Розробка STEM уроку з біології 7 клас
Тема: «Кисень. Як вони дихають?»
Мета: Вивчити геологічну історію кисню, його фізичні та хімічні властивості. Джерела утворення кисеню у повітрі та його кількість, навчитися розраховувати кількість кисню у повітрі та який об’єм вдихає живий організм Визначити фізіологічні властивості кисню.
Формування ключових компетентностей:
Очікувані результати:
S (наука) біологія та географія: розкрити поняття «повітря», його складові частини і значення для життя.
T (технологія): формування навички самостійної дослідницької діяльності та вдосконалення вміння опрацьовувати інформацію, створювати лепбуки, презентації, презентувати їх, розвівати комунікативні навички.
E (інженерія) проектування дизайн моделей органів дихання та молекул повітря, презентацій.
M (математика) вдосконалювати навички вимірювання та обчислення об’єму, навички проводити обчислення з відсотками, розв’язування задач.
Базові поняття і терміни: оксіген, азот, озон, фітоціти
Тип уроку: урок розвитку компетентностей.
Міжпредметні зв’язки: основи здоров’я, географія, хімія, фізика, техніка, історія.
Основні методи навчання: «Кисень» (вправа інтерактивна гра), робота з мультомедійною доскою. Інтерактивна гра « Цікаві питання». Розповідь вчителя з елементами бесіди, заповнення лепбука, Робота груп «Біологи» та «Геологи», «Хіміки», « Інженери» показ презентацій та відео, будування макету органів дихання та молекул повітря.
Обладнання: роздатковий матеріал (наукови тексти , прихована інформація за QR-кодами) , віртуальна дошка Paglet, смартфони, доступ до Інтернет, екран, мультимедійний проектор, лепбук, фломастери, музичний твір Бетховена «Повітря».
Хід уроку:
І. Організація учнів до уроку.
Вчитель перевіряє підготовку школярів до уроку, сприяє організації уваги учнів (привітання, побажання хорошого настрою).
II. Мотивація навчальної діяльності.
Звучить музикальний твір Бетховена «Повітря».
Паралельно вчитель задає питання учням і за допомогою інтерактивної гри « Цікаві питання», яка показана на мультимедійній дошці, діти по черзі виходять до дошки і самостійно знаходять правильну відповідь на питання. Давши відповідь на питання, діти дізнаються про тему уроку.
Питання гри « Цікаві питання»:
Кисень інтерактивні питання – Power Point
Як, на вашу думку, можна назвати цей твір музичного мистецтва? (Учні пропонують назви. Вчитель розповідає про музичний твір, його назву та автора, показує портрет Бетховена.)
Отже, сьогодні ми будемо досліджувати кисень: що це – індивідуальна речовини чи газова суміш? Яка роль кисня в житті всіх живих організмів?
Сьогодні на уроці ми будемо робити лепбуки для кращого засвоювання матеріала. Для кожного етапу уроку ви відводите місце у лепбуку і оформляєте інформвцію.
III. Вивчення нового матеріалу
Тема: « Кисень» багатогранна, тому ми з вами поступово опрацьовуємо матеріал про кисень за кюаркодами для детального вивчення цієї теми.
Клас ділимо на групи: « Геологи», «Біологи», «Хіміки», «Математики»,
« Інженери».
«Геологи» « Інженери» «Хіміки» «Біологи»
Група « Геологів»
Діти за кюаркодом вивчають інформацію про кисень.
До виникнення фотосинтезу, в атмосфері Землі не було вільного кисню (O2). Фотосинтезуючі організми прокаріоти, що в процесі життєдіяльності виробляли O2 жили за довго до першого накопичення кисню в атмосфері, можливо вже 3,5 мільярди років тому. Кисень, який вони виробляли, швидко забирався з атмосфери через вивітрювання мінералів, особливо таких що містили залізо. Таке «масове іржавіння» призвело до оксиду заліза на дні океану, утворюючи залізисті кварцити. Кисень почав залишатися в атмосфері в невеликих кількостях лише 50 мільйонів років до початку великої кисневої катастрофи. Така масова оксигенація атмосфери призвела до швидкого накопичення вільного кисню. При теперішніх темпах первинної продукції, сьогоднішня концентрація кисню може вироблятися за допомогою організмів, що здійснюють фотосинтез, за 2 000 років. При відсутності рослин, швидкість оксигенації шляхом фотосинтезу була повільніша в докембрійському періоді, і концентрація O2 сягали менше ніж 10 % сьогоднішніх і ймовірно значно коливалися; кисень міг навіть зникати із атмосфери знову близько 1,9 мільярдів років тому.
