Методическая разработка урока по теме: «Энергетический обмен. Синтез АТФ» 10 класс

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение лицей №3

Методическая разработка урока биологии по теме:

«Энергетический обмен. Синтез АТФ»

10 класс

г. Светлоград, 2023

Введение.

Актуальность изучения темы:тема «Обмен веществ и превращение энергии» является одной из сложнейших тем в курсе изучения общей биологии. В первую очередь, это связано с тем, что содержание учебного материала носит интегрированный характер. Тема «Обмен веществ и превращение энергии» включает знания, полученные обучающимися на уроках химии и физики, в том числе формулы органических соединений, их химические превращения в клетке, умение правильно писать уравнения химических реакций, а также физические процессы, происходящие в клетке на уровне атомов и молекул органических веществ.

Предлагаемая методическая разработка может быть использована на уроках в классах и с базовым, и профильным уровнем изучения биологии, не только на уроках среднего общего уровня образования в 10 классе, но и на уроках биологии основного общего образования в 9 классе.

Кроме того, следует отметить, что данная тема обязательно входит в содержание КИМов как на государственной итоговой аттестации, так и единого государственного экзамена. При этом содержание темы в КИМах используется как в заданиях части 1 (тестовые задания, задания на соответствие, задания на правильную последовательность биологических процессов), так в заданиях части 2 - в заданиях со свободным ответом, а также имеет практическую направленность, в расчётных задачах по данной теме. Поэтому важно и нужно на научном уровне, учитывая сложность темы, доступно суметь объяснить учащимся содержание предлагаемого учебного материала.

Всё вышесказанное и стало причиной для создания методической разработки по указанной теме с применением элементов медиаобразования, что, безусловно, позволяет научно и доступно объяснить сложный учебный материал.

Основная часть.

Тема урока: «Энергетический обмен» 10 класс

Задачи урока:

- продолжить развитие знаний об обмене веществ, дать представление о биологическом окислении как процессе извлечения энергии путём расщепления органических веществ;

- показать сложность, последовательность, взаимосвязь этапов энергетического обмена, научить сравнивать этапы обмена, выявлять причины сходства и различия;

- учить использовать знания, полученные на уроках химии и физики, при изучении биологии;

- развивать у учащихся умения и навыки индивидуальной и групповой работы,

- формировать интеллектуальные умения – анализировать, сравнивать, делать выводы;

- создать условия для развития познавательного интереса к предмету;

- воспитывать коммуникативные качества, умение высказывать собственное мнение, сотрудничать в паре.

Тип урока: урок изучения и закрепления новых знаний с использованием информационно-коммуникативной технологии, технологии проблемного обучения.

Методы обучения: проблемный, частично-поисковый.

Форма работы: самостоятельная индивидуальная работа, работа в парах, группах.

Оборудование: мультимедийный проектор, компьютер, мультимедийная презентация по теме урока, учебный материал с познавательными задачами, учебник.

Планируемые результаты обучения: называть процессы, входящие в энергетический обмен, определять понятия по теме урока, описывать результаты подготовительного, бескислородного и кислородного этапов энергетического обмена, сравнивать особенности энергетического обмена у анаэробов и аэробов.

Основные термины и понятия: метаболизм, катаболизм, диссимиляция, анаболизм, ассимиляция, энергия, АТФ, митохондрии, ферменты, гетеротрофное питание, автотрофное питание, анаэробные условия, аэробные условия, гликолиз; брожение, цикл Кребса, окислительное фосфорилирование, дыхательная цепь.

Ход урока.

1. Организационный момент

2. Актуализация знаний

Создание положительной мотивации.

Интеллектуальная разминка

Фронтальный опрос.

- На прошлом уроке мы изучали процесс хемосинтеза, происходящий в живых организмах. Давайте вспомним:

??? - Что такое хемосинтез?

- В каких организмах происходит этот процесс? Назовите их.

- Итак, хемосинтез – это один из процессов, обеспечивающий обмен веществ, происходящий во всех живых организмах. Скажите, а что называют обменом веществ? Дайте определение этого понятия…

(совокупность всех реакций синтеза и распада, протекающих в клетке, связанных с выделением или поглощением энергии; учебник с.62)

Ассоциативный ряд (что лишнее). Работа с наглядным материалом по определению типов обмена веществ. Работа в парах.

