Цель урока: Вырабатывание единой естественнонаучной картины мира; научиться анализировать явления; использовать теоретические знания в проектной деятельности; увеличить области познания учеников.
Оборудование: таблицы органов дыхания насекомых, рыб, земноводных и человека.
Ход урока
- Вступление.
Молекулярно-кинетическая теория – одна из фундаментальных научных теорий утверждающая древнейшую научную идею – идею о дискретности вещества. Она служит основой для объяснения многих физических, химических, биологических явлений, без неё не может обойтись ни одна из естественных наук.
- Молекулярно- кинетическая теория при объяснении биологических явлений (учитель биологии).
Если поразмышлять и представить, что мы, пройдя через заросли осоки, подошли к озеру и ощутили запах цветущих трав, кувшинок, который распространяется благодаря явлению диффузии, обусловленному непрерывным хаотическим движением частиц – молекул окружающего нас воздуха. Вот у самого берега возле стебля тростника повис вниз головой жук- плавунец. Что он высматривает на дне? Возле него расположились какие-то личинки также вниз головой, выставив над водой свои «хвостики».
О насекомых:
Как они дышат? (о роли диффузии в процессах дыхания у насекомых). Конечно, ни жук, ни личинки ничего не рассматривают на дне, они запасаются кислородом. Жук высовывает конец брюшка и, приподняв надкрылья, набирает воздух в дыхальца – отверстия в брюшке (у личинок они находятся в « хвостике»), от них отходят трахеи – трубочки к каждому органу жука. Благодаря диффузии кислород воздуха из трахей проникает в каждую клетку организма жука, а углекислый газ также благодаря диффузии из клеток проникает в трахеи и выводится жуком(таблица «Органы дыхания насекомых»).
О рыбах:
Совсем близко к берегу подплыла рыбка и хорошо видно, как периодически движутся у неё жаберные крышки – так она прогоняет через жаберные щели воду, которая омывает жаберные лепестки ,пронизанные капиллярами. Через их стенки кислород из воды диффундирует в кровь, а из крови в воду диффундирует углекислый газ (таблица «Органы дыхания рыб»).
О земноводных:
Вдруг раздался всплеск, и над водой появилась голова лягушки. Это животное интересно тем, что живёт в воде и не пьёт её, на суше дышит лёгкими и влажной кожей, а в воде - через кожу. Основа этого процесса - та же диффузия.
О человеке:
А как же кислород попадает в организм человека? Проникновение кислорода из воздуха через мембраны лёгочных пузырьков в кровь, а углекислый газ – из крови в воздух происходит так же благодаря диффузии. Альвеолы оплетены сетью капилляров. Стенки альвеол и капилляров очень тонкие, что способствует проникновению через них молекул газа в кровь и обратно (таблица «Органы дыхания человека»).
О растениях:
Как растения пьют воду? (Об осмосе и тургоре) К каждому побегу, к каждому листу растений через корневые волоски из почвы проникает вода. Происходит это тоже благодаря диффузии – хаотическому движению частиц вещества. Оно же обуславливает поступление воды в растение (таблица «Зоны корня»).
- Демонстрация опыта «Диффузия» учителем биологии.
Вспомнить опыт, который вы ви на уроках химии: К раствору медного купороса приливали воду и наблюдали выравнивание концентрации раствора (урок химии).
Чтобы понять, как вода проникает в корневые волоски и создаёт внутриклеточное давление, потребуется мешочек из животного пузыря или плёнка, прилегающая к яичной скорлупе:
- Концентрированный р-р сахара
- Дистиллированная вода
- Животный пузырь или плёнка
- Уровень жидкости, который поднимается через некоторое время
Чтобы ускорить этот опыт (процесс), нужно мешочек опустить в подогретую воду.
- Мол. кинетическая теория при объяснении физических явлений(учитель физики).
Скорость теплового движения частиц вещества зависит от температуры. Эта зависимость выражается формулой : 
RT, где R – постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура, m – масса частиц, v-2 - среднее значение квадрата скорости.
Чем больше скорость молекул воды, тем она быстрее проникает в раствор, который находится в мешочке.
- Молекулярно-кинетическая теория при объяснении химических явлений (учитель химии).
Если бы мешочка, разделяющего раствор и воду, не было, произошло бы постепенное выравнивание концентрированного сахара по всему объёму жидкости вследствие диффузии. Но в данном случае воду от раствора сахара отделяет полунепроницаемая перегородка(мембрана), способная пропускать только молекулы воды и не пропускать молекулы сахара.
- Молекулярно-кинетическая теория при объяснении биологических явлений (учитель биологии).
Обратимся теперь к растительной клетке. Клеточный сок в вакуолях представляет собой водный раствор солей, сахаров и других органических соединений. Цитоплазматический слой окружающий, окружающий вакуоли, является полунепроницаемой мембраной. Если концентрация веществ в клеточном соке выше, чем в окружающей клетку жидкости, то вода переходит в вакуоль вследствие осмоса, растягивает её, прижимая цитоплазму к клеточной оболочке, которая под действием внутреннего давления растягивается и переходит в напряжённое состояние.
При определённой пропорции воды в клетке достигается равновесие: давление максимально растянутой оболочки клетки уравновешивается давлением клеточного сока- клетка находится в состоянии тургора (тургором называют давление содержимого клетки на клеточную оболочку).
