Программа элективного курса по химии для учащихся 9-х классов "Лаборатория на кухне"

Разделы: Химия

Пояснительная записка

Проблема пищи всегда была одной из самых важных проблем, стоящих перед человеческим обществом. Человечество испытывало и продолжает испытывать дефицит  продуктов питания. Однако простое увеличение потребления пищи не может решить всех проблем, связанных с питанием. Оно  должно быть рациональным, соответствовать основным положениям науки о питании.
Правильная организация питания требует знания, хотя бы в самом общем виде, химического состава пищевого сырья и готовых продуктов питания, представлений о способах их получения, о способах их получения, о превращениях, которые происходят при их получении и кулинарной обработке продуктов. Между тем школьная программа предусматривает краткий обзор некоторых веществ пищи (белки, жиры, углеводы), без детального их рассмотрения. Тогда как пища состоит не только из этих групп веществ, но и содержит витамины, ферменты.
Один из вариантов решения проблемы столь недостаточного рассмотрения в школьной программе веществ пищи – включение в учебный план элективного курса “Лаборатория на кухне”. Этот курс рассчитан на 16 часов и построен по блочному принципу. Курс предназначен для учащихся 9 классов естественно-научного и гуманитарного профилей, а также учащихся, увлекающихся химией. Программа курса имеет интегрированный характер, курс связан с естественными дисциплинами биологией и географией.

Цели курса:

  • изучить основные  компоненты пищи, с помощью  методов качественного и количественного анализа;
    рассмотреть источники поступления тех или иных веществ в организм человека;
  • изучить значение компонентов пищи для организма человека;
  • продолжить формирование умений анализировать ситуацию и делать прогнозы; решать расчетные задачи, выполнять опыты в соответствии с требованиями правил техники безопасности;
  • продолжить формирование навыков исследовательской деятельности;
  • развивать учебно-коммуникативные умения.

Программа данного курса позволяет реализовать принцип связи обучения с жизнью. Использовать  теоретические знания для решения  практических задач,   активизировать познавательную деятельность учащихся в области  науки о здоровом образе жизни,  сохранении собственного здоровья и здоровья окружающих.

Требования к знаниям и умениям учащихся

После изучения данного элективного курса учащиеся должны знать:

  • Понятия “белки”, “ферменты”, “витамины ”, “углеводы”, “жиры”;
  • Биологическую роль белков, ферментов, витаминов, углеводов, жиров;
  • Источники поступления этих веществ в организм человека;
  • Необходимое количество тех или иных веществ для организма человека.

После изучения данного элективного курса учащиеся должны уметь:

  • Проводить качественные реакции на катионы и анионы;
  • Решать расчетные задачи из разделов аналитической химии, а именно качественного и количественного анализа;
  • Работать в группе;
  • Определять цель, выделять объект исследования, способы регистрации полученной информации и ее обработки;
  • Создавать проекты на заданную тему, придерживаясь определенной структуры.

Содержание курса

Введение (1ч)

Химическая характеристика пищевых продуктов.
Основы химического анализа. Качественный анализ. Количественный анализ. Физико-химические методы анализа. Взятие пробы, методы подготовки пробы к анализу. Лабораторное оборудование, приемы обращения с лабораторным оборудованием.

Демонстрации: Набор упаковок пищевых продуктов, пищевых добавок. Лабораторное оборудование.

Тема 1. Качественный анализ пищевых продуктов (6ч)

Качественные реакции. Микрокристаллоскопический анализ: история открытия метода, сущность, способ проведения. Обнаруживаемый минимум, минимальная концентрация.
Капельный метод анализа: сущность, преимущества метода, реактивы и оборудование. Обнаружение ионов: Fe2++, Fe3++, Cu2+, Pb2+.
Белки, биологические функции белков. Строение, классификация и свойства белков. Содержание белков в продуктах питания. Обмен белков в организме. Качественные реакции на белки.
Углеводы. Крахмал. Строение крахмала: амилоза и амилопектин. Применение крахмала в пищевой промышленности. Биологическая роль крахмала. Качественная реакция на  крахмал.
Витамины. Гиповитаминоз. Авитаминоз. Витамины в продуктах питания. Суточная потребность человека в витаминах и их основные функции. Качественные реакции на витамины группы А и группы D.
Ферменты, биологическая роль ферментов. Свойства ферментов. Общее и отличное между неорганическими катализаторами  и ферментами. Действие ферментов.

