Урок- конференция: «На перекрёстках естественных наук» (затрагивает проблемы трех наук: физики, химии и биологии)
материал по химии (9 класс) на тему

Урок- конференция: «На перекрёстках естественных наук» (затрагивает проблемы трех наук: физики, химии и биологии)

 Цели урока:

а) дидактическая: обеспечить формирование различных понятий  на основе синтеза репродуктивных знаний учащихся в химии, физике, биологии, продолжить формирование у учащихся представлений о единстве мира.

б) развивающая: осуществить развитие синтезирующего мышления учащихся (развитие умения устанавливать единые общие признаки и свойства целого).

в) воспитательная: продолжить формирование положительного отношения к знаниям, мировоззренческой направленности познавательных интересов.

Учитель физики:

Добрый день, уважаемые гости!  Я хочу познакомить  вас с участниками нашей конференции-практикума. Это ребята 8-11-х классов, работать они будут в секциях:   физики, химии и биологии. Мы пригласили к участию и самых маленьких наших оппонентов, которые заинтересованы в тех вопросах, которые мы будем рассматривать.

Оглянитесь вокруг. Удивительный, многоликий, неизведанный мир природы окружает человека, который связан с ней тысячью незримых нитей. Многое в окружающем нас мире до сих пор еще не выяснено. Но, как сказал Нансен: «История человечества - это непрерывное стремление от темноты к ясности».

Учитель химии:

Не то, что мните вы, природа,
Не слепок, не бездушный лик.
В ней есть душа, в ней есть свобода,
В ней есть любовь, в ней есть язык.

                                                 Ф. Тютчев

Учитель биологии:

С давних пор человек пытается разгадать тайны природы, постичь ее премудрости, познать ее законы и осознать свое место в ней. Много великих открытий было сделано учеными на этом пути познания. Особенно в области естествознания. Для нас же ценным является вклад ученых нашей страны в общий прогресс естественных наук.

Учитель физики:

И сегодня нам предстоит связать воедино разные подходы изучения одних и тех же понятий с точки зрения физики, химии и биологии, чтобы сложить целостное  представление  о естественных науках.

Учитель химии:

Итак, мы отправляемся нам на первый перекрёсток  естественных наук.

«Молекулярно-кинетическая теория».

Молекулярно-кинетическая теория – одна из фундаментальных научных теорий, утверждающая древнейшую научную идею – идею о дискретности вещества. Она служит основой для объяснения многих физических, химических, биологических явлений, без нее не может обойтись ни одна из естественных наук.

Учитель биологии:

Обратите внимание на доску.

(Попеременно зачитываются пословицы)

Ф1. Ложка дёгтя в бочке мёда.

Х2. Нарезанный лук пахнет и жжёт глаза сильнее

Б3. Тухлое яйцо портит всю кашу.

Ф4. На мешке с солью и верёвка солёная.

Х5. Овощной лавке вывеска не нужна.

Б6. Человек, который поджёг свою бороду, первый чувствует запах.

Ф7. Капля яду ведро молока портит.

Х8. Запах мускуса не скроешь.

Б9 Волка нюх кормит.

Учитель химии:

О каком же физическом явлении все эти пословицы? В чем проявляется данное явление в каждой пословице? Как называется это явление?  

Ответ (Диффузия)

Давайте выясним, что означает это явление с точки зрения каждой естественной науки.

Учитель физики:

 В чём же заключается  сущность явления диффузии?

Чтобы ответить на этот вопрос я предлагаю вам обратиться за помощью к словарям, которые лежат у вас на столах. Найдите, запишите и познакомьте нас с этим понятием. (Учащиеся всех секций работают со словарями, записывают определение данного явления и отвечают у доски).

Какие разные понятия. Но мы должны придти к единому мнению.

Обратимся за помощью к физикам.

Секция физиков ( ведут участники секции)

 Прошу  внести черный ящик! (звучит музыка, ящик проносят около каждого стола и гостей)

--Как   вы думаете, что находится в ящике? (в ящике открытый апельсин)

--Знания, о каком явлении помогло нам ответить на этот вопрос?

