УРОК
Интегрированный урок
для учащихся 9–11-х классов
Двери, которые открыли звери
Интегрированный урок, который мы
провели в нашей школе, назывался «Двери, которые
открыли звери». Тему подсказала нам одноименная
статья кандидата медицинских наук
М.З. Залесского в журнале «Химия и жизнь»,
№ 10 за 1987 г., в рубрике «Спорт». (Эту статью
читайте в рубрике «В фокусе внимания». – Прим.
ред.). Сама тема урока настраивала учащихся на
творческую работу, на нестандартный взгляд на
привычные явления. Урок готовили и провели
вместе учителя физической культуры, химии,
биологии, физики и ученики 9–11-х классов.
Длительность урока – 2 часа.
Цели урока:
1. Обобщение и систематизация знаний по
темам:
биология – «Опорно-двигательная
система»;
физическая культура – «Техника
низкого старта и бега на короткие дистанции»;
физика – «Энергия, деформация,
мощность, работа и тепловые двигатели»;
химия – «Углеводы».
2. Выявление гуманитарного аспекта в
материале естественно-научных дисциплин;
3. Формирование умения анализировать,
обобщать, выделять главное, применять научные
знания в конкретных жизненных ситуациях.
При подготовке к уроку дети были
разбиты на 4 группы научных консультантов: по
физической культуре, химии, биологии и физике. Им
были розданы задания, итогом выполнения которых
стали наглядные пособия в виде плакатов по
строению молекул глюкозы и фруктозы, уравнения
аэробного и анаэробного гликолиза, выставка
«Углеводы», видеоматериал легкоатлетических
соревнований, фрагменты из фильмов
«Зооолимпиада», «Животные саванны».
Для каждого учащегося были
разработаны рабочие тетради с планом урока и
заданиями по каждому предмету.
Старинная легенда
В древние времена в одной восточной
стране жил-был суровый хан. И было у владыки три
сына. Старший и средний сыновья ратными
подвигами радовали отца, а младший своей
физической немощью приносил ему одни огорчения.
И вот как-то разгневанный хан, дабы младший сын не
компрометировал славный род, повелел сослать его
в один из дальних уголков государства. Сыну
пришлось исполнить волю отца.
Но видно, в слабом юноше таилась крепкая воля: он
решил во что бы то ни стало добиться расположения
отца. Прибыв на место, он приказал построить
высокую башню и установить наклонный трап от
основания до вершины. Затем младший сын купил
новорожденного теленка и стал ежедневно, держа
его на плечах, подниматься на башню по трапу и
спускаться с нее.
Как-то грозный хан проезжал мимо места ссылки
своего младшего сына и увидел странную картину:
какой-то человек нес на плечах по наклонному
трапу огромного быка на крышу высокой башни.
Когда же хан узнал в этом человеке своего сына,
радости его не было границ.
Так регулярные физические упражнения с
систематическим увеличением нагрузки помогли
юноше стать сильным и вернуть расположение отца.
Идет видеопоказ документального
фильма о легкой атлетике.
1-й консультант по физической
культуре рассказывает о международных
соревнованиях по легкой атлетике, об истории
этого вида спорта.
2-й консультант по физической
культуре показывает фрагмент из фильма
«Зооолимпиада».
В середине прошлого века бегать, а, тем
более соревноваться на публике считалось
зазорным. Иное дело конные скачки – они были
очень популярны… (рассказ по статье «Двери,
которые открыли звери).
Фрагмент фильма «Животные саванны».
1-й консультант по биологии. Скорость
бега «братьев» была измерена. И выяснилось, что
афоризм «человек – венец природы» не относится к
быстроте его передвижения: даже медлительные
слоны способны бежать быстрее (40–42 км/ч), не
говоря уже о газелях (96 км/ч) и гепардах
(120 км/ч)…
Это открытие отнюдь не обескуражило, а, напротив,
окрылило человека: коль есть секреты скорости, их
можно открыть (фрагмент фильма: бег слона, газели,
гепарда). Функцию движения в организме человека,
так же как и животных, выполняет
опорно-двигательная система, которая
представлена скелетом, мышцами и связками
(ведущий демонстрирует опорно-двигательную
систему на скелете и плакате «Мышцы человека»).
Двигательная функция скелета обусловлена типом
соединений костей:
а) полуподвижные – в позвоночнике;
б) подвижные или суставы – у конечностей,
последние участвуют в движении в большей
степени.
Сустав представлен, как правило, двумя
костями. Конец одной кости выпуклый, а
второй – вогнутый, суставные поверхности
покрыты слоем стекловидного хряща, который
снижает трение при движении.
