Интегрированный урок (биология - физика ) 10 класс
методическая разработка по биологии (10 класс) на тему

Тема урока: Светящаяся частица в царстве клеток

Цель урока:  Способствование пониманию зависимости между радиоактивным излучением и структурой молекулы ДНК

Задачи урока:

1 –образовательные: определить уровень знаний по теме «химический состав клетки»; конкретизировать понятие излучение через характер воздействия, определение величин (доза поглощенного излучения, коэффициент биологической активности, эквивалентная доза поглощенного излучения) и способствовать выработке умений применять полученные знания при работе со схемами, карточками – заданиями, терминами, компьютером.

2. – воспитательные: продолжить формирование умения работать в коллективе и находить согласованные решения; воспитание независимости суждений; понимание ответственности за последствия вмешательства человека в природу.

3 – развивающие:        развивать познавательный интерес к естественным наукам; продолжить развивать навыки  выделять самостоятельной работы, эмоциональной сферы, анализа своей работы, и умения пользоваться ПК.

Ведущая дидактическая цель: изучение с повторением, с элементами критического мышления

Методы обучения: репродуктивный, частично – поисковый.

Оборудование: компьютер, интерактивная доска, тексты заданий, фломастеры, бумаги, выход в интернет ресурсы, энциклопедии.

Тип урока: интегрированный урок

ФОПД: фронтальная, групповая, индивидуальная.

Межпредметные связи: информатика(применение умений работать с программами)физика, биология, химия, экология.

Формирование  знаний, умений, навыков:

Предметные:

Учащиеся должны знать:

—уровни организации живой материи и научные дисциплины, занимающиеся изучением процессов жизнедеятельности на каждом из них;

—химический состав живых организмов;

Учащиеся должны уметь:

—давать определения уровней организации живого и характеризовать процессы жизнедеятельности на каждом из них;

—характеризовать свойства живых систем;

—анализировать иллюстративный материал.

Метапредметные

Учащиеся должны уметь:

—составлять схемы и таблицы для интеграции полученных знаний;

—обобщать и делать выводы по изученному материалу;

—работать с дополнительными источниками информации и использовать их для поиска необходимого материала;

—объяснять рисунки и схемы, представленные в учебнике;

—иллюстрировать ответ простейшими схемами и рисунками;

План урока:

Ход урока:

Орг. момент:

Сегодня у нас необычный урок и тема у нас необычная  Светящаяся частица в царстве клеток. Что вы знаете по этой теме?

 ( учащиеся  пишут  на  листочках)

Мотивация. 

Эпиграфом нашего урока мы взяли высказывания.. Как вы понимаете высказывание Л.Н. Толстого «Старайся дать уму как можно больше пищи»?

1. Постановка учебных задач

Опыты  на  мышах  доказали,  что  вырастающие  в  условиях  практически  полного  отсутствия  радиации  мышата  существенно  отстают  в  развитии  от  своих  ровесников, которые  получали   определенную  дозу  облучения. Для объяснения этой биологической загадки, необходимы знания по таким наукам как физика, химия, биология. Кое что, вы знаете и сможете объяснить часть опыта, но чтобы глубже понять  процессы ,протекающие в  клетках, нам поможет наука физика.

2.Совместное исследование проблемы.

Вопросы:

Особенности  строения  живой  природы

Взаимосвязь  живой  и  неживой  природы

Строение  вещества

Свойства  атомов.

3.Моделирование.(Работа в парах)

Задания для учащихся:

Составления схемы : Основные признаки живого…….

(работа с научной литературой, учебником) 

Без знания химического состава клетки – основной единицы жизни – нельзя понять механизмы сложнейших процессов, которые протекают в живых организмах всех царств природы. Поэтому изучение общебиологических закономерностей мы начинаем с изучения химической организации жизни. Вначале сравним элементарный, т.е. атомарный, состав живой и неживой природы.

Ответы учащихся:

Самыми распространенными элементами земной коры, на долю которых приходится 90% ее атомарного состава, являются: О, Si, Al и Na. Далее следуют Са, Fe, Mg, P и другие элементы.

В живых организмах обнаружено около 80 химических элементов. Но достоверно известно о функциях в организмах лишь в отношении 27 из них. В состав живых организмов входят атомы тех же элементов, что и в состав неживой природы, но их содержание иное.

По количественному содержанию в живом веществе элементы делятся на три группы.

Органогенные (биофильные) элементы – С, Н, N, О. На их долю приходится 98% элементарного состава всех живых организмов.

