"Классификация углеводов. Глюкоза". Методическая разработка урока

Пояснительная записка

На момент проведения урока учащиеся уже познакомились с основными классами органических соединений, со свойствами некоторых функциональных групп. Проблема, рассматриваемая на уроке актуальна для учащихся: с углеводами они уже знакомы из курса биологии и жизненного опыта. Вопрос строения и свойств молекулы глюкозы достаточно сложен, но вполне по силам для учеников 10-го класса. Поэтому форма урока выбрана не случайно. В настоящее время перед учительством стоит очень сложная, невероятно трудная задача – подготовить или хотя бы создать все условия для подготовки творчески активной личности, заинтересованной в самостоятельном познании. Поток информации, буквально обрушивающийся на головы детей сейчас столь велик и многогранен, что роль учителя – не столько донести знания до ребенка, сколько помочь ему разобраться в этой массе информации, научиться её классифицировать и ею пользоваться.

В рамках заданной программой обучения общей цели, урок-исследование, как и многие другие уроки, преследует вполне понятную цель: поднять интерес учащихся к учению, повысить эффективность обучения, сформировать умение самостоятельно находить решение поставленной проблемы, доказывать свое мнение. Учитель должен организовать самостоятельную работу учащихся по овладению материалом темы и практическому закреплению теоретических знаний. Для успешной организации совместного поиска истины к уроку готовится раздаточный материал: технологические карты (Приложение 1), опорные конспекты (Приложение 2), инструктивные карты для лабораторного практикума (Приложение 3). Урок снабжен компьютерной (Приложение).

В самостоятельной работе по предложенной теме учащиеся используют “План работы на уроке”.

Урок ведет учитель, он ставит задачи, создает проблемную ситуацию, предлагает вопросы к обсуждению, порой провоцирующего характера. Все это не позволяет учащимся отклониться от проблемы. В конце урока совместно с учащимися подводим итог совместной деятельности.

Цели урока:

• Активизировать познавательную активность учащихся;
• Обсудить значимость углеводов в природе и жизни человека, подвести учащихся к осознанию практической значимости химических знаний в человеческой жизни;
• Создать условия для развития самостоятельности, реализации творческой активности, умения самостоятельно находить решение поставленной проблемы;
• Продолжить воспитание навыков самостоятельной и совместной с товарищами работы, дисциплинированности, ответственности.

Оборудование:

• Выставка “Углеводы в нашей жизни” (готовится заранее творческой группой учащихся). Выставка включает в себя фрукты и овощи, красиво разложенные на плетеных из дерева вазах и подносах, хлеб, букет из колосьев пшеницы, сахарницу с кусочками сахара, баночку мёда, пакеты соков из магазина, объемную модель молекулы Д Н К и т.п.
• Таблицы “Классификация углеводов”, “Связь между потреблением сахаров и развитием кариеса у населения” и “Биологические функции углеводов”;
• Технологические карты;
• Опорные конспекты;
• Набор реактивов и оборудования для проведения лабораторной работы.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Мотивационно-ориентационный

Вводное слово учителя.

Учитель: На доске вы видите план работы на сегодняшнем уроке. Это план проведения исследования.

Когда-то великий химик Вильгельм Фридрих Оствальд пошутил: “Я сделал важное открытие. Советую вам воспользоваться им в тех случаях, когда вы беретесь за дело, имея мало шансов на успех… В такой ситуации самое лучшее – громогласно похвастать, что вы намерены совершить это дело в кратчайший срок…”

Конечно, это шутка! На самом деле разговор идет о том, какими качествами должен обладать ученый, исследователь.

Внутренняя свобода – и дисциплинированность; интерес ко всему на свете – и умение сосредоточиться на одном, жертвуя любыми увлечениями. Уверенность в своих силах, но и чувство юмора, не позволяющее чересчур серьёзно относиться к собственным достижениям.

Трудно? Да! Конечно! Но наш девиз сегодня:

“Дело или занятие, не содержащее трудностей, не достойно ума человека” (У. Ченнинг)

Тема нашего с вами исследования: “Классификация углеводов. Глюкоза” (Тема урока записана на доске).

С чего начинается любое исследование? Конечно, со сбора фактов.

