Интегрированный урок по биологии и химии "Взаимосвязи в природе на примере углеводородов"

Разделы: Химия, Биология

ОБУЧАЮЩАЯ ЦЕЛЬ:

  • актуализировать имеющиеся знания;
  • закрепить умения учащихся делать опыты и объяснять их;
  • научить использовать знания и навыки анализирования свойств веществ в зависимости от строения;
  • уметь составлять логические цепочки;
  • учиться применять на практике исследовательский метод в изучении биологии, химии.

РАЗВИВАЮЩАЯ ЦЕЛЬ:

  • помочь учащимся самореализоваться;
  • развивать культуру взаимного общения;
  • аргументировано отстаивать и доказывать свою точку зрения.

ВОСПИТЫВАЮЩАЯ ЦЕЛЬ:

  • формировать нравственные ценности;
  • воспитывать стремление вести здоровый образ жизни;
  • формировать потребность приобретения знаний, умение внимательно слушать мнение одноклассников;
  • поддерживать интерес к предметам.

МЕТОДИЧЕСКАЯ ЦЕЛЬ:

  • с помощью исследовательского метода установить связь между химическими реакциями и биологическими явлениями, показать, что любой процесс, происходящий в нашем организме, имеет биохимическую природу;
  • использовать личностно-ориентированный подход, педагогику сотрудничества, технологии для повышения качества знаний и самореализации личности.

ТИП УРОКА: интегрированный урок по биологии и химии, урок-исследование.

ТЕХНОЛОГИИ: саморазвивающего обучения и самовоспитания, проблемного обучения, педагогика сотрудничества, индивидуализации и дифференциации обучения и воспитания, группового обучения, информационно-коммуникативные технологии.

УЧЕБНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ: доска, компьютер, мультимедийный проектор, презентационный экран, лабораторное оборудование для проведения опытов, творческие работы учащихся, презентации.

Структура урока

1. Мотивация учебной деятельности (технология саморазвивающего обучения и самовоспитания).

2. Актуализация знаний (фронтальная беседа с составлением логической цепочки в виде слайда) (проблемное обучение, ИКТ).

3. Обобщение знаний о предельных углеводородах (технология индивидуализации и дифференциации обучения и воспитания, группового обучения, ИКТ).

  • комментирование слайда: классификация углеводородов.
  • выполнение практической работы: сравнительный анализ веществ (работа в группах)
  • результаты исследования химиков-практиков
  • результаты исследования научных консультантов
  • результаты исследования биохимиков-теоретиков
  • обсуждение исследований

4. Комментирование слайда о строении и свойствах непредельных углеводородов

  • Характеристика и проведение реакций с ретинолом (витамин А)
  • Выступление научных консультантов
  • Сравнительный анализ строения ретинола и бета-каротина
  • Характеристика и проведение реакций с терпенами
  • Характеристика стероидов (выступление научного консультанта)

5. Итоговое обсуждение

6. Комментирование оценок

7. Заключение

Ход урока

Интегрированный урок по биологии и химии.

Х: Уважаемые гости!

Б: Дорогие ученики!

Х: Сегодня мы проводим необычный урок - интегрированный урок по химии и биологии. Его тема звучит так: «Взаимосвязи в природе на примере углеводородов» (Слайд №1).

1. Мотивация

Б: Тема сложная, урок необычный, поэтому мы провели с вами перед уроком релаксацию, которую обычно используют психологи для подготовки школьников к всероссийским и международным олимпиадам. Мы попробовали связать левое и правое полушария для активной познавательной деятельности. Я надеюсь, что это нам поможет найти взаимосвязи:

Х: между химией и  Б: биологией;

Х: между неживой природой  и Б: живой;

Х: между строением вещества и Б: его свойствами, как химическими, так и биологическими.

Б: Надо сказать, что мы делали это и раньше. Но сегодня мы попробуем найти взаимосвязи на более высоком, научном уровне, т.е. посмотреть химические реакции, как составную часть сложнейших процессов, происходящих в биологических системах. За активную работу на уроке, за творческую мыслительную деятельность, вы будете получать бонусные баллы в виде эмблемы нашей кафедры естествознания, которая объединяет учителей биологии, химии и географии.

Приступаем к работе.

