Цели урока.
1. Образовательная - познакомить
учащихся с сущностью процесса фотосинтеза, его
значением в природе и жизни человека; работами
ученых, исследовавших процесс фотосинтеза.
2. Развивающая - развивать у учащихся навыки
выделять главное и делать выводы, обогащение
специальной речи учащихся; продолжить
формирование навыков работы с лабораторным
оборудованием, а также умения ставить простой
опыт.
3. Воспитательная - формирование умений учащихся
работать в группах.
Оборудование: проектные работы учащихся, живые растения, сырой картофель, раствор йода, чашки Петри, пинцет.
Эпиграф:
“Говорят, что посередине между двумя
Противоположными мнениями лежит истина.
Никоим образом!
Между ними лежит проблема!”(Гёте)
Домашнее задание к уроку:
В качестве домашнего задания предлагается решить биологические задачи.
1. В сочных яблоках находится запас органических веществ. Объясните, как произошло образование и накопление органических веществ в яблоке.
2. Учёные установили, что днём растение выделяет кислород, чего не происходит в темноте, а углекислый газ растение выделяет и ночью, и днём. Почему в разное время суток наблюдается разный газовый обмен?
3. Растение, растущее в сосуде с дистиллированной водой, плохо развивается, но долго не погибает. Почему?
План проведения урока.
1. Организационный момент.
2. Вступительное слово учителя.
3. Защита проекта первой группы: “История
исследования процесса фотосинтеза”.
4. Защита проекта второй группы: “Условия
прохождения процесса фотосинтеза”.
5. Защита проекта третьей группы: “Образование
органических веществ в хлоропластах листьев на
свету”.
6. Закрепление пройденного материала (ответы на
вопросы, подготовленные каждой группой
учащихся).
7. Домашнее задание.
ХОД УРОКА
Около пяти-семи миллиардов лет назад в круговом вихре газов и космической пыли образовались Солнце, Земля и другие планеты Солнечной системы. Земля постепенно остывала, её затвердевшую кору окружали газы - аммиак, метан, водород, сероводород и водяной пар. Они образовали первичную атмосферу планеты. Охлаждаясь, пар выпадал дождями и создавал первобытный океан Земли. Именно в его верхнем, обогреваемом Солнцем слое, четыре миллиарда лет назад появились первые живые организмы. По-видимому, они получали энергию и материал для построения своего тела только из органической пищи. Со временем их количество и разнообразие росло. Вот только суша для большинства этих организмов оставалась запретной зоной. Дело в том, что солнечный свет кроме полезной инфракрасной и видимой частей спектра содержит ещё ультрафиолетовое излучение, убивающее практически все живое. Но случилось чудо. Чудо, как и положено, было морское, зеленое. Это была молекула хлорофилла, появившаяся в некоторых клетках. Именно хлорофилл и явился героем сложного многоступенчатого процесса, названного впоследствии фотосинтезом.
На сегодняшнем уроке мы рассмотрим процесс фотосинтеза, условия, необходимые для его протекания; познакомимся с работами ученых, исследовавших эту проблему.
Каждая из групп, на которые был разделен ваш класс, должна была составить проект, найдя ответы на поставленные вопросы. Предоставим слово для защиты проекта учащимся первой группы.
Защита проекта первой группы учащихся.
Природа любит загадывать загадки (ученик держит в руках зелёный лист растения). Вот обычный зелёный лист растения. Что в нем интересного? Четыреста лет ученые изучают процессы в нем происходящие, и до сих пор не всё окончательно ясно. Что такое корень, каково его значение, понятно ещё со времен Аристотеля. А какова роль листа? Листья называли по-разному: “дети солнца”, “покорившие солнце”, “утеха взора”. Человек пытался понять, почему они тянутся к солнцу; их обрывали, и растение погибало. Но значение листа так и не удалось выявить.