Какие же факты мы можем получить из истории?

“Пугачев бежал по берегу Волги. Тут он встретил немецкого астронома Георга Ловица, спросил, что за человек. Услыша, что Ловиц наблюдал течение светил небесных, он велел его повесить ближе к звездам” (А.С. Пушкин. “История Пугачева”). Вместе с Георгом Ловицем по России 1773 года путешествовал его сын Товий Ловиц, в будущем видный российский ученый. Шестнадцатилетний Ловиц чудом избежал гибели. Через 19 лет он открыл фруктозу – один из углеводов.

Что же это за вещества такие – углеводы?
Обратимся еще раз к истории и литературе.

“Боже ты мой, каких на свете нет кушаньев!
Станешь есть – объеденье да и полно
Сладость неописанная!”
(Н.В. Гоголь “Вечера на хуторе близ Диканьки”)
“Ешь ты сладко каждый день”
(А.С. Пушкин)

Пушкин имел в виду императора Александра I. И это не случайно. Это сейчас сахар – постоянный спутник нашего стола, без которого гостей не накормишь, да и самим чашки чая не выпьешь. Было время, когда сахар считали дорогим лекарством и покупали в аптеках по той же цене, что и серебро. В России сахар появился в 1273 году (первое упоминание о кристаллическом сахаре, ввозимом с заморскими товарами, относится ко времени правления великого князя Василия Ярославича), а в Европе – в 1747 году. Спрос на сахар сильно возрос с середины XVII века, когда в России начали употреблять чай, быстро ставший национальным напитком. В 1718 году указом Петра I купцу Верстову было поручено строительство первой в России “сахарной мануфактуры”.

Сейчас трудно себе представить, что почти до XIX века единственным сладким кушаньем был мед. 23 века назад воины Александра Македонского вступили на землю Индии, и среди прочих чудес этого края открыли для себя сахар (его называли индийской солью, каменным медом). Древняя индийская легенда повествует, что однажды Бог Ишвар подарил радже Субандье – правителю Бенареса – маленькое семечко, из которого вырос сахарный тростник. Из него люди стали добывать сладкий сок для еды.

О том, какой диковиной был сахар, красноречиво повествует рисунок, сделанный в середине XIX века возле знаменитого в Лондоне бакалейного магазина. Один только вид бочки с сахаром заставлял уличных мальчишек, позабыв все на свете, бросаться к заветной сладости в надежде отхватить кусочек.

Почему же люди такие сластены?

Ответить на этот вопрос вы сможете, вспомнив биологические функции углеводов (1) энергетическая, углеводы – источник энергии для организма; 2) структурная, углеводы входят в состав оболочек клеток, из них построены опорные ткани растений и т.д.; 3) запасающая, эту функцию выполняют крахмал, гликоген; 4) защитная, эту функцию выполняют слизи).

Работа с диаграммой “Биологические функции углеводов” (Приложение 4).

Где наиболее часто встречаются сахара? Чтобы вам легче было ответить на этот вопрос, я процитирую слова К. А. Тимирязева.

“Когда-то где-то на Землю упал луч Солнца… В той или иной форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы… Он приводит нас в движение. Быть может в эту минуту он играет в нашем мозгу…”

Единственные живые организмы, которые способны самостоятельно синтезировать сахара из неорганических веществ – зеленые растения. В начале XIX века ученые, такие как профессор Тюбингенского университета фон Моль, раздраженно критиковали книгу Юстуса Либиха:

“Оказывается уже не земле растительный мир обязан своим питанием, нет, растения питаются воздухом, водой и так называемыми питательными солями, которые они разыскивают в почве!”

Совместно с учащимися приходим к выводу о значении фотосинтеза для самого существования жизни на Земле. В настоящее время мы точно знаем, что зеленые растения из углекислого газа и воды на свету в присутствии хлорофилла фотосинтезируют органические вещества (глюкозу) (Работа с опорным конспектом):

Мы, как и другие гетеротрофные организмы, можем только использовать энергию, запасенную растениями. Любая травинка более самостоятельна, чем каждый из нас!

III. Операционно-исполнительный

Известно, что Шмидт назвал сахара углеводами. Как вы думаете, почему?