Концы сочленяющихся костей заключены в капсулу
– суставную сумку. Суставная сумка состоит из
волокнистой соединительной ткани, в которую
вплетены вспомогательные соединительно-тканные
связки. Связки укрепляют сустав и ограничивают
его подвижность в направлениях, не имеющих
физиологического значения. Полость сустава
заполнена вязкой синовиальной жидкостью,
облегчающей скольжение сочленяющихся концов
костей.
2-й консультант по биологии. Но
кости скелета – всего лишь рычаги, которые
приводятся в движение посредством скелетных
мышц, составляющих активную часть
опорно-двигательного аппарата, прикрепленного к
костям с помощью сухожилий. Сокращение скелетных
мышц способствует крове- и лимфообращению,
оказывает влияние на развитие формы костей. У
человека около 400 мышц, они составляют 40% массы
тела.
Ведущий демонстрирует строение
скелетных мышц с помощью таблицы «Мышцы
человека».
Мышцы состоят из поперечнополосатого
мышечного волокна, обладающего сократимостью и
собранного в пучки соединительной ткани, и
нервных волокон (таблица «Строение ткани
человека»). Когда мышца сокращается, в работу
включается около трети мышечных волокон. Когда
они утомляются, в работу включается вторая треть
волокон, по мере утомления которой подключается
последняя треть. Затем цикл повторяется.
Окончательное утомление наступает тогда, когда
каждая треть не успевает восстановиться к
моменту начала работы.
Мышцы вызывают движение при своем сокращении и
дальнейшем расслаблении. Они работают попарно
или в группе, ритмично сокращаясь и расслабляясь,
образуя баланс сил. Даже при стоянии некоторые
мышцы постоянно находятся в работе, обеспечивая
равновесие тела и противодействуя силе тяжести.
Мышца может действовать на один или два сустава,
выполняя в них различную работу. Например,
четырехглавая мышца бедра сгибает коленный
сустав и разгибает тазобедренный –
полусухожильная и двуглавая мышцы бедра
разгибают тазобедренный сустав. Мышцы,
работающие содружественно в одном суставе,
называют синергистами. Мышцы, выполняющие в
одном суставе противоположные действия, –
антагонисты, например, бицепсы и трицепсы:
бицепсы сгибают локтевой сустав, трицепсы
разгибают его.
3-й консультант по биологии. В ходе
эволюции человек растерял способность к
быстрому передвижению, так как он перешел на
прямо- и стопохождение. В связи с этим его скелет
видоизменился – позвоночник приобрел S-образную
форму, увеличились кости таза, грудная клетка
уменьшилась в спинно-брюшном направлении,
появился свод стопы, изменение скелета привело к
прямо пропорциональному перераспределению
мышечной массы. Такая особенность строения
направлена на преодоление силы тяжести и
поддержки тела в вертикальном положении. Все эти
анатомические особенности снижают возможность
быстрого передвижения человека. Но во время бега
человек для увеличения скорости может
использовать некоторые особенности быстрых
движений животных.
Давайте рассмотрим механизмы, от которых зависит
скорость бега у самых быстрых животных… (рассказ
по статье «Двери, которые открыли звери).
Показ видеозаписи соревнований по
легкой атлетике.
3-й консультант по физической
культуре. Уникальные способности
животных-спринтеров человек использует как
кладовую спортивных успехов. Потребовались
десятки лет поиска, чтобы спортивное общество
пришло к пониманию рациональной техники бега.
Американский спринтер Шерилл, наблюдая в
зоопарке за кенгуру, отметил, что перед прыжком
кенгуру пригибается к земле… (рассказ по статье
«Двери, которые открыли звери).
Работает кодоскоп, на экране –
изображение схемы низкого старта.
4-й консультант по физической
культуре.
Техника низкого старта.
Для быстрого выхода со старта используются
стартовые колодки. Передняя колодка – на
расстоянии 1–1,5 стопы от линии старта, задняя –
на длину голени от передней. Расстояние между
колодками по ширине – 10–18 см.
Команда «На старт!»
Бегун подходит к колодкам, встает
перед ними, опускается на руки впереди стартовой
линии, упирается ногой в заднюю колодку. Другой,
сильнейшей, ногой он упирается в переднюю
колодку, опускается на колено стоящей сзади ноги
и устанавливает кисти вплотную к стартовой черте
на ширине плеч или чуть шире.
Спина чуть округлена, голова держится
прямо, шея не напряжена, взгляд устремлен
вниз-вперед. Вес тела распределен на все точки
опоры.
Команда «Внимание!»
