Глава 1. Возможности использования модульного обучения при изучении курса органической химии

Как показывают последние социологические исследования, в российском обществе растет потребность в самостоятельно мыслящих образованных выпускниках школ, умеющих самостоятельно учиться на протяжении всей жизни. Однако, как показывают исследования школьной практики, учащиеся затрудняются самостоятельно и мотивированно организовывать свою познавательную деятельность, производить поиск нужной информации по заданной теме в источниках различного типа, объективное оценивание своих возможностей, большинство учащихся не владеет навыками сотрудничества в совместной деятельности в учебно-воспитательном процессе. Поэтому актуальной деятельностью учителя в целом становится организация познавательной деятельности учащихся по предмету, как через индивидуальную, так и через совместную работу учащихся в паре, группе, обучение сотрудничеству, культуре общения.

Исходя из вышеизложенного, основными целями моей работы в данном направлении, являются:

1. Развитие творческой активной личности учащихся 10 классов (гуманитарного и физико-математического профиля) и общей информированности в области органической химии.

2. Формирование творческой и нравственной личности, ориентируемой на самоопределение и самореализацию в современном обществе (закон об образовании).

Для реализации данных целей в предмете химии можно выделить следующие задачи работы:

1. Формирование внутренней потребности к самосовершенствованию.

2. Повышение мотивации к учению через изучаемый предмет

3. Создание системы творческих заданий по органической химии для организации совместной творческой деятельности с использованием технологии модульного обучения в химии.

4. Развитие умений наблюдать и объяснять явления и закономерности, проявляющиеся в природе, лаборатории, в повседневной жизни; воспитание элементов эколого-химической культуры.

5. Формирование у учащихся основных понятий и законов органической химии, фактов, научного языка, раскрытие доступных обобщений мировоззренческого характера, т.е. овладение основами знаний химической науки.

Пути реализации целей и задач

1. Методологический уровень.

Программа

О.С. Габриелян. Программа курса химии VIII - XI классов для сельских и городских школ; 2001 г.; утверждена Минобразования РФ в 1998 году.

Учебники

О.С. Габриелян и др. Химия. 10 класс; 2000-2001

Эксперимент (приложение 1)

· Проведение 8 практических работ по следующим темам:

· Качественный анализ органических соединений

· Углеводороды (получение и качественные реакции)

· Качественные реакции на кислородсодержащие органические вещества

· Альдегиды

· Карбоновые кислоты

· Синтез сложных эфиров. Гидролиз жиров

· Углеводы

· Амины. Аминокислоты. Белки.

2. Содержательный уровень

Одной из современных и перспективных технологий, способствующей формированию не только познавательных действий, но и системы взаимодействия отношений, общения между учащимися является технология модульного обучения, обеспечивающая индивидуализацию образовательных программ и путей их усвоения в зависимости от способностей и интересов учащихся. В педагогической литературе модуль определяется как “целевой, функциональный узел обучения, который объединяет учебное содержание и технологию овладения им”. Теория модульного обучения подробно изложена в работах И.Б. Сенновского, П.И. Третьякова, Т.И. Шамовой, П.А. Юцявичене и др.

Модульная технология существенно отличается от других систем обучения: содержание обучения представляется в законченных самостоятельных блоках, сложность которых зависит от уровня обученности учащихся. Учитель взаимодействует индивидуально с каждым обучаемым как непосредственно - в прямом контакте, так и опосредованно - через модули; каждый обучаемый большую часть времени работает самостоятельно, в удобном для него темпе обучения; изменяется функция учителя в учебном процессе, учитель превращается в учителя-консультанта.

Для решения задач на всех уровнях, отбор материала производится дифференцированно (особенно для учащихся 8-9 классов). Минимум содержания образования по химии выделен в тематическом планировании, разработаны разделы - модули для 8 класса - “Количественные отношения в химии”, для 9 класса - “Органическая химия”, “Экология города”, для 10 класса - “Углеводороды”, “Кислородсодержащие соединения”, для 11 класса - “Химия и общество”.

Далее в качестве примера приводится разработка модуля по разделу “Кислородсодержащие органические вещества” курса “Органическая химия” (приложение 2) для классов гуманитарного и физико-математического профиля (10-й класс) в лицее - интернате №1, апробирована в 2002/2003 учебном году. Предлагаемый модуль разработан на основе обязательного минимума содержания курса органической химии для 10-х классов средней общеобразовательной школы и программы О.С. Габриеляна, имеет практическую и экологическую направленность.

Опыт работы показал, что при изучении курса органической химии можно использовать учебник не только О.С. Габриеляна, но и другие учебники, и учебные пособия по интересующей нас тематике. Использование блочно-модульной системы на уроке привело к изменению структуры темы “Кислородсодержащие органические вещества” по органической химии для 10-х классов (таблицы 1, приложение 3). Данные изменения способствуют интегрированному восприятию учебного материала учеником. Также данный модуль можно использовать в общеобразовательных и профильных классах в соответствии с уровнем подготовки учащихся. Кроме того, при организации модуля высвобождается время для решения задач, изучения блока “Биологически активные вещества”, увеличению числа лабораторных и практических работ.

Согласно программе изучения химии в качестве непрофильной дисциплины, на изучение этого раздела отводится 24 ч, из которых 15 уроков приходится на модуль, учебным элементом (УЭ) которого является табличный УЭ (таблица 1, приложение 3).

Изучение химии по этой программе с использованием элементов модульной технологии начинается с изучения составляющих органических кислородсодержащего вещества, в результате чего, познается взаимосвязанная система химических понятий в следующей последовательности (схема 1):

Схема 1.

Взаимосвязь химических понятий темы

“Кислородсодержащие органические вещества”

Группа атомов, функциональная группа, строение, изомерия

НоменклатураХимическая реакция, свойства кислородсодержащих веществ, качественная реакцияГенетическая связь Применение

В структуру каждого модуля входит:

1) познавательная задача (цель изучения модуля)

2) химическое содержание, отобранное в соответствии с целью

3) методические указания о деятельности, которую надо осуществить, чтобы добиться успеха

4) информация об имеющихся средствах обучения, которыми следует воспользоваться (с приложением инструкции)

5) включение обобщения “аккумулятор знаний”

6) контроль знаний (взаимоконтроль, самоконтроль).

