Химия внутри нас

Элективный курс

Пояснительная записка

Медик без довольного познания химии
совершен быть не может.
М.В.Ломоносов

Не только сам врач должен употреблять в дело все,
что необходимо, но и больной, и окружающие,
и все внешние обстоятельства должны
способствовать врачу в его деятельности.
Гиппократ

Вы решили посвятить себя медицине? Тогда химия для вас наука № 1. Именно экзамен по химии является профилирующим среди вступительных экзаменов в большинстве медицинских и фармацевтических вузов. Вы можете считать себя подготовленными к экзамену, если не только усвоили основы химии, преподаваемые в школьном курсе химии, но и имеете представление о роли химических элементов и их соединений в жизнедеятельности организма, о важнейших химических превращениях, лежащих в основе метаболизма, о применении в медицине некоторых неорганических и органических веществ.

На занятиях данного курса в доступной форме рассказывается о биогенных элементах, о том, как известные физические и химические свойства неорганических и органических веществ определяют их биологические функции и использование в медицинской практике.

Огромное количество различных химических веществ (лекарства, пищевые добавки и т. д.) попадает в организм человека. Действие этих веществ, а также их многочисленных комбинаций не только оказывает влияние на отдельный организм в течение всей его жизни, но и передается по наследству (усиливаясь или затухая) от поколения к поколению. В связи с этим знание возможных последствий воздействия различного рода химических соединений на здоровье человека становится необходимым не только для врачей, но и для каждого человека, в определенной степени определяя его дальнейшую судьбу.

Все больше накапливается данных о взаимосвязи между содержанием в организме химических соединений, в том числе ионов металлов, и возникновением и развитием таких болезней, как раковые и сердечно-сосудистые заболевания. В связи с этим особое внимание уделяется роли различных элементов в биохимических процессах в здоровом и больном организме. Рассмотрение роли в организме различных элементов и их соединений с остатками органических молекул имеет большое значение не только для лечения, но и для профилактики различных заболеваний. Дальнейшее развитие медицины связано именно с этими направлениями. Предупреждать, а не лечить болезни – вот основная задача врачей будущих поколений.

Потребность в элективном курсе «Химия внутри нас» диктуется необходимостью новых требований к подготовке специалистов в области здравоохранения. Усиление межпредметной и внутрипредметной интеграции знаний и умений, с одной стороны, и увеличение числа рассматриваемых прикладных вопросов, усиление их практической направленности – с другой, способствуют наилучшей профессиональной ориентации учащихся.

Программа элективного курса «Химия внутри нас» предназначена для предпрофильной подготовки учащихся 9-го класса с ориентацией на химико-биологический профиль и носит межпредметный характер. Содержание учебного материала обладает новизной для учащихся, расширяет их представления о химических веществах, используемых в медицине, дает понятие о лекарствах и механизмах их действия на организм человека, а также поможет ученикам подготовиться к поступлению на избранный профиль, получить реальный опыт решения сложных расчетных и экспериментальных задач и ответить на вопросы: «Могу ли я?», «Хочу ли я?»

Привлечение дополнительной информации межпредметного характера позволяет заинтересовать школьников практической химией, повысить их познавательную активность, расширить знания о проблемах современности, развить аналитические способности.

Основные цели данного курса:

• расширить и углубить знания учащихся о роли химических элементов и их соединений в жизнедеятельности организма, о важнейших химических превращениях, лежащих в основе метаболизма, о применении в медицине некоторых неорганических и органических веществ;

• проверить готовность учащихся, ориентированных на химический профиль обучения, к усвоению материала повышенного уровня сложности по данному предмету;

• познакомить учащихся с видами деятельности, необходимой для успешного усвоения профильной программы;

• обеспечить понимание фундаментальных понятий, законов и закономерностей химии, показать химию как точную науку;

• сформировать расчетные умения и научить интерпретировать количественные характеристики химических объектов, правильно используя международную систему единиц измерения физических величин;

• развить внутреннюю мотивацию учения, повысить интерес к познанию химии;

• развить личность учащегося.