Бегун плавно поднимает таз, разгибая
ноги, и часть тяжести тела передает на руки и
стоящую впереди стопу, чтобы полнее использовать
силу толчка стоящей впереди ноги. Спина прямая
или чуть округлена. Коленный сустав передней
ноги образует прямой угол.
Команда «Марш!»
По сигналу бегун отрывает руки от
земли, делает мгновенные беговые движения руками
и начинает падать вперед. После этого он
мгновенно отталкивается двумя ногами, быстро
выносит ногу, стоявшую сзади; нога, упиравшаяся в
переднюю колодку, резко выпрямляется и
заканчивает работу по выталкиванию тела вперед.
Сила толчка в кг каждой из ног в среднем
превышает собственный вес спортсмена примерно
на 30%. При весе бегуна 65–70 кг сила толчка равна
100–110 кг.
Скорость бега со старта развивается главным
образом за счет удлинения шагов. Туловище при
первых шагах со старта постепенно выпрямляется,
и бегун переходит к бегу по дистанции.
1-й консультант по физике. Подумаем,
в чем же секреты увеличения скорости у
спортсменов с точки зрения науки физики.
Рассмотрим две причины.
Одна из причин увеличения скорости заключается в
возможности перехода потенциальной энергии в
кинетическую энергию (Ер Ек).
Для этого мы на примере человека проследим все
виды деформации:
И когда спортсмен, готовясь к бегу,
принимает низкий старт, он будет использовать
запас потенциальной энергии сжатых мышц бедер и
спины.
Мышцы, сжатые, как пружина, распрямляясь, дают
атлету мощный стартовый импульс благодаря
переходу Ер в Ек.
Формула Ер =  , Ек = 
Ер ––> Ек => 
Следовательно, стартовая скорость
увеличивается по сравнению с высоким стартом.
2-й консультант по физике. Другой
причиной увеличения скорости можно считать
увеличение мощности, развиваемой человеком во
время соревнований и в экстремальных ситуациях.
Предлагаю решить задачи.
Задача № 1
Определите мощность сердца спортсмена
во время соревнования, если при одном ударе оно
совершает работу 16 Дж, а ежеминутно делает 180
ударов. Ответ дать в л.с.
Справка: использовать одну «лошадиную
силу» (1 л.с.) в качестве единицы мощности
предложил в 1783 г. английский инженер Джеймс Уатт.
Иногда ею пользуются и в наше время. 1 л.с. –
средняя работа за 1 сек., которую могла
совершить ломовая лошадь, равномерно работающая
целый день. 1 л.с. = 746 Вт.
Методические рекомендации:
N =  (N
= 48 Вт ~ 0,064 лс)
Задача № 2
В 1936 г. на Олимпийских играх в
Берлине негритянский спортсмен Джесси Оуэнс
установил рекорд: 100 м пробежал за 10,2 сек.,
развивая скорость до 36 км/ч. Этот результат за
полвека был улучшен меньше чем на 0,4 сек., т.е.
на «мгновение ока». Масса спортсмена 60 кг.
Определим мощность, развиваемую спортсменом в
экстремальном случае.
Для человека возможна моментальная
или взрывоподобная отдача внутренней энергии,
особенно в таких видах спорта, как толкание ядра
или прыжки в высоту. С одновременным
отталкиванием обеими ногами некоторые мужчины
развивают в течение 0,1 сек. среднюю мощность
около 5,2 л.с., а женщины – 3,5 л.с.
Методические рекомендации: необходимо
принять, что средняя сила толкания собственного
тела примерно равна силе тяжести.
N = F· (N = 6000 Вт ~ 8,043 л.с.)
В этих примерах мы видим, что
деятельность спортсмена характеризуется
физической величиной – мощностью. Этой же
величиной характеризуется работа и ДВС.
Возникает вопрос (задача № 3). Может
ли живой организм работать, как тепловая машина?
Методические рекомендации: попытаемся
определить температуру мышцы T1, предполагая, что
она работает, как тепловая машина, при t = 25°С с КПД
= 30%.
3Т1 – 298 x 3 = Т1
2Т1 = 3 x 298 x Т1 = 447К x t1
= 174°С
Таким образом, если бы мышца работала,
как тепловая машина, она нагрелась бы в этих
условиях до t = 174°С. Это, разумеется,
нереально, так как белки, как известно,
денатурируют при t = 40–60°C.
Вывод: человек работает только за
счет своей внутренней энергии, а не за счет
притока тепла извне. А внутренняя энергия
создается благодаря химическим процессам,
происходящим в нашем организме. И поэтому мы
уступаем место химикам.
