Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Биология»Содержание №20/2004

КОПИЛКА ОПЫТА

Л.В. ВЕРШИНИНА,
учитель биологии МОУ СОШ № 14, г. Арзамас

Знаково-символические средства в обучении биологии

Словесная форма представления информации в процессе обучения не универсальна и не оптимальна, что объясняет стремление преподавателей более широко использовать на уроках разнообразные графические средства. Разнообразие форм представления информации активизирует процесс усвоения материала, учит ребят быстро разбираться в таблицах, схемах, диаграммах, самостоятельно их составлять.

Одна из педагогических новаций последнего времени состоит в использовании знаково-символических систем (ЗСС). Они выполняют ориентировочную функцию, значительно облегчая усвоение учебного материала. Применение ЗСС в процессе обучения биологии развивает логическое мышление учащихся, облегчает усвоение материала при изучении сложных биологических понятий.

Использование ЗСС сводится к моделированию явлений и процессов с помощью знаков-символов и включает ряд этапов.

Подготовительным этапом в моделировании служит предварительный анализ на основе знаний соответствующего предмета. Само моделирование – это перевод реальности на знаково-символьный язык с учетом адекватности, автономности, условности, обобщенности, морфизма и структурности. При преобразовании модели должен быть выделен инвариант, который сохраняется в результате всех преобразований. Последний этап в моделировании – сопоставление полученных результатов с реальностью.

Чтобы лучше увидеть общие черты изучаемых систем, процессов и явлений (иначе – действий), надо отвлечься от ненужных в данном случае свойств предметов, перейти на этап материализованного действия и оперировать с моделями, свободными от всех других свойств, кроме нужных в данном случае. Это может быть какая-то графическая схема, образная или знаковая модель, которая поможет ученику усвоить суть изучаемых действий.

Построение и работа с моделями реальных действий составляет обязательный и очень важный этап их изучения.

Целенаправленная учебная деятельность начинается с выяснения необходимости введения конкретного научного понятия и определения его строения. Чтобы его изучать, надо его овеществить, материализовать, т.е. построить некоторую его модель (предметную или знаково-символическую).

Умению составлять схему и пользоваться ею надо учить.

Учителю следует организовать полноценный переход от контроля со стороны педагога к взаимному контролю учащихся (работа в парах – статических, динамических, вариационных, в малых группах или опосредованный самоконтроль с помощью программированных заданий).

Как пример применения моделирования в учебном процессе мы предлагаем урок биологии «Дыхательные движения» в теме «Дыхание» (9-й класс), которая изучается на протяжении 5 уроков. Урок рассчитан на 80–90 мин.

С помощью ЗСС особенно динамично, на наш взгляд, формируются биологические понятия, отражающие морфолого-анатомическое строение органов дыхания. Эти особенности строения легко иллюстрируются в статических схемах.

Для отражения функциональных процессов ЗСС менее эффективны. Здесь нужны схемы, отражающие динамику биологических процессов и целостность в функционировании. В этом помогает применение компьютерной техники.

Урок «Дыхательные движения» проходит эффективнее, если к его проведению привлекается учитель информатики.

ХОД УРОКА

I. Проверка домашнего задания по теме «Значение дыхания. Воздухоносные пути»

1. Биологический диктант (программированный контроль). Сопоставьте органы дыхательной системы с их признаками и зашифруйте их.

Органы

1. Слизистая оболочка.
2. Легочные пузырьки.
3. Легкие.
4. Бронхи.
5. Трахея.
6. Надгортанник.
7. Гортань.
8. Хрящевые полукольца.
9. Плевра.
10. Носовая полость.

Признаки

А. Не пропускает пищу в гортань.
Б. Не дает трахее сужаться.
В. Очищает вдыхаемый воздух от пыли и микробов.
Г. Образует поверхностный слой воздухоносных путей.
Д. Выстилает наружную поверхность легких.
Е. Покрывает стенку грудной полости изнутри.
Ж. Внутри содержит голосовые связки.
З. Путь вдыхаемого воздуха от гортани до легочных капилляров.
И. Место газообмена между легкими и кровью.

