Вода: известная и неизвестная

Интегрированный урок по химии, биологии и физике • 8 класс

В течение последних лет наше методическое объединение в составе учителя физики О.Н.Кремнёвой, учителя химии Л.Ф.Блиновой, учителя биологии А.П.Вяхиревой работает над темой «Интегрированный подход в изучении естественных наук». В ходе реализации этой темы педагогами был дан ряд интегрированных уроков. Предлагаем разработку одного из таких уроков с использованием компьютерной техники.

Задачи. Интегрировать знания о свойствах и значении воды в природе, полученные на уроках физики, химии, биологии; систематизировать знания о физических свойствах воды, развивать знания о химических свойствах воды, о типах химической связи на примере водородной связи, раскрыть роль воды в зарождении, развитии живых организмов на Земле.

Оборудование. Компьютер, программные диски (химия, биология), мультимедийная презентация по теме урока, опорный конспект, видеофильм «Вода».

ХОД УРОКА

Учитель химии. Сегодня у нас с вами не совсем обычный урок. Этот урок интегрированный, он помогает объединить знания по биологии, химии, физике для создания целостного представления об изучаемом объекте. Мы сегодня будем говорить о самом необычном веществе планеты, обладающем особыми свойствами и, безусловно, важнейшем для всего живого, – о воде. Тема нашего урока «Вода. Известная и неизвестная». Нам предстоит выяснить, какие свойства воды определяют ее значение для жизни на Земле. Эпиграфом к уроку мы выбрали слова Леонардо да Винчи: «Воде была дана волшебная власть стать соком жизни на Земле».

Учитель биологии. О роли воды в природе ярко и точно сказал академик И.В.Петряев: «Разве вода – это только жидкость, что налита в стакан? Океан, покрывающий почти всю планету, всю нашу чудесную Землю, в которой миллионы лет назад зародилась жизнь, – это вода».

Безбрежная ширь океана
И тихая заводь пруда,
Струя водопада и брызги фонтана,
И все это – только вода.

Учитель химии. Тучи, облака, туман, несущие влагу всему живому на земной поверхности, – это тоже вода. Бескрайние ледяные пустыни полярных областей, снег, покрывающий зимой землю, – и это вода.

В кружево будто одеты
Деревья, кусты, провода.
И кажется сказкою это,
А в сущности – только вода.

Учитель физики. Прекрасно и невоспроизводимо многообразие красок солнечного заката, его золотых и багряных переливов, торжественны и нежны краски небосвода при восходе солнца. Эта обычная и всегда необыкновенная симфония цвета обязана рассеиванию и поглощению солнечного спектра водяными парами в атмосфере. Вода – это великий художник.

Безгранично многообразие жизни. Она всюду на нашей планете. Но жизнь есть только там, где есть вода. Нет живого существа, если нет воды.

Учитель биологии. Давайте посмотрим на глобус. Наша планета названа Землей, однако на сушу приходится только четвертая часть поверхности, а все остальное – вода! Правильно было бы назвать ее планета Вода! Давайте посмотрим на некоторые научные данные о нахождении воды в природе.

(Работа с опорным конспектом (табл.) (см. с. 42, разд. «Биология»).

Из данных, приведенных во 2-й колонке (биология), какой вывод можно сделать о содержании воды в природе?

(Сначала ученик пытается сформулировать общий вывод самостоятельно.)

Ученик. В ы в о д. Вода является очень распространенным веществом на Земле. Нет такого организма, в состав которого не входила бы вода.

Учитель химии. Кем, когда и при помощи каких методов был установлен качественный и количественный состав воды?

Лавуазье доверено,
Чтоб было все проверено,
С Лапласом выполнял эксперимент.
Все проанализировал,
Он воду синтезировал,
И доказал: она не элемент.

Ученик записывает на доске уравнение синтеза воды:

2Н₂ + О₂ —> 2Н₂О.

Учитель химии. Для доказательства того, что вода не элемент, а также для подтверждения состава воды французские химики А.Л.Лавуазье и Ж. Менье осуществили знаменитые опыты по разложению воды, пропуская ее пары через раскаленный ружейный ствол.

Работы продолжение
Он видит в разложении
Воды в стволе, нагретом докрасна,
И это путь единственный
Для утвержденья истины.
На газы разлагается она.

Ученик записывает на доске уравнения реакций разложения воды:

Учитель химии. Собрав и взвесив выделившийся газ и железную окалину, ученые рассчитали количественный состав воды. У них получилось 85% кислорода.

Запишите формулу молекулы воды и рассчитайте ее молекулярную и молярную массу, массовые доли элементов.

(Запись на доске учащимся:

Молекулярная формула – Н₂О.

M_r(Н₂О) = 18, M(Н₂О) = 18 г/моль;

(H) = 11%, (O) = 89%.)

В основе изучения качественного и количественного состава вещества лежат два метода: синтез и анализ. Давайте вспомним сущность этих методов.

Работа с опорным конспектом, разд. «Химия».

Диск «химия»: химическое строение воды; водородная связь между молекулами воды (cм. с. 43).

Таблица

Опорный конспект урока

Учитель физики. Давайте вспомним физические свойства воды. Вода – поразительная жидкость! У нее особые свойства. Для воды будто законы не писаны! Но именно благодаря этим особым свойствам на нашей планете зародилась и развилась жизнь. Давайте перечислим физические свойства воды.

(Работа с опорным конспектом, разд. «Физика».)

А сейчас перечислим особенности воды.