Ответ учащихся:

Знания о процессах диффузии.

Учитель физики:

Давайте  и на опыте   убедимся в справедливости данного вывода.  Для этого возьмём воду и  марганцовку и попросим наших маленьких гостей принять участие в нашем эксперименте. (Проводится опыт)

Итак, ребята. Диффузия – это проникновение молекул одного вещества между молекулами другого вещества. (Рисунок)

(Сообщения учащихся-физиков)

Диффузия

Да, диффузия – это фундаментальное явление природы. Оно лежит в основе превращений вещества и энергии. Его проявления имеют место на всех уровнях организации природных систем  на нашей планете, начиная с уровня элементарных частиц, атомов и молекул, и заканчивая геосферой. Оно широко используется в технике и в повседневной жизни.

Действительно, в школе мы изучаем диффузию как проникновение  частиц (молекул, атомов, ионов) одного вещества между частицами другого вещества.

 Достаточно вспомнить опыт с диффузией  марганцовки  в сосуде с водой. Мы  убедились  в справедливости данных определений. Диффузия – это проникновение молекул одного вещества между молекулами другого вещества. (Вывод)

 Диффузия объясняется так. Сначала между двумя телами чётко видна граница раздела двух сред. Затем, вследствие своего движения отдельные частицы веществ, находящихся около границы, обмениваются местами. Границы между веществами расплываются. Это происходит благодаря непрерывному и беспорядочному движению частиц. И это в конечном результате приводит к тому, что раствор в сосуде становится однородным.

Это можно объяснить  тепловым движением молекул. Диффузия является результатом хаотичного движения всех частиц вещества. Движение частиц при диффузии совершенно случайны, все направления смещения равновероятны. Диффузия возможна в жидких, твёрдых и газообразных телах.

Так как я учусь уже в 10 классе, то мне хочется добавить, что процесс диффузии представляет собой один из механизмов проявления II закона  термодинамики, согласно которому любая система стремится  перейти в устойчивое состояние.

Диффузия является фундаментальным процессом, лежащим в основе функционирования  живых систем любого уровня организации, начиная с уровня элементарных частиц (электронная диффузия) и заканчивая биосферным уровнем (круговоротом веществ в биосфере).

Явление диффузии широко используется и на практике. В повседневной жизни – заварка чая, консервирование овощей, изготовление варений, приятный запах от клубники, мы чувствуем вкус ягод и другой пищи благодаря диффузии. В производстве – цементация (стальных деталей для повышения их твёрдости и жаростойкости), электродуговая сварка (металлы свариваются, так как диффундируют, находясь в жидком состоянии), диффузия жидких кристаллов (жидкокристаллический монитор ноутбука), запуск космического корабля (при запуске космических кораблей в воздух выбрасывается огромное количество выхлопных газов, дыма, копоти и гари);  процессы алитирования и оксидирования.

Учитель биологии:

А что нам могут рассказать о явлении диффузии химики?

Учитель химии:

Разобраться и понять формы диффузии в химии нам помогут участники Секции химиков (сообщение).

Роль диффузии в получении растворов

Процессы диффузии в газах, жидких гелях широко применяются в химии. Например, для получения растворов, для обогащения воздуха кислородом в металлургической промышленности. Диффузия лежит в основе многих технологических процессов: адсорбции, сушки, экстрагирования, мембранных методов разделения смесей и др.

Если два вещества разделены полупроницаемой перегородкой (мембраной), диффузия протекает в одном направлении. Это явление называется  осмосом.

 Осмос  от греческого – толчок, давление. При  осмосе  происходит выравнивание концентраций раствора по обе стороны мембраны, пропускающей малые молекулы растворителя, но не пропускавшей более крупные молекулы растворенного вещества.

Опыт

Для наблюдения  осмоса  необходима перегородка, проницаемая только для одних веществ и задерживающая частицы другого вещества. Давайте рассмотрим процесс  осмоса  на опыте, Мы предварительно взяли ложку мясного фарша и 0,5 стакана 10% раствора хлорида натрия. Тщательно перемешали и профильтровали через трехслойную марлю. Раствор поместили в целлофановый мешочек, целлофан будет играть роль проницаемой мембраны для хлорида ионов и непроницаемой для крупных молекул, например белков.

