Инфоурок Другое КонспектыМастер-класс STEAM-занятия "Транспорт воды в растениях"

Мастер-класс STEAM-занятия "Транспорт воды в растениях"

Скачать материал

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«ГИМНАЗИЯ Г. ДЗЕРЖИНСКА»

 

 

 

 

 

 

 

 

РАЗРАБОТКА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ МАСТЕР-КЛАССА

 

STEAM-подход в преподавании биологии

на примере темы «Транспорт воды и минеральных веществ в растении».

 

 

 

 

 

Автор: учитель биологии высшей квалификационной категории

Слинка Светлана Владимировна

 

222720 Минская обл.,

г. Дзержинск,

ул. 1-ая Ленинская,

тел: (8-01716) 5-60-98

 

 

 

 

 

 

 

 

2022


Слайд 1.

 

STEAM подход меняет наш взгляд на обучение и образование,  и это не случайно. Постепенно образование в рамках отдельных предметов в форме передачи информации теряет актуальность, так как сегодня любой учащийся может зайти в интернет и найти необходимые или недостающие сведения о предмете изучения. А вот умение воспользоваться информацией и применить ее на практике должно вырабатываться уже в школе.

STEAM – это универсальный практико-ориентированный подход, который позволяет ученикам справляться с задачами любой сложности, однако STEAM подход – это не только метод обучения, но и способ мышления. В образовательной среде STEAM дети получают знания и сразу же учатся их использовать. Поэтому, когда они вырастают и сталкиваются с жизненными проблемами в реальном мире, будь то загрязнение окружающей среды или глобальные изменения климата, они понимают, что решить такие сложные вопросы можно только опираясь на знания из разных областей и работая всем вместе. Полагаться на знания только по одному предмету здесь недостаточно.

При STEAM-обучении дети применяют знания из различных областей: математики и других точных наук, инженерии, дизайна, используют цифровые устройства и технологии.  То есть, обучаясь, работают не только мозгами, но и руками. Эти навыки и знания и составляют основную учебную задачу, т.е. то, к чему стремится вся система образования.

Впервые этот подход в образовании был разработан в Америке, как логичный результат объединения теории и практики. Некоторые школы обратили внимание на успешную карьеру своих выпускников, и решили скомбинировать такие предметы, как естественные науки, технология, инженерное искусство и математика, так и формировалась система STEM. (Science, Technique, Engineering and Math). Позже было добавлено искусство (Art). Дети, получив знания, стремятся применить их в деле, что поможет им стать высококлассными специалистами в будущем.

Мир меняется, и образование не должно стоять на месте. Каждый день появляются новые виды работ, технологий, профессий, именно поэтому современные педагоги должны задуматься, отвечают ли знания и навыки, которым они учат, запросам времени. Знание может помочь придумать свою собственную идею, но только  реальная работа поможет воплотить  эту идею в реальность. STEAM-подход учит комбинировать приобретенные знания с реальными навыками.

Сегодня мне бы хотелось поделиться с вами возможностями применения STEAM-подхода на уроках биологии. Предлагаю вашему вниманию STEAM-подход к раскрытию темы «Транспорт воды и минеральных веществ в растении». Эту тему можно рассматривать как на упрощенном уровне в 7 классе, так и на углубленном уровне в старших классах.


 

Слайд 2.   Транспорт воды и минеральных веществ в растении

 

Все мы знаем, что растение поглощает воду и растворенные в ней минеральные вещества  корнями,  а затем испаряет воду листьями. Что же еще необходимо знать о транспорте воды в  растении?

 

Если задаться вопросом: «Почему так происходит? Каким образом вода поднимается на высоту до 100 м в высоких секвойях? Можно ли эти знания проверить на практике и использовать в повседневной жизни?» – то может получиться STEAM- подход к решению задачи.

 

 

Слайд 3. (Раздаются задания для групповой работы)

Набираются команды из участников мастер-класса

1 – физики

2 – биологи

3 – технологи

4 – математики

Каждой команде раздаются  листочки с информацией для изучения и задания, требующие практического решения.

 

Задания для групп

Информация для изучения

Задания для физиков теоретиков:

1.     Какое значение имеет когезия молекул воды в создании ее поверхностного натяжения?

2.     Что такое диффузия веществ? Какие вещества могут легко проникать через полупроницаемые барьеры,  а какие нет?

3.     Каким образом создается осмотическое давление?

Приложение 1.

Задания для физиков практиков:

1.     Какой опыт может продемонстрировать наличие поверхностного натяжения воды?

2.     Какой опыт может показать наличие адгезии молекул воды к стенкам капилляров?

Задания для биологов теоретиков:

1.     В какой зоне корня происходит поглощение воды?

2.     Каким образом происходит поглощение воды корнем?

3.     По каким элементам растения вода с растворенными в ней минеральными веществами движется вверх по растению?

4.     Как происходит испарение воды?

Приложение 2.

Задания для биологов практиков

1.     Какой опыт можно провести, чтобы доказать наличие осмотических явлений?

2.     Какой опыт следует провести, чтобы доказать, что вода поглощается корнями растения?

