Урок інтегрований з біології та хімії "Фотосинтез.Значення фотосинтезу.Практична робота.Виявлення органічних сполук у харчових продуктах"

Інтегрований урок з біології і хімії 9 клас                                           

Тема. Фотосинтез. Значення фотосинтезу.Практична робота

№5”Виявлення органічних сполук у харчових продуктах”

Мета: сформувати ключову компетентність – основні компетентності у природничих  науках і технологіях учнів про історію відкриття фотосинтезу,  знаннєвий компонент про фотосинтез як пластичний обмін речовин у рослин, світлову і темнову фази, механізм використання енергії світла у хлоропластах, формувати наукову картину світу шляхом інтегрованого підходу до усвідомлення  значення фотосинтезу для живих організмів на Землі, шляхи підвищення його ефективності, роль рослин у формуванні біосфери;навчити виявляти органічні сполуки у харчових продуктах;

     розвивати діяльнісний компонент щодо процесів логічного мислення, вміння користуватися біологічною термінологією, працювати з лабораторним посудом і реактивами; застосовування набутих знань на практиці;

       сформувати ціннісний компонент у ставленні до природи, до себе, до людей, уміння встановлювати гармонійні стосунки з природою на основі поваги до життя, як найвищої цінності.

Обладнання: комп’ютер, проектор, мультимедійна презентація, таблиця

«Фотосинтез», штатив із пробірками, шпатель.                                                            Реактиви: зразки харчових продуктів (орієнтовно): виноград, яблука, свіже молоко, кефір, м’який сир (домашній сир),виноградний, апельсиновий і томатний соки; розчини йоду, купрум(ІІ) сульфату, лугу, універсального індикатора (або індикаторний папір).Картки із завданнями для учнів.

Методи та прийоми роботи:

-   дослідницький: випереджувальні завдання творчого характеру;

-   інформаційно-рецептивний: бесіда, розповідь, рольова гра;

-   репродуктивний: «німий малюнок», заповнення таблиці, розв’язування задач, побудова  асоціативного грона, асоціативних ланцюжків; -проблемно-пошуковий: робота з підручником, пошук відповідей на проблемні запитання, формулювання висновків.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Форма проведення: урок-дослідження.

Міжпредметні зв’язки:біологія, хімія, екологія, основи здоров’я.

Хід уроку                                                                         

І.Організація учнів до уроку Вступна розповідь учителя .

    Коли б на Землю прилетіли гості з інших Галактик, то перше, що б їх вразило,   це наша атмосфера. Цілий 21 відсоток припадає на дуже активний газ! За логікою речей, він повинен був би зникнути, вступивши в хімічні реакції, а ось же - не зникає, бо його запаси весь час поповнюються. Древні греки уявляли Землю як кулю, що лежить на плечах титана Антея. Без перебільшення можна сказати: могутнім Антеєм, що тримає життя цілої планети, є зелені рослини, без них вона б стала мертвою.

    Саме зелена рослинка є тією єдиною в світі лабораторією, яка засвоює сонячну енергію й зберігає її у вигляді хімічних зв’язків синтезованих нею вуглеводнів. Зелена рослина утворює поживні речовини для тваринного й рослинного світу, які не мають зеленого забарвлення. Вона у буквальному розумінні слова годує, одягає й зігріває нас. Горять дрова, нафта чи газ – все це результат її життєдіяльності. Поглинутий сотні мільйонів років тому зеленою рослинкою сонячний промінь, зберігся до наших днів у вигляді кам’яного вугілля.

    Тож сьогодні на уроці ми повинні дізнатися, який шлях проходить сонячний промінець у рослині, щоб зберегтися до наших днів  у вигляді дров , нафти, газу чи кам’яного вугілля.Ми повинні дізнатися , які умови необхідні для здійснення цього процесу, а також яке значення хімічних процесів у природі.

Я розраховую на вашу активну роботу і сподіваюсь, що дух партнерства допоможе нам у цьому. Пропоную девізом нашого уроку взяти вислів Арістотеля     « Розум полягає не тільки у знанні, але й у вмінні застосувати знання на ділі» (слайд 1) уроку

ІІ.Актуалізація опорних знань учнів                                                                                                 

«Німі малюнки» (слайд 2)

    Розпізнайте, що зображено на малюнках і опишіть будову.

