Разработка урока по биологии:Тема: «Круговорот веществ и превращение энергии в биосфере».

УРОК БИОЛОГИИ 9 КЛАСС          Тема: «Круговорот веществ  и превращение энергии в биосфере».          Цели обучения: ознакомить учащихся с обменом веществ и энергии, происходящим между   неживой   природой   и   живыми   организмами.   Объяснить   научные   основы необходимости воздуха, воды, почвы для развития живых организмов. Круговорот веществ в  природе. Цели развития: научить   школьников   использовать   полученные   знания   о   процессах,   происходящих   в биосфере, для обоснования мероприятий по охране природы, через умение анализировать полученные знания;  умение   ставить   задачи   и   их   решать,   проектировать   свою   деятельность   ч/з   систему самостоятельных работ; развивать ясность речи, память, произвольное внимание, критическое мышление. Цели воспитания: продолжить   формирование   у   школьников   отрицательное   отношения   к   деятельности человека, наносящий ущерб природной среде, через ряд предложенных им примеров; воспитывать   бережное   отношение   к   родному   краю,   мыслить   глобально,   а   действовать локально.  Воспитывать   коммуникативность   и   ответственность   т.е.   осуществлять   осознанный свободный выбор деятельности.          Цели саморазвития: Опираясь   на   межпредметные   связи   и   индивидуальные   особенности   учащихся   создавать условия возникновения   познавательного опыта,  который  позволит  убедиться  в том  что Планета Земля – саморегулирующаяся система, но лишь до тех пор, пока живые организмы поддерживают баланс абиотической среды. Оборудование: интерактивная доска, компьютер, листы ватмана, фломастеры, клей,  цветная бумага Ход урока. 1.Организация класса (слайд 1, 2) 2. Актуализация опорных знаний (слайд 3) Выяснить с какими мотивами уч­ся пришли на урок.(слайд 4) Высказываясь, пользуйтесь началом фразы:  я хочу…, мне надо…, я чувствую что…  Во многом наши цели совпадают, а это значит, что на уроке мы увидим, насколько  каждый из вас усвоил материал, услышим блестящие ответы, почувствуем вкус победы  над поставленными задачами, наметим для себя перспективы действий (думай  глобально – действуй локально). Итогом урока будет опорный конспект, который поможет вам восстановить в  памяти тему «Круговорот веществ и поток энергии в биосфере». (слайд 5) • • • • 1.Какие вы знаете географические оболочки Земли? 2.Что такое биосфера и каковы ее границы? 3.Какова роль атмосферных слоев? 4.Какова роль литосферы в жизнедеятельности?  Знаем, умеем  (слайд 6)  Что такое биосфера и её границы;  Жизнь человечества зависит от состояния биосферы;  Предвидеть последствия нарушений, необдуманной деятельности человека. Что ещё нужно знать о круговороте веществ? (слайд 7)  Роль круговорота веществ, для человека и других биологических объектов;  Роль биологических объектов и человека в круговороте веществ;  Как можно использовать знание о круговороте веществ;  Почему на Земле есть жизнь, а на Луне нет;  Как нужно организовать деятельность человека, чтобы не навредить биосфере;  Почему нужно различать понятия круговорот веществ и поток энергии. 3.Работа в парах.  Задание №1                                                                                              Приложение 1.              «Выбрать лишнее». 1. Иртыш, Урал, Или, Сырдарья, Каспий; 2. литосфера, гидросфера, атмосфера, космосфера; 3. тропосфера, мезосфера, стратосфера, бентос; 4. планктон,  бентос,  нектон, озон; 5.  горные породы, минералы, осадочные породы, ионосфера; Подводится итог, самооценка В   природе   существует   теснейшая   взаимосвязь   между   зелёными   растениями, животными,   бактериями,   грибами   (4   Царства   живой   природы).   Эта   взаимосвязь реализуется через круговорот веществ и поток энергии и может быть легко представлена в виде схемы. Большой   вклад   в   изучении   биосферы   дали   работы   Владимира   Ивановича Вернадского. В.И. Вернадский отмечал, что биогенная миграция атомов вызвана такими процессами жизни, как метаболизм живого организма (дыхание, питание, выделение), рост организмов и их размножение. Все процессы между собой взаимосвязаны.  