Лабораторные опыты

1. Обнаружение K+, Сa2+, Mg2+, Fe3+ в золе листьев капусты (микрокристаллоскопия).
2. Обнаружение ионов Fe2+, Fe3+, Cu2+, Pb2+ капельным методом анализа.
3. Качественные реакции на белки: ксантопротеиновая и биуретовая.
4. Обнаружение белков в мясе, молоке, яичном белке.
5. Денатурация белка.
6. Определение витамина А в подсолнечном масле.
7. Определение витамина С в яблочном соке.
8. Определение витамина D в рыбьем жире или курином желтке.
9. Действие йода на крахмал.
10. Обнаружение крахмала в некоторых продуктах питания.
11. Действие каталазы на пероксид водорода.

Демонстрации: Денатурация белка. Действие йода на крахмал. Действие дегидрогеназы на метиленовый синий.

Тема 2.  Элементарный состав пищи. Проект учащихся (1ч)

Содержание химических элементов в продуктах питания. Значение элементов для организма человека.

Тема 3. Количественный анализ пищевых продуктов (7ч)

Вода, требования к питьевой воде. Водопроводная вода. Растворение кислорода в воде. Значение растворенного в воде кислорода. Кислотность воды.
Жесткость воды. Временная и постоянная жесткость. Методы устранения жесткости.
Минеральная вода, источники минеральной воды Архангельской области. Определение в воде гидрокарбонат-, ортофосфат-, нитрат-ионов в минеральной воде.
Молоко, молочные продукты – пищевая ценность, состав. Степень чистоты молока. Плотность молока. Кислотность молока и молочных продуктов. Содержание белков в молоке. Содержание ионов Ca2+ в молоке.
Аскорбиновая кислота. Содержание аскорбиновой кислоты в овощах и фруктах. Суточная потребность человека в аскорбиновой кислоте.
Каротин. Содержание каротина в овощах и фруктах. Суточная потребность человека в каротине.

Лабораторные опыты

1.Определение растворенного в воде кислорода. 2. Определение временной жесткости воды. 3. Определение гидрокарбонат-ионов в воде. 4. Определение нитрат-ионов в воде. 5. Определение в воде ортофосфатов. 6. Определение степени чистоты молока. 7. Определение плотности молока. 8. Определение кислотности молока и молочных продуктов. 9. Определение содержания белков в молоке. 10. Определение содержания ионов Са2+ в молоке. 11.Извлечение хлорида натрия из молочных продуктов. 12.Определение витамина С в овощах и фруктах. 13. Определение витамина А в овощах и фруктах.

Тема 4. Биологическая роль химических элементов пищи. Проект учащихся (1ч)

Необходимое количество отдельных элементов для организма человека. Угроза избытка и недостатка элемента для организма человека.

Темы проектов

  1. Содержание витамина А в овощах и фруктах.
  2. Содержание витамина С в овощах и фруктах.
  3. Биологическая роль железа в организме человека.
  4. Биологическая роль калия в организме человека.
  5. Биологическая роль магния в организме человека.

