Интегрированный урок по физике и биологии "Действие законов физики в жизнедеятельности клетки"
методическая разработка (биология, 10 класс) по теме

Интегрированный урок (Биология и физика) - 2 часа

 10 класс                                                 Дежина Наталья Николаевна - учитель биологии,

                                                                 Винокурова Любовь Петровна- учитель физики,  

                                                                  СОШ №10 Тимашевкого р-на Краснодарского края

Тема: «Действие законов физики в жизнедеятельности клетки»

Цель урока: повторить, обобщить и систематизировать естественнонаучное       миропонимание учащихся, идеи, выражающие фундаментальные закономерности живой природы на примере жизнедеятельности клетки

Задачи:

             1. Повторить основные положения клеточной теории, строение и            функции основных органоидов клетки в создании и накоплении и преобразовании энергии

              2. . Доказать, что клетка – накопитель, создатель и преобразователь энергии на примере энергетического обмена и фотосинтеза; показать действие законов физики в  жизнедеятельности клетки;

              3. Раскрыть взаимосвязь биологии и физики на уровне клетки, а также  расширить знания о науках бионика и биофизика;

              4. Формировать познавательный интерес к предметам «Биология» и «Физика», культуру речи, коммуникативные навыки.

Оборудование: таблица «Клетка растений и животных», мультимедиа проектор,  ноутбук, физическое оборудование: трансформатор, аккумулятор, генератор, опорный конспект «Фотосинтез» и  « Энергетический обмен». На доске написан  план урока.

                     Ход урока:

       I.Организационный момент. Подготовка учащихся к проведению урока

II.Актуализация знаний .

               Учитель биологии сообщает тему урока (слайд №1- тема урока),  предлагает посмотреть на план урока (слайд №3 –план урока) и сделать вывод каковы основные задачи урока?

                        План урока.

1. Повторение материала о физических телах.
2. Клетка – живое тело.
3. Клетка – накопитель, создатель и преобразователь энергии:

             а) энергетический обмен;

             б) фотосинтез

      4. Взаимосвязь наук биологии и физики:

                   а) биофизика;

                   б) бионика

  Целеполагание:   учитель биологии уточняет  цель и задачи урока (слайд №4-задачи урока)

  III. Повторение и обобщение знаний.

1.Учитель физики проводит беседу с учащимися, повторяя материал о физических телах, их строении и составе.

2. Учитель биологии: 

      В природе существуют не только неживые тела, но и живые. Все живые организмы будут относиться к ним.

      Идеалисты утверждали, что между живыми существами и телами неживой природы лежит непроходимая пропасть, так как существование живых организмов находится под контролем особой нематериальной силой: душа, этелекия, жизненная сила и т.д.

       В настоящее время доказано, что существование живых существ обусловлено чисто материальными причинами. У современных живых существ самой элементарной единицей, обеспечивающей осуществление явление жизни и превращения энергии, служит клетка. Все живые существа, за исключением вирусов состоят из клеток. Существует несколько уровней жизни. (Демонстрация на доске с помощью мультимедиа проектора слайд №5 –уровни жизни).

Итак, жизнь на уровне клетки. Клетка – структурная единица.   Рассказать:  

                                           1) Об истории открытия клетки;

                                     2) Основные положения клеточной теории; (слайд №6)

                         3) О клетке – структурной единице живых организмов (слайд №7 - 8)

4) учащихся рассказывают:

5. Учитель биологии предлагает сделать вывод о живых телах, их свойствах

      6. Учащиеся делают вывод. Все живые организмы, кроме вирусов, состоят из клеток. Клетка  обладает важными свойствами, которые присущи только живым организмам: это обмен веществ, размножение, рост и развитие, раздражимость и другими. Но для всех этих процессов необходима энергия.

      7. Учитель физики: проводит эвристическую беседу с учащимися.

                    Что такое энергия?

                    Виды энергии.

                    Переходы одного вида энергии в другой.

     8. Учитель биологии: Если клетке нужна энергия, то клетка должна управлять этой энергией. Каким же образом это происходит?

    9. Ответы учащихся:      1) Рассказ о накоплении энергии во время  фотосинтеза;(с использованием схемы на экране,  с помощью мультимедиа проектора)(слайд №9)

  2) Рассказ о накоплении энергии во время биосинтеза белка (с исп. Таблицы Слайд № 10)

 Физминутка  (слайд №11)

Физминутка нам нужна

Бодрость придает она.