Вместе   с   круговоротом   веществ   в   биосфере   осуществляется   и   круговорот (миграция)   атомов   конкретных   химических   элементов.   Они   переходят   из   организма   в организм, затем в неживую природу и снова в организм. (слайд 6,7) 4.Работа в группах   (по 4 человека) с текстами, таблицами,  учебником,  ИКТ.             (10 минут) Задание №2 (слайд 9) Изучить материал документа, выбрать основное о круговороте вещества, написать эссе ( 10 – 15 предложений) Итогом работы в группе должна стать презентация своей темы. (слайд 10) 1­я группа.                                                                                                          Приложение 2 Круговорот воды в природе Круговорот воды в природе является основой существования жизни на Земле. Без воды жизнь невозможна в принципе, потому что при ее участии протекают все органические химические   реакции.   Поэтому   все   живое   постоянно   нуждается   в   чистой   воде.   А результатом большинства реакций становится вода грязная. Откуда же природа поставляет нескончаемые запасы чистой воды? Для этого и существует круговорот воды в природе. Гидрологический цикл (а именно так по­научному называется круговорот воды в природе) – это непрерывное движение воды из гидросферы и с земной поверхности в атмосферу, и обратно.   Движение   обеспечивается   четырьмя   процессами:   испарением,   конденсацией, выпадением   осадков   и   стоком   вод.   Выпавшие   осадки   частично   снова   испаряются   и конденсируются, частично пополняют водоемы (или создают новые), а частично уходят под землю, образуя грунтовые воды. Существует   Большой   круговорот   воды   в   природе   и   еще   два   малых   –   океанический   и континентальный. Большой  круговорот воды  в природе  иначе  называют  Мировым.  Над океаном  собираются осадки, ветры несут их на континенты, там они выпадают и со стоком вновь возвращаются в океан. Так природа превращает соленую воду в пресную. Малый океанический   круговорот   происходит   над   океаном   –   он   заключается   в   непрерывном испарении   воды,   конденсации,   образовании   осадков   и   выпадении   их   обратно   в   океан. Континентальный круговорот воды происходит точно так же, только над поверхностью суши.   Кстати,   океан   теряет   в   процессе   круговорота   больше   воды,   нежели   получает   с осадками. А на суше ситуация обратная – воды выпадает намного больше, чем испаряется. Вся вода, когда­либо выпавшая на сушу в виде осадков, рано или поздно  вернется в океан. Как известно, наша Земля на три четверти покрыта водой. И большая часть этой воды – соленая.   Существует   три   агрегатных   состояния,   в   которых   может   находиться   вода: жидкое, твердое и газообразное. От того, в каком из состояний пребывает вода, зависит скорость ее движения, а, следовательно, время, через которое совершается круговорот воды   в   природе.   Пар   быстро   переносится   ветром,   конденсируется   и   выпадает   в   виде осадков. Вода, чтобы проделать этот путь, должна сначала испариться. А лед – еще и растаять. Поэтому круговорот воды в природе в разных местах происходит с разной скоростью. Быстрее   всего   вода   обновляется   внутри   живых   организмов.   Чтобы   восстановить   запас чистой воды внутри себя, человеку понадобится всего несколько часов. Печень и почки оперативно   справляются   с   этой   задачей.   Поэтому   можно   сказать,   что   самый   быстрый круговорот   воды   в   природе   происходит   внутри   ее   ходящий,   летающих   и   плавающих составляющих. А вот ледники полярных стран полностью обновляются лишь один раз в 9700 лет. Вода, содержащаяся в почве, очищается каждый год, а та, что в облаках – раз в восемь дней. Горный ледник полностью обновит свой состав за 1600 лет. Весь Мировой океан способен полностью  очиститься   за 2700  лет.  Это  очень  долго.  