Опыт работы показал, что такая структура модуля способствует полной самостоятельной проработке учебного материала учеником. Функция учителя в этом случае заключается в консультировании и координировании. При разработке модульного урока для самостоятельной деятельности ученика составляется инструкция, в которой определены:

1) цель усвоения материала модуля;

2) где найти учебный материал;

3) как овладеть им (выучить, составить конспект, решить задачу и т. д.); как проверить правильность выполненной задачи (контроль и взаимоконтроль).

Учебный материал представлен в виде следующих разделов (табл.1):

Таблица 1.

Планирование темы “Кислородсодержащие соединения”

№	Тема урока
1	Установочный урок
2,3	Строение, номенклатура и изомерия кислородсодержащих соединений (спиртов, фенолов, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот).
4	Физические свойства кислородсодержащих соединений.
5-7	Химические свойства кислородсодержащих соединений.
8-9	Получение кислородсодержащих веществ.
10	Применение кислородсодержащих соединений.
11	Пр./р. №1: “Качественные реакции на кислородсодержащие органические вещества”.
12	Пр./р. №2: “Альдегиды и кетоны”.
13	Пр./р. №3: “Карбоновые кислоты”.
14, 15	Производные карбоновых кислот: сложные эфиры и жиры.
16	Углеводы: состав и классификация.
17-18	Моносахариды. Гексозы. Глюкоза и фруктоза.
19-20	Полисахариды: крахмал и целлюлоза.
21	Пр./р. №5: “Углеводы”.
22-23	Урок - обобщения.
24	К/р. №2: “Кислородсодержащие органические соединения”.

Рассмотрим наиболее подробно предлагаемый блок (приложение 3).

Как видно из предлагаемой таблицы, модуль “Кислородсодержащие соединения” содержит блок входа и теоретический блок.

Блок входа (установочный урок). С его помощью осуществляется актуализирующий контроль, входное тестирование, диагностический анализ и предварительная оценка способностей учащихся. Тестовые задания предполагают актуализацию тех опорных знаний, которые необходимы для усвоения содержания данного блока-модуля. Наряду с этим тест снабжен соответствующим указателем, отсылающим к тому учебному материалу, знание которого необходимо для успешного выполнения данного теста.

Теоретический блок. Первый этап - лекция или беседа, построенная с учетом возрастных особенностей учащихся. Главная задача лекции или беседы - вызвать интерес к материалу, возбудить творческую мысль, а не свести все к сообщению готовых научных истин, которые следует понять и запомнить. На втором этапе - проверка усвоения теоретических понятий. Переход к следующему этапу возможен только при 70%-м (по объему) усвоении знаний, понятий, т. к. он полностью посвящен самостоятельной учебной деятельности. Ученик с помощью учителя определяет необходимый ему уровень сложности усвоения знаний.

3. Организация учебной деятельности ученика.

В модульном блоке “Кислородсодержащие вещества” учебные занятия можно разделить на два вида (схема 2):

В первом случае эти модули рассчитаны на полную самостоятельную проработку учебного материала учеником. Функция учителя в этом случае заключается в консультировании и координировании (см. приложение 1 (уроки 2-10)). Во втором случае - учебные занятия, направленные на осмысление и рефлексию полученных ЗУНов - (см. приложение 1 (уроки 11-24)).

В зависимости от места урока в теме и типа урока определяется структура и набор учебных элементов. Чем разнообразнее данные элементы, тем интереснее ученику. В настоящем блоке можно использованы следующие учебные элементы:

Текстовый У.Э. как носитель учебной информации используется наиболее часто. Обычно такие У.Э. содержат указания: прочитай, выдели главное, составь конспект, таблицу и т. д.

Табличный У.Э. является наиболее компактной и удобной формой размещения информации. При работе с такими У.Э. ученик получает установки: определи, сравни, опиши.

Иллюстративный У.Э. используют для составления образного представления об объекте или процессе.

Кроме этого, применяют и такие учебные элементы, как словесный, игровой, смешанный .

Как видно из приведенной таблицы (таблица 1, приложение 2, приложение 3) изменение структуры планирования темы позволяет шире использовать материал учебника, дает возможность сопоставлять классы соединений на основе сравнения, помогает делать обобщающие выводы, способствуя таким образом развитию ребенка как творческой личности. Кроме того, модульная технология очень гибкая, она вбирает в себя идеи и разработки других технологий, например, коллективные способы обучения, поэтому, помимо индивидуальной самостоятельной деятельности ученика, можно работать парами или группами (например, работа в парах на практических занятиях, выпуске обобщающего журнала в группе из 4-5 человек и его представление).

4. Развитие познавательной активности учащихся.

Для развития познавательной активности учащихся используются следующие методы обучения:

· словесные (беседа, рассказ, лекция)

· наглядные (таблицы, модели веществ)

· практические (химический эксперимент) (приложение 1)

· проблемно-поисковые

· логические (сравнение, анализ, синтез, аналогия, выделение главного)

· работы с текстом (учебник, дополнительная литература)

· стимулирования и мотивации учебной деятельности школьника (через игру, выпуск журналов - обобщения), дискуссии)

· работа в группах (2 - 6 человек)

· контроля (устный и письменный)

· самоконтроля (взаимопроверка см/р., д/р.)

· использование ТСО (просмотр видеофильмов, диафильмов, диапозитивов; работа с кодоскопом).

5. Рефлексивная деятельность ученика.

При проведении контроля за усвоением и выполнением заданий используются следующие формы контроля: самоконтроль, взаимный контроль, контроль учителя. Самоконтроль осуществляется учеником; он сравнивает полученные результаты с эталоном и сам оценивает уровень своего исполнения. Взаимный контроль возможен, когда ученик уже проверил и исправил свои ошибки, после этого он может проверить задание партнера (в том числе и при заполнении обобщающей таблицы). Контроль учителя осуществляется постоянно. Обязателен входной и выходной контроль, формы которого могут быть разными, в нашем случае при входном контроле используется задача на определение формул веществ по вариантам (приложение 4), при выходном контроле - контрольная работа (приложение 5), при промежуточном контроле формы могут самыми разнообразными - фронтальная беседа, практическая работа, самостоятельная работа, тест, диктант, игра (выпуск журнала).