Ученик. П е р в а я о с о б е н н о с т ь. Воде по ее химической структуре положено плавиться и кипеть при низких температурах, которых на Земле не бывает. Не было бы, значит, на Земле ни твердой, ни жидкой воды, а был бы один пар. А она кипит при 100 °С.

Т р е т ь я о с о б е н н о с т ь. Замерзая, вода расширяется. Поэтому лед всегда легче незамерзшей воды и всплывает вверх. Под такой «шубой» даже зимой в Арктике морским животным не очень холодно.

Ч е т в е р т а я о с о б е н н о с т ь. Высокая теплоемкость. У воды она в 10 раз больше, чем у железа. Из-за исключительной способности воды поглощать тепло температура при ее нагревании и охлаждении изменяется незначительно, поэтому морским обитателям никогда не угрожает ни сильный перегрев, ни чрезмерное охлаждение.

Учитель физики. Давайте решим интересную задачу по теплоемкости воды.

На какую высоту можно поднять слона массой 4 т, если затратить столько же энергии, сколько требуется для нагревания 3 л воды от температуры 20 °С до температуры кипения?

(Ответ: 25,7 м.)

Учитель биологии. Земля давно бы остыла и стала безжизненной, если бы не вода. Земная вода поглощает и выделяет много тепла, тем самым «выравнивая» климат. А от космического холода предохраняют молекулы воды, рассеянные в атмосфере. Один поэт написал о капле дождя:

«Она жила и по стеклу текла.
Но вдруг ее морозом оковало,
И неподвижной льдинкой капля стала,
И в мире поубавилось тепла».*

Учитель химии. Мы рассмотрели физические свойства воды, а теперь давайте вспомним ее химические свойства. Химические свойства любого вещества проявляются в их взаимодействии с другими веществами.

Работа с опорным конспектом, разд. «Химия».

Диск «химия»: схема «Химические свойства воды» (без звука).

Запись учащимися на доске уравнений реакций воды с: металлами, отдельными неметаллами, основными оксидами, солями, кислотными оксидами (реакция с СО₂).

Учитель биологии. А в живых клетках вода и углекислый газ участвуют в другой, куда более сложной и важной реакции. Что это за реакция?

Ученик. Этот процесс происходит в растительных клетках и называется фотосинтезом (см. с. 44). При фотосинтезе солнечная энергия запасается в органических веществах. Исходными соединениями для фотосинтеза служат углекислый газ и вода. В качестве одного из продуктов фотосинтеза образуется молекулярный кислород.

Учитель химии. А теперь решим задачу.

Определите массу глюкозы, которая образуется при поглощении 132 г оксида углерода(IV) растением при фотосинтезе.

(Ответ. 90 г.)

Учитель биологии. Какие еще жизненно важные процессы, кроме фотосинтеза, происходят в растениях при участии воды?

Ученик. Растениям необходимо регулирование температуры. Поэтому им приходится испарять воду. В результате происходит выделение энергии, и нагретое солнцем растение охлаждается.

Учитель химии. Вода – хороший растворитель. В воде растворяются минеральные соли почвы.

Учитель биологии. В поисках воды и минеральных солей корни растений проникают в толщу земли, порой на большую глубину.

А меж растениями царствует война.
Деревья, травы вверх растут задорно,
А корни их в земле, неся свой труд,
За почву и за влагу спор ведут.

(Диск «Биология»: вода – основа жизни.)

Жизнь человека также зависит от воды. Вода составляет более половины массы тела человека (65%). Она входит в состав крови, пищеварительных соков, слез и других жидкостей.

(Работа с опорным конспектом, разд. «Биология».)

Для нормального существования человек должен употреблять воды примерно в 2 раза больше, чем питательных веществ. Потеря 12–15% воды приводит к нарушению обмена веществ, а потеря 25% воды – к гибели организма.

Учитель химии. Население земного шара каждые сутки потребляет 7 млрд м³ воды. Вода – это единственное богатство нашей планеты, не имеющее заменителей. Для своих нужд человек использует только пресные поверхностные и подземные воды, которые требуют предварительной очистки. На долю пресной воды приходится только 3% ее общих запасов. Поэтому очень остро стоит проблема очистки загрязненной воды.

Ученик зачитывает подготовленное сообщение о загрязнении и охране вод.

Учитель физики. Теперь подведем итоги знаниям о свойствах воды, о которых мы сегодня говорили на уроке. (Работа с опорным конспектом. Выводы.)

Учитель биологии. «Необходимая составная часть всего живого. Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха; тебя не опишешь, тобой наслаждаешься, не понимая, что ты такое. Ты не просто необходима для жизни, ты и есть сама жизнь. С тобой во всем существе разливается блаженство, которое не объяснишь только нашими пятью чувствами… Ты величайшее в мире богатство…»

Учитель химии. Этими словами Антуана де Сент-Экзюпери, чудом избежавшего смерти от жажды в раскаленной пустыне, нам хочется закончить наш урок, посвященный самому уникальному и удивительному веществу на Земле – воде!

В заключение посмотрим фрагмент видеофильма «Вода».

* Последние две строки данной строфы нужно рассматривать скорее как поэтический образ, нежели описание конкретной физической картины. Дело в том, что при превращении воды в лед теплота выделяется, а не поглощается (соответственно, «в мире тепла» должно прибавиться, а не убавлятся). – Прим. ред.

Л.Ф.БЛИНОВА,
учитель химии средней школы № 3
(г. Норильск, Красноярский край)