Урок биологии по теме "Фотосинтез". 10-й класс (с использованием информационных технологий)

Разделы: Биология

Класс: 10

Учебник: А.А. Каменский, Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник «Общая биология. 10-11 классы». – М.: «Дрофа», 2005.

Цель урока: изучить механизм и значение процесса фотосинтеза.

Задачи:

образовательные:

  • расширить и углубить представление о воздушном питании растений,
  • раскрыть сущность процесса фотосинтеза,
  • подробно изучить химизм и механизм световой и темновой фаз фотосинтеза,
  • рассмотреть значение фотосинтеза в природе и жизни человека;

развивающие:

  • развивать умение извлекать информацию из текста и иллюстраций, выполнять анализ и сравнение, установление причинно-следственных связей,
  • формировать навык самостоятельной работы с текстом учебника,
  • продолжить работу по формированию научного мировоззрения на основании интегративного подхода к изучаемой проблеме;

воспитательные:

  • способствовать воспитанию любознательности, формированию познавательного интереса к изучаемой теме и предмету в целом,
  • осуществлять экологическое воспитание,
  • продемонстрировать возможность практического применения знаний для сохранения здоровья людей.

Тип урока: комбинированный интегрированный (биология + химия + физика).

Продолжительность: 45 мин.

Оборудование: учебник «Общая биология. 10-11 класс»/ А.А. Каменский, Е.А. Криксунов, В.В. Пасечник. – М.: Дрофа, 2005; CD-ROМ «Виртуальная школа Кирилла и Мефодия. Уроки биологии. Общая биология, 10 класс»; компьютер, мультимедийный проектор, экран (или интерактивная доска); презентация к уроку; магнитная доска, магнитные модели электронов и протонов, цветные маркеры для доски, цветной мел; материалы для практического задания (отростки комнатных растений, горшочки с почвой, стакан с водой, шпатели, влажные салфетки); рабочие листы, канцелярские принадлежности у учащихся (ручка, карандаш, ластик).

Структура урока:

  1. Организационный момент – 1 мин.
  2. Актуализация прежних знаний – 10 мин.
  3. Изучение нового материала (с поэтапным закреплением) – 20 мин (+ 10 мин).
  4. Домашнее задание – 2 мин.
  5. Итог урока – 2 мин.

Ход урока

(презентация к уроку представлена в Приложении 1)

I. Организационный момент

(Слайд 1)

Приветствие, проверка готовности к уроку, позитивный настрой на работу.

II. Актуализация прежних знаний

1) Подведение к теме (формулирование эвристического вопроса на основании рассказа учителя об опыте учёного).

Ребята, биологию вы изучаете с шестого класса и за это время научились объяснять суть многих процессов и явлений, происходящих в природе. Но давайте мысленно перенесёмся лет на четыреста назад, в 1600 год. Именно тогда бельгийский естествоиспытатель Ян Ван-Гельмонт решил узнать, благодаря чему растёт растение. Для этого он поставил опыт: посадил побег ивы в кадку с землёй, предварительно взвесив побег и землю. В течение пяти лет он поливал растение чистой дождевой водой, не содержащей минеральных солей. Взвесив иву, через пять лет, ученый обнаружил, что её вес увеличился на 65 килограммов, а вес земли в горшке уменьшился всего на 50 граммов. Откуда растение добыло 64 кг 950 г питательных веществ?

  • Предположите, как исследователь объяснил результаты опыта? (Выслушать варианты ответов учащихся). Ван-Гельмонт решил, что всё дело в поглощённой растением воде. Так возникла водная теория питания растений.

Результаты проведённого опыта очень заинтересовали других учёных, а вот объяснение, предложенное Ван-Гельмонтом, их совсем не устроило. И начался активный поиск ответа на поставленный вопрос.

Возвращаемся в XXI век.

  • Как вы объясните результаты опыта? Чего не учёл бельгийский естествоиспытатель? (Выслушать варианты ответов учащихся).

