Учебно-исследовательский проект "Видеоурок по теме "Фотосинтез" (9 класс)

Видеоурок по теме  «Фотосинтез»  для учащихся девятых классов средней школы    Исполнители: Анисимова Ирина  Константиновна,  Овчаренко Анастасия  Геннадьевна,  учащиеся 10 класса  МАОУ СОШ № 200 с УИОП Руководитель:   Матвеева Ирина Альбертовна,  учитель химии  МАОУ СОШ № 200 с УИОП  Екатеринбург,  2016 Содержание: Введение...................................................................................................................3 Теоретическая  часть Глава 1.  Фотосинтез................................................................................................4 1.1. Основные сведения о фотосинтезе...................................................4 1.2. История открытия фотосинтеза.....................................................5­6 1.3. Значения фотосинтеза........................................................................6 1.4. Опыты……………………………………………………………….7 Глава 2.  Процессы фотосинтеза..........................................................................10            2.1.     Световая фаза фотосинтеза.......................................................10­12            2.2.     Темновая фаза фотосинтеза.......................................................12­ 13 Глава 3.  Видеоурок...............................................................................................14   Что   такое     3.1.                           видеоурок .......................................................................14            3.2.     Как снять видеоурок..................................................................14­16 Практическая часть Глава 4. Создание видеоурока…………………………………………………..17            4.1.     Монтаж видеоурока………………………………………........17­ 18   Заключение.............................................................................................................19 Список источников................................................................................................20 2 Введение. Актуальность  данной темы в том, что фотосинтез является одной из базовых и обязательных тем в любой школьной программе по биологии. Эту тему   изучали,   изучают   и   будут   изучать   не   одно   поколение   учащихся.   Но многие   ученики   средней   школы   не   понимают   данную   тему   или   не заинтересованы в ее понимании.  Проблемой нашего общего проекта является то, что зачастую учителям не хватает времени подробно и наглядно преподнести эту тему, поэтому мы считаем, что видеоурок поможет учащимся разобраться и понять всю суть процесса фотосинтеза.  Цель    работы  —  структурировать,   обобщить   и   представить   учащимся найденный материал по данной теме, а так же оказать методическую помощь преподавателям   в   организации   комбинированных   уроков   с   применением разнообразных методов его проведения.        Для этого были поставлены следующие задачи: 1. Найти информацию по теме проекта. 2. Познакомить с историей фотосинтеза. 3. Сформировать   знания   о   сущности   процесса   биосинтеза   углеводов   ­ фотосинтезе. 4. Провести и снять на камеру опыты. 5. Снять и смонтировать видеоурок полностью. 6. Презентовать видеоурок. 7. Узнать мнение учащихся девятых классов о созданном проекте.  8. Сделать вывод по теме исследования. Методом   исследования  стал   эксперимент.   Работа   с   совершенно   новым способом   подачи   информации  –   видеоурок.   Полное   изучение   темы исследования и подборка текста с оформлением. 3 Теоретическая часть. Глава 1. Фотосинтез. 1.1. Основные сведения о фотосинтезе. Слово «фотосинтез» означает буквально создание или сборку чего­то под действием света. Обычно, говоря о фотосинтезе, имеют в виду процесс, посредством   которого   растения   на   солнечном   свету   синтезируют органические   соединения   из   неорганического   сырья.   Все   формы   жизни   во Вселенной нуждаются в энергии для роста и поддержания жизни. Водоросли, высшие растения и некоторые  типы  бактерий  улавливают  непосредственно энергию   солнечного   излучения   и   используют   ее   для   синтеза   основных пищевых   веществ.   