1-й консультант по химии. Всякое
движение рукой, ногой, пальцами – это химическая
энергия нашей пищи, преобразованная в
механическую работу мышцы, в ее сокращение.
Важнейшим внутренним «горючим»
человека являются углеводы, которые попадают к
нам в организм вместе с продуктами питания.
В бескрайнем мире органических
веществ есть соединения, о которых можно сказать,
что они состоят из углерода и воды.
Cn(H2O)m, m и n > 3
Многие углеводы имеют сладкий вкус,
поэтому этот класс веществ еще именуют «сахара».
Давайте познакомимся с наиболее важными
представителями класса углеводов.
(Выставка «Углеводы». Дается
классификация углеводов).
…Из всего вышесказанного можно
сделать вывод, что углеводы обеспечивают нас
всем необходимым для жизни: пищей, одеждой,
кровом.
2-й консультант по химии. По своему
строению глюкоза представляет смешанное
соединение альдегидоспирт, так как содержит две
различные функциональные группы: гидроксил и
карбонил. Наличие этих групп можно определить с
помощью качественных реакций на функциональные
группы, а качественным реагентом может служить
свежеприготовленный гидроксид меди.
Консультант по химии № 3
демонстрирует опыт под названием «Медное
зеркало».
Учащиеся записывают в рабочих
тетрадях уравнения реакций и результаты опытов.
3-й консультант по химии. Фруктоза
по строению относится к кетоноспиртам. Фруктоза
и глюкоза – изомеры.
Эти углеводы могут существовать в
линейной и циклической формах, причем эти формы
могут переходить друг в друга, но выделить их в
индивидуальном виде нельзя – такое явление
называется таутомерией.
Чтобы доказать, может ли глюкоза
служить источником энергии, обратимся к опыту.
3-й консультант демонстрирует опыт
«Горение глюкозы в присутствии катализатора».
Сахар в обычных условиях не горит, он
плавится (можно получить карамель) и
обугливается. Загорается он только в присутствии
карбоната лития, который выступает в роли
катализатора реакции, – сахар горит
синевато-желтым пламенем.
В человеческом организме сахар также
«сгорает», но без пламени и при низкой
температуре, это происходит под действием особых
катализаторов – ферментов. Этот процесс
включает в себя очень сложные промежуточные
стадии (цикл Кребса).
4-й консультант по биологии.
Процесс расщепления глюкозы называют
гликолизом.
В клетках эукариот этот процесс
представлен анаэробным и аэробным гликолизом
(дается подробное описание этих процессов, их
отличия друг от друга).
При сгорании в «пожарном режиме» (при
гипоксии) глюкоза успевает окислиться лишь до
молочной кислоты, которая накапливается в мышцах
в больших количествах: чем ее больше, тем сильнее
наши мышцы «чувствуют усталость». В конце концов,
наступает такой момент, когда мышцы уже не в
состоянии работать. Следовательно, в них много
молочной кислоты, она снижает РН крови (норма РН =
7,4), нарушаются условия работы гормонов. В
организме наступает разлад, выражением которого
и становится быстрая утомляемость – это сигнал
организму, что нужен отдых. «Отдыхая», мышцы
набирают кислород и с его помощью избавляются от
молочной кислоты. Такая кислородная
недостаточность проходит не сразу, вот почему
после бега какое-то время человек продолжает
тяжело дышать: необходимо время, чтобы организм
насытился кислородом. Во время сильных нагрузок
и после соревнований спортсменам дают
углеводную диету.
Завершая краткое знакомство с
сахарами, предлагаю посмотреть опыт «Черная
змея».
Демонстрация опыта.
1. С2Н5ОН + 3О2,
––> 2СО2
+ 3Н2О
2. С12Н22О11 + О2
––> СО2
+ 11Н2О + 11C
3. 2NaHCO3 ––> Na2CO3
+ СО2+ Н2О
«Горит в организме у нас углерод,
Но где же тут пламя и дым?
Тепло и энергию мышцам дает
Тот сахар, что все мы едим!»
Детям, участникам урока и гостям
учителя раздают сувениры урока – шоколад.
Углеводы нам нужны не только для
мышечной деятельности, но и для мозговой. Поэтому
мы предлагаем вам выполнить ряд интересных
заданий в рабочей тетради.
Решение кроссворда (химия и биология)
и составление синквейна со словом «бег». Во время
работы над заданиями звучит музыка «Звуки
природы».
Алла КРОТКОВА, учитель физической
культуры,
Наталья БУТЫЛКИНА, учитель биологии,
Елена РУМЯНЦЕВА, учитель химии,
Нина КИСЕЛЕВА, учитель физики
Москва
|