Ребята вспоминают, что при удалении из древесины, бумаги воды (например, воздействием серной кислотой) остается уголь. Действительно, многие углеводы имеют формулу C_n(H₂O)_n.

Демонстрируется опыт 1. Обугливание органических веществ концентрированной серной кислотой.

C_n(H₂O)_n + H₂SO₄ (концентрированная) = n C + H₂SO₄ • n H₂O

Сколько же на свете сахаров?

Очень много. Углеводы – самый обширный класс органических веществ. Особенно широко распространены в растительном мире – они составляют 80% сухой массы растений.

Большой класс углеводов делится на две группы: простые и сложные. Простые сахара не способны подвергаться гидролизу, а сложные при гидролизе образуют несколько молекул простых сахаров. Есть еще одна классификация сахаров: все углеводы можно разделить на сахароподобные (их физические свойства подобны свойствам сахара) и несахароподобные.

Работа с таблицей “Классификация углеводов” (Приложение 5).

Рассмотрим некоторые углеводы подробнее (работа с выставкой “Углеводы в нашей жизни”, подготовленной творческой группой учащихся).

• Глюкоза – самый распространенный природный моносахарид. В чистом виде содержится в виноградном соке, поэтому ранее называлась “виноградным сахаром”. Открыта в 1802 году лондонским врачом Уильямом Праутом. В 1819 году Анри Бракконо получил глюкозу из древесных опилок.
• Фруктоза – изомер глюкозы, содержащий кетонную группу вместо альдегидной. В свободном виде содержится в пчелином меде. Открыл её в 1792 году Товий Егорович Ловиц, заведующий главной аптекой Петербурга.
• Рибоза – природа выбрала этот углевод в качестве компонента нуклеиновых кислот, А Т Ф, А Д Ф, Н А Д.
• Сахароза – обычный сахар, с которым мы пьем чай. В 1811 году его получил из крахмала Константин Сигизмундович Кирхгоф.
• Мальтоза – солодовый сахар, содержится в солоде, в проросшем зерне.
• Целлюлоза – основной компонент древесины, бумаги.

В начале XIX века ученые установили формулу глюкозы С₆Н₁₂О₆.

Предположите химическое строение глюкозы.

Учащиеся делают предположения:

1. Глюкоза – кислородосодержащее органическое соединение, следовательно, может содержать такие функциональные группы, как спиртовая, альдегидная, кетонная, кислотная.
2. Чтобы доказать наличие или отсутствие этих групп в молекуле глюкозы надо провести качественные реакции (вспоминаем качественные реакции на перечисленные функциональные группы).

Демонстрационный опыт 2. Качественные реакции на группы –ОН, -СОН, -СООН.

Делаем вывод: в молекуле глюкозы присутствуют 1 альдегидная группа и 5 спиртовых групп.

Работа с опорным конспектом:

• Определение углеводов с научной точки зрения;
• Поиск ответа на вопрос: “Как называются вещества с несколькими функциональными группами и почему?”
• Предположение, какие физические свойства будет проявлять глюкоза и другие углеводы.

Глюкоза – бесцветное кристаллическое вещество с температурой плавления +146?С, хорошо растворимая в воде, сладкая на вкус. Растворы глюкозы оптически активны (имеют 8 пар антиподов). Другие углеводы могут быть сладкими, безвкусными, даже горькими. Сладкие углеводы существенно отличаются друг от друга по интенсивности вкуса (работа с таблицей “Относительная сладость некоторых углеводов и пищевых усластителей” (Приложение 6)).

Почему больным, которым нельзя есть много сахара, врачи рекомендуют использовать в пищу мёд? Мёд содержит фруктозу, а она слаще сахара, человек, используя мёд, потребляет меньше углеводов.

Почему молоко на вкус не сладкое, хотя и содержит много лактозы? По шкале сладости лактоза – один из самых несладких углеводов.

Вопреки распространенному мнению не существует прямых доказательств вредности потребления больших количеств сахара, и пища, обогащенная углеводами, сама по себе не вызывает ни диабета, ни гипогликемии, ни ожирения.