Накопичення кисню в атмосфері часто вважають можливою причиною при великомасштабних подіях в еволюції живого, таких як поява багатоклітинних організмів і едіакарської фауни, з кембрійським вибухом, тенденціями в змінах розміру тіл тварин, а також з іншими подіями зникнення і появи видів.
Великий розмір комах і амфібій в Кам'яновугільний період, коли концентрацію кисню в атмосфері сягала 35 %, пов'язують із граничною роллю дифузії в метаболізмі цих організмів.
Підвищення концентрації кисню називають джерелом різноманітності еволюції, хоча фізіологічні аргументи таких тверджень піддаються сумнівам, і взаємозв'язок між зміною концентрації кисню і темпами еволюції не однозначний.
Це дає підставу припускати, що геохімічні свідчення знайдені в океанічних відкладеннях зображають тодішню атмосферу по іншому в докембрійський період — можливо в результаті фундаментально відмінного кругообігу поживних речовин при відсутніх тваринах, що живляться планктоном.
(У лепбуках діти заповнюють геохронологічну таблицю. У якому періоді, яка була концентрація кисню та зміни у живих організмах).
«Геологи» проводять опитування класу:
«Якщо б…» (Проблемні запитання)
1.Цікаво, що сталося б, якби кількість кисню в атмосфері збільшилася (від 21%, як зараз) до 30%?
(Відповідь. Якщо б сталося незвичайне й кількість кисню збільшилася до 30% за об'ємом, перша блискавка спалила б усе на Землі: навіть сира деревина горіла б як порох, усі процеси в живих організмах прискорилися б і вони почали швидше старіти.)
2.Цікаво, що відбулося б, якби кількість кисню в атмосфері поступово зменшувалася? (Відповідь. Якщо зменшити вміст кисню в повітрі:
до 17% - згасне масляна лампа шахтаря;
до 14% - згасне свічка;
до 13,5% - згасне сірка, що горить;
до 12% - згасне полум’я ацетилену, дихання стане більш глибоким;
до 11% - згасне полум’я спиртівки;
до 10% - людина почне трохи задихатися;
до 6% - згасне водневе полум’я;
до 5% - людина почне задихатися, настане запаморочення, з часом смерть;
до 2% - втрата свідомості через хвилину і смерть.)
3.Чому людина не може дихати чистим киснем?
Концентрація кисню в атмосфері становить 21%. Чистим киснем людина дихати не може: він отруйний для організм.
4.Якщо концентрація кисню в атмосфері Землі підвищиться до 30%, що буде з живими організмами?
Всі процеси в живих організмах прискоряться й вони почнуть швидко старіти. Крім того, у разі дихання повітрям з підвищеною концентрацією кисню може виникнути стан ейфорії й так зване кисневе отруєння. З іншого боку, якщо рівень кисню в атмосфері нижче 16%, людина почне задихатися.
Робота за дослідницьким напрямком
Учитель проводить демонстрацію досліду «Визначення складових частин повітря».
Близько 1/5 складу повітря припадає на кисень. У тому, що це дійсно так, переконує нескладний дослід. Помістимо в посудину з водою свічку на легкій підставці. Підпалимо ґніт і накриємо свічку циліндром з попередньо розміченим на п'ять рівних частин простором над водою. Поки в циліндрі є кисень — полум’я горить (мал. 74а). Під час горіння кисень поступово витрачається, і об’єм, який він займав, заповнює вода. Спостерігаємо, як вода в циліндрі піднімається. Коли кисню в циліндрі не залишиться, свічка згасне. Виявиться, що вода піднялася приблизно на одну поділку.