Мы дружно трудились, немного устали

И быстро, все сразу, за партами встали.

Мы руки поднимем, потом разведем

И очень глубоко всей грудью вздохнем. !                                                        

10. Учитель физики ведет беседу с учащимися: существуют ли приборы в физике, накапливающие энергию?

Учащиеся рассказывают об аккумуляторах.

11.Учитель биологии предлагает сделать учащимся вывод:  будет ли являться клетка – аккумулятором энергии. В каком виде она накапливается в клетке?

Учащиеся отвечают:  Клетка является аккумулятором энергии. В клетках происходят сложные химические реакции. При распаде молекула дробиться, рвутся её связи, а запасы химической энергии, которая освобождается, сохраняются в клетке в виде АТФ – единственного универсального источника живых организмов. В нужный момент, когда клетке требуется энергия, то она получает её, отщепляя от молекулы АТФ одну из фосфорных групп. Если такого количества энергии недостаточно, отщепляется ещё одна фосфорная группа. Клетка работает, как аккумулятор энергии. (слайд №12)

  12. Учитель биологии:  Но клетка – еще и преобразователь. Она превращает химическую энергию питательных веществ, поступающих в клетку в другие виды энергии, например электрическую. В нервных клетках химическая энергия, а в сетчатке глаза – световая, превращаются в электрическую энергию.

 13. Учитель физики: Назовите прибор, способный преобразовывать энергию

Учащиеся называют трансформатор и рассказывают о нем.

 Учитель физики рассказывает кратко о приборе генераторе, способном вырабатывать энергию, демонстрирует опыт по выработки энергии света.

14. Учитель биологии предлагает учащимся подумать  является ли  клетка генератором. Учащиеся отвечают  - (рассказ об энергетическом обмене с исп. табл. слайд №13).

15. Учитель биологии делает вывод: клетка работает как аккумулятор (накопитель), генератор (создатель) и преобразователь (трансформатор). Она работает ещё как усилитель, мультивибратор, реле, фильтр. И это далеко не все функции клетки. Но даже из перечисленных примеров видна универсальность выполняемых ею функций.

А теперь мы вам предлагаем заполнить таблицу. Но это уже второй урок.

(Учащиеся идут на перерыв).

Второй урок.

1.Учитель биологии:  Заполняем предложенную вам таблицы (слайд № 14 - 16)

        
(слайд №15                                                                                   (слайд №16)

2. Проверка заполнения таблицы.

3. Написание ОК (опорного конспекта) учителем  с озвучиванием (слайд №18)

КЛЕТКА           →                             УНИВЕРСАЛЬНА

Элементарная        

единица жизни                                      

                                                            накопитель

                                                          органических                                    АККУМУЛЯТОР                                                                                                                                                                                  многофункциональна                           веществ

                                                           создатель                                          ГЕНЕРАТОР                                                                                         

                                                            усилитель,                                       ТРАНСФОРМАТОР

                                                           преобразователь

Клетка – элементарная единица жизни. Клетки в многоклеточных организмах объединяются в группы (ткани) и специализируются на определенных функциях. В одноклеточных организмах клетка выполняет все необходимые жизненные функции, т.е. она существует самостоятельно, независимо от других клеток. Благодаря наличию в клетке органоидов, которые имеют определенное строение и функции, а также их тесной взаимосвязанности, в клетке обеспечивается единство целого и функциональность (рост, движение, питание, размножение, дыхание, обмен веществ). Таким образом, клетка многофункциональная структурная единица. Выполняемые ею функции универсальны.

        Клетка- накопитель. Накапливает органические вещества и неорганические вещества подобно аккумулятору. В нужный момент АТФ расщепляется и отдает энергию.

        Клетка – создатель энергии. В ней есть энергетические станции – митохондрии и пластиды. Клетка работает как генератор.

        Клетка – усилитель, то есть преобразователь энергии. Преобразует один вид энергии в другой, является трансформатором.

      Изучением универсальности функций клетки занимается наука биофизика – наука, выясняющая физические основы строения и функционирования живых систем (а мы говорим, что клетка – живая система).

4. Зарисовка ОК (опорного конспекта) в тетради.
5. Работа в парах. Озвучивание ОК друг другу.
6.  Озвучивание ОК учащимся у доски.