Ми пригадали внутрішню будову листка та будову хлоропласта недаремно. Вегетативний орган рослини – листок і надзвичайно важлива органела рослинної клітини – хлоропласт, мають безпосереднє відношення до процесу, який буде вивчатися на сьогоднішньому уроці. ІІІ. Мотивація навчальної діяльності учнів

-Чи  замислювались  ви над тим, кому зобов’язані  своїм життям всі організми  на планеті Земля?

-Чому не зменшується кількість кисню в атмосфері, який використовується для дихання всіх живих організмів?

К. А. Тімірязєв сказав: «Колись і десь на Землю упав промінь сонця, упав не на безплідний грунт, він упав на зелену билинку пшеничного паростка, або, краще сказати, на хлорофілове зерно. Вдарившись об нього, він погас, перестав бути світлом, але не зник… В тій чи іншій формі він увійшов в

склад хліба, який для нас став їжею. Він

перетворився в наші м’язи, наші нерви… Цей промінь сонця зігріває нас, приводить  у  рух.» (слайд 3).

Експрес-опитування.

1.   Про який процес іде мова?

2.   Яке визначення цьому процесу ви можете дати?

3.   Які умови необхідні для фотосинтезу?

4.   В чому полягає космічна роль зелених рослин?

5.   Кажуть, що вивчення фотосинтезу зможе допомогти вченим розв’язати глобальні проблеми людства. Як ви гадаєте, які проблеми?

Чи не перебільшуємо ми значення фотосинтезу? Щоб відповісти на це запитання потрібно добре вивчити цей процес.

ІV.Оголошення теми, мети  уроку.

2.Повідомлення  завдання, проблемних питань уроку. (слайд 5)

Завдання уроку: з’ясувати риси відмінності та подібності між світловою і темновою фазами фотосинтезу.

Проблемні питання: 1. Поясніть зміст вислову К. А. Тімірязєва: «… він ввійшов в склад хліба, … він перетворився в наші м’язи…»

2. Поміркуйте,         де      можна         застосувати          знання        про      фотосинтез у повсякденному житті?

V.Сприйняття і засвоєння нового матеріалу

План (слайд 6)

1.Історія дослідження фотосинтезу.

2.Світлова і темнова фази фотосинтезу.

3.Практична робота з хімії «Виявлення органічних сполук у харчових продуктах»

4.Значення      фотосинтезу         та      його перспективне       використання людством.

    Попередньо клас поділений на 4 групи: 2 групи біологів і 2 групи хіміків. Кожна група отримує  випереджувальні завдання відповідно до плану.

Представники  груп презентують результати своїх досліджень.

В ході роботи  зробіть відмітки: «+» знайоме мені

«-» нове для мене

«!» я думав інакше

«?» треба дізнатися більше (слайд 4)

Учитель. З історією відкриття фотосинтезу ми ознайомимось під час

«наукової конференції», на якій зараз побуваємо.

Учнівські повідомлення (I група).(біологи)

    Виступи «учасників» конференції (Ван Гельмонта, Джозефа Прістлі, Яна Інгенгауза, К. А. Тімірязєва) супроводжуються демонстрацією слайдів 7-10.

К. А. Тімірязєв. Ми сьогодні зібралися для того, щоб обґрунтувати  всі відкриття щодо процесів фотосинтезу. На конференції присутні видатні вчені різних епох: Ван Гельмонт – голландський природодослідник, Джозеф Прістлі – англійський природодослідник, Ян Інгенгауз – голландський біолог, а також мої опоненти. Отож, послухаймо їх.

    Ван Гельмонт. Я посадив гілку верби ( 2, 25 кг) у бочку з грунтом (90 кг). Упродовж 5 років доглядав за рослиною, поливав її дощовою водою. Через 5 років обережно витягнув деревце, очистив корені від грунту, зважив – 71.6 кг, а маса грунту становила 89,9 кг. Я зробив висновок – рослина живилася тільки водою.

    Джозеф Прістлі. Я зацікавився, здавалося б, простим питанням: чому повітря в полі чи лісі завжди значно чистіше, ніж у місті? Мені спало на думку, що, можливо, рослини очищують повітря від шкідливих речовин, які виділяють люди під час дихання та пічні труби з димом. Я провів такий дослід: живу мишу помістив під скляний ковпак. Досить швидко вона померла. Тоді я помістив під такий самий ковпак іншу мишу, але разом з гілочкою м’яти. Упродовж багатьох днів миша залишалася живою. Я зробив висновок: усі рослини виділяють газ, потрібний для дихання тварин і людини, тобто кисень.     Ян Інгенгауз. Я проводив досліди з елодеєю. Мені вдалося зібрати газ, який рослини виділяють на світлі – кисень. Також я довів, що рослини при недостатньому освітленні кисень не виділяють.

