Методическая разработка интегрированного учебного занятия

Управление образования администрации

города Комсомольска-на-Амуре Хабаровского края

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

дополнительного образования «Детский технопарк «Кванториум»

г. Комсомольска-на-Амуре

Методическая разработка интегрированного учебного занятия

по дополнительной общеобразовательной общеразвивающей

программе «Введение в материаловедение и нанотехнологии»

1 год обучения (14-17 лет)

К кейсу №3:«Процессы, явления, наноматериалы»

Тема 3.8: «Гамма цветов растительных пигментов»;

по дополнительной общеобразовательной общеразвивающей

программе «Основы ботаники»

1 год обучения (14-17 лет)

К кейсу №4: Физиология растений»

Тема 4.2: «Фотосинтез»

Автор-составитель:

Кошелева Арина Александровна

педагог дополнительного образования

МБОУ ДО Кванториум;

Овчиникова Людмила Павловна

педагог дополнительного образования

МБОУ ДО Кванториум;

г. Комсомольск-на-Амуре,

2022 г.

Конспект интегрированного занятия

по программе «Введение в материаловедение и нанотехнологии»

К кейсу №3:«Процессы, явления, наноматериалы»

Тема 3.8: «Гамма цветов растительных пигментов»;

По программе «Основы ботаники»

К кейсу №4: Физиология растений»

Тема 4.2: «Фотосинтез»

Цель:углубить знания у обучающихся об уникальном строении, химических свойствах, области применения растительных пигментов.

Задачи:

1) предметные:

• углубить знания о строении, химических свойствах растительных пигментов;

• показать отличительные особенности между разными классами растительных пигментов.

• продемонстрировать способы применения растительных пигментов различных сферах жизни человека;

• обучить проведению химического эксперимента над исследуемым объектом на примере растительных пигментов: хлорофиллов, антоцилов, катехинов.

2) метапредметные

• способствоватьразвитиюкоммуникативных навыков, умению правильно анализировать, сопоставлять, сравнивать, обобщать познавательные объекты, делать выводы;

• способствовать развитию умений работать в проектных командах;

3) личностные:

• воспитывать познавательный интерес учащихся к дальнейшему изучение биологических и химических наук;

• профориентация учащихся;

Тип занятия: интегрированное.

Основные понятия: фотосинтез, пластиды, пигменты, хлорофиллы, каратиноиды, антоцилы, кантехимы.

Оборудование и материалы: мультимедийное оборудование; презентация к занятию «Гамма растительных пигментов», 4 ноутбука (доступ в сеть Интернет), 2 планшета или смартфоны (доступ в сеть интернет), приложение для считывания QR-кодов, флипчарт (1 шт), фотохромные пигменты (3 шт), справочные материалы: учебные пособия Тимонин, А. К. Ботаника : Высшие растения, Ямских, И. Е. Ботаника : Анатомия и морфология растений; листья краснокочанной капусты, свежие листья комнатных растений, срезы коры сосны, ели, сухой околоплодник граната, пробирки, ступы фарфоровые, воронки, ножницы, фильтровальная и индикаторная бумага, растворы щелочей, соляной кислоты, солей меди или цинка.

План занятия:

1. Организационный момент (3-5 мин.).

2. Актуализация знаний (7-10 мин.).

3. Объяснение нового материала (25-30 мин.).

4. Динамические паузы (2-3 мин.)

5. Закрепление материала (20-30 мин.)

6. Рефлексия. Подведение итогов (5 мин.)

Ход занятия

1.Организационный момент (3-5 минут)

Педагог наноквантума: Здравствуйте, ребята! Очень приятно видеть вас всех на нашем занятии в наноквантуме. Хотелось бы узнать, как ваше настроение. Перед вами лежат три стикера разного цвета: зеленые, желтые и синие. Так же вы видите перед собой флипчарт, с таблицей по названию «Настроение». Ваша задача сейчас распределить стикер с цветом, который характеризует ваше настроение в колонку с нарисованным смайлом , который воодушевлен.

Зеленый стикер, если вы себя прекрасно ощущаете, у вас замечательное настроение и вы готовы сегодня к продуктивной деятельности на занятии, следует поместись в колонку где смайл улыбается.