Целлофановый мешочек опустим в стакан с дистиллированной водой, предварительно проверив на содержание в воде хлорид ионов. Раствор не мутнеет от нитрата серебра, значит, не содержит хлорид ионы. Оставим мешочек на 2 минуты в воде, а затем капнем в воду раствор АgNО3 и пронаблюдаем помутнение, что указывает на появление хлорид ионов, которые поступают через целлофан в дистиллированную воду. Частицы белка крупные и поэтому они задержались на поверхности целлофана

Аналогичный процесс применяется в медицине, например, в аппарате «искусственная почка».

Учитель физики:

А какую роль играет эта теория при объяснении биологических явлений?        

Учитель биологии:

Каждый живой организм может рассматриваться как водный раствор, вода – поистине живая.Обратимся к биологам:

 Сообщение (Уткина Елена.) Представьте себе, что вы находитесь у озера летом и вам захотелось попить воды. Но прежде вспомните сказку Андерсена «Каплю воды»: «Если через увеличительное стекло посмотреть на каплю воды, взятой из пруда, то увидишь тысячи диковинных зверьков, которых вообще никогда не видно в воде, хотя они, без всякого сомнения, там есть». Невидимые нами существа без голов, без глаз, без ртов. Как они едят, пьют? А мы покажем микромир живой природы на примере капли воды, взятой из аквариума. Давайте посмотрим в микроскоп. Что мы наблюдаем?

Вопрос: как они дышат и чем питаются?

Ответ: питание и дыхание осуществляется за счет диффузии.

Учитель биологии:

Питательные вещества, как и вода, в одноклеточные организмы поступают через всю поверхность их тела благодаря явлению диффузии. Без диффузии не обходятся процессы питания и во всех других организмах.

Учитель физики:

Итак, мы убедились, что без диффузии.… Каким вообще был бы мир без диффузии? Прекратись тепловое движение частиц – и вокруг все станет мертвым.

Учитель химии:

Превратятся в безжизненные, оледеневшие фигуры растения, животные. Не станет вокруг Земли атмосферы – с прекращением теплового движения молекулы воздуха притянутся к Земле. Вокруг ни звука, ни ветра.

Учитель биологии:

На черном небе еще несколько минут будет видно Солнце – столько, сколько времени будут идти от него последние лучи… Какая страшная сказка!

Учитель физики:

Хорошо, что она невозможна даже в мыслях, потому, что мы знаем – тепловое движение частиц в окружающем мире вечно.

Говоря о теориях, которые с успехом используются в физических, химических и биологических науках, мы не можем не упомянуть квантовую теорию.

Мы пришли  на перекрёсток «Квантовая теория».

Началась она с гипотезы Планка, согласно которой атомы и молекулы излучают и поглощают энергию не непрерывным потоком, а отдельными порциями – квантами.

Квантовые представления являются основой объяснения явлений в современной научной картине мира. Например, нас окружает потрясающий своим разнообразием многокрасочный мир. Посмотрите на рисунки наших гостей. А почему мы видим его объекты?

 Учитель биологии:

С помощью зрения мы получаем около 90% информации о мире. Поэтому вопрос о механизме зрения интересовал человека всегда. Демокрит учил: «Видим мы оттого, что в нас попадают и остаются там «видности».

Учитель физики:

Для нас эти «видности» - кванты света. В чём же заключается процесс видения мира? В механизме зрения используются квантовые свойства света.

Обратимся к Секции физиков:

(Сообщение учащегося «Об окраске цветов», Емельянова Екатерина).

«Об окраске цветов»

А задумывались ли вы над вопросом, зачем цветку красота?

Как красивы лепестки нежно-фиолетового венчика сон-травы! Он как чудесная чашечка, в которую льются лучи неяркого весеннего солнца. Форма цветка нам понятна сразу: он, как вогнутое зеркало, фокусирует отражённые от лепестков пучки света в центральной части цветка – там происходит оплодотворение.