    К. А. Тімірязєв. Отже, ви прослухали розповіді про відкриття, зроблені під час вивчення фотосинтезу. Я обґрунтував усі ці дослідження та вперше висловив думку про космічну роль зелених рослин у колообігу речовин і перетворенні енергії. Згідно з цим положенням зелені рослини є посередниками між космосом та землею в процесах перетворення енергії. Вони вловлюють енергію сонця і перетворюють її в енергію утворення органічних речовин. Частина цієї енергії використовується самими рослинами, а частина надходить у інші організми з їжею. Крім того, за рахунок виділеного кисню утворюється озоновий шар, який поглинає шкідливі для всіх істот ультрафіолетові промені.     Учитель. А зараз із історичного минулого ми уявно перенесемось у біохімічну лабораторію по вивченню процесу фотосинтезу. Працівники цієї лабораторії ознайомлять нас із результатами своїх досліджень і висвітлять наступні питання. Спочатку поговоримо про особливу зелену «начинку» хлоропластів-хлорофіл.

    Учнівське повідомлення (II група).(хіміки) «Вивчення хімічної будови і видів хлорофілу».

    Встановив структуру хлорофілу німецький вчений Ханс Фішер 1940 р.

Хлорофіл подібний до зеленого пуголовка. У центрі молекули плоска квадратна «голова» (хлорофілін) і довгий хвіст (фітол). У центрі голови, ніби око циклопа, красується атом магнію. За хімічною природою хлорофіл це естер дикарбонової хлорофілінової  кислоти з двома спиртами: метиловим і фітоловим. ( перегляд слайду 11).Хлорофіл представлений у листку двома формами: хлорофілом «а», хлорофілом «в» ( слайд 12).Хлорофіл «а» відрізняється від хлорофілу «в» тільки наявністю двох зайвих атомів гідрогену і відсутністю одного атому оксисену.Під час Другої світової війни замість крові пораненим бійцям вливали препарати хлорофілу, тому що хлорофіл та гемоглобін мають подібну будову ( слайд 13).

    Учитель.  А як використовує хлорофіл сонячне проміння? Чому Тімірязєв сказав, що: «Хлорофіл – це Прометей, який викрав вогонь з небес і

подарував                                                                                                       людям            

Розглянемо світлову та темнову фази фотосинтезу. Перед вами таблиці для порівняння цих фаз.  В процесі вивчення цього питання ви повинні заповнити їх

Світлова фаза відбувається в тилакоїдах хлоропластів на світлі. Фотон, потрапивши в молекулу хлорофілу, надає їй збудженого стану. Її електрони «перескакують» на вищі орбіти. Молекула хлорофілу відновлює втрачені електрони за рахунок фотолізу молекули води(слайд 14).В результаті втрати електронів молекули води розкладаються на протони і атоми оксисену. З атомів оксисену утворюється молекулярний кисень, який виділяється в атмосферу. Протони нагромаджуються в грані. У  мембранах гран містяться молекули ферменту, який синтезує АТФ. Цей процес має назву фосфорилювання. Енергія, що накопичується в АТФ, пізніше використовується для синтезу вуглеводів. Також електрони передаються особливій сполуці і разом з іонами гідрогену відновлюють її. Згадана сполука НАДФ. Реакція її відновлення має такий вигляд. Згодом НАДФН постачає гідроген, необхідний для синтезу глюкози.

Отже, у світловій фазі відбуваються процеси утворення молекулярного кисню, синтез АТФ, утворення гідрогену для синтезу глюкози.

    Темнова фаза відбувається в стромі, не вимагає світла. Енергія накопичена у світловій фазі витрачається на синтез глюкози. Для цього синтезу потрібний карбон, який фіксується з вуглекислого газу у циклі Кальвіна.

