Интегрированный урок (биология + химия + математика + география + физика + информатика) по теме "Каменный уголь - богатство Кузбасса"

Ход урока

(Приложение 1, сл.1.)

Зал оформлен в соответствии с тематикой конференции: эпиграфы, газеты; интерактивный комплекс; столы для работы участников конференции и экспертов.

Ведущий. Сегодня мы проводим необычный урок – интегрированный урок-конференцию (данное вступление сопровождается презентацией). Конференция – это собрание, совещание представителей определенной или разных профессий (Приложение 1, сл.2.); интегрированный, т.е. межпредметный урок-конференция – это собрание специалистов разных профилей, рассматривающих с разных позиций какой-либо предмет, объект или явление (Приложение 6).

Так как на конференциях выступают с докладами и сообщениями, то доклады – это основа сегодняшнего урока. Особенность его еще и в том, что все сообщения ребята готовили самостоятельно или под руководством педагогов заранее.

Базой для такой работы служит дополнительная литература – научно-популярные издания, журналы и Интернет.

(Приложение 1, Сл.3). Цель урока перспективная: формирование целостной картины окружающего мира, с точки зрения естественных наук с применением математических способов обработки информации и использование ИКТ для поиска и представления информационного продукта.

Цель урока актуальная: систематизация знаний о каменном угле

Задачи урока состоят в развитии различных общеучебных умений и навыков (они представлены на слайде) по работе с информацией: (Приложение 1, сл.4.)

• осмысленный поиск новой информации;
• анализ текстов и отделение важной информации от второстепенной;
• отбор способов работы с источниками информации (написание сообщений, тезисов, чтение карт, анализ схем и т.д.);
• использование ранее приобретенных знаний, памяти и внимания в процессе работы конференции, а также навыков наблюдателя, лектора, демонстратора и т.д. Приложение 7, Приложение 8, Приложение 9, Приложение 10, Приложение 11 помогут вам зафиксировать основные положения выступлений в виде тезисов.

Оценивать работу участников конференции будет группа экспертов, в которую входят директор школы Жегалова Е.П., Фоминых В.Н. – учитель высшей категории и гость, учитель биологии Озерской ООШ Балахонова Т.В.

А теперь, участники конференции, вспомним известные слова М.Ломоносова: “Богатство России будет прирастать Сибирью”, а одно из главных наших богатств – уголь. Именно поэтому возникла идея рассмотреть с позиций разных естественных наук этот уникальный компонент природы. Кроме того, обратите внимание еще на один эпиграф нашего занятия. Это слова Дистервега: “Лучше рассмотреть один предмет с десяти сторон, чем десять – с одной стороны”. Конференция позволит из отдельных фрагментов (ведущий раздаёт фрагменты неизвестной мозаики) знаний собрать целостную картину. Основные тезисы выступлений помечайте в сводной таблице, которая вам предложена (Приложение 1, сл. 5).

Итак, каменный уголь. Кому и почему надо предоставить слово первым?

Примерное содержание выступления

Образование каменного угля (Приложение 2 – Презентацию пожно просмотреть, связавшись с автором статьи.)

Есть много причин оскудения морской жизни в каменноугольный период. В геологической летописи есть и “ черные сланцы”, отмечающие повсеместное кислородное голодание в океане, и следы крупных осушений морей, и начало общего похолодание климата.

Как известно, “у природы нет плохой погоды”, а потом наземная растительность процветала (Приложение 2, слайд 2). Евразия была покрыта лесами из огромных деревьев – плауновидных лепидодендронов, а также кордантов – высоких деревьев (Приложение 2, слайд 3). Лепидодендроны – чешуедревы, деревья высотой 3 м. В горных породах и в пластах каменного угля можно найти отпечатки коры и листьев этого растения (Приложение 2, слайд 4). Это были деревья с липой шиловидных листьев наверху, сидящих на стволе спирально. Нижние листья постепенно отпадали и оставляли ромбические следы. Поэтому весь ствол напоминал вафлю (Приложение 2, слайд 5). Потомок мощного дерева лепидодендрона – наш современный плаун – выродился в малозаметное, стелющееся по земле растение.

Другим потомком вымерших древних растений является полевой хвощ. Он часто встречается на полях с плохой почвой, на обрывах, около канав и дорог. Высота его 15–30 см., а предки хвоща – каламиты были огромные деревья, высотой 20–30 м, с ветвистыми и ребристыми стволами.

