Неорганические вещества: вода и минеральные соли
Цели и задачи
- Цель по SMART: к концу урока объяснить связь строения молекулы воды с её биологическими свойствами и обосновать роль не менее четырёх минеральных ионов в жизнедеятельности клетки, выполнив практические задания с результатом не менее 70% верных ответов.
- Сформировать представление о полярности молекулы воды, водородных связях, гидрофильных и гидрофобных веществах, диссоциации воды и значении минеральных солей.
- Научиться устанавливать причинно-следственные связи между строением воды и её свойствами: высокой теплоёмкостью, теплопроводностью, испарением и растворяющей способностью.
- Научиться определять функции ионов $K^+$, $Na^+$, $Ca^{2+}$, $Cl^-$, $HCO_3^-$ и фосфатных ионов в клетке.
- Развивать умение работать с текстом учебника, выделять главное, аргументировать ответ и оценивать собственное понимание темы.
Планируемые результаты
Личностные
- Осознают значение воды и минеральных солей для поддержания жизнедеятельности организма и здоровья человека.
- Проявляют ответственное отношение к достоверности биологических объяснений и к использованию научной информации.
- Связывают изучаемые процессы с дальнейшим изучением клеточной биологии, физиологии и медицинских профессий.
- Оценивают собственный вклад в фронтальную работу и готовность применять знания в новой ситуации.
Метапредметные
- Выделяют в учебном тексте факты, определения и причинно-следственные связи, используя смысловое чтение.
- Сравнивают гидрофильные и гидрофобные вещества по отношению к воде и формулируют критерий сравнения.
- Преобразуют текстовую информацию в таблицу «ион — функция — последствия дефицита или нарушения распределения».
- Аргументируют ответы, участвуют во фронтальном обсуждении и осуществляют взаимную проверку по эталону.
- Планируют выполнение задания, контролируют результат и корректируют ошибки после обсуждения.
Предметные
- Знать, что полярность воды связана с неравномерным распределением зарядов в молекуле $H_2O$.
- Объяснять образование водородных связей между молекулами воды и их роль в свойствах воды.
- Различать гидрофильные и гидрофобные вещества и объяснять растворяющую способность воды.
- Записывать уравнение диссоциации воды $H_2O \leftrightarrow H^+ + OH^-$ и объяснять значение образующихся ионов.
- Характеризовать биологическую роль ионов $K^+$, $Na^+$, $Ca^{2+}$, $Cl^-$, $HCO_3^-$ и фосфатных ионов.
Универсальные учебные действия (УУД)
Личностные УУД
- Осмысливают значение водно-солевого равновесия для нормальной работы клеток и организма.
- Проявляют познавательный интерес к объяснению свойств воды на молекулярном уровне.
- Формируют ответственное отношение к собственному здоровью через понимание роли воды и солей.
- Определяют личную образовательную цель на урок и оценивают степень её достижения.
Регулятивные УУД
- Принимают и уточняют цель урока на основе проблемного вопроса.
- Планируют последовательность работы с текстом учебника и практической таблицей.
- Проверяют ответы по эталону, находят конкретную ошибку и исправляют её.
- Оценивают качество выполнения разноуровневого задания и формулируют дальнейший шаг для повторения.
Познавательные УУД
- Устанавливают связь между полярностью молекулы воды и её растворяющей способностью.
- Классифицируют вещества на гидрофильные и гидрофобные по взаимодействию с водой.
- Анализируют текст и рисунки учебника о водородных связях и распределении ионов.
- Моделируют в таблице функции минеральных ионов и последствия нарушения их концентрации.
- Используют химические формулы и уравнение диссоциации как средство биологического объяснения.
Коммуникативные УУД
- Формулируют краткий ответ на вопрос и подтверждают его фактом из текста учебника.
- Участвуют во фронтальном обсуждении, дополняют и корректно уточняют ответы одноклассников.
- Задают вопросы о причинах свойств воды и роли отдельных ионов.
- Согласовывают общий вариант таблицы и аргументированно защищают выбранную формулировку.