2. Вопросы для фронтальной беседы (использование опорного конспекта).

1. Почему без воздуха человек не может прожить даже 10 минут?
2. Представьте себе меченую молекулу атмосферного кислорода, проникающую при вдохе в легкие. Проследите, какой путь пройдет с воздухом эта молекула от ноздрей до легких?
3. Как правильнее дышать – носом или ртом?
4. Если кролику в носовую полость ввести трубочку, то через некоторое время он погибнет. Почему?
5. Что произошло бы с человеком, если бы у него не было мерцательного эпителия?
6. Почему голос у мужчин грубее и ниже, чем у женщин?
7. У млекопитающих и птиц тоже есть голосовые связки, многие птицы чудесно поют. Почему же животные не разговаривают?
8. Объясните исчезновение феноменального голоса Робертино Лоретти.
9. Назовите имя певицы, голос которой имел диапазон от баритона до колоратурного сопрано.

II. Объяснение новой темы

Дыхание – совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода, использование его при окислении органических веществ и удаление углекислого газа и некоторых других веществ. Движение грудной клетки, перемещение воздуха – лишь внешнее проявление дыхания у животных и человека.

Рассмотрим механизм дыхательных движений (использование опорного конспекта).

1-й блок – «Вдох». Вдох начинается с автоматического возникновения ритмических импульсов в дыхательном центре (ДЦ). Они вызывают сокращение дыхательных мышц (ДМ) – межреберных мышц и диафрагмы. Ребра поднимаются, диафрагма натягивается и объем грудной полости (ГП) увеличивается. (Учащиеся вместе с учителем делают глубокий вдох.)

Легкие механически следуют за движением грудной клетки, растягиваются и расширяются. Давление (Р) внутри легких падает и становится ниже атмосферного, поэтому воздух втягивается в легкие. Происходит вдох.

2-й блок – «Выдох». После вдоха межреберные мышцы и мышцы диафрагмы (ДМ) расслабляются, ребра опускаются вниз, диафрагма втягивается в грудную полость. Объем грудной полости уменьшается, происходит механическое сжатие легких. Давление в грудной клетке становится выше атмосферного. Происходит выдох.

Как видим, механизмы вдоха и выдоха различаются между собой, но их объединяет, во-первых, автоматия, во-вторых, то, что руководит обоими процессами дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозге. Поэтому блоки «Вдох» и «Выдох» объединены сигналами «ДЦ» и «Автоматия».

(Учитель вместе с учащимися еще раз разбирают механизм двигательных движений, делают глубокий вдох и выдох. Далее учитель демонстрирует работу органов дыхания на аппарате Дондерса.)

3-й блок. При относительном покое человек совершает в среднем 16 дыхательных движений (вдох + выдох) в одну минуту.

Учащиеся записывают в тетрадь определение: количество воздуха, проходящее через легкие за одну минуту, называется легочной вентиляцией.

В плохо проветриваемых помещениях частота дыхательных движений возрастает в два и более раз, т.к. нервные клетки дыхательного центра чувствительны к углекислому газу, содержащемуся в крови. Таким образом, дыхательные движения регулируются нервным и гуморальным путем.

О целительной силе чистого воздуха очень убедительно говорит врач Комов в романе Павленко «Счастье»:

«...Ваша болезнь требует простого лекарства – воздуха. Побольше его – и наяву, и во сне. Нужно насквозь продуть себя, омыть каждую клетку свежим воздухом. Есть – на открытом воздухе, а спать – непременно. Привыкайте относиться к воздуху как к пище, пережевывайте его носоглоткой, ощущайте на вкус, на запах, наслаждайтесь им, как гурман... Пейте только проточный воздух... Держитесь в своей болезни политики открытых дверей».

Задание: восстановить в нужной последовательности графическую информацию, иллюстрирующую механизм дыхательных движений.

(Опорный конспект убирается. Учащимся предлагается выполнить задание с помощью компьютера. Один из учащихся выполняет его на магнитной доске, используя таблички с отдельными фразами 1-го и 2-го блоков опорного конспекта.)

Проверка выполнения задания и общее обсуждение.