Жёлтый стикер, если вы прекрасно себя ощущаете, у вас замечательное настроение и вы жаждите сегодня узнать много новой научной информации, смайл серьёзный.

Синий стикер, если вы себя ощущает прекрасно, у вас замечательное настроение и вы готовы сегодня познакомится с новыми практическими опытами работы в химической лаборатории, смайл с задумчивым лицом.

Учащиеся:Приветствуют педагога, встают к флипчарту и распределяют выбранный стикер в колонку таблицы.

Педагог наноквантума: Произвела эмоциональную рефлексию. По вашим выбранным стикерам, я вижу, что у всех замечательное настроение и все готовы к работе, это меня очень радует. Думаю, что сегодня мы проведём занятие максимально интересно и у многих из вас по его окончанию будет новый прилив сил, воодушевление и усилится желание изучать окружающий нас мир и нанотехнологии.

2. Актуализация знаний (10-15 минут)

Педагог наноквантума: Ребята сегодня у нас необычное занятие, для определения его темы предлагаю вам посмотреть один видеоролик. Внимания на доску. Педагог включает видеофрагмент «Самые красивые и необычные цветы мира» (ссылка на видеофрагмент:https://www.youtube.com/watch?v=LyzSl-Ln1S8).

Учащиеся:просматривают видеоролик.

Педагог наноквантума: Да ребята, абсолютно верно. Сейчас вы просмотрели видеофрагмент, на котором демонстрировались цветы различного окраса, форм, типов. И это не случайно. Для полного погружения в тематику занятия я предлагаю вам провести следующий небольшой опыт. Перед вами на столах есть прозрачные, маленькие пакеты, с порошком. Поднимите их.

Учащиеся:демонстрируют пакеты.

Педагог наноквантума: Сейчас включите лапмы, которые стоят у вас на столах и поднесите эти пакеты с порошком к ним. Что же происходит?

Учащиеся:Порошки изменяют цвет с белого на красный, синий, оранжевый и т.д.

Педагог наноквантума: Абсолютно верно. Ребята то, что вы сейчас держится в руках, называются фотохромные пигменты, более подробно мы с вами изучим их на следующем нашем занятии. Их создали в сфере нанотехнологий. Как вы уже заметили данные пигменты имеют наноструктуру(нанопыль), которые при взаимодействии с УФ лучами изменяет свой цвет. Ребята давайте теперь подумаем, а основой какой идеи, наблюдений из природы стало создание данных пигментов?

Учащиеся:Цветы имеют тоже разные окраски, за счет различных пигментов и изменяют цвета листьев, в осенний период.

Педагог наноквантума: Верно, как вы думаете, какая же тема и цель занятия, которое связано с цветами? Какие задачи мы должны перед собой поставить?

Учащиеся:Формулируют тему цель, задачи занятия.

Педагог наноквантума: Да, тема нашего сегодняшнего занятия «Гамма растительных пигментов», сегодня мы их рассмотрим с биологической и химической стороны, почувствуем себя настоящими биотехнологами, выделим их из растений и изучим их сферы применения в жизни человека. Сегодня на занятие я пригласила к нам специалиста по ботаники из биоквантума. Сегодня она нам поможет в изучении растительных пигментов.

Педагог биоквантума: Ребята, прежде чем мы начнем изучение растительных пигментов, мне хотелось бы вас проверить, а на сколько вы знаете и помните все по теме: «фотосинтез».

Сейчас я вам буду задавать вопросы, а вам следует кратко одним словом, но максимально правильно на них ответить. Готовы?

Учащиеся:Да

Педагог биоквантума: Приступим.

1. Что означает слово «синтез»? (Соединение, объединение).

2. Какой газ выделяется в процессе фотосинтеза? (Углекислый).

3. Из каких веществ зеленные растения способны создавать органику? (Неорганических).

4. Содержат ли пластиды растений ДНК? (Да, содержат и т.п).

5. Где содержатся пигменты цветов? (Хромопластах)

6. Как называются зеленые пластиды? (Хлоропласты)

7. Какого цвета лейкопласты (Бесцветные)

8. Какое вещество дает растениям зеленый цвет? (Хлорофилл)

Молодцы, на все вопросы ответили одним словом и правильно, давайте же приступим к изучению растительных пигментов.