Исследователь не учёл возможности воздушного питания растений, т.е. существование процесса фотосинтеза. Детальному изучению данного процесса мы посвятим сегодняшний урок, тема которого так и звучит: «Фотосинтез» (запись темы урока). (Слайд 2).

Для работы на уроке мы будем использовать рабочие листы, которые имеются у каждого из вас на парте. Часть предложенных заданий выполним на уроке, остальные – дома для закрепления материала. В верней колонке вы самостоятельно отмечаете любым значком (например, галочкой) данные вами правильные устные ответы. Чем больше галочек наберёте, тем выше будет оценка за урок.

2) Исходные вещества и продукты фотосинтеза (работа с иллюстрациями и описанием опытов с последующей беседой).

Знакомиться с процессом фотосинтеза вы начали ещё в начальной школе, а более подробно изучать – в курсе биологии шестого класса. Как вы тогда объясняли, что такое фотосинтез? (Слайд 3).

(Предполагаемые ответы:

Фотосинтез – это процесс образования кислорода зелёными растениями на свету.
Фотосинтез – это образование на свету в листьях из углекислого газа и воды органических соединений (определение, данное в 70-е годы XIX столетия К.А. Тимирязевым).

Что является самым важным в процессе фотосинтеза? (Ответ: образование органических веществ из неорганических).

Задание 1 в рабочих листах (на установление соответствия). Рассмотрите имеющиеся иллюстрации опытов или их описание. Подумайте и ответьте на вопрос, что доказывает каждый из предложенных опытов?

п/п Опыты Что доказывает
1 Опыт Джозефа Пристли(с мышонком) Выделение растениями кислорода, необходимого для дыхания живых организмов.
2 Опыт с лучинкой Зелёные растения выделяют кислород только на свету.
3 Опыт с окаймлённой геранью Органические вещества образуются только при наличии хлорофилла.
4 Опыт со щёлочью под колпаком Необходимость углекислого газа для фотосинтеза.
5 Опыт с надписью на листе герани Образование крахмала в листьях на свету.

(Выслушать ответы учащихся после выполнения задания). (Слайды 4, 5).

Давайте ещё раз уточним:

  • Какие вещества необходимы для процесса фотосинтеза? (Ответ: углекислый газ, вода, хлорофилл).
  • Какие вещества образуются в результате данного процесса? (Ответ: углеводы (глюкоза, крахмал) и кислород).
  • При каком условии протекает процесс фотосинтеза? (Ответ: на свету).

3) Фазы фотосинтеза (беседа). (Слайд 6).

  • Что нового о фотосинтезе вы узнали в 9-м классе?

(Ответ: фотосинтез происходит в хлоропластах и включает две последовательные фазы: световую и темновую).

  • Что происходит во время световой фазы?

(Ответ: энергия солнца запасается в виде АТФ. В атмосферу выделяется кислород).

  • Что происходит в темновую фазу?

(Ответ: образование углеводов из углекислого газа и воды за счёт энергии, запасённой в световую фазу).

III. Изучение нового материала (с поэтапным закреплением материала)

1) Сообщение учителя о предстоящей работе.

Итак, на сегодняшний день вам хорошо известна схема:

растение – лист – фотосинтезирующая ткань (паренхима) – клетки – пластиды (хлоропласты) – тилакоиды, содержащие пигмент хлорофилл.

В этих маленьких структурах и происходит один из важнейших процессов в природе – фотосинтез.

Но вы учащиеся 10-го класса, поэтому вам свойственно стремление проникнуть в суть любого процесса и понять его механизм. (Слайд 7). Борис Пастернак писал:

«Во всём мне хочется дойти
До самой сути,
В работе, в поисках пути,
В сердечной смуте.
До сущности протекших дней,
До их причины,
До оснований, до корней,
До сердцевины…»

Чтобы понять механизм процесса фотосинтеза, нам потребуются знания не только биологии, но и химии, и физики. Каждая наука раскрывает свою сторону процесса, но только объединившись, они дают целостную картину мира.

2) Механизм процесса фотосинтеза (рассказ с использованием плаката, магнитных моделей, медиаресурсов, поэтапное закрепление).