- А сейчас обратимся к изображениям. Посмотрите на представленные здесь биологические термины: «фотосинтез», «диссимиляция», «хлорофилл», «цикл Кальвина», «фотолиз», «ассимиляция», «хемосинтез». Определите, какой из них является лишним? Почему?

(к доске приглашаются 2 человека)

(слайд 2)

Рисунок 1. Что лишнее?

(лишним является термин «диссимиляция», так как все остальные термины относятся к пластическому обмену - ассимиляции)

- Предлагаю повторить основные типы обмена веществ …

(слайд 3)

Интерактивная схема РЭШ https://resh.edu.ru/subject/lesson/3917/main/46781/

(приложение 1. Фото 1,2)

Определение темы и цели урока

- Как вы думаете, какое отношение понятие «диссимиляция» имеет к нашему уроку?

(учащиеся формулируют, уточняют тему урока)

- Действительно, самое непосредственное, поскольку сегодня на уроке мы будем изучать другую сторону обмена веществ, нам ещё неизвестную, а именно энергетический обмен – диссимиляцию. Итак, тема урока «Энергетический обмен. Синтез АТФ»

(слайд 4)

Рис. 2. Тема урока

У вас на столах находятся рабочие листы, которые вы будете заполнять в ходе урока. Начнём с того, что запишем тему урока…

??? – Вспоминаем, что называют энергетическим обменом? Какое ещё название имеет этот процесс? Вспомните слова – синонимы для энергетического обмена…

(-совокупность реакций распада высокомолекулярных органических веществ до низкомолекулярных органических веществ или неорганических с выделением энергии и запасанием её в синтезируемых молекулах АТФ; учебник с.62

- катаболизм, диссимиляция)

- Таким образом, речь пойдёт о том, как в клетках происходит образование молекул АТФ как основного источника энергии в клетке…

СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ АТФ В КЛЕТКЕ

Прием “Фантастическая добавка”. Работа в парах.

- Но сначала давайте выясним, каково значение энергии в жизни клетки. В этом нам с вами помогут герои весёлого комикса – насекомые Эдна, Гарви и Билли. Внимательно рассмотрите рисунки и найдите ответ на вопрос:

??? – Зачем АТФ необходима живым организмам? (рис. 1,2)

(учащиеся изучают рисунки, формулируют ответ на вопрос, учитель по необходимости корректирует ответы учащихся)

(Приложение 2. Рис. 1)

(Приложение 3. Рис. 2)

(АТФ является основным источником энергии для всех процессов жизнедеятельности, происходящих в живых клетках)

- Отечественный учёный академик Владимир Александрович Энгельгардт, изучавший процесс синтеза АТФ, писал так: «Рост, размножение, подвижность, возбудимость, способность реагировать на изменение внешней среды - все эти свойства живого, в конечном счете неразрывно связаны с определенными химическими превращениями, без которых ни одно из этих проявлений жизнедеятельности не могло бы существовать»…

- Поэтому наша задача сегодня на уроке выяснить, какие химические превращения, происходящие в живых клетках, обеспечивают образование молекул АТФ…

- Приём «Проблемный диалог»

??? - Но почему именно молекула АТФ выполняет функцию источника энергии? В чём её уникальность? Для этого необходимо вспомнить строение молекулы АТФ…

Прием “Фантастическая добавка”. Работа в парах.

- Вновь обратимся к нашим новым знакомым Эдне, Гарви и Билли, которые уже нашли ответ на этот вопрос… (рис. 3,4,5)

(Приложение 4, рис. 3)

(Приложение 5, рис. 4)

(Приложение 6, рис. 5)

(учащиеся изучают рисунки, формулируют ответ на вопрос, учитель по необходимости корректирует ответы учащихся)

- Наличие макроэргических связей в молекуле АТФ и определяет её способность выделять энергию при разрыве этих связей. В этом и заключается главная особенность молекулы АТФ…

(слайд 5)

Рис. 3. Строение и функции АТФ

(учащиеся зарисовывают схему строения АТФ в рабочий лист, с. 66 рис.41 учебника)

1. Изучение нового материала

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН В КЛЕТКЕ. ЭТАПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА.