Подготовка учителя к уроку
- Подготовить учебник с фрагментом о воде, водородных связях, растворяющей способности воды, диссоциации и минеральных солях.
- Распечатать карточки трёх уровней сложности: по одной карточке на каждого ученика, всего по числу учащихся класса.
- Распечатать таблицу «Ион — функция — биологическое значение» по одной на парту и отдельный эталон для демонстрации.
- Подготовить на доске или слайде схему молекулы $H_2O$ с обозначением частичных зарядов $\delta^-$ и $\delta^+$ и водородной связи.
- Вывести на экран уравнение $H_2O \leftrightarrow H^+ + OH^-$ и список ионов: $K^+$, $Na^+$, $Ca^{2+}$, $Cl^-$, $HCO_3^-$, $H_2PO_4^-$.
- Подготовить маркеры, магниты или стикеры двух цветов для обозначения гидрофильных и гидрофобных веществ.
- Подготовить таймер на 3 минуты для самостоятельной практической работы.
- Обеспечить каждому ученику тетрадь, ручку и доступ к тексту учебника; лабораторное оборудование не требуется.
Ход урока
Этап 1. Организационный момент и мотивация (3 мин)
Цель этапа: включить учащихся в учебную деятельность и обозначить практическую значимость темы.
Время | Действие учителя | Действие учеников | |||
|---|---|---|---|---|---|
1 мин | Учитель приветствует класс и показывает на доске формулы $H_2O$, $Na^+$ и $Ca^{2+}$. «Здравствуйте, ребята. Сегодня мы будем рассматривать вещества, без которых клетка не может существовать. Посмотрите на доску: почему рядом оказались молекула воды и ионы? Как они связаны с жизнью клетки?» | Готовят тетради и учебники, рассматривают формулы, предлагают ответы: «Вода растворяет вещества», «Ионы участвуют в работе клетки». | 2 мин | Учитель организует приём «Проблемный вопрос»: «Представьте, что в клетке есть вода, но она потеряла способность растворять заряженные частицы. Какие процессы окажутся нарушены? Запишите одну гипотезу, затем обсудим её фронтально». | Индивидуально записывают гипотезу, затем формулируют варианты: «Нарушится перенос веществ», «изменится работа ферментов и мембран». |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы увидели, что вода и соли важны не сами по себе, а благодаря конкретным свойствам и функциям. Сейчас выясним, какие особенности молекулы воды это объясняют».
Этап 2. Актуализация знаний и выявление затруднения (5 мин)
Цель этапа: актуализировать знания о химической природе воды, клетке и ионах, зафиксировать вопрос, требующий нового объяснения.
Время | Действие учителя | Действие учеников | |||
|---|---|---|---|---|---|
2 мин | Учитель проводит фронтальный опрос. «Что означает запись $H_2O$? Из каких атомов состоит молекула? Что такое ион? Чем катион отличается от аниона? Отвечайте кратко, но используйте научные термины». | Отвечают: «Молекула состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода»; «ион — заряженная частица»; «катион имеет положительный заряд, анион — отрицательный». | 3 мин | Учитель показывает схему молекулы воды. «На рисунке кислород обозначен крупнее, а около него указано $\delta^-$. Почему заряды в молекуле распределены неравномерно? Что это может изменить в поведении молекул воды?» Учитель фиксирует на доске затруднение: «Как строение воды объясняет её свойства?» | Рассматривают схему, обсуждают вопрос фронтально, (Электроотрицательность — это способность атома притягивать к себе электроны при связывании с другим атомом. У кислорода она значительно выше (около 3,5), чем у водорода (примерно 2,1). Поэтому, когда атом кислорода связывается с двумя атомами водорода, он притягивает к себе общую электронную пару (пару электронов, связывающих атомы) сильнее, чем водород. В результате электронная плотность смещается в сторону атома кислорода, создавая на нём частичный отрицательный заряд (δ-). На атомах водорода, соответственно, возникает частичный положительный заряд (δ+)) формулируют предположение: «Кислород сильнее притягивает электроны, поэтому молекула полярна»; отмечают, что полного ответа о свойствах пока нет. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы вспомнили состав воды и понятие иона, но пока не объяснили, почему вода растворяет одни вещества и почти не взаимодействует с другими. Сформулируем цель и план исследования».