2. Актуализация знаний (фронтальная беседа с составлением логической цепочки в виде слайда)

Б: Природные явления изучают ученые разных специальностей. Биохимик, исследующий образцы крови; астрофизик, размышляющий о происхождении Вселенной; ботаник, коллекционирующий редкие растения; химик, разрабатывающий новые ароматические вещества,- все они изучают природу, стремясь постичь ее законы и улучшить жизнь людей.

Таким образом, объектом изучения биологии и химии является природа, т.е. материя.

-А что является составной частью природы? (Тела).

-А из чего состоят тела? (Из веществ).

-Что такое вещество? (Определенный вид молекул).

-А из чего состоят молекулы? (Из атомов).

-А как называется определенный вид атомов - химический элемент.

В чем же заключаются сходства между неживой и живой природой по химическому составу? (Природа состоит из одних и тех же химических элементов - на атомном уровне, и неорганических веществ (воды и солей) на молекулярном уровне).

-А есть ли различия?

-В состав живой природы входят особые органические вещества- белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, АТФ (в то же время на слайде составляется логическая цепочка).

У каждой науки есть свои методы изучения, теории, законы, но также есть общие научные принципы и подходы.

Например, вы хорошо знаете, что одним из разделов биологии является систематика.

Напомните, что изучает данная наука? (Многообразие организмов и создает их классификацию, т.е. объединяет в группы по родству).

-Используется ли подобный принцип в химии?

-Да. В химии вещества также классифицируются по группам. Например, углеводороды делятся на предельные и непредельные.

3. Обобщение знаний о предельных углеводородах

А) Учитель химии комментирование слайда: классификация углеводородов.

Б) Выполнение практической работы: сравнительный анализ веществ (на бланках для каждого ученика) и обсуждение результатов работы

Б: В ходе практической части вам предстоит провести сравнительный анализ веществ, чтобы выявить взаимосвязь их строения и свойств.
Работать вы будете по группам:

  • 1 – химики-практики будут проводить опыты
  • 2 – научные консультанты (группа, в которую входят победители и призеры олимпиад различного уровня) объяснять необычные природные явления
  • 3 – биохимики-теоретики объяснять логическую цепочку

У каждой группы свое задание, на выполнение которого вам дается пять минут.

По окончанию работы вы сдаете бланки с ответами для выставления оценок, а затем мы проведём обсуждение полученных результатов.

Задание группы №1  Доказать гидрофобность жира и объяснить его структурными особенностями.

Задание группы №2 Объясните образование мыльных пузырей.

Задание группы №3  Объясните логическую цепочку: как взаимосвязаны между собой данные химические соединения? В какой биологической структуре встречается одно из этих соединений, какую функцию выполняет и за счет чего?

Стеариновая кислота (предельная) —> фосфолипид —> жир

В ходе обсуждения, обучающиеся комментируют слайды с заданиями.

Б: В состав жиров и фосфолипидов всегда ли входят только предельные углеводороды?

А как вы думаете, непредельные углеводороды чаще встречаются в биологических системах или нет? Почему?

Ответить на этот вопрос вам поможет слайд со структурными формулами непредельных углеводородов.

4. Обобщение знаний о непредельных углеводородах

А) Комментирование слайда о строении и свойствах непредельных углеводородов

Ответы:

1) непредельные углеводороды имеют разнообразные цис- и транс-формы.

2) за счет различных функциональных групп являются более реакционноспособными.

Давайте познакомимся с некоторыми из них.

Б) Характеристика и проведение реакций с ретинолом  (витамин А) Перед Вами структурная формула вещества.

Дайте характеристику этому веществу (по составу и строению)

а) цикличность,

б) непредельность,

в) ОН группа.

Какие особенности химических свойств будут характерны для него?

Какую качественную реакцию Вы сможете провести, чтобы подтвердить свойства этого вещества, как непредельного углеводорода.

Опыт с КМnO4

А кто знает, как по-другому называют это вещество? (у научных консультантов)

- Это соединение витамин А (Александрова Ольга)

- А откуда, Оля, ты это знаешь?

- Я выполняла научно-исследовательский проект по экологии, в ходе которого проводила  качественную реакцию  на витамин А. Давайте  её проведём.