- Итак, мы вспомнили строение молекулы АТФ, уточнили, почему именно она является основным источником энергии в клетке. Однако согласно теме нашего урока, кстати, давайте сформулируем её ещё раз …

(«Энергетический обмен. Синтез АТФ»)

(слайд 6)

нам необходимо выяснить, как происходит образование АТФ в клетке.

- Энергетический обмен или процесс биологического окисления осуществляется в виде 3-х последовательных этапов:

- первый этап – подготовительный

- второй этап – бескислородное окисление

- третий этап – кислородное окисление

(слайд 7)

Рис. 4. Этапы энергетического обмена

(запись этапов в рабочем листе)

Исследовательская работа по теме урока. Работа в группах.

- Давайте поскорее разберёмся в этом сложном процессе. Для этого мы организуем в классе групповую работу. Каждая группа получает задание касательно одного из этапов энергетического обмена.

- Изучаем информацию, отвечаем на вопросы, заполняем таблицу. Время работы – 5-7 мин. По окончании времени вам необходимо представить результаты работы группы у доски…

(Используя различные информационные источники, группы выполняют полученные задания, заполняя рабочие листы)

Прокомментировать задания групп!!!

Задание первой группе

Используя стр.68 учебника изучите подготовительный этап в клетке. Какие процессы протекают на этом этапе, что происходит с энергией. Заполните таблицу.

Задание второй группе

Используя стр.68-69, рис. 47 «Схема процесса гликолиза» изучите бескислородный этап синтеза АТФ. Отметьте условия протекания процесса, конечные продукты процесса. Что происходит с энергией? Заполните таблицу.

Задание третьей группе

Используя стр.70, рис. «Схема биологического окисления ПВК в митохондриях» изучите кислородный этап. Отметьте условия протекания процесса, конечные продукты процесса. Что происходит с энергией? Заполните таблицу.

- Пришло время познакомиться с результатами вашей групповой работы. Начинаем с первого этапа.

(представители групп поочерёдно у доски рассказывают об основных событиях на каждом этапе синтеза АТФ, определяют её правильность, учащиеся на местах работают с таблицей в рабочих листах, учитель комментирует результаты работы)

Таблица 1. Энергетический обмен и его реакции

(слайд 8)

- А, сейчас давайте проверим правильность заполнения таблицы, исправим свои недочеты, внесём дополнительную информацию…

(слайд 9)

- Повторим основные события этапов энергетического обмена. Обратим внимание на химические реакции и запишем их в рабочий лист

https://resh.edu.ru/subject/lesson/3917/main/46781/

(Приложение 7, фото 3)

- На подготовительном этапе сложные органические вещества расщепляются до мономеров.

Запись в рабочем листе:

Бескислородный этап - расщепление глюкозы до пировиноградной кислоты (ПВК) или гликолиз:

В клетках животных

С6Н12О6 2 С3Н4О3 2 С3Н6О3 - молочнокислое брожение

С_бН₁₂О₆ + 2Н₃РО₄ + 2АДФ —> 2С₃Н₆О₃ + 2 АТФ + 2Н₂О

(Приложение 7, фото 4)

В клетках растений

С₆Н₁₂О6 + 2Н₃РО₄ + 2АДФ —> 2СО₂ + 2С₂Н₅ОН (этиловый спирт) + 2АТФ + 2Н₂О – спиртовое брожение

(Приложение 8, фото 5)

- Общая схема бескислородного этапа –

С_бН₁₂О₆ + 2НАД⁺ —> 2С₃Н₄О₃ + 2НАД•2Н

2Н₃РО₄ + 2АДФ —>2АТФ

(слайд 11)

Разбор рис. 47 учебника с.69

(Приложение 8, схема 1)

(слайд 12)

- На кислородном этапе

(Приложение 9, фото 6,7)

(Приложение 10, фото 8,9)

Запись в рабочем листе:

1. Цикл Кребса –

2 С₃Н₄О₃ + 10НАД⁺ +6 Н₂О 6СО₂ + 10НАД • 2Н (матрикс митохондрий)