Посмотрите план целиком
Зарегистрируйтесь — и откройте план урока по этой теме полностью: цели, ход урока и рефлексия по ФГОС.
Этап 3. Постановка цели и планирование работы (3 мин)
Цель этапа: совместно определить содержание работы и критерии успешного ответа.
Время | Действие учителя | Действие учеников | |||
|---|---|---|---|---|---|
1 мин | Учитель обращается к классу: «Вернёмся к проблемному вопросу. Какие знания нам понадобятся, чтобы на него ответить? Назовите ключевые шаги исследования». | Предлагают план: «Рассмотреть строение воды», «понять роль водородных связей», «объяснить растворение», «изучить функции ионов». | 2 мин | Учитель записывает на доске план: 1) строение и связи воды; 2) свойства воды; 3) гидрофильные и гидрофобные вещества; 4) диссоциация; 5) минеральные соли. «К концу урока каждый должен уметь привести не менее двух причин, почему вода важна для клетки, и объяснить функции нескольких ионов». | Записывают тему и план в тетрадь, уточняют критерий результата, задают вопросы по предстоящей работе. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «План определён. Теоретические сведения будем сразу превращать в объяснения и таблицы, чтобы большая часть урока прошла в практике».
Этап 4. Открытие нового знания через работу с учебником (10 мин)
Цель этапа: самостоятельно выявить связь между строением воды, водородными связями, её свойствами и растворяющей способностью.
Время | Действие учителя | Действие учеников | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
4 мин | Учитель организует чтение с пометками. «Откройте учебник на теме урока и прочитайте фрагмент о строении молекулы воды и водородных связях. Поставьте знак “+” рядом с новой информацией и подчеркните причинно-следственные связи. Обратите внимание на частичные заряды и на то, как молекулы воды притягиваются друг к другу». | Читают фрагмент, отмечают полярность молекулы, частичные заряды, ковалентные и водородные связи; подчёркивают связь между водородными связями и свойствами воды. | 3 мин | Учитель показывает схему и ведёт сократовский диалог: «Почему кислород получает частичный отрицательный заряд? Как молекулы воды соединяются между собой? Почему разрыв водородных связей требует энергии? Какие свойства воды связаны с этим?» | Отвечают: «Кислород сильнее притягивает электроны»; «частичный положительный атом водорода одной молекулы притягивается к кислороду другой»; называют высокую температуру кипения, теплоёмкость и теплопроводность. | 3 мин | Учитель демонстрирует схему растворения. «Прочитайте фрагмент о воде как растворителе. Объясните, почему заряженные частицы взаимодействуют с полярными молекулами воды. Найдите в тексте названия двух групп веществ и приведите по одному примеру». | Формулируют: «Гидрофильные вещества взаимодействуют с водой и растворяются в ней»; «гидрофобные почти не содержат заряженных атомов и с водой взаимодействуют слабо». Записывают примеры: соли и сахара как гидрофильные, липиды как гидрофобные. |
Запись в тетрадях
Вода — полярная молекула; между её молекулами образуются водородные связи. Гидрофильные вещества взаимодействуют с водой и растворяются в ней; гидрофобные вещества взаимодействуют с водой слабо. Свойства воды обеспечивают терморегуляцию, перенос веществ и протекание химических реакций в клетке.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Мы установили, что свойства воды объясняются не только её распространённостью, но и строением молекул. Теперь проверим это объяснение на конкретных ситуациях и перейдём к минеральным солям».
Этап 5. Практикум: минеральные соли и ионы (8 мин)
Цель этапа: применить содержание учебника для определения функций минеральных ионов в клетке.
