Тема:«Действие законов физики в жизнедеятельности клетки»
Цель урока:
повторить, обобщить и систематизировать естественнонаучное миропонимание учащихся, идеи, выражающие фундаментальные закономерности живой природы на примере жизнедеятельности клетки
Задачи:
1. Повторить основные положения клеточной теории, строение и функции основных органоидов клетки в создании и накоплении и преобразовании энергии
2. Доказать, что клетка – накопитель, создатель и преобразователь энергии на примере энергетического обмена и фотосинтеза; показать действие законов физики в жизнедеятельности клетки;
3. Раскрыть взаимосвязь биологии и физики на уровне клетки, а также расширить знания о науке биофизика;
4. Формировать познавательный интерес к предметам «Биология» и «Физика», культуру речи, коммуникативные навыки.
Оборудование:
• таблица «Клетка растений и животных»,
• мультимедиа проектор, ноутбук,
• физическое оборудование: трансформатор, аккумулятор, генератор,
• опорный конспект «Фотосинтез» и « Энергетический обмен».
Ход урока:
Вступительная беседа. Постановка проблемы.
У.Б. Здравствуйте, ребята, уважаемые гости, коллеги! Мы рады вас видеть на нашем, не совсем обычном уроке, уроке биологии и физике.
У.Ф.
• Ребята, а как вы думаете, почему урок ведут два учителя?(ответы детей)
• Конечно, в природе не бывает чисто физических, химических, биологических явлений. Все они протекают взаимосвязано. Да и разделение наук о природе на предметы физика, химия, биология, география, тоже чисто условно.
• А о чем вы говорили на последнем уроке биологии, о чем шла речь?
У.Б. Мы с вами изучили строение и жизнедеятельность клетки, как вы думаете какая связь может быть между клеткой и физикой. (законы).
По вашему мнению, о чём пойдёт речь на сегодняшнем уроке . Тема нашего урока «Действие законов физики в жизнедеятельности клетки» (или название, которое скажут дети).
Чтобы лучше разобраться в этой теме, давайте вспомним немного о клетке.
Фронтальный опрос:
1.Основные положения клеточной теории.
2.Какие части клетки вы знаете, их значение.
3. Какие органоиды клетки вам знакомы , их функции
4.Процессы жизнедеятельности в клетке.
Вывод: Клетка-это живая единица, жизнь происходит на уровне клетки.
У.Ф.
А что бы полнее раскрыть сегодняшнею тему, давайте вспомним некоторые вопросы физического содержания: физических телах, их строении и составе.
1. Что нас окружает? (материя)
2. Из чего оно состоит? (вещества)
3. Из чего состоит вещество? (молекулы и атомы)
4. Что известно про эти частицы?
5. А из чего состоят все живые организмы?
У.Б. Мы сегодня точно знаем, что все живые организмы, кроме вирусов, состоят из клеток. Клетка обладает важными свойствами, которые присущи только живым организмам: это обмен веществ, размножение, рост и развитие, раздражимость и другими. Но для всех этих процессов необходима энергия. Какой органоид вырабатывает энергию в клетке.(митохондрии, пластидах)
У.Ф.
1. Что такое энергия? (мера - различных форм движения и взаимодействия материи)
2. Виды энергии?(механическая, химическая, внутренняя, ядерная и т. д.)
3. Какое самое важное свойство энергии? (изменяться, переходить из одного вида в другой).
4. Приведите примеры таких переходов.
У.Б.Если клетке нужна энергия, то клетка должна управлять этой энергией. Каким же образом это происходит?
(Ответы учащихся: Рассказ о накоплении энергии во время фотосинтеза.
( Таблицы )
Вывод: энергия накапливается.
У.Ф.
Ребята, а существуют ли приборы в физике, накапливающие энергию?
Слайд №1 – демонстрация аккумулятора.
(рассказ учеников об аккумуляторах – Аккумулятор – от лат. Слова – накоплять. Простейший аккумулятор состоит из двух свинцовых пластин – электродов), помещенных в раствор серной кислоты. Что аккумулятр стал источником тока, его надо зарядить. В процессе зарядки в результате химической реакции один электрод становиться положительным, а другой отрицательным. Когда аккумулятор зарядился, накопил энергию, его можно использовать как источник тока.)