Макроэлементы – Na, К, Са, Cl, P, S, Fe, Mg. Их концентрация превышает 0,001%.

Микроэлементы – Zn, I, Cu, F, Мn, Мо, Со и многие другие. Их доля составляет менее 0,001%. Таким образом, элементарный состав живой и неживой природы одинаков, что свидетельствует об их материальном единстве. Провести четкую грань между живым и неживым на уровне атомов не представляется возможным.

Учитель биологии: Почему органогенные элементы так удивительно подходят для выполнения биологических функций? Почему углерод, водород, азот и кислород стали удобными для «химии жизни»? Чтобы ответить на эти вопросы, необходимо вспомнить особенности строения и свойства атомов этих элементов:

Ответы учащихся: интерактивная доска

Углерод  один  из  немногих  химических  элементов, который  может  соединяться  друг  с другом  , образуя  длинные  цепочки. Чем  это  можно  объяснить? В  основе  всех  функций  лежит  строение. Давайте  посмотрим  на  строение  атома С( таблица  Менделеева) – 4 главная  группа , на последнем энергетическом  уровне  4 электрона, до завершения  не  хватает  тоже 4 электрона  

Основные  хим. свойства С: гидролиз

1) белок + вода = ам/ кислота

2)  жиры+ вода = глицирин + высшие карбоновые  кислоты

3) углерод + вода = глюкоза  

1) атомы всех этих элементов способны образовывать ковалентные связи посредством спаривания электронов;

2) они легко могут образовывать разнообразные химические соединения, реагируя друг с другом (кислород, азот и углерод могут образовывать как одинарные, так и двойные связи; углерод способен к образованию С–С связей, а также легко вступать в ковалентные связи с кислородом, азотом и серой);

3) все они имеют малую атомную массу.

(работа с энциклопедией и интернетом)

Учитель биологии Все  мы  состоим  из  атомов. Мельчайший  сдвиг – и вместо  нас  появится  мраморная статуя  или оболочка  пара. А ведь  в  нашем  мире  встречается меньше  сотни атомов  с различными  ядрами. И   этого  хватит, чтобы , переставляя их , строить  любые  воздушные  замки. Это  мир  квантовой  физики, в  котором  поможет нам  разобраться  наука  физика. На помощь к нам я приглашаю М,Н, разобраться в свойствах

Учитель физики. Объяснение нового материала

Актуализация знаний.(фронтальный опрос с применением презентации)

          Итак, вы попытались объяснить некоторые известные вам биологические явления с точки зрения не только биологии, но химии. Для нашего времени характерно проникновение в науку идеи всеобщей связи явлений. Мир, как и в древние времена, - это единое органическое целое.

Сегодня на уроке мы ответим на вопрос: «Как воздействуют р/а излучения, когда её стоит бояться?» Запишите вопрос «Биологическое действие радиоактивных излучений» 

Мотивация:

Почему людей так интересует радиационная обстановка в Челябинской области?

Предполагаемый ответ: Люди боятся вредного воздействия р/а излучений. 

       Говоря о теориях, которые с успехом используются в физических, химических, биологических науках, мы не можем не упомянуть квантовую теорию. Началась она с гипотезы Планка, согласно которой атомы и молекулы излучают и поглощают энергию не непрерывным потоком, а отдельными порциями – квантами. Дальнейшее развитие этой теории связано с именами Резерфорда и Бора.

Так квантовая механика обнаружила, что атом обладает способностью поглощать и испускать фотоны света.

-А как же электрон переходит на более высокий уровень?

- Для этого будем «обстреливать» электрон световыми фотонами различной частоты.

- Какой фотон способен вынудить атом перейти в возбужденное состояние?

- Лишь тот, чья энергия в точности равна разности энергий возбужденного и основного состояний электрона в атоме, то есть:

Только при такой энергии электрон, поглотив фотон, перейдет на высший  уровень.

Из возбужденного состояния электрон всегда стремится вернуться в основное, поэтому время его пребывания в таком состоянии чрезвычайно мало — наносекунда. Переход электрона на более низкий энергетический уровень сопровождается излучением кванта света. Такое самопроизвольное излучение принято называть спонтанным.

Биологическое воздействие излучения на живой организм – ионизация атомов и молекул в его клетках.

Под действием радиации поражаются клетки тканей, прежде всего их ядра, нарушается способность клеток к делению и обмен веществ в них.

