Панагушина Елена Аркадьевна

Урок биологии в старшей школе «Химические предпосылки возникновения жизни»

Материал опубликован 15 April 2018 в группе

Учебный фильм - окружающий мир, естествознание, краеведение

1056

4465

Методические разработки уроков

Тип урока – лекция

Методы: частично-поисковый, проблемного изложения, объяснительно-иллюстративный.

Цель:

- формирование у учащихся целостной системы знаний о живой природе, ее системной организации и эволюции;

-умения давать аргументированную оценку новой информации по биологическим вопросам;

-воспитание гражданской ответственности, самостоятельности, инициативности

Задачи:

Образовательные: о биологических системах (клетка, организм, вид, экосистема); истории развития современных представлений о живой природе; выдающихся открытиях в биологической науке; роли биологической науки в формировании современной естественнонаучной картины мира; методах научного познания;

Развитие творческих способностей в процессе изучения выдающихся достижений биологии, вошедших в общечеловеческую культуру; сложных и противоречивых путей развития современных научных взглядов, идей, теорий, концепций, различных гипотез (о сущности и происхождении жизни, человека) в ходе работы с различными источниками информации;

Воспитание убежденности в возможности познания живой природы, необходимости бережного отношения к природной среде, собственному здоровью; уважения к мнению оппонента при обсуждении биологических проблем

ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ ОБУЧЕНИЯ- УУД

Личностные результаты обучения биологии:

1. воспитание российской гражданской идентичности: патриотизма, любви и уважения к Отечеству, чувства гордости за свою Родину; осознание своей этнической принадлежности; усвоение гуманистических и традиционных ценностей многонационального российского общества; воспитание чувства ответственности и долга перед Родиной;

2. формирование ответственного отношения к учению, готовности и способности обучающихся к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию, осознанному выбору и построению дальнейшей индивидуальной траектории образования на базе ориентировки в мире профессий и профессиональных предпочтений, с учётом устойчивых познавательных интересов;

Метапредметные результаты обучения биологии:

1. умение самостоятельно определять цели своего обучения, ставить и формулировать для себя новые задачи в учёбе и познавательной деятельности, развивать мотивы и интересы своей познавательной деятельности;

2. овладение составляющими исследовательской и проектной деятельности, включая умения видеть проблему, ставить вопросы, выдвигать гипотезы;

3. умение работать с разными источниками биологической информации: находить биологическую информацию в различных источниках (тексте учебника, научно популярной литературе, биологических словарях и справочниках), анализировать и

оценивать информацию;

Познавательные: выделение существенных признаков биологических объектов и процессов; приведение доказательств (аргументация) родства человека с млекопитающими животными; взаимосвязи человека и окружающей среды; зависимости здоровья человека от состояния окружающей среды; необходимости защиты окружающей среды; овладение методами биологической науки: наблюдение и описание биологических объектов и процессов; постановка биологических экспериментов и объяснение их результатов.

Регулятивные: умение самостоятельно планировать пути достижения целей, в том числе альтернативные, осознанно выбирать наиболее эффективные способы решения учебных и познавательных задач; умение организовывать учебное сотрудничество и совместную деятельность с учителем и сверстниками; работать индивидуально и в группе: находить общее решение и разрешать конфликты на основе согласования позиций и учёта интересов; формирование и развитие компетентности в области использования информационно-коммуникационных технологий (далее ИКТ-компетенции).

Коммуникативные: формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками, понимание особенностей гендерной социализации в подростковом возрасте, общественно полезной, учебно-исследовательской, творческой и других видов деятельности.

Технологии: Здоровьесбережения, проблемного, развивающего обучения, групповой деятельности

Приемы: анализ, синтез, умозаключение, перевод информации с одного вида в другой, обобщение.

Ход урока

Задачи

Обобщить данные об эволюции химических элементов в космическом пространстве и образовании планеты Земля.

Спланировать поэтапное изучение биохимической эволюции; определить учебные задачи каждого этапа и вопросы для обсуждения на обобщающем уроке.

Основные положения

Первичная атмосфера Земли состояла преимущественно из водорода и его соединений

2. Земля находится на оптимальном расстоянии от Солнца и получает достаточное количество энергии для поддержания воды в жидком состоянии.

3.Восстановительный характер атмосферы первобытной Земле расценивают как химическую предпосылку возникновения жизни нашей планете.

4.Абиогенным путем из компонентов п ной атмосферы Земли под действием энергии грозовых разрядов, мощного жесткого фиолетового излучения Солнца и т. д, возникать разнообразные простейшие молекулы - мономеры биологических полимеров.

5.В водных растворах в более мягких условиях в результате взаимодействия простых органических молекул образовались более сложные.

Проблемные области

Какие, по Вашему мнению, источники энергии преобладали на древней Земле. Как можно объяснить неспецифическое влияние различных источников энергии на процессы образования органических молекул?

При любом варианте обзорной лекции рекомендуем обратить внимание на следующие вопросы

Условия среды на древней Земле, обеспечившие абиогенное возникновение органических соединений:

а)восстановительный характер атмосферы Земли;

б)высокая температура;

в)грозовые разряды и мощное ультрафиолетовое излучение.

2.Расстояние Земли от Солнца обеспечивает достаточное количество энергии для поддержания воды в жидком состоянии.

3.В результате длительной эволюции абиогенного вещества, возникшего в водах первичного океана, образовались структуры, являющиеся открытыми системами.

