О. Д-С. Кендиван

Химический аспект биологических объектов

Интегрированные учебно-творческие задачи

«Почему так происходит?» С этого вопроса начинается любая наука, в том числе химия и биология. Следовательно, если мы хотим, чтобы наши ученики стали мыслящими людьми, необходимо научить их задавать себе этот вопрос постоянно.

Представленный материал содержит учебно-творческие интегрированные задания по химии и биологии, снабженные научно-популярной информацией. Каждое задание начинается с практико-ориентированного проблемного вопроса «почему?».

Содержание учебно-творческих заданий расширяет представления учащихся о химической сущности биологических объектов. Выполняя такие задания, учащиеся смогут открыть новые для себя знания, сформировать соответствующие этим знаниям умения работать с научно-популярной литературой, сравнивать, выделять главное, обобщать, систематизировать материал, делать выводы.

Учебно-творческие задания позволят преподавателю реализовать следующие практические цели обучения химии и биологии:

– ознакомление с веществами и раскрытие химической природы тех явлений, с которыми учащиеся встречаются постоянно;
– раскрытие химической сущности явлений в жизни растений и животных;
– демонстрация необходимости и важности применения химических знаний и методов в решении биологических проблем.

Часть 1. Химия в мире животных

Цель использования данной группы учебно-творческих заданий в процессе обучения химии: раскрытие химической сущности явлений в жизни животных.

Тема: «Основные понятия химии»

Задача № 1. Почему орел зоркий?

Информация-подсказка. У орла содержание селена в сетчатке глаза в 100 раз больше, чем у человека. Суточная потребность организма человека в селене составляет 100 мг.

Задание: вычислите, сколько фисташек необходимо съедать ежесуточно, чтобы восполнить суточную потребность организма человека в селене, если в 100 г фисташек содержится 0,45 мг селена. (Ответ. 2222 г.)

Творческое задание. Подготовьте сообщение о распространении селена в природе.

Формируемые специальные химические умения и навыки: умение решать задачи на вычисление массы продукта по массе элемента.

Формируемые общеучебные умения и навыки:

– навыки использования приобретенных знаний и умений в практической деятельности и повседневной жизни для объяснения явлений в быту;
– умение устанавливать причинно-следственные связи;
– умение самостоятельно построить алгоритм деятельности при решении проблем творческого характера.

Образовательный продукт: подготовленное сообщение.

Тема: «Вывод химических формул»

Задача № 2. Почему место муравьиного укуса чешется и болит?

Информация-подсказка. При укусе муравей впрыскивает в ранку муравьиную кислоту HCООH, которая вызывает резкую боль.

Задание: вычислите массовые доли элементов в муравьиной кислоте. (Ответ. С – 26,08%, Н – 4,35%, О – 69,56%.)

Творческое задание. Составьте интеллект-карту темы «Основные понятия химии».

Формируемые специальные химические умения и навыки: умение решать задачи на вычисление массовой доли элемента по формуле вещества.

Формируемые общеучебные умения и навыки:

– навыки использования приобретенных знаний и умений в практической деятельности и повседневной жизни для объяснения явлений в природе;
– умение выделять главное;
– создание собственного интеллектуального продукта.

Образовательный продукт: интеллект-карта.

Тема: «Оксиды»

Задача № 3. Почему человек, входящий в Собачью пещеру в Италии, может стоять в ней довольно долго, а забежавшая туда собака погибает через несколько минут?

Информация-подсказка. Объясняется это тем, что в нижней своей части пещера заполнена углекислым газом, который не поддерживает дыхание. Углекислый газ выделяется из вулканической трещины в пещере. Поскольку он тяжелее воздуха, то скапливается в нижней части пещеры. Человеческая голова выше этой зоны, а собачья – нет.

Задание: объясните, почему углекислый газ в Собачьей пещере скапливается в ее нижней части. (Ответ. М₁/М₂ = 44/29 = 1,52, т.е. углекислый газ в 1,52 раза тяжелее воздуха.)