Животные   не   умеют   использовать   солнечный   свет непосредственно   в   качестве   источника   энергии,   они   получают   энергию, поедая   растения   или   других   животных,   питающихся   растениями.   Итак,   в конечном счете, источником энергии для всех метаболических процессов на нашей   планете,   служит   Солнце,   а   процесс   фотосинтеза   необходим   для поддержания всех форм жизни на Земле. Зеленые   растения   —   биологи   называют   их   автотрофами   —   основа жизни на планете. С растений начинаются практически все пищевые цепи.  Они превращают энергию, падающую на них в форме солнечного света, в   энергию,   запасенную   в   углеводах,   из   которых   важнее   всего шестиуглеродный   сахар   глюкоза.   Этот   процесс   преобразования   энергии называется фотосинтезом. Другие живые организмы получают доступ к этой энергии,   поедая   растения.   Так   создается   пищевая   цепь,   поддерживающая планетарную экосистему. Химический   баланс   фотосинтеза   выглядит   предельно   просто:   из   6 молекул CO2 строится молекула гексозы. Необходимый для этого процесса восстановления водород берется из воды; образующийся в ходе фотосинтеза молекулярный кислород является всего лишь побочным товаром.  4 Процесс   нуждается   в   энергии   света,   так   как   вода   —   очень   плохой восстановитель и не способна восстанавливать CO2. В светозависимой части фотосинтеза, «световой реакции», происходит расщепление   молекул   H2O   с   образованием   протонов,   электронов и атома кислорода. Если   в   системе   присутствуют   соответствующие ферменты, фиксация CO2 может протекать также в темноте; такой процесс называется «темновой реакцией». Кроме   того,   воздух,   которым   мы   дышим,   благодаря   фотосинтезу насыщается   кислородом.   Суммарное   уравнение   фотосинтеза   выглядит так: вода + углекислый газ + свет   углеводы + кислород. → Растения поглощают углекислый газ, образовавшийся при дыхании, и выделяют   кислород   — товар жизнедеятельности   растений.   К   тому   же, фотосинтез играет важнейшую роль в круговороте углерода в природе. 1.2. История открытия фотосинтеза Первые   опыты   по   фотосинтезу   были   проведены Джозефом Пристли в 1770—1780­х годах,   когда   он   обратил   внимание   на   «порчу» воздуха   в   герметичном   сосуде   горящей   свечой   (воздух   переставал   быть способен поддерживать горение, помещённые в него животные задыхались) и «исправление»   его   растениями.   Пристли   сделал   вывод,   что   растения выделяют кислород, который необходим для дыхания и горения, однако не заметил,   что   для   этого   растениям   нужен   свет.   Это   показал   вскоре Ян Ингенхаус. Позже было установлено, что помимо выделения кислорода, растения поглощают   углекислый   газ   и   при   участии   воды   синтезируют   на   свету органическое   вещество.   В 1842  году   Роберт   Майер на   основании   закона сохранения   энергии   постулировал,   что   растения   преобразуют   энергию солнечного света  в энергию  химических  связей. В 1877  году   В. Пфеффер 5 назвал этот процесс фотосинтезом. Хлорофиллы были впервые выделены в 1818 году  П. Ж. Пельтье и Ж. Кавенту.   удалось М.   Разделить   пигменты   и   изучить   их   по   отдельности  с   помощью   созданного   им   метода хроматографии.     С.      Цвету, Спектры поглощения хлорофилла были изучены К. А. Тимирязевым. Он же, развивая   положения   Майера,   показал,   что   именно   поглощенные   позволяют повысить   энергию   системы,   создав   вместо   слабых   связей   С­О   и   О­Н высокоэнергетические   С­С   (до   этого   считалось,   что   в   фотосинтезе используются жёлтые лучи, не поглощаемые пигментами листа).  Сделано это было благодаря созданному им методу учёта фотосинтеза по поглощённому CO2.   В   ходе экспериментов по освещению   растения светом разных длин волн (разного цвета) оказалось, что интенсивность фотосинтеза совпадает со спектром поглощения хлорофилла. Окислительно­восстановительную   сущность   фотосинтеза   (как оксигенного,   так   и   аноксигенного)   постулировал Корнелис   ван   Ниль.   