Даже если температура воздуха около 00С, внутри цветка сравнительно тепло (около 80С).

А почему цветок сон-травы, как и цветки других ранневесенних растений, например, медуницы, имеет окраску фиолетовых, лиловых тонов?А может быть об этом нам скажут биологи?

Биолог-Закорчемная.

Биологи знают, что окраска цветов обусловлена наличием в них фенольных соединений – флавоноидов, а сине-фиолетовой и красно-малиновой расцветкой растения обязаны группе флавоноидов-антоцианов (от греческого слова «антос»-цветок, «кианос» -синий).

Физик – Емельянова.

Учёные считают, что наличие антоцианов предохраняет растение от действия пониженных температур. Сине-фиолетовая окраска цветков позволяет им поглощать больше энергии солнечного света, чем это было бы, например, при жёлтой или оранжевой окраске. Лепестки сон-травы отражают те пучки свет, которые несут меньше всего энергии, остальные же лучи они поглощают, чтобы «согреться» в холодные дни ранней весны. К тому же, в центральной части фокусируются отражённые от лепестков лучи с самыми «сильнодействующими» квантами видимого света.

Но вот отцветут ранние сине-фиолетовые  и сине-малиновые цветы, пригреет майское солнышко, появятся жёлтые лютики и одуванчики, оранжевые купальницы. Если не отразить те лучи, на которые в спектре солнца приходится максимальная энергия – жёлтые лучи – то можно «живьём свариться». Вот почему, например, лютик такого золотого цвета. Отсюда можно сделать вывод, что красота цветка связана с его жизнестойкостью. И как тут не вспомнить слова великого Гёте:

«В каждом растении ты видишь влияние вечных законов,

Громче и громче с тобой каждый цветок говорит»

Учитель химии:

Всем вам из школьных курсов химии и физики известны периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева. Но периодичность в природе представлена не только периодическим законом.

Познакомит нас с периодичностью в природе

Франк Анастасия.(Сообщение)

В рамках естествознания периодические процессы, свойственные как живой,  так  и  неживой  природе,  обеспечивают  внутреннюю  целостность сложных систем и их динамичное функционирование.

Периодические  процессы,  когда  состояние  того  или  иного  объекта полностью повторяется через определённые промежутки времени: движение космических  тел вокруг центра Галактики, движение планет вокруг Солнца, колебание  векторов магнитной  индукции  и  электрической  напряжённости  в электромагнитной волне, распределение  электронной плотности вокруг ядра, атома и др., широко распространены в природе.

Особенно многочисленны примеры периодических процессов в живой природе, потому что ритм является формой существования всего живого.В любом организме органы, ткани, клетки работают ритмично. Даже мембраны  клеток  пропускают  ионы  в  определённом  ритме.  Нарушение  какого-то ритма - признак нарушения жизнедеятельности  организма.

Ритмичная  работа  органов  обусловливает  ритмичную  деятельность всего организма, его суточный ритм, определяемый в свою очередь периодическим движением Земли вокруг своей оси. Каждому организму свойственна также сезонная периодичность, связанная с движением Земли вокруг Солнца и наклоном оси вращения Земли к плоскости земной орбиты. Протяжённость

дня и ночи, зависящая от положения Земли относительно Солнца; весна, лето, осень  и  зима,  наступающие  в  связи  с периодическим  движением  Земли  вокруг Солнца,  обусловливают различия в жизнедеятельности представителей флоры и фауны в течение суток и на протяжении года.

И хотя положение Земли по отношению к Солнцу повторяется через каждые 24 часа, в природе никогда не наблюдается полного повторения. Изменяется  и  вся Земля,  повторив  свой дневной оборот  вокруг Солнца. Новоеповторение  вместе  с  тем  всегда  является  и  изменением. Однако  периодические  процессы,  происходящие  в  природе,  это  повторение  не  по  кругу,  а  повосходящей спирали.