Время | Действие учителя | Действие учеников | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2 мин | Учитель раздаёт таблицы на парту и обращается к классу: «Прочитайте в учебнике фрагмент о солях и распределении ионов между клеткой и окружающей средой. В таблице найдите или восстановите функцию каждого иона. Работайте фронтально: я буду фиксировать ваши формулировки на доске». | Читают фрагмент, находят сведения о катионах и анионах, готовят формулировки для таблицы. | 4 мин | Учитель по очереди предъявляет ионы: $K^+$, $Na^+$, $Ca^{2+}$, $Cl^-$, $HCO_3^-$ и фосфатные ионы. «Какую функцию выполняют ионы калия и натрия? Почему кальций важен мышцам и свёртыванию крови? Для чего нужны хлоридные, угольные и фосфатные ионы?» | Заполняют таблицу и отвечают: «$K^+$ и $Na^+$ участвуют в возникновении нервных импульсов»; «$Ca^{2+}$ нужен для свёртывания крови и работы сократительных элементов»; «анионы поддерживают постоянство внутриклеточного pH»; «фосфатные ионы входят в состав минерального питания и фосфорсодержащих соединений». | 2 мин | Учитель предлагает ситуацию: «В цитоплазме концентрация $K^+$ выше, чем снаружи клетки, а $Na^+$ и $Ca^{2+}$ распределены иначе. Почему такое неравномерное распределение имеет значение? Не ограничивайтесь фразой “так устроено”: назовите процесс». | Формулируют: «Неравномерное распределение поддерживает возбудимость клетки и движение веществ»; называют диффузию и необходимость сохранения разности концентраций. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Минеральные соли представлены ионами, а ионы выполняют конкретные функции: участвуют в импульсах, сокращении, свёртывании и поддержании постоянства внутренней среды. Проверим теперь, насколько самостоятельно вы умеете применять эти связи».
Этап 6. Самостоятельная разноуровневая работа с самопроверкой (7 мин)
Цель этапа: проверить применение знаний о воде и солях в заданиях различной сложности.
Время | Действие учителя | Действие учеников | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
1 мин | Учитель раздаёт карточки трёх уровней. «Выберите уровень, который позволит честно проверить ваши знания. Базовый уровень обязателен для всех; средний и продвинутый требуют более полного объяснения. Работайте индивидуально, время — четыре минуты». | Выбирают карточку, подписывают её и приступают к выполнению. | 4 мин | Учитель напоминает критерии: «В первом задании важно правильно различить полярность и связь, во втором — назвать функцию иона, в третьем — объяснить причинно-следственную связь. Не переписывайте текст целиком, формулируйте ответ своими словами». | Выполняют задания: базовый уровень — соотносят понятия «полярность», «водородная связь», «гидрофильные вещества»; средний — объясняют растворение соли и функцию $Ca^{2+}$; продвинутый — раскрывают связь между полярностью воды и переносом веществ в клетке. | 2 мин | Учитель выводит эталон на доску. «Проверьте работу по пунктам, поставьте плюс за каждый правильный элемент и исправьте ошибки другим цветом. Если ответ неполный, допишите, какого звена не хватает». | Сверяют ответы с эталоном, подсчитывают баллы, исправляют формулировки и отмечают трудное место. |
Эталон решения
1) Полярность воды возникает из-за неравномерного распределения электронов: кислород получает частичный отрицательный заряд, водород — частичный положительный. 2) Водородная связь образуется между частично положительным водородом одной молекулы и частично отрицательным кислородом другой. 3) Полярные молекулы воды взаимодействуют с ионами соли, поэтому соль распадается на заряженные частицы и растворяется. 4) Ион $Ca^{2+}$ участвует в свёртывании крови и работе сократительных элементов мышечных клеток.
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Самопроверка показала, что одного запоминания терминов недостаточно: нужно связывать строение, свойство и биологическое значение. Осталось обобщить материал и ответить на исходный проблемный вопрос».
Этап 7. Рефлексия и домашнее задание (4 мин)
Цель этапа: обобщить изученное, оценить достижение цели и объяснить содержание домашней работы.
Время | Действие учителя | Действие учеников | |||
|---|---|---|---|---|---|
2 мин | Учитель организует рефлексию «Одноминутка»: «Запишите три завершения фраз: “Полярность воды важна потому, что…”, “Ион, который я могу объяснить лучше всего, — … потому что…”, “Мне нужно повторить…”. Затем поднимите зелёную, жёлтую или красную карточку». | Записывают ответы, показывают цвет: зелёный — могу объяснить тему, жёлтый — есть отдельные пробелы, красный — нужна помощь; называют трудные места. | 2 мин | Учитель сообщает домашнее задание. «Выберите обязательный уровень или более сложный вариант. Перед выходом устно ответьте на два контрольных вопроса: почему вода является хорошим растворителем для ионов? Какую функцию выполняет один выбранный вами ион?» | Записывают домашнее задание, отвечают: «Вода полярна и взаимодействует с заряженными частицами»; называют функцию выбранного иона. |
Завершение этапа: учитель подводит итог: «Сегодня мы связали строение молекулы воды с её свойствами и увидели, что минеральные соли действуют через конкретные ионы. Проверьте дома не только знание терминов, но и умение объяснять причинно-следственные связи».
Критерии оценивания практической работы
- «5» — выполнены все задания выбранного уровня без содержательных ошибок; верно объяснены полярность воды, водородная связь и функция не менее трёх ионов; причинно-следственные связи сформулированы полно.
- «4» — правильно выполнено не менее 75% заданий; допущена одна неточность в объяснении свойства воды или функции иона, но основные связи сохранены.
- «3» — правильно выполнено не менее 50% заданий; названы основные понятия и хотя бы две функции ионов, однако объяснение связи между строением и свойством неполное.
- Ниже «3» — менее половины заданий выполнено верно или отсутствует объяснение биологического значения; требуется повторная работа с текстом учебника и эталоном.
Рефлексия
Вопрос для ученика | Цель вопроса |
|---|---|
Почему молекула воды является полярной? | Проверка понимания связи между строением молекулы и распределением зарядов. |
Как водородные связи объясняют хотя бы одно свойство воды? | Выявление умения устанавливать причинно-следственную связь. |
Какой ион и его функцию вы можете объяснить наиболее уверенно? | Определение уровня усвоения роли минеральных солей. |
Что осталось непонятным или требует повторения? | Выявление индивидуальных точек затруднения и планирование коррекции. |
Завершающее слово учителя
«Сегодня мы выяснили, что биологическое значение воды определяется её полярностью и способностью образовывать водородные связи. Мы также увидели, что минеральные соли действуют в клетке в форме ионов и выполняют разные функции. Типичная ошибка — просто перечислить свойства или ионы без объяснения их роли. Дома закрепите именно причинные связи. На следующем уроке мы продолжим рассматривать химические основы жизнедеятельности клетки и свяжем сегодняшние знания с органическими веществами».
Домашнее задание
Уровень | Что задать | Зачем |
|---|---|---|
Базовый (обязательный) | Составить краткий конспект по теме: полярность воды, водородные связи, гидрофильные и гидрофобные вещества, диссоциация воды; заполнить таблицу функций ионов $K^+$, $Na^+$, $Ca^{2+}$, $Cl^-$, $HCO_3^-$ и фосфатных ионов. | Закрепляет основные термины и умение соотносить ион с его биологической функцией; при проверке обратить внимание на точность формулировок. |
Средний (повышающий) | Решить 4 практических задания по материалу урока: объяснить растворение соли в воде, сравнить гидрофильное и гидрофобное вещества, записать диссоциацию воды и раскрыть значение двух выбранных ионов. | Развивает применение знаний; проверять наличие последовательной связи «строение — свойство — биологическое значение». |
Продвинутый (дополнительный) | Подготовить письменное объяснение объёмом 8–10 предложений на вопрос: «Почему нарушение распределения ионов между клеткой и окружающей средой может изменить работу клетки?» Использовать не менее трёх ионов и термин «диффузия». | Развивает анализ и аргументацию; при проверке оценивать научность примеров, причинность объяснения и корректность терминов. |
Контрольные вопросы перед выходом из класса: «Почему вода растворяет многие вещества? Как образуется водородная связь? Назовите одну функцию $K^+$ или $Na^+$ и одну функцию $Ca^{2+}$. Запишите уравнение диссоциации воды».