Творческое задание. Составить карточку «Анкетные данные углекислого газа» (агрегатное состояние, запах, содержание в воздухе и т.д.).

Формируемые специальные химические умения и навыки: умение решать задачи на вычисление относительной плотности газа по молекулярным массам.

Формируемые общеучебные умения и навыки:

– навыки использования приобретенных знаний и умений в практической деятельности и повседневной жизни для объяснения явлений в природе;
– умение устанавливать причинно-следственные связи;
– умение самостоятельно создать алгоритм деятельности при решении проблем творческого характера.

Образовательный продукт: карточка «Анкетные данные».

Тема «Реакции ионного обмена»

Задача № 4. Почему боль утихает, если место муравьиного укуса смочить нашатырным спиртом?

Информация-подсказка. При укусах муравьев возникает чувство боли от воздействия муравьиной кислоты HCООH. Если место укуса смочить нашатырным спиртом, боль пропадает, т.к. нашатырный спирт – это гидроксид аммония, имеющий основные свойства и нейтрализующий кислоту.

Задание: составьте уравнение химической реакции нейтрализации, которая лежит в основе применения нашатырного спирта для уменьшения боли при укусах муравьев. (Ответ. NH₄ОH + HCООH → HCООNH₄ + H₂O.)

Творческое задание. Подготовить сообщение «Химический характер житейских ситуаций» (уравнения химических реакций, встречающихся в быту).

Формируемые специальные химические умения и навыки: закрепление умения записывать уравнения реакций нейтрализации.

Формируемые общеучебные умения и навыки:

Образовательный продукт: подготовленное сообщение.

Тема: «Щелочные металлы»

Задача № 5. Почему травоядные животные чаще испытывают недостаток соли, чем хищные, зачем в корм скоту иногда добавляют поваренную соль?

Информация-подсказка. В растительной пище преобладают соли калия, поэтому в корм скоту добавляют поваренную соль, а дикие травоядные животные, например олени, отыскивают солончаковые почвы и слизывают выступающие на поверхности отложения соли.

Задание: напишите формулы солей калия. (Ответ. KNO₃, KF, KJ, KBr, KCl, KNO₂, K₂SO₃ и т.д.)

Творческое задание. Подготовьте сообщение о распространении калия в природе.

Формируемые специальные химические умения и навыки: умение составлять формулы солей.

Формируемые общеучебные умения и навыки:

Образовательный продукт: подготовленное сообщение.

Тема: «Щелочноземельные металлы»

Задача № 6. Почему летом в очень жаркую погоду лучше поить кур не обычной, а газированной водой?

Информация-подсказка. У кур, в отличие от млекопитающих, нет потовых желез, поэтому в жаркую погоду теплообмен регулируется за счет повышения интенсивности дыхания, при этом из организма выделяется значительно больше углекислого газа, чем в прохладную погоду. Содержание углекислого газа в крови снижается, а это сказывается на прочности скорлупы (содержит СаСО₃). Замена обычной воды на газированную позволяет несколько повысить содержание углекислого газа в организме и таким обра-
зом повлиять на прочность скорлупы.

Задание: составьте уравнение химической реакции, которая может привести к повышению прочности скорлупы. (Ответ. Ca²⁺ + H₂O + CO₂ → СаСО₃ + 2Н⁺.)

Творческое задание. Отработать имитационный опыт «Повышение прочности скорлупы».

Формируемые специальные химические умения и навыки: закрепление умения записывать уравнения реакций, умение проводить эксперимент.

Формируемые общеучебные умения и навыки:

– навыки использования приобретенных знаний и умений в практической деятельности и повседневной жизни для объяснения явлений в природе;
– умение устанавливать причинно-следственные связи;
– умение самостоятельно построить алгоритм деятельности при решении проблем творческого характера;
– умение проектировать имитационный опыт.

Образовательный продукт: план проведения имитационного опыта.

