Методическая разработка урока по биологии для 10 класса на тему: «Фотосинтез»

 

Методическая разработка урока по  биологии для 10 класса на тему :

 

«Фотосинтез»

 

 

Цель урока: Сформировать у учащихся представления о механизме фотосинтеза как одном из важнейших способов питания растений.

 

Задачи:

образовательные:

·         Вспомнить   историю открытия фотосинтеза.

·          Вспомнить результаты экспериментов по выявлению условий, необходимых для процесса фотосинтеза.

·         Изучить химические реакции, протекающие в световую  итемновуюфазу фотосинтеза, механизм преобразования энергии солнца в энергию химических связей.

развивающие:

·         развивать умение извлекать информацию из текста и иллюстраций, выполнять анализ и сравнение,

·         формировать навык самостоятельной работы с текстом учебника,

воспитательные:

·         способствовать воспитанию любознательности, формированию познавательного интереса к изучаемой теме и предмету в целом.

 

Формируемые УУД: 

Предметные:

– оценивать роль биологических открытий и современных исследований в развитии науки и в практической деятельности людей;

– оценивать достоверность биологической информации, полученной из разных источников, выделять необходимую информацию для использования ее в учебной деятельности и решении практических задач;

– проводить учебно-исследовательскую деятельность по биологии: выдвигать гипотезы, планировать работу, отбирать и преобразовывать

необходимую информацию, проводить эксперименты, интерпретировать результаты, делать выводы на основе полученных результатов;

– устанавливать связь строения и функций основных биологических макромолекул, их роль в процессах клеточного метаболизма;

Личностные:

- осознание усвоения материала через участие в основной деятельности урока;

- развитие самостоятельности;

- формирование осознанной мотивации к выполнению задания; 

- формирование интеллектуальных умений (доказывать, строить рассуждения, анализировать, сравнивать, делать выводы).

Метапредметные:

Регулятивные самостоятельно обнаруживать и формулировать учебную проблему, определять цель учебной деятельности, выдвигать гипотезы решения проблемы, осознавать конечный результат; умение организовать выполнение заданий учителя. Развитие навыков самооценки и самоанализа

Познавательные:  работать с различными источниками информации, готовить сообщения и презента­ции, представлять ре­зультаты работы классу; объяснять явления, процессы, связи и отношения, выявляемые в ходе исследования; устанавливать причинно-следственные связи; проводить наблюдение и эксперимент под руководством учителя;

Коммуникативные: формулировать собственное мнение и позицию, аргументировать и координировать её с позициями партнёров в сотрудничестве при выработке общего решения в совместной деятельности; адекватно использовать речевые средства для решения различных коммуникативных задач; владеть устной и письменной речью; строить монологическое контекстное высказывание

 

Тип урока: усвоение новых знаний с элементами исследования и ИКТ.

 

Методы и технологии: ИКТ, исследовательский метод

 

Оборудование:

Презентация ( компьютер, проектор, экран)

Растение с трафаретной табличкой ,, Крахмал”( Гемантус)

Фрукты и овощи ( яблоки,груши, томаты, тыква, кабачки , орехи, семечки подсолнуха итп.)

Пробирка с элодеей.

Каменный уголь, торф

 

 Подготовка к уроку: за неделю до урока учащимися закладывается начало опыта

( растениегемантус с трафаретом ,, крахмал”, пробирка с элодеей)

План урока:

1.      История открытия фотосинтеза.

2.      Доказательства наличия фотосинтеза.

3.      Механизм и химизм фотосинтеза. Световая фаза.Темноваяфаза .

4.      Значение фотосинтеза

 

I.                   Мотивация учебной деятельности.

 

Ребята, посмотрите на эти аппетитные ,сочные, сладкие, сытные и необходимые для нашего организма плоды.

 

Как вы думаете, какой процесс наделил эти плоды такими вкусными качествами?

( фотосинтез)

 

«Дайте самому лучшему повару сколько угодно свежего воздуха, сколько угодно солнечного света и целую речку чистой воды и попросите, чтобы из всего этого он приготовил Вам сахар, крахмал, жиры и зерно, он решит, что вы над ним смеётесь. Но то, что кажется совершенно фантастическим человеку, беспрепятственно совершается в зелёных листьях растений»

К.А.Тимирязев.

