Методическая разработка интегрированного урока по химии и биологии.
Жихарева Людмила Васильевна.
Преподаватель химии, стаж работы:20 лет,1 категория
ГАПОУ СПО «Саяногорский политехнический техникум»
Методическая разработка интегрированного урока по химии и биологии.
Аннотация: Разработка урока применяется для всех специальностей СПО. Она способствует формированию умений анализировать, наблюдать, сравнивать, а также развивает познавательный интерес к предметам.
Тема урока: Особенности химического состава клетки. Неорганические вещества.
Цель урока: Изучить особенности химического состава клетки (макро и микроэлементов).
Задачи урока:
Образовательные. Рассмотреть химический состав пищевых продуктов, биологическую роль макро и микроэлементов и их использование в медицине.
Развивающие. Продолжить формирование умения находить главное в изучаемом материале, наблюдать, сравнивать, делать выводы, развивать познавательный интерес к предмету, умение правильно излагать свои мысли.
Воспитательные. Воспитывать умение слушать преподавателя и своих однокурсников, умение работать в группе, быть внимательным к себе и к окружающим.
Оборудование и реактивы: схема «Химические элементы», картинки с изображением растений и животных, знаки химических элементов, выставка (зубная паста, глазная мазь, витамин В12, яблоки, хлеб ржаной и пшеничный, раковины моллюсков, рыбные кости), пробирки, лучинка, пинцет, НСI. Методы обучения, используемые на уроке: беседа, поисковый метод, объяснение, лабораторная работа.
Формы организации учебной деятельности учащихся: индивидуальная и групповая.
Продолжительность урока: 90 мин.
Ход урока:
I. Изучение нового материала
Учитель химии: Сегодня мы проводим необычный интегрированный урок химии и биологии. Особенность урока заключается в том, что знания из одной предметной области «Биология» необходимо применить в другом предмете « Химия».
Полученные знания на уроке помогут Вам выяснить научные закономерности.
Послушайте строки из стихотворения С.Щипачева «Читая Менделеева»:
Другого ничего в природе нет
Ни здесь, ни там, в космических глубинах:
Все – от песчинок малых до планет-
Из элементов состоит единых.
Учитель биологии: На уроках биологии и химии мы не раз убеждались в том, что нас окружает мир химических соединений. В любом живом организме, в том числе и в организме человека, непрерывно протекает множество химических реакций. Можно сказать, что каждая живая клетка представляет собой микроскопическую химическую лабораторию. Поступление химических веществ осуществляется в результате важного свойства клетки – обмена веществ и энергии.
Фронтальный опрос: ( приложение 1) Давайте вспомним и ответим на следующие вопросы:
- Что называется обменом веществ?
- Каково значение обмена веществ?
- Назовите основные направления обмена веществ?
- Что такое ассимиляция?
- Что называется диссимиляцией?
Учитель биологии: Для каждого вида организмов характерен особый, генетически закрепленный тип обмена веществ. Любое заболевание сопровождается нарушениями обмена, а генетически обусловленные нарушения обмена являются причиной многих наследственных болезней. В организме человека непрерывно образуется невообразимое множество различных химических соединений, необходимые исходные вещества поступают в организм с пищей, вдыхаемым воздухом и питьевой водой. Синтезированные соединения используются в качестве строительного материала или источника энергопитания и обеспечивают организму рост, развитие и жизнедеятельность, другая же часть, которую можно рассматривать как шлаки или отходы, выводится из организма. В обмене веществ участвуют неорганические и органические вещества.
Сегодня на уроке мы остановимся на изучении неорганических веществах в клетках живых организмов.
Учитель химии: В клетках растений и животных обнаружено более 80 химических элементов из 110 элементов периодической системы Д.И.Менделеева, одних элементов в клетках много, других исключительно мало. Для изучения количественного состава химических элементов, содержащихся в клетках живых организмов, проведем самостоятельную работу. используя учебник.