*англ. ученый Ганс Кребс, открыл цикл в З0-е годы 1953 г. Нобелевская премия

1. Окислительное фосфорилирование в дыхательной цепи (кристы митохондрий)

* дыхательная цепь - открытие русский учёного В.А.Энгельгарда в 1931

- Общая схема кислородного этапа –

12НАД•2Н + 6О₂ —> 6Н₂О 

36Н₃РО₄ + 36АДФ —>36АТФ

(слайд 13)

Разбор рис. 48 учебника с.70

(Приложение 11, схема 2)

(слайд 14)

- Просуммировав итоговое уравнение бескислородного этапа с уравнением кислородного этапа получим итоговое суммарное уравнение:

С₆Н₁₂О₆ + 2 АДФ + 2 Н₃РО₄ = 2 С₃Н₆О₃ + 2 АТФ + 2 Н₂О

2 С₃Н₆О₃ + 6 О₂ + 36 АДФ + 36 Н₃РО₄ = 6 СО₂ + 36 АТФ + 42 Н₂О

Запись в рабочем листе:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ + 38 АДФ + 38 Н₃РО₄ = 6 СО₂ + 38 АТФ + 44 Н₂О

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6 СО₂ + 38 АТФ

(слайд 15)

- В энергетическом обмене принимают участие не только углеводы. Расщепляются также белки и жиры. При расщеплении белков, например, кроме углекислого газа и воды образуются азотсодержащие продукты (аммиак, мочевина), выводящиеся через выделительную систему.

1. Закрепление материала.

Разбор и решение задачи по теме «Энергетический обмен»

(слайд 16)

Объяснение учителя. Тренинг.

ЗАДАЧА 1.

В процессе диссимиляции произошло расщепление 4 молей глюкозы, из которых полному расщеплению подверглись только 3 моля. Определите: А) сколько образуется молей молочной кислоты? Б) сколько молей АТФ синтезировано? В) какое количество АТФ в них аккумулировано? Г) Сколько молей СО₂образовалось? Д) сколько молей О₂израсходовано?

Решение.

1. Реакциянеполного расщепления глюкозы:

С₆Н₁₂О₆ + 2 АДФ + 2 Н₃РО₄ 2 С₃Н₆О₃ + 2 АТФ + 2 Н₂О + 200 кДж

молочная кислота

А) молочной кислоты – 2 моль,

Б) АТФ – 2 моль,

В) 1 моль АТФ - 40 кДж, следовательно, 40 х 2 = 80 кДж

1. Реакцияполного расщепления глюкозы:

С₆Н₁₂О₆ + 38 АДФ + 38 Н₃РО₄+ 6 О₂ 6 СО₂ + 38 АТФ + 44 Н₂О + 2880 кДж

Поскольку полному расщеплению глюкозы подверглось 3 моля глюкозы, то:

3 С₆Н₁₂О₆ + 3 х 38 АДФ + 3 х 38 Н₃РО₄+3 х 6 О₂ 3 х 6 СО₂ + 3 х 38 АТФ + 3 х 44 Н₂О

или:

Б) АТФ= 3х38=114 моль

В) 3х38х40=4560 кДж

Г) СО₂ =6х3=18 моль

Д) О₂=6х3=18 моль

Теперь сложим данные:

А) молочной кислоты – 2 моля,

Б) АТФ синтезировано – 2 + 114 = 4560 моль,

В) энергии 4560 кДж + 80 кДж = 4640 кДж

Г) СО₂ = 18 моль

Д) О₂ =18 моль

(совместный разбор задачи на доске с записью в рабочем листе)

1. Информация о домашнем задании

(слайд 17)

§10,

а также особое задание. Дайте развёрнутый ответ на следующий вопрос: процесс окисления (дыхания), происходящий в живых клетках, во многом схож с процессом горения – как при горении, так и при дыхании органические вещества при участии кислорода окисляются до углекислого газа и воды с выделением энергии. Объясните, чем же отличаются эти процессы, если их можно выразить следующим общим уравнением -

C₆ H₁₂ O₆ + 6 CO₂ = 6 CO₂ + 6 H₂ O + энергия?