а) Световая фаза

Световая фаза – это стадия, для протекания реакций которой требуется поглощение кванта солнечной энергии. В ходе реакций энергия света преобразуется в энергию химических связей.

Молекулы хлорофилла поглощают красные и сине-фиолетовые лучи светового спектра. При этом одни молекулы улавливают свет с длиной волны 700 нм и образуют фотосистему I. Другие молекулы воспринимают волны длиной 680 нм и образуют фотосистему II.

Молекулы хлорофилла фотосистемы I поглощают квант солнечной энергии и переходят в активное состояние. В результате эти молекулы теряют электроны и окисляются. Электроны попадают на наружную мембрану гран и включаются в окислительно-восстановительные реакции.

Молекула хлорофилла стремится закрыть образовавшиеся «электронные дырки». Где же взять электроны? Из фотосистемы II.

Под действием света молекулы хлорофилла фотосистемы II тоже переходят в активное состояние и теряют электроны, которые закрывают «электронные дырки» в фотосистеме I. Но в этом случае «дырки» образуются в фотосистеме II. Чем же их закрыть?

Оказывается, под влиянием электронов, имеющих избыток энергии за счёт фотореакций, происходит процесс фотолиза воды (от лат. «фото» – свет, «лизис» – разложение):

2Н2О → 4Н+ + 4е- + О2 ↑ (под действием энергии света)

  • Что происходит с продуктами реакции фотолиза воды? Кислород выделяется в атмосферу, электроны направляются в фотосистему II и закрывают «электронные дырки». А катионы водорода накапливаются на внутренней поверхности мембраны гран.

Итак, на внешней поверхности мембраны накопились электроны, несущие отрицательный заряд, на внутренней поверхности – катионы водорода, несущие положительный заряд.

  • Вспомните из курса физики, что в таком случае возникает? (Ответ: разность потенциалов).
  • К чему это приводит? Чтобы ответить на этот вопрос, я предлагаю вашему вниманию медиарассказ, сопровождающийся анимационными эффектами. Он не только позволит представить процессы в действии, но и даст ответ на вопрос, что происходит дальше?

(Просмотр озвученного анимационного фрагмента по теме: «Фотосинтез» с электронного приложения «Кирилл и Мефодий», 10 класс)

Вопросы после медиарассказа:

  • К чему приводит возникшая разность потенциалов? (Ответ: к выделению энергии, которая идёт на синтез АТФ).
  • Где происходит синтез АТФ? (Ответ: в каналах мембраны гран).
  • Если обработать хлоропласты каким-либо веществом, повышающим проницаемость мембран для ионов, то молекулы АТФ не синтезируются. Объясните, почему? (Ответ: не возникает разности потенциалов).
  • Что происходит с катионами водорода? (Ответ: они присоединяют электроны, превращаются в атомы водорода и соединяются с молекулами-переносчиками).

Н+ + е- → Н

Н + НАДФ → НАДФ•Н

Основным переносчиком атомов водорода является вещество НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат). Полученный комплекс богат энергией и будет играть роль восстановителя в реакциях темновой фазы.

Упражнение «Закончите фразу» (выполнение задания 2 в рабочих листах).

Таким образом, во время световой фазы фотосинтеза происходит:

  • процесс разложения воды под действием энергии солнечного света, т.е. … (фотолиз воды);
  • выделение в окружающую среду побочного продукта фотосинтеза – … (кислорода);
  • преобразование энергии света в … (химическую энергию АТФ и НАДФ•Н).

б) Темновая фаза (самостоятельная работа с учебником (с. 91), анализ прочитанного материала). (Слайд 8).

Темновая фаза представляет собой процесс превращения углекислого газа в глюкозу и протекает в строме хлоропласта. Последовательность происходящих при этом окислительно-восстановительных реакций была впервые описана учёным Кальвином и получила название цикла Кальвина. Восстановителем в большинстве реакций является водород, доставляемый НАДФ•Н. Каждая реакция в цикле Кальвина идёт при участии своего фермента за счёт энергии АТФ, запасённой в световую фазу фотосинтеза.