Ещё в VI веке встал вопрос о том, как питается растение. Казалось бы, чего проще: растение корнями из земли берёт всё, что ему необходимо. Голландский учёный Ван-Гельмонт решил это проверить на практике. Взяв черенок ивы, он посадил его в бочонок с тщательно взвешенной землей. Прикрыв землю плотной крышкой с отверстием для черенка, он только поливал растение в течении ни много ни мало - пяти лет! Выросло симпатичное деревце, прибавив в весе более 60 кг. А повторное взвешивание почвы показало, что её вес практически не изменился.
С VII века в практику научных исследований входит микроскоп. Итальянец Мальпиги открывает устьице. Однако и это открытие не проясняет роли листа в жизни растения.
В 1771 году английский химик Джозеф Пристли провёл оригинальный и смелый эксперимент. Он посадил на подоконник двух мышек и плотно прикрыл их стеклянными колпаками. Через некоторое время одна из мышек погибла от удушья. А вторая продолжала жить. И мышки были одинаковыми, и колпаки. Но только вместе со счастливицей под колпак был помещён побег мяты. Растение “дышало” и выделяло “чистый воздух”, необходимый для дыхания зверька. Во время постановки опыта химия ещё не располагала точными сведениями о составе воздуха. Отсюда и понятия “чистый воздух”, “испорченный воздух”. Однако вскоре оказалось, что опыт удавался далеко не всегда, даже у самого Пристли.
В 1779 году голландец Я. Ингенхаус уточнил опыт Пристли. Он выяснил, что зелёное растение “очищает” воздух только на солнечном свету. Швейцарский ученый Ж. Сенебье в 1782 году окончательно установил, что днем при солнечном свете зелёные растения выделяют кислород. Сенебье доказал, что зелёное растение “очищает” воздух не потому, что оно дышит, а в связи с его углеродным питанием.
К концу IX века окончательно стало известно, что растения поглощают листьями углекислый газ и образуют крахмал, который используют для собственного питания. Этот процесс стал называться фотосинтезом. В его изучение много внёс К. А. Тимирязев. Он установил роль отдельных частей солнечного спектра в процессе фотосинтеза.
Защита проекта второй группы учащихся.
Перед нашей группой стояла задача выяснить: где, из каких веществ, при каких условиях в растении образуются органические вещества.
Предположим, что органическое вещество образуется в листьях, но как его обнаружить? Знаете ли вы, что существуют вещества-индикаторы, с помощью которых можно точно узнать о наличии других определённых веществ? Например, раствор йода помогает обнаружить крахмал. А крахмал - это органическое вещество. Если капнуть раствор йода на срез клубня картофеля или кусочек белого хлеба, он изменит окраску. А при попадании на лист растения, окраска не изменяется (демонстрируются опыты). Из этого можно сделать вывод, что в листьях органическое вещество не образуется. Но ведь изменению окраски может мешать зеленый цвет листа. Давайте удалим хлорофилл и попробуем ещё раз обработать лист йодом. Для этого мы возьмем растение традесканцию и срежем у неё один лист. Опустим его на две минуты в кипяток, а затем в сосуд с горячим спиртом. Как видите, лист теряет зелёную окраску. Обесцвеченный лист промоем в горячей воде и, положив в чашку Петри, зальём слабым раствором йода. Лист окрасился в синий цвет, значит здесь обнаружен крахмал (демонстрируется опыт).
А сейчас мы попробуем выяснить, образуется ли крахмал в листьях растения, которое три дня находилось в темном месте. Для этого возьмём традесканцию, стоящую три дня в закрытом шкафу. С её листом проделаем те же самые операции. Но после обработки раствором йода, мы не увидим синей окраски листа.
Итак, мы выяснили, что в листьях растений образуется органическое вещество, и этот процесс происходит только на свету.
Для последнего опыта мы возьмем растение, листья которого имеют зелёную окраску только по краям. Обработаем лист горячей водой, горячим спиртом и раствором йода. В результате синюю окраску приобретут только края листа (демонстрируется опыт). Из этого можно сделать вывод, что крахмал образуется в зелёных частях растения, где присутствуют хлоропласты.
Защита проекта третьей группы учащихся.