Поэтому  следует понимать – чем больше мы загрязняем воду промышленными стоками, тем скорее рискуем столкнуться с тотальным дефицитом чистой пресной воды. Круговорот воды в природе сам не может справиться с темпами загрязнения планеты. Различают несколько видов круговоротов воды в природе: Большой, или  мировой,  круговорот — водяной пар, образовавшийся над  поверхностью океанов, переносится ветрами на материки, выпадает там в виде атмосферных осадков и возвращается   в   океан   в   виде   стока.   В   этом   процессе   изменяется   качество   воды:   при испарении соленая морская вода превращается в пресную, а загрязненная — очищается. Малый, или океанический, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океана, сконденсируется и выпадает в виде осадков снова в океан. Внутриконтинентальный круговорот — вода, которая испарилась над поверхностью суши, опять выпадают на сушу в виде атмосферных осадков. В конце концов, осадки в процессе движения опять достигают Мирового океана. Воды,   входящих   в   состав   живых   организмов,   восстанавливаются   в   течение   нескольких часов.   Это   наиболее   активная   форма   водообмена.   Период   обновления   запасов   воды   в горных ледниках составляет около 1 600 лет, в ледниках полярных стран значительно больше — около 9 700 лет. Полное обновление вод Мирового океана происходит примерно в 2 700 лет. За 10 миллионов лет фотосинтез перерабатывает массу воды равную всей гидросфере. 2 группа.         (слайд 11)                                                                               Приложение 3  Круговорот углерода в природе Вся земная жизнь основана на углероде. Каждая молекула живого организма построена на основе   углеродного   скелета.   Атомы   углерода   постоянно   мигрируют   из   одной   части биосферы   (узкой   оболочки   Земли,   где   существует   жизнь)   в   другую.   На   примере круговорота углерода в природе можно проследить в динамике картину жизни на нашей планете. Самый интенсивный биогеохимический цикл – круговорот углерода. В природе углерод существует в двух основных формах – в карбонатах (известняках) и углекислом газе.   Содержание   последнего   в   50   раз   больше,   чем   в   атмосфере.   Углерод   участвует   в образовании углеводов, жиров, белков и нуклеиновых кислот. Углерод в биосфере часто представлен наиболее подвижной формой ­ углекислым газом. Источником   первичной   углекислоты   биосферы   является   вулканическая   деятельность, связанная с вековой дегазацией мантии и нижних горизонтов земной коры.     Миграция углекислого газа в биосфере Земли протекает двумя путями. Первый путь заключается в поглощении   его   в   процессе   фотосинтеза   с   образованием   органических   веществ   и   в последующем захоронении их в литосфере в виде торфа, угля, горных сланцев, рассеянной органики, осадочных горных пород. Так, в далекие геологические эпохи сотни миллионов лет   назад   значительная   часть   фотосинтезируемого   органического   вещества   не использовалась   ни   консументами,   ни   редуцентами,   а   накапливалась   и   постепенно погребалась под различными минеральными осадками. Находясь в породах миллионы лет, этот детрит под действием высоких температур и давления (процесс метаморфизации) превращался   в   нефть,   природный   газ   и   уголь,   во   что   именно   ­   зависело   от   исходного материала, продолжительности и условий пребывания в породах. Теперь мы в огромных количествах добываем это ископаемое топливо для обеспечения потребностей в энергии, а сжигая   его,   в   определенном   смысле   завершаем   круговорот   углерода.   Если   бы   ни   этот процесс   в   истории   планеты,   вероятно,   человечество   имело   бы   сейчас   совсем   другие источники энергии, а может быть и совсем другое направление развития цивилизации.   Основные   запасы   углерода   на   Земле   находятся   в   виде   содержащегося   в   атмосфере   и растворенного   в   Мировом   океане   диоксида   углерода,   то   есть   углекислого   газа   (CO2). Рассмотрим   сначала   молекулы   углекислого   газа,   находящиеся   в   атмосфере.   