 

 

II.                Актуализация знаний, сообщение темы и целей урока.

 

Сегодняшний урок, тема которого так и звучит: «Фотосинтез» (запись темы урока). 

Учитель напоминает, что существуют два основных типа питания. 

Если источником энергии служит свет, то таких автотрофов называют фототрофами, а процесс – фотосинтезом.

 Что Вам известно на настоящий момент о фотосинтезе

 

Как в курсе ботаники 6 класса определяется процесс фотосинтеза?

Предполагаемый ответ: Фотосинтез – это образование на свету в листьях из углекислого газа и воды органических соединений.

На доске учащиеся пишут  знакомое для них уравнение

 

6 СО2+ 6 Н2О= С6 Н12 О6+ 6 О2

 

Учащийся комментирует слайды

Это определение было дано еще в 70-е годы прошлого столетия К.А.Тимирязевым. С точки зрения современной науки процесс фотосинтеза – это совокупность процессов поглощения, превращения и использования световой энергии для образования органических веществ из неорганических.

 

Наша с вами главная задача сегодня – разобраться в механизме протекания фотосинтеза. 

 Для начала давайте вспомним , как был открыт фотосинтез.

 

1. История открытия фотосинтеза

( доклад учащегося с использованием презентации – слайды)

 

В течение нескольких веков ученые- биологи пытались разгадать тайну зеленого листа. Долгое время считалось, что рас­тения создают питательные вещества из воды и мине­ральных веществ. Это убеждение было связано с экспе­риментом голландского ученого Яна ванГельмонта, проведенным еще в XVII в.

Ученый посадил деревце ивы в кадку, точно измерив его массу — 2,3 кг и массу сухой почвы — 90,8 кг.В течение пяти лет он только поливал растение, ничего не внося в почву. Через пять лет масса дерева увеличилась на 74 кг, тогда как масса почвы уменьшилась лишь на 0,06 кг. Ван Гельмонт сде­лал вывод, что растение образует все вещества из воды. Таким образом, ученый установил одно вещество, ко­торое необходимо растению для фотосинтеза.

 

Открытие роли зеленого листа в фотосинтезе при­надлежит английскому химику Джозефу Пристли.

В 1772 г., изучая значение воздуха для горения веществ и дыхания, он поставил следующий опыт. Он заключал мышь под стеклянный колпак. Через пять часов мышь погибала. Однако при наличии под колпаком ветки мяты она оставалась живой . Отсюда Пристли сделал вывод, что животные своим дыханием делают воздух непригодным для жизнедеятельности организма, а растения своим дыханием восстанавливают его, т. е. делают пригодным для жизнедеятельности. Однако опыт с мышью не всегда удавался. Так впервые была установлена роль зеленых растений. Проводя свои дальнейшие опыты, Пристли обратил внимание, что растения улучшают воздух на свету. Он первым высказал предположение о роли све­та в жизнедеятельности растений.

2. Доказательства наличия процесса фотосинтеза

Мы сейчас услышали об опыте, проделанном Дж.Пристли.

·         Какой газ, выделяемый веткой мяты, поддерживал жизнедеятельность мышей?

Предполагаемый ответ: кислород.

демонстрация опыта №1.

Опыт №1 «Обнаружение кислорода, выделяющегося при фотосинтезе» (Слайд №7)

Чтобы доказать, что при фотосинтезе на свету выделяется кислород, возьмём водное растение элодею. Несколько веточек ее поместим в наполненную водой широкую банку срезами вверх и накроем их воронкой (рис.2). Затем возьмём пробирку, наполним ее водой, зажмём большим пальцем и наденем ее под водой на конец воронки. В воду положим немного (на кончике ножа) гидрокарбоната натрия, которая служит источником углекислого газа:

2NaHCO₃ =Na₂CO₃+CO₂+H₂O

Банку выставим на свет. На свету сразу же начинается выделение пузырьков газа, который вытесняет воду из пробирки. Чтобы убедиться, что выделенный газ — кислород, осторожно снимем пробирку, закроем ее пальцем и внесём в нее тлеющую лучину. Лучина вспыхнет.  Горение лучины доказывает, что в пробирке действительно находится кислород.

Учащийся демонстрируя растение с трафаретом ,, крахмал”,объясняетопыт «Обнаружение крахмала при фотосинтезе».