Самостоятельная работа учащихся (10 минут).
Учитель химии:
- Выпишите химические элементы, которые в сумме составляют 98% всего содержимого клетки.
- Выпишите химические элементы, содержание которых в клетке исчисляется десятыми и сотыми долями процентов.
Учитель химии: Ребята, проведем проверку выполнения самостоятельной работы.
Итак, мы выявили две группы элементов: макроэлементы - доля которых составляет 98% и микроэлементов – доля которых составляет 1,9 %, но существует третья группа – ультромикроэлементы, их концентрация не превышает 10-5 %. К ним относятся уран, радий, золото, серебро, бериллий, селен и др. редкие элементы. Запись оформляем в виде схемы.
Учитель химии:
Обнаружено, что некоторые организмы являются интенсивными накопителями определенных элементов. Так, например, ряд морских водорослей накапливают йод (I), лютики накапливают литий (Li), ряска радий (Ra), злаки селен (Si), моллюски и ракообразные медь (Cu), позвоночные железо ( Fe), некоторые бактерии марганец (Mn).
Объяснение новой темы
Учитель биологии: Многие химические элементы, входящие в состав клетки, выполняют определенную функцию. Химические элементы, которые входят в состав клетки и выполняют биологические функции называются биогенными. К биогенным элементам относится около 30 элементов. Среди биогенных элементов особое место занимают так называемые элементы – органогены, которые образуют важнейшие вещества в живых организмах - воду, белки, жиры, углеводы, витамины, гормоны и др. К органогенам относятся шесть элементов – C,O, H,N,H,S.
К числу биогенных элементов относится и ряд металлов, среди которых особенно важные биологические функции выполняют десять, так называемых “ металлы жизни”. Этими металлами являются четыре s – элемента C ,K, Na, Mg и шесть d элементов – Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Co.
Учитель химии: Нормальная жизнедеятельность организмов зависит от концентрации химических элементов в клетке. Недостаток и избыток химических элементов может вызвать развитие различных заболеваний.
Ребята, давайте проанализируем содержание макроэлементов в живых организмах и их влияние на развитие.
Вопросы к классу:
- Какие заболевания вызываются недостатком химических элементов в растительных и животных организмах?
- В каких пищевых продуктах содержатся макроэлементы?
- Какова же биологическая роль микроэлементов?
Вам предлагается выслушать внимательно сообщения, которые подготовили ваши одноклассники и ответить на предложенные выше вопросы.
1. “Биологическая роль фтора ” ( приложение 3)
В небольших количествах фтор входит в состав живых организмов. В организме человека около 2,6 г фтора, из них 2,5 г в костях. Биологическая роль фтора заключается в том, что он участвует в процессах образования зубов и костей, в обмене веществ и в активизации некоторых ферментов. Нормальное поступление фтора в организм человека от 2,5 до 3,5 мг в сутки. Понижение или повышение количества фтора вызывают различные заболевания. Хроническое отравление соединениями фтора вызывает болезнь флюороз.
Исследования доказали,
Что фтор как микроэлемент
Так важен для зубной эмали,Как для строительства цемент.
Известно: при нехватке фтора
Зубная боль возникает скоро.
Избыток фтора тоже плох:
Остаться можно без зубов.
2. “Биологическая роль – кобальта” (приложение 4)
Кобальт – микроэлемент, оказывающий разнообразное влияние на жизненные процессы растительных, животных организмов и человека. В организме человека содержится 0,03 г.кобальта, из них 14% входит в состав костей, по 43% - в мышцах и мягких тканях. Больше всего кобальта в печени, почках и в поджелудочной железе. Биологическая роль кобальта велика – он участвует в процессах обмена кроветворения, влияет на белковый, жировой, углеводный, минеральный обмены, обмен витаминов. Например, витамин С, ускоряет синтез витамина РР, входит в состав ферментов (пептидазы). Кобальт является составной частью витамина В12.
