Інтегрований урок хімії та біології

Інтегрований урок хімії та біології

Інтегрований урок з теми "Вуглеводи" в 11 класі дає змогу глибоко й усвідомлено узагальнити і систематизувати знання, здобуті з цієї теми впродовж вивчення хімії та біології, поєднати в єдине ціле навчальний матеріал, розділений предметно та хронологічно. За чинною програмою з біології загальне поняття про вуглеводи учні отримують у 8 класі під час вивчення складу клітини, далі це поняття розвивається в темах "Травлення" та "Обмін речовин і енергії". Проте в учнів виникають неабиякі труднощі у засвоєнні, тому що вони не мають базових знань з хімії. Докладніше вуглеводи розглядають у курсі біології 10 класу і лише в 11 класі їх вивчають у курсі хімії. За таких умов порушується логіка вивчення сполук від хімічного складу, будови аж до біологічних функцій.

На інтегрованому уроці учні мають змогу поєднати знання про будову, властивості та роль вуглеводів у процесах життєдіяльності організмів.

Тема уроку:   - Вуглеводи.

Мета уроку:   - Узагальнити знання про будову, властивості,
                                          метаболізм та біологічне значення вуглеводів;
                                          сформувати вміння застосовувати на практиці
                                          знання, здобуті на уроках хімії та біології.

Обладнання,  -   Таблиці "Будова рослинної клітини", "Будова
матеріали та       тваринної клітини", "Будова і хімічний склад
реактиви:       вуглеводів";

• Білий хліб, сира і варена картопля, варений рис, крохмаль;
• Штатив з пробірками;
• Дві лійки;
• Піпетки;
• Три мірні циліндри;
• Склянка з льодом;
• Рідкий крохмальний клейстер;
• Дистильована вода;
• Спиртовий розчин йоду.

Хід уроку

1.               Актуалізація знань.
   
             Учитель хімії, розпочинаючи урок, розкриває єдність хімічних і біологічних процесів матеріального світу на такому прикладі.
              У грунт потрапляє пшенична зернина. За сприятливих умов через певний період на поверхні грунту з'являються перші зелені листочки, формується стебло, дозріває колос, який повертає кілька десятків добірних зернини замість однієї, що потрапила у грунт. За рахунок чого відбулося таке значне збільшення біологічної маси рослини? Звичайно ж, за рахунок речовин, що засвоюють зелені рослини, акумулюючи при цьому сонячну енергію. Усі ці чудодійсні перетворення відбуваються в унікальній хімічній лабораторії, якою є жива клітина.
             Таким чином учитель підводить учнів до того, що на уроці розглядатимуться біохімічні процеси на молекулярному, клітинному та організменому рівнях.
    
2.               Узагальнення та систематизація знань з хімії та біології.

2.1. Перед учнями ставиться завдання з хімії: заповнити схему класифікації вуглеводів. Учні заповнюють попередньо складений учителем хімії макет схеми. Завдання націлене на відтворення раніше засвоєних знань. Після заповнення схеми її аналізують і вносять корективи (схема1).

                                                                                                   Схема 1.

                                       Класифікація вуглеводів

                                                   Вуглеводи

    Моносахариди                          Полісахариди                                        Дисахариди                                   

2.2. Далі узагальнюються знання про локалізацію вуглеводів в окремих клітини. З цією метою учні отримують завдання:

• зібрати на магнітній дошці з окремих компонентів (органел) будову рослинної клітини і зазначити локалізацію вуглеводів у окремих органелах.

Кілька учнів біля дошки поступово відтворюють будову рослинної клітини.

Далі учні відповідають на запитання:

1. Який існує зв'язок будови органел з їх функціями?
2. Від чого з біохімічного погляду залежать функції органел?
3. Яка біологічна роль вуглеводів?

Учні, працюючи з моделлю рослинної клітини, паралельно заповнюють таблицю 1.

З метою активізації пізнавальної діяльності учнів учитель біології пропонує, користуючись таблицею 1, знайти відповідь на запитання:

1. У клітинах яких організмів міститься більше вуглеводів – рослинних чи тваринних? Яких саме вуглеводів більше?

