Урок Фотосинтез. История изучения

«ФОТОСИНТЕЗ ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ, СУЩНОСТЬ, ЗНАЧЕНИЕ». Х класс.

Понятие фотосинтез - одно из сквозных в биологии. На знания учащихся о фотосинтезе учитель обязательно будет опираться при изучении с ними обмена веществ и энергии в живой клетке, экологии, развития жизни на Земле .

Цель урока: расширить представления учащихся о фотосинтезе, познакомить с сущностью процессов, со значение в природе и жизни человека; продолжить формирование навыков работы с микроскопом и лабораторным оборудованием, а так же умения ставить простой опыт.

Урок развивает навыки использования дополнительной литературы; позволяет показать, каких высот ученые разных стран могут достигнуть, объединив свои усилия.

Тема «Фотосинтез» одна из наиболее сложных. Объективная сложность усугубляется недостаточно четким изложением материала в учебнике и отсутствием наглядных пособий.

Объяснение такого объемного материала, каким является тема «Фотосинтез», лучше проводить на двух спаренных уроках, тогда не теряется целостное восприятие. Необходимо привлечь детей, которые по ходу урока выступят с краткими сообщениями-презентациями. Таких выступлений может быть три: опыты Ван-Гельмонта, Пристли, результаты предварительно поставленного эксперимента по обнаружения крахмала на листе.

Урок состоит из трех частей: рассказа об истории изучения фотосинтеза, лабораторной работы по изучению хлоропластов листа и объяснения сущности световой и темновой стадий.

Урок открывает, учитель, затем выступают учащиеся с подготовленными заранее презентациями- докладами. Это первая часть урока .

Вторая часть урока - логическое продолжение серии лабораторных работ по изучению растительных и животных клеток. Для того чтобы учащиеся получили более полное представление о хлоропластах, их движении и строении, используется кинофрагмент «Роль хлоропластов и фотосинтезе».

Лабораторная работа состоит из трех заданий. Третье задание творческое, требующее связать строение листа и его функцию. (Лабораторная работа вместе с просмотром кинофрагмента занимает около 20 мин).

При объяснении сущности фотосинтеза в третьей части урока желательно использовать презентацию где показаны основные химические вещества и процессы. Так, хлорофилл изображен кружками зеленого цвета, НАДФ - темно-зелеными прямоугольником, фотолиз воды - голубым фоном каплевидной формы, АТФ - стрелкой красного цвета , показано движение электронов, водородных протонов и выделение кислорода.

Световую стадию учащиеся зарисовывают в тетрадь. Учитывая сложность световой стадии и множество химических и фотохимических процессов, этот материал учитель повторяет дважды, акцентируя внимание учащихся на узловых моментах фотосинтеза.

Для активизации внимания и неформального восприятия учебного материала можно предложить школьникам изучить схему фотосинтеза и задать учителю вопросы. ( За вопрос «А где же крахмал?» можно поставить высокую оценку).

Ход урока

Вступительное слово учителя.(презентация) Природа любит загадывать загадки. 400 лет ученые изучают процессы, в нем происходящие, и до сих пор не все окончательно ясно. Что такое корень, каково его значение, понятно еще со времен Аристотеля. А какова роль листа? Листья называли по-разному: «дети солнца, «покорившие солнце», « утеха взора, услада слуха». Человек пытался понять, почему они тянутся к солнцу; их обрывали, и растение погибало. Но значение листа так и не удавалось выявить.

Рассказ ученика (презентация) об опыте Ван-Гельмонта (используется аппликация на магнитной доске). Еще в ХVI в. встал вопрос о том, как питается растение. Казалось бы, чего проще: растение корнями из земли берет все, что ему необходимо. Ван-Гельмонт (1579-1644) был одним из тех ученых, кто решил это проверить на практике. (Ученик рассказывает об опыте Ван-Гельмонта.)

С XVII в. в практику научных исследований входит микроскоп. Итальянец Мальпиги открывает устьица. Однако и это открытие не проясняет роли листа в жизни растения.

XVII в., 1772 18 августа. Д. Пристли ставит знаменитый опыт.

Рассказ учителя. Чуть позже австрийский врач Ингенхауз устанавливает роль света в жизни растения. В 1753 г. М. В. Ломоносов отмечал: «Тучные дерева, что на бесплодном песку корень свой утвердили, жирный тук из воздуха впитывают, ибо не могут получить из бессочной земли достаточно смоляной материи».

Идея о воздушном питании растений все более распространяется.

К концу XIX в. окончательно стало известно, что растения поглощают листьями углекислый газ и образуют крахмал, который используют для собственного питания. Этот процесс стал называться фотосинтезом. В его изучение многое внес К.А. Тимирязев. Он установил роль отдельных частей солнечного спектра в процессе фотосинтеза.

Рассказа ученика. (Демонстрация опыта по фотосинтезу). Рассказ ученика продолжает учитель. Итак, к концу XIX в. в общих чертах стал понятен процесс фотосинтеза, стало окончательно ясно, для чего растению нужны листья. Достаточно сказать, что у столетнего дуба, например, синтез протекает на общей поверхности 1200 м², а поверхность всех хлоропластов - 1800 м²!