Задачи:

• предоставить учащимся возможность реализовать интерес к химии и применить знания о веществах в повседневной жизни;

• совершенствовать экспериментальные умения;

• развить познавательные интересы, мыслительные процессы, склонности и способности учащихся, умение самостоятельно добывать знания;

• учить четко и грамотно выражать свои мысли и устанавливать межпредметные связи;

• расширить кругозор учащихся;

• развить общеучебные умения учащихся: умения работать с научно-популярной и справочной литературой, сравнивать, выделять главное, обобщать, систематизировать материал, делать выводы;

• развить самостоятельность и творчество при решении расчетных и практических задач.

Важная тема курса – «Решение задач по общей химии с медико-биологической направленностью». Ее задача – показать, как глубоко связана химия с медициной и повседневной жизнью. Необходимые для полноценного усвоения общей химии типовые и комплексные задачи по своему содержанию имеют профессиональную медицинскую направленность, т.е. обеспечивают профессионализацию данного курса в медицинском вузе.

Расчетные задачи разной степени сложности (как типовые, так и комплексные) дают возможность учителю дифференцировать работу с учащимися и разнообразить их самостоятельное решение задач. Данная тема выполняет обучающую, самоорганизующую, контролирующую и прикладную функции, дает возможность ученику самому оценить уровень сформированности расчетных умений, развить собственную инициативу и познавательную активность при решении разнообразных химических задач.

Данный образовательный курс расширяет и углубляет базовый компонент химического образования, обеспечивает интеграцию информации химического и биологического характера. Он позволяет полнее учесть интересы и профессиональные намерения старшеклассников и, следовательно, сделать обучение более интересным для учащихся, получить более высокие результаты.

Требования к усвоению учебного материала

В результате изучения элективного курса учащиеся должны

знать:

• содержание понятий: «биогенные элементы», «метаболизм», «анаболизм», «катаболизм», «элементы-органогены», «макро-, микроэлементы», «дыхание», «оксигенотерапия», «экзо-, эндогенная вода», «ферменты», «метгемоглобинемия», «парниковый эффект», «щелочной резерв крови», «осмотическое давление», «изотонический раствор», «гипер-, гипотонический раствор», «плазмолиз», «тургор», «гемолиз», «физиологический раствор»;

• состав и свойства химических веществ, входящих в организм человека;

• биологическую роль элементов-органогенов;

• биологическую роль фтора, хлора, брома, йода, кремния, селена;

• физиологическую и патологическую роль некоторых элементов в организме;

• ферментативные средства защиты организма;

• антиоксидантную защиту клеток;

• методы качественного анализа;

• классификацию ионов;

• качественные реакции на катионы, анионы;

• основные круговороты биогенных элементов в природе, их взаимное влияние, причины и последствия их нарушения;

• цикл мочевинообразования (орнитиновый цикл, открыт Х.А.Кребсом и К.Хензелейтом в 1932 г.);

• буферные системы организма: гидрокарбонатная, фосфатная, аминокислотная и белковая;

• изменения кислотно-щелочного равновесия при различных заболеваниях;

• строение молекулы хлорофилла;

• структуру небелковой части гемоглобина – гема;

• окислительные свойства раствора перманганата калия;

• тривиальные названия некоторых неорганических веществ;

• катионы, анионы и лиганды, входящие в состав комплексных соединений организма;

• токсичное действие металлов и связывающие их реагенты;

• влияние нарушений обмена микроэлементов в организме человека на протекание различных заболеваний;

• шесть основных групп ферментов;

• формулы для решения расчетных задач;

уметь:

• составлять схемы основных круговоротов биогенных элементов в природе, обосновывать роль каждого в сохранении природного равновесия, анализировать причины и последствия его нарушения;

• проводить химический эксперимент по обнаружению катионов и анионов в растворах;

• соблюдать правила безопасности при обращении с лекарственными веществами;

• составлять отчет о проделанном эксперименте;

• применять вещества по назначению;

• составлять уравнения окислительно-восстановительных реакций;

• решать задачи различной степени сложности: как типовые, так и комплексные (вместе с учителем и самостоятельно);

• оценивать уровень сформированности расчетных умений;

• развивать собственную инициативу и познавательную активность при решении различных вопросов и проблем в химии.