Растения поглощают эти молекулы, затем в процессе фотосинтеза атом углерода превращается в разнообразные   органические   соединения   и   таким   образом   включается   в   структуру растений. Далее возможно несколько вариантов: углерод может оставаться в растениях, пока растения не погибнут. Тогда их молекулы пойдут   в   пищу   редуцентам   (организмам,   которые   питаются   мертвым   органическим веществом и при этом разрушают его до простых неорганических соединений), таким как грибы и термиты. В конце концов углерод вернется в атмосферу в качестве CO2;  растения   могут   быть   съедены   травоядными   животными.   В   этом   случае   углерод   либо вернется в атмосферу (в процессе дыхания животных и при их разложении после смерти), либо   травоядные   животные   будут   съедены   плотоядными   (и   тогда   углерод   опять   же вернется в атмосферу теми же путями);  растения могут погибнуть и оказаться под землей. Тогда в конечном итоге они превратятся в ископаемое топливо — например, в уголь.  В   случае   же   растворения   исходной   молекулы   CO2   в   морской   воде   также   возможно несколько вариантов: углекислый   газ   может   просто   вернуться   в   атмосферу   (этот   вид   взаимного   газообмена между Мировым океаном и атмосферой происходит постоянно);  углерод может войти в ткани морских растений или животных. Тогда он будет постепенно накапливаться в виде отложений на дне Мирового океана и в конце концов превратится в известняк (см. Цикл преобразования горной породы) или из отложений вновь перейдет в морскую воду.  Если   углерод   вошел   в   состав   осадочных   отложений   или   ископаемого   топлива,   он изымается из атмосферы. На протяжении существования Земли изъятый таким образом углерод   замещался   углекислым   газом,   попадавшим   в   атмосферу   при   вулканических извержениях   и   других   геотермальных   процессах.   В   современных   условиях   к   этим природным факторам добавляются также выбросы при сжигании человеком ископаемого топлива. 3­я группа.                       (слайд 12, 13)                                                          Приложение 4    Круговорот кислорода Кислород   ­   наиболее   активный   газ.   В   пределах   биосферы   происходит   быстрый   обмен кислорода среды с живыми организмами или их остатками после гибели. В составе земной атмосферы   кислород   занимает   второе   место   после   азота.   Господствующей   формой нахождения   кислорода   в   атмосфере   является   молекула   О2.   Круговорот   кислорода   в биосфере весьма сложен, поскольку он вступает во множество химических соединений минерального   и   органического   миров.   Свободный   кислород   современной   земной атмосферы является побочным продуктом процесса фотосинтеза зеленых растений и его общее   количество   отражает   баланс   между   продуцированием   кислорода   и   процессами окисления   и   гниения   различных   веществ.   В   истории   биосферы   Земли   наступило   такое время,   когда   количество   свободного   кислорода   достигло   определенного   уровня   и оказалось сбалансированным таким образом, что количество выделяемого кислорода стало равным количеству поглощаемого кислорода. В количественном отношении главной составляющей живой материи является кислород, круговорот   которого   осложнён   его   способностью   вступать   в   различные   химические реакции,   главным   образом   реакции   окисления.   В   результате   возникает   множество локальных циклов, происходящих между атмосферой, гидросферой и литосферой. Кислород, содержащийся в атмосфере и в поверхностных минералах (осадочные кальциты, железные руды), имеет биогенное происхождение и должно рассматриваться как продукт фотосинтеза.   Этот   процесс   противоположен   процессу   потребления   кислорода   при дыхании, который сопровождается разрушением органических молекул, взаимодействием кислорода с водородом (отщеплённым от субстрата) и образованием воды. В некотором отношении круговорот кислорода напоминает обратный круговорот углекислого газа. В основном он происходит между атмосферой и живыми организмами. Потребление атмосферного кислорода и его возмещение растениями в процессе  фотосинтеза осуществляется довольно быстро. Расчёты показывают, что для полного  обновления всего атмосферного кислорода требуется около двух тысяч лет. С другой  стороны, для того, чтобы