Большие пространства в этот период на земном шаре занимали папоротники семейства марратиевые. Их стройные колонновидные стволы, увенчанные кроной из огромных перистых листьев, возвышались над землей на 10 -15м. Как же происходило образование из них каменного угля (Приложение 2, слайд 6).

Этапы образования каменного угля

1. Каменноугольные леса росли настолько быстро и буйно, что все мертвые растения не успевали сгнить. В каменноугольных болотах слои отмерших останков растений образовывали залежи торфа, который затем спрессовывался и превращался в каменный уголь.
2. Море наступало на сушу, образуя отложения из останков морских организмов и слоев ила, которые потом превращались в глинистые сланцы.
3. Море отступало, и реки наносили поверх сланцев песок из которого формировался песчаник.
4. Местность становилась более заболоченной, и сверху откладывался ил, пригодный для образования глинистого песчаника.
5. Лес вновь вырастал, образуя новый угольный пласт. Такое чередования угля, глинистого сланца и песчаника называется угленосной толщей.

Уголь накапливался на обширных прибрежных мелководьях, в дельтах огромных рек, где морские воды встречались и смешивались с пресными водами.

Здесь угленосные отложения содержат остатки пресноводных ракушек и наземных позвоночных животных, как в Кузбассе. Моря заливали низкие окраины континентов. Одно из них занимало весь нынешний Кузбасс. (Приложение 2, слайд 7).

В конце карбона море отступило. Наступало осушение и иссушение пермского периода. А о расположении основных каменугольных запасах пусть расскажут географы.

(Презентация биологов см. Приложение 2, “Биология”)

– биологи, вручаю вам фрагмент мозаики, которая сложится у нас к концу конференции в единую картину, отражающую заявленную тему.

– Спасибо. Участники конференции делают последние пометки в своих тезисах. Представитель биологов прикрепите, пожалуйста, свой фрагмент мозаики на доску.

– Биологи передали слово географам. Пожалуйста.

Примерное содержание выступления

Угольные бассейны мира, России. Кузбасс

Уголь имеет осадочное происхождение и сопутствует чехлу древних платформ. На земном шаре известно более 3,6 тыс. угольных бассейнов и месторождений, которые занимают 15% территории земной суши (Приложение 3, слайд 1). Угольные месторождения одного геологического возраста нередко образуют пояса угленакопления, протягивающиеся на тысячи километров. Основная часть угольных ресурсов приходится на северное полушарие – Азию, Северную Америку, Европу и сконцентрированы в десяти крупных бассейнах. (Приложение 3, слайд 2).

Открытых залежей угля по современным темпам потребления хватит на 500–800 лет.

Среди стран мира по залежам угля первое место занимает США(23% мировых запасов), на втором месте – Россия (13%), на третьем – Китай (11%). (Приложение 3, слайд 3). Первое место по добыче угля занимает Китай, за ним следуют США, Индия, Австралия и Россия. (Приложение 3, слайд 4).

На территории России расположено 13 % мировых запасов угля. Имеются угли различного типа: антрациты, бурые и коксующиеся. Угольные ресурсы размещаются по территории страны неравномерно. На долю восточных районов приходится 93 %, г на европейскую часть – 7 % всех запасов страны.

Самые крупные каменноугольные бассейны России: Кузнецкий (725 млрд.т; крупнейший по объему добычи), Тунгусский(2345млрд.т), Ленский(1643 млрд.т), Иркутский (76 млрд.т), Южно-Якутский (23 млрд. т), Печорский(214 млрд.т), Российский Донбасс(40 млрд.т). (Приложение 3, слайд 5) (показ по карте ).

Среди буроугольных бассейнов выделяются Ленский, Канско-Ачинский, Тунгусский, Кузнецкий, Таймырский, Подмосковный. (Приложение 3, слайд 6) (показ по карте).

Кузнецкий угольный бассейн (Кузбасс) является одним из самых крупных угольных месторождений мира, расположен на юге Западной Сибири, в основном на территории Кемеровской области, в неглубокой котловине между горными массивами Кузнецкого Алатау, Горной Шории и невысоким Салаирским кряжем. В настоящее время наименование "Кузбасс" является вторым названием Кемеровской области. (Приложение 3, слайд 7) (показ по слайду).

Первые попытки добычи угля в Кузбассе для промышленных целей относятся к концу XVIII столетия. Но регулярная добыча началась лишь в середине XIX века.

Площадь бассейна составляет 70 тыс. км². Балансовые запасы угля составляют 750 млрд. т. Угли залегают на глубине от 300 до 600 м. Мощность пластов достигает 6–14 м, а в ряде мест – 25 м. Углеобразование Кузнецкого бассейна происходило 280–235 миллионов лет назад.

