Интегрированный урок по химии и биологии "Роль железа как химического элемента в жизнедеятельности человека"

Интегрированный урок по химии и биологии "Роль железа как химического элемента в жизнедеятельности человека" Цель:  создание   условий   для   формирования   у   учащихся   единой   естественнонаучной картины мира. Задачи:  Образовательные:  1. Закрепить знания по теме “Кровь”, полученные при изучении анатомии человека. 2. Изучение основных свойств железа как химического элемента в организме человека.  3.   Повторить   основные   количественные   характеристики   из   курса   химии   такие,   как количество вещества, молярная масса, массовая доля, число структурных единиц. Воспитательные:  1.Формирование чувства ответственности по отношению к своему здоровью.  2.Используя   метапредметные   связи,   способствовать   формированию   диалектико­ материалистического мировоззрения. Развивающие:  1. Развитие навыков мыслительной деятельности. 2. Совершенствовать умения в расчётах при решении задач по химии. Тип урока: изучение нового материала. Виды работы учащихся: 1. Ответы на теоретические вопросы. 2. Создание презентации 3. Работа с микроскопом 4. Решение химических задач 5. Заполнение конспекта урока 6. Составление синквейна      8. Самостоятельная оценка результативности работы. Ход урока 1. Организационный момент 2. Основная часть урока.Учитель биологии:  Мы   начинаем   наш   необычный   урок,   он   необычен   тем,   что   ведут   два   преподавателя: биологии и химии.  Прежде чем сформулировать тему урока предлагаем вам поработать с микроскопами   и   рассмотрев,   предложенные   препараты,   ответить   на   вопросы   в   ваших конспектах, которые у вас лежат на парте: Учащиеся 1 задание Отвечают на вопросы о составе крови Учитель биологии С   незапамятных   времён   люди   считали   кровь   магической   жидкостью.   Ею   клялись, скрепляли договоры и союзы, ею окропляли  землю, чтобы получить богатый урожай… Проникновение науки в жизнь крови, омывающей все клетки нашего организма, обогатило человечество ценнейшими сведениями, широко используемыми в самых разных областях человеческой   деятельности:   в   медицине,   криминалистике   и   даже   в   астрономии. “Осведомлённый свидетель”  –  кровь сделалась компасом врача, биолога, криминалиста. Отличительной способностью крови является её способность почти мгновенно отражать в себе то, что происходит в таинственных глубинах организма. Недаром Клод Бернар назвал её   “зеркалом   организма”.   Именно   это   делает   её   ценнейшим   источником   информации. Химизм процессов, происходящих в крови на прямую связан с ее химическим составом. Одним из важнейших ее компонентов является железо. О чем сегодня на уроке пойдет речь? Конечно о железе. Помогите сформулировать тему нашего урока. Как тема урока может быть связан с биологической жидкостью – кровью и химическим элементом – железом. Учащиеся формулируют с помощью учителя тему урока Тема урока "Роль железа как химического элемента в жизнедеятельности человека" Цель  урока: рассмотреть практическое значение железа в организме человека Давайте вспомним состав крови. Учащиеся с презентацией о составе крови (Игнатьева, Сидоркин) 1.   Кровь   состоит   из   жидкой   части   (плазмы)   и   взвешенных   в   ней   кровяных   клеток (эритроцитов, лейкоцитов, и кровяных пластинок ­ тромбоцитов). Плазма крови бесцветная жидкость, состоящая из 90 ­ 92% воды, 8 ­ 10 % органических и минеральных веществ. Эритроциты – красные кровяные клетки, их окраску определяет химическое вещество – гемоглобин,   который   состоит   из   белковой   части   –   глобина   –   и   небелковой   –   гема, содержащего двухвалентное железо. Среди микроэлементов, необходимых для жизнедеятельности нашего организма и полного здоровья, железо является   одним   из   важнейших.   Без   железа   не   может   происходить образование гемоглобина и миоглобина – красных кровяных телец и мышечного пигмента Учитель: Ученик вашего класса используя результаты уровня гемоглобина крови составил сравнительную таблицу по колебанию гемоглобина. Заслушав его сообщение ответьте на вопрос в задании 2.2.Сравнительный анализ уровня гемоглобина (теоретический, практический на примере уч­ ся класса) Учитель химии: как давно людям стало известно о железе? Железо – один из самых важных металлов. В таблице Менделеева трудно найти другой металл, с которым была бы так неразрывно связанна история цивилизации. В древности у некоторых народов железо ценилось даже дороже золота. Лишь представители знати могли украшать себя изделиями из этого металла, причём нередко в золотой оправе. В Древнем Риме из железа изготовляли даже обручальные кольца. По мере развития металлургии этот металл становился доступнее и нужнее. Тем не менее, ещё   сравнительно   недавно   многие   отсталые   народы   не   имели   о   железе   ни   малейшего представления. Первое железо, попавшее ещё в глубокой древности в руки человека, было, по­видимому, не  земного,  а   космического   происхождения.   