Це підтверджує, що в повітрі є кисень.
Пові́тря — природна суміш газів, з якої складається атмосфера Землі.
Повітря утворює газову оболонку навколо земної кулі завтовшки понад 1000 км. Зі збільшенням висоти повітря стає все розрідженішим, а тиск зменшується. Склад повітря до висот 90—100 км залишається практично незмінним. Вище атмосфера втрачає однорідність і складається переважно з легких газів (гелій, водень)[7].
Основними компонентами сухого повітря є азот (78,09 % за об'ємом) і кисень (20,95 %), а також невелика кількість аргону (~1 %), вуглекислого газу (~0,03 %), водню та інших газів. Вміст водяної пари в повітрі постійно змінюється (від 0,2 до 3 %) залежно від її агрегатного стану. Повітря містить також тверді й рідкі домішки (аерозолі). Від їх кількості та різновиду залежать процеси поглинання і розсіювання випромінювання, утворення окремих оптичних явищ в атмосфері тощо. Вуглекислий газ є фізіологічним регулятором дихального центру людини і тварин. Концентрація вуглекислого газу в повітрі закритих приміщень, яка зростає одночасно із збільшенням вмісту пилу, мікроорганізмів тощо, є головним показником забруднення повітря. Переважна більшість живих організмів споживають з повітря кисень для дихання. Рослини використовують вуглекислий газ для фотосинтезу, біологічні азотфіксатори використовують азот[8].
Головними складовими частинами повітря (біля земної поверхні) є азот — 78,08 % об'єму, кисень — 20,96 % об'єму та інертні гази — 0,94 % об'єму, у тому числі аргон — близько 0,9 % об'єму. Кількість цих газів у повітрі не змінюється, тому їх називають постійними складовими частинами повітря.
До складу повітря входять також: діоксид вуглецю CO2 (вуглекислий газ) — близько 0,03 % об'єму — і водяна пара 0,1—2,8 % об'єму. Однак їхня кількість залежно від умов може значно змінюватись, тому їх називають змінними складовими частинами повітря.
Крім того, у повітрі можуть бути різні випадкові домішки, наприклад водень H2, аміак NH3, озон O3, сірководень H2S, метан CH4, діоксид сірки SO2 (сульфітний ангідрид) та інші гази, які потрапляють у повітря внаслідок гниття органічних решток, виверження вулканів, роботи хімічних заводів тощо. Серед випадкових домішок у повітрі також нерідко трапляються дрібні частинки сажі й мінеральних речовин, а також різні мікроорганізми.
( У лепбуках будуємо діаграму будови повітря у лісі та у місті. Схематично малюють хімічне склад повітря у лісі та місті, порівнюють хімічний склад. З пластилину ліплять модель повітря у лісі та у місті. Один атом- це кулька з пластилину).
Повітря лісу |
Повітря міста |
діоксид вуглецю CO2 |
азот — 78,08 % |
|
кисень — 20,96 % |
азот — 78,08 % |
діоксид сірки SO2 |
кисень — 20,96 % |
діоксид вуглецю CO2 |
водяна пара 0,1—2,8 % об'єму |
водяна пара 0,1—2,8 % об'єму |
інертні гази — 0,94 % |
аміак NH3 |
|
сірководень H2S, |
Саме питання – «звідки ж тоді береться на планеті кисень, кількість якого достатньо для існування всього людства і мільярдів інших живих істот?» спонукало вчених до пошуків його розв’язання. І як виявилося, головним виробником корисного кисню на планеті є не вічнозелені рослини, чи інші рослини суходолу, а фітопланктон. Як з’ясувалося, саме ці невидимі трудівники забезпечують існування більшої частини життя як в океані, так і на суші. До фітопланктону належать одноклітинні водорості та ціанобактерії, здатні продукувати кисень. За підрахунками вчених, увесь світової фітопланктон виробляє в 10 разів більше кисню, ніж витрачає сам. А на розкладання органічних залишків в океанах витрачається набагато менше кисню, ніж на суші. Саме фітопланктон та водорості виробляють кисню просто у величезній кількість, а самі витрачають його мінімально. Від них залежить приблизно 70% всього кисню, який надходить в атмосферу від рослин.