все молекулы воды гидросферы были подвергнуты фотолизу и  вновь синтезированы живыми организмами, необходимо два миллиона лет. Большая часть  кислорода, вырабатываемого в течение геологических эпох, не оставалась в атмосфере, а  фиксировалась литосферой в виде карбонатов, сульфатов, оксидов железа. Масса кислорода, циркулирующего в биосфере в виде газа или сульфатов, растворённых в  океанических и континентальных водах, в несколько раз меньше. Отметим, что, начиная с определённой концентрации, кислород очень токсичен для клеток  и тканей (даже у аэробных организмов). А живой анаэробный организм не может  выдержать (это было доказано ещё в прошлом веке Л. Пастером) концентрацию кислорода, превышающую атмосферную на 1%. 4­я группа.              (слайд 14)                                                                   Приложение 5 Круговорот азота При   гниении   органических   веществ   значительная   часть   содержащегося   в   них   азота превращается   в   аммиак,   который   под   влиянием   живущих   в   почве   трифицирующих бактерий   окисляется   затем   в   азотную   кислоту.   Последняя,   вступая   в   реакцию   с находящимися   в   почве   карбонатами,   например   с   карбонатом   кальция   СаСОз,   образует нитраты: 2HN0з + СаСОз = Са(NОз)2 + СОС + Н0Н Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических веществ, при сжигании дров, каменного угля, торфа. Кроме того, существуют бактерии, которые при .недостаточном доступе   воздуха   могут   отнимать   кислород   от   нитратов,   разрушая   их   с   выделением свободного азота. Деятельность этих де ни трифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) переходит в недоступную (свободный   азот).   Таким   образом,   далеко   не   весь   азот,   входивший   в   состав   погибших растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде. Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давно должна была бы привести к полному прекращению  жизни  на  Земле,  если  бы  в природе  не существовали  процессы, возмещающие потери азота. К таким процессам относятся, прежде всего происходящие в атмосфере электрические разряды, при которых всегда образуется некоторое количество оксидов   азота;   последние   с   водой   дают   азотную   кислоту,   превращающуюся   в   почве   в нитраты.   Другим   источником   пополнения   азотных   соединений   почвы   является жизнедеятельность   так   называемых   азотобактерий,   способных   усваивать   атмосферный азот. Некоторые из этих бактерий поселяются на корнях растений из семейства бобовых, вызывая   образование   характерных   вздутий   —   «клубеньков»,   почему   они   и   получили название   клубеньковых   бактерий.   Усваивая   атмосферный   азот,   клубеньковые   бактерии перерабатывают   его   в   азотные   соединения,   а   растения,   в   свою   очередь,   превращают последние в белки и другие сложные вещества. Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота. Однако ежегодно с урожаем с полей убираются наиболее богатые белками части растений, например зерно. Поэтому в почву необходимо вносить удобрения, возмещающие убыль в ней важнейших элементов питания растений. Круговорот фосфора (слайд 15) Источником  фосфора  биосферы  является   главным   образом   апатит, встречающийся во всех магматических породах. В превращениях фосфора  большую роль играет живое вещество.  Организмы  извлекают  фосфор  из  почв,  водных растворов. Усвоение фосфора растениями  во  многом  зависит  от  кислотности почвы. Фосфор  входит  в  многочисленные  соединения  в  организмах:  белки, нуклеиновые кислоты, костная ткань, лецитины,  фитин  и  другие  соединения; особенно много фосфора входит в состав  костей.  Фосфор  жизненно  необходим животным в процессах  обмена  веществ  для  накопления  энергии.  С  гибелью организмов фосфор возвращается в почву и в илы морей. Он  концентрируется  в виде морских фосфатных конкреций, отложений костей рыб, что создает  условия для создания  богатых  фосфором  пород,  которые  в  свою  очередь  являются источником фосфора в биогенном цикле.       Содержание фосфора в земной коре составляет 8*10­20  %  (по  весу).  