Занятия проводятся один раз в неделю. Данный учебный курс предусматривает продолжение – «Введение в биоорганическую химию» – в следующем учебном году для учащихся 10-х классов.

Учебно-тематический план

Содержание тем учебного курса

Тема 1. Биогенные элементы и их соединения (6 ч)

Общий обзор биологической роли элементов-органогенов (1 ч). Углерод. Водород. Кислород. Азот. Сера. Фосфор.

Биологическая роль некоторых неметаллов, не относящихся к органогенам (1 ч). Фтор. Хлор. Бром. Йод. Кремний. Селен.

Биологически важные неорганические соединения неметаллов (4 ч). Кислород. Озон. Вода. Минеральные воды. Пероксид водорода. Ферментативные средства защиты организма. Сероводород. Аммиак. Цикл мочевинообразования. Монооксид азота. Нитраты, нитриты. Углекислый газ. Монооксид углерода. Буферные системы организма. Гидрокарбонатная буферная система. Фосфатная буферная система. Механизм буферного действия системы. Взаимосвязь круговоротов биогенных элементов.

Неорганическую биохимию можно рассматривать
как приложение принципов координационной
химии металлов к биологическим проблемам.
Г.Эйхгорн

Металлы в организме человека (2 ч).

Биологическая роль «металлов жизни» (3 ч). Общий обзор роли s-металлов. Натрий. Калий. Магний. Кальций.

(Данные металлы рассматриваются согласно плана:

Общий обзор роли d-металлов. Железо. Марганец. Кобальт. Медь. Цинк. Молибден.

(Данные металлы рассматриваются согласно плана:

Применение металла и его соединений в медицине.)

Физиологическая и патологическая роль некоторых элементов в организме (2 ч). s-Элементы. d-Элементы. Комплексные (координационные) соединения различных элементов в организме. Элементы, болезни, лекарства.

Биологически активные молекулы (2 ч). Вода. Аминокислоты. Аскорбиновая кислота и ортомолекулярная медицина.

Биологически активные олигомеры (1 ч).

Бактериальные клетки (1 ч).

Биологическая роль некоторых металлов, не относящихся к «металлам жизни» (1 ч). Алюминий. Серебро. Барий. Ртуть. Свинец.

Тематическая викторина «Химия и медицина» (1 ч).

Физиолог – это физикохимик, имеющий дело
с явлениями живого организма.
И.М.Сеченов

Живые организмы могут существовать лишь
благодаря их замечательной способности кинетически
контролировать химические реакции и тем самым
подавлять стремление к достижению
термодинамических равновесий.
И.В.Березин

Химическая термодинамика и живые организмы (1 ч). Термодинамика и организмы.

Химическая и биохимическая кинетика и катализ (1 ч). Ферменты – биологические катализаторы.

Значение растворов для биологии и медицины (1 ч).

Кислотно-щелочное равновесие и буферные системы организма (1 ч). Аминокислотные буферные системы. Белковые буферные системы. Изменение кислотно-щелочного равновесия при различных заболеваниях.

Тема 4. Медицинские материалы (1 ч)

Неорганические медицинские материалы. Металлы. Углеродные материалы.

Механизмы взаимодействия медицинских материалов с биологическими системами. Взаимодействия: материал – кровь, материал – ткань, материал – клетка, материал – биополимеры.

Искусственные органы. Аппараты «искусственное сердце-легкое», «искусственная почка». Искусственное сердце человека с автономным источником питания.