3. Изучение нового материала (20-35 минут)

Педагог биокватума: Ребята, в химии и биологии под пигментами имеют вииду химические вещества, имеющие различную окраску и способные к избирательному поглощению части солнечного спектра в области 300-800 нм. К числу пигментов относят разнообразные соединения, участвующие не только вфотохимических, но и ферментативных реакциях. А чем фотохимические реакции отличаются от ферментативных?

Учащиеся: Фотохимические реакции — это реакции, которые происходят под воздействием света. Ферментативные реакции-протекают с участием ферментов.

Педагог биокватума: Верно. Например, в фотосинтез, используются пигменты, которые активны под действием солнечных лучей. Пигменты делят на несколько групп: хлорофиллы, каротиноиды, антоцианы, кантехины. Ребята, а какой цвет растений самый распространенный в мире?

Учащиеся: Зеленый

Педагог биоквантума: Верно, поэтому мы начнем с пигментов хлорофиллов.

1. Хлорофиллы- растительные пигменты придающие зелёный цвет, выполняющие важную функцию в реакциях фотосинтеза. Известно более 10 типов пигментов, входящих в группу хлорофиллов и различающихся между собой строением. Основные хлорофиллы «а» и «b» характерны для высших растений, «а» и «d» - для красных водорослей, «с» - для бурых водорослей.

2. Каротиноиды-жирорастворимые пигменты желтого, оранжевого и красного цвета, способствующие дополнительному поглощению энергии света и защищающие молекулы хлорофилла от фотоокисления. Каротиноиды делятся на: 1) каротины; 2) ксантофиллы.

Ребят, с греческого антоцианы переводятся как «синий цветок», как вы думаете почему?

Учащиеся: придают синюю окраски плодам и листьям растений.

Педагог биоквантума: Да ребята, антоцианы-это растительные водорастворимые пигменты, которые придают красную,фиолетовую и синюю окраски плодов и листьев. Они способствует так же адаптации растений в стрессовых условиях.

4. И немало интересная группа пигментов под названием кантехимы.

Пигменты из-за которых появляются у растений коричневая, черная окраска. Сами по себе катехины бесцветны, но при окислении на воздухе происходит их полимеризация, т. е. соединение нескольких молекул между собой. Если количество взаимодействующих молекул невелико (2-4), получаются так называемые «пищевые» дубильные вещества.

Итак, ребят, мы с вами изучили группы пигментов, предлагаю выполнить следующее задание. Я вам показываю изображения разных растения, а вы называете, какие пигменты участвуют в их окраске.

Учащиеся:смотрят на карточку с изображением и называют типы пигментов растения.

Педагог наноквантума: Ребята как вы думаете, зачёт чего все пигменты делят на различные группы?

Учащиеся: Потому что у них разное строение, локализация в растении, и т.п.

Педагог наноквантума: Верно. Но основой их различия все-таки является химическое строение. Давайте же с ним познакомимся.

1.Хлорофиллы.В основе структуры хлорофилла лежитпорфирин это полярная часть молекулы, образующая порфириновое ядро, и фитольный «хвост» (остаток одноатомного непредельного спирта фитола). В состав порфиринового ядра входит атом Мg, определяющий физические и химические свойства хлорофилла. Фитол не участвует в поглощении света, но ориентирует молекулу хлорофилла в структуре хлоропласта.

2.Каротиноиды. Все каротиноиды по своей природе это жиры или полиеновые соединения, состоящие из восьми остатков изопрена, которые образуют цепь конъюгированных связей. Каротиноиды включают две основных группы структурно близких веществ: каротины и ксантофиллы.

Каротины в основном - это бета-каротин, а ксантофиллы - это окисленные каротины.

3.Антоцианы. Известно более 500 индивидуальных антоциановых соединений, и число их постоянно увеличивается. Все они имеют С15-углеродный скелет — два бензольных кольца А и В, соединенные С3-фрагментом, который с атомом кислорода образует γ-пироновое кольцо (С-кольцо).

4.Кантехимы. Они представляют собой полифенольные соединения и являются сильными антиоксидантами. Характерные представители – катехин и эпикатехин. Катехины – бесцветные кристаллические вещества, часто обладают горьковато-вяжущим вкусом, хорошо растворимы в воде и спирте. При полимеризации катехинов образуются дубильные вещества. Единственный продукт, из которого катехины получают в промышленном масштабе – это чайный лист.