Одним из трех основных видов радиоактивных излучений является  гамма-излучение в виде потока гамма-квантов (фотонов), с длиной волны меньше 2×10–10 м сопровождающее распадом радиоактивных ядер. Из всех видов радиоактивных излучений гамма-излучение обладает самой большой проникающей способностью.

 Степень биологического воздействия зависит:

• от вида излучения, (k)
• его интенсивности, (D) 
• продолжительности облучения организма.

Характеристики излучения. 

   Доза поглощенного излучения (D) – отношение энергии излучения, поглощенной облучаемым телом, к его массе.

 Единица поглощенного излучения  - грей (1Гр).

1Гр = 1 Дж/кг.

   Коэффициент качества излучения (k) - различие биологического воздействия от видов излучения.

 Коэффициент качества рентгеновского и гамма-излучения принят равным единице.

Значения коэффициента качества (k) для разных видов излучения.

Эквивалентная доза поглощенного излучения (Н)(для  живых организмов) – произведение дозы поглощенного излучения на коэффициент качества:

                                                      Н = D ∙ k          

Единица эквивалентной дозы – зиверт (1 Зв). 1зиверт равен эквивалентной дозе, при которой доза поглощенного гамма-излучения равна 1 Грею.

Допустимая доза облучения < 0,25 Гр

Доза облучения, вызывающая лучевую болезнь 1-3 Гр

Смертельная доза облучения 3-10 Гр.

Следует знать способы защиты от радиации :(просмотр фрагмента видео) Защититься от альфа-излучения можно листом бумаги, одеждой, кожей человека. Альфа-частицы, попавшие внутрь организма (с пищей, воздухом, через открытые раны), представляют большую опасность.

• Защитой от бета-излучения может служить слой алюминия толщиной в несколько миллиметров.
• Гамма-излучение задерживается толстым слоем свинца или бетона.

Мы изучили радиоактивные свойства атома, я надеюсь, теперь вы сможете на вопрос задачи.

Первичная проверка понимания.(работа с учебником)

А теперь у нас работа с текстом, прочитаем вместе параграф 113, стр.327.

Откройте тетради. Запишите вопрос

- Вспомните, что вы знаете о радиационном излучении.? Обсудите в парах вопросы и составьте кластер. (Все это вы можете выражать словесно, символами, рисунками, условными знаками). 

Индивидуальные задания (искать по интернету) :

1.Что такое радиопротекторы?

Ребята , какая пара пишет кластер на «защиту от радиации», на доске готов кластер- радиопротекторы.

Предполагаемый ответ: Радиопротекторы – это вещества, уменьшающие чувствительность организма к радиации. Они создают недостаток кислорода в клетках, в результате чего клетки не так активно делятся, количество повреждений от радиации уменьшается. Радиопротекторами являются витамины, пептины, каротин, янтарная кислота. Они могут увеличить сопротивление организма в 2 раза.

Защита кластеров. Интерактивная доска  

Учитель биологии:-Р/а может вызвать как гибель так  изменение химической структуры элемента Давайте вернемся к нашей задаче. (В клетке происходят химические реакции)

Наличие естественного радиационного фона – необходимое условие эволюции жизни на Земле. Обязательным условием эволюции является изменчивость как следствие мутации генов. Одним из факторов, вызывающих мутации, является естественный фон ионизирующей радиации. В отсутствии радиационного фона, вероятно, не было бы и жизни на Земле в ее настоящем виде.

Так , учитель физики  нам помог понять процесс мутации на молекулярном уровне.

ДНК

Итак вы поняли как протекают изменения живых организмов под действием радиации. Но мы , люди- разумные существа и пытаемся управлять процессами в природе. Как вы думаете зная строения химичеких веществ, протекания биологических процессов и уникальностью …..Могло ли это способствовать человечеству для создания чего то нового!

Да могут люди создать……..

Презентация учеников «Нанотехнология » (групповая работа,д.з)

Учитель физики:

-Нельзя заигрываться, так как может появиться огромная угроза возможности потери человека над  процессами, протекающими в живых существах.
Никто не может предвидеть каким открытиям может привести нанотехнология!

Рефлекция.(учащимся дается начало фразы, которую они должны логически закончить)(2 мин).

Учитель физики:

-В основе развития всей цивилизации будет лежать знание о месте каждого атома, каждой молекулы и каждой частицы.

Учитель биологии:

- Человек должен всегда помнить, что Природа мудра, и, вторгаясь в её тайны, нельзя нарушать её законы. Нужно знать кому куда мчаться, кому и где столкнуться, где выбить электрон из ядра или же, наоборот – слиться и образовать совершенно новую частицу…