحيوية؛ وتحليل السيناريو لبعض القضايا الحيوية؛ وزيارة مراكز الهندسة الوراثية، والتكنولوجيا الحيوية.

المصادر التعليمية فى المنهج:

وتشتمل على ما يلى: مراكز المعلوماتية الحيوية على شبكة الإنترنت؛ وقواعد البيانات الحيوية على شبكة الإنترنت؛ وبرامج الكمبيوتر المتعلقة بمجال المعلوماتية الحيوية؛ ومراكز الهندسة الوراثية، والتكنولوجيا الحيوية؛ والمراجع، والموسوعات المتخصصة فى علم الجينات، والهندسة الوراثية؛ والمراجع المتخصصة فى علم الإحصاء.

 طرق التقويم فى المنهج:

تقترح الباحثة تطبيق أساليب التقويم التالية: اختبارات المفاهيم، واختبارات تحليل، البيانات، واختبارات التفكير الناقد، وبطاقة الملاحظة، وأوراق العمل، ومقاييس الاتجاهات، ومقاييس الأخلاقيات الحيوية، والمقابلة الشخصية، واختبارات تطبيقية على الكمبيوتر، وملفات الإنجاز.

  

البرنامج الزمنى للمنهج:

يستغرق تنفيذ المنهج عاماً دراسياً واحداً، مكون من فترتين دراسيتين؛ كل فترة دراسية تتضمن اثنى عشر أسبوعاً؛ ويكون المجموع الكلى لزمن التدريس أربعاً وعشرين أسبوعاً دراسياً، بواقع حصتين أسبوعياً ويكون إجمالى مجموع الحصص الدراسية اللازمة لتطبيق المنهج ثمانى وأربعين حصة دراسية موزعة على وحدات المنهج التسعة.