Интегрированный урок по физике, химии и биологии по теме "Вода обычная и необычная"
(Данный урок не предусмотрен в тематическом планировании и проводится как дополнительный)
Тип урока: усвоение новых знаний
Цели урока:
Образовательные:
повышение общенаучного и социального интереса к воде, формирование целостного представление о воде с точки зрения естественных наук (биологии, химии, физики).
интегрирование знаний о свойствах и значении воды в природе, полученных на уроках физики, химии, биологии;
систематизация знаний о физических свойствах воды, о типах химической связи на примере водородной связи, роли воды в жизни человека.
Развивающие:
продолжение формирования навыков прослеживания причинно-следственных связей между строением молекулы, структурой кристаллической решетки и свойствами воды; развитие мышления, памяти, внимания.
Воспитательные:
Планируемые образовательные результаты:
Личностные:
формирование основ экологической культуры, соответствующей современному уровню экологического мышления;
формирование коммуникативной компетентности в сотрудничестве со сверстниками в процессе образовательной, учебно-исследовательской, творческой деятельности.
Метапредметные:
формирование умения организовывать учебное сотрудничество и совместную деятельность с учителем и сверстниками; работать индивидуально и в группе: находить общее решение, формулировать, аргументировать своё мнение;
умение соотносить свои действия с планируемыми результатами, осуществлять контроль своей деятельности в процессе достижения результата, определять способы действий в рамках предложенных условий и требований, корректировать свои действия.
Предметные:
формирование представлений о физической сущности воды;
формирование представлений о закономерной связи и познаваемости явлений природы, о системообразующей роли физики, биологии и химии для развития других естественных наук;
приобретение опыта применения научных методов познания, наблюдения физических явлений, проведения опытов, простых экспериментальных исследований;
осознание необходимости применения достижений физики и технологий для рационального природопользования.
Формы работы: фронтальная, самостоятельная, групповая.
Техническое оборудование:
интерактивная доска;
пробы воды для практической работы (речная, водопроводная, фильтрованная);
индикаторы;
тесты для определения прозрачности воды.
Сценарный план урока:
1. Организационный этап (1 мин)
2. Постановка цели и задач урока. Мотивация учебной деятельности (4 мин)
Эпиграф:
«В кружево будто одеты
Деревья, кусты, провода,
И кажется сказкою это,
А, в сущности – только вода…
Безбрежная ширь океана
И тихая заводь пруда,
Струя водопада и брызги фонтана,
И все это – только вода».
(А.А. Фет)
Необходимая составная часть всего живого. Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха; тебя не опишешь, тобой наслаждаешься, не понимая, что ты такое. Ты не просто необходима для жизни, ты и есть сама жизнь. С тобой во всем существе разливается блаженство, которое не объяснишь только нашими пятью чувствами… Ты величайшее в мире богатство…
Антуан де Сент-Экзюпери
Вступление (учитель физики). Уважаемые ребята, мы приветствуем вас на интегрированном уроке «Вода обычная и необычная». Целью урока мы видим формирование интереса к этому необыкновенному веществу и хотим, чтобы после встречи с нами вы задумались, и, может быть, воскликнули: «Ах, какая же она, эта удивительная вода!»
Наш интегрированный урок проведут учитель биологии и учитель физики. Важность воды, этого бесценного сокровища на Земле, люди осознали еще в далекой древности. Но так ли уж много мы знаем о ней? Ценим ли ее сегодня так, как она этого заслуживает? Или не замечаем, считая ее повседневным объектом, слишком простым, потому малоинтересным? Ведь мы начинаем думать о воде, только когда ее нет, или она грозит стихийным бедствием.
3. Актуализация знаний: (3 мин)
Проводится блиц-опрос на тему «Для чего нам нужна вода?».
4. Первичное усвоение новых знаний: (15 мин)
Биолог. Вода является самым распространенным веществом на Земле – планете, которую точнее следовало бы назвать Планетой воды или Океаном. Ведь водная поверхность составляет 2/3 земного шара, и если бы вся эта вода равномерно распределилась по нему. Толщина слоя была бы около 4 км. Вода находится на Земле в постоянном движении. Среднее ее пребывание в атмосфере оценивается 10 сутками. Посчитано, что в живых организмах суммарный запас воды в несколько раз больше, чем в реках. В среднем в растениях и животных содержание влаги может доходить до 80% массы. Например, у человека она составляет 95% - в эмбриональных клетках, 80% в молодости, 60% в старости, 85% в мозгах, 83% в крови, 80% в сердце, легких, почках, 40% в жире, 30% в костях. При потере 6-8% воды человек впадает в полуобморок, более 15-20% приводит к смерти, поскольку кровь настолько густеет, что с ее перекачкой не справляется сердце. Продолжая примеры можно отметить, что в рыбах воды 80%, а в водорослях 90% и т.д. Обмен и обновление биологической воды происходит постоянно. В кактусе в течение 28 лет, у черепахи за 1год, у верблюда за 3 месяца, у человека 1 год. Вода участвует в растворении веществ, образовании крахмала, сахара, жиров, в теплообмене. Поэтому, если без пищи человек может прожить от 30 до 50 дней, то без воды всего3 дня.