Учні аналізують заповнені таблиці (перегляд слайдів 15-16)

     Розповідь учителя

Органічні речовини в живій природі були першими об’єктами дослідження науки, що згодом дістала назву органічна хімія. Уперше це поняття ввів шведський науковець Й. Я. Берцеліус. У своєму підручнику з хімії він наголошував, що в живій природі елементи підпорядковані іншим законам, ніж у неживій, тож органічні речовини не можуть утворюватися під впливом звичайних фізичних і хімічних сил, для цього потрібна особлива «життєва сила». Тому органічну хімію Й. Я. Берцеліус визначив як хімію рослинних і тваринних речовин. Але на сьогодні ця гіпотеза спростована, оскільки вчені навчилися синтезувати органічні речовини, яких у живій природі немає (пластмаса, поліетилен, гума).

     Однак жива природа з давніх-давен була й залишається невичерпним джерелом органічних речовин, важливість яких неможливо переоцінити. Олії та тваринні жири, різноманітні смолисті, клейкі й цукристі речовини, крохмаль, віск, духмяні есенції, барвники рослинного й тваринного походження ще в другій половині І ст. описав в енциклопедичному творі «Природнича історія» римлянин Гай ПлінійСекунд.

      До сьогодні людство використовує органічні речовини, вироблені живими організмами,        аби задовольнити          матеріальні          потреби,     передусім, у харчових продуктах, зручному одязі, комфортному житлі, теплі, дотриманні гігієни, збереженні здоров’я     тощо.            

І зараз ми виконаємо практичну роботу, з допомогою якої ми ще раз переконаємося  в наявності органічних речовин в харчових продуктах,яку нам продемонструють юні хіміки.

     Учнівське повідомлення   (III група). (хіміки)

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 5

Виявлення органічних сполук у харчових продуктах Обладнання: штатив із пробірками, шпатель.

Реактиви: зразки харчових продуктів (орієнтовно): виноград, яблука, свіже молоко, кефір, м’який сир (домашній сир),

виноградний, апельсиновий і томатний соки; розчини йоду, купрум(ІІ) сульфату, лугу, універсального індикатора (або індикаторний папір). Правила безпеки:

•  для виконання дослідів використовуйте невеликі кількості речовин;

•  остерігайтеся потрапляння речовин на шкіру, одяг, в очі; у разі потрапляння речовину слід змити великою кількістю води.

      Дослід 1. Досліджуємо на вміст крохмалю кефір, домашній сир і томатний сік. Для виявлення крохмалю до досліджуваного зразку слід додати 1-2 краплі розчину йоду. Яка ознака має свідчити про наявність крохмалю? Опишіть ваші спостереження. Чи має міститися крохмаль у досліджених продуктах?

     Дослід 2. Використовуючи універсальний індикатор, визначаємо значення pH у наявних зразках продуктів (для дослідження винограду з нього слід вичавити сік, а невеликий шматок яблука слід подрібнити). Яке середовище (кисле, лужне чи нейтральне) у наявних зразках? Яке середовище має бути в цих зразках? Якщо середовище кисле, припустіть, які органічні кислоти містять ці продукти.

      Дослід 3. Досліджуємо  на вміст глюкози виноград, яблука, виноградний та апельсиновий соки (для дослідження винограду з нього слід вичавити сік, а невеликий шматок яблука слід подрібнити). Для визначення вмісту глюкози спочатку необхідно добути свіжеосаджений осад купрум(ІІ) гідроксиду взаємодією купрум(ІІ) сульфату з лугом . Потім до осаду додати досліджуваний сік до зникнення осаду. Опишіть свої спостереження. Чи в усіх зразках має міститися глюкоза? В якому зразку ви виявили наявність глюкози?

Результати дослідів оформте у вигляді таблиці:

Зробіть узагальнюючий висновок. Для цього використайте відповіді на запитання:

2. За допомогою яких якісних реакцій можна виявити гліцерол, глюкозу, крохмаль?

4. Які висновки щодо якості харчових продуктів можна зробити, ґрунтуючись на результатах дослідів?(слайд17)

Учнівське повідомлення ( IVгрупа).(біологи)

«Космічна роль рослин. Значення фотосинтезу та його перспективне використання людством»(слайд 18).

Вивчення фотосинтезу показало велике значення зеленої рослини в житті нашої планети. Зелена рослина годує, одягає і зігріває нас. Горять дрова в печі, спалюється нафта і вугілля на виробництві – все це результат життєдіяльності зеленої рослини. Ввібраний сотні мільйонів років назад рослиною сонячний промінь зберігся до наших днів у вигляді кам’яного вугілля. Винахідник паровоза Стефенсон дав питання другові: «Що рухає поїзд?». Друг відповів: «Звичайно,твій винахід». «Ні – сказав Стефенсон, - його рухає сонячний промінь, який сотні мільйонів років тому поглинула зелена рослина».