6. Выводы.

Исходя из вышеизложенного, можно отметить следующее:

1. Модульная технология позволяет изменить структуру учебного процесса, способствуя переключению традиционных дидактических подходов на более эффективные.

2. Наиболее эффективными представляется сочетание модульных уроков и общепринятых при работе в школе поскольку учащиеся должны уметь работать у доски, правильно излагать свои мысли, уметь работать перед классом.

3. Введение отдельных модульных уроков (например, “Количественные отношения в химии”) можно вводить с 8 класса при изучении курса неорганической химии, с тем, чтобы ребенок адекватно оценивать себя и свои возможности. Организацию модульного обучения можно проводить как в классах профильного, так и непрофильного обучения химии.

4. В модульной технологии активный процесс обучения состоит из следующих этапов: принятие цели учеником, подготовка к восприятию нового, практическая и исследовательская учебная деятельность, анализ содержания, подведение итогов учения.

5. Предлагаемая модульная система организации учебно-воспитательного процесса разрешает многие противоречия и проблемы современной школы за счет создания гибкой технологии с диагностируемыми целями, целостной структуры.

6. В качестве конечных результатов учебно-воспитательного процесса предполагается развитие познавательных, социальных, коммуникативных и профессионально направленных способностей личности, формирование у каждого ученика необходимых умений и навыков к самообразованию, развитию креативности.

7. Использование в преподавании технологии модульного обучения позволяет повысить интерес к изучаемому предмету, ликвидировать перегрузку учащихся, сформировать умения и навыки самообразования, повысить результативность обучения.

Во второй главе представлено изучение темы «Моносахариды» с использованием модульной технологии.

Глава 2. Теоретическая поддержка темы «Глюкомза» (C₆H₁₂O₆)

(«виноградный сахар», декстроза) встречается в соке многих фруктов и ягод, в том числе и винограда, отчего и произошло название этого вида сахара. Является шестиатомным сахаром (гексозой).

Физические свойства

Белое кристаллическое вещество сладкого вкуса, растворимое в воде и органических растворителях, растворимо в реактиве Швейцера: аммиачном растворе гидроксида меди -- Cu(NH3)4(OH)2, в концентрированном растворе хлорида цинка и концентрированном растворе серной кислоты.

Строение молекулы

Глюкоза может существовать в виде циклов (б и в глюкозы).

б и в глюкозы

Переход глюкозы из проекции Фишера в Haworth projection.

Глюкоза-- конечный продукт гидролиза большинства дисахаридов и полисахаридов.

Химические свойства

Глюкоза может восстанавливаться в шестиатомный спирт (сорбит). Как и все альдегиды, глюкоза легко окисляется. Она восстанавливает серебро из аммиачного раствора оксида серебра и медь(II) до меди(I).

Проявляет восстановительные свойства. В частности в реакции растворов сульфата меди с глюкозой и гидроксидом натрия. При нагревании эта смесь реагирует с обесцвечением (сульфат меди сине-голубой) и образованием красного осадка оксида меди(I).

Образует оксимы с гидроксиламином, озазоны с производными гидразина.

Легко алкилируется и ацилируется.

При окислении образует глюконовую кислоту, если воздействовать сильными окислителями на ее гликозиды, и гидролизовать полученный продукт можно получить глюкуроновую кислоту, при дальнейшем окислении образуется глюкаровая кислота.

Биологическая роль

Глюкоза-- основной продукт фотосинтеза, образуется в цикле Кальвина.

В организме человека и животных глюкоза является основным и наиболее универсальным источником энергии для обеспечения метаболических процессов. Способностью усваивать глюкозу обладают все клетки организма животных. В то же время, способностью использовать другие источники энергии -- например, свободные жирные кислоты и глицерин, фруктозу или молочную кислоту -- обладают не все клетки организма, а лишь некоторые их типы.

Транспорт глюкозы из внешней среды внутрь животной клетки осуществляется путём активного трансмембранного переноса с помощью особой белковой молекулы -- переносчика (транспортёра) гексоз.

Глюкоза в клетках может подвергаться гликолизу с целью получения энергии в виде АТФ. Первым ферментом в цепи гликолиза является гексокиназа. Активность гексокиназы клеток находится под регулирующим влиянием гормонов -- так, инсулин резко повышает гексокиназную активность и, следовательно, утилизацию глюкозы клетками, а глюкокортикоиды понижают гексокиназную активность.

Многие отличные от глюкозы источники энергии могут быть непосредственно конвертированы в печени в глюкозу -- например, молочная кислота, многие свободные жирные кислоты и глицерин, или свободные аминокислоты, прежде всего, наиболее простые из них, такие, как аланин. Процесс образования глюкозы в печени из других соединений называется глюконеогенезом.

Те источники энергии, для которых не существует пути непосредственного биохимического превращения в глюкозу, могут быть использованы клетками печени для выработки АТФ и последующего энергетического обеспечения процессов глюконеогенеза, ресинтеза глюкозы из молочной кислоты, либо энергообеспечения процесса синтеза запасов полисахарида гликогена из мономеров глюкозы. Из гликогена путём простого расщепления опять-таки легко производится глюкоза.

В связи с исключительной важностью поддержания стабильного уровня глюкозы в крови, у человека и многих других животных существует сложная система гормональной регуляции параметров углеводного обмена.

При окислении 1 грамма глюкозы до углекислого газа и воды выделяется 17,6 кДж энергии.

Запасённая максимальная «потенциальная энергия» в молекуле глюкозы в виде степени окисления ?4 атома углерода (С^?4) может понизиться при метаболических процессах до С⁺⁴ (в молекуле CO₂). Её восстановление на прежний уровень могут осуществлять автотрофы.