 

- Как вы думаете, какова цель нашего с вами сегодняшнего урока? (высказывания учащихся)

 

Наша с вами главная задача сегодня – разобраться в механизме протекания фотосинтеза. 

Каким образом протекает процесс фотосинтеза в растении, и будет рассмотрено на уроке

 

 

Хлорофилла а в листьях примерно в три раза больше по сравнению с хлорофиллом b.  

Физические, химические и оптические свойства хлорофилла.

Хлорофилл имеет зеленую окраску (из-за присутствия атома Mg), нерастворим в воде, растворим в органических растворителях – спиртах, эфирах и др., но в безводных растворителях нерастворим.

- Как вы думаете, почему листья растений имеют зеленую окраску?

Хлорофилл поглощает почти все красные и сине-феолетовые лучи. Зеленые лучи поглощаются слабо, чем и обусловливается зеленая окраска растений. 

4. Механизм и химизм фотосинтеза ( с записью опорного конспекта)

По современным данным фотосинтез включает два типа реакций:

световые (светозависимые) и темновые (не зависящие от света). Световые реакции протекают в пространстве, ограниченном тилакоидами.

Темновые проходят в строме хлоропласта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Световая фаза.

 

К. А. Тимирязев из книги ,, Жизнь растения” :  ,, Когда то , где- то землю упал луч Солнца, но он упал не на бесплодную почву, он у на зеленую былинку пшеничного ростка или, лучше сказать , на хроллофиловое зерно. Ударяясь о него,он потух, перестал быть светом, но не исчез. Он только затратился на внутреннюю работу”

 

  Первая фаза фотосинтеза носит на­звание световой, так как она протекает только под дей­ствием солнечной энергии. Реакции световой фазы происходят на мембранах тилакоидов, где располага­ется фотосинтезирующий пигмент — хлорофилл

 

В световую фазу происходит несколько процессов:

 

1.      возбуждение хлорофилла квантами света и пере­мещение возбужденных электронов;

2.      фотолиз воды под действием света, образование кислорода и протонов водорода;

3.      синтез молекул АТФ за счет энергии возбужден­ных электронов;

4.      соединение водорода с переносчиком НАДФ⁺ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат) и образова­ние НАДФ-2Н.

 

Рассмотрим подробно каждый из этих процессов

1. В составе хлоропластов есть 2 фотосистемы: фотосистема I и фотосистема II..

В фотосистеме I реакционный комплекс поглощает световые лучи с длиной волны 700 нм, в фотосистеме II реакционный комплекс поглощает световые лучи с длиной 680 нм. Квант света падает одновременно на обе фотосистемы, переводя молекулы хлоропластов в возбуждённое состояние:

- Квант света поглощается фотосистемой I (Р700), возбуждённые светом электроны по цепи переносчиков переносятся на НАДФ+ , восстанавливая его в НАДФ•Н2.

- Возникшая в Р700 «Дырка» заполняется возбуждённым под действием света электроном из фотосистемы II (680).

- «Дырка» в фотосистеме II заполняется электронами, образующимися в результате фотолиза воды (разрушение воды под действием света).

(СЛАЙД№13)

H₂O → H⁺ +OH^-

Ионы гидроксила отдают свои электроны, превращаясь в реакционноспособные радикалы ОН:

OH^- -e^- → OH

Образующиеся электроны передаются переносчиками к молекулам хлорофилла и восстанавливают их, а радикалы ОН объединяются, образуя воду и свободный кислород:

4OH→ 2H₂O + O₂↑

 Фотолиз воды идет на внутренней поверхности мембраны тилакоида, которая непроницаема для ионов водорода. Они скапливаются в тилакоидном пространстве, в так называемом Н⁺-резервуаре.

Протоны водорода, образовавшиеся при фотолизе воды, не могут проникнуть через мембрану граны и накапливаются внутри нее, создавая и пополняя Н⁺-резервуар. В результате внутренняя поверхность мембраны граны заряжается положительно (за счет Н⁺ ), а наружная — отрицательно (за счет е^-).

По мере накопления по обе стороны мембраны противоположно заряженных частиц увеличивается разность потенциалов между «обкладками» этого конденсатора. При достижении критической величины разности потенциалов сила электрического поля начинает проталкивать протоны через канал АТФ-синтетазы. На выходе из протонного канала создается высокий уровень энергии, которая используется для фосфорилирования имеющихся в строме пластид молекул АДФ:

.