У.Б. Будет ли являться клетка – аккумулятором энергии. В каком виде она накапливается в клетке?
Учащиеся отвечают: Клетка является аккумулятором энергии. В клетках происходят сложные химические реакции. При распаде молекула дробиться, рвутся её связи, а запасы химической энергии, которая освобождается, сохраняются в клетке в виде АТФ – единственного универсального источника живых организмов. В нужный момент, когда клетке требуется энергия, то она получает её, отщепляя от молекулы АТФ одну из фосфорных групп. Если такого количества энергии недостаточно, отщепляется ещё одна фосфорная группа. Клетка работает, как аккумулятор энергии.
У.Б.Но клетка – еще и преобразователь. Она превращает химическую энергию питательных веществ, поступающих в клетку в другие виды энергии, например электрическую. В нервных клетках химическая энергия, а в сетчатке глаза – световая, превращаются в электрическую энергию.
У.Ф.
Ребята, а есть прибор, способный преобразовывать энергию ?( это трансформатор)
Слайд №2 – демонстрация трансформатора.
(Учитель рассказывает о нем.)
(Трансформатор – это устройство , преобразующее переменный электрический ток, при котором напряжение увеличивается или уменьшается в несколько раз , практически без потерь мощности. Впервые тр-ры были построены в 1878 году русским ученым П. Н. Яблочковым. Тр-ры состоят из замкнутого стального сердечника, собранного из пластин, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочными обмотками. Действие основано на явлении электромагнитной индукции. Применятся для передачи электроэнергии на большие расстояния)
Опыт №1:
• горение лампочки от карманного фонарика, рассчитанного на 3,5В, от сети с напряжением 36В.
• Демонстрация работы фотоэлемента
• Демонстрация работы термоэлемента
• Демонстрация работы электрофорной машины.
У.Ф. А от куда берется вся эта энергия?
Есть прибор –генератор, который способен вырабатывать , создавать, производить эту энергию,
Опыт №2:
• Демонстрация работы простейшего генератора.
У.Б. Ребята , подумайте является ли клетка генератором. Учащиеся отвечают - (рассказ об энергетическом обмене с исп.таблицы). СЛАЙД №3
У.Б.Таким образом клетка работает как аккумулятор (накопитель), генератор (создатель) и преобразователь (трансформатор). И это далеко не все функции клетки. Но даже из перечисленных примеров видна универсальность выполняемых ею функций. ( на доску вывешиваются таблички накопитель, создатель, преобразователь)
У.Ф.
А теперь мы предлагаем вам составить таблицу.
Название органоидов клетки
Биологическое явление или процесс
Физическое устройство, осуществляющее процесс
Пластиды Фотосинтез - накопление и преобразование энергии Аккумулятор, трансформатор
Митохондрии Синтез АТФ
Генератор
Проверка заполнения таблицы.
У.Б. Клетка – элементарная единица жизни. Клетки в многоклеточных организмах объединяются в группы (ткани) и специализируются на определенных функциях. В одноклеточных организмах клетка выполняет все необходимые жизненные функции, т.е. она существует самостоятельно, независимо от других клеток. Благодаря наличию в клетке органоидов, которые имеют определенное строение и функции, а также их тесной взаимосвязанности, в клетке обеспечивается единство целого и функциональность (рост, движение, питание, размножение, дыхание, обмен веществ). Таким образом, клетка многофункциональная структурная единица. Выполняемые ею функции универсальны.
Ребята, перед вами фломастеры, бумага, памятки, давайте составим схему (где клетка будет в центре) , которая доказывает, что клетка многофункциональная структурная единица.
(Памятка:
Клетка- накопитель. Накапливает органические вещества и неорганические вещества подобно аккумулятору. В нужный момент АТФ расщепляется и отдает энергию.
Клетка – создатель энергии. В ней есть энергетические станции – митохондрии и пластиды. Клетка работает как генератор. Клетка – усилитель, то есть преобразователь энергии. Преобразует один вид энергии в другой, является трансформатором.)
У.Ф.