Вспомним строение листа и хлоропласта. (Опрос фронтальный с использованием таблицы «Строение листа»)

Вторая часть сдвоенного урока начинается с лабораторной работы «Хлоропласты в клетке листа элодеи».

Задание: посмотрев кинофильм, обратите внимание на хлоропласты, их строение и движение. Приготовьте препарат листа элодеи, рассмотрите его и зарисуйте 3-4 клетки, подпишите рисунок. Как строение листа соответствует выполняемой им функции?

После выполнения лабораторной работы учитель переходит к объяснению сущности фотосинтеза, т.е. сущности поглощения листом энергии солнечного света (используется презентация).

Рассказ учителя (презентация) Два фотона света ( энергия падающего солнечного луча) в двух молекулах хлорофилла переводят электроны в возбужденное состояние. Они отрываются от молекул хлорофилла и по цепи переноса электронов, как по рельсам, направляются к особому веществу - НАДФ (никотинамидадениндинуклеотидфостат). Это вещество можно назвать электронной ловушкой за его способность присоединять электроны и получать соответственно два отрицательных заряда - НАДФ^-

Параллельно с описанным процессом энергия падающего света порождает другое явление - фотолиз воды, т.е. ее распад на положительно заряженные ионы - ОН^-. Две молекулы воды дают два Н⁺ и два ОН^-.

Два протона немедленно присоединяются к НАДФ^-, образуя НАДФ∙Н₂. Таким образом, энергия солнечных лучей аккумулировалась в виде химического вещества НАДФ∙Н₂.

Два электрона от двух гидроксильных ионов также по цепи переноса электронов достигают двух молекул хлорофилла, делая их электронейтральными и способными на новый цикл. Попутно, обладая энергией, они часть ее отдают на присоединение АДФ неорганического фосфата, образуя две молекулы АТФ.

Итак, сущность поглощения листом энергии солнечного света заключается в ее превращении в энергию химических связей АТФ и НАДФ∙Н₂. Для дальнейшего получения углеводов свет, собственно не нужен. Для связывания молекул СО₂ в молекулу глюкозы достаточно энергии АТФ и НАДФ∙Н₂. Это происходит в так называемую темновую фазу фотосинтеза.

Фотолиз ВОДЫ Н,0 + 0₂

В темновой фазе используется энергия НАДФ∙Н₂ и 2АТФ ( Если позволит время, можно произвести химические расчеты и показать, откуда берется по шесть молекул СО₂ , Н₂ О, О₂ )

6СО₂+6Н₂О С₆Н₁₂О₆+6О₂(общая формула)

В темновой фазе используется энергия НАДФ*H2 и 2АТФ (Если позволит время, можно произвести химические расчеты и показать, откуда берется по шесть молекул CO2, H2O, O2.)

6CO2+6H20---- C6H12O6=6O2 (общая формула)

Суммарное уравнение синтеза глюкозы можно записать так:

6CO2=12НАДФ.H2=18АТФ-----IC6H12O6+12НАДФ+18ДФ+18Ф+6H2O;

После разбора химических расчетов учащиеся приходят к выводу, что хлоропласт работает как преобразователь солнечной энергии и ее аккумулятор. Учитель предлагает объяснить выражение Роберта Майера: «Совет - вечно натянутая пружина, приводящая в действие механизм земной жизни»

После закрепления материала учащимися можно предложить темы для выступления на следующем уроке: «Фотосинтез и эволюция жизни на Земле»; «Фотосинтез и практическая деятельность человека».

После изучения тем «Фотосинтез» и «Обмен энергии в клетке» следует провести тестовый зачет.

Вариант 1

Обязательная часть (правильный ответ - 1 балл)

1. В клетках каких организмов содержится хлоропласты?

А. В клетках животных.

Б. В клетках растений.

В. В клетках животных и растений.

Г. В клетках грибов.

2. Какие лучи спектра преимущественно поглощает хлорофилл?

А. Красные.

Б. Зеленые.

В. Фиолетовые.

Г. Весь спектр.

3. НАДФ и хлоропласте необходим:

А. Как составная часть двухслойной мембраны хлоропласта.

Б. Как «ловушка» для электронов.

В. В качестве фермента для образования крахмала.

Г. В качестве фермента для диссоциации воды.

4. Фотолиз воды - это

А. Накопление воды в листе под действием света.

Б. Диссоциация воды на ионы под действием света.

В. Выделение водяных паров из устьиц под действием света.

Г. Нагнетание воды в листья под действием света.

5. Процессы, происходящие в световую стадию:

А. Превращение энергии солнечного света в НАДФ и АТФ.

Б. Накапливание крахмала .

В. Расщепление крахмала.

Г. Расщепление АТФ и НАДФ с выделением свободных электронов.

6. Автотрофы - это

А. Организмы - паразиты.