3.     Какой опыт следует провести, чтобы доказать, что вода испаряется растением?

Задания для технологов-теоретиков

1.     Как называются вещества, хорошо впитывающие влагу?

2.     Как называются вещества, плохо впитывающие влагу? 

3.     В каком случае могут возникать капиллярные явления?

Приложение 3.

Задания  для технологов-практиков

1.     Какие опыты можно провести, чтобы определить отношение целлюлозы к воде?

 Какие опыты, могут доказать зависимость капиллярных явлений от плотности целлюлозы?

Задания для математиков

Срезанные букеты цветов  можно дольше сохранить, если обновить срезы стеблей и поставить букет в слабоподсоленую или подслащенную воду. Растения могут впитывать воду с растворенными веществами, если концентрация веществ раствора меньше, чем концентрация веществ в клетках. Рассчитайте сколько грамм соли/сахара можно добавить в воду для пол-литровой вазы, чтобы дольше сохранить букет роз, зная, что концентрация клеточного сока не превышает 0,5%.

 

 

Слайд 4.

Беседа с залом «Современные материалы, созданные по природным принципам»

(пока команды готовятся к ответам)

 

Изучая природу и природные явления, человек многое перенимает в практику своей жизни. Об этом существует целая наука, которая называется бионика.

Просьба  к участникам мастер-класса угадать, что изображено на рисунках слайда (капля на поверхности листа, застежка липучка).

Думаю, многим хорошо известно,  что многие человеческие изобретения имеют аналоги в живой природе, например, застежки «молния» и «липучки» были сделаны на основе строения пера птицы, а эффект лотоса, когда капли воды попадая на листья растения лотоса скатываются не смачивая их поверхность применяется в современных тканях текстильной промышленности.

Задача наших команд сейчас разобраться с явлениями перемещения воды. А мы в свою очередь  можем подумать, как эти знания применяют на практике.

Представьте себе одежду, легкую, поглощающую и пропускающую влагу, но в то же время не накапливающую ее в себе, а испаряющая наружу. Такая одежда не намокнет от пота,  в ней будет легко заниматься спортом, она не намокнет от внешних капель воды. Вы скажете фантастика, но это не совсем так. Современные технологии позволяют изготавливать одежду с эффектом лотоса, который создается за счет обработки микроворсинками поверхностей ткани, а также есть супервпитывающие ткани, с ними встречаются многие домохозяйки, использующие тряпочки из микрофибры. Думаю не за горами день, когда у кого-нибудь получится объединить эти возможности, и помогут в этом знания о взаимодействии веществ с водой.

Какие еще современные материалы, созданы на основе новых технологических подходов?

Аэрогель – самый легкий материал,  композиционные материалы на основе нанотрубок – самые прочные материалы, ведутся разработки материалов «невидимок».  Предпосылкой для их создания становятся командные работы ученых самых разных направлений и специальностей, в сотворчестве рождается новое. Поэтому STEAM подход в средней школе поощряет детей к проведению экспериментов, конструированию моделей, самостоятельному созданию музыки и фильмов, воплощению своих идей в реальности и созданию конечного продукта. Этот учебный подход позволяет детям эффективно совместить теорию и практические навыки и облегчает поступление и дальнейшую учебу в ВУЗах.

 

Проверяем готовность команд к беседе.

 

Перед сообщениями команд предлагаем демонстрацию опыта. Обращаем внимание аудитории, что в банку с водой насыпаем белый порошок весом  15- 20 г.

Результат опыта будем просить объяснить после ответов команд.

Содержание опыта: в банку с водой  насыпаем гидрогель. Гидрогель - это сшитый гидрофильный полимер, который не растворяется в воде. Он обладает высокой абсорбирующей способностью, но при этом сохраняет четко очерченную структуру. Напитывая влагу, гидрогель расширяется в зависимости от объема поглощенной воды, 1 г гидрогеля способен связать до 200 мл воды. Таким образом, после беседы мы будем наблюдать банку, наполненную гелеобразной субстанцией.

Задание командам будет заключаться в необходимости интерпретировать свойства вещества, насыпанного в  банку.

 

Выслушивает ответы команд.

 

Слайд 5. Рассмотрите рисунок, объясните наблюдаемое явление.

Перемещение воды из верхнего стакана происходит под действием капиллярных явлений и силы тяжести.

Слайд 6. (Рисунок гидрогеля)

Проводим демонстрацию опыта с гидрогелем, просим указать свойства вещества. (Гидрофильное вещество, впитывающее и удерживающее влагу).

 

 

Давайте выясним, как полученные знания можно применить на практике, для этого я предлагаю вам предложить способ или создать конструкцию, которая могла бы обеспечить ваши комнатные растения водой в ваше отсутствие в течение 1-2 недель.

Предложите свои варианты.

 

Слайд 7. (Демонстрация картин,  сделанных в технике «холодного» батика)

 

STEAM- подход включает в себя не только Науку (Science), Технологию (Technique), Инженеринг (Engineering) и Математику (Math), но и  искусство (Art). Каким же образом можно применять знания о капиллярных явлениях гиброфобных и гидрофильных поверхностях в искусстве?