Москалева ВалерияД.И.Менделеев  обнаружил,  что  постепенно  с  изменением  атомного веса  изменяются  свойства  элементов,  а  затем  наблюдается  периодическое повторение  этих  свойств  у  других  элементов.  Конечно,  каждый  новый  элемент,  повторяя  предыдущий,  в  то же  время  имеет  свои  собственные,  отличающие  его  свойства.  

Д.И. Менделеев совершил великое открытие закона периодичности вто время, когда сколько-нибудь определённые представления о строении атома  ещё  отсутствовали.  Надо  было  обладать  поистине  титанической  силойпредвидения, интуицией гения для того, чтобы в те времена сформулироватьзакон  периодичности. Д.И. Менделеев  понимал  громадную  научную  значимость  сделанного  им  открытия,  по  праву  гордился  своей  причастностью  кэтому и приоритетом русской науки.

Среди  многообразия  периодических   процессов  выделяют  следующие  классы:  

физические (периодическая  кристаллизация,  периодическая диффузия,  периодические  структуры  при  образовании  льда,  периодичность  при  застывании  металла,  

физико-химические (периодическая адсорбция,периодическоевысаливание, периодическая каогуляция)

химические(периодическоевыделениеосадка,периодические   электрохимические  процессы, периодические  фотохимическиереакции,   периодические  окислительно-восстановительные  реакции, в том числе колебательные) и др.  

Удивительные  по  морфологии  периодические структуры образуются в организме человека (камни в жёлчном пузыре, мочевом пузыре).

Всеобщий  характер  периодических  процессов  в  природе  открывает безграничные  возможности  использования  их  для  эффективного  решения задачи  интеграции  естественнонаучных  знаний.  

«Другого ничего в природе нет,
Ни здесь, ни там, в космических глубинах:
Все – от песчинок малых до планет –
Из элементов состоит единых...»

Учитель биологии:Уместно было бы закончить рассказ о периодичности явлений и процессов в природе словами великого Гераклита: «Этот мировой порядок не создан никем из богов и никем из людей, но он был, есть и будет вечно живым огнем, мерами угасающим и мерами вспыхивающим.»

Учитель физики:Все явления, происходящие вокруг нас, все объекты живой и неживой природы существуют по законам, которые вам предстоит узнать и постичь. Мир и природа едины, поэтому существуют законы, общие для всех наук. Одним из таких законов является закон сохранения массы веществ.

Учитель химии:

Переходим на перекресток фундаментального закона физики, химии и биологии.Закона сохранения массы веществ и вытекающего из него закона сохранения энергии, который неразрывно связан с именем выдающегося русского ученого М.В. Ломоносова.

Учитель физики:В этом году отмечается300 -летиевыдающегося русского ученогоМ. В. Ломоносова.Напомним вам основные даты жизни этого ученого.

(Презентация «Биография М.В. Ломоносова)

Учитель химии:

Естественно – научным выражением закона вечности материи служит закон сохранения массы, а естественно – научным выражением закона вечности движения (энергии) – закон сохранения энергии. Эти законы – наиболее общие законы естествознания: и физики, и химии, и биологии. Закон сохранения массы и энергии принято относить к химии, т.к. он впервые был сформулирован, опираясь на химические опыты. Имея на практике дело с веществами, мы хотим знать, что это за вещество и каким количеством его мы располагаем. Наиболее точным мерилом количества вещества является его масса, а наиболее удобным орудием измерения массы – весы. Особая заслуга в использовании их в целях познания природы принадлежит М. В. Ломоносову. При помощи весов им был утвержден в науке закон сохранения массы.

Спиридонова НастяСегодня мы совершим научное открытие. А для этого отправимся в 18-й век в лабораторию великого русского учёного М. В. Ломоносова
Ломоносову не давал покоя один вопрос: как одно вещество превращается в другое?
Почему образуются новые вещества с другими свойствами, которыми не обладали исходные вещества.

Поставим опыт,доказывающий закон сохранения массы веществ в химических реакциях.Внутри колбы при закрытой пробкебудет гореть свеча. Уравновесим весы. Подожжем свечу и опустим её в колбу. Замыкаем объем, закрыв пробку. Горение свечи  - химический процесс. Израсходовав кислород, свеча гаснет. Химическая реакция закончилась, но равновесие весов не нарушилось. Следовательно, масса веществ продуктов реакции осталась такой же какой была масса исходных веществ.

