С.А.Попельницкая, Заслуженный
учитель РФ Т.Ю.Кузьмичева
МБОУ СОШ №35, г.Нижний Новгород,
Россия
Формирование мировоззренческих компетенций учащихся
через электрические и магнитные эффекты в химических средах
неживой и живой природы
Жизнь на планете Земля! Сколько поэм, песен,
философских изысканий посвятило человечество этому удивительному явлению во
Вселенной – Жизни!
Еще Джордано Бруно – жертва средневековой инквизиции
1600 года - писал: «Я утверждаю, что существует бесконечное множество миров,
подобных нашей Земле, которые я представляю себе, как и Пифагор, в виде
небесных тел, похожих на Луну, планеты и другие звезды. Все они населены,
бесконечное множество в бесконечном пространстве образует Вселенную…»
А великий К. Э. Циолковский еще в начале 20 века уверенно
говорил о том, что во Вселенной существует жизнь не только на Земле, но
существует и на других планетах. В своей статье «Планеты заселены живыми существами» он писал:
«Много
образованных и всемирно известных ученых людей не верит в существование животных
на планетах на том основании, что их никто не видел, и они ничем о себе не заявляют. Так европейцы долго думали, что
нет Америки и ее людей.
Мы хотим
доказать обратное: совершенно невозможно сомневаться в населенности
бесчисленных планет»…
Крупнейший русский ученый академик В. И.
Вернадский утверждал, что «жизнь как таковая просто является одним из
фундаментальных свойств материи».
Всем живым
системам свойственны следующие существенные черты:
·
обмен
веществ, подвижность; раздражимость; рост и развитие; размножение; приспособляемость.
Каждое из этих свойств порознь может рассматриваться
как специфическое для живого. Однако все вместе они вроде бы никогда не
характеризуют объекты неживой природы и свойственны только миру живого, и в
своем единстве являются критериями, отличающими живое от неживого.
Но есть такие физические и химические явления, которые
не только объединяют живое и неживое, но и объясняют отдельные факты
жизнедеятельности объектов.
Именно такому интегральному научному подходу к объяснению
жизнедеятельности клеток, молекул и кластеров живых организмов посвящены
сегодня научные работы биофизиков,
биохимиков, генетиков, физиков и других ученых.
Но и современная педагогическая наука и педагогическая
практика, озабоченные формированием мировоззренческих компетенций учащихся средствами школьных учебных
предметов, уделяют большое внимание методике раскрытия проблем происхождения и
существования жизни на планете Земля.
Представляем очень простую разработку интеграционного
занятия в рамках школьной программы, посвященную электрическим и магнитным эффектам в химических средах неживой и живой природы.
«Электрические и магнитные эффекты в химических средах
неживой и
живой природы»
(интегрированный урок:
физика, химия, биология)
(8-9 класс)
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: урок повторения и обобщения, электрические и магнитные эффекты, живые и неживые
среды, эксперимент
Представлен сценарий урока
повторения и обобщения, развития экспериментальных умений (химический и
физический эксперимент), рабочий материал к уроку.
Актуален в проведении по темам:
«Действия электрического тока»
(физика), «Электрический ток в химических средах неживой и живой природы» (химия), «Живая клетка» (биология)
Цели урока:
выяснить,
как ведет себя электрический ток в различных системах неживой и живой природы;
показать единство законов природы,
применимость законов физики и химии к живому организму;
привести обучающихся к пониманию того, что человек – это
электролитическая среда с электрическими и магнитными полями.
Оборудование:
- проводник, закрепленный на двух штативах, источник тока, гальванометр,
магнитная стрелка (для демонстрации опыта Эрстеда);
- установка для испытаний веществ на электропроводность
(источник тока, электроды, лампа накаливания), чашки Петри, стаканы, сахар,
соль, соляная кислота, дистиллированная вода;
Электронные образовательные ресурсы: презентация, используемая
на всем продолжении урока.
Дидактические
средства: технологическая карта
(маршрутный лист) для обучающихся
Педагогические
технологии, методы:
Создание проблемных ситуаций (проблемное
обучение), технология демонстрационного эксперимента, информационные
(электронные) технологии, тестирование.
