Круговорот веществ и превращение энергии в биосфере. Антропогенное влияние на круговороты веществ.
план-конспект урока по химии (9 класс) на тему

                                                                       Конспект урока:

Тема: «Круговороты веществ и превращение энергии в биосфере. Антропогенное влияние на круговороты веществ».

Предмет: химия и биология

Класс: 9

Задачи урока: 

1. Сформировать у учащихся знания о биогеохимических циклах и роли живых организмов в поддержании круговорота биогенных элементов.
2. Научить школьников использовать полученные знания о процессах, происходящих в биосфере, для обоснования мероприятий по охране природы.
3. Продолжить формирование у школьников отрицательного отношения к деятельности человека, наносящей ущерб природной среде.

      4.   углубить, обобщить и систематизировать знания учащихся о химических

                               элементах, их соединениях и их воздействии на окружающую среду;

                            развивать умение наблюдать и объяснять разнообразные химические

                               явления в природе;

                           3. воспитать у учащихся бережное отношение к природе;

                           4. развивать умение учащихся работать с дополнительной литературой;

                                                                  Ход урока

На доске эпиграф:

“Ах, эта среда обитания!
Все связаны между собой
Обменом, цепями питания,
Составом, структурой, судьбой”.

1. Актуализация знаний: учитель биологии обращает внимание учащихся на эпиграф и организует фронтальную беседу о биосфере как среде обитания живых организмов, основных свойствах живого вещества, роли живых организмов в биосфере, функциях живого вещества в ней (Беседа).

• Что называется биогеохимическими циклами?
• Какова роль живых организмов в них?
• Какие элементы называют биогенными?
• Что такое макротрофные и микротрофные элементы?

Итоги беседы.

Бинарный урок биологии и химии в 9 классе.

Тема: «Круговороты веществ и превращение энергии в биосфере. Антропогенное влияние на круговороты веществ».

Задачи урока: 

4. Сформировать у учащихся знания о биогеохимических циклах и роли живых организмов в поддержании круговорота биогенных элементов.
5. Научить школьников использовать полученные знания о процессах, происходящих в биосфере, для обоснования мероприятий по охране природы.
6. Продолжить формирование у школьников отрицательного отношения к деятельности человека, наносящей ущерб природной среде.

4.   углубить, обобщить и систематизировать знания учащихся о химических

                               элементах, их соединениях и их воздействии на окружающую среду;

                            развивать умение наблюдать и объяснять разнообразные химические

                               явления в природе;

                           3. воспитать у учащихся бережное отношение к природе;

                           4. развивать умение учащихся работать с дополнительной литературой;

                                                               Ход урока

На доске эпиграф:

“Ах, эта среда обитания!
Все связаны между собой
Обменом, цепями питания,
Составом, структурой, судьбой”.

1. Актуализация знаний: учитель биологии обращает внимание учащихся на эпиграф и организует фронтальную беседу о биосфере как среде обитания живых организмов, основных свойствах живого вещества, роли живых организмов в биосфере, функциях живого вещества в ней (Беседа).

• Что называется биогеохимическими циклами?
• Какова роль живых организмов в них?
• Какие элементы называют биогенными?
• Что такое макротрофные и микротрофные элементы?

Итоги беседы.

       б) химический круговорот углерода (учитель химии),

миграция углерода осуществляется созданием  карбонатной  системы в различных водоемах, где углекислый газ переходит в угольную кислоту,  в гидрокарбонат- ионы и карбонат – ионы. Затем с  помощью растворенного в воде кальция (реже магния) происходит осаждение карбонатов (CаСО3) биогенным и абиогенным путем, в результате чего возникают мощные толщи известняков.

З            Задание Осуществить  цепочку  превращений:   СО2  →  Н2СО3  →  СаСО3 → СО2

 биологический круговорот   углерода (учитель биологии);

      в) углерод океана (учитель химии) ;

      г) поддержание концентрации СО2 атмосферы, демонстрация опыта (учитель химии);

               Углекислый  газ  образуется  в  результате  дыхания

 Опыт  подышать  в  чистую  стеклянную  трубочку  через  известковую  воду,  она  помутнеет.