В свободном состоянии фосфор в природе не встречается  вследствие  его  легкой окисляемости. В земной коре  он  находится  в  виде  минералов  (фторапатит, хлорапатит, вивианит и др.), которые входят в состав  природных  фосфатов  – апатитов и  фосфоритов.  Фосфор  имеет  исключительное  значение  для  жизни животных и растений.       Так как растения уносят из почвы значительное  количество  фосфора,  а естественное пополнение фосфорными соединениями почвы крайне  незначительно, то  внесение  в  почву  фосфорных  удобрений  является  одним  из  важнейших мероприятий   по   повышению   урожайности.   Ежегодно   в   мире   добывают приблизительно 125 млн. т. фосфатной руды. Большая ее часть  расходуется  на производство фосфатных удобрений. Попадая в водоемы, фосфор насыщает, а иногда и перенасыщает экосистемы. Обратного пути, по сути дела, нет. Что­то может вернуться на сушу с помощью рыбоядных птиц, но это   очень   небольшая   часть   общего   количества,   оказывающаяся   к   тому   же   вблизи побережья.   Океанические   отложения   фосфата   со   временем   поднимаются   над поверхностью воды в результате геологических процессов, но это происходит в течение миллионов лет. Следовательно, фосфат и другие минеральные биогены почвы циркулируют в   экосистеме   лишь   в   том   случае,   если   содержащие   их   отходы   жизнедеятельности откладываются в местах поглощения данного элемента. В естественных экосистемах так в основном   и   происходит.   Когда   же   в   их   функционирование   вмешивается   человек,   он нарушает естественный круговорот, перевозя, например, урожай вместе с накопленными из почвы биогенами на большие расстояния к потребителям. Круговорот серы (слайд 16) Сера является важным составным элементом живого вещества. Большая часть ее в живых организмах находится в виде органических соединений. Кроме того, сера входит в состав некоторых   биологически   активных   веществ:   витаминов,   а   также   ряда   веществ, выступающих   в   качестве   катализаторов   окислительно­восстановительных   процессов   в организме   и   активизирующих   некоторые   ферменты.   Сера   представляет   собой исключительно активный химический элемент биосферы и мигрирует в разных валентных состояниях   в  зависимости   от  окислительно­восстановительных   условий  среды.  Среднее содержание серы в земной коре оценивается в 0,047 %. В природе этот элемент образует свыше 420 минералов.  В изверженных породах сера находится преимущественно в виде сульфидных минералов: пирита , пирронита , халькопирита , в осадочных породах содержится в глинах в виде гипсов, в ископаемых углях ­ в виде примесей серного колчедана и реже в виде сульфатов. Сера в почве находится преимущественно в форме сульфатов; в нефти встречаются ее органические   соединения.   В   связи   с   окислением   сульфидных   минералов   в   процессе выветривания сера в виде сульфатиона переносится природными водами в Мировой океан. Сера   поглощается   морскими   организмами,   которые   богаче   ее   неорганическими соединениями, чем пресноводные и наземные. 5. Обмен информацией в группах (по 3 минуты)       6. Презентация выполненных работ.  Подводится итог, самооценка и оценка учителя, с комментариями.       7. Работа в группах   (по4 человека )                              (7 минут)  )                              (7 минут)    Задание №3 (слайд 17)         Составьте карту­схему “Путешествие капельки воды в биосфере”         8.Защита презентации (по 2 минуты)        9. Рефлексия.(слайд 18)         В природе все вещества находятся в движении. В пределах биосферы происходят их большие   и   малые   круговороты.   Энергия   в   природе   не   исчезает.   Она   только   из   одного состояния переходит в другое.         10.Самооценка, оценка учителя и оценка урока                                                                    отлично оценка учителя хорошо удовлетво р.        11.  Домашнее задание. (слайд 19) 1.Выучить параграф 55. 2.Творческое задание. «Сказка – тоже оружие, и горе тому, у кого его нет». Придумать сюжет фэнтези о жизни биосферы с хорошим концом.