Значение правильного дыхания (сообщение учителя или учащегося).

Правильнее всех дышат певцы, музыканты, играющие на духовых инструментах, спортсмены, йоги. Они в полной мере используют возможности грудной клетки, дыхательных мышц и диафрагмы.

От правильного дыхания зависят здоровье и продолжительность жизни человека. Причина возникновения многих болезней – в неправильном дыхании. Из трех возможных типов дыхания (глубокого, грудного и поверхностного) человек на практике использует лишь один, который сопровождается внутренним массажем только определенной группы органов. В других органах, не получающих необходимых стимулов, обмен веществ отклоняется от нормы, появляется риск возникновения заболеваний.

Малая подвижность приводит к недостаточному дыханию тканей. Кислородное голодание сердечной мышцы вызывает болевые ощущения в области сердца. Слабый приток кислорода к мозгу может вызвать головные боли, головокружение.

Выполняя предлагаемые дыхательные упражнения, вы включаете процесс обмена веществ во всех органах.

Упражнение 1. Глубокое дыхание

Глубокое дыхание своеобразным внутренним массажем воздействует на брюшную полость, тем самым снижается вероятность заболеваний желудка, двенадцатиперстной кишки, кишечника, желчного пузыря и желчевыводящих протоков, селезенки, поджелудочной железы, почек, передней доли печени.

Встаньте прямо, сделайте медленный глубокий вдох. Во время вдоха максимально выпячивайте живот вперед. После вдоха задержите дыхание на 1 с, а затем, выполняя глубокий медленный выдох, постарайтесь максимально втянуть в себя живот.

Продолжительность вдоха и выдоха должны быть равны. Постепенно увеличивайте продолжительность вдоха и выдоха. Дышите через нос.

Выполнять упражнение необходимо 20–25 раз через 2–2,5 ч после еды или натощак. Наибольший оздоровительный эффект достигается при занятиях на свежем воздухе.

Это упражнение, кроме массажа органов брюшной полости, успокаивает, предохраняет от возникновения нервных стрессов.

Упражнение 2. Грудное дыхание

Грудное дыхание влияет на работу сердца, печени, селезенки, легких, тренирует мышцы, предохраняет от возникновения простудных заболеваний.

Для выполнения этого упражнения встаньте прямо, руки опустите и разведите в стороны на 5 см от туловища. После этого сделайте глубокий грудной вдох. Старайтесь, чтобы грудная клетка поднялась как можно выше и максимально расширилось пространство между ребрами, особенно в подмышечной области.

После того, как сделали медленный грудной вдох, задержите дыхание на 1 с, а затем делайте медленный выдох, стремясь выдохнуть как можно больше воздуха. Продолжительность вдоха и выдоха должны быть равны. Во время выполнения упражнения дышите через нос.

Упражнение выполняется натощак или спустя 2 ч после еды. Повторяйте его 20–25 раз. Старайтесь со временем увеличивать продолжительность вдоха и выдоха.

Тем, кто при дыхании активно использует живот, для успешного выполнения этого упражнения надо одной рукой надавить на живот, чтобы исключить его участие в дыхании.

Это упражнение рекомендуют при лечении аллергии и кожных заболеваний.

Упражнение 3. Поверхностное дыхание

Поверхностное дыхание влияет на работу коры головного мозга, верхних дыхательных путей, органов зрения, слуха, обоняния, укрепляет иммунную систему организма, нормализует работу половых органов. Такое дыхание помогает быстро снять усталость и апатию, увеличивает работоспособность человека.

Встаньте прямо, сделайте короткий вдох только за счет максимального подъема плеч вверх. Затем сделайте сразу выдох, опуская плечи вниз. Во время движения плеч воздухом заполняется верхняя область легких.

Упражнение повторяется 30–60 раз. Его нужно выполнять 2–3 раза в день на голодный желудок или через 2,5 ч после еды.

Выполнять комплекс этих упражнений необходимо всем ежедневно, чтобы помочь себе сохранить здоровье на долгие годы.