Применение

Глюкозу используют при интоксикации (например при пищевом отравлении или деятельности инфекции), вводят внутривенно струйно и капельно, так как она является универсальным антитоксическим средством.

Глава 3. Из опыта ознакомления десятиклассников со строением моносахаридов

Одним из структурных элементов нуклеиновых кислот являются остатки циклических форм моносахаридов -- рибозы и дезоксирибозы. В строении этих сахаров много общего со строением глюкозы, традиционно изучаемой в школе. Наш опыт показывает, что ознакомление учащихся с тонкой структурой моносахаридов целесообразно проводить на пример? глюкозы. Во-первых, потому, что значение этого углевода в природе достаточно велико; во-вторых, потому, что двукратное обсуждение важных деталей строения аналогичных моносахаридов приводит к более прочному их усвоению, ибо при изучении рибозы и дезоксирибозы возможно не только закрепить знания о глюкозе, но и. научиться применять их на новых примерах.

Изучение вопросов строения моносахаридов проводится на трех первых уроках по разделу «Углеводы». В начале первого урока после краткой фронтальной беседы о распространении в природе, составе и свойствах, о биологическом значении данной группы соединений учитель проводит систематизацию сведений, высказанных учащимися, и дает общее представление о классификации углеводов, для этого использует плакаты (см. схемы I и 2) .

Вывод структурной формулы глюкозы проводится методом поисковой беседы в сочетании' с лабораторным экспериментом, как это рекомендуется в пособии [1, с. 214--215) и s школьном учебнике [2, с. 155--156, лабораторная работа № 9]. Завершая данный фрагмент урока, подводим учащихся к выводу, что глюкоза -- пятиатомный альдегидоспирт, отмечаем, что его пятиатомность установлена профессором Московского университета А. А. Колли (1869). Под руководством учителя один учащийся на доске, остальные в тетрадях записывают структурную формулу глюкозы:

В процессе этой записи обсуждаются следующие вопросы: сколько атомов углерода образует цепь молекулы? (Шесть, записываем из последовательно, соединяя валентными штрихами.) Где расположится альдегидная группа? (Эту группу образует крайний атом углерода, например справа; будем считать данный атом первым, далее последовательно нумеруем цепь до шестого атома.) Может ли какой-либо атом углерода быть связанны)! с двумя или более гидроксильными группами? (Нет, не может, так как соединение окажется непрочным; это знаем из разделов «Спирты и «Альдегиды».) Все ли пять гидроксильных имеют одинаковое направление в пространстве? (Нет, не все; установлено, что f третьего атома гидроксильная группа расположена в ином направлении по сравнению с остальными, запишем ее наверху от цепи, «стальные -- внизу от нее.) Как размещаются в молекуле атомы водорода? (На оставшихся явка свободными валентностях атомов углерода; дописываем их.) Каков тип гибридизации атомов углерода в молекуле глюкозы? Один ученик демонстрирует опыт, пользуясь экраном с под-м. Учащиеся наблюдают образование papa розово-лилового цвета. Сначала предлагаем учащимся сравнить структурную формулу глюкозы с моделью, отображающую данную структуру (мы используем специально изготовленную демонстрационную разборную модель шаро-трубчато-стержневого и частично масштабного типа).

Учащиеся отмечают, что в структурной формуле атомы углерода расположены, как это принято, на одной линии, а в модели цепь имеет зигзагообразный характер, обусловленный электронно-пространственным строением 2--6-го атомов углерода, находящихся в «р³-гибридном состоянии. Учащиеся работают с учебником [2, рис. 9; с. 23], вспоминают приемы моделирования, которые были направлены на изучение пространственного строения предельных углеводородов, на понимание возможности относительно свободного вращения группировок вокруг сигма-связей.

Манипулируя демонстрационной моделью, показываем различные пространственные формы молекулы глюкозы. Фиксируем внимание учащихся на таком положении, при котором сближены концевые атомы (первый и шестой) и молекула приобретает форму дуги. Обращаемся к схеме 3, где структурная формула глюкозы изображена в разных видах. Открываем только два изображения (А и Б), остальные, в том числе и название схемы 3, пока закрыты.

Далее учитель отмечает, что при сближении альдегидной и гидроксильной групп между ними происходит химическое взаимодействие, в результате чего молекула приобретает циклическую (кольцевую) форму. При этом открываем на, схеме последнее изображение (Е). Обращает внимание, что циклическая форма не имеет альдегидной группы. Возвращаясь к возникшей ранее проблеме, спрашиваем, нельзя ли теперь объяснить, почему у глюкозы не происходит реакция с фуксинсернистой кислотой, но идут другие качественные реакции на альдегидную группу -- с гидроксидом меди (II) и «серебряного зеркала». Учащиеся высказывают предположение? реакция с фуксинсернистой кислотой не происходит потому, что глюкоза в условиях опыта, видимо, имеет циклическую структуру; реакция же с другими веществами идет в иных условиях (при нагревании) и приводит к появлению молекул, содержащих альдегидную группу, и глюкоза дает характерные для нее реакции.

Для молекул глюкозы характерно циклическое строение; именно такое строение она имеет в кристаллическом состоянии. При растворении в воде образуются и молекулы открытой альдегидной формы, но их оказывается недостаточно, чтобы могла наглядно проявиться реакция с фуксинсернистой кислотой.

Далее формулируем вопрос: «Каков же путь перехода из открытой формы глюкозы в циклическую?» В процессе поиска ответа обсуждается следующее. При образовании устойчивого шестичленного цикла взаимодействуют друг с другом альдегидная группа и гидроксил пятого (а не шестого, второго или третьего) углеродного атома, иначе получились бы менее устойчивые, циклы (семичленный, четырехчленный, трехчленный). Учитель открывает изображение В на схеме 3, показывает относительное расположение данных групп и подтверждает это на модели поворотом концевой группировки вокруг связи С₄--Cs- При этом СН₅ОН группа перемещается вверх, атом водорода при Cs-- вниз, а гидроксил при С₅ оказывается на конце цепи. Предлагаем учащимся вспомнить распределение электронной плотности в гидроксильной и альдегидной группах, какие частичные заряды и на каких атомах вследствие этого возникают. Подтверждая правильные суждения учащихся, учитель открывает изображение Г, а затем и изображение Д. Учащиеся внимательно изучают их и самостоятельно объясняют переход открытой формы глюкозы в циклическую.