Задание  Записать  уравнение  этой  реакции.

. Кроме того, запасы углерода в атмосфере пополняются за счёт вулканической деятельности и сжигания человеком горючих ископаемых. Хотя основная часть поступающего в атмосферу диоксида углерода поглощается океаном и откладывается в виде карбонатов, содержание СО2 в воздухе медленно, но неуклонно повышается.

Углекислый  газ  образуется  в  результате   горения  углеродсодержащих  веществ  (природный  газ,  уголь,  нефть,  древесина),  а  также  в  ходе  процессов  гниения,  дыхания  и  др.Содержание  СО2  в  атмосфере  составляет  0,03%,  что  обеспечивает  относительное  постоянство  климата  на  Земле

 д) нарушение концентрации СО2 в результате промышленной революции (добыча угля,

          нефти, разрушение гумуса, вырубка лесов), (учитель химии);

      е) последствия нарушения концентрации СО2 в атмосфере (учитель биологии);

      ж) сообщение учащегося (реферат) «Парниковый эффект»;

      з) источники попадания в атмосферу СО (учитель химии);

Угарный  газ образуется  при  горении  углеродсодержащих  веществ  в  условиях  высоких  температур  и  недостатка  кислорода,  например  в  печах,  автомобильных  двигателях. В  цехах  и  лабораториях  при  работе  с  оксидом  углерода  два  устанавливается  строгий  контроль  над  герметичностью  аппаратов  и  содержанием газа  не  должно  превышать  20  мг/м3.    В  быту  мы  встречаем  этот  газ  чаще,  чем  было  бы  желательно,  в  табачном  дыме  -  до  0.5 %, в  выхлопных  газах  двигателей   внутреннего  сгорания  около  3%,  большое  количество  этого  газа  в  дымовых  газах  фабричных  труб.

       и) применение СО (учитель химии);

В  химической  промышленности  оксид  углерода  (II)  служит  исходным  веществом  при  синтезе  многих  органических  продуктов   (метилового  спирта  и  т.п.).  Из  СО  и  Н2   получают  искусственный  бензин.

      к) воздействие СО на организм человека (учитель биологии);

Т.О.  В процессе фотосинтеза углекислота превращается в органическое  вещество, служащее пищей животным. Дыхание, брожение и сгорание  топлива возвращают углекислоту в атмосферу.

Презентация «Азот».  Синицын  Миша,  Полунин  Саша.

круговорот азота в природе:

Среди  основных  неорганических  веществ,  содержащих  атомы   азота  можно  назвать  азотную  кислоту  и  её  соли.

  а) природные соединения азота – селитры (учитель химии);

Все  нитраты  щелочных  металлов,  щелочно -  земельных  металлов  аммония  называют  селитрами  (натриевая,  калийная  и  т.  д.

 Особое  название  имеют  соли:  NaNO3  -  чилийская  селитра  (натриевая)

                                                         KNO3   - индийская  селитра  (калиевая)

                                                         Ca(NO3)2 -  норвежская  селитра (кальциевая)

      а) атмосферный азот (учитель химии);

 задание записать уравнения реакции, происходящие в атмосфере во время грозы

Осуществить цепочку превращений:

N2→ NO → NO2 → HNO3

б) локальные круговороты азота (учитель химии, учитель биологии);

      в) применение азота и его соединений (учитель химии)

Задание опыт:

Докажите экспериментальным путем, что нельзя вносить соли аммония в качестве азотных удобрений вместе с известью?

      д) отрицательное влияние азотных соединений на окружающую среду

          (учитель  биологии); Накопление нитратов и нитритов в продуктах питания и  вредно сказываются на здоровье человека., химическая эрозия почвы.