3. “Биологическая роль - меди” (приложение 5)
Медь - один из важнейших микроэлементов, участвующих в процессах фотосинтеза и влияет на усвоение азота растениями. В организме человека содержится около 0,1 г. меди. Суточная потребность взрослого человека от 2 до 3 мг. Медь концентрируется в печени, в крови, в головном мозге, в костях. Дефицит меди и её избыток одинаково вреден для организма. При недостатке меди в рационе человека уменьшается образование гемоглабина и развивается анемия, нарушается костеобразование с изменениеми в скелете. Избыток меди накапливается в печени, мозге, почках, глазах и вызывает хронические воспалительные процессы в тканях.
Учитель биологии: «Роль микроэлементов в питании человека». (таблица « Химический состав некоторых растений и животных»). Новые термины записаны на доске: геохимическая среда, эндемические заболевания, эндертермит и др). Геохимическая среда через растения и животных оказывает существенное воздействие на человека. Она осуществляется, прежде всего через качество пищи, играющей важную роль в укреплении здоровья человека и продолжительности его жизни. Значит, о качестве пищи должен заботиться сам человек. Исследования показали, что здоровью человека в Нижнем Поволжье существенный вред наносит микроэлементная неполноценность продуктов питания, вызванная недостаточным содержанием йода, марганца, цинка, кобальта и др. элементов в почвах, водах и растениях. Прежде всего, это касается Прикаспийской низменности на территории Черных земель, где остро стоит вопрос о недостатке йода, вызывающем увеличение щитовидной железы у человека, особенно у детей. Одним из факторов усиливающихся проявлений зобной эндемии является недостаток кобальта.
На территории Калмыкии широкое распространение получило такое заболевание, как анемия. Вызывает это заболевание недостаток меди и кобальта. Избыток бора привел к развитию целого ряда заболеваний связанных с этим элементом: борный эндертермит, дерматозы. Одним из основных эндемических заболеваний является образование камней в почках, желчном пузыре, отложение солей в суставах – это связано с избытком кальция, молибдена, оксалатов и тяжелых металлов в воде и пище.
Основным источником микроэлементов являются овощи и фрукты (см. таблицу «Состав микроэлементов в овощах и фруктах»).
Много марганца во фруктах: клубнике, красной смородине. В ржаном хлебе меди в 2, марганца 1,5 и молибдена в 4 раза больше, чем в пшеничном хлебе.
Микроэлементы успешно применяются при профилактике и лечении некоторых заболеваний. В условиях Калмыкии положительный эффект получен от назначения биологических доз микроэлементов при лечении анемии и лейкоза, это связано с важной ролью некоторых микроэлементов в процессах кроветворения. Медь участвует в синтезе гемоглобина и удлиняет срок жизни эритроцитов, марганец повышает концентрацию меди в крови и ускоряет созревание красных телец.
Применение микроэлементов в лечении человека требует особой осторожности. В медицине известны случаи отрицательного воздействия на организм избытка микроэлементов. В частности, у жителей Черных земель (Черноземелький, Лаганский, Яшкульский районы) выявлены различные изменения в состоянии здоровья из-за использования в питьевых целях вод, обогащенных мышьяком и вод с высокой концентрацией йода (п.Артезиан, п.Кумской), брома, при этом развивается эндемический зоб, анемия, желудочно- кишечная болезнь. Из-за высокой минерализации питьевых вод повсеместно развиваются желчнокаменная и почечно- каменная болезни.
Несомненно, отрицательное воздействие на организм избытка бора, молибдена, бария, недостатка фтора и др. микроэлементов, поэтому важен постоянный контроль за их содержанием во внешней среде.
Учитель химии: Многие элементы в клетке содержатся в виде ионов. Сегодня перед нами возник проблемный вопрос: Какова роль солей в проявлении буферных свойств клетки?