Это означало,  что  кислород  в  фотосинтезе  образуется   полностью  из  воды,  что экспериментально   подтвердил   в 1941 году   А. П. Виноградов   в   опытах   с изотопной   меткой.   В 1937 году   Роберт   Хилл установил,   что   процесс окисления воды (и выделения кислорода), а также ассимиляции CO2 можно разобщить.   В 1954—1958  годах   Д.   Арнон   установил   механизм   световых стадий   фотосинтеза,   а   сущность   процесса   ассимиляции   CO2 была раскрыта Мельвином   Кальвином с   использованием   изотопов   углерода   в конце 1940­х  годов.   За   эту   работу   в 1961  году ему   была   присуждена Нобелевская премия. 1.3. Значение фотосинтеза Фотосинтез   является   основным   источником   биологической   энергии, фотосинтезирующие   автотрофы   используют   её   для   синтеза   органических 6 веществ   из   неорганических,   гетеротрофы   существуют   за   счёт   энергии, запасённой   автотрофами   в   виде   химических   связей,   высвобождая   её   в процессах   дыхания   и   брожения.   Энергия,   получаемая человечеством   при сжигании   ископаемого   топлива   (уголь, нефть,   природный   газ, торф)   также является запасённой в процессе фотосинтеза.  Фотосинтез   является   главным   входом   неорганического углерода   в биологический   цикл.   Весь   свободный   кислород   атмосферы   —   биогенного происхождения   и   является   побочным   товаром   фотосинтеза.  Формирование окислительной   атмосферы   (кислородная   катастрофа)   полностью   изменило состояние земной поверхности, сделало возможным появление дыхания, а в дальнейшем, после образования озонового слоя, позволило жизни выйти на сушу. Процесс фотосинтеза является основой питания всех живых существ, а также снабжает человечество топливом  (древесина, уголь, нефть), волокнами (целлюлоза)   и   бесчисленными   полезными   химическими   соединениями.   Из диоксида   углерода и   воды,   связанных   из   воздуха   в   ходе   фотосинтеза, образуется около 90­95% сухого веса урожая. Остальные 5­10% приходятся на минеральные соли и азот, полученные из почвы. 1.4. Опыты Опыт 1: Какие пигменты содержатся в зеленом листе. Для   опыта   нам   нужны:   свежие   листья   аспидистры,   95%­ый   этиловый спирт,   ступка   фарфоровая,   пробирки,   воронка,   ножницы,   фильтровальная бумага (см. приложение 1). Мы   в   ходе   опыта   получаем   спиртовую   вытяжку   пигментов   из аспидистры (см. приложение 2).   Далее из этой вытяжки можно выявить то, что она содержит, помимо зеленого хлорофилла, еще и желтые пигменты – каротиноиды  7 Разделение   пигментов   обусловлено   их   различной   адсорбцией     на фильтровальной   бумаге   и   неодинаковой   растворимостью   в   растворителе (этиловом спирте). Каротиноиды хуже адсорбируются на бумаге, но больше растворимы в этиловом спирте. Оборудование для опыта. Получение вытяжки пигментов листа. Опыт 2: Разделение пигментов по методу Крауса. Для   опыта   нужно:   спиртовая   вытяжка   пигментов   хлорофилла, сделанная заранее, бензин, пробирки, пипетка. Убедиться   в   том,   что   в   спиртовой   вытяжке   наряду   с   хлорофиллом присутствуют   желтые   пигменты   возможно,   используя   их   различную растворимость в спирте и бензине. Из   пигментов   группы   каротиноидов   в   хлоропластах   находятся 8 преимущественно желто­оранжевый каротин и золотисто­желтый ксантофилл. Все   пигменты   можно   выделить   из   листа   спиртом,   но   растворимость хлорофилла и каротина в бензине выше, чем в спирте. Ксантофил в бензине не растворяется. Оборудование для опыта. Выявление ксантофилла. 9 Глава 2. Процессы фотосинтеза. 2.1. Световая фаза фотосинтеза. Световая фаза — этап фотосинтеза, в течение которого за счёт энергии света образуются богатые энергией соединения АТФ и молекулы — носители энергии. Осуществляется   в   хлоропластах,   в   которых   на   мембранах располагаются   молекулы   хлорофилла.   