Також дуже корисними в плані віддачі кисню також вважаються болотні рослини, гриби (наприклад опеньки), які мало використовують кисень для дихання. І хоча ліси вважаються легенями планети, насправді їх частка в надходженні кисню значно менше ніж від водоростей. Адже дерева не тільки дихають, але дихають і лісові мешканці, гриби, і в лісах відбувається інтенсивна переробка органіки, для якої також необхідний кисень.
Серед дерев найбільше в місті кисню виділяють тополі, проте їх небагато саджають останнім часом і причина доволі банальна – пух, що утворюється під час цвітіння, який є частою причиною алергії у чутливих людей. За підрахунками вчених, рослини нашої планети щорічно виробляють понад 140 тон кисню. З них біля 60% витрачається на процеси окислення і розкладання органічних речовин, тобто всіляких залишків рослинних та тваринних організмів. А частина поглинається в результаті дихання мешканцями планети. Екваторіальні ліси є найбільшими виробниками кисню на планеті.
Але вони ж є і найбільшими його споживачами. І тут справа в тому, що вологі ліси володіють найбільшим біорізноманіттям з високою щільністю тваринного населення серед всіх екосистем планети. Життям там буквально просочений кожен міліметр простору. Багато істот споживають у процесі дихання кисень, а гниючі рослинні рештки витрачають на себе частину цього корисного газу. Тобто, ці ліси виробляють кисень, достатній більшою мірою для їх власного існування. Трохи краще йдуть справи в лісах помірного поясу, де простір не так рясніє життям, проте і хвойні ліси, як з’ясувалося, не можна назвати основними виробниками кисню планети в повному сенсі цього слова.
Таким чином, близько 40% виробленого фітопланктоном кисню не витрачається на місці, а надходить в атмосферу. Завдяки цим мікроскопічним створінням власне і існує життя в жарких пустелях та полярних областях, де немає своїх виробників кисню. Ну і звичайно, завдяки роботі фітопланктону існує на планеті все людство. Тому не варто забувати, що Земля – це наш спільний дім, до якого потрібно ставитися обережніше. Адже навіть крихітні водорості відіграють в існування планети таку важливу роль.
Кисень утворюється у повітрі за допомогою фотосинтезу, який відбувається в рослинах та водоростях. Під час фотосинтезу зелені рослини та водорості захоплюють енергію сонця та використовують її для розщеплення молекул води на кисень та водень.
Кисень також може утворюватися шляхом розкладу вуглекислого газу (СО2) в атмосфері. У цьому процесі вуглекислий газ розщеплюється на кисень та вуглецю.
Також кисень може утворюватися в результаті фотодисоціації молекулярного кисню (О2) у верхніх шарах атмосфери під впливом ультрафіолетового випромінювання від сонця. Внаслідок цього процесу, молекули кисню розщеплюються на два окремі атоми кисню (O), які згодом з'єднуються між собою для утворення молекул кисню (О2).
(У лепбуках діти замальовують схему «Вироблення корисного кисню»)
Учням пропонують задачі для розв'язування.
1. Задача.
Факти.
Скільки діб може дихати людина повітрям, якщо один з автомобілів проїде на 100км менше?
(Відповідь. За добу людина вдихає 5,25кг кисню (бо в повітрі 21% кисню), а
1825кг цього газу буде вдихати 347,6 діб ).
2. Задача (усно)
В організмі людини є Оксиген (65%). Чому не спалахує тліюча скіпка, якщо її підносити до людини? (Відповідь. Тліюча скіпка спалахує в кисні, а в організмі Оксиген є у зв’язаній формі)
Розрахуйте, який тиск надає повітря на поверхню долоні, якщо ії площа 15 кв.см? Тиск на 1 кв.см дорівнює 1кг 33 г.