Буферные свойства проявляются в способности клетки сохранять реакцию её содержимого на постоянном уровне.
Буферностью называют способность клетки сохранять определенную концентрацию водородных ионов (рН= 7,2). Многие химические соединения находятся в клетке в виде катионов и анионов, их концентрация в клетке и в окружающей среде резко различается. Внутри клетки высокая концентрация ионов калия и очень низкая ионов натрия. В среде, окружающей клетку: плазма крови, морская вода содержат мало ионов К+, но высокую концентрацию ионов Na+. Содержание элементов объясняет следующие четверостишия.
Кровь наша чуть соленая на вкус-
Содержится в ней натрия хлорид;
В межклеточном пространстве натрий-плюс
Давленье Осмоса для клеток сохранит.
Хлорид же ионы царствуют в желудке,
Чтобы запас соляной кислоты
Нам обеспечить,- это же не шутки-
Белковой пищи расщеплять хвосты.
Внутри клетки буферность обеспечивается главным образом анионами Н2РО4-.
Во внеклеточной жидкости и в крови роль буфера играют СО32- и НСО3-.
Учитель биологии: В организме человека имеются нерастворимые минеральные соли, например, фосфат кальция, карбонат кальция входят в состав межклеточного вещества, костной ткани, раковины моллюсков обеспечивая прочность этих соединений. Это можно доказать экспериментально.
II. Выполнение лабораторной работы. (приложение 6)
Опыт №1. «Влияние кальция на прочность костной ткани».
Порядок выполнения лабораторной работы согласно инструкции. После выполнения работы ответить на вопросы:
Попробуйте согнуть, а затем растянуть натуральную кость животного. Согнулась ли она? Смогли ли вы её растянуть?
Что происходит при попытке согнуть прокаленную кость? Каким свойством она обладает?
Можно ли растянуть кость, находившуюся в соляной кислоте? Какими свойствами обладает эта кость? Чем различаются декальцинированная и прокаленная кости?
Опыт №2. Определение качественного состава карбонатной породы
Неорганические вещества содержатся не только в растворенном, но и в твердом состоянии. Например, раковина моллюсков состоит из СаСО3, что обеспечивает прочность раковин.
Горящая лучина гаснет, там скопился углекислый газ (CO2).
Вывод: углекислый газ (СО2) не поддерживает горения.
В исследуемой карбонатной породе устанавливается наличие карбонат - иона СО32-.
Вывод: Наличие катиона кальция Са2+ подтверждается – окрашиванием пламени в кирпично- красный цвет.
III. Закрепление материала
Работа учащихся по карточкам. Решение биологических задач.( приложение 6)
Задача№1. Суточная потребность человека в кальции в виде карбоната кальция САСО3 составляет 1,2 г. Вычислите количество необходимого карбоната кальция.
Задача №2. Ортофасфат кальция (Ca3 (PO4)2) составляет минеральную основу костей и зубов. Другие соединения кальция участвуют в нервной и мышечной деятельности, входят в состав тканевой жидкости, ядер и стенок клеточной ткани живого организма. Кальций уменьшает аллергические реакции. Суточная потребность организма в кальции составляет от 0,8 до 2 г. источниками кальция служат молоко, кефир, творог, сыр, рыба, фасоль, петрушка, зеленый лук, а также яйца, гречка, морковь и горох. Обеспечит ли суточную потребность организма в кальции добавление в пищу 1 г карбоната кальция при условии его полного усвоения?
Задача №3. В организме человека содержится примерно 25 мг иода (в составе различных соединений), причем половина всей массы иода находится в щитовидной железе. Подсчитайте, сколько атомов иода находится: а) в щитовидной железе; б) в организме человека в целом?
Проверка знаний учащихся
Учащиеся делают вывод по уроку: Неорганические вещества входят в состав клетки, они поступают в организм с пищей, вдыхаемым воздухом и питьевой водой. Биологическая роль этих элементов – органогенов и «металлов жизни» велика и они широко используются в медицине.