Педагог наноквантума: А теперь выполним следующее задание. Перед вами листы с схемами под названием «Сферы применения растительных пигментов». Сейчас мы даем вам 5 минут, а вам следует как можно больше написать сфер применения растительных пигментов исходя из изученного материала, так же можно использовать справочные материалы. Приступаем.

Учащиеся:Сферы применения пигментов пищевые красители, красители промышленности, медицина, химическая промышленность и т.д.

Педагог наноквантума: Отлично.

Распределение по проектным командам (смена динамических поз)

Педагог биоквантума: Ребята перед вами лежат QR-коды, которых зашифрована цифра. В начале занятия мы вам сказали сесть, как вам удобно и каждый и вас распределись на подгруппы. Сейчас мы с вами перераспределимся для выполнения практической части нашего занятия.

Ребята, у которых на QR- кодах зашифрована цифра «1», садятся за левый лабораторный стол.

Ребята, у которых на QR- кодах зашифрована цифра «2», садятся за правый лабораторный стол.

Ребята, у которых на QR- кодах зашифрована цифра «3», садятся за лабораторный стол, который по центру.

Учащиеся:СчитываютQR-коды, распределяются на проектные команды.

4. Закрепление изученного материала (30-40 минут)

Педагог биоквантума: Ребята на ваших лабораторных столах инструкционные карты для выполнения работы, необходимое оборудование. Сейчас вы надеваете защитную одежду: лабораторные халаты, перчатки и очки), изучаете карты с инструкциями по выполнению работы и с соблюдением техники безопасности, начинаете выполнение работы. Мы вам в этом будем помогать. По окончанию работы, каждая проектная команда представит полученный результат.

Учащиеся:приступают к выполнению лабораторных работ (Приложение 1), затем каждая команда представляет полученные результаты исследования.

Педагоги биоквантума, нанонквантума мониторят работу обучающихся, помогают проектным командам, следят за соблюдением правил техники безопасности.

5. Подведение итогов занятия, рефлексия (5 минут)

Педагог наноквантума: Ребята, давайте подведем итог нашего занятия. Сегодня вы познакомились с различной гаммой растительных пигментов, выполнили все задачи, и достигли цели. На занятии вы работали как настоящие специалисты –лаборанты. Предлагаю вернуть к нашему «Экрану настроения». ». Ваша задача сейчас распределить стикер с цветом, который характеризует ваше настроение в колонку с нарисованным смайлом.

Зеленый стикер, если вы себя прекрасно ощущаете, у вас замечательное настроение и вам очень понравилась тема и работа на занятии следует поместись в колонку где смайл улыбается.

Жёлтый стикер, если вы нормально себя ощущаете, у вас обычное настроение по вашему мнению сегодня было самое обычное занятие, вам следует поместить в колонку где смайл серьёзный.

Синий стикер, если вы себя ощущаете угнетенно, у вас отсутствует настроение и вы вам не было интересно на занятии, вам следует поместить в колонку где смайл грустный.

Учащиеся:встают к флипчарту и распределяют выбранный стикер в колонку таблицы.

Педагог биокватума: ваши экраны настроения в начале занятия и его окончанию абсолютно одинаковые и все с отличим настроением. Это превосходно. На этой позитивной ноте мы завершаем наше занятие всем спасибо за работу. До свидания.

Список используемой литературы

1. Брынцев В.А. Ботаника: учебник / В. А. Брынцев, В. В. Коровин. - Изд. 2-е, испр. и доп. - Санкт-Петербург [и др.] : Лань, 2015. - 390 с. ISBN 978-5-8114-1741-4

2. Тейлор Д. Биология. В 3 т. Т. 1 / Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут. - 7-е изд. (эл.). - М. : Бином. Лаборатория знаний, 2015. - 514 c. - ISBN 9785996326693.

3.Светухин, В.В. Основы нанотехнологий: 10—11-е классы: учебное пособие. / В. В. Светухин, И. О. Явтушенко. — Москва: Просвещение, 2022. — 112 с.: ил. — (Профильная школа). - ISBN 978-5-09-088526-3.