2.3. Учителі хімії та біології звертають увагу учнів на розкриття суті біохімічних процесів, що відбуваються з вуглеводів в організмі людини, базуючись на знаннях з тем: "Травлення і живлення" та "Обмін речовин і енергії" курсу 8 класу.

Учитель біології пропонує учням розглянути малюнок "Будова травної системи людини" (у підручнику) і відповісти на такі  запитання.

1. Що таке їжа? Які її основні складові?
2. Яка оптимальна добова потреба людини у вуглеводах?
3. Який із вуглеводів є основним у продуктах харчування?
4. Які біохімічні процеси відбуваються у травній системі людини?

   Учні наводять цікаві дані щодо оптимальної потреби людини у вуглеводах і зазначають, що вуглеводна частина харчового добового раціону людини становить 365 – 400г і складається переважно з крохмалю, але включає й інші вуглеводи: целюлозу, сахарозу, лактозу, фруктозу, глюкозу тощо. Міжнародна статистика свідчить, що вживання цукру (сахарози) та кондитерських виробів постійно зростає, що стає небезпечним для здоров'я людини. Тому лікарі рекомендують, щоб вміст моно –та дисахаридів у добовому харчовому раціоні не перевищував
50 – 100г (50г для тих, хто займається легкою фізичною працею,
100г – для тих, хто зайнятий важкою фізичною працею). Причому бажано, щоб вуглеводи рівномірно були розподілені по годинах прийому їжі.

Локалізація вуглеводів у органелах клітини та їх біологічне значення

Учитель хімії наголошує, що крохмаль – основний вуглевод нашої їжі, пропонує учням пригадати характерну хімічну властивість крохмалю – його реакцію з йодом (йодокрохмальна реакція)  і на простому досліді довести наявність крохмалю у продуктах харчування.

Лабораторний дослід.

Наявність крохмалю у продуктах харчування.

Хід роботи

Нанесіть краплину спиртового розчину йоду на білий хліб, сиру і варену картоплю, подрібнений і варений рис, крохмаль.

Що спостерігаєте?  Поясніть спостереження.

Під час обговорення результатів експерименту вчитель хімії пропонує учням пояснити, що відбувається з крохмалем під час приготування їжі (варіння та смаження картоплі, випікання хліба тощо) і відповісти на такі запитання:

1. Що таке декстрини?
2. Як пояснити клейкість вареної картоплі, появу скоринки на хлібі й кірочки – на смаженій картоплі?
3. Чому проміжні продукти гідролізу крохмалю легше засвоюються організмом, ніж власне крохмаль?

 Учитель біології пояснює пряму залежність між вживанням цукру та виникненням карієсу зубів, надмірним вживанням цукру і фактором ризику при генетичній схильності до цукрового діабету. Поступово розкриваючи значення вуглеводів для організму людини, підводить учнів до розкриття біохімічних процесів, що відбуваються в організмі людини.

 Користуючись таблицею "Будова травної системи людини", учні повторюють, які процеси відбуваються з вуглеводами у травні системі людини під час проходження їжі по травному тракту.

Окремі учні характеризують процеси травлення (ротова порожнина → шлунок → кишечник), що відбуваються у травній системі людини.

Ротова порожнина.  Під час пережовування їжі під дією ферментів, що є в слині, відбувається послідовний гідроліз вуглеводів (полісахаридів) до кінцевого продукту розщеплення – глюкози.

Крохмаль під час дією ферменту амілази спочатку частково гідролізується до дисахариду мальтази (солодовий цукор). Потім мальтоза під дією ферменту мальтази гідролізується до моносахариду глюкози. Хоча ферменти слини високоактивні, але протягом короткочасного перебування їжі в ротовій порожнині людини відбувається далеко не повний гідроліз крохмалю до глюкози.

 Учитель хімії пропонує учням написати схему утворення глюкози в ротовій порожнині. Схематично цей процес можна зобразити так:

                                                 _{амілаза                          мальтаза}

(C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O             nH₂₂O₁₁ nC₆H₁₂O₆

      _{крохмаль                                               мальтоза     глюкоза}

Демонстраційний дослід

 Дія ферментів слини на крохмаль (методику проведення досліду взято з посібника Н. Ю. Матяш. Біологія людини: Зошит для лаб., практ. та контр. робіт: 8кл. Харків: Торг син, 2000).