Литература для учащихся:

  1. Андреева Е. Невидимые враги и друзья. – М.: Детская литература, 1976.
  2. Батуев А.С. Биология: Человек: Учебник для  9 кл. – М.: Просвещение, 1994.
  3. География Архангельской области. – М.: Просвещение, 2002.
  4. Гроссе Э. Васмонтель Х. Химия для любознательных. – Л.: Химия, 1987.
  5. Кукушкин Ю.Н. Химия вокруг нас. – М.: Высшая школа, 1992.
  6. Николаев Л.А. Металлы в живых организмах: Книга для внеклассного чтения. – М.: Просвещение, 1986.
  7. Ольгин О.М. Чудеса на выбор. – М.: Детская литература, 1986.
  8. Скурихин Н.М. Все о пище с точки зрения химика. – М.: Высшая школа, 1991.
  9. Цузмер А.М. Биология. Человек и его здоровье. – М.: Просвещение, 1990.
  10. Шкурко Д.И. Забавная химия. – М.: Детская литература,  1976.
  11. Штремплер Г.И. Химия на досуге. – М.: Просвещение, 1996.

 Литература для учителя:

  1. Васильева Е.М. Эксперимент по физиологии растений. – М.: Просвещение, 1978.
  2. Волков В.Н. Солодова Н.И. Волкова Л.А. Определение витамина С в овощах и фруктах. // Химия в школе.– 2002. – №5 с.63 – 66.
  3. Волков В.Н. Солодова Н.И. Волкова Л.А. Определение качества молока и молочных продуктов. // Химия в школе.– 2002. – №1 с.57 – 63.
  4. Евсеева И.И. Химия в сельском хозяйстве. – М.: Просвещение, 1973.
  5. Практикум по основам сельского хозяйства. – М.: Просвещение, 1991.
  6. Солодова Н.И. Волкова Л.А. Волков В.Н. Определение сахаров в овощах и фруктах //Химия в школе. – 2000. – №2 с.73 – 76.
  7. Филиппович Ю.Б. Основы биохимии. – М.: Высшая школа, 1969.
  8. Харьковская Н.А. Хитенкова Ю.М. Использование капельного анализа при изучении химии.// Химия в школе. – 1995. – №1 с.59 – 61.
  9. Цитович Н.К. Микрокристаллоскопический анализ на уроках химии.// Химия в школе. – 1996. – №2 с. 63–64.

Занятие № 3. “Пища – это концерт белков с оркестром ...”

Цели занятия: сформировать понятие «белки» как компонента пищи, познакомить учащихся с историей открытия и изучения этих веществ, познакомить учащихся с качественной реакцией на белки.

Оборудование: на столах учеников:карта-инструкция,штатив с  пробирками, спиртовка, спички; вода, раствор гидроксида натрия NaOH, раствор сульфата меди CuSO4, мясной фарш, куриное яйцо, молоко.

ХОД ЗАНЯТИЯ

Учитель (рассказ учителя сопровождается просмотром презентации <Приложение 1>):

Белки – важнейший компонент нашей пищи. С их наличием связаны  проявления основных жизненных процессов в организме: обмен веществ, раздражимость нервов, способность к росту, размножению, делению. К белковым веществам относятся: гемоглобин – переносчик кислорода в крови, ферменты – ускорители биохимических реакций, некоторые гормоны – тонкие регуляторы обменных процессов, нуклеопротеиды – носители наследственных свойств. На белки приходится примерно четверть массы человеческого организма.

Давайте решим задачу. Самый тяжелый человек Великобритании 60 – летний Джек Тейлор, весит 318 килограммов. Рассчитайте массу белков организма Джека.

(318кг * 0,25 = 79,5кг )

Первым исследователем белков был итальянский ученый Якопо Бартоломео Беккари. В 1728 г он выделил из пшеничной муки клейкую массу, которую он назвал клейковиной. Оказалось, что ее свойства напоминали поведение веществ, выделенных из животных организмов. Уже в 1745 г ученый пришел к важному выводу: в природе существуют особые вещества, которые встречаются и в растениях, и в животном мире. Так было положено начало изучению этих загадочных веществ. В 1838 г голландский ученый Жерар Мульдер писал: “Есть в растения и животных вещество, которое, без сомнения, является самым важным из всех известных веществ в живой природе и без которого жизнь на нашей планете была бы невозможна. Это вещество называют белком”