      Виділяючи кисень в процесі фотосинтезу, зелена рослина накопичує його у атмосфері. За приблизними підрахунками, рослини виділяють щорічно біля 400млрд. т вільного кисню в атмосферу, поглинаючи 600млрд. т вуглекислого газу і синтезують біля 540млрд. т органічних речовин.

     Якось у бесіді з вченим Фредерік Жоліо-Кюрі зробив прості підрахунки. Вийшло: якби на малій частині пустелі Сахари  за допомогою відповідного обладнання можна було б використати хоча б 10% сонячної радіації, то цієї енергії вистачило би для потреб всієї планети. Але всіх вразили слова,залишені як заповіт майбутнім поколінням учених:»Хоч я вірю в майбутнє атомної енергії й упевнений у важливості цього винаходу, проте вважаю, що справжній переворот у енергетиці станеться тільки тоді, коли ми зможемо здійснити масовий синтез молекул, аналогічних хлорофілу або навіть вищої якості…». Дивні слова для фізика-ядерника!

     З дослідженням хлорофілу завжди були пов’язані великі надії. Люди давно мріяли про чудо, коли сонячний промінь створить з вуглекислого газу і води «ложечку цукру» в пробірці, і ми не перебуватимемо в залежності від рослин.

VІ.Узагальнення та систематизація знань  учнів.

1.Виконання  тестових завдань (слайд 19).

1.   Де знаходиться хлорофіл у клітинах?

а) у цитоплазмі;              в) у пластидах;

б) у вакуолях;

2.   Фотосинтез здійснюють:

а) водорості;                   в)  гриби;

б) залізобактерії;

3.   Світлова фаза фотосинтезу здійснюється у:

а) тилакоїдах;                 в) стромі;

б) цитоплазмі;

4.   Темнова фаза фотосинтезу здійснюється у:

а) тилакоїдах;                 в) стромі;

б) ядрі;

5.   Джерелом О2 під час фотосинтезу є:

а) Н2О;                              в) СО2;

б) С6 Н12 О6;

6.   За своєю структурою хлорофіл найбільше подібний до:

а) актину;   в )гемоглобіну; б ) дезоксирибози

2.     «Незакінчене речення…» (слайд 20)

1.Молекула хлорофілу складається з…

2.Цикл Кальвіна здійснюється в…

3.Фосфорилювання – це…

4.Закінчіть рівняння… СО2+…— …+6О26

3.     Робота в групах (слайд 21)

I           Група (Складіть асоціативне гроно з вивченої  теми).

II        Група (Складіть асоціативні ланцюжки до слів: хлорофіл, сонячний промінь)

III    Група  (Розв`яжіть задачу №1).(слайд22)

За добу людина масою 60кг споживає 430г кисню. Одна 25 річна тополя за 5 місяців вегетації поглинає 42кг СО2. Скільки таких дерев необхідно для забезпечення киснем однієї людини на рік?

IV    Група (Розв`яжіть задачу №2).(слайд23)

Вважають, що шкідливо залишати  на ніч кімнатні рослини в кімнаті, бо вони поглинають О2, необхідний для дихання людини. Щоб перевірити, чи правильна ця думка, обчисліть, до якої величини знизиться вміст кисню в кімнаті об`ємом 45м3  за  10 годин внаслідок дихання рослин масою 4кг і середньою інтенсивністю дихання 12мл О2 на 1г за добу (умови нормальні).

Початковий вміст кисню – 21%.

Рефлексія.

Поясніть зміст вислову К. А. Тімірязєва: «… він ввійшов в склад хліба, … він перетворився в наші м’язи…»(слайд 24)

Метод «Мікрофон». Поміркуйте, де можна застосувати знання про фотосинтез у повсякденному житті?

VІІ.Підведення підсумків. Оцінювання.

VІІІ.Домашнє завдання(слайд25)

Опрацювати §26. Скласти схему фотосинтезу, використовуючи вивчені поняття.

Творче завдання:

1. Дослідити процеси зовнішньої і внутрішньої регуляції продуктивності

фотосинтезу.                                                                                                                                        

                                                                          вчитель біології  Волсвинської ЗШ І-ІІ ступенів

Сокальської райдержадміністрації

Львівської області

                                                                           Стельмащук Наталія Іванівна