Межпредметные задачи на уроках биологии
статья по биологии по теме

       Формирование научного мировоззрения – одна из ведущих задач воспитания культуры личности.

       Под естественно-научным мировоззрением учащихся понимается система научных, философских взглядов на природу, образующаяся в их сознании в процессе изучения естественно-научных предметов и мыслительная деятельность по созданию этой системы.

        Особую роль в формировании естественно-научного мировоззрения учащихся играют научные знания. Они являются источником достоверной информации об окружающем мире и наиболее полно отражены в учебных программах. Знания о природе у учащихся состоят из множества фактов, явлений, формул, правил, не объединенных на единой основе.  Как соединить получаемые при изучении знания в сознании учащихся. Мировосприятие, миропонимание целостно, его формирование не должно уподобляться сборке механизмов на конвейере: «ввинчиванию», подобно деталям, знаний на уроках физики, химии, биологии и др. Каждый момент знаний должен быть одновременно и формированием целостности сознания учащихся, единой системы знаний о природе - интегрального ее образа.

       Основной  принцип формирования естественно-научного мировоззрения - принцип интеграции. Принцип интеграции знаний о природе – процесс создания естественно-научного мировоззрения, должен быть единым для всех предметов естественно-научного цикла. Интеграция преследует цель восполнения, развития, объединения ранее разрозненных знаний, она ведет к целостному восприятию мира.  

       Ядром современной естественно-научной картины мира является физическая картина мира. Биологическое образование  – существенная часть общего естественно-научного образования. Участие биологии в формировании естественно - научной картины мира заключается в обосновании идеи сохранения, в разработке принципов эволюции, в решении проблемы человека как биосоциального существа. Биология существенно дополняет и преобразует картину мира, внося в нее знания об особенностях протекания физико-химических процессов в биологических системах разного уровня (клетке, организме, биоценозе). Задача биологического образования в школе состоит в раскрытии научной картины мира живой природы. В программах по биологии широко используются знания по химии, физике, географии. Мировоззренческое направление реализуется в межпредметных связях.

       Межпредметные связи – важнейший принцип обучения в школе. Испо-льзование межпредметных связей способствует целостному восприятию мира и формированию научного мировоззрения учащихся, развитию умения обнаруживать скрытые зависимости и связи.

     Одним из способов реализации межпредметных связей в обучении биологии – решение задач и выполнение заданий, требующих комплексного применения знаний физики, химии и биологии.  Решая задачи межпредметного содержания, учащиеся совершенствуют практические умения навыки, учатся выявлять и самостоятельно устанавливать причино – следственные связи между явлениями и процессами. При этом создаются благоприятные условия для осмысления и понимания фактов, законов, теорий, общих для естественно- научных предметов.  Решая задачи и выполняя задания, учащиеся совершают  познавательные, расчётные действия, что развивает умение применять знания, полученные на разных предметах.

                                         Раздел «Животные»  

  Одноклеточные животные. (одновременно, в курсе физики, изучается диффузия. В данном случае на уроках биологии уместны следующие задания):

1. Объясните, почему кислород постоянно поступает в цитоплазму амебы, а углекислый газ выделяется в окружающую среду.
2. Объясните, почему пресноводные простейшие имеют сократительные вакуоли, а обитающие в морях не имеют.
3. Объясните значение диффузии растворенных веществ в питании и дыхании простейших.

Класс Паукообразные

С давних пор пауки – тенётники зарекомендовали себя хорошими синоптиками. Объясните, почему?

     Паутина очень гигроскопична и поэтому очень чувствительна к содержанию паров воды в воздухе. При повышении влажности воздуха пауки сразу же реагируют на это, прячась в укрытиях.

Класс Птицы

Почему утка мало погружается в воду при плавании?

      У утки части тела, погруженные в воду (грудь и брюшная сторона), покрыты густым пухом, который сверху прикрыт плотно сомкнутыми кроющими перьями. Слой пуха и перьев содержит воздух, который играет важную роль в плавучести птиц. На теле  образуется своеобразный «воздушный пузырь», что делает тело лёгким на воде. Средняя плотность тела утки оказывается меньше плотности воды. Широкая брюшная сторона не позволяет телу опрокидываться набок.

Некоторые крупные морские птицы часто сопровождают суда, следуя за ними часами, а то и сутками. При этом обращает на себя внимание тот факт, что эти птицы преодолевают путь совместно с судами с малой затратой энергии, летя большей частью с неподвижными крыльями. За счёт какой энергии перемещаются в этом случае птицы?

