Интегрированный урок химии 9 класс по теме: «Элементный состав клеток. Неорганические соединения»

Интегрированный урок химии, биологии и физики 9 класс по теме:

«Элементный состав клеток. Неорганические соединения»

Методическая разработка учителя химии

Муниципального общеобразовательного заведения

Города Горловка «Вечерняя школа № 11»

Шошина Александра Владимировича

«Я знаю, люди состоят из атомов, частиц, как радуги из светящихся пылинок или фразы из букв. Стоит изменить порядок, и наш смысл меняется».

(А. Вознесенский).

Цель урока. Изучить особенности химического состава клетки (макро-, микро-, ультрамикроэлементов); расширить и углубить знания учащихся о роли металлов в жизнедеятельности человеческого организма; рассмотреть химический состав пищевых продуктов; рассмотреть биологическую роль микроэлементов и их использование в медицине. Убедить учащихся в том, что для понимания сущности протекающих в клетке процессов необходимы знания из разных областей естественных наук (биологии, химии, физики). Научить учащихся анализировать материал, делать выводы, а также устанавливать причинно- следственные связи. Воспитать предметную компетентность учащихся. Развить навыки самостоятельной работы; умения использовать знания, полученные ранее при изучении биологии и химии; работать с таблицами; сравнивать, анализировать, делать выводы. Воспитать бережное отношение к здоровью человека, чувство коллективизма, ответственность за общее дело.

Основные понятия. Макроэлементы, микроэлементы, ультрамикроэлементы, буферные свойства, витамины, ферменты, биогенные элементы, элементы органогены, теплопроводность, теплоёмкость эндемические заболевания, геохимическая среда, геохимическая среда, эндемические заболевания, эндемические заболевания, гомеостаз, гидролиз.

Планируемые результаты обучения

Предметные. Уметь различать понятия макро-, микро-, ультрамикроэлементы. Знать количественный состав химических элементов, содержащихся в клетках живых организмов. Иметь представления о роли металлов в жизнедеятельности человеческого организма. Понимать понятие буферные свойства. Иметь представления о химическом составе пищевых продуктов.

Метапредметные. Уметь обобщать, устанавливать аналогии и делать выводы на основе сравнения, ясно, логично и точно излагать свою точку зрения, использовать адекватные языковые средства

Личностные. Формировать научное мировоззрение о химическом составе клетки. Развивать навыки взаимо- и самооценки.

Основные виды деятельности учащихся. Работа с учебником. Соблюдение правил безопасной работы в кабинете химии. Выполнение лабораторного опыта. Заслушивание и оценивание сообщений одноклассников. Решение задач.

Тип урока: комбинированный.

Форма проведения урока: интегрированный урок с элементами лабораторного практикума.

Методы: групповая и самостоятельная работа, работа с дополнительной литературой, диалог с аудиторией, лабораторная работа.

Оборудование: мультимедийная система, таблицы «Содержание химических элементов в клетке», «Макро-, микроэлементы», карточки; оборудование для лабораторного опыта: пробирки, лучинка, пинцет, раствор соляной кислоты.

Оформление доски: тема, эпиграф.

Подготовка к уроку учащимся: заранее дается задание поиска теоретического материала по теме «Элементный состав клеток. Неорганические соединения», повторить понятия «обмен веществ», «ассимиляция», «диссимиляция».

План урока:

1. Организационный момент.

2. Актуализация опорных знаний и мотивация познавательной деятельности.

3. Изучение нового материала.

4. Закрепление.

5. Рефлексия.

6. Домашнее задание.

Структура и содержание урока

I. Организационный момент.

II. Актуализация опорных знаний и мотивация познавательной деятельности.

Учитель химии: Сегодня мы с Вами проводим необычный урок химии, биологии и физике. Особенность урока заключается в том, что знания из одной предмета «Биология» необходимо применить в других предметах «Химия» и «Физика». Полученная информация из разных областей естественных наук поможет Вам усвоить предложенную тему.

Послушайте, ребята, 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: Ребята, на уроках биологии, химии и физики 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 в живой организм осуществляется в результате важного свойства клетки –  обмена веществ и энергии.

Учитель физики (фронтальный опрос): Ребята, давайте вспомним некоторые изученные понятия и ответим на следующие вопросы:

- Что называется обменом веществ?

- Что такое химический элемент?

- Что такое химическое соединение?

- Что такое теплопроводность?

- Что такое теплоёмкость?

- Что такое терморегуляция?

- Что такое ассимиляция?

- Что называется диссимиляцией?

- Что такое энергия?

III. Изучение нового материала.

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 живым организмом соединения используются в качестве строительного материала или источника энергопитания и обеспечивают организму рост, развитие и жизнедеятельность, другая же часть, которую можно рассматривать как отходы, выводится из организма.  В обмене веществ участвуют неорганические и органические вещества.

Сегодня на уроке мы остановимся на изучении химических элементов и неорганических веществ в клетках живых организмов.

Учитель химии: На сегодняшний день в живой природе обнаружено порядка 90 химических элементов. Элементный состав для живой и неживой природы общий, что указывает на ее единство.

Одних элементов в клетках относительно много, других исключительно мало. Для изучения количественного состава химических элементов, содержащихся в клетках живых организмов, проведем самостоятельную работу используя учебник.

Самостоятельная работа учащихся.

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 – ультрамикроэлементы, их концентрация не превышает 10^-5 %. К ним относятся уран, радий, золото, серебро, бериллий, селен и др. редкие элементы.

Ребята, можно запись оформить в виде схемы (запись на доске).