Физик. Но, несмотря на все эти интригующие сведения, вода по-прежнему остается одним из самых загадочных веществ.
Даже экзотическому гелию не вырвать пальму первенства у привычной жидкости, которая каждый день струится из крана. И ведь действительно, она достойна крайней степени удивления.
Давайте рассмотрим причины аномального поведения столь необычной жидкости. Они заключаются в ее строении. Моделью строения воды является правильный тетраэдр. А началось все около 200 лет назад, когда Генри Кавендиш и Антуан Лавуазье выяснили, что вода – не простой химический элемент, а соединение в определенной пропорции водорода и кислорода Н2О. Молекулу стали изображать в виде равнобедренного треугольника. Угол при вершине, где находится атом кислорода, равен 104,5о, а расстояние до каждого из двух атомов водорода 0,96А (1А = 10-12 м). Электронная плотность выше в области атома кислорода, поэтому молекула Н2О – полярная. Это электрический диполь с «минусом» на атоме кислорода и «плюсом» на атомах водорода. Будучи диполями, молекулы воды взаимодействуют друг с другом, образуя водородные связи. Эти связи удерживают молекулы воды довольно прочно, поэтому у воды поверхностное натяжениенаиболее высокое среди жидкостей (кроме ртути).
Учитель:
– Почему паук-водомерка может бегать по поверхности воды?
ответ:
Лапки паука-водомерки не смачиваются водой и поэтому как бы отталкиваются от нее, не нарушая поверхностного слоя.
Процесс испарения воды затруднен, так как для него требуется достаточно сильное нагревание, температура кипения одна из высоких среди жидкостей - 100оС. Электронная структура молекул воды задает условия объединения: в каждой образуется четыре водородные связи. В совокупности получается трехмерная сеть водородных связей, ажурная сетка с большим количеством пустот упорядоченной структуры – кластеры. Сетка легко сжимается при внешнем воздействии, пустоты могут заполняться либо молекулами самой воды (как это происходит при плавлении льда), либо посторонними молекулами. Это объясняет ее главную особенность как растворителя. Вместо обычного увеличения плотности при понижении температуры, связанного с уменьшением теплового движения молекул, т.е. с уменьшением размера колебания частиц, плотность воды, начиная с +4оС, уменьшается. Плотность воды = 1г/см3, плотность льда = 0,92г/см3, поэтому лед всегда находится на поверхности воды, сохраняя все живое в природе. Существует и аномалия сжимаемости воды. Обычно, с возрастанием температуры сжимаемость жидкостей растет, а вода обнаруживает такое поведение лишь при высоких температурах. Удельная теплоемкость воды и льда различаются в два раза – такого огромного скачка нет ни у одного другого вещества. Это можно объяснить затратами энергии на изменение структуры сетки водородных связей. Она существует до 100оС, т.е. на всем интервале существования воды в жидкой фазе, только изменяя свою конфигурацию. Теплоемкость воды плавно уменьшается в интервале температур 0-35оС. Это объясняет тот факт, что нормальная температура человеческого организма, состоящего примерно на 60% из воды, оказалась 37оС, т.к. для поддержания температуры в этом случае требуется меньше энергии. Большинство особых свойств воды при повышении температуры начинают исчезать, и она все больше становится похожа на другие жидкости.
Трудно прервать рассказ о воде; академик В.И. Вернадский в свое время сказал: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных человеческих процессов. Нет земного вещества – минерала, горной породы, живого тела, которое ее бы не заключало»
Даже горение без нее не возможно. И если жизнь без воздуха, а именно без кислорода, возможна (анаэробные организмы), то без воды нет. Поэтому поиски жизни на других планетах в настоящее время сводятся, в первую очередь к поискам воды.
Биолог. Вода – растворитель. Полярность молекул воды делает ее прекрасным растворителем для других полярных соединений. Вещества, растворяющиеся в воде, называются гидрофильными, не растворяющиеся – гидрофобными. К первым относятся сахара, спирты, альдегиды, аминокислоты, азотистые основания; ко вторым – жирные кислоты, холестерин и некоторые другие. Промежуточное положение занимают амфипатические соединения, например липиды.
Транспортная функция. Передвижение по организму воды с растворенными в ней веществами позволяет переносить последние, доставляя их к различным частям организма. Вода принимает участие в удалении ненужных продуктов из организма.