В начале мы предлагаем решить познавательную задачу. Условия её таковы: известно, что из одной зерновки пшеницы вырастает растение с несколькими колосьями, в каждом из которых созревает около 60-и зёрен. В них содержатся органические вещества. При прорастании зерновки они расходуются на рост и развитие зародыша. Но в процессе жизнедеятельности растения вновь образуются органические вещества и в большем количестве.
Вопрос: где и при каких условиях в растении образуются органические вещества?
Ответ: они образуются в хлоропластах листьев на свету.
Перед нашей группой стояла задача выяснить, какие вещества необходимы для получения крахмала. Для её решения был проведён следующий опыт. Два комнатных растения, пеларгонии, мы поместили на три дня в тёмное место. Затем одно растение поставили на стекло под стеклянный колпак. Рядом с ним пометили стакан с раствором едкой щёлочи - веществом, поглощающим углекислый газ из воздуха. Для того, чтобы новые порции воздуха не поступали к растению, края колпака смазали вазелином.
Второе растение также поставили на стекло под колпак. Рядом с ним поместили стакан с содой и раствором соляной кислоты. При взаимодействии соды и соляной кислоты идет химическая реакция с выделением углекислого газа. Оба растения поставили на свет.
Через день взяли по одному листу с каждого растения и обработали их горячей водой, а затем спиртом. На обесцвеченные листья мы подействовали раствором йода. Лист второго растения посинел, значит, в нем образовался крахмал. Окраска листа первого растения не изменилась. Опыт показал, что для образования органических веществ необходим углекислый газ. Кроме него в образовании крахмала принимает участие вода.
Учёные доказали, что поглощение растением одних веществ из внешней среды сопровождается выделением других. В природе происходит обмен веществ между живыми организмами и окружающей их внешней средой. Какое же вещество выделяет растение при фотосинтезе в окружающую среду?
Чтобы ответить на этот вопрос, мы провели следующий опыт (демонстрируется опыт). Взяли элодею, которая является водным растением и использует для питания углекислый газ, растворенный в воде. Мы положили её в стакан и закрыли стеклянной воронкой. Пробирку до краёв заполнили водой и поместили на трубку воронки. Растение подкормили углекислым газом. Стакан поставили на свет. Через некоторое время из стеблей элодеи стали выделяться пузырьки газа. Этот газ начал вытеснять из пробирки воду, в результате чего её уровень понизился. Когда вода полностью вытеснилась газом, мы осторожно сняли пробку с воронки. Уже в воздухе внесли в неё приготовленную тлеющую лучинку. Лучинка загорелась ярким пламенем. Значит газ, который выделила элодея, - кислород.
Сложные процессы, которые протекают в зелёных листьях, а именно в хлоропластах, и приводят к образованию сахара из углекислого газа и воды, могут идти только при наличии энергии. Откуда она поступает в клетки растений? Энергию растение получает от Солнца. Вот почему фотосинтез возможен только на свету. Свет - это один из видов энергии, или одна из её форм существования. Что же происходит с солнечным лучом (со световой энергией), когда она попадает на лист? Хлорофилл улавливает и направляет световую энергию на осуществление фотосинтеза, на образование органического вещества из неорганических. Этот процесс, как мы уже знаем, протекает в хлоропластах. При этом световая энергия переходит в другую форму, в такую, которая скрыта в образовавшемся органическом веществе.
Будучи заключенной в органическом веществе, энергия может очень долго сохраняться на Земле. Ни человек, ни животное, ни грибы, ни растения, лишенные хлорофилла (например, подъельник), не могут усвоить энергию непосредственно от солнца, хотя для жизни энергия необходима. Это может сделать только зеленое растение. Его роль на Земле наш выдающийся ученый-ботаник К. А. Тимирязев назвал космической. Это надо понимать так: на Земле благодаря зеленому растению накапливается энергия, которая поступила из космоса от Солнца. Причем накапливается она в такой форме, которая доступна для других организмов.
Для человека источником энергии является пища. Выполняя работу - и умственную, и физическую, мы затрачиваем энергию, а восполняем её с приёмом пищи. При этом мы используем органические вещества, образованные зелёным растением. При разложении этих веществ и выделяется заключенная в них энергия.