Презентация «Кислород».

Круговорот кислорода роль растений, фотосинтез, уравнение (Учитель биологии)

Экологическая проблема разрушение озонового слоя , образование озона в природе (учитель химии)

Презентация «Фосфор».

круговорот фосфора в природе:

     а) химический круговорот фосфора в природе (учитель химии);

     б) природные фосфаты (учитель химии);

Природные  соединения  фосфора  -  фосфориты  и  апатиты  - содержат  фосфор  в  виде  нерастворимого  третичного  фосфата  кальция,  который  плохо  усваивается  растениями.

     в) усвоение фосфора растениями и животными (учитель биологии);

     г) разложение фосфатов бактериями и грибами (учитель биологии);

     д) превращение нерастворимых фосфатов в растворимые (учитель химии),

Для  получения  легко  усвояемых  удобрений  фосфаты  подвергают  химической  обработке,  заключающейся  в  превращение  нормальной  соли  в  кислую. Таким  путём  приготовляют  наиболее  важное  фосфорные  удобрения  -  суперфосфат,  двойной  суперфосфат.

         демонстрация опыта;

     е) отрицательное влияние фосфорных соединений на окружающую среду;

3. Закрепление материала. БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ.

Биологическая задача № 6.

В основе круговорота веществ лежат связи между организмами - производителями, потребителями и разрушителями органического вещества.

Что это за связи? Почему цепь питания не может состоять только из организмов-производителей и потребителей органического вещества?

Биологическая задача M1.

Круговорот веществ, их движение требуют постоянного притока энергии. Что служит источником этой энергии? Почему считают, что поставщиками энергии являются растения? Какую энергию они поставляют для круговорота веществ?

Проставьте в данном уравнении коэффициенты:

CO2 + H2O + световая энергия = C6H12O6 + O2 Определите: Какой объем  кислорода выделится и сколько грамм глюкозы синтезирует зеленое растение, если при фотосинтезе оно поглотит из среды 1 кг CO2 (не считая воды).

Экологическая задача M 2.

Сокращение озонового слоя на 1% способствует росту раковых заболеваний на 6% в год. Численность жителей земного шара составляет 6 млрд. чел. Какова численность людей, заболевших раком, ежегодно, если дефицит озонового слоя достигнет указанной величины?

Экологическая задача № 4.

Автомобиль ГАЗ-24 с водителем и четырьмя пассажирами выбрасывает в воздух 40 г ядовитой окиси углерода (СО) за 1 км пробега. Сколько углерода (СО) он выбросит за 255 км пробега?

7. Контроль знаний Тест.

      Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами. В природе существует теснейшая взаимосвязь между всеми живыми организмами: зелеными растениями, животными, бактериями, грибами. Эта взаимосвязь реализуется через потоки вещества и энергии и может быть представлена в виде схемы

Круговорот веществ в биосфере поддерживается постоянным потоком энергии. Единственный источник внешней энергии на Земле – это излучение Солнца. Энергия, проходящая через биосферу нашей планеты, образует именно поток, а не круговорот!

Каждый живой организм получает энергию Солнца в прямом или измененном виде, а затем выделяет ее в окружающую среду или передает другим живым организмам. В обобщенной схеме энергия проходит сквозь живую оболочку и выделяется в среду в уже “отработанном” виде, в виде тепла, которое не может быть вновь усвоено живыми организмами.

Основную роль потребителей солнечной энергии выполняют зеленые растения, которые способны непосредственно усваивать световую энергию Солнца.

Если для круговорота веществ достаточно того запаса вещества, который имеется в биосфере, то поток энергии требует непрерывного поступления энергии извне – наша биосфера – открытая система.