Исследуя живой мир, человек использует фундаментальные законы физики (законы сохранения), исследуя свойства , использует физические модели. Но изучением универсальности функций клетки занимается наука биофизика – наука, выясняющая физические основы строения и функционирования живых систем (а мы говорим, что клетка – живая система). Биофизика, или биологическая физика,- важнейшее направление современной науки, возникшее на границе биологии с различными разделами физики. Основная задача биофизики состоит в изучении физических основ строения и функционирования живых систем. Где же применяется биофизика?
Работа в парах.
(раздается текс о биофизике, творческий подход в парах: схема, опорный конспект и.т.д.)
Текст о применение биофизики .
Биологические объекты, как правило, очень сложны и на протекающие в них процессы влияют многие факторы, которые часто зависят друг от друга. Физика позволяет создать упрощенные модели объекта, которые описываются законами термодинамики, электродинамики, квантовой и классической механики. С помощью корреляции физических данных с биологическими можно получить более глубокое понимание процессов в исследуемом биологическом объекте.
В физике имеется множество методов, которые в своей первоначальной форме не могут быть использованы для исследований биологических объектов. Поэтому ещё одной задачей биофизики является приспособление этих методов и методик для решения задач биологии. Сегодня для получения информации в биологических системах применяют различные оптические методы, рентгено-структурный анализ с использованием синхротронного излучения, ЯМР- и ЭПР-спектроскопию, 7-резонансную спектроскопию, различные электрометрические методы, микроэлектродную технику, методы хемилюминесценции, лазерную спектроскопию, метод меченых атомов и др. Это используется, в частности, для медицинской диагностики и терапии.
Также разрабатываются специальные методики с использованием эффектов при восприятии некоторых воздействий на биологическую форму материи)
У.Ф.
Вывод:
биофизика вскрыла важные особенности взаимодействия вещества и энергии в биологических системах. Фундаментальные законы физики, несомненно, справедливы для всех биологических систем. Их применение открывает огромные перспективы для исследования самых сложных объектов природы – живых существ, для применения данных в бионике.
У.Б. Давайте посмотрим на сколько мы поняли какая связь между законами физики и клетки - как биологической системе. Для этого сейчас обобщим химические и сопровождающие их энергетические процессы в клетках.
(раздаются задания , 2-е работают у доски: 1-й выбирает процессы фотосинтеза, 2-й энергетического обмена, остальные работают на местах(можно по вариантам)
Необходимо выписать порядковый номер:
а) Какие из этих процессов происходят при фотосинтезе? 1,2,5,7,9,10,11,
б) Какие из этих процессов происходят при энергетическом обмене? 3,4,6,8
1.Поглощение световой энергии;
2. Преобразование световой энергии в энергию химических связей АТФ.
3. Расщепление углеводов до неорганических веществ.
4. Освобождение химической энергии углеводов.
5. Переход химической энергии АТФ в химическую энергию углеводов.
6. Синтез АТФ.
7. Синтез углеводов.
8. Поглощение кислорода.
9. Образование молекулярного кислорода.
10.Поглощение углекислого газа.
11.Фотолиз воды.
У.Б. Ребята, давайте сделаем взаимопроверку нашей работы. Анализируем ошибки.
У.Ф. Я хочу вернуться к теме урока, правильно ли она была сформулирована. Может быть у вас есть какие-то другие варианты? Как бы сформулировали (более научно) сейчас, после тогда, как мы с вами поработали?
У.Б.Рефлексия
1.Что нового вы сегодня узнали?
2. Что получилось?
3. А над чем ещё стоит поработать?
4. С чувством вы уйдете с этого урока?
Оценка работы учащихся во время урока.
У.Б. Сегодня на уроке многие были активны, все ваши ответы мы учтем при проверке этой темы на следующем уроке.
У.Ф. Домашнее задание (дифференцированное)
На примере сегодняшнего урока мы убедились, что все в природе едино, и физика, и биология, и другие предметы, которые вы изучаете в школе. Поэтому и домашнее задание будет необычным:
1.Предложить, как можно использовать особенности строения и жизнедеятельность живых организмов на практике.
2. Решение задачи:
Ежегодно в процессе фотосинтеза растения поглощают от Солнца энергию, равную 1,6•1020 Дж. На сколько увеличивается биосфера за счет этого поглощения? ( Для решения использовать уравнение Эйнштейна- Е=m•c2? Где с – скорость света )
|