Методы -
беседа, поисково – исследовательский метод, организация работы с технологической картой, организация
саморефлексии.
Ход и содержание занятия:
Урок построен по блокам - Блоки физики, химии и биологии
Блок физика
Актуализация знаний.
Учитель
физики: 1820 г.!
Эрстед открывает явление «порождения
магнитного поля». Что это за
эксперимент?
Учащиеся: Электрический ток создает
вокруг себя магнитное поле.
- Один из учеников замыкает электрическую цепь,
демонстрируя поворот магнитной стрелки вокруг проводника с током и отклонение
стрелки гальванометра.
(Рис.1)
Постановка и решение проблемы.
Учитель физики: каждый из нас наблюдал, как магнитная стрелка
послушно показывает нам направление на
Северный полюс. Какова причина этого?
Учащиеся: наша планета Земля – магнит.
Учитель физики: Почему Земля - магнит?
Учащиеся:
значит, внутри Земли есть электрические токи, которые и создают
магнитное поле.
Учитель физики: Верно. Внутри планеты Земля
существует жидкое ядро, в котором существует направленное движение заряженных частиц. Это и создает магнитное поле Земли.
Большое спасибо нашему магнитному полю Земли!
Магнитосфера Земли спасает все живое от бушующих космических лучей и солнечной
плазмы (солнечного ветра и выбросов от вспышек)
Подведем итог!
Вокруг любого проводника с током: от движения любых
заряженных частиц до поведения космических макротел - существует магнитное поле.
Вывод: электрический ток оказывает
магнитное действие и на Земле и в космосе.
(Рис.2) (Рис.3)
Зарисуем схему опыта Эрстеда (Рис.1) и запишем вывод в
маршрутный лист.
Блок химия
Постановка и решение проблемы
Учитель химии: а как ведет себя электрический ток в
различных средах? Например, в различных веществах. Что вы для исследования
предложите?
Учащиеся: испытаем
вещества на электрическую
проводимость на опытах.
Учитель химии:
Сейчас вы
сами проведете эти простые опыты. Но нам следует соблюдать правила Техники безопасности
при работе с кислотами, щелочами, электроприборами
(напряжение на источнике питания не более 42 В), с которыми вы были знакомы
ранее.
Электропроводность
веществ будем «испытывать» с помощью
нашей установки. Между электродами прибора – напряжение 9 вольт. Когда
электроды помещают в вещество, становится ясно, проводит ли это вещество
электрический ток. Если вещество проводит электрический ток, цепь замыкается, и
лампочка загорается. Если вещество неэлектропроводно, цепь остается
разомкнутой, и лампочка не горит.
Результаты будем заносить в таблицу маршрутного
листа, а потом сформулируем выводы.
Учащиеся: выходят по
очереди к демонстрационному столу и проводят опыты.
1.
Испытание
твердых веществ. Насыпаем сахар в чашку Петри и подносим к электродам. Лампочка
не горит, значит, сахар (органическое
вещество) не проводит электрический ток.
2.
Щелочь - твердый гидроксид натрия (NaOH) - не проводит
электрический ток.
3.
Поваренная соль - кристаллический хлорид
натрия (NaCl). Лампочка не горит.
Вывод: Все испытанные твердые вещества не проводят
электрический ток.
(Учащиеся
вписывают результаты в таблицу маршрутного листа (раздел Химия)
Учитель химии:
Электропроводны
ли растворы этих веществ?
Учащиеся: выходят по
очереди к демонстрационному столу и проводят следующую серию опытов, но
уже с растворами.
1.
Проверим,
является ли электролитом дистиллированная вода. Лампочка не горит. Ионов в
дистиллированной воде совсем немного, поэтому электропроводность воды
низкая. Дистиллированная вода – очень
слабый электролит.
2.
Раствор
гидроксида натрия электропроводен: лампочка загорается.
3.
Лампочка
горит и при испытании раствора поваренной соли.
4.
Электропроводен также раствор соляной кислоты
(HCl).
5.
В растворе
сахара электрического тока нет.
6.
Спирт тоже
не проводит электрический ток.