Дослід виконують троє учнів у такій послідовності.

1. Сполоснути ротову порожнину водою (цю операцію виконують два унчі), зібрати слину разом з водою у три пронумеровані пробірки з лійками.
2. Налити у пробірки з номерами 1,2,3 по 3мл рідкого розчину крохмального клейстеру.
3. Добавити у пробірки 1 і 3 по 1мл слини, а у пробірку 2 – 1мл води.
4. Затиснути в долонях пробірки 1 і 2, а пробірку 3 опустити у склянку з льодом.
5. Через 12 -15хв поставити всі три пробірки у штатив.
6. Дослідити вміст пробірок на наявність крохмалю за допомогою йодокрохмальної реакції. Для цього до вмісту кожної з пробірок добавити по 1 -2 краплини спиртового розчину йоду. Що спостерігається? У разі наявності крохмалю вміст пробірок набуде синього кольору.
7. Записати результати досліду у таблицю 2 (таблиця виготовлена заздалегідь і заповнюється учнями впродовж досліду).

Таблиця 2.

Висновок

 Лише у пробірці і відбувся гідроліз крохмалю, про що свідчить результат досліду. Причина полягає у недотриманні необхідних умов гідролізу:  температури і наявності слини, до складу якої входять відповідні ферменти.

Подальший процес розщеплення крохмалю продовжується у шлунку й кишечнику.

Шлунок. Учень показує на малюнку його розміщення і пояснює перебіг процесів, що відбуваються з вуглеводами у шлунку. У шлунку шлунковий сік пригнічує дію ферментів слини на харчовий згусток. Проте процес розщеплення вуглеводів у шлунку триває. Експериментально було встановлено, що секреція шлункового соку залежить від характеру харчування. Кількість та кислотність шлункового соку значно зменшуються під час тривалого вживання їжі, багатої на вуглеводи ( хліб, картопля, овочі). Цікаво, що їжа з високим вмістом вуглеводів виводиться зі шлунка значно швидше, ніж багата на білки та жири.

Кишечник.  Остаточний процес гідролізу вуглеводів відбувається у кишечнику (дванадцятипалій кишці) під дією ферментів підшлункової залози. Коли вміст шлунка потрапляє до кишечнику, на вуглеводну частину їжі починає діяти підшлунковий сік, багатий на травні ферменти, серед яких є амілаза, що завершує розщеплення крохмалю до дисахариду – мальтози, рибонуклеази та дезоксирибонуклеази, які синтезують відповідні їм нуклеїнові кислоти. Цікаво, що при систематичному вживанні їжі, багатої на вуглеводи, активність амілази значно зростає. Крім підшлункового соку в кишечному травленні велику роль відіграють власні залози кишечнику (ліберкюнові), до складу соку яких входять слабкоактивна амілаза та інші ферменти, на відміну від амілази дуже активні: інвертаза, що розщеплює сахарозу, мальтаза (розщеплює солодовий цукор) та лактаза (розщеплює молочний цукор).  Усі ці ферменти закінчують розщеплення дисахаридів до моносахаридів, всмоктування яких відбувається у вигляді молекул, глюкози, фруктози, галактози.

 Особлива увага звертається на роль печінки в обміні вуглеводів.

Печінка.  У печінці з різних моносахаридів утворюється глюкоза, необхідна кількість якої включається до кровоточу, а надлишок перетворюється на глікоген, вміст якого в печінці сягає 5%. За малюнком "Будова травної системи людини" поетапно розглядається хімізм обміну вуглеводів в організмі людини. Варто при цьому нагадати учням,  що при вживанні продуктів харчування рослинного походження в організм людини потрапляє значна кількість целюлози. Проте, на відміну від жуйних тварин з особливою будовою шлунка у людини можливе лише часткове розщеплення целюлози (20 -40%), і відбувається воно не ферментативно, а під дією мукроорганізмів товстого кишечнику. Слід зазначити, що у товстому кишечнику під дією тих самих бактерій моносахариди можуть перетворюватись на жирні кислоти (наприклад, масляну), які здатні частково всмоктуватись стінками товстого кишечнику.