Добыча идет как открытым, так и закрытым способом. Максимальная глубина угольных шахт не превышает 500 м (средняя глубина около 200 м). Средняя мощность разрабатываемых угольных пластов 2,1 м. (Приложение 3, слайд 8)

Обратите внимание на слайд. (Приложение 3, слайд 9). По структурно-тектоническим особенностям и запасам угля в бассейне выделены 25 геолого-экономических районов, из которых промышленно освоены 15.

Сегодня Кузбасс обеспечивает для России 52,3% всей добычи угля и 83,3 % – углей коксующихся марок.

В бассейне эксплуатируются 58 шахт и 36 предприятий открытой добычи (угольных разрезов).

В 2006 г. на территории нашей области добыто174 млн тонн. угля, что на 10 млн. больше запланированного (Приложение 3, слайд 10)

Крупнейшие угольные компании нашей области

• “Кузбасстазрезуголь”
• “Прокопьевскуголь”
• “Распадская”
• “Южкузбасуголь”

Важнейшие угледобывающие предприятия вы видите на слайде

(Приложение 3, слайд 11)

• Бачатский угольный разрез
• Распадская шахта
• Южно-кузбасская ГРЭС
• Томь-Усинская ГРЭС
• СИБПЛАЗ рудник
• Алардинская шахта
• Шевякова шахта
• Черниговский разрез
• Краснобродский разрез

Основная часть Кузнецких углей потребляется в Западной Сибири, на Урале, а также в Европейской части России, за последнее время на 40 % вырос экспорт энергетического угля в основном европейским потребителям (Приложение 3, слайд 12).

Последние годы ознаменованы ростом интереса к углю как к важнейшему источнику энергии.

В отличие от других энергетических ресурсов запасы угля более или менее равномерно распространены по всему миру. Этот факт, помноженный на колоссальные запасы, делает угольный рынок гораздо более стабильным и менее подверженным экономическим и политическим конъюнктурным влияниям, чем нефтяной или газовый (Приложение 3, слайд 13).

(Презентация географов см. Приложение 3, “География”)

– географы, спасибо, вручаю вам следующий фрагмент мозаики, прикрепите его к доске; вы перешли к рассмотрению энергетического значения угля; понятие энергия – прерогатива физиков. Вам слово, физики.

Примерное содержание выступления

Энергетические ресурсы

Почему такое название? Вы знаете, что все тела обладают внутренней энергией. Но не всегда легко эту энергию преобразовать в другие виды энергии или передать другим телам.

Уголь, как один из видов топлива легко передаёт энергию при сгорании. При горении топлива происходят процессы перестройки молекул: изменяются силы взаимодействия между молекулами и характер их движения. Топливо, а значит и уголь, при сгорании выделяет часть своей энергии– которая называется количеством теплоты. Кол-во теплоты выделяющееся при сгорании 1 кг топлива называется удельной теплотой сгорания, обозначается через q, измеряется в Дж/кг; для каменного угля удельная теплота сгорания = 2.7 · 10⁷ Дж/кг, для антрацита 3 · 10⁷ Дж/кг, для древесного угля 3.4 10⁷ Дж/кг.

Для сравнения удельная теплота сгорания сухих дров 1 10⁷ Дж/кг, т.е. если взять одинаковую массу антрацита и сухих дров, то при сгорании угля выделится в три раза больше энергии, чем при сгорании дров.

Уголь, как топливо, используется для получения тепла и электрической энергии.

Уголь характеризуется удельной теплотой сгорания, содержанием углерода и других компонентов, а также плотностью. Если первые две характеристики представлены в таблицах, то о плотности этого сказать нельзя. Поэтому мы решили экспериментально определить плотность угля.

Для вычисления плотности каменного угля, мы использовали обычный набор: весы с разновесами и мензурка с водой. С помощью весов мы определили массу, она равна 36,5 г. С помощью мензурки мы получили объём равный 15 см³. Из формулы плотности вычислили = 2400

– Спасибо, ваш фрагмент мозаики.

– А теперь математики нам докажут, как важно обладать математическими умениями и навыками при изучении любого предмета.