Этот   металл   входит   в  состав   метеоритов, падающих на нашу планету. Метеорное вещество выпадает ежегодно тысячами тонн на Землю, и содержит до 90% железа. Самый крупный железный метеорит найден в 1920 году в юго­западной части Африки. Он весит около 60 тонн. Впервые железо в организме человека учёные обнаружили в XIII веке. Что представляет химический элемент железо. Давайте вспомним основную характеристику Учащиеся презентация о химическом элементе (Куприенко) Железо Fe – элемент побочной подгруппы VIII группы и 4­го периода Периодической системы Д.И. Менделеева. Порядковый номер этого элемента – 26,а массовое число равно 56,847. Атомы железа устроены несколько отличительно от атомов главных подгрупп: он имеет 4 энергетических уровня, но заполняется у них не последний,  а предпоследний, третий от ядра, уровень. На последнем уровне атомы железа содержат два электрона. На предпоследнем уровне, который может вместить 18 электронов, у атома железа находятся 14. Следовательно, распределение электронов по уровням в атомах железа таково: 2е, 8е, 14е, 2е. Ценным   его   свойством   является   способность   легко   окисляться   и   восстанавливаться, образовывать   сложные   соединения   со   значительно   отличающимися   биохимическими свойствами. При химических взаимодействиях атом железа может отдать не только два электрона последнего уровня, но и электрон предпоследнего. Таким образом, основными степенями окисления атома железа могут быть +2 и +3. Учитель:  Не забывайте  заполнять свой  конспект, сейчас  предлагаем  вам поработать с периодической таблицей Д.И.Менделеева и ответить на ряд вопросов. Учащиеся дают характеристику элементу железо. Учитель химии: Предлагаю вам решить  химическую задачу, в которой мы увидим связь как   химических   понятий   и   величин,   так   и   биологии,   так   как   затрагивается   организм человека.  Учащиеся (вызывается к доске ученик) Задача 4. Сколько атомов железа содержится в гемоглобине крови среднего человека, если масса этих атомов равна 3 г? Отв. 3,21•1022 атомов Физкультминутка. Учитель химии Многие ферменты тоже образуются с участием железа; оно является активным участником процесса   кроветворения   и   регулирует   работу   иммунной   системы.   Большинствобиохимических процессов в наших клетках протекает с участием железа; оно входит в состав окислительных ферментов. Известно   два   вида   железа:   2­х   и   3­х   валентное.   В   продуктах   питания   содержится   3­х валентное железо; когда оно поступает в организм, то становится 2­х валентным – так лучше   происходит   усвоение.   Важно   и   свойство   железа   образовывать   соединения   в организме с кислородом и углекислым газом, осуществляя газообмен.  В организме человека железо составляет всего 0,005­0,006% от общей массы тела, и 70% всего железа находится в гемоглобине. Из всего железа, которое мы принимаем, усваивается и попадает в кровь только 8%. Например, если взрослый человек весит 70 кг, то всего 4 г приходится на долю железа. Гемоглобин   в   организме   постоянно   перерабатывается,   а   при   замене   кровяных   клеток, которая происходит каждые 4 месяца, используется заново. Эритроциты   регулируют   окислительно­восстановительные   процессы   уже   тогда,   когда   у ребёнка в утробе матери только начинает развиваться мозг. Если в это время беременной женщине   не   хватит   железа,   возможны   сбои   в   развитии   эмбриона,   и   рождение неполноценного ребёнка. Так что беременным по этой причине достаточное количество железа жизненно необходимо. Качественная реакция на катионы железа – эксперимент. а) Проведите качественную реакцию на Fe2+, определите цвет осадка, назовите вещества.             FeCI2     +      K3[Fe(CN)6]         Fe3[Fe(CN)6]2  + ↓   КСI                    гексацианоферрат (III) железа (II) синий осадок                    б) Проведите качественную реакцию на Fe3+  , определите цвет осадка, назовите вещества.                                        FeCl3   +     K4[Fe(CN)6]       Fe4[Fe(CN)6)]3↓    +      KCl  гексацианоферрат (II) железа (III) в) Провести качественную реакцию на Fe3+  , определите цвет раствора:                                 FeCl3   +     KCNS           Fe(CNS)3  ↓        +       KCI                                                                           малодиссоц­е                                                                              в­во                                               роданид калия   роданид железа (III)   красный осадок Учащиеся работают с конспектом. Учитель биологии Железо   относится   к   тем   микроэлементам,   биологические   функции   которых   изучены наиболее   полно.   