Особенно много приемов дыхания разработали йоги. Дыханию они отводят едва ли не главное место в системе физического и психического совершенствования человека. Йоги убеждены, что, управляя дыханием, можно излечивать недуги, побеждать в себе страх, преодолевать боль. Выполняя дыхательные упражнения, йоги одновременно занимаются самовнушением.

Дыхание и движение

Правильно дышать – это значит дышать ритмично и без задержки. Ритмичность дыхания поддерживается ритмичностью движения. Всякое движение, при котором уменьшается объем грудной клетки, должно совпадать с выдохом, а вдох – с движением, которое способствует увеличению грудной клетки. Этим достигается глубина вдоха и выдоха. Поэтому при гимнастических упражнениях, когда разводите руки в стороны, разгибаете ноги или туловище, делайте вдох, а когда сводите руки, сгибаете туловище и ноги – выдох.

С выдохом совпадают наиболее сильные, резкие и быстрые движения. Опытный боксер, например, делает удар на выдохе. Обычно выдох немного продолжительнее вдоха, а во время пения он может длиться в 30–50 раз дольше вдоха. Во время движения часто нарушается ритм и бывает необходима задержка дыхания. Пловец в момент гребка должен задержать дыхание – это увеличивает обтекаемость тела и облегчает его движение в воде.

4-й блок. При вдохе и выдохе в спокойном состоянии через легкие проходит около 500 см3 воздуха. Наибольший объем воздуха, который может выдохнуть человек после самого глубокого вдоха, составляет в среднем 3500 см3. Это жизненная емкость легких. У разных людей она различная. Ее определяют при медицинском обследовании с помощью специального прибора – спирометра (демонстрация прибора и его работы).

Объем воздуха в легких

1500 см3остаточный воздух – количество воздуха, которое остается после максимального выдоха.

1500 см3 – резервный воздух – количество воздуха, которое можно выдохнуть после спокойного выдоха.

500 см3 – дыхательный объем – количество воздуха, которое можно вдохнуть или выдохнуть при спокойном дыхании.

1500 см3 – дополнительный воздух – то количество воздуха, которое можно вдохнуть после спокойного вдоха.

5-й блок. Содержание газов во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе не одинаково. Если во вдыхаемом воздухе содержится 21% кислорода, 79% азота, 0,03% углекислого газа, небольшое количество водяных паров и инертных газов, то в выдыхаемом воздухе – 16% кислорода, 4% углекислого газа, незначительное количество водяных паров, 79% азота и инертных газов. Чем объясняется различное содержание газов во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе?

6-й блок. Различный состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха объясняется обменом газов в легочных пузырьках. Концентрация углекислого газа в венозных капиллярах легочных пузырьков гораздо выше, чем в воздухе, заполняющем легочные пузырьки. Углекислый газ из венозной крови поступает в легочные пузырьки и во время выдоха выводится из организма. Кислород проникает в кровь и вступает в химическое соединение с гемоглобином – кровь из венозной превращается в артериальную.

В каком круге кровообращения это происходит? (В малом.)

Куда далее идет кровь, богатая кислородом? (В левое предсердие, затем в левый желудочек и в большой круг кровообращения. Работа с таблицей «Круги кровообращения».)

Из капилляров большого круга кровообращения кислород поступает в ткани. В артериальной крови кислорода больше, чем в клетках, поэтому он легко диффундирует в них и используется в окислительных процессах. Углекислый газ из клеток поступает в кровь. Таким образом, в тканях органов происходит превращение артериальной крови в венозную.

Куда поступает кровь по венам большого круга кровообращения? (В правое предсердие, затем в правый желудочек, оттуда в легкие. Работа с таблицей «Круги кровообращения».)

III. Закрепление пройденного материала (работа в парах за компьютером или групповая работа по карточкам).

Вариант 1

1. Сколько воздуха (м3) расходует на дыхание класс из 35 человек в течение 45 мин урока, если один ученик в среднем делает 16 вдохов в минуту по 500 см3 воздуха за каждый вдох?

2. Какое значение имеет герметичность стенок грудной полости в механизме вдоха?

Вариант 2

1. В течение урока (45 мин) класс из 35 человек расходует 12,6 м3 воздуха, 1 ученик поглощает с каждым вдохом 500 см3. Сколько вдохов делает в среднем за 1 мин каждый ученик этого класса?