      При работе двигателя судна выделяется тепловая энергия. Потоки нагретого двигателем воздуха из-за конвекции поднимаются вверх. Эти потоки и поддерживают птиц.

Класс Млекопитающие

Как изменяется выделение энергии организмом теплокровного животного при изменении  температуры окружающей среды?

         К пониженной температуре теплокровные животные приспособились несколькими путями для снижения теплоотдачи: во – первых, имеют покровы тела (волосяной, перьевой); во- вторых, с помощью дрожи ( микросокращения мышц). Имеют  дополнительный источник энергии -   жировые запасы.

   Для повышения теплоотдачи при высоких температурах наблюдается: потоотделение, или испарение со слизистой рта и дыхательных путей; расширение кровеносных сосудов, расположенных близко к  поверхности кожи.

Раздел «Человек»

Введение

 На каких свойствах ультразвука основан метод ультразвуковой диагностики?

         Применение ультразвука обусловлено его значительным отражением на границах между тканями с различным  акустическим сопротивлением. Это позволяет различать мягкие ткани, совсем  немного отличающиеся по плотности.

    Больному прописано определённое число капель лекарства на один приём. В какую сторону следует изменить это число (увеличить или уменьшить), если капли отсчитывают в жарко натопленном помещении?

        Коэффициент поверхностного натяжения жидкости уменьшается при повышении температуры. Поэтому масса капли, отрывающейся от жидкости в жарко натопленной комнате, меньше, чем в прохладной. Для получения необходимой дозы лекарства в данном случае нужно увеличить  количество капель по сравнению с прописанным.

Дыхание

Какое физическое явление лежит в основе газообмена?

      Газообмен осуществляется  путём диффузии.

Объясните механизм вдоха и выдоха.

Какому физическому явлению мы обязаны тем, что можем ощущать многие запахи?

       В состав веществ, имеющих запах входят простые и сложные эфиры. Эти вещества летучи. Испарение этих эфиров, их диффузия в воздух обуславливает наличие запаха в воздухе.

Молния не раз поражала людей. Бывали случаи, когда при этом дыхание человека останавливалось на несколько минут, но затем восстанавливалось, после чего у него не обнаруживалось никаких остаточных мозговых нарушений, вызванных кислородным голоданием или электрическим шоком.  Как это объяснить?

      Как правило, смерть человека, поражённого разрядом молнии, возникает от серьёзных ожогов внутренних органов и прекращения сердцебиения. Однако, если кожа и одежда человека были мокрыми (часто молния наблюдается во время дождя), то электрический разряд может и не проникнуть во внутренние органы; основная часть тока пройдёт по слою воды, находящемуся на поверхности кожи. В этом случае у человека в результате шока могут прекратиться сердечная деятельность и дыхание. Предполагается, что во время такого шока потребность мозга в кислороде резко уменьшается, и вовремя проведённое искусственное дыхание может быстро возвратить человека к жизни.

Опорно – двигательная система

Почему при оказании первой помощи при травмах часто используют снег, лёд?

       Холод – лечебное средство. Под воздействием холода происходит спазм мелких сосудов, понижается чувствительность нервных окончаний, замедляется кровоток, понижается проницаемость капилляров. Холодный компресс уменьшает боль при ушибах, растяжениях. 

Чем объяснить, что иногда  человек, случайно схватившийся за оголённый электрический провод, бывает не в силах оторвать от него руку?

        Руку удерживают на проводе не электрические силы. Проходя по мышцам руки, ток вызывает их сокращение, и рука, крепко схватывает провод. Электрики, работая с проводами которые могут оказаться под напряжением, стараются прикасаться к ним тыльной стороной руки. В этом случае сокращение мышц под действием тока, наоборот, отбрасывают руку от провода.

Кровеносная система

Почему водолазы используют термин «закипание крови»?

       Явление «закипания крови» происходит при быстром подъёме человека  с большой глубины из  воды. При погружении человека на большую глубину, из-за высокого давления,  в его крови начинает растворяться азот. Когда человек начинает быстро подниматься наверх, давление понижается и азот начинает «испаряться» из крови, напоминая процесс кипения. Это явление очень опасно. Для того, чтобы избежать его,  подъём с глубины осуществляют медленно.