Чтобы нагляднее представить себе роль энергии и вещества в жизненных процессах, сравним их с колесом мельницы, которое вращается под напором падающей с плотины воды. Колесо крутится, оставаясь на месте, и символизирует собой запас вещества в биосфере: его столько же сегодня, сколько было вчера, и завтра, не убавится и не прибавится. Но чтобы колесо вертелось, необходим постоянный приток нового количества воды. Поток воды бежит мимо колеса, вращая его. Так и поток энергии “крутит” колесо жизни на нашей планете, и его движение дает стимул “вращательному” движению вещества в биосфере.

Вместе с круговоротом веществ в биосфере осуществляется и круговорот (миграция) атомов конкретных химических элементов. Они переходят из организма в организм, затем — в неживую природу и снова в организм (учитель демонстрирует слайд №3 приложения 1).

Главенствующую роль в этом процессе играет вся масса живых организмов Земли (учитель демонстрирует слайд №4 приложения 1).“Живое вещество, – писал В.И. Вернадский, – охватывает и перестраивает химические процессы биосферы. Живое вещество есть самая мощная геологическая сила, растущая с ходом времени”.

Положение о круговороте атомов является одним из основных законов геохимии биосферы. Этот закон сводится к следующему: в сфере атомы участвуют в биологических круговоротах, в ходе которых они поглощаются живым веществом и заряжаются энергией, затем покидают живое вещество, отдавая накопленную энергию во внешнюю среду. ( Выделенные жирным шрифтом фразы ребята конспектируют).

В целом за определенный промежуток времени одно то же количество вещества биосферы совершает множество циклов. При этом различают два основных типа круговорота веществ: большой (геологический) и малый (биологический) (учитель демонстрирует слайд №6 приложения 1).Мы подробнее рассмотрим биологический круговорот наиболее типичных биофильных химических элементов.

3. Самостоятельная работа в группах.

Учитель предлагает классу разбиться на малые группы, каждая из которых получает задание для самостоятельной работы: в памяти компьютеров сохранена папка с файлами, содержащими список терминов (приложение 2) и заготовки схем круговоротов веществ (приложение 3, приложение 4) для задания (см. слайд №7 приложения 1).

C помощью программы Paint учащимся необходимо восстановить схемы круговоротов данных элементов, вписав необходимые термины из списка приложения 2, стрелками показать последовательность происходящих процессов и оформить получившиеся схемы рисунками.

Учитель знакомит учащихся с критериями оценки работы:

• Правильность выбора компонентов круговорота;
• Правильная последовательность происходящих процессов;
• Творческий подход к оформлению работы;

Учитель демонстрирует через проектор модели круговоротов азота и углерода с компакт-диска Открытая биология. Версия 2,5. При необходимости производится повтор демонстраций.

Правильность выполнения работ проверяется во время обсуждения, при сравнении полученных схем со слайдами презентации (учитель демонстрирует слайды № 8 и 9 приложения 1).

Затем учащиеся формируют новые группы, в ходе работы которых происходит взаимообмен полученной информацией.

4. Изучение нового на основе обобщения изученного ранее материала (беседа):

Учитель: Все процессы природы находятся в закономерной связи и развитии. Любое нарушение этих связей, разрыв их порождают негативные явления, с которыми сталкивается как отдельный человек, так и все общество в целом.

С появлением человечества возникло сложное взаимодействие общества и природы, одним из проявлений которого является сдвиг в биосфере в сторону возникновения особых биогеоценозов антропогенного характера.

С помощью проектора демонстрируется видеофрагмент, посвященный прерыванию круговоротов при сборе урожая в агроценозе – одной из причин неустойчивости этого сообщества. Учитель обращает внимание на то, что возврат биогенных элементов приходится компенсировать внесением минеральных или органических удобрений.

Изменения, которые ранее производил человек, сводились к тому, что он брал (часто хищнически) у биосферы средства к существованию, но возвращал то, что могло быть использовано другими организмами в цепях питания. Биологические круговороты тотчас же включали результаты деятельности человека в свои циклы.