2. Как связаны функции кровеносной и дыхательной систем?

Вариант 3

1. В течение урока (45 мин) класс из 35 человек расходует 12,6 м3 воздуха, 1 ученик делает в среднем 16 вдохов в 1 мин. Какой объем воздуха он поглощает с каждым вдохом?

2. Какова роль дыхательной и кровеносной систем в поддержании постоянства состава внутренней среды организма?

Вариант 4

1. Во время урока класс расходует на дыхание 12,6 м3 воздуха. Один девятиклассник в среднем делает 16 вдохов в 1 мин по 500 см3 воздуха за вдох. Сколько в данном классе человек?

2. Какие, виды физической работы и спорта одновременно развивают и мышцы сердца, и дыхательные мышцы?

Вариант 5

1. Один ученик в среднем делает 16 вдохов в 1 мин по 500 см3 воздуха за вдох. Какое время понадобится классу из 35 человек, чтобы израсходовать на дыхание 12,6 м3 воздуха?

2. Каковы общие признаки натренированности легких и сердца в результате физических упражнений и физического труда?

Вариант 6

1. Сколько воздуха (м3) расходует на дыхание класс из 26 человек в течение 30 мин урока, если один ученик в среднем делает 15 вдохов в 1 мин по 550 см3 воздуха за вдох?

2. У альпинистов на большой высоте начинается головокружение, слабость, иногда происходит потеря сознания – наступает «горная болезнь». Почему?

Вариант 7

1. В течение 30 мин класс из 26 человек расходует примерно 6,4 м3 воздуха. Один ученик поглощает с каждым вдохом 550 см3. Сколько вдохов делает в среднем каждый ученик этого класса за 1 мин?

2. Почему при глубоком продолжительном дыхании может наступить остановка дыхания и потеря сознания?

Вариант 8

1. В течение получаса класс из 26 человек расходует примерно 6,4 м3 воздуха. Один ученик делает в среднем 15 вдохов в 1 мин. Столько он поглощает воздуха за один вдох?

2. У одного американского ковбоя в перестрелке с бандитами грудная клетка была пробита с двух сторон. Хотя оба легких при этом остались невредимыми, ковбой все же умер от удушья. Почему?

Вариант 9

1. За 30 мин урока класс расходует на дыхание примерно 6,4 м3 воздуха. Один ученик делает в среднем 15 вдохов в 1 мин, поглощая за 1 вдох 550 см3 воздуха. Сколько в данном классе учеников?

2. Частота дыхания у собаки в жару резко возрастает. У человека этого не наблюдается. Почему?

Вариант 10

1. Один ученик в среднем делает 15 вдохов в 1 мин по 550 см3 за вдох. Какое время понадобится классу из 26 человек, чтобы израсходовать на дыхание 6,4 м3 воздуха?

2. Когда человек долго и непрерывно дует (например, раздувая угли), то бывает, что у него темнеет в глазах, и он даже может потерять сознание. Почему?

Вариант 11

1. Какой объем воздуха расходует человек в течение года жизни, если он совершает 16 вдохов в 1 мин, каждый раз вдыхая по 550 см3 воздуха?

2. Все знают, что рыба, вытащенная из воды, задыхается (засыпает). Чем это можно объяснить, ведь содержание кислорода в атмосфере гораздо выше, чем в воде?

Вариант 12

1. Какой объем чистого кислорода (м3) расходует на дыхание человек в течение 1 года жизни, если в среднем он делает 16 вдохов в 1 мин, каждый раз вдыхая по 500 см3

2. Почему без воздуха, без дыхания человек жить не может?

Вариант 13

1. Какой объем углекислого газа (м3) выдыхает человек в течение 1 года жизни, если в среднем он делает 16 выдохов в 1 мин, каждый раз вдыхая по 550 см3?

2. Назовите физическое явление – причину газообмена в легких и тканях?

Проверка и обсуждение заданий. Выставление оценок в контрольные карточки и сдача их учителю.

IV. Подведение итогов урока. Домашнее задание.

 

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru