Автотрофный тип обмена веществ: фотосинтез как способ получения органических веществ
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока учащиеся объяснят сущность автотрофного типа обмена веществ, раскроют роль фотосинтеза как основного способа образования органических веществ у фотоавтотрофов и составят обобщённую схему процесса, используя не менее трёх биологических терминов.
- Образовательная задача: сформулировать определение автотрофного типа обмена веществ и выявить его отличие от гетеротрофного типа.
- Развивающая задача: научить анализировать уравнение фотосинтеза, устанавливать взаимосвязь между исходными веществами, условиями и продуктами процесса.
- Метапредметная задача: развивать умение работать с научным текстом, схемой и данными, аргументировать выводы в паре и самостоятельно проверять результат.
- Воспитательная задача: осознать значение зелёных растений, водорослей и цианобактерий для поддержания жизни и газового состава атмосферы.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают зависимость существования большинства экосистем от деятельности автотрофных организмов.
- Проявляют интерес к исследовательскому объяснению биологических процессов и связывают изучаемую тему с экологическими и биотехнологическими профессиями.
- Понимают личную ответственность за сохранение растений и условий, необходимых для фотосинтеза.
- Формируют готовность аргументированно обсуждать экологические последствия сокращения площади растительного покрова.
Метапредметные
- Выделяют существенные признаки автотрофного обмена и сопоставляют их с признаками гетеротрофного питания.
- Преобразуют текстовую информацию в схему и читают химическое уравнение как модель биологического процесса.
- Формулируют гипотезу, проверяют её по предложенным фактам и делают вывод на основе причинно-следственных связей.
- Работают в паре, распределяют роли, представляют результат и оценивают его по заданным критериям.
Предметные
- Знать определение автотрофного типа обмена веществ и основные группы автотрофных организмов.
- Уметь объяснять роль углекислого газа, воды, световой энергии и хлорофилла в фотосинтезе.
- Уметь записывать и интерпретировать обобщённое уравнение фотосинтеза.
- Различать фотоавтотрофный и хемоавтотрофный способы получения органических веществ.
- Владеть алгоритмом сравнения автотрофного и гетеротрофного типов обмена веществ.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Определяют личный смысл изучения фотосинтеза для понимания устойчивости биосферы.
- Оценивают значение растений как производителей органического вещества и кислорода.
- Проявляют ответственное отношение к обсуждению экологических проблем.
- Связывают биологическое знание с возможным дальнейшим обучением в области медицины, агробиологии, экологии и биотехнологии.
Регулятивные УУД
- Формулируют цель исследования по проблемному вопросу урока.
- Планируют последовательность анализа схемы и уравнения фотосинтеза.
- Сверяют собственную схему с критериями и находят недостающие элементы.
- Корректируют ответ после обсуждения с партнёром и осуществляют самооценку.
Познавательные УУД
- Извлекают информацию из научного текста, схемы и химического уравнения.
- Классифицируют организмы по способу получения органических веществ.
- Устанавливают причинно-следственную связь между строением хлоропласта и функцией фотосинтеза.
- Моделируют фотосинтез с помощью стрелочной схемы и символов веществ.
- Анализируют ошибочные утверждения и аргументированно исправляют их.
Коммуникативные УУД
- Формулируют точные вопросы по содержанию научного текста.
- Распределяют роли в паре при составлении схемы.
- Представляют вывод, используя биологические термины и причинные связки.
- Корректно возражают партнёру и обосновывают собственную позицию.
- Участвуют в обсуждении значения автотрофов для экосистемы.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить презентацию с проблемным вопросом, изображением зелёного растения, схемой хлоропласта и обобщённым уравнением фотосинтеза.
- Распечатать карточки трёх уровней сложности: базовые определения, задания на анализ уравнения и исследовательское экологическое задание — по одной карточке на каждого ученика.
- Подготовить карточки с названиями: «свет», «вода», «углекислый газ», «хлорофилл», «глюкоза», «кислород» — по одному комплекту на пару.
- Распечатать короткий научно-популярный текст о фотоавтотрофах и хемоавтотрофах — по одному экземпляру на парту.
- Вывесить на доске памятку: «исходные вещества → условия → продукты → биологическое значение».
- Подготовить таблицу для сравнения автотрофного и гетеротрофного типов обмена — по одному бланку на парту.
- Обеспечить проектор, компьютер или интерактивную доску, маркеры и таймер.
- Подготовить изображения цианобактерий, зелёных растений, серобактерий и нитрифицирующих бактерий для межпредметной связи с химией и экологией.
- Заранее записать на доске тему урока и незаполненную схему: «неорганические вещества + энергия → органические вещества + ...».
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в исследовательскую деятельность и создать познавательное затруднение.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает на экране фотографию густого леса и закрытой лабораторной установки без органических питательных веществ: "Ребята, сегодня мы начнём с вопроса, который кажется простым, но связан с существованием всей биосферы. Животное получает органические вещества с пищей. А откуда получает органические вещества зелёное растение, если оно не ест готовую пищу? Запишите первое предположение одним предложением." | Индивидуально записывают гипотезу: «растение получает вещества из почвы», «растение создаёт органические вещества», «источником служит углекислый газ». |
2 мин | Учитель применяет приём «Подумай — обсуди в паре — поделись»: "Сначала сравните свои версии с соседом. Затем выберите одну гипотезу и объясните, какое доказательство потребуется, чтобы её проверить. Нам важно не угадать ответ, а построить научное объяснение." | Обсуждают гипотезы в парах, формулируют доказательство: «нужно определить исходные вещества и источник энергии», представляют 2–3 версии классу. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Мы увидели, что вопрос о питании растения нельзя решить одним наблюдением. Нам нужно выяснить, как организм создаёт органическое вещество из неорганических компонентов. Это и будет задачей нашего исследования."
Этап 2. Актуализация знаний (5 мин)
Цель этапа: восстановить знания о веществе, энергии, клетке и обмене веществ, необходимые для открытия нового знания.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель показывает на доске три термина: «обмен веществ», «органические вещества», «энергия»: "Составьте устно цепочку: что организм получает из окружающей среды, что преобразует и зачем использует продукты обмена? Какие вещества называют органическими?" | Отвечают: «организм получает вещества и энергию, преобразует их и использует для роста и жизнедеятельности»; «органические вещества содержат углерод и являются источниками энергии и строительным материалом». |
3 мин | Учитель предлагает приём «Светофор»: "Отметьте зелёным, жёлтым или красным, насколько уверенно вы можете объяснить следующие утверждения: клетка получает энергию; растениям нужен углекислый газ; хлоропласт связан с образованием органических веществ; все растения питаются готовыми органическими веществами. После этого обоснуйте один выбранный ответ." | Отмечают уровень уверенности, называют верные и сомнительные утверждения. Исправляют последнее утверждение: «не все растения получают готовые органические вещества; зелёные растения синтезируют их». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Опорные понятия восстановлены: обмен веществ включает превращение веществ и энергии, а органические соединения нужны клетке как строительный материал и источник энергии. Теперь найдём, каким образом некоторые организмы создают их сами."
Этап 3. Постановка проблемы и целеполагание (4 мин)
Цель этапа: сформулировать учебную проблему, цель и план открытия нового знания.
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель записывает на доске незавершённую схему: «неорганические вещества + ? → органические вещества». Реплика: "Какая часть схемы неизвестна? Почему для превращения веществ необходим источник энергии? Можно ли назвать организм автотрофом, если он получает готовую глюкозу из среды?" | Определяют два затруднения: неизвестен источник энергии и критерий автотрофности. Формулируют: «автотроф сам образует органические вещества из неорганических». |
2 мин | Учитель предлагает составить план: "Запишите три шага исследования. Первый шаг — определить понятие. Второй — выяснить способы получения энергии. Третий — объяснить фотосинтез по уравнению и оценить его значение." | Записывают план, уточняют вопросы: «Какие организмы являются автотрофами? Чем фотоавтотрофы отличаются от хемоавтотрофов? Почему выделяется кислород?» |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Проблема поставлена: каким образом организм создаёт органические вещества из неорганических и за счёт какой энергии? Дальше мы будем не получать готовый ответ, а собирать его из текста, схемы и уравнения."
Этап 4. Открытие нового знания. Исследование модели фотосинтеза (10 мин)
Цель этапа: самостоятельно вывести признаки автотрофного обмена и раскрыть механизм фотоавтотрофного питания.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
4 мин | Учитель раздаёт научный текст и организует чтение с пометками «Инсерт»: "Поставьте знак «+» рядом с новой информацией, «?» — рядом с непонятным, а рядом с известным — галочку. Найдите в тексте определение автотрофов, названия источников энергии и примеры организмов. Не переписывайте весь текст — выделяйте только смысловые опорные слова." | Читают текст, отмечают определения и примеры. Выделяют: автотрофы синтезируют органические вещества из неорганических; фотоавтотрофы используют свет; хемоавтотрофы используют энергию окисления неорганических веществ. |
3 мин | Учитель показывает схему хлоропласта и спрашивает: "Почему фотосинтез не называют просто поглощением света? Какие вещества поступают в процесс? Какую роль выполняет хлорофилл? Что образуется в результате?" Учитель фиксирует ответы стрелками на доске. | По схеме объясняют: «хлорофилл поглощает световую энергию»; «вода и углекислый газ служат исходными веществами»; «образуются органическое вещество и кислород». |
3 мин | Учитель записывает на доске: $6CO_2 + 6H_2O \xrightarrow{свет, хлорофилл} C_6H_{12}O_6 + 6O_2$ и говорит: "Прочитайте уравнение как биологическую модель. Назовите исходные вещества, условие, продукт органического синтеза и побочный продукт. Почему это уравнение не означает, что весь процесс происходит в один простой шаг?" | Читают уравнение по частям, распределяют карточки веществ и условий в правильной последовательности, формулируют: «углекислый газ и вода превращаются в глюкозу и кислород при участии света и хлорофилла»; «уравнение отражает суммарный результат множества реакций». |
Запись в тетрадях
Учащиеся записывают: «Автотрофы — организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических. Фотоавтотрофы используют энергию света, хемоавтотрофы — энергию окисления неорганических веществ. Обобщённое уравнение фотосинтеза: $6CO_2 + 6H_2O \xrightarrow{свет, хлорофилл} C_6H_{12}O_6 + 6O_2$.»
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Теперь у нас есть научная модель: автотроф сам создаёт органическое вещество из неорганических, а фотоавтотроф использует световую энергию. Проверим, умеем ли мы применять эту модель к конкретным утверждениям и находить ошибки."
Этап 5. Межпредметное первичное закрепление (7 мин)
Цель этапа: закрепить понимание фотосинтеза через связи биологии с химией, физикой и экологией.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
3 мин | Учитель обращается к связи с химией: "Рассмотрите уравнение как химическую реакцию. Какие элементы входят в состав углекислого газа, воды и глюкозы? Откуда в молекуле глюкозы появляется углерод?" Учитель просит подчеркнуть источник углерода в уравнении. | Определяют элементы C, H и O. Подчёркивают $CO_2$ и формулируют: «углерод органического вещества поступает из углекислого газа». |
2 мин | Учитель обращается к физике: "Свет — это не вещество, а форма передачи энергии. Почему без света скорость образования органического вещества у зелёного растения резко снижается? Что произойдёт, если света достаточно, но нет воды?" | Объясняют: «свет поставляет энергию для превращений»; «при недостатке воды процесс ограничивается, потому что вода входит в число исходных веществ». |
2 мин | Учитель предлагает экологический вопрос: "Если зелёные растения исчезнут из экосистемы, какое изменение произойдёт первым: исчезновение кислорода, прекращение поступления органического вещества или изменение численности консументов? Аргументируйте последовательность." | Формулируют цепочку: «сначала прекратится образование нового органического вещества и кислорода, затем нарушится питание консументов и изменится состав атмосферы». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Фотосинтез объединяет биологию, химию, физику и экологию: химические элементы перераспределяются, световая энергия преобразуется, а результат поддерживает пищевые цепи. Теперь каждый проверит, насколько самостоятельно умеет применять эту модель."
Этап 6. Самостоятельная работа с дифференциацией (10 мин)
Цель этапа: проверить индивидуальное понимание автотрофного обмена и обеспечить задания разной сложности.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель объясняет выбор: "На карточке есть обязательный базовый уровень и два задания на выбор: повышенный или исследовательский. Базовый выполняют все. Выберите следующий уровень так, чтобы он был для вас посильным, но требовал рассуждения. Критерии: точность терминов, правильность причинных связей, полнота вывода." | Знакомятся с критериями, выбирают карточку и записывают фамилию и выбранный уровень. |
4 мин | Учитель предлагает базовый уровень: "Вставьте пропуски: автотрофы получают органические вещества из ..., используя ...; в фотосинтезе исходными веществами являются ..., продуктом органического синтеза — ..., побочным продуктом — .... Затем объясните термин «фотоавтотроф»." | Заполняют пропуски: «неорганических веществ», «энергию», «углекислый газ и воду», «глюкоза», «кислород»; дают определение фотоавтотрофа. |
4 мин | Учитель предлагает задания повышенного и исследовательского уровней. Повышенный: "Найдите две ошибки в утверждении: «Фотосинтез — это дыхание растений. В процессе поглощается кислород, а глюкоза поступает из почвы». Исправьте их." Исследовательский: "В теплице увеличили освещённость, но урожайность не выросла. Предложите две причины, связанные с условиями фотосинтеза, и объясните их." | На повышенном уровне исправляют: «фотосинтез не равен дыханию; поглощаются углекислый газ и вода; глюкоза синтезируется». На исследовательском уровне называют недостаток воды, углекислого газа, минерального питания или слишком высокую температуру и связывают их с ограничением процесса. |
Эталон решения
Для задания повышенного уровня: 1) фотосинтез и дыхание — разные процессы; 2) при фотосинтезе исходным газообразным веществом является углекислый газ, а кислород выделяется; 3) глюкоза не поступает из почвы, а образуется в клетках растения из углекислого газа и воды за счёт световой энергии.