Осмотическое давление играет огромную роль в поглощении воды клетками растений, но это не значит, что только благодаря осмотическому давлению, вода поступает к клеткам. Всасываемая корнями вода, движется по живым клеткам корня благодаря осмотическому давлению. Далее она попадает в сосуды, расположенные в стебле растения. В таких сосудах водный раствор движется гораздо быстрее, чем в живых клетках. Здесь главную роль играет не явление осмоса, которое протекает сравнительно медленно, а явление КАПИЛЛЯРНОСТИ. От стебля и ветвей к листьям водный раствор движется по живым клеткам. Этому движению способствует также испарение воды с поверхности листьев и тела всего растения. При испарении воды (с поверхности листьев) уменьшается тургорное давление, вследствие чего увеличивается «сосущая сила» клетки, и вода интенсивнее поступает от корневой системы к наземной части растения.
СПРАВКА: скорость движения раствора по сосудам лиственных пород приблизительно в 4 раза больше, чем у хвойных растений.
Интегрированный урок-лекция №2.
Цель урока: вырабатывание единой естественнонаучной картины мира;
научиться анализировать явления;
использовать теоретические знания в проектной деятельности;
увеличить области познания учеников.
Оборудование: таблица органов дыхания, строение кишечных ворсинок и зоны корня.
ХОД УРОКА
- Вступление
Учитель биологии: Все жизненные процессы в клетках происходят только в растворах. (Вопрос к учащимся) Как вы думаете, почему природа выбрала именно это состояние вещества для осуществления биохимических реакций? Ещё во времена алхимиков было известно утверждение: «Неживое не реагирует». С точки зрения современной науки это утверждение можно уточнить – неживое реагирует не так, как это необходимо для поддержания процессов жизнедеятельности в клетке.
Учитель химии: Твёрдофазные реакции протекают в тысячи и миллионы раз медленнее, чем жидкофазные, их скорость ограничена медленным процессом диффузии от поверхности раздела фаз в глубь вещества. Скорость реакции в газовой фазе, по сравнению с жидкой, меньше, хоть, на первый взгляд, это может показаться невероятным. Различие скоростей протекания реакций в газовой и жидкой фазе можно объяснить, если учесть характер движения молекул в газах и жидкостях. В газах расстояние между молекулами во много раз больше размеров самих молекул, которые движутся, с огромными скоростями, изредка сталкиваясь. В жидкостях молекулы расположены почти вплотную друг другу; каждая молекула находится в тесном окружении других молекул, она не может свободно перемещаться , как молекула газа. Она колеблется около положения равновесия, сталкиваясь с другими, и совершает перескоки из одного положения в другое ,попадая из окружения одних молекул в окружение других, как бы вырываясь из одной клетки и попадая в другую. Вырваться из «клетки» молекула может, только затратив некоторую энергию, поэтому время пребывания молекул реагирующих веществ друг около друга в растворах больше, чем в газах, значит, больше вероятность их взаимодействия, а значит, и скорость реакций.
Каким же должен быть « жизненный» растворитель? Любую разновидность химических взаимодействий в растворах можно свести к кислотно-основным взаимодействиям. В сильнокислых или сильноосновных растворителях не может быть того разнообразия химических процессов, которые приводят к образованию живого вещества.
В «жизненном» растворителе число кислот должно соответствовать числу оснований, т. е. растворитель должен быть амфотерным. Этому условию хорошо удовлетворяет вода. У воды имеется еще одно свойство, которым должен обладать «жизненный» растворитель,- большая диэлектрическая проницаемость (Е=81), благодаря чему она является идеальным растворителем.
Учитель биологии: Каждый живой организм может рассматриваться как водный раствор, вода - поистине живая. Питательные вещества, как и вода, в одноклеточные организмы поступают через всю поверхность их тела благодаря явлению диффузии. Без диффузии не обходятся процессы питания и во всех других организмах.
Учитель физики: Каким вообще был бы мир без диффузии? Прекратись тепловое движение частиц – и вокруг всё станет мёртвым. Превратятся в безжизненные, оледеневшие фигуры растения, животные. Не станет вокруг Земли атмосферы – с прекращением теплового движения молекулы воздуха притянутся к Земле. Вокруг ни звука, ни ветра… На чёрном небе ещё несколько минут будет видно Солнце- столько, сколько времени будут идти от него последние луч … Какая страшная сказка! Хорошо, что она невозможна даже в мыслях потому, что мы знаем - тепловое движение частиц в окружающем мире вечно. Законы физики действуют и в живой природе. Однако нужно помнить, что биологический объект - не только физическое тело, но и часть живой природы; он находится на более высоком уровне организации материи.
Учитель биологии: При помощи только физических законов нам никогда не объяснить, например, явления всасывания питательных веществ в кишечнике, потому что в этом процессе главную роль играет не явление диффузии, а деятельность клеток эпителия, обладающего избирательной проницаемостью для различных веществ. С помощью метода меченых атомов удалось выяснить, что вода из кишечника всасывается в 100 раз быстрее, чем это следует из законов осмоса и диффузии.
Вопросы для закрепления к уроку-лекции№1,2 (биология, химия, физика)
для учащихся 10 профильного класса по теме:
«Роль диффузии в процессах дыхания и поступления воды
в растительную клетку» и «Роль диффузии в процессах питания и поступления воды
в растительную клетку»
из цикла «Молекулярно – кинетическая теория»
- Каким образом корень поглощает воду из почвы?
А. Объяснить опыт, ответить на вопросы:
- почему уровень раствора в трубке(4) поднимается?
- приведите пример, где наблюдается подобное
явление?
2. Раскройте связь строения и функций поверхностного аппарата клетки.
3. Как происходит поступление воды, минеральных веществ и питательных в клетку ( растительную, животную)?
4. Объясните значение ключевых слов и приведите примеры:
- диффузия;
- молекулярный транспорт;
- транспортная функция;
- активный транспорт.
5. Как функционирует кишечная ворсинка, с точки зрения изученной темы
6. Что такое корневое давление?