Результаты своих опытов в 1748 году Ломоносов сформулировал в виде закона:

«Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния, что, сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому».
- Я вижу, вам не совсем понятна такая формулировка. А на современном русском языке он звучит так:
 «Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе образовавшихся веществ»

Учитель химииВсе химические процессы, происходящие в природе, подчиняются закону сохранения массы веществ, поэтому он является единым законом природы. В результате химических реакций атомы не исчезают и не возникают, а происходит их перегруппировка. Так как число атомов до и после реакции остается неизменным, то общая масса тоже не изменяется.
Учитель биологии:

Я предлагаю совершитьнебольшой экскурс в историю биологии: именно представления о сохранении массы вещества, которые бытовали в науке еще до открытия закона сохранения массы вещества, помогли опровергнуть господствовавшее на протяжении многих веков в науке мнение, что земля – единственная пища растений. Посвятит нас в эти тайны

Марфенко Алексей.

Этот эксперимент поставил голландский естествоиспытатель Гельмонт. Его знаменитый опыт длился 5 лет. В горшок насыпали тщательно просушенную и взвешенную землю. В нее посадили тщательно взвешенную ветку ивы. Горшок был накрыт крышкой, чтобы в него не попадали пыль и сор, иву поливали дождевой водой. Через 5 лет растение увеличило свою массу на 65,675 кг, а масса земли в горшке уменьшилась только на 60 г. Таким образом, земля никак не могла являться единственной пищей растений. Этот опыт дал толчок к проведению множества других опытов, благодаря которым была раскрыта сущность фотосинтеза.

Учитель физики:

В физике закон сохранения массы долгое время считался истиной, само собой разумеющейся. Представлялось, например, очевидным, что сумма масс осколков тела равна массе расколотого тела, что масса тела не изменяется, если оно подвергается деформации, намагничиванию, нагреванию и т.д.. Не только при излучении, но и при всякой убыли энергии убывает и масса. Наоборот, прибыль энергии сопровождается и прибылью массы. Нагретое тело имеет большую массу и весит больше, чем до нагревания; закрученная пружина – большую массу, чем до закручивания; куски раздробленного тела- большую массу, чем не раздробленного.

 Учитель химии

Убедившись при помощи своих весов, что охлаждение и нагревание тел, иначе говоря, прибыль и убыль теплоты не вызывают изменения массы, Ломоносов отверг господствовавший в его время взгляд на теплоту как на разновидность материи и объявил ее особой формой движения. “Сей всеобщий и естественный закон, - пишет Ломоносов, имея в виду закон сохранения, - простирается в самые правила движения, ибо тело, движущее своей силой другое, столько оного теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает”. Слово движение имело смысл введенного позднее понятия “энергия”.

Учитель биологии:

Энергия – это движение. Давайте посмотрим как происходит движение на клеточном уровне в биологии. Рассмотрим опыт…

Учитель физики:

Итак, мы объяснили некоторые известные нам явления природы с точки зрения биологии, физики, химии. Для нашего времени характерно проникновение в науку идеи всеобщей связи явлений. Мир, как и в древние времена, - это единое органическое целое.

Учитель биологии

В сознании человека знания об окружающем мире не просто преломляются, как «солнце в малой капле вод», они во многом формируют отношение человека к миру, влияют на его нравственные качества.

Учитель химии

Только постигая и соблюдая законы природы, можно достичь гармонии и сохранить жизнь на планете Земля.

Учитель физики:

“В далеком жизненном походе, как часто забываем мы, что жизнь принадлежит природе, а нам дается лишь взаймы”.

Учитель химии 

Предлагаем вам  закончить урок на поэтической ноте, составив синквейн по темам биология, химия, физика, природа, Ломоносов.

Напоминаем правила составления синквейнов.

Зачитывают синквейны.

Учитель биологии

 Благодарим за урок. До свидания.