Тема: «Кислород»

Задача № 7. Почему рыбы задыхаются в кипяченой воде?

Информация-подсказка. Растворимость кислорода с повышением температуры уменьшается: при 0 °С она составляет 5 объемов в 100 объемах воды, а при 20 °С в 100 объемах воды растворяется 3 объема O₂. При длительном кипячении из воды удаляются все газы, которые были в ней растворены, в том числе и кислород.

Задание: сколько литров кислорода растворится в 200 л воды при 0 °С и при 20 °С. (Ответ. 6 л и 10 л O₂.)

Творческое задание. Составить карточку «Анкетные данные кислорода».

Формируемые специальные химические умения и навыки: умение решать задачи на вычисление объемов прореагировавших веществ в зависимости от внешних условий.

Формируемые общеучебные умения и навыки:

Образовательный продукт: карточка «Анкетные данные кислорода».

Тема: «Галогены»

Задача № 8. Почему маленьких волчат родители вскармливают не свежим мясом, а отрыгивая часть съеденной ими пищи?

Информация-подсказка. Для переваривания свежего мяса необходимо поддержание кислой среды в желудке, а у волчат соляной кислоты вырабатывается еще недостаточно. Полупереваренная взрослыми волками пища содержит необходимую кислую среду и пищеварительные ферменты, поэтому легко усваивается волчатами.

Задание: установите молекулярную формулу галогеноводородной кислоты, если массовые доли элементов в нем составляют: Н – 3,52%, Cl – 75,30%. (Ответ. HCl.)

Творческое задание. Составить развернутый план текста параграфа в учебнике.

Формируемые специальные химические умения и навыки: умение решать задачи на установление молекулярных формул химических соединений по массовым долям элементов.

Формируемые общеучебные умения и навыки:

– умение выделять главное;
– умение обрабатывать текстовую информацию.

Образовательный продукт: составленный план текста параграфа.

Тема: «Карбоновые кислоты»

Задача № 9. Почему кровососущие насекомые (в частности, комары) быстро находят свою жертву?

Информация-подсказка. Молочная кислота является промежуточным продуктом обмена у теплокровных животных. Запах этой кислоты улавливается кровососущими насекомыми на значительном расстоянии.

Задание: установите молекулярную формулу кислоты, которая помогает насекомым находить теплокровных животных, если массовые доли элементов в ней составляют: С – 40,00%, Н – 6,67%, О – 53,33%. (Ответ. С₃H₆O₃.)

Творческое задание. Написать пошаговую инструкцию-подсказку для соседа по парте с алгоритмом вывода молекулярной формулы вещества по его элементному составу.

Формируемые специальные химические умения и навыки: умение решать задачи на установление молекулярных формул веществ по массовым долям элементов.

Формируемые общеучебные умения и навыки:

Образовательный продукт: составленная инструкция-подсказка.

Тема: «Углеводы»

Задача № 10. Почему дельфиньи слезы сладкие?

Информация-подсказка. Дельфиньи слезы сладкие, потому что они имеют белково-углеводный состав и содержат, в частности, сахара галактозу и фруктозу. Слезы дельфина, напоминающие по консистенции белок куриного яйца, служат смазкой, защищающей его глаза даже при быстром плавании.

Задание: установите молекулярную формулу фруктозы, которая придает дельфиньим слезам сладкий вкус, если массовые доли элементов в ней составляют: С – 40,0%, Н – 6,6%, О – 53,4%. (Ответ. С₆H₁₂O₆.)

Творческое задание. Сравнить (в виде таблицы) физические свойства глюкозы и фруктозы.

Формируемые общеучебные умения и навыки:

– навыки использования приобретенных знаний и умений в практической деятельности и повседневной жизни для объяснения явлений в природе;
– умение сравнивать;
– умение создавать собственный интеллектуальный продукт.

Образовательный продукт: сравнительная таблица.

