Интегрированный урок по теме "Особенности пластического и энергетического обменов в растительной клетке"

Задачи урока:

• средствами биологии и литературы сформировать преставление об особенностях процесса фотосинтеза;
• продолжить углубление знаний об автотрофном способе питания;
• сформировать понятие о световой и темновой фазах фотосинтеза;
• раскрыть значение данного процесса в биосфере;
• продолжить формирование умения работать со схемами и таблицами;
• развивать способности полноценно воспринимать художественные произведения, эмоционально откликаться на прочитанное, учить чувствовать и понимать образный язык художественного произведения;
• сформировать общую картину мира, показать взаимосвязь между явлениями реальной действительности и его отражением в литературе.

Оборудование:

• компьютер,
• мультимедийный проектор,
• презентация по теме урока,
• схемы учебника,
• таблицы,
• книги.

Термины и понятия:

• фотосинтез,
• световая и темновая фаза,
• хлорофилл.

Ход урока

Во вступительном слове учитель биологии говорит, что процессы, происходящие в природе, можно изучать не только используя биологические средства обучения, но и литературные знания творчества поэтов и писателей.

Учитель литературы читает стихотворение Ф.И. Тютчева:

Не то, что мните вы, природа:
Не слепок, не бездушный лик,
В ней есть душа, в ней есть свобода,
В ней есть любовь, в ней есть язык.

Язык природы переводят для нас поэты: живые голоса птиц, шорох леса, шелест сада, шепот ручьев, гул морского прибоя…

Поэзия пытается проникнуть в тот смысл, который природа таит в себе. В русской литературе природа – храм и природа – мастерская не противопоставлены друг другу, молитва и работа – не антиподы. Изображение и воспевание природы в русской поэзии имеет большую историю. Ни один поэт не обошел этой темы. Божественный, чарующий пейзаж Пушкина, Блок любил свой “соловьиный сад”. Поэзия Есенина выросла под рязанскими небесами. Без пейзажа, без разговора с природой она не может. Лермонтов остро ощущал природу в ее творении, драматичности, в ее бурях. Тютчев, Фет– признанные мастера лирического пейзажа. А рядом с природой всегда человек со своими переживаниями, чувствами, мыслями. Каждый поэт ищет гармонии в природе, своей гармонии с ней, потому что именно в этом заключено существование, да что там существование, сама жизнь природы и человека. И, наверное, поэтому Ф.И. Тютчев писал:

Ты связан, съединен от века
Союзом кровного родства,
Разумный гений человека,
С творящей силой естества…,
Скажи заветное он слово –
И миром новым естество
Всегда откликнуться готово
На голос родственный его.

Учитель биологии.

Природа! Как это просто. И как сложно сделать самый малый шаг в ее глубину. Она, казалось бы, раскрыта, иной раз чудится, что идет тебе навстречу. А в действительности она таится, она не подпускает к себе, противится твоему стремлению познать ее тайны. Но человек беспокоен, и беспокойство его восходит на гребень дерзости. До такой степени осложнились научные дисциплины, изучающие природу, так несметны их взаимосвязанные циклы, до такой степени дробятся привычные науки, появляются новые.

Мы знаем, что поэты воспевают те красоты природы, которые видят, чувствуют, при этом не задумываются, почему лист зеленый, изменяется, растет. Но зато это видят ученые биологи.

И так, ребята, вы, наверное, уже поняли, что речь сегодня пойдет о природе, растениях, о роли их в жизни человека, всего живого на земле.

Это красота, ярмарка красок, настроение, источник вдохновения, но это и пища, одежда, здоровье, жилище, кислород, долгожданная прохлада, которую ждет путник в жаркий день в тени крон деревьев.

Просмотр фрагмента фильма о пробуждении природы.

Ученик читает стихотворение Н. Заболоцкого “Луч”.

Ученикам предлагается ответить на вопросы:

1. По каким признакам можно судить о том, что растение это живой организм?

2. Какие процессы протекают в жизни зеленых растений?

После ответов учеников, учитель акцентирует внимание на одном из процессов, происходящих в растениях с которым учащиеся уже знакомились в курсе биологии 6-го класса, процесс фотосинтеза.

Несколько учеников выступают с сообщениями об истории открытия процесса фотосинтеза, остальные фиксируют основные даты в тетради.

Тезисы выступления учащихся

1. В 1630 году голландский врач Ян Батист ван Гельмонт обнаружил, что ива, растущая в горшке, за 5 лет увеличила вес на 74 кг, а вес почвы уменьшился на 57 кг. Следовательно, сделал вывод ученый, растение само образует органические вещества.

2. Датой открытия фотосинтеза считают 1771 год. Английский ученый Пристли обратил внимание на изменение состава воздуха вследствие жизнедеятельности животных. В присутствии зеленых растений воздух вновь становится пригодным для дыхания.

3. 1878 год. Процесс поглощения СО2 и воды на свету немецкий ученый Пфеффер назвал фотосинтезом.

4. Механизм фотосинтеза был открыт русским ученым К.А.Тимирязевым.