Завершение этапа: учитель подводит итог: "Вы применили одну и ту же модель на разных уровнях сложности: от воспроизведения терминов до объяснения ситуации в теплице. Осталось проверить, что именно стало понятным, а что требует уточнения."
Этап 7. Рефлексия, оценивание и домашнее задание (6 мин)
Цель этапа: обобщить новое знание, оценить достижение цели и определить направление дальнейшей работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников |
|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит приём «Одноминутка»: "За одну минуту завершите три фразы: «Автотрофный обмен — это...», «Фотосинтез необходим, потому что...», «Мне нужно уточнить...». Пишите кратко, но с биологическими терминами." | Записывают определения и выводы, отмечают индивидуальное затруднение. |
2 мин | Учитель возвращается к проблемному вопросу: "Откуда зелёное растение получает органическое вещество? Какая часть нашего уравнения отвечает за источник углерода, а какая — за источник энергии?" | Отвечают: «органическое вещество синтезируется из углекислого газа и воды; углерод поступает из углекислого газа, энергия — от света». |
2 мин | Учитель знакомит с домашним заданием и говорит: "Выберите уровень, ориентируясь не на оценку, а на необходимость закрепить именно своё затруднение. Перед выходом ответьте на контрольный вопрос на стикере: чем автотроф отличается от гетеротрофа?" | Записывают домашнее задание, прикрепляют стикер с ответом и сдают карточку самооценки. |
Критерии оценивания практической работы
- «5» — правильно выполнен базовый блок и задание повышенного или исследовательского уровня; использованы термины «автотроф», «фотоавтотроф», «фотосинтез», «неорганические вещества»; объяснение содержит причинно-следственную связь.
- «4» — базовый блок выполнен верно, в дополнительном задании допущена одна неточность, но общее понимание источников веществ и энергии сохранено.
- «3» — верно выполнена основная часть базового блока, однако есть до двух ошибок в уравнении или определении; ученик с помощью учителя объясняет отличие автотрофного обмена от гетеротрофного.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Что такое автотрофный тип обмена веществ и какое вещество организм создаёт самостоятельно? | Проверка осознания ключевого определения и предметного результата. |
Какие вещества и энергия необходимы для фотосинтеза? | Выявление понимания исходных компонентов и условий процесса. |
Какую ошибку в объяснении фотосинтеза вы теперь сможете исправить? | Диагностика умения анализировать и корректировать научное утверждение. |
Какое задание оказалось для вас самым сложным и почему? | Определение индивидуальных точек затруднения и уровня субъективной уверенности. |
Завершающее слово учителя
"Сегодня мы выяснили, что автотрофы не получают готовое органическое вещество, а синтезируют его из неорганических компонентов. Мы разобрали, как световая энергия, вода, углекислый газ и хлорофилл связаны в процессе фотосинтеза. Помните типичную ошибку: фотосинтез нельзя отождествлять с дыханием, поскольку исходные вещества и результаты этих процессов различаются. На следующем уроке мы подробнее рассмотрим этапы фотосинтеза и связь фотосинтеза с энергетическим обменом клетки."
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить в тетради схему автотрофного обмена и письменно ответить на 4 вопроса: дать определение автотрофов; назвать исходные вещества фотосинтеза; указать источник энергии; записать обобщённое уравнение фотосинтеза. | Закрепляет основные термины и алгоритм чтения уравнения; при проверке обратить внимание на различение исходных веществ и продуктов. |
Средний (повышающий) | Заполнить сравнительную таблицу «Автотрофный и гетеротрофный типы обмена» по признакам: источник углерода, источник энергии, способ получения органических веществ, примеры организмов; сформулировать итоговый вывод из 3–4 предложений. | Развивает сравнение и систематизацию; при проверке оценить полноту признаков и корректность примеров. |
Продвинутый (дополнительный) | Подготовить краткое исследовательское сообщение на одну тему: «Почему растения в теплицах дополнительно освещают?» или «Как хемоавтотрофы получают энергию?». Объём — 8–10 предложений, обязательно указать исходные вещества, источник энергии и биологическое значение процесса. | Развивает исследовательское мышление и межпредметные связи с физикой, химией и экологией; при проверке обратить внимание на аргументацию и отсутствие смешения фотосинтеза с дыханием. |
Контрольные вопросы перед выходом из класса: «Кого называют автотрофом?», «Что является источником углерода при фотосинтезе?», «Какую роль играет световая энергия?», «Чем фотоавтотроф отличается от хемоавтотрофа?»