Тема 6. Химический практикум (5 ч)

Исследование лекарственных препаратов (1 ч).

Деловая игра «Спасите больного» (2 ч). Деловая игра сопровождается проведением качественного анализа раствора конкретного вещества химическими методами. (Вещества: тиосульфат натрия, новокаин, лактат кальция, D-глюкоза, медный купорос, бромид калия, сульфат магния.)

Исследование токсичности бытовых веществ (1 ч).

Осторожно, пищевые добавки! Их действие на организм (1 ч).

Контроль уровня обученности

Тема 1. Биогенные элементы и их соединения. Семинар.

Тема 2. Бионеорганическая химия и медицина. Создание презентаций в программе Power Point. Тематическая викторина. Семинар.

Тема 3. Физическая химия и медицина. Защита рефератов.

Тема 4. Медицинские материалы. Самостоятельные творческие работы. Семинар.

Тема 5. Решение задач по общей химии с медико-биологической направленностью. Конкурс (количественный) числа решенных задач. Составление сборничков задач учащихся по теме (с решениями). Составление творческих расчетных задач по различным темам.

Тема 6. Химический практикум. Отчеты по практическим работам.

Итоги работы можно обобщить на конференции с сопутствующей выставкой работ учащихся и при защите проектных работ.

Л и т е р а т у р а  д л я  у ч и т е л я

Артамонова И.Г., Сагайдачная В.В. Практические работы с исследованием лекарственных препаратов и средств бытовой химии. Химия в школе, 2002, № 9, с. 73–76.

Головнер В.Н. Интересные уроки из зарубежного опыта преподавания. М.: НЦ ЭНАС, 2005, 130 с. (Из опыта работы учителей многих зарубежных стран собран уникальный материал по методике преподавания химии в школе. Эффектные и зрелищные опыты, тематические практикумы, проектные технологии и нестандартные подходы к преподаванию помогут сделать уроки химии интересными и разнообразными. Содержание включенных в книгу материалов соответствует действующим в России учебным программам по химии.)

Егоров А.С., Иванченко Н.М., Шацкая К.П. Химия внутри нас. Ростов-на-Дону: Феникс, 2004, 180 с. (В этой книге в доступной форме рассказывается о биогенных элементах, о том, как известные физические и химические свойства неорганических и органических веществ определяют их биологические функции, использование в медицинской практике.)

Калетина Н.И., Ефременко О.А., Захарова В.Ф. Игровой метод в обучении химии. М.: Высшая школа, 1990, 176 с. (В книге представлены сценарии учебно-ролевой игры, наборы игровых обучающих карточек управляющего типа и контрольно-обучающих карточек для проведения занятий по химии игровым методом. Учебная ролевая игра позволяет в интегрированной форме осуществить контроль усвоения учебного материала.)

Ледовская Е.М. Металлы в организме человека. Химия в школе, 2005, № 3, с. 44–47.

Литвинова Т.Н. Задачи по общей химии с медико-биологической направленностью. Ростов-на-Дону: Феникс, 2001, 125 с. (Основная цель данного пособия – обеспечить понимание фундаментальных понятий, законов и закономерностей химии, показать химию как точную науку, сформировать расчетные умения и научить интерпретировать количественные характеристики химических объектов, правильно используя международную систему единиц измерения физических величин. Типы и содержание задач соответствуют действующим в настоящее время программам по общей химии для медицинских вузов.)

Макаров К.А. Химия и медицина. М.: Просвещение, 1981, 141 с. (Книга знакомит учащихся с некоторыми успехами теоретической и практической медицины, которые достигнуты в результате развития химической науки. Автор при изложении материала основывается на знаниях учащихся, полученных ими на уроках химии, характеризуя химические элементы с не знакомой пока им стороны – положительное и отрицательное влияние элементов на жизнедеятельность человека.)

Яковишин Л.А. Химические опыты с лекарственными веществами. Химия в школе, 2004, № 9,
с. 61–65.