В настоящее время в связи с ростом народонаселения и технической революцией воздействие человека на биосферу стало необычайно сильным, качественно отличным от прежнего. Е.Б.Новиком это воздействие названо антибиогенным комплексом.

С помощью проектора демонстрируется видеофрагмент, посвященный аварии на Чернобыльской АЭС.

Антропогенное воздействие явилось причиной колоссальных сдвигов в биосфере.

(Учитель демонстрирует слайд №10 приложения 1, глядя на схему, учащиеся дополняют её конкретными примерами. Возможны выступления ребят с подготовленными сообщениями, например о влиянии человека на круговорот углерода и т.п.).

Учитель: Назовите термины, которыми можно описать последствия негативного воздействия человека на глобальные биогенные круговороты.

Предполагаемые ответы: кислотные дожди, глобальное потепление, эвтрофикация водоемов и т.д.

5. Общие выводы урока (формулируются учащимися).

(Возможен вариант задания, который имеет смысл применить при недостатке времени – заполнение пропусков в тексте, который содержится в кейсе задания (приложение 5)):

1. Количество вещества, вовлекаемого в биосферные процессы, остается постоянным на протяжении целых геологических периодов.
2. В биосфере совершается многократный круговорот входящих в состав живых организмов веществ, атомов химических элементов и превращение энергии.
3. .В биосферу извне постоянно вливается поток солнечной энергии.
4. Биосферные круговороты возможны, так как живое вещество в биосфере постоянно выполняет следующие биогеохимические функции: газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную.
5. В глобальном круговороте веществ непосредственное участие принимают зеленые растения, животные, грибы, бактерии.
6. Круговорот веществ и атомов химических элементов, превращение энергии осуществляются за счет таких процессов, как фотосинтез, дыхание, горение, брожение.
7. Влияние человека на процессы, протекающие в биосфере, все время возрастает, что требует регуляции его взаимоотношений с окружающей природой. Охрана природы – насущная потребность современности.

Учитель: (демонстрируя слайд № 11 приложения 1, под звучащую тревожную музыку).

Биосфера функционирует как гигантская хорошо отлаженная экосистема, где организмы не только приспосабливаются к среде, но и сами создают и поддерживают на Земле условия, благоприятные для жизни. Совершая гигантский биологический круговорот веществ в биосфере, жизнь поддерживает стабильные условия для своего существования и существования в ней человека. Это обязывает человека иначе, более разумно относится к своей деятельности в биосфере.

Домашнее задание: 

1. Учебник А.А.Каменского “Биология. Введение в общую биологию и экологию” § 6.3, записи в тетради, ответы на вопросы в конце параграфа.
2. Мини-сочинение рассуждение (по желанию учащихся):?

Верите ли вы в то, что человечеству удастся сохранить биосферу для будущих поколений? Если “да”, то в каком виде она будет сохранена? Почему вы так думаете? Если “нет”, то почему и каковы перспективы будущего человечества?

Использованные материалы.

Литература: 

1. Кулев А.В. Общая биология. 11 класс. Метод. пособие. – СПб.: Паритет, 2004.
2. Пепеляева О.А., Сунцова И.В. Поурочные разработки по общей биологии: 9 класс.- М.:ВАКО, 2006.
3. Пономарева И.Н. Экология – М.: Вентана-Графф, 2001.

Электронные носители: 

1. Биология, химия, экология. Электронное учебное издание. ООО “Физикон” 2005,ООО “Дрофа” 2005.CD-ROM.
2. Открытая биология. Версия 2,5.Полный интерактивный курс биологии. “Физикон”. “Новый Диск”. CD-ROM.
3. 1С: Школа. Экология .10-11 классы. Учебное пособие. ЗАО “1С”, 2004 ООО “Дрофа”, 2004. CD-ROM.
4. Экология. Учебное электронное издание. МИЭМ,2004. CD-ROM.
5. Учитель биологии и экологии МОУ “Селковская СОШ” Сергиево-Посадского района Московской области Ерёмина Л.А.