Учитель химии: Все испытанные растворы оказались
электролитами. (Жидкости, проводящие электрический ток, называются электролитами).
(Рис.4)
Запишите
диссоциацию гидроксида натрия, хлорида натрия и соляной кислоты.
На
доске трое учащихся записывают реакции.
Почему же
раствор сахара и спирт не проводят
электрический ток?
Учащиеся: Электропроводность электролитов
обеспечивают ионы. В растворе сахара нет подвижных заряженных частиц. Ток в
цепи не идет. Раствор сахара – не электролит. Спирт, как и раствор сахара, не
является электролитом.
Учитель химии: мы заполнили таблицу маршрутного
листа. Формулируем вывод:
электрический ток создает химические эффекты в неживой природе
(электропроводимость).
Блок биология
Постановка и
решение проблемы
Учитель биологии: А какая же роль электролитов и
электрического тока в живых системах?
Элементарной
структурной единицей всего живого является клетка.
Клетка и в
целом организм - это химическая лаборатория. В клетке ежесекундно совершаются
миллиарды окислительно-восстановительных
химических реакций, в которых принимают участие электролиты в виде
минеральных солей. Электролиты влияют
на кислотно - щелочное равновесие в организме, на осмотическое давление, на
поступление воды в клетку.
В связанном с органическими веществами состоянии электролиты обеспечивают многие
функции живой клетки:
• Железо участвует в построении молекулы
гемоглобина;
• Магний входит в состав хлорофилла;
• Медь входит в состав многих
окислительных ферментов;
• Йод содержится в составе молекул
тироксина;
• Натрий и калий обеспечивают
электрический заряд на мембранах нервных волокон;
• Кобальт входит в состав витамина В12
и т.д.
Конечно же,
никому не придет в голову употреблять в пищу металлический натрий, что бы
получить ионы натрия или дышать желто-зеленым ядовитым хлором, что бы получить
ионы хлора.
Концентрация катионов и ионов в клетке
и окружающей её среде различна. В результате образуется разность потенциалов
между содержанием клетки и окружающей её средой обеспечивающая такие важные
процессы, как раздражимость или передача возбуждения по нерву или мышце.
(Рис.5)
Запишем вывод: Электрический ток
образуется в живых системах.
Далее на
уроке проводится самостоятельная работа (в виде тестирования) с самопроверкой.
Выводы.
Электрический ток: создает магнитное поле и на Земле и в космосе, вызывает
направленное движение ионов в электролитах и осуществляет питание живых клеток,
способствуя обмену веществ в живых системах. Электрический ток образуется в живых
системах.
Человек – это электролитическая среда с электрическими и магнитными полями.
Итоги урока, рефлексия:
Учитель:
О чем мы узнали сегодня на уроке?
Учащиеся: Электрический ток создает магнитное
поле, проводится электролитами, образуется в живых клетках.
Учитель: Чему мы
научились на уроке?
Учащиеся: Мы научились проводить физические и химические эксперименты,
проводить наблюдения, делать выводы.
Учитель: А что для
вас оказалось важным на уроке?
Учащиеся: мы поняли, что человек – это сложная
электролитическая среда с электрическими и магнитными полями.
Учитель: что вам
понравилось на уроке?
Учащиеся: нам
понравилось то, что мы сами проводили много опытов, все успели понять и
записать в маршрутном листе. И хорошо справились с тестированием.
Заключение:
Деятельностный подход к проведению занятия,
тематика исследования отдельных сторон жизни живой клетки и макрокосмического тела – планеты Земля через
актуализацию физических, химических и биологических знаний учащихся превращает
такое занятие в интересное современное интегрированное исследование.
Литература:
1. «Фундаментальное ядро
содержания общего образования» под редакцией В.В.Козлова, А.М.Кондакова, М., «Просвещение»,
2011
2. «Педагогика и
психология: теория и технологии» под ред. Л.И.Гриценко (часть I),М.,
«Планета», 2012
3. Ю.Л.Менцин «Загадки
процесса Бруно»
4. К.Э. Циолковский «На
Луне»
5.
Л.С.Мотылева,
В.А. Скоробогатов, А.М.Судариков «Концепции современного естествознания»,
С/П,2000.