Л и т е р а т у р а  д л я  у ч а щ и х с я

Артеменко А.И. Удивительный мир органической химии. М.: Дрофа, 2005, 255 с. (В книге рассказывается об удивительном мире соединений углерода, о законах и явлениях в органической химии, о химических связях между атомами в органических молекулах, об ученых-химиках, о научных открытиях.)

Габриелян О.С., Маскаев Ф.Н., Пономарев С.Ю. Химия. 10 класс. М.: Дрофа, 2001, 301 с. (Материал учебника распределен по двум уровням – базисному и углубленному и дается в связи с экологией, медициной, биологией. В курсе изложены сведения о жизненно важных веществах: витаминах, ферментах, гормонах, лекарствах. Широко представлен химический эксперимент, в том числе практические работы, в ходе которых рассматриваются свойства витаминов, ферментов, лекарственных препаратов.)

Галактионов С.Г. Биологически активные соединения. М.: Молодая гвардия, 1988, 271 с. (В книге рассказывается об успехах науки, о биологически активных соединениях и принципиально новых методах их получения с помощью молекулярной и генной инженерии.)

Гельфман М.И., Юстратов В.П. Химия для высшей школы. СПб.: Лань, 2001, 472 с. (В книге изложены современные представления о строении атомов, молекул, кристаллических веществ и о природе химической связи. Рассмотрены закономерности протекания химических реакций и электрохимические процессы. Приводится обзор химических свойств металлов и неметаллов. Дано описание фазовых равновесий и дисперсных систем.)

Колтун М. Мир химии. М.: Детская литература, 1988, 303 с. (В наше время химия – одна из точных наук, где поиск не только новых соединений в природе, но и синтез веществ в лаборатории ведется на основании теорий химической связи и строения вещества. Знакомясь с проблемами химии наших дней, читатель узнает и то, какими путями шла наука от первых озарений и догадок ученых прошлого до современных достижений.)

Комаров О.С., Терентьев А.А. Химия белка. М.: Просвещение, 1984, 143 с. (В книге подробно рассматривается строение белка, основные свойства белковых молекул, роль белков в организме. Большое внимание уделено биологическим катализаторам – ферментам. Учащиеся ознакомятся с основными методами изучения белков, с их превращением в организме и синтезом искусственного белка.)

Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Попков В.А. Начала химии. М.: Экзамен, оникс 21 век, 2001, 719 с. (Эта книга представляет собой образец современного изложения основ химии, которые необходимо знать в первую очередь поступающим в вузы. Ее содержание основано на тщательном анализе программ вступительных экзаменов по химии большинства российских вузов (химических, медицинских, биологических и т. д.).)

Курдюмов Г.М. 1234 вопроса по химии. М.: Мир, 2004, 191 с. (Пособие состоит из четырех разделов. Рассматриваются вопросы по общей химии, неорганической химии, органической химии, химии окружающей среды. В каждом разделе часть заданий дана с решениями. Представленные в пособии задания аналогичны тем, что предлагаются при тестировании знаний, а также на экзаменах по химии, в том числе в рамках ЕГЭ.)

Метельский А.В. Химия в экзаменационных вопросах и ответах. Минск: Беларуская энцыклапедыя, 1999, 541 с. (Дается подробный теоретический материал по всем вопросам программы вступительного экзамена по химии в вузы. Приводятся примеры, указания и разъяснения при рассмотрении наиболее сложных вопросов программы.)

Шульпин Г.Б. Эта увлекательная химия. М.: Химия, 1984, 184 с. (Эта книга об органической химии. Органические вещества – это топлива и лекарства, красители и яды, продукты питания и одежда. В начальных главах книги рассказывается о типах органических соединений, об их строении; показана взаимосвязь химии с физикой, биологией, медициной. Две последние главы знакомят читателя с современными методами синтеза и изучения структуры веществ, с тем, как результаты исследования отражаются в научной публикации.)

