Количество уроков: 2
Цель уроков: обосновать строение молекул углеводов, опираясь на знания учащихся о функциональных группах, соединениях с двойственной функцией, способах установления строения молекул; выявить зависимость между строением и свойствами углеводов; систематизировать и развить представления учащихся об особенностях пространственного строения углеводов, изомерии; расширить общие понятия о химической реакции (ступенчатый гидролиз углеводов, роль катализаторов и ферментов); дополнить политехнические знания (переработка углеводов в химической, целлюлозно-бумажной, текстильной и пищевой промышленности); познакомить учащихся с классификацией углеводов и их номенклатурой; отрабатывать умение записывать уравнения реакций с участием углеводов; развить навыки самостоятельной подготовки и проведения сообщений по заданным темам, демонстрационных опытов, приемов организационной работы.
Формируемые понятия: углеводы, моносахариды, альдегидоспирт, глюкоза, брожение глюкозы, фруктоза, дисахариды, полисахариды, фотосинтез, качественная реакция на крахмал, искусственное волокно, ацетатное волокно.
Оборудование: штатив, пинцет, держалка, стеклянная палочка, пробирки, стаканы, керамическая плитка, металлические подносы, салфетки, очки, перчатки, халаты.
Реактивы: концентрированная серная кислота, сухой спирт, глюкоза, сахарная пудра, крахмал, спиртовой раствор йода, растворы сульфата меди (II), едкого натра, дистиллированная вода, яблоко, картофелина, образцы ваты, марли, вискозного и ацетатного волокна.
Эксперимент: видеоматериалы «Углеводы»; взаимодействие глюкозы, сахарозы, крахмала с гидроксидом меди; определение глюкозы в яблоке; обугливание сахарной пудры, лучины, ваты, фильтровальной бумаги концентрированной серной кислотой; взаимодействие крахмала с йодом, определение крахмала в картофелине; приготовление клейстера; коллекция «Волокна», коллекция промышленных образцов тканей и ниток; демонстрация плакатов, таблиц.
Требования к усвоению материала: знать состав и структурную формулу глюкозы (как альдегидоспирта); уметь указывать функциональные группы и опытным путем доказывать их наличие; уметь составлять уравнения реакций “серебряного зеркала” и окисления гидроксидом меди (II), восстановления, различных видов брожения глюкозы, качественной реакции на спиртовую группу; знать молекулярную формулу сахарозы; уметь объяснять ее строение на основе реакции гидролиза; знать состав и уметь сравнивать крахмал и целлюлозу по строению и свойствам, называть области их применения; уметь записывать схему уравнения фотосинтеза (образование глюкозы, а затем крахмала); объяснять процессы гидролиза крахмала и целлюлозы; определять различные типы волокон.
Домашнее задание:
1) Э. Е. Нифантьев «Органическая химия»: §38, в.3,6; §38, в.5; §40, в.8;
2) Ковалевская “Химия 10-11” , с. 85-89
Подготовка к уроку
За три недели до проведения уроков самоуправления были выбраны “учителя” в каждом из классов (2-3 кадета). С ними были намечены темы уроков, проведен предварительный хронометраж каждого из разделов, подобраны и просмотрены видеоматериалы, отработаны демонстрационные опыты. В кабинете химии была собрана литература по заданной тематике, с которой могли работать все заинтересованные учащиеся. “Учителя” дали задание всем желающим принять участие в уроках самоуправления. Каждую тему готовила группа из нескольких человек. Они подбирали материал, рисовали плакаты, таблицы, газеты, писали доклады. За процессом подготовки следили “учителя”. На уроки самоуправления были приглашены командир роты, воспитатели, учебная часть, председатель методической комиссии, родители.
Ход урока
Урок полностью проводится кадетами “учителями”. Перед уроком проверяется наличие необходимых реактивов и оборудования. “Учителя” одевают халаты и перчатки, а затем в случае необходимости и защитные очки. Все опыты проводят “учителя”, и только эксперименты с концентрированной серной кислотой и сопровождающиеся большим тепловым эффектом ассистируются преподавателем химии. “Учителя” с помощью докладчиков развешивают приготовленные рисунки, плакаты, таблицы, проверяют видеоматериалы, записывают домашнее задание. Преподаватель химии и приглашенные сидят в конце кабинета, наблюдают за происходящим, записывают свои впечатления и замечания.