Значение   железа   для   организма   человека   трудно   переоценить. Подтверждением этому может быть не только большая его распространенность в природе, но и важная роль в сложных процессах, происходящих в живом организме. Биологическая ценность железа  определяется  многократностью его функций,  незаменимостью другими металлами в сложных биохимических процессах, активным участием в клеточном дыхании, обеспечивающем   нормальное   функционирование   тканей   и   организма   человека.   А   как железо попадает в организм человека. Конечно с пищей. Учащиеся презентация о железосодержащих продуктах  (Черепенникова)Даже  при   высоком   содержании  железа  в  пище   его  всасывание   в  организм  может  быть незначительным и не удовлетворять его потребности в железе. Железо может всасываться только в виде ионов Fe., его всасывание и выведение протекают очень медленно и зависят от многих сложных факторов. Усваивается лишь незначительная часть присутствующих в пищевых продуктах железа. Более того, способность железа усваиваться сильно варьирует для разных пищевых продуктов. Лучше всего железо усваивается  из мяса, значительно хуже из зерновых злаков. Молоко содержит очень мало железа. Продукты, содержащие Fe Количество Fe (в мг на 100 г.) Продукт 12.4 Фасоль Соль поваренная 10.0 Печень (говяжья) 9.8 Горох 9.4 Крупа гречневая 8.0 Язык (говяжий) 5.0 Крупа овсяная 3.9 Мясо (говядина) 2.8­2.6 Шоколад Хлеб ржаной 2.7 2.6­2.0 Продукт Яблоки Хлеб пшеничный2.8­0.9 Количество Fe (в мг на 100 г.) 2.2 1.8 1.4­1.2 1.4­0.5 0.9 0.6 0.4 Рис Морковь Помидоры Картофель Лимоны Творог Масло сливочное 0.2 Молоко коровье 0.1 Железо вообще усваивается в очень небольших количествах. Однако, когда к продуктам добавляли большие дозы витамина С, усвоение железа увеличивалось. Если же в продуктах питания много кальция и сахара, то это быстро приводит к дефициту железа и ослаблению иммунитета. Получается, что учёные пока не могут определить, сколько именно железа нужно каждому из   нас.   Остаётся   только   заботиться   о   том,   чтобы   усвояемое,   органическое   железо постоянно поступало в наш организм с продуктами питания. Может показаться, что проблема решается приёмом препаратов железа, но это не так: организм   усваивает   именно   природные   соединения   железа,   а   синтезированные искусственно – не воспринимает. К   тому   же   нередко   встречается   непереносимость   препаратов   железа,   проявляющаяся изжогой, диареей, запорами. Избыток железа в организме тоже опасен, и устранить его сложнее, чем недостаток. У детей даже может возникнуть острое отравление, вызванное переизбытком химического железа, а слишком большие дозы могут привести к смертельному исходу. У   взрослых   передозировка   вызывает   воспалительные   процессы   в   печени,   приводит   к развитию рака и ишемической болезни сердца. Основным из факторов нормального уровня гемоглобина крови, а значит и железа является полноценное питание. Задание.  Сейчас в свои конспектах, впишите по 3 примера  продукта, которые  на ваш взгляд наиболее богаты по содержанию железом. Учащиеся работают с конспектом Учитель химии Всегла ли в нашем организме бывает достаточно ионов железа для нормального обмена веществ?В   истории   медицины   известен   такой   печальный   случай.   Один   студент­химик   решил подарить своей возлюбленной кольцо, сделанное из железа собственной крови. Выпуская время   от   времени   кровь,   он   получал   соединение,   из   которого   химическим   путём   он выделял железо. Юноша погиб от наступившего малокровия. Он так и не собрал нужного количества железа для изготовления кольца. Бедняга не знал, что общее содержание железа в крови взрослого человека составляет в среднем 3­4 грамма, чего хватит разве что на два сапожных гвоздика При нехватке железа в организме человека возникает его дефицит. Переизбыток не менее опасен.   Сейчас   предлагаем   вам   поработать   с   текстами   и   заполнить   таблицу   в   ваших конспектах. Учащиеся работают с текстом и заполняют таблицу 1 вариант Нехватка железа Замечено, что железодефицит  встречается гораздо чаще, чем малое содержание других микроэлементов или витаминов. Иногда причиной нехватки железа становится длительное незаживающее кровотечение. В этом случае почти всегда назначаются железосодержащие лекарственные   препараты.   В   большинстве   случаев   нехватка   железа   возникает   из­за неправильного   питания.   