Каждая группа учащихся подготовила вопросы по своему проекту.
Вопросы первой группы учащихся.
1) Масса почвы в опыте Ван-Гельмонта
практически не изменилась. Откуда же растение
брало питательные вещества?
2) Почему погибла мышка в опыте Пристли?
Вопросы второй группы учащихся.
1) Если капнуть йодом на зелёный лист
растения, он не изменит окраски. Почему?
2) Для чего опускают лист в горячий спирт?
3) При каких условиях протекает процесс
фотосинтеза?
Вопросы третьей группы учащихся.
1) Какой газ поглощает растение при
фотосинтезе?
2) Какой газ выделяет растение при фотосинтезе?
3) Почему для второго опыта мы взяли элодею?
Вопрос учителя всему классу.
В прекрасный летний день,
Бросая по долине тень,
Листы на дереве с зефирами шептали,
Хвалились густотой, зелёностью своей
И вот как о себе зефирам толковали:
“Не правда ли , что мы краса долины всей?
Что нами дерево так пышно и кудряво,
Раскидисто и величаво?
Что б было в нём без нас? Ну, право.
Хвалить себя мы можем без греха!
Не мы ль от зноя пастуха
И странника в тени прохладной укрываем?
Не мы ль красивостью своей
Плясать сюда пастушек привлекаем?
У нас же раннею и позднею зарёй
Насвистывает соловей.
Да вы, зефиры, сами
Почти не расстаётесь с нами”. -
“Примолвить можно бы спасибо тут и нам”.
Им голос отвечал из-под земли смиренно.
“Кто смеет говорить столь наго и надменно!
Вы кто такие там,
Что дерзко так считаться с нами стали?”
Листы, по дереву шумя, залепетали.
“Мы те”,
Им снизу отвечали:
“Которые, здесь роясь в темноте,
Питаем вас. Ужель не узнаёте?
Мы корни дерева, на коем вы цветёте,
Красуйтесь в добрый час!
Да только помните ту разницу меж нас:
Что с новою весной лист новый народится;
А если корень иссушится, -
Не станет дерева, ни вас”.
(И. А. Крылов “Листья и корни”)
Вопрос: Кто же играет главенствующую роль в жизни растения. Листья или корни?
После ответа на вопрос формулируются выводы и записываются в тетрадь:
- лист - орган воздушного питания;
- в хлоропластах на свету протекает процесс фотосинтеза -образования из углекислого газа и воды органических веществ;
- про фотосинтезе выделяется кислород;
- органические вещества расходуются на рост и развитие органов;
- особенность питания растений - создание органических веществ, а затем их расходование.
Человек использует не только тот солнечный луч, который падает на Землю сейчас, но и тот, который упал на неё десятки и сотни миллионов лет назад. Ведь пласты каменного угля в недрах Земли образовались в течении геологических эпох из некогда существовавших растений. Многие ученые считают, что нефть и горючий газ, подобно углю, возникли из органической массы. В более поздние периоды жизни Земли из сфагнового мха начал образовываться торф. Изобретатель паровоза Стефенсон спросил однажды своего приятеля:
- Знаешь ли ты, что двигает этот поезд?
- Конечно. Твоё изобретение, - ответил его
собеседник.
- Нет. Его двигает солнечный луч, поглощённый
зелёным растением сотни миллионов лет назад.
Зелёный лист - источник жизни на нашей планете. Хлоропласты листа - это единственная в мире лаборатория, в которой из простых неорганических веществ - углекислого газа и воды - создаются с помощью энергии солнечного луча сложные органические вещества - сахар и крахмал. К. А. Тимирязев говорил: “Дайте самому лучшему повару сколько угодно солнечного света и целую речку чистой воды и попросите, чтобы из всего этого он приготовил вам сахар, крахмал, жиры и зерно, - он решит, что вы над ним смеётесь. Но то, что кажется совершенно фантастическим человеку, беспрестанно совершается в зелёных листьях растений”. В результате процесса фотосинтеза.