Часть 2. Химия в мире растений

Цель использования данной группы учебно-творческих заданий в процессе обучения химии: раскрытие химической сущности явлений в жизни растений.

Тема: «Вывод химических формул»

Задача № 1. Почему ягоды облепихи остаются мягкими на морозе?

Информация-подсказка. В состав облепихового масла входят ненасыщенные жирные кислоты: олеиновая, пальмитолеиновая, линолевая и линоленовая, а также каротиноиды и другие соединения, из-за которых температура замерзания мякоти оказывается ниже 0 °C, поэтому на морозе ягоды облепихи остаются мягкими.

Задание: установите молекулярную формулу олеиновой кислоты, входящей в состав ягод облепихи, если массовые доли элементов в ней составляют: С – 85,04%, Н – 2,36%, О – 12,60%. (Ответ. С₁₈H₃₄O₂.)

Творческое задание. Написать пошаговую инструкцию-подсказку соседу по парте для вывода молекулярной формулы вещества по его составу.

Формируемые общеучебные умения и навыки:

Образовательный продукт: составленная инструкция-подсказка.

Тема: «Химический элемент»

Задача № 2. Зачем в городах озеленяют улицы, в парках специально высаживают деревья?

Информация-подсказка. В природных и технологических процессах расходуются огромные количества кислорода. Пока это количество составляет лишь несколько процентов от количества кислорода, выделяемого растениями суши. Снижение содержания кислорода в атмосферном воздухе приведет к изменениям интенсивности процессов жизнедеятельности различных организмов, нарушению экологического баланса. Установлено, что четыре взрослых дерева (тополь, липа и т.п.) обеспечивают суточную потребность в кислороде одного человека. Взрослый человек потребляет в сутки около 700 г кислорода.

Задание: определите, сколько кислорода в среднем выделяет одно взрослое дерево. (Ответ. 700 г/4 = 175 г.)

Творческое задание. Нарисовать плакат, призывающий к охране зеленых насаждений.

Формируемые специальные химические умения и навыки: закрепить умения вычислять массу с использованием пропорций.

Формируемые общеучебные умения и навыки:

– навыки использования приобретенных знаний и умений в практической деятельности и повседневной жизни для объяснения явлений в природе;
– умение устанавливать причинно-следственные связи;
– умение самостоятельно построить алгоритм деятельности при решении проблем творческого характера;
– умение обрабатывать текстовую информацию с использованием возможностей Интернета.

Образовательный продукт: плакат, призывающий к охране зеленых насаждений.

Тема: «Строение атома»

Задача № 3. Почему традиционно фиолетовые цветы сон-травы на Южном Урале имеют белый цвет?

Информация-подсказка. Цвет и форма цветков многих растений зависят от химического состава почвы. Геоботаники используют это свойство растений для поиска рудных месторождений. В частности, цветки сон-травы (пульсатиллы) обесцвечиваются при повышенном содержании в почве определенного металла.

Задание: определите элемент и его положение в периодической системе элементов (период, группа, подгруппа) по электронной формуле: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁸. (Ответ. Никель.)

Творческое задание. Пользуясь литературными источниками, составьте таблицу «Изменения в растениях, вызываемые избытком или недостатком химических элементов».

Формируемые специальные химические умения и навыки: умение определять положение химического элемента в периодической системе элементов (период, группа, подгруппа) по электронной формуле.

Формируемые общеучебные умения и навыки:

– навыки использования приобретенных знаний и умений в практической деятельности и повседневной жизни для объяснения явлений в природе;
– умение работать с различными источниками информации;
– умение выбирать и использовать выразительные средства языка и знаковых систем (таблиц).

Образовательный продукт: подготовленная геоботаническая таблица.

Тема: «Теория электролитической диссоциации»

Задача № 4. Почему, нарезая лук, мы так часто плачем?