Часто   железодефицит   наблюдается   у   женщин   во   время беременности. Развивающийся плод всё время требует много железа, а получает только из материнского   организма.   У   девушки­подростка   с   началом   менструаций   возрастает вероятность   возникновения   железодефицитной   анемии,   которая   усугубляется,   если девушка не употребляет в пищу животного мяса. При катастрофической нехватки железа появляются ярко выраженные симптомы анемии – деформация   ногтевых   пластин,   когда   ногти   становятся   вогнутыми   и   тонкими (койлонихия), бледность, физическая слабость как результат уменьшения мышечной силы. Другие симптомы нехватки железа в кратком перечислении таковы: ­атрофия кожи,  ­ шершавость и сухость кожи;  ­ болезненные трещины в уголках рта и трещины на коже пяток;  ­ ломкость, сухость волос и их интенсивное выпадение; ­ сухость ротовой полости, доходящая до того, что пища с трудом продвигается по  пищеводу;  ­ частые простуды.  2 вариант Избыток железа Содержание железа в избытке почти всегда осложняет протекание болезни  Паркинсона и болезни Альцгеймера. (пояснить). Избыток железа провоцирует рак печени и кишечника. Часто на фоне избытка железа наблюдается возникновение ревматоидного артрита.  Зафиксированные   симптомы   избытка   железа   похожи   на   признаки   гепатита   –   кожа окрашивается в желтушный цвет, такими же становятся склеры (белковые оболочки глаз), нёбо   ротовой   полости   и   язык,   появляется   зуд   и   увеличивается   печень.   Нарушается сердечный ритм, люди бледнеют и худеют. Появляется пигментация кожи в неожиданных местах   –   на   ладонях,   в   подмышках,   темнеют   старые   шрамы.   Для   постановки   точного диагноза, подтверждающего, что именно избыток железа стал причиной появления таких симптомов, требуется проведение биохимического анализа крови. Учитель химииЛюбая потеря крови грозит дефицитом железа: носовые, почечные, язвенные кровотечения, любые операции и ранения. Нехватка железа может возникнуть при нарушении клеточного дыхания, которое развивается из­за недостатка двигательной активности; от неправильного питания и модных диет; регулярного употребления рафинированных и богатых фосфатами продуктов: сахара, белого хлеба и выпечки из белой муки, белого риса, консервированных продуктов и бесполезных сладостей. Дефицит   железа   приводит   к   анемии,   сильной   утомляемости,   снижению   способности   к обучению,   повышенной   чувствительности   к   холоду,   потере   работоспособности   и выносливости, мышечной слабости; нарушению работы щитовидной железы, деформации ногтей, потере вкуса, болям по всему телу и нервным расстройствам. Потребности   в   железе   определяются   его   затратами.   Оно   выделяется   с   кровью, отшелушивающимися   клетками   кожи   и   при   неправильной   работе   кишечного   тракта. Большое количество железа надо употреблять беременным женщинам и детям, в связи с их ростом. Учитель химии А   сейчас   предлагаем   вам     составить   синквейн,   в   котором   основополагающее   слово   – железо. Учащиеся составляют синквейн 1.железо 2.Куется, ржавеет 3.гемоглобинообразующий, стальной, твердый 4. Куй железо пока горячо! 5. Жизнь Выводы  Итак, мы с вами заканчиваем урок. Давайте подведём итоги. Предлагаю вернуться ещё раз к теме урока. Какой бы вы сделали вывод по нашему уроку? 1. Железо – это элемент как живой, так и неживой природы. 2. Велика роль железа для человека; как в обычной жизни, так и с точки зрения сохранения здоровья организма. 3. Мы ещё раз убеждаемся, чтобы иметь полное научное представление об организме или отдельных частях, необходимо научиться объединять знания разных предметов. Только так можно построить естественнонаучную картину природы.  В заключении вам предлагаю несколько вопросов.  Заинтересовала ли вас химическая задача с биологическим содержанием? Что было интересным? Что нового узнали? Нужны ли интегрированные уроки? Домашнее задание: 1.Задача  Масса тела среднего человека равна 60 кг. Масса крови в среднем  составляет 8% от массы тела человека; плотность крови  1,050 г/см3, содержание  гемоглобина (Hb) в ней – 14 г на 100 мл; 1 г гемоглобина связывает примерно 1,34 мг  кислорода. Сколько кислорода может перенести кровь за один кругооборот?Анализ задачи. Цель задачи – иллюстрация роли гемоглобина в обеспечении газообмена в  организме человека. Если считать, что вся кровь пройдет через легкие и насытится  кислородом, то для ответа на вопрос задачи сначала надо рассчитать количество  гемоглобина, содержащегося в крови человека массой 60 кг, а затем – сколько кислорода  может связаться с этим количеством гемоглобина.  2.Используя   различные   источники   информации,   найдите   упоминания   о   железе   в литературе. О каких свойствах железа идет речь?