Хлорофилл   поглощает   энергию солнечного света, которая затем используется при синтезе молекул АТФ из АДФ   и   фосфорной   кислоты,   а   также   способствуют   расщеплению   молекул воды: 2H20 = 4H+ + 4e­ + O2. Кислород, образующийся при расщеплении, выделяется в окружающую среду в свободной форме. Под   влиянием   энергии   солнечного   света   молекула   хлорофилла возбуждается, в результате чего один из её электронов переходит на более высокий   энергетический   уровень.   Этот   электрон,   проходя   по   цепи переносчиков (белков мембраны хлоропласта), отдаёт избыточную энергию на окислительно­восстановительные реакции (синтез молекул АТФ). Молекулы   хлорофилла,   потерявшие   электроны,   присоединяют электроны, образующиеся при расщеплении молекулы воды. Под   действием   света   электрон   в   реакционном   центре   переходит   в возбуждённое состояние «перескакивая» на высокий энергетический уровень молекулы   хлорофилла.   Часть   электронов,   захваченных   ферментами, способствует   образованию   АТФ   путём   присоединения   остатка   фосфорной кислоты   (Ф)   и   АДФ.   Другая   часть   электронов   принимает   участие   в 10 разложении воды на молекулярный кислород, ионы водорода и электроны. Образовавшийся водород с помощью электронов присоединяется к веществу, способному транспортировать водород в пределах хлоропласта. Говоря другим языком, основные процессы в световой фазе фотосинтеза происходят   в   мембранах   тилакоидов.   В   ней   участвуют   хлорофилл,   белки­ переносчики   электронов,   АТФ­синтетаза   (фермент,  ускоряющий   реацию)   и солнечный свет. Далее   механизм   реакции   можно   описать   так:   когда   солнечный   свет попадает   на   зеленые   листья   растений,   в   их   структуре   возбуждаются электроны хлорофилла (заряд отрицательный), которые перейдя в активное состояние, покидают молекулу пигмента и оказываются на внешней стороне тилакоида, мембрана которого заряжена также отрицательно. В то же время молекулы хлорофилла окисляются и уже окисленные они восстанавливаются, отбирая таким образом электроны у воды, которая находится в структуре листа. Этот   процесс   приводит   к   тому,   что   молекулы   воды   распадаются,   а созданные   в   результате   фотолиза   воды   ионы,   отдают   свои   электроны   и превращаются   в   такие   радикалы   ОН,   которые   способны   проводить дальнейшие   реакции.   Далее   эти   реакционноспособные   радикалы   ОН объединяются, создавая полноценные молекулы воды и кислород. При этом свободный кислород выходит во внешнюю среду. В результате всех этих реакций и превращений, мембрана тилакоида листа с одной стороны заряжается положительно (за счет иона Н+), а с другой — отрицательно (за счет электронов). Когда разность между этими зарядами в двух сторонах мембраны достигает больше 200 мВ, протоны проходят через специальные   каналы   фермента   АТФ­синтетазы  и  за  счет  этого   происходит превращение   АДФ   до   АТФ   (в   результате   процесса   фосфорилизации).   А атомный   водород,   который   освобождается   из   воды,   восстанавливает 11 специфический   переносчик   НАДФ+до   НАДФ∙Н2.   Как   видим,   в   результате световой фазы фотосинтеза происходит три основных процесса: синтез АТФ; создание   НАДФ∙Н2;   образование   свободного   кислорода.   Последний освобождается в атмосферу, а НАДФ∙Н2 и АТФ берут участие в темной фазе фотосинтеза. 2.2. Темновая фаза фотосинтеза. 12 и Темная световая фазы фотосинтеза характеризуются большими затратами энергии со стороны растения, однако темная фаза протекает быстрее и требует меньше энергии. Для реакций темной фазы не нужен солнечный свет, поэтому они могут происходить и днем и ночью. Все   основные   процессы   этой   фазы   протекают   в   строме   хлоропласта растения   и   являют   собой   своеобразную   цепочку   последовательных превращений углекислого газа из атмосферы. Первая реакция в такой цепи – фиксация углекислого газа. Чтобы она проходила более плавно и быстрее, природой   был   предусмотрен   фермент   РиБФ­карбоксилаза,   который катализирует фиксацию СО2. Далее происходит целый цикл реакций, завершением которого является преобразование фосфоглицериновой кислоты в глюкозу (природный сахар). Все   эти   реакции   используют   энергию   АТФ   и   НАДФ•Н2,   которые   были созданы   в   световой   фазе   фотосинтеза.   