Урок начинается с построения и рапорта дежурного по классу одному из учителей. Другой дает домашнее задание и проверяет наличие записей в дневниках. Затем объявляется тема урока “Углеводы”. Материал рассчитан на два урока, поэтому значительных ограничений по времени не накладывается. Видеопоказ опытов сопровождается записью реакций на доске. “Учителя” контролируют работу учеников на местах, следят за дисциплиной. В конце каждого раздела просят задавать вопросы выступающим и задают их сами.
Первое сообщение посвящено моносахаридам, их строению, бифункциональности. Особое внимание уделяется глюкозе и ее изомерам. Перед классом ставится задача ознакомиться с физическими свойствами глюкозы и установить ее строение. Сопоставляя способы определения строения веществ, учащиеся останавливаются на экспериментальном изучении химических свойств глюкозы, определяют последовательность проведения опытов. “Учителя” демонстрируют классу вещество, показывают процесс растворения, а затем проводят серию реакций: получают из сульфата меди(II) и едкого натра гидроксид меди(II), затем демонстрируют качественную реакцию на наличие многоатомных спиртов, приливая раствор глюкозы и показывая аудитории растворение синего осадка и образование характерного фиолетового раствора. Затем пробирку нагревают, и класс наблюдает за изменением окраски содержимого от фиолетовой до желтой, красной, а затем уже бурой, что подтверждало наличие альдегидной группы. Второй “учитель” пишет соответствующие реакции на доске. По видео демонстрируются реакция “серебряного зеркала”. На основании этого делаются выводы о возможном строении глюкозы. Ученики демонстрируют плакат с изображением линейного и циклического строения α- и β-форм глюкозы, объясняют механизм их образования.
Затем группа рассказывает о нахождении глюкозы в природе (“учителя” подтверждают это качественными реакциями, используя мякоть яблока, а затем показывая видео об опытах с виноградным соком и медом). Особое внимание уделяется биологической роли глюкозы и реакции фотосинтеза, останавливаются на энергетическом значении глюкозы в обмене веществ в организме, сообщают об экзотермической реакции окисления глюкозы, о постепенном выделения энергии вследствие ступенчатого окисления; опираясь на знании учащихся по общей биологии, характеризуют значение окисления глюкозы для синтеза АТФ. Отдельно разбираются способность глюкозы к брожению, дается понятие о брожении как о микробиологическом превращении углеводов, его различных видах и их значении в переработке сельскохозяйственных продуктов. Для выяснением вопроса об изомерах глюкозы сопоставляют состав глюкозы, фруктозы, галактозы, их функций и свойств. Напоминают о значении первого синтеза сахаристых веществ А. М. Бутлеровым при полимеризации формальдегида.
Второй раздел посвящен строению, свойствам и биологической роли рибозы и дезоксирибозы, их значению в построении нуклеиновых кислот. После обсуждения представленных сообщений заканчивается первый из уроков самоуправления.
Второй урок проводится теми же “учителями”, уже освоившимися со своей ролью, и поэтому более организованно и деловито. Он открывается темой “Дисахариды”. Учащиеся перечисляют физические свойства сахарозы и приводят примеры нахождения ее в природе, затем дается исторический экскурс использования сахара человеком. Далее перечисляя химические свойства сахарозы, определяют наличие функциональных групп в молекуле. Отношение к классу углеводов выясняют обугливанием сахарной пудры концентрированной серной кислотой (опыт проводит ассистент – преподаватель химии). Особое внимание “учителя” уделяют технике безопасности при работе с серной кислотой и особенно с концентрированной. Реакцию карамелизации сахарозы показывают по видео. “Учителя” проводят реакции взаимодействия сахарозы с гидроксидом меди, на основании чего делают вывод: сахароза – многоатомный спирт. Предположение о наличие альдегидной группы опровергается опытным путем. Ученики рассказывают о кислотном гидролизе сахарозы, записывают уравнение реакции и на этой основе строят структурную формулу сахарозы. Далее выясняется возможность получения сахара из свеклы. По видео наблюдают способность сахарозы давать растворимый сахарат кальция и вновь выделяться из него под действием углекислого газа. Отмечается, что на этом основано освобождение раствора сахарозы от примесей в производстве. В заключении сообщения кратко характеризуются изомеры сахарозы мальтоза и лактоза, подразделяя их на восстанавливающие и невосстанавливающие.