А вот связь между потреблением сахара и кариесом зубов для многих ученых очевидна. На гистограмме (Приложение 7) хорошо видно, что количество потребляемого сахара прямо пропорционально % разрушения зубов.

Как вы думаете, почему сахар может провоцировать развитие кариеса? Углеводы легко окисляются в полости рта до кислоты, а уж кислота разрушает эмаль зубов.

Наконец-то мы подошли к рассмотрению химических свойств углеводов. Обратимся к опорному конспекту.

Углеводы – органические вещества со смешанными функциями. Альдегидная группа в составе их молекулы обуславливает свойства альдегидов. Пять спиртовых групп обуславливают свойства многоатомных спиртов.

На столе вы видите вазу с фруктами. Давайте проверим, действительно ли в этих плодах содержится глюкоза?

Лабораторная работа. Качественные реакции на глюкозу (Инструктивная карта к лабораторной работе, (Приложение 3)).

Пользуясь инструкцией к лабораторному практикуму, докажите наличие глюкозы в виноградной ягоде, яблочном и виноградном соках, других фруктах или их соках (можно использовать капустный, грушевый и многие другие соки; очень хорошо идут химические реакции с мёдом).

А) Доказательство многоатомности (реакция с Cu(OH)₂ при встряхивании);
Б) Доказательство наличия альдегидной группы:

• Реакция с Cu(OH)₂ при нагревании;
• Реакция “серебряного зеркала”.

В связи с рассмотрением химических свойств глюкозы интересно вспомнить эпизод из романа Валентина Пикуля “Нечистая сила”, где идет речь о неудачной попытке отравления Распутина в 1916 году.

“Лазоверт со скрипом натянул резиновые перчатки, растер в порошок кристаллы цианистого калия… Доктор щедро и густо насыщал внутренность пирожных страшным ядом.

…Распутин с неохотой съел пирожное с ядом. Понравилось – потянулся за вторым. Юсупов внутренне напрягся, готовый увидеть перед собой труп. Но Распутин спокойно доедал восьмой птифур…

Яд беспомощен! Гришка выпил и сожрал все, что отравлено. Но только рыгает и появилось сильное слюнотечение…”

Герои Пикуля решили, что Григорий Распутин и впрямь святой или заговоренный. Однако это не так.

Распутина спасло то, что доктор не знал, что люди с давних времен при опасности отравления цианидами держали за щекой кусочек сахара. А в 1915 году немецкие ученые Рупп и Гольце обнаружили, что, как и всякий альдегид, глюкоза взаимодействует с цианидами и циановодородом с образованием нетоксичного циангидрина:

IV. Рефлексивно-оценочный

1. Работа с технологической картой;
2. Тестирование;
3. Заполнение анкеты.

V. Домашнее задание

• Пользуясь учебником и опорным конспектом, подготовиться дать характеристику классу углеводов и глюкозе.
• Творческое задание. Составьте схему (таблицу, диаграмму, комикс) применения глюкозы в повседневной жизни человека и в промышленности.

Литература

1. Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Карцова А.А. Органическая химия. 10 класс. – М.: Просвещение, 2002.
2. Габриелян О.С., Остроумов И.Г. Настольная книга учителя химии. 10 класс. – М.: Блик-плюс, 2001.
3. Грузинов Е.В. Сахар, который мы едим. – Химия: еженедельное приложение к газете “Первое сентября” – №20 – 1996.
4. Книга для чтения по химии, ч. II – Составители К.Я. Парменов, Л.М. Сморгонский и Л.А. Цветков – 2-е изд. перераб.- Государственное учебно-педагогическое издательство министерства просвещения РСФСР – Москва, 1956.
5. Общая биология: Учебник для 10-11 кл. с углубленным изучением биологии в шк./ Л.В. Высоцкая, С.М. Глаголев, Г.М. Дымшиц и др.; Под редакцией В.К. Шумного и др. – 3-е изд., перераб.- М.: Просвещение, 2001. – 462 с.: ил. – стр.30-35.
6. Потапов В.М. Органическая химия: Пособие для учителя. – 3-е издание, перераб. – М.: Просвещение, 1983.
7. Цветков Л.А. Органическая химия: Учеб. для 10 кл. сред. шк. – М.: Просвещение, 1998.