Домашнее задание: Составить презентацию на тему: макро и микроэлементы клетки.
Приложение 1.
Фронтальный опрос:
- Что называется обменом веществ?
- Каково значение обмена веществ?
- Назовите основные направления обмена веществ?
- Что такое ассимиляция?
- Что называется диссимиляцией?
Приложение 2.
Самостоятельная работа учащихся (10 минут).
Выпишите химические элементы, которые в сумме составляют 98% всего содержимого клетки.
Выпишите химические элементы, содержание которых в клетке исчисляется десятыми и сотыми долями процентов.
Приложение 3. “Биологическая роль фтора ”
В небольших количествах фтор входит в состав живых организмов. В организме человека около 2,6 г фтора, из них 2,5 г в костях. Биологическая роль фтора заключается в том, что он участвует в процессах образования зубов и костей, в обмене веществ и в активизации некоторых ферментов. Нормальное поступление фтора в организм человека от 2,5 до 3,5 мг в сутки. Понижение или повышение количества фтора вызывают различные заболевания. Хроническое отравление соединениями фтора вызывает болезнь флюороз.
Исследования доказали,
Что фтор как микроэлемент
Так важен для зубной эмали,Как для строительства цемент.
Известно: при нехватке фтора
Зубная боль возникает скоро.
Избыток фтора тоже плох:
Остаться можно без зубов.
Приложение 4.“Биологическая роль – кобальта”
Кобальт – микроэлемент, оказывающий разнообразное влияние на жизненные процессы растительных, животных организмов и человека. В организме человека содержится 0,03 г.кобальта, из них 14% входит в состав костей, по 43% - в мышцах и мягких тканях. Больше всего кобальта в печени, почках и в поджелудочной железе. Биологическая роль кобальта велика – он участвует в процессах обмена кроветворения, влияет на белковый, жировой, углеводный, минеральный обмены, обмен витаминов. Например, витамин С, ускоряет синтез витамина РР, входит в состав ферментов (пептидазы).
Кобальт является составной частью витамина В12.
Приложение 5.
“Биологическая роль - меди”
Медь - один из важнейших микроэлементов, участвующих в процессах фотосинтеза и влияет на усвоение азота растениями. В организме человека содержится около 0,1 г. меди. Суточная потребность взрослого человека от 2 до 3 мг. Медь концентрируется в печени, в крови, в головном мозге, в костях. Дефицит меди и её избыток одинаково вреден для организма. При недостатке меди в рационе человека уменьшается образование гемоглабина и развивается анемия, нарушается костеобразование с изменениеми в скелете. Избыток меди накапливается в печени, мозге, почках, глазах и вызывает хронические воспалительные процессы в тканях.
Приложение 6.
Работа по карточкам. Решение биологических задач.
Задача№1. Суточная потребность человека в кальции в виде карбоната кальция СаСО3 составляет 1,2 г. Вычислите количество необходимого карбоната кальция.
Задача №2. Ортофасфат кальция (Ca3 (PO4)2) составляет минеральную основу костей и зубов. Другие соединения кальция участвуют в нервной и мышечной деятельности, входят в состав тканевой жидкости, ядер и стенок клеточной ткани живого организма. Кальций уменьшает аллергические реакции. Суточная потребность организма в кальции составляет от 0,8 до 2 г. источниками кальция служат молоко, кефир, творог, сыр, рыба, фасоль, петрушка, зеленый лук, а также яйца, гречка, морковь и горох. Обеспечит ли суточную потребность организма в кальции добавление в пищу 1 г карбоната кальция при условии его полного усвоения?
Задача №3. В организме человека содержится примерно 25 мг иода (в составе различных соединений), причем половина всей массы иода находится в щитовидной железе. Подсчитайте, сколько атомов иода находится: а) в щитовидной железе; б) в организме человека в целом?