Вода – термостабилизатор и терморегулятор. Высокая теплоемкость воды позволяет ей смягчать влияние на организм значительных перепадов температуры в окружающей среде. Кроме того, у воды высокая теплопроводность, что позволяет организму поддерживать одинаковую температуру во всем его объеме.
Способность молекул воды при испарении уносить с собой значительные количества тепла (высокая теплота испарения), охлаждая организм, используется при потоотделении у млекопитающих, тепловой одышке у крокодилов и транспирации у растений, предотвращая перегрев.
Вода – реагент. Вода служит не только средой протекания химических реакций, но и участвует во многих из них. Так, образование биополимеров из мономеров сопровождается образованием молекул воды, а расщепление полимеров (гидролиз) ее затратой. В процессе фотосинтеза Н2О служит источником водорода.
Структурная функция. Цитоплазма клеток содержит от 60 до 95 % воды, и именно она придает клеткам их нормальную форму. У растений вода определяет тургесцентность клеток, а у некоторых животных выполняет опорные функции, являясь гидростатическим скелетом (иглокожие, круглые черви и др.).
Опыт 1: в первый стакан с чистой водой опустить нарезанный картофель, а во второй стакан нарезанный картофель опустить в соленую воду. Наблюдаем, что во втором стакане картофель становится мягким, так как происходит явление осмоса.
У человека: Основным источником потери тепла является потоотделение 80%. В течение суток через кожу выделяется 0,5 л Н2О.
Человек без пищи может прожить месяц, без воды – около недели. Чем это можно объяснить? (Т.к. все жизненные процессы в организме идут в водно – солевых растворах. Вода выделяется из организма с мочой, потом, через кожу, с остатками непереваренной пищи, при дыхании).
Опыт 2: по растворимости веществ в воде.
Биолог: Друзья, позвольте задать вам вопрос: «Какие способы очистки воды в домашних условиях вам известны, и какие вы применяете? (отстаивание, кипячение, фильтрование, вымораживание).
5. Творческое применение и добывание знаний в новой ситуации: (10 мин)
Физик. А сейчас мы переходим к следующему этапу нашего урока – практической работе «Анализ воды». У вас на столах находится инструкция по выполнению работы, прочитайте ее внимательно и только после этого можно приступать к выполнению. Желаю успеха.
(Проводится практическая работа по карте-инструкции).
Более полный и количественный анализ в условиях нашей лаборатории провести сложно, но даже эти показатели позволяют различить образцы воды и сделать вывод, что в настоящий момент все образцы воды соответствуют ПДК.
6. Усвоение новых знаний: (9 мин)
Физик (необыкновенные свойства воды): Вода сопровождает каждое мгновение нашей жизни, но знаем ли мы, какую тайну хранит эта удивительная стихия. Воду изучали очень давно и довольно подробно, но только недавно доказали, что у воды есть память, она запоминает и запечатлевает любое воздействие, которое происходит в окружающем пространстве.
Догадывались ли наши предки, когда использовали в лечебных целях серебряную воду. Сенсационная новость заключается в том, что структура воды намного важней, чем химический состав воды. Структура меняется в зависимости от воздействия в положительную или отрицательную стороны.
Японский ученый Эмото Масару исследовал воду, которая подвергалась различным впечатлениям, впоследствии чего вода стремительно замораживалась в креагенной камере. Если посмотреть под микроскопом, то вы увидите, как выглядит вода, которой сказали: «Спасибо», этой сказали: «Извини», а этой: «Ты мне противна» (просмотр слайдов с фотографиями).
Я думаю, что вы уже сделали свои выводы, и поняли, что если человек обращается к воде с хорошими мыслями или благословляет ее, говорит ей спасибо, то качество этой воды будет расти, и она будет положительно влиять на наши мысли. Человек влияет также на себя, в духовном плане на уровне мысли, те, чьи мысли негативные, загрязняют свою собственную воду, из которой на 75-90% состоит организм человека.
В 1995 году впервые удалось зафиксировать музыкальные впечатления воды, ей дали послушать музыку, после чего стремительно заморозили и под микроскопом увидели кристаллы, которые в результате образовала вода. Посмотрите, как выглядит музыка Баха, Бетховена, Моцарта, а так - тяжелый рок. Сравните воду из-под крана и воду, освященную в храме. Разница понятна без слов (слайды).
Просмотр отрывка из фильма «Великая тайна воды».
7. Рефлексия: (подведение итогов урока) (3 мин)
Вот на этой оптимистической ноте я хочу закончить урок, поблагодарить вас за активное участие в нашем уроке, пожелать вам здоровья и чистой, структурированной воды.