Интернет источники:

1. Видеофрагмент «Самые красивые и необычные цветы мира» - режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=LyzSl-Ln1S8 ) (дата обращения 19.09.22)

2. Сайт «Нанометр. Нанотехнологическое сообщество» - режим доступа: http://www.nanometer.ru. (дата обращения 19.09.2022)

Приложение 1

Лабораторная работы «Выделение растительных пигментов»

Инструкционная карта №1

«Выделение антоцианов»

Проектная команда ( название)____________________________________

Цель лабораторной работы: изучит особенности растительных пигментов антоцианов.

Оборудование: листья краснокочанной капусты, дистиллированная вода, растворы 1% (соляной кислоты ( HCl) 6% уксусной кислоты ( CH₃COOH), гидроксида натрия (NAOH), пробирки , спиртовки, пробиркодержатели, штативы для пробирок, индикаторная бумага, электронные термометры, электронные весы., фильтровальная бумага.

Ход работы

1. 0,5—1 г листьев красной капусты поместите в пробирку. Залейте 5 мл воды и доведите до кипения над пламенем спиртовки. Что наблюдаете? Как называется полученный раствор?

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Отфильтруйте раствор в чистую пробирку через бумажный фильтр.

3. В чистую пробирку отлейте 2—3 мл вытяжки пигментов, добавьте каплю разбавленной кислоты. Что наблюдаете?

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. К окрасившемуся в розовый цвет раствору добавляйте по каплям разбавленную щелочь (0,001-процентный раствор едкого натра) или немного, на самом кончике ножа, порошка питьевой соды. Что наблюдаете?

5. Определите pH вытяжки краснокочанной капусты.

Инструкционная карта №2

«Выделение хлорофилла»

Проектная команда (название)____________________________________

Цель лабораторной работы: изучит особенности растительных пигментов хлорофиллы.

Оборудование: листья комнатных растений, дистиллированная вода, растворы 1% (соляной кислоты (HCl) 6% уксусной кислоты ( CH₃COOH), гидроксида натрия (NAOH), пробирки , спиртовки, пробиркодержатели, штативы для пробирок, индикаторная бумага, электронные термометры, электронные весы., фильтровальная бумага, 95-процентный эти­ловый спирт, бензин, ступка фарфоровая, пробирка, воронка, ножницы, фильтровальная бумага.

Ход работы

1. К измельченным листьям зеленых растений добавьте 5—10 мл этилового спирта, на кончике ножа СаСО₃(мел) для нейтрализации кислот клеточного сока и разотрите в фарфоровой ступке до однородной зеленой массы. Прилейте еще этилового спирта и осторожно продолжайте растирание, пока спирт не окрасится в интенсивно зеленый цвет. Как называется полученный раствор?

_____________________________________________________________________________

2. Полученную спиртовую вытяжку отфильтруйте в чистую сухую пробирку (2-3 шт.) или колбу.

3.В пробирки со спиртовой вытяжкой добавьте 2-3 капли соляной кислоты. Что наблюдаете?

_____________________________________________________________________________

4.Одну из пробирок оставьте для контроля, а в другую внесите на кончике ножа уксуснокислый цинк и нагрейте на водяной бане до кипения. Что наблюдаете?

Инструкционная карта №3

«Выделение катехинов»

Оборудование:10-процентный раствор нитрата натрия, 20-процентный раствор мочевины, 9—10-процентный раствор уксусной кислоты, 2-процентный раствор гидроксида натрия, срезы молодых побегов ольхи, ивы, сосны, пробирки, штативы для пробирок, острый нож или лезвие

Цель лабораторной работы: изучить особенности строения катехинов.

Ход работы:

1. Тонкие срезы молодых веток поместите последовательно в равные объемы растворов: сначала нитрата натрия, затем мочевины и наконец уксусной кислоты. Выдержите 3— 5 мин в каждом.

2. Затем перенесите срезы в раствор гидроксида натрия, объем которого в 2 раза превышает объем уксусной кислоты. Что наблюдаете?

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Исследуйте на содержание катехинов кору ели, осины, сухой околоплодник граната, плюски незрелых грецких орехов.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/505842-metodicheskaja-razrabotka-integrirovannogo-uc