Выполнение качественной реакции на витамин А

Х - Чем эта реакция отличается от предыдущей?

Б - А какова общая роль витаминов в организме? (Витамины – это составная часть ферментов) Кто нам расскажет, какое строение имеет фермент и объяснит принцип работы ферментов, прокомментировав предложенный слайд.

Б: А какова роль витамина А?

Для углубления ваших знаний по этому вопросу, мы попросили выступить научных консультантов.

В) Выступление научных консультантов

Выступление окулиста:

Вы хорошо знаете, что витамин А необходим для зрения.  Он участвует в синтезе зрительного пигмента сетчатки-родопсина. Встречаются 2 вида зрительных рецепторов – колбочки и палочки. Они располагаются на сетчатке глаза. Колбочки отвечают за восприятие цвета и остроту зрения, а палочки за сумеречное зрение и ориентирование в темноте. Именно в палочках содержится светочувствительный пигмент-родопсин, который образуется из витамина А. Поэтому нехватка витамина А приводит к нарушению цветового восприятия и сумеречного зрения.

Каждый из нас может проверить, достаточно ли в его организме витамина А. Для этого можно взять вот такую табличку, на которой расположены 4 кружка разных цветов. Если, оказавшись в темноте, через 20-30 секунд синий цвет не различается, а вместо желтого видно лишь светлое пятно, это может быть признаком «куриной слепоты».

Выступление косметолога:

Медики считают витамин А первыми союзником кожи в борьбе со старением, т.к. он способен оказывать успокаивающее действие, сокращать выработку кожного сала и размер сальных желез, устранять чрезмерное ороговение клеток кожи, снижать количество микробов, находящихся на ней. Посмотрите как выглядит кожа, лишенная витамина А. Он стимулирует активность клеток, тем самым ускоряя регенерацию клеток и выработку коллагена, а значит, помогает омоложению кожи. Кроме того, этот уникальный витамин незаменимый помощник по устранению рубцов, остающихся на месте прыщей. Витамин А незаменим, при решении проблем пигментных пятен. Большинство современных косметических средствах содержатся ретиноиды ― его синтетические аналоги. При лечении практически всех заболеваний (экземы, псориаз, прыщи и т.д.) или при повреждениях кожи (раны, солнечные ожоги) применяется витамин А, ускоряющий процессы заживления, а также стимулирующий синтез коллагена, улучшающий качество вновь образующейся ткани и снижающий опасность инфекций. Будучи мощным антиоксидантом, витамин А позволяет поддерживать молодость и красоту.

Выступление  терапевта:

Однако, высокие дозы витамина А вредны для здоровья. Например, для курильщиков, т.к. он разрушает легкие и вызывает рак.

Следующий эффект при высоких передозировках витамина А это разрушение клеток печени, особо выражено у больных сахарным диабетом. Сочетание витамина А с диабетом недопустимо, т.к. при этом возникает жировой гепотоз печени, который после закончится циррозом.

Наконец, третий случай. Беременные женщины и витамин А – это тоже очень опасная и серьезная проблема. Повышенная доза витамина А или передозировка приводят к врожденным дефектам у плода (т.е. развитию уродства).

И последнее, это лекарство, с которыми не рекомендуется употреблять витамин А. Это тетрациклин и антикоагулянты. Их совместное употребление приводит к повышению внутричерепного давления, а сочетание их с витамином А, увеличивает склонность к кровотечениям.  Однако, естественные источники витамина А, которые содержатся в продуктах растительного происхождения – безопасны для человека, т.к. в них не содержится сам витамин А, а его предшественник БЕТА – карантин.

Среди научных консультантов у нас есть специалист по бета-каротину – Александрова Ольга, которая стала призёром городской олимпиады по экологии, защитив свой экологический проект.

Как же происходит превращение растительного бета-каротина в животный витамин А?

Г) Сравнительный анализ строения ретинола и бета-каротина

Давайте проведём сравнительный анализ ретинола (Витамин А.) и бета-каротина.

Почему бета-каротин может быть предшественником витамина А?

(Если бета-каротин разрезать, его часть и будет являться витамином А)

- Можно ли это провести в лабораторных условиях?