Помимо   глюкозы   в   результате фотосинтеза   образуются   также   и   другие   вещества.   Среди   них   разные аминокислоты, жирные кислоты, глицерин, а также нуклеотидов. 13 Сравнительная таблица процессов фотосинтеза. Таблица 1. Критерии Световая фаза. Темновая фаза. сравнения. Солнечный свет. Место   протекание реакции. Зависимость от источника энергии.   Обязателен. Граны хлоропласта. Необязателен. Строма  хлоропласта. Зависит   от   солнечного света. Исходные вещества. Хлорофилл, Суть   фазы   и   что образуется.   белки­ переносчики   электронов, АТФ­синтетаза. Выделяется   свободный О2,   образуется   АТФ   и НАДФ•Н2. Зависит   от   АТФ   и НАДФ•Н2, образованных в световой   фазе   и   от количества   СО2   из атмосферы. Углекислый газ.    Образование природного сахара   и поглощение   СО2   из атмосферы. (глюкозы)   Глава 3. Видеоурок 3.1. Что такое видеоурок? Видеоурок   —   одна   из   форм   дистанционного   обучения.   Представляет собой   набор   систематически   подобранных   видеоуроков   по   теме,   снятых   с 14 озвучиванием на видеокамеру, либо записанных с экрана монитора с помощью специальных программ для захвата видео (напр., CamStudio). Для повышения наглядности   нередко   применяется   компьютерная   анимация,   в   том   числе интерактивная.   Распространяются   по   сети   через   тематические   сайты,   или через почту на переносных носителях информации (DVD, переносные жёсткие диски). В   отличие   от   дистанционного   обучения,   предполагающего   регулярный контроль   со   стороны   учебного   заведения,   выполнение   упражнений, контрольных   заданий   и   получение   аттестата,   видеообучение   чаще применяется для самообразования. Видеообучение известно достаточно давно. Например, ещё в 30­х годах XX века его применяли для обучения пилотов самолётов в Советском Союзе и фашистской Германии. Были созданы студии для съёмок учебных фильмов (Центрнаучфильм, Киевнаучфильм, Леннаучфильм, Союзвузфильм). В 60х— 80х годах в СССР университетские лекции периодически транслировались по телевидению. 3.2. Как снять видеоурок. Существует   огромное   количество   программ   для   непосредственной съемки   и   столько   же   программ   для   их   монтажа,   но   в   основном   в   своем содержании они являются копиями. Конечно, и среди этих копий встречаются действительно хорошие варианты для тех, кто недавно познакомился с новым видом   передачи   информации   в   сеть   и   хочет   ей   овладеть.   Вот   несколько программ для съемки видеуроков: «Snagit»     ­   Она   отличается   от   многих   своих   конкурентов   простотой интерфейса и полезными функциями. С помощью неё можно записывать видео с   экрана   монитора;   делать   скриншоты;   редактировать   и   дополнять полученные файлы. Программа «Snagit» подходит лишь для новичков либо 15 тех, кому нужно делать простые работы.  «Fraps»  ­   Для этой программы достаточно всего три слова. Простота, четкость, надежность. Ничего лишнего только: запись видео с экрана; снятие скриншотов. «Camtasia Studio» ­  Здесь уже идет более профессиональная платформа. Такая   программа   обладает   огромным   количеством   гаджетов,  позволяющих сделать   гораздо   больше,   чем   просто   снять   видео.   Существуют   следующие функции: запись видео с экрана;   редактор полученных видео, уже на более высоком уровне ; редактор полученных видео, уже на более высоком уровне. Одновременно   такая   программа   решает   сразу   две   задачи.   Можно   не заморачиваться   по   выбору   нескольких   программ   и   выбрать   лишь   одну. Благодаря этому можно сэкономить уйму времени. «Sony  Vegas  Pro  10.0.»   ­     Профессиональная   программа,   требующая детального   изучение   каждого   его   элемента.   