  (Физминутка)

     7. Учитель физики о стыке двух наук: физики и биологии. Биофизика, или биологическая физика,- важнейшее направление современной науки, возникшее на границе биологии с различными разделами физики. Основная задача биофизики, как мы уже упоминали при составлении ОК, состоит в изучении физических основ строения и функционирования живых систем. При исследованиях биологических объектов различной степени сложности начиная от отдельных молекул и их комплексов и кончая клетками. Их сообществами, тканями, органами, целостными организмами и популяциями, возникает целый комплекс сложных проблем. Их решение требует всего арсенала теоретических и экспериментальных методов современной физики.

       Исследуя мир живой материи, человек использует фундаментальные законы физики, и прежде всего законы сохранения. Многие свойства биологических объектов и систем, несмотря на всю их сложность и специфичность удается проанализировать, опираясь на физические модели, применяя её законы. В результате возникло и интенсивно развивается новое научное направление – биофизика, которое находится как  бы   на стыке биологии и физики. (слайды №19)

           Давайте послушаем несколько сообщений о применении биофизики и бионики.

8. Сообщения 2-3-х учащихся

     9. Учитель биологии делает вывод:  биофизика вскрыла важные особенности взаимодействия вещества и энергии в биологических системах. Фундаментальные законы физики, несомненно, справедливы для всех биологических систем. Их применение открывает огромные перспективы для исследования самых сложных объектов природы – живых существ, для применения данных в бионике.    

10.Тестовый опрос        (слайд № 20 - 21)

1. Какие превращения энергии происходят в клетках живых организмов:

а)    превращаются во внутреннюю энергию АТФ;

б) Совершив путь превращений, изменяются во внутреннюю энергию среды и рассеиваются в виде тепла;

в) энергия остается неизменной.

          2. Единым и универсальным энергетическим веществом в клетке являются:

а) жиры;

б) углеводы;

в) белки;

г) АТФ.

         3.При фотосинтезе используется:

  а) энергия видимого света;

  б) ультрафиолетовое излучение;

  в) инфакрасные лучи.

         4.Создателем, накопителем и преобразователем в клетке являются:

   а) комплекс Гольджи и митохондрии;

   б) пластиды и лизосомы;

   в) митохондрии и пластиды.

         5. Переход химической энергии углеводов в химическую энергию АТФ происходит:

   а) во время фотосинтеза;

   б) во время расщепления углеводов;

   в) во время биосинтеза белков.

  11. Двум учащимся предлагается выполнить программированное задание на компьютере  Задание на «5»

             Перечислены химические и сопровождающие их энергетические процессы в клетках. Необходимо выписать порядковый номер:

а) Какие из этих процессов происходят при фотосинтезе? 

б) Какие из этих процессов происходят при энергетическом обмене? 

1.Поглощение световой энергии;

2. Преобразование световой энергии в энергию химических связей АТФ.

3. Расщепление углеводов до неорганических веществ.

4. Освобождение химической энергии углеводов.

5. Переход химической энергии  АТФ в химическую энергию углеводов.

6. Синтез АТФ.

7. Переход химической энергии неорганических веществ в химическую энергию углеводов.

8. Синтез углеводов.

9. Поглощение кислорода.

10. Образование молекулярного кислорода.

11.Поглощение углекислого газа.

12.Фотолиз воды.

13.переход химической энергии углеводов в химическую энергию АТФ.

Рефлексия

               1.Сегодняшний урок показал:

               2.Больше всего понравилось ответ уч-ся:

               3. Какой информации не хватало:

V. Оценка работы учащихся во время урока.

VI. Домашнее задание. Предложить,  как можно использовать особенности строения и жизнедеятельность  живых организмов на практике (слайд №23)

VII. Используемая литература:

1. А.Дубинин «Общая биология» (пособие для учителя), Москва, «Просвещение»,1978 и
2. Журнал «Биология в школе» №5,87 с. 43
3. В.Р.Ильченко «Формирование естественно-научного миропонимания школьников», Москва, «Просвещение»,1993  
4. Журнал «Биология в школе 1,89, с. 3
5. Н.Ф. Целук, И.И. Гармаш «Бионика в школе»

   6.    Н.Грин, У.Стаут, Д.Тейлор   «Биология» в 3-х томах.Москва, «Мир»,1993  

   7. Ц. Б. Кац «Биофизика на уроках физики», Москва, «Просвещение»,1988