Объяснения учащихся, которые в случае необходимости может уточнить учитель, сводятся к следующему. Вследствие большей электроотрицательности кислорода по сравнению с водородом и углеродом к атомам кислорода сдвинута электронная плотность от атома водорода в гидроксильной группе и от атома углерода -- в альдегидной. При взаимодействии альдегидной группы с гидроксильной атом углерода, несущий частичный положительный заряд, притягивает к себе отрицательно заряженный атом кислорода гидроксильной группы, а кислородный атом альдегидной группы -- положительно заряженный гидроксильный атом водорода. Это сопровождается разрывом связей: двойной С=0 и ординарной Н--О. Все процессы завершаются образованием кольца и появлением у первого атома углерода группы --ОН.

Учащиеся переносят содержание схемы 3 в свои тетради. На этом заканчиваем первый урок. На втором уроке, повторив изученный материал, завершается обсуждение строения глюкозы и на его основе рассматриваем ее химические свойства. С помощью модели обращают внимание на то, что вследствие вращения альдегидной группы по связи Q -- С₂ возникают положения, при которых гидроксил при атоме Ci образуется или под кольцом, (а-форма), или над кольцам молекулы (Р-форма).

Привлекая схему 4, разъясняется, что одна циклическая форма переходит в другую процесс этот обратим, и в растворе устанавливается подвижное равновесие. Фиксирует внимание учащихся на количественном содержании всех форм в растворе, свидетельствующее о наибольшей устойчивости В-формы и, следовательно, о накоплении ее в растворе.

Изучение пентоз строится в сопоставлении с глюкозой, на основе высказывания предположи учащимися. Это позволяет широко использовать сформированные ранее знания, менять и закреплять их, развивать самостоятельность учащихся, продолжать формировать у них материалистическое мировоззрения. Материал изучается методами обычной и (исковой беседы, с привлечением схем, таблиц, кодотранспарантов, моделей, записей на доске и в тетрадях.

В связи С тем, что рибоза и дезоксирибоза имеют много общего, изучение их ведем параллельно. Обращаясь к схеме 2, учитель предлагает учащимся сопоставить состав молекул. Учащиеся устанавливают общее в строении соединений (наличие у обоих альдегидной группы, нескольких гидроксильных групп) и разницу в строении (у дезоксирибозы при С₂ вместо гидроксильной группы находится атом водорода). Приставка «дез» обозначает отсутствие чего-либо (вспоминаем слова «дезорганизация», «дезинформация»). В данном случае приставка обозначает отсутствие оксигруппы -- гидроксильной группы.

Сопоставляя структурные формулы пентоз и глюкозы, учащиеся формулируют вывод, что оба углевода, как и глюкоза, являются многоатомными спиртоальдегидами, что их можно назвать альдопентозами, высказывают предположение об аналогичных с глюкозой химических свойствах, записывают уравнения реакций окисления и восстановления.

Далее сообщается, что оба вещества, как и глюкоза, не дают реакции с фуксинсернистой кислотой. Учащиеся высказывают предположение, что здесь, как и у глюкозы, кроме молекул с открытой цепью существуют молекулы циклического строения. В подтверждение правильности ответа обсуждается с помощью схемы 5 превращение друг в друга разных форм рибозы.

Обращаем внимание, что рибоза и дезоксирибоза участвуют в образовании нуклеиновых кислот в виде пятичленного цикла В-формы. Схему 5 учащиеся переносят в тетради. В процессе работы со схемой обсуждаются следующие вопросы: что обозначают взаимообратные стрелки? Как происходит образование циклической молекулы из альдегидной? Как называются циклические формулы и почему в них не записаны углеродные атомы, образующие кольцо? На основе имеющихся сведений о глюкозе учащиеся достаточно правильно отвечают на поставленные вопросы.

В качестве домашнего задания предлагается подготовить кодотранспарант. «Состояние в водном растворе дезоксирибозы» аналогично схеме б; изготовить из пластилина и спичек модели рибозы и дезоксирибозы.

Глава 3. Методические разработки по теме: «Моносахариды»

Урок по теме: "Глюкоза -- представитель моносахаридов"

Тема урока: “Глюкоза - представитель моносахаридов”.

Цели урока:

1. Расширение и углубление знаний учащихся об углеводах.

2. Определение строения глюкозы, используя эксперимент.

3. Знакомство с физическими свойствами глюкозы.

4. Развитие познавательного интереса, интеллектуальных умений.

5. Воспитание нравственных качеств.

Тип урока: изучение нового материала.

Основной метод: частично-поисковый.

Форма урока: экспериментальная работа.

Средства обучения, оборудование: штатив с пробирками, спиртовка, пробиркодержатель, спички, стеклянные палочки.

Реактивы: глюкоза (кристаллическая), раствор глюкозы, сульфата меди, гидроксида натрия, аммиачного раствора оксида серебра, синего лакмуса.

Учебно-наглядные пособия: таблицы “Циклические формы глюкозы”, “Применение глюкозы”, схема “Классификация углеводов”.

Ход урока

План урока.

1. Организационный момент.

2. Повторение знаний об углеводах, приобретенные на уроках биологии.

3. Классификация углеводов.

4. Физические свойства глюкозы.

5. Установление строения молекулы глюкозы.

6. Знакомство с циклическими формами глюкозы.

7. Закрепление пройденного материала, подведение итогов урока.

8. Домашнее задание.

1. Организационный момент.

Проверка присутствующих. Ознакомление учащихся с темой и дидактической целью урока.

2. Повторение знаний об углеводах, приобретенные на уроках биологии.

- Что вы знаете о нахождении углеводов в природе и их биологическом значении?

- Почему класс этих веществ получил такое название?

- Какие представители углеводов вам известны?

- На какие группы можно поделить углеводы по составу и свойствам?

3. Классификация углеводов.