Ионы водорода, оказавшись на наружной поверхности мембраны тилакоида, встречаются там с электронами, образуя атомарный водород, который идет на восстановление специфического переносчика НАД (никотинамидадениндинуклеотидфосфата):

 

 

Темновая фаза

 

 

Многоступенчатый ферментативный прцесс синтеза молекул глюкозы из углекислого газа и водорода с использованием энергии, накопленной в световой фазе.

Энергия макроэргичных связей АТФ затрачивается на образоваие химических связей внутри молекулы глюкозы, поэтому может протекать без участия света.

 

 

 

III.           Обобщение нового материала 

 

Таким образом, во время световой фазы фотосинтеза происходят три процесса:

образование кислорода вследствие разложения воды, синтез АТФ и образование атомов водорода в форме НАДФ • Н₂.

Кислород диффундирует в атмосферу, а АТФ и НАДФ • Н₂ транспортируются в строму пластид и участвуют в процессах темновой фазы.

 

I. а) хлорофилл –––(свет)–––> хлорофилл* + e

б) e + белки-переносчики ––> на наружную поверхность мембраны тилакоида

в) НАДФ+ + 2H+ + 4 e –––> НАДФ·H₂

Образование НАДФ·H₂

II. Фотолиз воды

H₂O –––(свет)–––> H+ + OH–

H+ –––> в протонный резервуар тилакоида

OH– –––> OH– – e –––> OH –––> H₂O и O₂?

e + хлорофилл* –––> хлорофилл

O₂ – в атмосферу

III. H+ протонного резервуара – источник энергии, необходимой АТФ фазе для синтеза АТФ из АДФ +ФН

Образование АТФ

 

Необходимая энергия выработанная в световую фазу будет использоваться для восстановления углекислого газа до молекул глюкозы

 

V.Закрепление изученного материала и взаимопроверка (самооценка учащимися результатов своей учебной деятельности)

 

 

 

 

 

 

1. В каких органеллах клетки осуществляется процесс фотосинтеза?

а) митохондрии б) рибосомы в) хлоропласты г) хромопласты.

2. При расщеплении какого соединения выделяется свободный кислород при фотосинтезе?

а) CO2 б) H2O в) АТФ.

3. Что происходит с АТФ в течение световой стадии?

а) синтез б) расщепление

4.Перечислите наиболее важные процессы световой фазы фотосинтеза,

а) возбуждение электронов хлорофилла,

б) синтез молекул АТФ

г) синтез глюкозы

д) фотолиз воды

е) образование свободного кислорода

ж) образование атомов водорода в форме НАДФ•H2.(НАДФ- молекула-переносчик водорода)

з) поглощение углекислого газа

5. Почему ,, Темновая” фаза?

 

Для закрепления материала задание по парам, один ученик заполняет по световой фазе, другой по темновой.

 

Фазы фотосинтеза	Основные происходящие изменения	Характерные энергетические преобразования	Значение для жизнедеятельности клетки
Световая	Усвоение световой энергии, аккумулируемой в виде АТФ, накопление водорода и выделение кислорода	Энергия света преобразуется в энергию макроэргичныхсвязейАТФ, вода разрушается до водорода и кислорода( фотолиз воды)	Накапливается необходимая энергия для синтеза органических веществ в темновой фазе
Темновая	Многоступенчатый ферментативный прцесс синтеза молекул глюкозы из углекислого газа и водорода с использованием энергии, накопленной в световой фазе.	Энергия макроэргичных связей АТФ затрачивается на образоваие химических связей внутри молекулы глюкозы, поэтому может протекать без участия света	Именно в этой фазе создаются органические вещества клетки

 

 

Значение фотосинтеза

( сообщение учащегося с демонстрацией каменного угля, торфа и зарисовки древовидных папоротников)

 

 

VI Подведение итогов, Рефлексия деятельности

 

Учитель: Давайте вспомним тему нашего сегодняшнего урока и цель, которую мы с вами ставили в начале урока. ( ответы учащихся)

Как вы думаете ,достигли ли вы темы нашего сегодняшнего урока?

 

Закончи фразу:

сегодня я узнал….

меня удивило…..

было трудно…

VII. Домашнее задание: §17, опорный конспект в тетради.

Найти дополнительный материал о значении фотосинтеза ,, Сможет ли человек жить на Марсе?”