- Да, если провести жёсткое окисление. (Опыт с KMnO4 + H2SO4)

- А образовался ли при этом витамин А? (нет) Почему?

- б – А какие вещества обеспечивают в организме целенаправленное расщепление бета-каротина?

- Ферменты!

Д) Характеристика и проведение реакций с терпенами

Х - Перед нами ещё одно соединение, содержащее непредельные углеводородные радикалы. Дайте ему характеристику.

(По строению это соединение проще, чем бета-каротин)

- Предположите, какие функции может выполнять это соединение в организме? Можно ли качественно его определить?

Проведение качественной реакции на терпены

Среди биологических образцов, представленных на лабораторном столе, нет ли содержащих это соединение? Как вы это определили?

- Это вещество лимонен относится к обширному классу углеводородов, которые называют терпенами.

Как же происходит восприятие нашим организмом ароматических терпенов? (Слово предоставляется научному консультанту).

Е) Характеристика стероидов (выступление научного консультанта)

Одними из сложных органических соединений, которые мы сегодня рассмотрим, являются стероиды (Слово научному консультанту).

Выступление научного консультанта:

Стероиды

Стероиды – это вещества животного или реже растительного происхождения, обладающие высокой биологической активностью. Особенностью строения стероидов является наличие конденсированной тетрациклической системы гонана (прежнее название – стеран). Ядро гонана в стероидах может быть насыщенным или частично ненасыщенным, содержать алкильные и некоторые  функциональные группы – гидроксильные, карбонильные или карбоксильную. Чаще всего в основе стероидов лежит тестостерон. Тестостерон это мужской половой гормон, который также является одним из мощнейших гормонов роста.
В современном бодибилдинге практически все спортсмены высокого уровня сидят на стероидах. И нет смысла отрицать очевидные факты.

Действительно, в кратчайшие сроки можно добиться развитого рельефа и улучшить качество мускулатуры. Однако прием стероидов может быть основан только тогда, когда достигнут генетический предел спортсмена.

Если вы не профессиональный, а начинающий атлет, тестостерона достаточно для эффективного восстановления. Т.е. если принимать стероиды в этот период, то выработка собственного тестостерона сильно снижается. И если принимать стероиды в течение длительного периода, то синтез тестостерона организмом может прекратиться полностью за ненадобностью. Такое влияние стероидов может быть очень опасным для всего организма: Рак мозга, депрессия, раздраженное поведение,  пожелтение глаз и кожи, неприятное дыхание, серьезные прыщи, грубый голос (у  женщин), сердечные приступы, опухоль и рак печени,  болезнь почек,  боли в животе, диарея,  нарушение половой функции,  серьезное ослабление сухожилий.

В самом плохом случае возможен летальный исход. Берегите свое здоровье и занимайтесь спортом без стероидов.

Итоговое обсуждение

Таком образом, в ходе нашего урока, какие взаимосвязи мы проследили? (Комментирование слайда о строение, составе и свойствах вещества)

Какие виды реакций вы сегодня проделали? (Комментирование слайда)

  1. химические реакции на предельные и непредельные углеводороды
  2. качественные биохимические реакции на витамин А и бета-каротин
  3. познакомились с биохимическим конвейером реакций с участием ферментов

Комментирование оценок

Заключение

Таким образом, любой процесс, происходящий в нашем организме, имеет биохимическую природу. Сегодня вы увидели эту взаимосвязь лишь на примере некоторых углеводородов. В дальнейшем же вам предстоит познакомиться со сложными метаболическими процессами, изучая которые, возможно, вы сделаете для себя новые открытия.

Ведь не случайно знаменитый немецкий поэт и философ Гете сказал, что «природа – это единственная книга, страницы которой полны глубокого содержания». Эти слова являются девизом нашей кафедры естествознания. Стремиться к познанию – это ваше домашнее задание на всю оставшуюся жизнь!

Приложение

Задания для биохимиков-теоретиков

1. Какие соединения изображены на схеме?

1

2

3

 

 

 

2. Как взаимосвязаны между собой данные химические соединения?

___________________________________________________________

3. В какой биологической структуре встречается одно из этих соединений?

__________________________________________________________________

4. Какую функцию выполняет это соединение в этой структуре и за счет чего?

__________________________________________________________________