Демонстрация схемы “Классификация углеводов”. Учащиеся записывают схему в тетрадь, делают короткие сообщения сведений из истории открытия углеводов. Впервые термин “углеводы” предложил русский химик из Дерпта (ныне Тарту) К. Шмидт в 1844 году. В 1811 году русский химик Константин Готлиб Сигизмунд (1764-1833) впервые получил глюкозу гидролизом крахмала.

4. Физические свойства глюкозы.

Что вам известно о глюкозе?

Каковы физические свойства глюкозы? (На столах у учащихся глюкоза кристаллическая, вода, стеклянные палочки).

5. Установление строения молекулы глюкозы .

Постановка проблемы:

Если глюкоза - кислородсодержащее вещество, то какие функциональные группы могут содержаться в ее молекуле?

Решение проблемы:

Учащиеся выдвигают гипотезу:

А) молекула глюкозы может содержать функциональные группы атомов -ОН, одну или несколько.

Преподаватель предлагает учащимся проверить экспериментально:

а) отсутствие или присутствие карбоксильной групп

Учащиеся проводят испытания раствора глюкозы индикатором (отсутствие изменения окраски индикатора говорит об отсутствии карбоксогруппы в молекуле глюкозы)

б) отсутствие или присутствие гидроксогруппы -ОН

Учащиеся проделывают реакцию с гидроксидом меди (образуется ярко-синий раствор). Учащиеся устанавливают сходство глюкозы и глицерина, делают вывод: Глюкоза - многоатомный спирт.

Образование пятиуксусного эфира говорит о наличии 5 гидроксогрупп. Глюкоза с уксусной кислотой дает пятиуксусный сложный эфир. Уксусная кислота одноосновная, следовательно, такой эфир образуется в том случае, если молекула глюкозы содержит 5 гидроксогрупп.

 

в) наличие альдегидной группы

Учащиеся нагревают раствор глюкозы с гидроксидом меди (появление красного осадка оксида меди (1), говорит о прошедшем восстановлении гидроксида меди (2), и, следовательно, присутствии в молекуле глюкозы альдегидной группы.

Большое число атомов водорода свидетельствует о том, что остальные связи в молекуле заняты атомами водорода.

Вопрос к учащимся:

- Как должны быть расположены гидроксогруппы: попарно у одного и того же углеродного атома или у разных?

Ответ учащихся:

- У разных, иначе молекула будет неустойчивой.



Учащиеся делают вывод: Глюкоза - альдегидоспирт.

6. Знакомство с циклическими формами глюкозы.

Ученые установили, что у глюкозы существуют молекулы циклического строения. Преподаватель показывает учащимся таблицу “Циклические формы глюкозы: альфа-форма глюкозы и бетта-форма глюкозы”.

В водных растворах глюкоза находится в основном в циклических формах и менее 1% - в альдегидной (открытой) форме.

Альфа- и бетта - формы глюкозы изомерны друг другу.

Вопрос к учащимся: “Что называется изомерией?”.

7. Закрепление пройденного материала.

Вопросы:

1. К какому классу органических веществ принадлежит глюкоза?

2. На основании каких опытов было сделано заключение о строении глюкозы?

3. Напишите формулу глюкозы как альдегидоспирта.

4. При растворении кристаллической альфа-глюкозы вводе в растворе обнаруживают три формы глюкозы. Какие? Почему это возможно?

Подведение итогов урока.

8. Домашнее задание.

Написать короткие сообщения о применении глюкозы. Составить схему и кроссворд.

Глюкоза: строение, свойства и значение в жизни человека

Девиз урока. Наиболее рациональный прием изучения нового есть перенос знаний ранее изученного на новый изучаемый объект.

Тип урока. Формирование новых знаний.

Форма проведения. Исследование в научной лаборатории (2 ч).

Методы. Словесные, наглядные, проблемно-поисковые, самостоятельные работы.

Цели. Образовательные: познакомить с физическими и химическими свойствами глюкозы; закрепить на новом материале зависимость химических свойств от строения молекул; развить понятие о циклическом строении, о пространственной изомерии; научить составлять формулы изомеров, решать расчетные задачи, объяснять химические свойства на основе строения, соблюдать правила техники безопасности.

Развивающие: развитие исследовательских умений, умений работать с химическими реактивами; развитие интеллектуальных способностей в процессе самостоятельной работы с использованием различных источников информации.

Воспитательные: развивать умения вести диалог, отстаивать свою точку зрения, работать в группе; воспитывать аккуратность, чувства товарищества, коллективизма, уважительного отношения друг к другу.

Оборудование и реактивы. Н а с т о л а х у ч а щ и х с я: спиртовка, пробирки, держатель для пробирки, спички, растворы глюкозы, CuSO₄, NaОН, аммиачный раствор оксида серебра.

На столе учителя: растворы глюкозы, формалина, фуксинсернистой кислоты.

ХОД УРОКА

Учитель. Ребята, попробуйте угадать сами тему сегодняшнего урока. Вещество, о котором мы будем говорить, находится у меня на столе, его очень много в организме человека, в зеленых растениях.

Учащиеся (предполагают). Белки. Жиры. Углеводы.

Учитель. Правильно, углеводами называется класс, к которому относится данное вещество. Вы часто покупаете его в аптеке, но не для того, чтобы лечиться, а просто захотелось сладкого. Что же это за вещество?

Учащиеся. Гематоген. Витамины. Глюкоза.

Учитель. Да! Тема урока сегодня «Глюкоза: строение, свойства и значение в жизни человека».

Наш класс превращается в научную лабораторию, где будут работать четыре отдела над одной темой, и каждый отдел должен найти ответы на вопросы .

1) К какому классу относится глюкоза?

2) Каковы ее физические и химические свойства?

3) Как можно получить глюкозу?

4) Какое значение глюкоза имеет для человека?

Результатом работы вашего звена-отдела будет опорный конспект - проект, в котором вы отразите свою работу за два урока. Это может быть таблица, рисунок, уравнения химических реакций на одном форматном листе.

I. Актуализация знаний

Работа в группах. Каждая группа получает карточку с вопросами.