4.Первыми живыми организмами на нашей планете были гетеротрофные организмы

Первичная атмосфера Земли и химические предпосылки возникновения жизни

Придерживаясь вышеизложенной точки зрения на происхождение планетных систем, можно сделать достаточно обоснованные оценки элементного состава первичной атмосферы Земли. Частично современные взгляды основываются, конечно, на огромном преобладании в космосе водорода; оно обнаруживается также и в Солнце.

Элементный состав звездного и солнечного вещества

Содержание элементов (в %)	Звездное вещество	Солнечное вещество
Н	81,76	87,0
Не	18,17	12,9
N. с, ме	0,38	0,33
О	0,03	0.25
81, 8, Ге	0,01	0,004
Другие элементы	0,001	0,04

Предполагается, что атмосфера первичной Земли, имевшей большую среднюю температуру, была примерно такова: до гравитационной потери водород составлял большую ее часть, а главными молекулярными составляющими были

метан, вода и аммиак. Интересно сравнить элементарный состав звездного вещества с составом современной Земли и живого вещества на Земле.

Наиболее распространенными элементами в неживой природе являются водород и гелий; за ними следуют углерод, азот, кремний и магний. Заметим, что живое вещество биосферы на поверхности Земли состоит преимущественно из водорода, кислорода, углерода и азота, чего, конечно, и следовало ожидать, судя по самой природе этих элементов.

Начальная атмосфера Земли могла изменяться в результате самых различных процессов, в первую очередь в результате диффузионного ускользания водорода и гелия, составлявших значительную ее часть. Эти элементы — самые легкие, и они должны были утрачиваться из атмосферы, ибо гравитационное поле нашей планеты мало в сравнении с полем планет гигантов. Большая часть начальной атмосферы Земли должна была быть утеряна за очень короткое время; поэтому предполагается, что многие первичные газы земной атмосферы — это газы, которые были захоронены в недрах Земли и выделились вновь в результате постепенного разогрева земных пород. Первичную атмосферу Земли, вероятно, составляли органические вещества того же рода, которые наблюдаются в кометах: молекулы со связями углерод—водород, углерод—азот, азот—водород и кислород— водород. Помимо них, при гравитационном разогреве земных недр, вероятно, появлялись также водород, метан, окись углерода, аммиак, вода и т. д. Таковы те вещества, с которыми проведено большинство экспериментов по моделированию первичной атмосферы.

Что же могло в действительности происходить в условиях первичной Земли? Для того чтобы определить это, необходимо знать, какие виды энергии вероятнее всего воздействовали на ее атмосферу.

Источники энергии и возраст Земли

Развитие и преобразование материи без притока энергии невозможно. Рассмотрим те источники энергии, которые обусловливают дальнейшую эволюцию веществ уже не в космосе, а на нашей планете — на Земле.

Оценить роль источников энергии нелегко; при этом необходимо учитывать неравновесность условий, охлаждение продуктов реакции и степень их экранирования от источников энергии.

Развитие физических наук в настоящее время предоставило биологам несколько эффективных методов определения возраста тех или иных пород земной коры. Сущность этих способов заключается в анализе соотношения различных изотопов и конечных продуктов ядерного распада в образцах и соотнесении результатов исследования со временем расщепления исходных элементов. Использование подобных методов позволило ученым построить временную шкалу истории Земли с момента ее остывания, 4500 млн лет назад, и до настоящего времени. Теперь наша задача состоит в том, чтобы внутри этой временной шкалы установить, каковы были условия на примитивной Земле, какого рода атмосферу имела Земля, какая была температура, давление, когда образовались океаны, и как сформировалась сама Земля.

Геохронологическая шкала

Эра	Возраст (млн лет)	Эффективные методы датировки	Главные особенности Земли
Наше время	0—1	“С	Обилие ископаемых
Кайнозой	1—62	То же	То же
Мезозой	62—230	То же	То же
Палеозой	230—570	Радиометрические методы: 11/РЬ, К/Аг, КЬ/8г	То же
Протерозой	570—2600	То же	Микроископаемые; впервые свободный кислород
Архей	2600—3600	То же	Протобионты

Доархейская	3600—4500	То же	Химическая эволюция

Условия среды на древней Земле

Сегедня воссоздание условий, в которых возникли первые «зародыши жизни», имеет приниципиальное значение для науки. Велика заслуга А. И. Опарина, в 1924 г. предложившего первую концепцию химической эволюции, согласно которой в качестве отправной точки в лабораторных экспериментах по воспроизведению условий первичной Земли предлагалась бескислородная атмосфера.

В 1953 г. американские ученые Г. Юри и С. Миллер подвергли смесь метана, аммиака и воды действию электрических разрядов . Впервые с помощью такого эксперимента среди полученных продуктов были идентифицированы аминокислоты (глицин, аланин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты).

Опыты Миллера и Юри стимулировали исследования молекулярной эволюции и происхождения жизни во многих лабораториях и привели к систематическому изучению проблемы, в ходе которого синтезированы биологически важные соединения.

Вопросы для повторения и задания

1.Перечислите космические и планетарные предпосылки возникновения жизни абиогенным путем на
нашей планете.

2.Какое значение для возникновения органических молекул из неорганических веществ на Земле имел восстановительный характер перичной атмосферы?

3.Опишите аппарат и методику проведения опытов С. Миллера и П. Юри.

Вопросы для обсуждения

1.Какие, по вашему мнению, источники энергии преобладали на древней Земле? Как можно объяснить неспецифическое влияние различных источников энергии на процессы образования органических молекул?

2.Как С. Миллеру удалось рассчитать параметры своего эксперимента? Как бы вы подошли к этому вопросу? Из каких предпосылок исходили?

Как на Земле возникла атмосфера? Михаил Герасимов, ИКИ РАН