Эткинс П. Молекулы. М.: Мир, 1991, 215 с. (Автор знакомит читателя с тем, как построены молекулы 160 химических веществ, наиболее важных для жизни и практической деятельности человека.)

Д о п о л н и т е л ь н а я  л и т е р а т у р а

Аверина А.В., Снегирева А.Л. Лабораторный практикум по органической химии. М.: Высшая школа, 1975, 200 с. (Пособие содержит более 200 опытов – качественных микрореакций на органические соединения. Описание каждого опыта сопровождается методикой проведения работ, химизмами наблюдаемых процессов и обобщающими выводами. В основу построения книги положена классификация органических соединений по функциональным группам. В краткой форме излагаются современные данные о механизме реакций.)

Аликберова Л.Ю., Рукк Н.С. Полезная химия: задачи и истории. М.: Дрофа, 2005, 188 с. (Книга представляет собой сборник задач по химии и состоит из двух частей. В первой части – краткие теоретические сведения по разделам школьной программы по химии, детальный разбор типовых задач. Вторая часть – сборник задач для самостоятельного решения, условия которых не просто набор числовых величин, а маленькие рассказы по химии. В них приведены важные сведения о здоровье и гигиене человека, советы по рациональному использованию различных веществ, рассмотрены проблемы экологии.)

Полосин В.С. Школьный эксперимент по неорганической химии. М.: Просвещение, 1970, 335 с. (Книга содержит обширный материал по демонстрации и методике проведения экспериментов по неорганической химии в средней школе. Опыты представлены в нескольких вариантах различной степени сложности. Это дает возможность выбрать эксперимент в зависимости от оснащенности кабинета. В последнем разделе автор приводит ряд полезных советов по изготовлению некоторых приборов, по использованию и переработке отходов химических реакций и т. д.)

Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. Занимательные задания и эффектные опыты по химии. М.: Дрофа, 2002, 430 с. (Сборник миниатюрных рассказов, занимательных вопросов по химии с ответами и описаниями эффектных демонстрационных опытов с пояснениями и историческими сведениями.)

Ягодинский В.Н. Школьнику о вреде никотина и алкоголя. М.: Просвещение, 1986, 97 с. (Книга посвящена предупреждению о вреде курения и употребления алкоголя среди подростков. В ней приводятся данные о химическом составе табачного дыма и спиртных напитков, их вредных свойствах, патологических реакциях организма на поступление никотина и этилового спирта.)

Учебно-методическое обеспечение

1. Лекции по данным темам.

2. Химическая посуда и лабораторное оборудование к практическим работам, необходимый набор реактивов.

3. Стенд «Накопление радиоактивных изотопов в организме человека».

4. Штатив для склянок в форме пятиступенчатой подставки с гнездами.

Одно гнездо – резервное: его заполняют в том случае, когда для урока требуется реактив одноразового пользования. В то же время это гнездо – символическая граница, отделяющая неорганические вещества от органических.

5. Стойка для пробирок и склянок с реактивами.

Изготовлена такая стойка из дна двух пластиковых бутылок и одноразового шприца, скрепленных между собой саморезом. На выступах сделаны отверстия для установки склянок из-под пенициллина.

6. Кювета для проведения опытов (работа с микроколичествами).

Большинство опытов мы проводим в пластине для капельного анализа. Наличие в ней восьми углублений (гнезд) позволяет проводить некоторые реакции в сравнении, поскольку гнезда находятся рядом. Пластина для капельного анализа изготовлена из пластмассы размером 130х80х5 мм, в которой в два ряда расположены восемь ячеек диаметром 17 мм и глубиной 8 мм. Такие пластины сделаны с помощью специально изготовленного металлического пресса.

7. Качественные реакции на катионы и анионы.

8. Качественные реакции в органической химии.

9. Именные реакции в органической химии.

10. Карты-инструкции для практических занятий по химии.

Н.В.МАЛЬКОВА, учитель химии
средней школы № 15
(г. Йошкар-Ола)