 Почему человек при подъёме в горы испытывает недостаток кислорода, хотя его процентное содержание в воздухе остаётся практически неизменным?

      По мере удаления от поверхности Земли,  парциальное давление каждого газа, в том числе и кислорода, уменьшается. Низкое давление кислорода препятствует его проникновению в организм человека. Организм испытывает  кислородное голодание, появляется головокружение, учащённое дыхание. Это симптомы «горной болезни». Для увеличения содержания кислорода в крови организм повышает содержание эритроцитов.  

На что расходуется энергия, полученная кровью за счёт сокращения желудочков сердца?

      При движении крови по сосудам происходит превращение одного вида механической энергии в другой в соответствии вс законом сохранения энергии.

Значительная часть энергии движущейся крови расходуется на работу по преодолению сопротивления сосудов. Часть кинетической энергии переходит в потенциальную энергию  деформации эластичных стенок аорты и крупных артерий.

Почему при венозном и капиллярном кровотечениях кровь вытекает из раны равномерно, а не пульсирует в такт биению сердца?

    Пульсация крови сглаживается вследствие эластичности сосудов и наличия трения.

Почему повреждение крупных вен (подключичной, ярёмной, верхней полой) представляет большую опасность для человека, чем повреждение крупных артерий?

     Давление в крупных венах ниже атмосферного, что является причиной засасывания воздуха и возникновения газовой эмболии при повреждении такого сосуда. В артериях давление выше атмосферного, поэтому их повреждение не приводит к газовой эмболии.

Пищеварительная система

Объясните механизм процесса проглатывания пищи.

       Пища, находящаяся в полости рта, проталкивается в глотку и пищевод мышечными сокращениями языка. Слюна, пропитывающая пищевой ком, делает его скользким, что уменьшает силу трения, возникающую при движении по пищеводу.

Кожа. Теплорегуляция.

  Объясните, почему человеку труднее выполнять тяжёлую физическую работу при высокой влажности воздуха?

      Для человека наиболее благоприятна влажность в 40 – 60%. При повышенном содержании влаги в воздухе процесс испарения  с поверхности тела замедляется, а при 100% влажности полностью прекращается. Это приводит к перегреванию организма и затрудняет выполнение тяжёлой физической работы. При пониженном содержании влаги, также трудно совершать физическую работу, т.к. это приводит к усилению потери влаги и быстрому обезвоживанию организма.

Из какого природного материала можно изготовить самую лёгкую и тёплую зимнюю одежду?

      Из материала, который характеризуется превосходными теплоизоляционными  качествами – это пух гаги. Между пуховыми перьями находится много воздуха, который как известно, плохо проводит тепло. Из пуха гаги изготавливают одежду для полярников.

Почему человек в жару краснеет, а в холод бледнеет?

     При температуре окружающей среды более 25 градусов, нервные окончания кожи, воспринимающие тепловое раздражение, возбуждаются.  Это приводит к расширению кровеносных сосудов и  увеличению притока крови к поверхности кожи – кожа краснеет. При понижении температуры окружающей среды, кровеносные сосуды сужаются, чтобы уменьшить отток тепла от  внутренних органов. К наружным кожным покровам приток крови уменьшается – кожа бледнеет.

Как реагирует организм человека на охлаждение?

          При снижении температуры воздуха происходит увеличение теплоотдачи организмом человека. Чтобы скомпенсировать потерю тепла, потреблённая пища начинает быстрее расщепляться, выделяя большое количество теплоты. Кроме того, происходит сужение кровеносных сосудов в коже, что приводит к уменьшению притока крови, а значит, и тепла к открытым участкам кожи, тепло сосредотачивается во внутренних органах. Чтобы уменьшить потерю тепла с выдыхаемым воздухом, - снижается частота дыхания. Сокращается число ударов сердца в минуту,  чтобы уменьшить поток крови в организме, что приводит  к снижению потери тепла конвекцией.  Если охлаждение организма продолжается, появляется дрожь (непроизвольные  микросокращения мышц), что приводит к  дополнительному выделению тепла. Если же человек долго находится на морозе, а организм ослаблен, то температура тела будет понижаться. При снижении температуры тела  менее 27 градусов  у большинства людей наступает кома – бессознательное состояние. При понижении температуры до 22,5 градусов наступает смерть.

Почему люди, одетые в прорезиненную одежду, трудно переносят жару?