Информация-подсказка. Когда луковицу разрезают, соединения серы, содержащиеся в клетках лука, соединяются со специальными ферментами, под действием которых образуется чрезвычайно летучее вещество тиопропанол-S-оксид (С3H6SO). Это раздражающее вещество, обладающее слезоточивым действием. При его растворении в воде или слезах в очень небольших количествах образуется серная кислота, которая вызывает дополнительное раздражение слизистой оболочки глаза и может привести к ее повреждению.

Задание: составьте уравнение электролитической диссоциации серной кислоты. (Ответ. H₂SO₄ → 2H⁺ + SO₄^2–.)

Творческое задание. Составить развернутый план текста параграфа в учебнике.

Формируемые специальные химические умения и навыки: научиться составлять уравнения электролитической диссоциации кислот, правильно обозначать заряды ионов и называть их.

Формируемые общеучебные умения и навыки:

– умение выделять главное;
– умение обрабатывать текстовую информацию.

Образовательный продукт: составленный план текста параграфа.

Тема: «Кислород»

Задача № 5. Почему в хвойных лесах легко дышится?

Информация-подсказка. В составе приземного воздуха в хвойных лесах обнаруживается большое количество различных терпеноидов (альфа- и бетапинены, камфен, дельта-3-карен, лимонен, терпинолен и др.), которые участвуют в процессах окисления и фотоокисления (особенно в жаркие летние дни) и приводят к повышенному содержанию в воздухе озона и аэроионов. Такой воздух благотворно действует на легочных больных, но противопоказан при астме и гипертонической болезни.

Задание: составьте уравнение химической реакции образования озона из кислорода, сравните физические свойства аллотропных модификаций кислорода. (Ответ. 3O₂ → 2O₃.)

Творческое задание. Написать сочинение «от имени» озона.

Формируемые специальные химические умения и навыки: закрепление умения сравнивать свойства аллотропных модификаций.

Формируемые общеучебные умения и навыки:

Образовательный продукт: написанное сочинение.

Задача № 6. Почему запасы кислорода никогда не иссякают, хотя он постоянно потребляется живыми существами, промышленностью, транспортом?

Информация-подсказка. Запасы кислорода в атмосфере не иссякают, поскольку фотоавтотрофы – растения и фотосинтезирующие бактерии – выделяют его в процессе своего питания. У высших растений для создания 1 моля глюкозы с выделением 6 молей кислорода требуется 2900 кДж солнечной энергии. В умеренном климате 1 м² листьев за сутки поглощает 20 000 кДж, при этом эффективность фотосинтеза составляет примерно 1,2%.

Задание: вычислите массу кислорода, выделяемого 1 га сплошного леса в течение одного дня. (Ответ. 12,5 кг. Решение. За сутки 1 м² листвы сможет выработать 20000/2900 = 6,9 молей глюкозы и 6,9·6 = 41,4 моля O₂; 1 га = 10 000 м², поэтому лес выработает примерно 4·10⁵ молей, или 12,5 кг O₂.)

Творческое задание. Создайте киносценарий научно-популярного фильма «Растительность – источник кислорода».

Формируемые специальные химические умения и навыки: умение решать практико-ориентированные задачи.

Формируемые общеучебные умения и навыки:

– навыки использования приобретенных знаний и умений в практической деятельности и повседневной жизни для объяснения явлений в природе;
– умение устанавливать причинно-следственные связи;
– умение самостоятельно построить алгоритм деятельности при решении проблем творческого характера;

Образовательный продукт: киносценарий научно-популярного фильма.

Тема: «Железо»

Задача № 7. Почему свежий разрез яблока на воздухе буреет?

Информация-подсказка. Яблоки содержат много соединений железа (II). Их окисление приводит к образованию соединений железа (III), имеющих бурую окраску.

Задание: составьте уравнение окисления сульфата железа в присутствии перманганата калия в сернокислой среде. (Ответ. FeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄ = = Fe₂(SO₄)₃ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O.)

Творческое задание. Подготовить слайд-экскурсию «Свойства и применение железа».