Является   идеальным   складом хранения   всевозможных   функций,   от   простой   подстановки   медиафайла   до отличных спецэффектов. Итак,   если   вы   определились   с   программой,   то   теперь   необходимо заняться   созданием   будущего   видеоурока.   Нельзя   рассчитывать   на   то,   что такой важный пункт, как подготовка, можно оставить без внимания потому, что   зачастую   наиглавнейшей   проблемой   является   отсутствие   сценария, последовательного развития сюжета, ужасная дикция, запинки и ошибки. Подготовка   к   съемке   видеоурока   ­   это   тоже,   что   и   тренировки спортсменов. Ведь перед тем, как поставить рекорд или получить разряд, они постоянно тренируются. Нельзя просто взять и прийти без подготовки. Если упустить такие важные пункты, как подготовка к съемке и конечный монтаж, то ничего не выйдет. Первое  ­ это сценарий будущего видео. Сценарий должен лежать перед вами, когда идет съемка, он на всякий случай будет подсказывать, что и как 16 вы должны сейчас сказать. Обычно пишут сценарии в виде плана. Например: 1. Приветствие 2. Краткое представление темы видеоролика 3. Главная часть 4. Плавное завершение 5. Конец. Это лишь приблизительный план. В каждом из его пунктов должны быть подпункты,   в   которых   нужно   детально   расписать   ваши   действия   и   слова, которые будут звучать во время видеоурока. Второе   ­ это дикция. Нужно проработать будущую речь, составить ее заранее, отрепетировать, иначе казусы при съемках неизбежны. Если правильно подойти к выполнению предыдущих пунктов плана, то во время   съемки   видеоурока   никаких   проблем   не   возникнет.   Длительность самого видеоурока не должна превышать 30­ти минут. Если у вас в итоге выходит больше, то нужно сделать две части, потому что слишком длинные видеоролики   будут   загружать   учащихся   большим   объемом   информации, следовательно, концентрация их внимания снизится. Для монтажа также необходимо уделить достаточно большое количество времени.   Прежде   всего,   нужно   несколько   раз   пересмотреть   полученный видеоурок   и   найти   там   неудачные   моменты.   В   случае   необходимости переснять их.  17 Практическая часть. Глава 4. Создание видеоурока. 4.1. Монтаж видеоурока.   Работа с текстом.  Работа с картинками/наложением.  Работа с  видеофрагментом. 18  Весь  видеоролик в программе. Нижние дорожки — звук, верхние –  изображения/текст/видео. 19 Заключение. На   основе   теоретической   части,   был   создан   видеоурок   по   теме «Фотосинтез»   для   учащихся   старшей   школы.   Мы   с   увлечением   изучали литературу о данном процессе и узнали много нового для себя из найденной теории и проведенных опытов. Из всего, что мы изучили, исследуя процесс фотосинтеза, ясно, что: • Фотосинтез – особый процесс;  • Фотосинтез протекает на свету и в темноте;  • Без фотосинтеза нет жизни на Земле; •Данный процесс характерен только для растений. Целью создания видеоурока попытка донести эти выводы для учащихся старших   классов. Результатом   апробации   нашего   проекта   в   двух   девятых классах   стали   положительные   отзывы   учеников   и   заинтересованность   в дальнейшем изучении данной темы. Проделанное   исследование   оказалось   полезным   и   познавательным   не только для выбранной целевой аудитории, но и для многих взрослых и детей. 20 Представленный     видеоурок   помог   всем   извлечь   много   новой   и   полезной информации.   Мы   надеемся,   что   продукт   нашего   исследования   поможет учащимся разного уровня подготовки  лучше понять данную тему, изучаемую в школе и вузах с естественнонаучным уклоном. Список источников. 1. Захаров В.Б. Общая биология: учеб. для 10 кл. – М.: Дрофа, 2006 2. Сонин И.В. Биология: учеб. для 6 кл. М.: Дрофа, 2008. 3. Школьник Ю.К. Растения. Полная энциклопедия. – М.: Эксмо, 2011. 4. Холл Д., Рао К. Фотосинтез: Пер. с англ. — М.: Мир, 1983. 5. https://ru.wikipedia.org 6. http://bono­esse.ru/blizzard/A/Cella/fotosintez.html 7. http://elementy.ru/trefil/21192 8. http://videouroki.net/view_post.php?id=62 9. http://www.chem.msu.su/rus/teaching/kolman/130.htm 10. http://school­89.narod.ru/rogacheva/fotosintez.htm 21