     Организм человека, одетого в прорезиненную одежду, при жаркой погоде быстро перегревается, т.к. не происходит испарения пота.

Почему у альпинистов, пребывающих даже короткое время в высокогорных районах, быстро и сильно загорают лица?

        Воздух, расположенный в нижних слоях атмосферы, обладает большой плотностью и, кроме того, сильно запылён. Поэтому он задерживает большую часть ультрафиолетового излучения, вызывающего загар кожи. На большой же высоте воздух сильно разрежен и гораздо чище. А чем ниже плотность воздуха, тем меньше поглощение и тем больше ультрафиолетового излучения проникает через него.

Органы чувств

Почему человек не может предсказывать наступление шторма?

    Слуховой анализатор человека может улавливать звуковые колебания с     частотой от 16 – 20000 Гц.  Перед штормом колебания волн издают звуки с частотой 8 – 13 Гц. Эти звуки возникают при взаимодействии потоков воздуха с

гребнями морских волн. Человеческое ухо не может эти волны воспринимать. Однако, эти звуки способны «слышать» медузы. Достигая медуз, эти волны заранее (примерно за 15 часов до шторма) «предупреждают» медуз о приближающемся шторме. Известны редчайшие случаи, когда некоторые жители побережий обладают исключительной способностью воспринимать инфразвуки и чувствовать уменьшение атмосферного давления и на этой основе предсказывать приближение шторма.

Как объяснить, что человек, находящийся в воде, даже очень чистой, плохо различает предметы?

             Ход лучей, попадающих в глаз, зависит от показателей преломления и радиуса кривизны поверхности роговицы, хрусталика и стекловидного тела. Преломляющая (оптическая) сила глаз определяется действием тех сред, через которые проходит луч(от хрусталика зависит лишь коррекция изображения, связанная с удалённостью предмета от глаза). В воде преломляющая сила роговицы сводится практически  к нулю вследствие того, что показатели преломления воды и жидкости, находящейся внутри глаза, почти одинаковы и свет, не преломляясь, проходит сквозь роговицу. Вследствие этого оптическая сила глаза уменьшается и на сетчатке не образуется чёткое изображение предметов.

  Какой человек будет лучше видеть предметы под водой – страдающий близорукостью или дальнозоркостью?

       Вода ослабляет преломляющую силу глаза, но т.к. в обычных условиях она больше у человека, страдающего близорукостью, то в воде он будет видеть предметы несколько лучше, чем человек, страдающий дальнозоркостью.

Раздел «Общая биология »

Биоценозы

Чем объясняется  сокращение энергии в цепях питания? Какой всеобщий закон природы при этом проявляется?

      В сообществах в процессе эволюции сложились цепи взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих вещества и энергию. В пищевой цепи зелёные растения создают органические вещества, используя энергию Солнца. Только 1 % солнечной энергии превращается в энергию химических связей синтезированных органических  веществ и в дальнейшем используется гетеротрофами. При питании гетеротрофов к ним переходит только около 10% энергии пищи, остальная часть энергии расходуется на различные процессы жизнедеятельности, перемещение организма в пространстве, превращается в тепло и рассеивается. Когда хищник поедает растительноядное животное, часть накопленной энергии тоже расходуется. Поэтому цепи питания не могут быть длинными, обычно они состоят из 3 – 5 звеньев.

Клеточный уровень

Рассчитайте, какая масса АТФ синтезируется за  сутки в организме взрослого человека с рационом питания 12 тыс. кДж.

         Молекулярная масса АТФ – 504. На образование АТФ расходуется половина энергии химических связей поступающих веществ, т.е.  6000 кДж, остальная энергия преобразуется в тепловую.

Х моль  - 6000 кДж

Уравнение реакции синтеза АТФ:

             АДФ +Н 3 РО 4 = АТФ + Н 2 О – Q

                                          1 моль           40 кДж

Х = 6000 кДж х 1 моль/ 40 кДж = 150 моль

Находим массу АТФ (m) = М ( АТФ)  х Х,  где Х – количество молей вещества:

 m = 504 г/моль х 150 моль = 75 кг.    Ответ: за сутки организм человека образует 75 кг АТФ.

                                                   Литература:

Г. П. Петросян «Законы физики и организм человека». Биология в школе №3, 1990г.

В.С. Елагина, Т.В. Уткина «Биофизические задачи на уроках биологии», Биология в школе №3, 2009 г.