В начале января 1868 года на I съезде русских естествоиспытателей выступил молодой ботаник К.А. Тимирязев о приборе для исследования воздушного питания листьев, который давал ответ, сколько углекислоты поглотил лист, сколько пищи принял. Растение питается воздухом – научный факт. Вторая часть сообщения была посвящена выяснению вопроса усваивается ли углекислота в искусственном освещении. Процесс значительно замедляется. К.А. Тимирязев поставил перед собой задачу выяснить роль хлорофилла в великом процессе создания живого из не живого. В лаборатории Гeйдельберского университета он проводил свои опыты. В хлорофилле было обнаружено не большое количество солей железа. Тимирязев открыл в составе хлорофилла вещество, которое определяет его хаpaктерные оптические свойства. Это вещество Тимирязев назвал хлорофилленом.

Какие же лучи солнечного спектра вызывают в зеленых частях растений разложение углекислоты (в красном, оранжевом, зеленом).

Оказалось, что там, где красный цвет – углекислота поглощается почти полностью.

Что же произошло?

Была пища СО₂, но эту пищу лист по-разному использовал. Провел еще один опыт.

Поставил растение в темноту, запас крахмала иссяк.

Демонстрация опытов, аналогичных проводимым К.А.Тимирязевым.

Ученикам предлагается лабораторным путем исследовать образовавшееся вещество с помощью йода.

Ученики делают вывод об образовании крахмала, значении CO2 и солнечного света для прохождения фотосинтеза.

Учитель биологии рассказывает о том, что приблизительно 5-7 млрд. лет назад из газов и космической пыли образовались Солнце, Земля и др. планеты. Земля остывала, ее затвердевшую кору окружали газы – аммиак, метан, водород, сероводород и водяной пар. Они образовали первичную атмосферу планеты. Охлаждаясь, пар выпадал дождями и создавал первичный океан Земли. Именно в верхнем слое приблизительно 4 млрд. лет назад появились первые организмы. По-видимому, они были гетеротрофами. Со временем их количество росло. Только суша была запретной зоной. Причина в этом солнечный свет. Учитель простит ответить на вопросы: Почему свет губителен? Что представляет собой свет?

Ответы на эти вопросы предлагается дать учащимся после прослушивания сообщения о природе и свойствах света (на данном этапе урока необходима консультация учителя физики или его выступление).

Продолжает учитель биологии, ставя проблему перед учениками. Свет был уже приблизительно 5-7 млрд. лет назад. Какое чудо могло произойти, чтобы направить луч света на созидание?

Чудо, как и положено, было морское, зеленое, имело большую голову и длинный хвост.

Ученик выступает с сообщением молекуле хлорофилла (при подготовке к выступлению необходима консультация с учителем химии).

Чудо появилось в некоторых клетках, состояло из атомов С и N, соединенных в сложное кольцо. Кроме того, в центре кольца находился атом магния – голова, а еще в молекулу входил спирт фитол, включающий цепь из 20 углеродных атомов – хвост (демонстрация таблицы с изображением молекулы хлорофилла). Появление хлорофилла вызвало на земле настоящую биохимическую революцию.

Основной хлорофилл а, его дополняет b и с, а т.ж. каратиноиды – красные, оранжевые или желтые. Все они входят в состав собирающих свет “антенн” и выполняют вспомогательную роль, расширяя спектр поглощаемого при фотосинтезе света.

Учитель биологии задает вопрос о веществах, играющих важную роль в процессе фотосинтеза.

Учитель литературы говорит о том, что природа и поэзия выступает в некоем гармоническом единстве. В поэзии дружность природы заключена огромная сила эмоционального воздействия на сердца людей. Ученикам предлагается вспомнить стихотворения русских поэтов, где говорится о воде, растениях, о деревьях, где авторы призывают всмотреться в окружающий мир. Когда–то Н. Рыленков сказал о красоте леса:

Здесь мало увидеть -
Здесь нужно всмотреться,
Чтоб ясной любовью
Наполнилось сердце.

Давайте всмотримся в эту красоту. Выступления учеников о красоте леса, растения, воды.

С особенностями процесса фотосинтеза учащиеся знакомятся в ходе рассказа учителя биологии, сопровождаемого мультимедийной презентацией или, работая со схемой в учебнике, заполняя таблицу.

Световая и темновая фазы фотосинтеза

Хаpaктеристика	Световая фаза	Темновая фаза
Протекает в
Энергия
Образуются

Ученики самостоятельно выясняют значение фотосинтеза и решают проблему увеличения интенсивности процесса, работая в группах, используя дополнительную литературу, анализируя текст учебника.

Возможные ответы учеников 1 группы.