Б. Грибы шляпочные и плесневые гнилостные бактерии.

В. Зеленые растения и бактерии, использующие энергию химических реакций.

Г. Животные, питающиеся падалью.

7. На каком этапе энергетического обмена крахмал расщепляется до глюказы?

А. На первом.

Б. На втором.

В. На третьем.

Г. На четвертом.

8. Второй этап энергетического обмена (гликолиз) происходит:

А. В митохондриях клеток.

Б. В органах пищеварения.

В. В кровеносной системе.

Г. В цитоплазме клеток.

9. Этап назван кислородным потому, что…

А. Кислород выделяется клеткой в процессе реакций

Б. Кислород поглощается клеткой в процессе реакций

В. Кислород переносится гемоглобином крови

Г. Кислород необходим как фермент для реакций

10. АТФ в клетке накапливается для использования в качестве:

А. Фермента.

Б. Строительного материала клеточных мембран.

В. Строительного материала мембран митохондрий.

Г. Источники энергии.

11. Д. Пристели обнаружил, что мышь не гибнет в закрытом сосуде, если там находится веточка мяты, что требуется, чтобы мышь осталась жива?

А. Поилка для мыши.

Б. Солнечный свет.

В. Раствор хлорофилла.

Г. Ионы водорода.

Дополнительная часть (правильный ответ - 2 балла)

1. Раскройте смысл выражения К.А. Тимирязева: «Космическая роль зеленых растений».

2. Почему учащение дыхания при беге происходит не сразу, а спустя некоторое время?

Вариант 2

Обязательная часть (правильный ответ - 1 балл)

1. Где сосредоточен пигмент хлорофилл?

А. В двойной оболочке хлоропласта.

Б. В основном веществе хлоропласта (в строме) .

В. В гранах.

Г. В межклеточном пространстве листа.

2. Какие процессы порождает поглощенные хлорофиллом кванты свет?

А. Хлорофилл превращается в НАДФ.

Б. Электрон покидает орбиту молекулы хлорофилла.

В. Хлоропласт увеличивается в объеме.

Г. Хлорофилл превращается в АТФ.

3. Кислород выделяется в атмосферу в результате:

А. Фотолиза воды.

Б. Отщепления O2 от молекулы CO2.

В. Превращения АТФ в АДФ.

Г. Расщепления глюкозы.

4. В какую стадию фотосинтеза образуется кислород?

А. В световую.

Б. В темновую .

В. Постоянно.

Г. Никогда не образуется.

5. В темновой стадии образуется…

А. Крахмал.

Б. Водородные и гидроксильные ионы при фотолизе воды.

В. Свободный кислород.

Г. Избыток АТФ и НАДФ -H2.

6. Гетеротрофы - это

А. Зеленые растения, использующие энергию солнечного света.

Б. Животные, использующие энергию, заключенную в пище.

В. Органоиды, оказывающие клетку в желтые цвета.

Г. Вещества, укрепляющие клеточные стенки растений.

7. Первый (подготовительный) этап энергетического обмена происходит:

А. В митохондриях.

Б. В органах пищеварения.

В. В цитоплазме клеток.

Г. В артериальной крови.

8. Третий этап энергетического обмена (дыхание) осуществляется:

А. На мембранах ЭПС.

Б. В цитоплазме клеток.

В. В кристаллах митохондрий.

Г. В органах дыхания.

9. На третьем этапе (дыхание) происходит:

А. Расщепление молочной кислоты и накапливание АТФ.

Б. Расщепление АТФ и накапливание молочной кислоты.

В. Выделение кислорода и расщепления АТФ.

Г. Поглощение CO2 и H2O клеткой.

10. Люди со слабыми легкими недостаточно трудоспособны потому, что

А. Кровь недостаточно омывает легкие.

Б. Не хватает кислорода для третьего этапа обмена.

В. В крови не хватает гемоглобина.

Г. Кровь недостаточно быстро движется по артериям.

11. Представьте, что вы беседуете с Ван-Гельмонтом. Что бы вы ему ответили на вопрос: благодаря чему выросла ветка ивы?

А. В результате поступления воды.

Б. За счет минеральных солей.

В. Вследствие поглощения углекислого газа.

Г. В результате поглощения кислорода.

Дополнительная часть (правильный ответ - 2 балла)

1. Приведите 2-3 примера использования знаний о фотосинтезе в практике сельского хозяйства.

2. Обоснуйте вред курения, применяя знания об энергетическом обмене.

Ключ к проверке тестовых работ

1вариант. 1-Б; 2-А; 3-Б; 4-Б; 5-А; 6-В; 7-А; 8-Г; 9-Б; 10-Г; 11-Б.

2вариант. 1-В; 2-Б; 3-А; 4-А; 5-А; 6-Б; 7-Б; 8-В; 9-А; 10-Б; 11-В.

Зачет (тесты)

Выполнение тестов предполагает дифференцированное оценивание:

Отметка «Зачет» «4» «5»

Обязательная часть 7 9 11

Дополнительная часть - 2 4