Молекулы белков огромны настолько, что некоторые из них удается увидеть в электронный микроскоп. Они построены из остатков аминокислот. Аминокислот очень много. Бывает, что некоторые аминокислоты могут заменять друг друга в организме, но существует восемь аминокислот, которые нельзя заменить. Их так и называют “незаменимые”.
Соединяясь в длинные цепи в определенной последовательности, аминокислоты образуют молекулы белка. Эта последовательность называется первичной структурой белка. Однако такая длинная цепочка редко бывает идеально прямой, чаще она скручивается в пространстве (пространственная укладка атомов), причем у разных белков скручивание происходит по-разному.  Такую пространственную укладку называют вторичной структурой белка. Есть еще и третичная структура, когда при скручивании цепочки сблизившиеся части вступают друг с другом во взаимодействие. Тогда молекула белка превращается в объемный запутанный клубок.
Какие же продукты особенно богаты белком? Мясо, творог, рыба и яйца – продукты животного происхождения – наиболее богаты белком. Из продуктов растительного происхождения больше всего содержат белка соя и другие бобовые.

Давайте подтвердим или опровергнем эти утверждения с помощью эксперимента. Исследовать на содержание белка мы будем куриное яйцо, молоко, мясо, муку и сою. Внимательно прочитайте карту-инструкцию  и ответьте на вопрос: Как можно назвать опыт, описанный в инструкции?
(Ученики разделяются на группы. Каждая группа исследует определенный продукт. После проведения опыта группы обмениваются результатами.)

Карта-инструкция к занятию № 3

Обнаружение белка в продуктах животного или растительного происхождения

План действий:

Биуретовая реакция

1. Приготовьте растворы, которые вы будете исследовать на белок:

– мясо – возьмите для этого 1 см3 мясного фарша, поместите в пробирку, залейте 3 мл воды и прокипятите содержимое пробирки на спиртовке.
– куриное яйцо – отделите белок от желтка, разбавьте белок водой (на 1 объем белка 2 объема воды)
– молоко – разбавьте молоко водой (на 1 объем молока 2 объема воды)
– мука – растворите ? чайной ложки муки в 5 мл холодной воды
– соевое молоко – растворите ? чайной ложки соевого молока в 5 мл холодной воды

2. Растворы налейте в пробирки примерно 2 см, затем прибавьте немного  гидроксида натрия NaOH,  а затем 1 см голубого раствора сульфата меди CuSO4 .

3. Если в испытуемом растворе  действительно есть белок,  то окраска сразу станет фиолетовой.

Денатурация белка

Всем известно, что при нагревании белок свертывается  и переходит в нерастворимую форму – сырое яйцо становится крутым. Это явление называют денатурацией белка.
1 мл раствора белка, полученного в опыте 1, нагрейте в пробирке в пламени спиртовки.
Опишите ваши наблюдения.

Подумай и ответь!

Каждая хозяйка знает: чтобы приготовить вкусный бульон, надо нарезанное мясо положить в холодную воду. А когда хотят приготовить отварное мясо, то большие куски мяса опускают в кипяток. Есть ли в этом химический смысл?

Заполните пропуски в следующих фразах:

Белок – это органическое вещество молекула которого построена из остатков молекул … .
Белки содержатся в разных пищевых продуктах как животного, так и … .
При сильном нагревании происходит … белка.

При проведении опыта вы убедились, что продукты как животного, так и растительного происхождения содержат белок. Белок – наиболее важный компонент пищи человека. Потребность человека в белке зависит от возраста, пола, характера трудовой деятельности. В организме здорового взрослого человека белки расщепляются до аминокислот, часть из них являются строительным материалом для создания новых аминокислот, однако имеются аминокислоты, которые не образуются в организме взрослого человека, они должны поступать с пищей. Снабжение организма человека необходимым количеством аминокислот – основная функция белка в питании.
Более ста лет назад Ф. Энгельс писал, что “жизнь есть форма существования белковых тел”. Эта фраза стала крылатой, в ней подчеркивается решающее значение белков для жизни.