До уроку учні готують цікавий інформаційний матеріал у "Куточку здоров'я", в якому представлено сучасні медичні препарати, що застосовуються для запобігання та лікування різних хвороб, пов'язаних з порушенням процесів обміну вуглеводів у організмі людини (цукровий діабет, ожиріння, атеросклероз тощо), показано наслідки цих хвороб. Матеріали куточка характеризуються у процесі і виголошення учнями коротких повідомлень на тему: "Вуглеводи та здоров'я", в яких зазначається, що засвоєння організмом вуглеводів є корисним, вони є основними постачальниками енергії. З ними організм людини отримує 50 – 60% необхідних калорій. Хоча вуглеводи і модна замінити на жири та білки, але повне вилучення їх з раціону харчування є шкідливим. Воно може спричинити появу у крові "кетонових тіл", які порушують діяльність центральної нервової системи, м'язів, послаблюють розумову та фізичну діяльність, скорочують життя. Такі явища спостерігаються рідко, але їх вдалося вивчити на спортсменах, які інтенсивно тренуються,  та на дівчатах, які за будь-яку ціну намагаються зберігати фігуру, виключаючи вуглеводи з раціону харчування.

Проте надмірне вживання вуглеводів може сприяти появі та розвитку хвороб, наприклад таких, як цукровий діабет, атеросклероз, ожиріння. Негативну роль у цьому процесі відіграє надмірне вживання сахарози та картопляного крохмалю. Для запобігання цим хворобам необхідно обмежити вживання цукру, кондитерських виробів, страв з картоплі та інших продуктів, які містять значну кількість вуглеводів.

Цукор крові – важливий енергетичний матеріал, необхідний кожній клітині організму. Надлишок цукру перетворюється на тваринний полісахарид – глікоген, який зберігається у м'язах, а найбільше – у печінці. У разі нестачі вуглеводів у їжі процес стає зворотним, запасний матеріал – глікоген – перетворюється на глюкозу і таким чином поповнює резерви організму.

Для більшої переконливості щодо енергетичного значення вуглеводів у організмі людини вчитель біології пропонує учням відповісти на запитання:

1. Чому учасники змагань (бігуни, лижники) вживають більше цукру?

  З метою підкріплення узагальнень учнів про значення вуглеводів для організму людини вчитель хімії пропонує скласти рівняння таких перетворень:

СО₂ → Глюкоза → Крохмаль → Глюкоза → Молочна кислота

      ↓

                                             Вуглекислий газ

Де в живих організмах відбувається ці процеси?

Учитель біології наголошує на тому, що продуцентами вуглеводів є переважно рослини. Ця теза підкріплюється розв'язуванням за вибором розрахункових задач такого змісту.

1. Яку масу глюкози можна добути з картоплі масою 35кг, якщо масова частка крохмалю становить 22%, за умови, що весь крохмаль перетворюється на глюкозу?
2. За світловий день листок буряка може поглинути вуглекислий газ об'ємом 44,8мл. Яка маса глюкози утворюється при цьому в результаті фотосинтезу?
3. За добу людина масою 60кг споживає кисень масою 430г. Одна 25-річна тополя за 5 місяців вегетації поглинає вуглекислий газ масою 42кг. Скільки таких дерев необхідно для забезпечення киснем однієї людини на рік? на скільки днів вистачить людині кисню, продукованого одним деревом протягом вегетаційного періоду?

   На завершення уроку з'ясовують такі питання:

1. Чому процес фотосинтезу не вдається здійснити в лабораторних умовах?
2. Яке значення зелених рослин для життєдіяльності людини?

Інтегрований урок дає змогу розкрити єдність біологічних та хімічних процесів, глибше зрозуміти їх суть. На таких уроках активну роль виконують учнів, узагальнюючи та систематизовуючи засвоєння навчальний матеріал на між предметній основі.