1. Какие классы органических кислородсодержащих веществ были изучены ранее? (Спирты, альдегиды, кислоты.) 2. Вспомните функциональную группу спиртов и качественную реакцию на многоатомные спирты. 3. Вспомните специфические реакции на альдегиды.

Учитель. Возникает вопрос, какой класс мы будем изучать сегодня? К какому классу относится глюкоза?

Учащиеся высказывают несколько точек зрения.

* Класс, какой мы еще не изучали, что-то новое.

* Это вещество не имеет функциональной группы кислот, т.к. сладкое на вкус.

* Если сладкое, может быть, сходно с глицерином и имеет гидроксильные группы ОН.

* Это вещество содержит группы: NO₂, NH₂, альдегидную.

Учитель. Благодарю вас за ответы. Чтобы проверить на практике, какая гипотеза будет правильной, предлагаю провести небольшой эксперимент.

Каждая группа проводит опыт с имеющимися на столе реактивами.

Некоторые группы к раствору глюкозы приливают свежеосажденный гидроксид меди и радостно сообщают, что глюкоза - многоатомный спирт. Другие группы к раствору глюкозы приливают аммиачный раствор серебра и нагревают. Проделав опыт, утверждают, что это альдегид.

Возникает дискуссия, мнения ребят разделились.

Проблемный вопрос. К какому классу относится глюкоза?

Выдвижение гипотез.

* Глюкоза- это многоатомный спирт.

* Глюкоза- это альдегид.

Решение проблемы.

Учитель предлагает не торопиться и использовать все имеющиеся на столе реактивы. Учащиеся каждой группы, проделав второй опыт, с удивлением делают открытие, что глюкоза имеет свойства и многоатомных спиртов, и альдегидов.

Учитель. Продолжим исследования в наших научных лабораториях. Попробуйте предположить молекулярную формулу глюкозы, зная, что ее относительная молекулярная масса равна 180 и количество атомов кислорода равно количеству атомов углерода.

Ребята снова выдвигают несколько гипотез.

* Необходимо учитывать наличие атомов углерода.

* Их должно быть меньше десяти, т.к. M_r(глюкозы) = 180.

* И атомов кислорода не может быть десять.

* Если предположить, что в молекуле глюкозы пять атомов кислорода?

Учитель (упрощает задачу). В молекуле глюкозы шесть атомов углерода, и простейшая формула глюкозы СH₂О.

Ребята производят математические действия.

M_r(глюкозы) = 180,

M_r(СH₂О) = 12 + 1*2 + 16 = 30,

К = M_r(глюкозы)/M_r(СH₂О) = 6.

Необходимо все индексы в формуле умножить на 6. Каждая научная лаборатория с легкостью определяет молекулярную формулу глюкозы - С₆Н₁₂О₆.

Учитель. А теперь сами попытайтесь составить структурную формулу. Какие данные необходимо для этого знать?

Учащиеся. Количество альдегидных групп. Количество гидроксильных групп. Циклическое это вещество или нет?

Во время фронтальной беседы с ребятами выясняем, что в составе молекулы глюкозы одна альдегидная группа и пять гидроксильных групп.

В проекте у ребят появляется новая запись:

Учитель. Если глюкоза - альдегидоспирт, то она должна давать, очевидно, и другие реакции альдегидов.

Учитель проводит демонстрационный опыт. В раствор глюкозы приливает бесцветный раствор фуксинсернистой кислоты. Красное окрашивание не проявляется.

Для проверки к раствору формалина (альдегид) приливает раствор фуксинсернистой кислоты - появляется красное окрашивание.

Возникает противоречие, требующее более глубокого изучения строения вещества. Как говорил Козьма Прутков: «Отыщи всему начало, и ты многое поймешь».

Учитель. Свойства зависят от строения. Как показали исследования, в растворе глюкозы имеются молекулы не только с открытой цепью атомов, но и циклические. Что же представляют собой циклические молекулы глюкозы? Вы выяснили строение молекулы линейной, а может ли она образовать кольцо?

Ученики высказывают несколько мнений.

* Да, т.к. происходит вращение атома углерода.

* Если разорвется двойная связь, концы могут соединиться в цикл.

* Нет, т.к. двойная связь находится с одной стороны молекулы.

Возникает проблемная ситуация.

Решение проблемы.

Учитель. На столе имеются линейные шаростержневые модели глюкозы. Каждая лаборатория должна построить циклическую форму глюкозы и продемонстрировать ее классу.

Закрепление материала. Образование циклической формы можно представить следующим образом. При сохранении валентных углов альдегидная группа (1-й атом углерода) ближе всего подходит к 5-му углеродному атому. Происходит разрыв -cвязи, и к кислородному атому присоединяется атом водорода гидроксильной группы 5-го С-атома, а потерявший этот атом кислород гидроксигруппы замыкает цикл.

Учитель (показывает рисунок). Циклическая форма отображает не только порядок атомов в молекуле, но и их пространственное расположение. Сравните формулу глюкозы циклической формы с той, которую вы построили ранее. Найдите отличия.

Предположения учащихся.

* Изменилось положение группы ОН у последнего С-атома.

* Нет, у первого атома, где перестраивались атомы.

Учитель. А почему это происходит?

Почти одновременно и все сразу выдвигают одну гипотезу: происходит вращение атома углерода.

Учитель. Попробуйте это сделать на шаростержневых моделях, которые у вас на столе.

Ребята убеждаются, что сделать это невозможно.

Опять возникает противоречие, которые учащиеся объяснить не могут. Но выдвигают гипотезу: пока молекула имеет линейное строение, вращение атомов углерода возможно, а в циклической форме это сделать нельзя.

Учитель. Вращение С-атома возможно только в открытой форме, совместно с альдегидной группой. В результате взаимодействия первого и пятого атомов углерода появляется новая ОН-группа у первого атома, которая может занять два положения: над и под плоскостью цикла. Поэтому возможны две циклические формы глюкозы - -форма (ОН-группы при 1-м и 2-м атомах углерода расположены по одну сторону кольца молекулы) и -форма (группы ОН находятся по разные стороны):

Между -формой и -формой глюкозы существует равновесие, они могут превращаться одна в другую через альдегидную - переходную - форму. Занесите эти данные в свой проект.