Примерное содержание выступления

Проверка достоверности статистических данных по добычи угля

Учитель: Иногда в книгах печатают непроверенную информацию. Мы столкнулись с этим, когда решили проверить информацию, которая была напечатано в книге “Угольный Кузбасс”. Где для того чтобы подчеркнуть величину труда наших шахтеров было приведено такое сравнение. Сначала разработки Кузнецкого угольного бассейна добыто 6,6 млрд тонн угля и если всю площадь Кемеровской области засыпать добытым углем, то получится гора высотой 300 метров. Египетские пирамиды, признанные одним из величайших чудес света, не выдерживают никакого сравнения с этой величиной. (Приложение 4, слайд 1) Я хочу, чтобы вы сейчас вычислили высоту данной горы, если известно, что площадь Кемеровской области равна 95,7 тыс км². Сейчас Оля будет проводить вычисления на доске, а остальные участники конференции работают в группах, заполняя тезисы по математике. Данные тезисы помогут вам запомнить полученную информацию и применять её при решении других задач. Так как гора представляет из себя пирамиду, а формулу объема

пирамиды вы ещё не изучали вам эта формула будет дана запишите её.

Учитель: Что мы будем брать за площадь основания пирамиды?

Ученик: Мы будем брать площадь Кемеровской области. Значит S = 95,7 тыс км² (95,7*10⁹ м²)

Учитель: Какой физической величиной надо обозначить количество добытого угля.

Ученик: Массой. Она равна 6,6 млрд т (6,6*10¹² кг)

Учитель: Какая физическая формула связывает массу и объем?

Ученик: m =V .

Учитель: (Приложение 4, слайд 2) Т.е. нам понадобится плотность каменного угля. Плотность каменного угля для нас вычислили физики, участники конференции = 2400 кг/м³.

Ученик: Следовательно V= m/. Значит V = 6,6 *10¹²/2400= 0,00275 *10¹²= =2,75 *10⁹ м³

Т.е. h = ==0,086 м=8,6 см (Приложение 4, слайд 3)

Учитель: Значит, мы с вами можем утверждать, что иногда в книгах может присутствовать непроверенная информация.

Учитель: Давайте решим ещё одну задачу. Задана таблица расходования угля по месяцам в Падунской средней общеобразовательной школе за 2007 год

Известно, что в Кузбассе в 2007 году было добыто 175 млн тонн угля за год. На сколько лет хватит добытого за год угля, чтобы отапливать нашу школу? (Приложение 4, слайд 4)

Ученик:

147,9+116,8+109+62,2+15,5+23,3+62,2+109+132,3=778,2 т угля в год расходует наша школа

175 млн т =175*10⁶ т

175*10⁶ / 778,2 =0,225* 10⁶=225000 лет (Приложение 4, слайд 5)

Учитель: Решение данных задач, я думаю еще раз вас убедило о необходимости математических знаний и умений, которые применяются при изучении других предметов.

– спасибо, ваш фрагмент мозаики.

(Презентация см. Приложение 4, “Математика”).

– остались не задействованы химики. О какой особенности угля вы нам расскажите?

Примерное содержание выступления

Особенности химической структуры угля, её использование

Приложение 5, слайд 1. Ископаемый каменный уголь – твердое горючее растительного происхождения. Он используется как для сжигания, так и для переработки в более ценные виды топлива – кокс, жидкое горючее, коксовый газ.

Чем старше уголь, тем больше в нем содержится углерода. Различают 3 вида (обратите внимание на слайд) Приложение 5, слайд 2:

• Антрацит – самый древний (95% С)
• Бурый уголь – 65 – 70% С
• Каменный уголь – 75-90% С

Кроме углерода в каменном угле содержится до 1,7% Н₂ , до 15% О₂, до 4%S, до 1,5% N₂, 12 – 45% летучих веществ, от 4 до 14% (иногда до 40%) влаги, от 2 до 45% золы. Главными составляющими золы являются оксиды Al, Si, Fe, редкие и рассеянные элементы Ga, V, W, Ti и др., а также Au, Ag. (Приложение 5, слайд 3)

Большое количество угля перерабатывается в кокс, идущий на выплавку чугуна. В ХХI веке при переходе на восстановление железных руд оксидом углерода или природным газом (что уже осуществляется у нас на Кузнецком металлургическом комбинате) необходимость в производстве кокса отпадает. Уголь будет перерабатываться в ценное жидкое и газообразное углеводородное сырьё. Для переработки угля применяются различные методы: пиролиз (процессы полукоксования и коксования), газификация и гидрогенизация. (Приложение 5, слайд 4)

Полукоксование низкосортных углей и бурого угля осуществляется при температуре 500-580 С без доступа в печах с внешним обогревом (внимание на слайд). Продуктами полукоксования являются полукокс, смолы и газ. Полукокс (55–75% от исходного продукта) потребляется как местное топливо. Газ, обладая высокой теплотой сгорания, является ценным энергетическим топливом и сырьём для химической промышленности. Он имеет следующий состав, проценты: этилен – 8, оксид углерода – 11,5, водород – 19, предельные углеводороды – 15–50, азот – 5. Производительность процесса по газу достигает до 165-и м³/т. Смола содержит ценные органические соединения – алканы, кислоты, фенолы, пиридиновые основания и масла.