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).

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 “металлов 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. 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” (учащийся 1)

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 роста 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 возникнет скоро.

Избыток фтора тоже плох:

Остаться можно без зубов.

2. “Биологическая роль – кобальта” (учащийся 2)

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” (учащийся 3)

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 гемоглобина и развивается анемия, нарушается костеобразование с изменениями 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.

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.

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.

4. “ Состав микроэлементов в овощах и фруктах” (учащийся 4)

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. 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.

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⁺.

Внутри клетки буферность обеспечивается главным образом анионами Н₂РО₄^-.

Во внеклеточной жидкости и в крови роль буфера играют, в том числе, СО₃^2- 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.

Выполнение лабораторных экспериментов (работа в группах)

Лабораторный эксперимент №1. «Влияние кальция на прочность костной ткани».

Порядок выполнения лабораторной работы согласно инструктивной карточке. После выполнения работы ответить на вопросы:

1. Попробуйте согнуть, а затем растянуть натуральную кость животного. Согнулась ли она? Смогли ли вы её растянуть?

2. Что происходит при попытке согнуть прокаленную кость? Каким свойством она обладает?

3. Можно ли растянуть кость, находившуюся в соляной кислоте? Какими свойствами обладает эта кость? Чем различаются декальцинированная и прокаленная кости?

Лабораторный эксперимент №2. «Определение качественного состава раковин моллюсков».

Порядок выполнения лабораторной работы согласно инструктивной карточке.

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 СО₃^2-.

Вывод: Наличие катиона кальция Са²⁺ подтверждается – окрашиванием пламени в кирпично- красный цвет.

Учитель химии: Самое распространённое неорганическое соединение в живых организмах – вода. Её содержание колеблется в широких пределах: от 10 до более 90%. Вода придаёт клетке упругость и обеспечивает её гомеостаз. Функции воды во многом определяются её химическими и физическими свойствами. Эти свойства связаны главным образом с малыми размерами молекул воды и их полярностью, а также способностью соединяться друг с другом водородными связями). 

Вода – превосходный растворитель для полярных веществ, участвующих в обменных процессах. В качестве растворителя вода обеспечивает поступление веществ в клетку и удаление продуктов обмена.

Не менее важна и чисто химическая роль воды. Под действием некоторых катализаторов – ферментов – она вступает в реакции гидролиза, при которых к свободным валентностям различных молекул присоединяются группы ОН^- или Н⁺ воды. В результате образуются новые вещества с новыми свойствами.

Вода обладает хорошей теплопроводностью и большой теплоёмкостью, поэтому температура внутри клетки остаётся неизменной или её колебания оказываются значительно меньшими, чем в окружающей клетку среде.

Учитель физики: Неорганические химические соединения, входящие в состав живых организмов, обладают определенными физическими свойствами:

Теплопроводность – равномерное распределение тепла между тканями тела (это свойство позволяет организму поддерживать одинаковую температуру во всем его объеме).

Теплоёмкость – способность поддерживать тепловой баланс организма при значительных перепадах температуры в окружающей среде (это свойство можно проиллюстрировать примерами из неживой природы: если нагревать равные количества разных веществ, то вода поглощает тепла больше в 5 раз по сравнению с песком, в 10 и 33 раза больше по сравнению с железом и платиной и во столько же раз дольше удерживает это тепло; океаны, моря, реки, озера, поглощая летом огромное количество солнечной энергии, зимой отдают ее в окружающее пространство, смягчая климат Земли).

Терморегуляция - способность живых организмов поддерживать температуру тела в определённых границах, даже если температура внешней среды значительно отличается. Назначение системы терморегуляции — поддержание постоянного значения температуры тела, то есть при гипотермии (снижении температуры тела относительно нормальной) повышать теплообразование и снижать теплопотери, а при гипертермии (повышении температуры тела относительно нормальной), напротив, усиливать теплообмен с окружающей средой и снижать теплообразование (примеры: испарение листьев – транспирация, потоотделение).

VI. Закрепление материала

1. Какие химические элементы относятся к макроэлиметам?

А) Mg, Na, P, Fe, Ca;

Б) Au, Ag, C₂H₅, Hg;

В) As, Rn, U, Sn.

2. Для чего нужен в организме человека микроэлемент F (фтор)?

А) усиливает активность половых желез.

Б) входит в состав эмали зубов.

В) обеспечивает обмен веществ.

3. Буферность - это…

А) процесс расщепления макро- и микроэлементов;

Б) задача клетки расщеплять кислоту на водород и соль кислоты;

В) способность клетки поддерживать слабощелочную реакцию на постоянном уровне.

4. На какие группы делятся химические элементы в живом организме?

А) макроэлементы, микроэлементы, ультрамикроэлементы;

Б) простые, сложные, составные

В) растворимые, нерастворимые, частично растворимы

5. При недостатке, какого химического элемента в организме приводит к аритмии сердечных сокращений, внезапной смерти при увеличении нагрузок?

А) кальция;

Б) калия;

В) кадмия.

6. Каково значение солей в живом организме?

А) являются активаторами многих ферментов;

Б) являются важным компонентом для задержания железа в организме;

В) являются соединительным мостом между фосфором и кальцием.

7. К неорганическим веществам клетки относятся:

А) жиры;

Б) белки;

В) углеводы;

Г) минеральные соли.

8. Какое вещество составляет около 70% массы живой клетки?

А) Углекислый газ;

Б) соль (хлорид натрия);

В) жир;

Г) вода.

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.

1. Рефлексия.

2. Домашнее задание.