Следующий блок сообщений посвящен полисахаридам. Учащимся рассказывается о физических свойствах крахмала, демонстрируется его образец, способность набухания в воде и образования коллоидного раствора. “Учителя” готовят клейстер, делается вывод о полимерном строении молекулы крахмала. Проверяется наличие спиртовых гидроксогрупп и отсутствие альдегидных. Сообщается простейшая и молекулярная формулы крахмала, демонстрируется плакат с его геометрической структурой и делается вывод об объемной трехмерной молекуле. Описывается гидролиз крахмала, в продуктах которого обнаруживается углевод с восстанавливающими свойствами. Подчеркивают, что гидролиз идет ступенчато: крахмал→декстрины → мальтоза → глюкоза. Дают историческую справку об открытии глюкозы при кислотном гидролизе крахмала. Сообщают, что гидролиз крахмала до мальтозы может идти в более легких условиях в присутствии фермента амилазы. “Учителя” демонстрируют качественную реакцию крахмала с йодом и влияние нагревания на окрашивание, обнаруживают присутствие крахмала на срезе картофелины. Далее используя знания учащихся по биологии, выясняют биологическое значение крахмала и сущность его превращений в организме человека и высших животных: крахмал→глюкоза→молочная кислота→ уксусная→вода и СО2.
кислота→высшие
кислоты→жиры
Далее рассказывается о значении кулинарной обработки углеводной пищи, сравнивается химическая природа углеводов и жиров, способность к окислению тех и других, энергетические результаты реакций, роль в питании человека.
Тема “Целлюлоза” раскрывается докладчиками в сравнении с уже разобраной темой “Крахмал”. Демонстрируются плакаты, изображающие строение полимерной цепи, указывается на различие в строении мономеров и макромолекул. Выясняется нахождение в природе и опытным путем (ассистент) доказывается принадлежность к углеводам – обугливание лучины, ваты, фильтровальной бумаги. С помощью видео определяется отношение к различным растворителям. Исходя из знания строения макромолекул, объясняется особенность расположения волокон целлюлозы и причины их высокой прочности и нерастворимости. По видео наблюдают за сухой перегонкой древесины, по продуктам реакции делается заключение об одном из направлений промышленной переработки древесины. Далее рассматривается способность целлюлозы к гидролизу и пути использования продуктов гидролиза:
Древесина → целлюлоза→сульфитные щелока→этиловый спирт
↓ (бумага) ↓
глюкоза→этиловый спирт белки
Обращая внимание учащихся на наличие в структурных звеньях макромолекул трех гидроксогрупп, докладчики говорят о возможности получения из крахмала и целлюлозы простых и сложных эфиров при действии кислот. Записываются уравнения реакций образования нитрата и ацетата целлюлозы. Демонстрируется на видео горючесть и растворимость этих эфиров. Затем показывается возможность применения целлюлозы в производстве естественных и искусственных волокон. Определяя пути получения волокон, дается их классификация, описываются свойства материалов и области их применения.
В завершение урока “учителя” проводят анализ всех выступлений и работы на уроке тех учеников, кто не принимал участие в подготовке сообщений. За работу на уроках самоуправления и подготовку к нему они выставляют в дневники оценки, которые подтверждаются подписью преподавателя химии. Последний, в свою очередь, проставляет оценки и “учителям” после коллективного обсуждения урока. На основе всех полученных материалов создается стенд, посвященный этому мероприятию.