CH4 +O2—>

NH3+ O2 —>

Кислород до неузнаваемости изменил атмосферу; метан он превратил в углекислый газ, а окисляя аммиак, обеспечил появление в воздухе огромного количества азота. Воздушная оболочка Земли была плотной, состоящей из кислорода и азота более чем на 80%. Под действием солнечного света в верхних слоях атмосферы образовался так называемый озоновый слой, или экран, который стал поглощать излучаемый ультрафиолетовый свет. Жизнь начала бурно развиваться в гораздо более безопасной среде. Путь на сушу открылся для множества организмов. Фотолиз воды – лишь один из многих этапов главного процесса, героем которого является хлорофилл. Этот процесс в последствии назвали фотосинтезом. Благодаря ему, организмы научились за считанные минуты и часы осуществлять то, над чем эволюция планеты трудилась сотни миллионов лет. Им удалось на основе поглощаемого из воздуха СО2 и Н2О с растворенными в ней простыми минеральными соединениями, создавать бесчисленное многообразие органических веществ (крахмал, др. углеводы, белки, липиды, пигменты, витамины и др.). При этом лучистая солнечная энергия преобразовалась в энергию химических связей. На Земном шаре появилась армия зеленых “счастливчиков” – растений.

Увеличивать массу тела и размножаться они могли без помощи, каких – либо других организмов – живых, мертвых или их органических остатков.

Круговорот веществ и энергии, вне природы – результат фотосинтетической деятельности зеленых растений.

Процесс дыхания, горения стали возможен только после того как возник фотосинтез.

Ежегодно в процессе фотосинтеза растениями суши образуется 3,1•10¹⁰ тонн органических веществ.

Энергия, накапливаемая в процессе фотосинтеза приблизительно в 100 раз больше энергии сгорания всего добываемого в мире за этот период угля.

Фотосинтез имеет важное значение и для самого растения.

Согласно расчетам А.А. Нечипоровича в период наиболее активного роста растений, суточный прирост сухого вещества достигает 300-500 кг/га. При этом в течение суток растение усваивает 1-2 кг N, 0,1-0,2 кг Р, 0,8-07 кг К – и до 1000 кг СО₂.

Фотосинтез играет важную роль в повышении урожайности. Очень не эффективный процесс (поглощает всего 1% солнечной энергии).

Дополнительная информация к ответам группы 2

Как можно увеличить интенсивность процесса фотосинтеза?

В 1936 году советский ученый Дорохов увеличил урожайность томатов на 20%, огурцов на 37-75%, фасоли на 82%, тепличных растений на 60%.

Зависимость между фотосинтезом и урожаем далеко не простая.

Фотосинтез осуществляется только в зеленых клетках, а дыхание во всех.

Время, втечение которого происходит фотосинтез значительно меньше времени дыхания.

Для того чтобы происходило накопление сухого вещества, интенсивность фотосинтеза должна превышать интенсивность дыхания в10 раз.

Общее накопление сухой массы растений зависит от интенсивности фотосинтеза, размеров листовой поверхности и суммы дней вегетационного периода.

Для того, чтобы получить максимальный прирост сухой массы растений необходимо добиваться быстрого развития листовой поверхности в начале вегетационного периода, но чрезмерное развитие листьев нежелательно, так как они затеняют друг друга. Вместе с тем, листья не только орган фотосинтеза, но и орган трaнcпирации, следовательно, чем больше лист, тем больше испаряется воды. По данным Нечипоровича лучшие результаты, если общая площадь листьев растения приблизительно 30тыс м²/га.

Для пшеницы оптимальная площадь листьев 20-30 тыс. см²/га.

При площади 8 тыс. м²/га урожай – 11,2 ц/га (без полива).

При наличии 2-х поливов площадь листа составляет14,5 тыс. м²/га – 25ц/га.

При 2-х поливах и внесении удобрений площадь листа 25,5 тыс. м²/га-33,6 ц/га.

Для закрепления знаний о процессе фотосинтеза, полученных на уроке, учитель биологии предлагает ответить на вопросы теста (лучше, если эта форма работы будет проведена на компьютерах).

Тесты для проверки.

Выберите правильный ответ

1. В каких органеллах клетки осуществляется процесс фотосинтеза?

а) митохондрии;
б) рибосомы;
в) хлоропласты;
г) хромопласты.

2. Какие лучи спектра поглощают хлорофилл?

а) красные;
б) зеленые;
в) фиолетовые.

3. При расщеплении, какого соединения выделяется свободный кислород при фотосинтезе?

а) CO2;
б) H2O;
в) АТФ.

4. Что происходит с АТФ в световую стадию?

а) синтез;
б) расщепление.

5. На какой стадии в хлоропласте образуется первичный углевод?

а) световая стадия;
б) темновая.

6. Какие растения создают наибольшую биомассу и выделяют большую часть кислорода?

а) споровые;
б) семенные;
в) водоросли.

7. В качестве домашнего задания ученикам предлагается решить многовековую загадку процесса фотосинтеза.

1) Что было бы хлорофилл не был бы включен в сложной фотосинтетический аппарат?

2) По какому пути пошла бы эволюция, если бы вообще не появился хлорофилл?

Завершает урок учитель литературы

Светлеет грусть, когда цветут цветы
Когда брожу я первоцветным лугом
Один или с хорошим давним другом
Который сам не любит суеты.
За нами шум и пыльные хвосты
Все улеглось! Одно осталось ясно
Что мир устроен грозно и прекрасно,
Что легче там, где поле и цветы.

Н. Рубцов.