Выполните задание 3 в рабочих листах.

Итоговое уравнение фотосинтеза: 6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + 6О2 ↑. (Слайд 8, по щелчку).

3) Значение фотосинтеза (анализ высказываний учёных, самостоятельная работа с учебником с последующей беседой).

О фотосинтезе можно говорить не только на уроках биологии и химии. Если по-настоящему любить природу, можно описать этот процесс красивым литературным языком. Послушайте выдержку из работы К.А. Тимирязева (предложить учащимся закрыть глаза и мысленно нарисовать картинку к тексту).

«Когда-то, где-то на Землю упал луч солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зелёную былинку пшеничного ростка, или, лучше сказать, на хлорофилловое зерно. Ударяясь о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез… В той или другой форме он вошёл в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы. Этот луч солнца согревает нас. Он приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем сознании».

  • Как вы думаете, почему К.А. Тимирязев считал, что растениям в нашей жизни принадлежит космическая роль?

Основным источником тепла и света является космическое тело – Солнце. А зелёные растения – единственные организмы на нашей планете, которые способны усваивать солнечную энергию и переводить её в химическую энергию органических веществ.

Изобретатель паровоза Стефенсон как-то задал вопрос своему приятелю: «Что движет проходящий перед нами поезд?» «Конечно, твое изобретение», –ответил его друг. «Нет, – сказал Стефенсон, – его движет тот солнечный луч, который сотни миллионов лет назад поглотило зеленое растение».

  • Какую ещё роль играет фотосинтез? Чтобы ответить на этот вопрос, обратитесь к тексту учебника на с.91 (с последнего абзаца). Выполните задание 4 в рабочих листах.

Проверка правильности выполнения задания 4). (Слайд 9).

Значение фотосинтеза

  1. Ежегодно на планете образуется 150 млн тонн органического вещества.
  2. В атмосферу ежегодно выделяется 200 млн тонн кислорода, который необходим для всех живых организмов.
  3. Из кислорода в верхних слоях атмосферы образуется озон, который защищает всё живое на Земле от губительного действия УФ-лучей.
  4. Фотосинтез регулирует содержание углекислого газа в атмосфере.
  • Теперь как квалифицированные специалисты по вопросам фотосинтеза ответьте на вопрос: почему в школах должно уделяться большое внимание вопросам озеленения кабинетов?

(Ответ: так как зелёные растения регулируют содержание кислорода и углекислого газа в воздухе, улучшают микроклимат и просто радуют глаз, напоминая, что вслед за холодной зимой обязательно наступит тёплая весна). Всё это способствует сохранению здоровья работников школы и учащихся. (Слайд 10).

Хорошо, когда за добрыми мыслями следуют полезные дела. Для сохранения нашего здоровья и улучшения настроения, я предлагаю вам пополнить кабинет новыми комнатными растениями.

(Практическое задание: трое учащихся сажают в цветочные горшки 3 комнатных растения. Звучит плавная музыка).

Выполнение заданий 5, 6 в рабочих листах (или эти задания можно предложить в качестве домашней работы).

Одной из важных задач образования на современном этапе является подготовка учащихся к сдаче ЕГЭ. Поэтому для проверки усвоения материала используем тестовую форму контроля. (Учащимся предлагается выполнить 9 тестовых заданий). (Ответы на слайде 11).

IV. Домашнее задание

(представлено в рабочих листах).

§ 24, выучить теоретический материал по теме «Фотосинтез».

  • На какой вопрос мы сегодня ответили только на уровне 6-го класса, но так и не ответили на уровне 10-го класса? (Ответ: что такое фотосинтез?) Вашим домашним заданием будет сформулировать определение понятия фотосинтез на основании всего изученного материала.

V. Итог урока.

Подведение итогов урока. Оценки за урок. (Слайд 12).

Спасибо за внимание!

Рабочий лист – Приложение 2, ответы на задания в рабочих листах – Приложение 3.