(Процесс биологического окисления протекает ступенчато, при участии ряда ферментов. Это приводит к тому, что тепловая энергия выделяется постепенно и успевает использоваться клеткой или рассеиваться во внешней среде, не повреждая чувствительных к нагреванию белков и, следовательно, не вызывая их денатурации. В этом состоит главное отличие процессов окисления, протекающих в клетках живых организмов, от горения).

Список использованной литературы

1. Гин А.А. Приёмы педагогической техники: свобода выбора. Открытость. Деятельность. Обратная связь. Идеальность: Пособие для учителя. – М.: Вита – Пресс, 1999. – 88 с.

2. Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Биология. Общая биология. 10-11 классы. Учебник для общеобразовательных учебных заведений. - М.: Дрофа, 2014. – 367 с.

3. Корчагина В.В. Учебные задания по общей биологии // Издательский дом «Первое сентября», Биология №7 2008 г. – с. 47

4. Кулев А.В. Общая биология. 11 класс: Методическое пособие. – СПб.: «Паритет», 2002. – 192 с. (Серия «Поурочное планирование»)

5. Мухамеджанов И.Р. Тесты, зачёты, блицопросы по общей биологии: 10-11 классы, - М.:ВАКО, 2006. – 224 с. (Мастерская учителя)

6. Попова Л.А. Открытые уроки биологии: 9-11 класс. – М.: ВКО, 2011, - 176 с. – (Мастерская учителя биологии)

7. Теремов А.В., Петросова Р.А. Биология. Биологические системы и процессы 10. Учебник для общеобразовательных учреждений (профильный уровень). Рекомендовано Министерством образования и науки РФ. - М.: Мнемозина, 2018, - 400 с. : ил.

8. Сухорукова Л.Н., Кучменко В.С., Дмитриева Е.А. Биология. Методические рекомендации 10 – 11 класс. Пособие для учителей образовательных учреждений. М.: Просвещение, 2011. – 112 с. (Академический школьный учебник) (Сферы)

9. https://resh.edu.ru/subject/lesson/3917/main/46781/

10. https://vk.com/bio4you

11. https://vk.com/studarium_bio

12. https://vk.com/public151299066

Приложение 1

Фото 1, 2. Интерактивная схема РЭШ

Приложение 2

Рис. 1. Комикс

Приложение 3

Рис. 2. Комикс

Приложение 4

Рис. 3. Комикс

Приложение 5

Рис. 4. Комикс

Приложение 6

Рис. 5. Комикс

Приложение 7

Фото 3. РЭШ. Урок «Обмен веществ в клетках»

Фото 4. РЭШ. Урок «Обмен веществ в клетках»

Приложение 8

Фото 5. РЭШ. Урок «Обмен веществ в клетках»

Схема 1. Общая схема бескислородного этапа

Приложение 9

Фото 6. РЭШ. Урок «Обмен веществ в клетках»

Фото 7. РЭШ. Урок «Обмен веществ в клетках»

Приложение 10

Фото 8. РЭШ. Урок «Обмен веществ в клетках»

Фото 9. РЭШ. Урок «Обмен веществ в клетках»

Приложение 11

Схема 2. Общая схема кислородного этапа

Приложение 12

РАБОЧИЙ ЛИСТ УРОКА

Тема урока ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Энергетический обмен, или ___________________ , или _____________________ - это_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ АТФ

_________________________________________________________________________________

ЭТАПЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА

ОСНОВНЫЕ СОБЫТИЯ ЭТАПОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА

ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ЭТАПОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА

1. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1. БЕСКИСЛОРОДНОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

1. КИСЛОРОДНОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ИТОГОВОЕ СУММАРНОЕ УРАВНЕНИЕ

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

ЗАДАЧА 1.

В процессе диссимиляции произошло расщепление 4 молей глюкозы, из которых полному расщеплению подверглись только 3 моля. Определите: А) сколько образуется молей молочной кислоты?

Б) сколько молей АТФ синтезировано?

В) какое количество АТФ в них аккумулировано?

Г) Сколько молей СО₂образовалось?

Д) сколько молей О₂израсходовано?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/560435-metodicheskaja-razrabotka-uroka-po-teme-jener