II. Изучение свойств глюкозы

Выясняя строение молекулы, ребята определили следующие химические свойства глюкозы:

1) взаимодействует с Сu(ОН)₂, при нагревании образует красный осадок;

2) взаимодействует с Ag₂O в аммиачном растворе с образованием свободного серебра.

Учащиеся вносят уравнения химических реакций в проект.

Учитель. Пользуясь материалами учебника, дополните химические свойства глюкозы как многоатомного спирта.

Каждая группа записывает уравнения химических реакций в тетрадь:

а) взаимодействие с уксусной кислотой с образованием сложного эфира по всем гидроксильным группам;

б) образование шестиатомного спирта под действием восстановителя.

Учитель. Есть у глюкозы другие свойства? Вспомните из жизненных ситуаций или воспользуйтесь учебником.

Предположения учащихся.

* Брожение варенья.

* Спирт образуется при брожении винограда.

* Молоко, если долго стоит, тоже приобретает резкий запах кислого и спиртного.

Учитель. Используя материал учебника, внесите в проект специфические свойства глюкозы: спиртовое брожение, молочно-кислое брожение, взаимодействие с цианистым калием с образованием неядовитого вещества. Запишите уравнения соответствующих химических реакций.

III. Получение глюкозы

Учитель. Можно ли получить глюкозу из известного вам вещества формалина?

Возникает активная дискуссия, высказывается несколько противоположных мнений.

* Нет, т.к. формалин убивает все живое, а глюкоза поддерживает жизнь.

* Можно, но эту глюкозу нельзя будет в пищу употреблять.

* В химии все возможно.

* Можно, т.к. при химической реакции образуется новое вещество с новыми свойствами.

* Нет, у этих веществ свойства совсем разные.

Учитель. Спасибо за гипотезы. Какая из них правильная, вы убедитесь сами.

Когда собираются сохранить (законсервировать) ткань, убив в ней все живое - гнилостные микроорганизмы, грибки, бактерии, - дают такой совет: «Поместите препарат в формалин».

Но великий русский химик А.М.Бутлеров увидел в этом веществе один из источников жизни: в растворах слабых оснований молекулы формалина, соединяясь друг с другом, образуют цепочку углеводов.

6HCOOH = C₆H₁₂O₆ + 3O₂.

Так в 1861 г. Бутлеров доказал, что смерть рождает жизнь. Внесите в проект этот способ получения глюкозы, дополнив материалами учебника.

IV. Значение в жизни человека (применение глюкозы)

Многие применения глюкозы основаны на ее свойствах и не вызывают затруднения у ребят. Работая с учебником, они дополняют свой проект.

Необходимо обратить внимание учащихся на то, что основная биологическая роль глюкозы - энергетическая.

V. Закрепление изученного материала

Заморочки от учителя.

1. Почему глюкозу называют виноградным сахаром?

2. Как можно определить, спелое яблоко или нет, не пробуя его на вкус?

Гипотезы учащихся.

* Зеленое - значит, неспелое, красное - спелое.

* Рыхлое - спелое, твердое - нет.

* Провести химические реакции.

Учитель. Какие реакции нужно провести? Какое на вкус спелое яблоко?

Гипотезы ребят.

* Сладкое, т.к. содержит углеводы - глюкозу.

* Значит, реакцию надо провести на наличие глюкозы.

* Качественную реакцию на глюкозу.

* Нагреть со свежеосажденным гидроксидом меди мякоть яблока, и если будет красный осадок - спелое.

Решение проблемы.

Учитель. Проверим экспериментально, чья гипотеза верна. Возьмите пробирку с протертым яблоком и убедитесь в его спелости.

Ребята, проделав качественную реакцию на глюкозу, убеждаются, что яблоко спелое.

Создание проблемной ситуации. Учитель зачитывает отрывок из книги В.Пикуля «Нечистая сила».

Учитель. Почему цианистый калий не убил Распутина?

Учащиеся высказывают разные гипотезы, возникает оживленная беседа.

* Распутин считался святым.

* Имел крепкое здоровье.

* Был очень могучим человеком.

* Дело не в самом Распутине, а в действии вина, которым он запивал пирожное.

* Может, сказалось действие глюкозы и сахарозы, которые находились в пирожном?

* Яд был просрочен.

* Мало яда положили.

* Глюкоза нейтрализует яд, он теряет свои свойства.

Решение проблемы и выводы.

Учитель. Послушайте мнение ученых и решите, какая гипотеза дает ответ на этот вопрос.

C давних пор, при опасности отравления цианидами, рекомендовали держать за щекой кусочек сахара. Учеными было доказано, что глюкоза взаимодействует с цианидами с образованием нетоксичного соединения циангидрин глюкозы. Возьмите это на вооружение.

Ребята удивляются и запоминают это свойство глюкозы.

Домашнее задание. Закрепить умения писать уравнения химических реакций; красочно оформить проект.

Глава 4. Тестовые задания по теме «Моносахариды»

Углеводы (сахара)*10 класс

ЗАДАНИЕ. Среди предложенных утверждений выберите истинные.

ВАРИАНТ 1

1. Глюкоза - важнейший представитель моносахаридов.

2. Глюкоза по химическому строению является кетоноспиртом.

3. В результате процесса спиртового брожения глюкозы образуются этиловый спирт и кислород.

4. Лимонную кислоту можно получить при лимоннокислом брожении глюкозы.

5. Гомологом глюкозы является фруктоза.

6. В состав нуклеотидов ДНК входят остатки линейных молекул моносахарида рибозы.

7. В молекуле дезоксирибозы на один атом кислорода больше, чем в молекуле рибозы.

8. Массовая доля сахарозы в сахарном тростнике несколько выше, чем в сахарной свекле.

9. При гидролизе сахарозы образуются глюкоза и фруктоза.

10. Сахароза способна восстанавливать металлическое серебро из аммиачного раствора оксида серебра(I).