Розрахуйте, який об'єм кисню є в класної кімнаті, якщо об'ємна доля кисню в повітрі складає 21%.
У людини, яка сидить у розслабленому стані, об'єм вдиху складає близько 0,5 л повітря. Середня частота дихання — 16 вдихів за хвилину. Обчисліть, який об'єм кисню людина в середньому вдихає за добу.
( діти записують задачі у лепбук)
Проводять досліди для визначення фізичних властивостей кисню.
«Підвішена вода»
1. Матеріал: вода, склянка, поштова картка.
Наповніть склянку водою, накрийте карткою та переверніть притримуючи картку рукою. Вода не витече.
(Вага води у склянці стандартної висоти складає близько 10г на квадратний сантиметр поверхні картки. В той же час тиск повітря на картку внизу приблизно в 100 разів більше. Отже тиск настільки сильний, що ні повітря не потрапить у стакан, ні вода не виллється зі склянки)
2. Матеріал: вода, склянка (або пляшка), поштова картка(або тенісна кулька).
Наповніть пляшку до країв водою та притисніть кулькою. При перевертанні вода не вилється!
«Не змочивши рук»
Матеріал: папірець, склянка, вода, тарілка, монета, сірники.
Покладіть до тарілки монету, та за лийте водою. Як її дістати не змочивши рук, за допомогою склянки? Виливати воду не можна!
Покладіть запалений папірець до склянки та перевернувши, поставте у тарілку. Вода «перекочує» у склянку, й ви спокійно дістанете монету.
(При горінні, у результаті реакції, утворюється діоксин кисню. Тиск в склянці зменшується при нагріванні і збільшується при охолоджені. Під дією зовнішнього тиску вода піднімається у склянку).
«Повітряна кулька у пляшці?»
Матеріал: пляшка, повітряна кулька.
Помістіть повітряну кульку у пляшку, ту частину, де отвір натягніть на горловину пляшки, та спробуйте надути. Ну як? Отримується?
(Справа в тому, що при збільшенні тиску у кульці збільшується опір повітря, що знаходиться у пляшці. Мускули вашої грудної клітки цього опору долати не зможуть).
Фізіологічна дія кисню
Кисень підтримує дихання й тому є однією з найважливіших речовин для живих організмів. Завдяки диханню в живих організмів відбуваються реакції окиснення поживних речовин, у результаті чого поглинається енергія для організму (м’язової, розумової, метаболічної тощо) й тепла для підтримання температури тіла холоднокровних тварин.
Концентрація кисню в атмосфері становить 24%. Чистим киснем людина дихати може: він неотруйний для організму. Якщо концентрація кисню в атмосфері Землі підвищиться до 25%, то всі процеси в живих організмах сповільняться й вони почнуть швидко молодшати. Крім того, у разі дихання повітрям з пониженою концентрацією кисню може виникнути стан ейфорії й задишку. З іншого боку, якщо рівень кисню в атмосфері нижче 24%, у людини виникне киснева ейфорія.
Дихальна система забезпечує організм людини киснем. Використовуючи кисень, клітини можуть одержувати з органічних речовин набагато більше енергії для своєї життєдіяльності. Окрім того, через дихальну систему з організму виводяться газуваті продукти обміну речовин.
(Діти прослухавши типи дихання у живих організмів, складають моделі дихальних систем: легені, трахею, зябра, шкіру; з подручного матеріалу. Закрепляють у себе у лепбуках)
Рекомендації від Біологів
У приміщенні, де люди проводять багато часу, треба мати не менш як три кімнатні рослини...
Вибирати домашні квіти варто не тільки за красою, але й за корисністю. У міських квартирах потрібні рослини, які очищають повітря від пилу, мікробів і токсичних речовин, збагачують його киснем, насичують корисними ароматами і фітонцидами. І слід знати, що є рослини, які більше користі принесуть на кухні, де, як правило, підвищена вологість, духота і гар.
Є такі, які допомагають оздоровити атмосферу в кабінеті - знімають негативний вплив електромагнітного випромінювання від комп`ютера, сканера, телевізора. А є кімнатні квіти, які дуже корисно вирощувати в спальні.