Формируемые специальные химические умения и навыки: умение составлять уравнения окислитель-
но-восстановительных реакций и уравнивать коэффициенты.

Формируемые общеучебные умения и навыки:

– навыки использования приобретенных знаний и умений в практической деятельности и повседневной жизни для объяснения явлений в природе;
– умение обрабатывать текстовую информацию с использованием компьютера;
– умение создавать собственный интеллектуальный продукт.

Образовательный продукт: подготовленная слайд-экскурсия.

Тема: «Карбоновые кислоты»

Задача № 8. Почему крапива больно жжется?

Информация-подсказка. Растение покрыто специальными стрекательными клетками, имеющими хрупкие кончики, которые при прикосновении обламываются, а острые края клетки пронзают кожу, и в ранку попадает секрет стрекательной клетки. Чувство жжения и ожог возникают за счет действия этого секрета, содержащего, в частности, муравьиную кислоту.

Задание: установите молекулярную формулу кислоты, которая вызывает чувство жжения на коже, если массовые доли элементов в ней составляют: С – 26,08%, Н – 4,35%, О – 69,56%. (Ответ. НСООН.)

Творческое задание. Написать пошаговую инструкцию-подсказку (алгоритм) соседу по парте для вывода молекулярной формулы вещества по его составу.

Формируемые общеучебные умения и навыки:

Образовательный продукт: составленная инструкция-подсказка.

Тема: «Типы химических реакций»

Задача № 9. Почему образуются «блуждающие огоньки» на болоте?

Информация-подсказка. При гниении растительных остатков на дне болот (анаэробные условия) под влиянием микроорганизмов («метановое брожение») образуется болотный газ метан, который способен самовоспламеняться на воздухе, порождая «блуждающие огоньки».

Задание: составьте уравнение химической реакции самовоспламенения метана на воздухе, которая является причиной возникновения «блуждающих огоньков». (Ответ. CH₄ + 2O₂ → CO₂↑ +2H₂O.)

Творческое задание. Написать шпаргалку для участия в «конкурсе шпаргалок» по теме «Типы химических реакций».

Формируемые специальные химические умения и навыки: закрепить умения записывать уравнения реакций.

Формируемые общеучебные умения и навыки:

– навыки использования приобретенных знаний и умений в практической деятельности и повседневной жизни для объяснения явлений в природе;
– умение устанавливать причинно-следственные связи;
– умение выделять главное;
– создание собственного интеллектуального продукта.

Образовательный продукт: составленная шпаргалка.

При разработке учебно-творческих заданий использовались публикации в журнале «Химия в школе», газете «Химия» (ИД «Первое сентября») и научно-популярная литература по химии и биологии.

ЛИТЕРАТУРА

1. Аликберова Л.Ю., Рукк Н.С. Полезная химия: задачи и истории. – М.: Дрофа, 2006. – 187 с.
2. Зеленин К.Н. Химия: Учебник для медицинских вузов / К.Н. Зеленин. – СПб.: Специальная литература, 1997. – 688 с.
3. Литвинова Т.Н. Задачи по общей химии с медико-биологической направленностью / Т. Н. Литвинова. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2001. – 128 с.
4. Неорганическая химия. Энциклопедия школьника. / Гл. ред. И.П. Алимарин. – М.: Советская энциклопедия, 1975. – 384 с.
5. Пичугина Г.В. Химия в технологиях сельского хозяйства. Метод. пособие. – М.: Гуманит. Изд. Центр ВЛАДОС, 2003. – 144 с.
6. Химия: Большой справочник для школьников и поступающих в вузы / Е.А. Алферова, Н.С. Ахметов, Н.Н. Гара и др. – 4-е изд. – М.: Дрофа, 2002. – 784 с.

Копилка опыта

О. Д-С. Кендиван

Химический аспект биологических объектов

Интегрированные учебно-творческие задачи

Часть 1. Химия в мире животных

Часть 2. Химия в мире растений