Коксование – наиболее распространенный метод переработки каменного угля. Он осуществляется в коксовых печах при температуре 900-1050 С без доступа воздуха. Продуктами коксования являются твёрдый остаток – кокс и коксовый газ. Для коксования используют угли, способные при 350-450 С переходить в пластичное состояние и образующие прочный кокс, который применяется как восстановитель при выплавке чугуна. Состав продуктов коксования, проценты: кокс– 65–80; смолы – 3–5; сырой бензол – 1; сульфат аммония – 1–2 и коксовый газ – 15–18(340 м³/т). (Приложение 5, слайд 5)

Наряду с пиролизом используется также газификация и гидрогенизация.

Газификация – это процесс обработки нагретого до 1000 С угля смесью воздуха и водяного пара в результате образуется генераторный газ, состоящий в основном из СО, Н₂, небольшого кол-ва СО₂(~ 4%) и N₂. Если при газификации используют смесь кислорода и водяного пара, то получается более концентрированный газ, содержащий 66% СО и 31% Н₂. Генераторный газ применяют в качестве топлива (теплота его сгорания и порядка и 10000 кДж/моль), кроме того, он является ценным сырьём технологии органического синтеза.

(Приложение 5, слайд 6) Гидрогенизация – это процесс прямого получения искусственного жидкого топлива из каменного угля. Метод основан на гидрировании органической части углей водородом под высоким давлением 20-70М Па при температуре 380–550 С (катализаторы – содержащие сульфиды молибдена, соединения железа, хрома и др. элементов). Образуется широкая фракция среднего масла, которую после удаления фенолов вновь подвергают гидрированию в паровой фазе при 400–500 С и высоком давлении, с катализатором. Конечные продукты процесса – бензин и Энергетический газ, содержащий лёгкие углеводороды. (Приложение 5, слайд 7) Разработан метод пиролиза высокосернистых углей в присутствии катализаторов – расплавов солей щелочных металлов. В качестве основного продукта в этом процессе образуется этилен 30–60%. Это один из перспективных методов получения этилена из угля низкого качества. Газификации может подвергаться любое твёрдое топливо – торф, низкосортный уголь, сланцы, отходы древесины. (Приложение 5, слайд 8) На основе переработки продуктов коксования каменного угля, выделение ароматических, непредельных и парафиновых углеводорода, аммиака и водорода в 20 веке появился органический синтез. Коксохимия к концу 21 века станет важнейшей сырьевой отраслью химической промышленности.

– спасибо, химикам, – спасибо, ваш фрагмент мозаики, спасибо всем участникам конференции.

(см. Приложение 5, Презентация “Химия”)

Работа конференции подходит к концу. Пока эксперты готовят заключительную речь, предлагаю провести рефлексию или самоанализ собственной деятельности. Поможет нам это сделать обращение к целям и задачам нашей конференции. Обратите внимание на слайды или тезисы, которые перед вами. Итак, вопрос №1 биологам: зачем была проведена конференция? Значит, вопрос зачем определяет цель деятельности или предполагаемый результат? Он есть? …

Каковы шаги по достижению цели = результата? Вопрос химикам, назовите один из этих шагов. Географы, следующий шаг. Физики – ? Математики – ?

Таким образом, задачи любой деятельности – это шаги по достижению цели.

Из разрозненных фрагментарных знаний различных естественных наук, мы сложили единую картину под названием “Каменный уголь – богатство Кузбасса” (обращение к сложенной мозаике: карта Кемеровской области с надписью “Каменный уголь – богатство Кузбасса”).

Эксперты, ваши оценки групповой и индивидуальной деятельности участников конференции, а также проект решения конференции.

(Примерно) Просмотрев информационный материал, подготовленный группами и прослушав выступления, мы пришли к такому решению:

– работу конференции оценить(признать) ….

– отметить высокое умение публичного выступления …

– ….

– ….

– продолжить практику проведения интегрированных уроков-конференций, а итог данной работы подвести на итоговой научно-практической конференции школьников.