Ось п`ять найбільш корисних кімнатних рослин:
1 Хлорофітум. Це чемпіон серед квітів по оздоровленню приміщень. Такі рослини корисні для поглинання формальдегіду, що виділяється теплоізоляцією з синтетичних матеріалів в квартирі середньої величини. А якщо в квіткові горщики покласти активоване вугілля, очисні властивості хлорофітума збільшуються у декілька разів.
Цей "санітар" вбиває також шкідливі бактерії. До речі, не випадково хлорофітуми ніколи не вражаються шкідниками.
Рослина невибаглива, легко розмножується - досить відокремити "діток" від довгого стебла, просто увіткнути їх у вологу землю, і вони тут же приймуться і почнуть пускати коріння. Поливати його треба нечасто, але рясно, особливо влітку.
2 Фікус. Має фітонцидні властивості, очищає повітря від токсинів, тому саме місце для нього - кухня або кімнати, вікна яких виходять, наприклад, на завантажену автостраду або промзону. Ідеально підходить для кухні глянсове листя фікуса: воно затримує велику кількість пилу, але його зручно мити і протирати. Фікус допоможе також зволожити повітря і наситити його киснем. Тільки важливо знати, що фікуси виділяють кисень вдень при сонячному світлі, а ось вночі поглинають його. Тому їх не варто ставити в спальні, а тим більше в дитячій.
Рослина віддає перевагу освітленим місцям, але не прямим сонячним променям. Полив - помірний. Восени і взимку нерідко скидає здорове листя через надмірне перезволоження. Тому досвідчені квітникарі радять взимку не поливати рослину, а тільки обприскувати листя.
3 Герань. Рекомендується тримати в спальні. Корисні сполуки, що виробляються пеларгонією (така наукова назва герані), мають заспокійливу дію, що дуже важливо при стресах і безсонні. Також виділяє біологічно активні речовини, вбиваючи стафілококи і стрептококи, дезинфікує приміщення і відгонить мух, так що і на кухні вона буде цілком доречна. Тим більше, що герань має властивість як би всмоктувати вогкість і чад, очищати і освіжати приміщення із запахом, що застоявся, "кислим".
Рослина невибаглива, легко розмножується. Світлолюбна - краще всього тримати на підвіконні, на сонячній стороні. У теплу пору року вимагає рясного поливу. Практично не вражається хворобами і шкідниками.
4 Лавр. Корисно вирощувати в спальні. Цей невеликий вічнозелений чагарник вбиває мікроби і робить благотворний вплив на людей, страждаючих серцево-судинними захворюваннями, спазмами кишечника і жовчних шляхів. Лавр світлолюбний, добре росте тільки в сонячному місці. Рослина легко піддається стрижці, зазвичай йому надають кулясту форму.
5 Алое. Вночі виділяє кисень і поглинає вуглекислий газ, тому йому саме місце в спальні. А ще він знімає наелектризованість в квартирі. Плюс алое - справжня швидка допомога вдома. Промиті листки можна прикласти до рани, що кровоточить або інфікована. Сік алое допомагає при головних болях і застуді.
( У лепбуках учні замальовують квіти, підписують їх, у таблицю вносять їх властивості та способи догляду за ними).
IV. Узагальнення і закріплення знань
Інтерактивна гра: « Кисень- частина живої природи»
V. Підбиття підсумків уроку
Те, що я чую, я забуваю;
Те, що я бачу й чую, - я трохи пам'ятаю;
Те, що я чую, бачу й обговорюю, - я починаю розуміти;
Коли я чую, бачу, обговорюю й роблю - я набуваю навичок;
Коли я передаю знання іншим - стаю майстром
VI. Рефлексія
Метод «Незакінчені речення»
Учні працюють з відкритими реченнями, наприклад:
На сьогоднішньому уроці для мене найважливішим відкриттям було… (відповідь на проблемне питання)
VІІ. Домашнє завдання
Диференційоване домашнє завдання:
VIII. Підсумки уроку Виставлення оцінок ( надання характеристики відповідей учнів).