 

Предлагаем нарисовать картину восковой свечой, а затем нанести краску. В картине прокрасятся те части листа, на которых не был нанесен рисунок. Комментируем, что существует множество техник рисования с учетом гидрофобных и гидрофильных особенностей поверхностей и веществ, например:  «горячий» и «холодный» батик, энкаустика, граттаж.

 

А теперь внимание – Черный ящик – в ящике находится природный объект, который во время Великой Отечественной войны, когда не хватало перевязочных средств, спас жизнь многим раненым за счет его суперадсорбционных способностей. Что это?

(Мох сфагнум)

 

Закончить свое выступление хочется словами Махатма Ганди «Грамм собственного опыта стоит дороже тонны чужих наставлений». Помните, что каждый - гениален. Но если вы будете судить рыбу по её способности лазать по деревьям, она проживет всю жизнь с верой в свою глупость. Альберт Эйнштейн.

 

В заключение благодарим  за внимание.

Слайд 1.  STEAM- образование

 

https://orlenok-jasnzori.ru/local/templates/color_back/images/map3016.png

Теория и практика картинки, стоковые фото Теория и практика | Depositphotos

 

Слайд 2. Транспорт воды в растении

Transpiration Plants | Zappys Technology Solutions | Flickr

Слайд 3. Задания для команд

Теория плюс Практика | Oleksii Kharchenko

КОМАНДЫ:

 

ФИЗИКОВ ТЕОРЕТИКОВ

 

ФИЗИКОВ ПРАКТИКОВ

 

БИОЛОГОВ ТЕОРЕТИКОВ

 

БИОЛОГОВ ПРАКТИКОВ

 

ТЕХНОЛОГОВ-ТЕОРЕТИКОВ

 

ТЕХНОЛОГОВ-ПРАКТИКОВ

 

МАТЕМАТИКОВ

 

Слайд 4.

Беседа с залом «Современные материалы, созданные по природным принципам»

?Material Matters: Hook And Loop Fasteners (Velcro) - Sb-roscoff

?Эффект лотоса • Анастасия Шешукова • Научная картинка дня на «Элементах» •  Биология, Физика

 

Слайд 5.  Рассмотрите рисунок, объясните наблюдаемое явление.

Капиллярный насос. Веселый физический опыт дома

 

 

Слайд 6. Рисунок гидрогеля

Биомастер Гидрогель 5грГидрогель — что за зверь?

 

 

 


 

Слайд 7. Картины сделанных в технике «холодного» батика

Техника рисования: батикТехника горячего и холодного батикаБатик. Свободная роспись. шарфы шелковые, платки шелковые интернет магазин,  шарф шелковый купить, купить шелковый платок, ше… | Художники, Роспись по  шёлку, КартиныБатик горячий: техника выполнения (этапы). Холодный и горячий батик

 

 

 

 

 


 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

 

Информация для физиков

 

Когезия — связь между одинаковыми молекулами (атомами, ионами) внутри тела в пределах одной фазы. Когезия — это действие или свойство взаимного притяжения одинаковых молекул. Это внутреннее свойство вещества обусловленное формой или структурой его молекул, вызывающее изменение в распределении электронов молекул при их сближении, создавая электрическое притяжение, способное образовывать микроскопические структуры, например капли воды. Основой когезии могут являться силы межмолекулярного взаимодействия, включая водородную связь, и/или силы химической связи. Они определяют совокупность физических и физико-химических свойств вещества: агрегатное состояние, летучесть, растворимость, механические свойства и т. д. Интенсивность межмолекулярного и межатомного взаимодействия, а, следовательно, и сил когезии резко убывает с расстоянием. Наиболее сильна когезия в твёрдых телах и жидкостях, то есть в конденсированных средах, где расстояния между молекулами (атомами, ионами) малы, порядка нескольких ангстрем.

Диффузия — процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму. В некоторых ситуациях одно из веществ уже имеет выравненную концентрацию и говорят о диффузии одного вещества в другом. При этом перенос вещества происходит из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией (по градиенту концентрации).

Осмос — самопроизвольный перенос (диффузия) растворителя через полупроницаемую мембрану, не пропускающую растворённое вещество, и разделяющую два раствора одного и того же вещества с различными концентрациями, либо чистый растворитель и раствор. Осмос приближает систему к равновесию в результате выравнивания концентраций по обе стороны перегородки — растворитель диффундирует в направлении от разбавленного раствора или чистого растворителя к более концентрированному раствору.

 

Выданные предметы для демонстрации опытов:

 

Тонкие стеклянные трубочки,

Бумажные салфетки,

Стакан с водой,

Краситель пищевой,

Вощеная бумага

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

 

Информация для биологов

 

Поглощение воды растением из почвенного раствора происходит через корневые волоски, расположенные в зоне всасывания корня. Общая поверхность корневых волосков может значительно превосходить поверхность надземной системы.

Корневая система растений способна активно передвигать воду корневыми клетками в определенном направлении — через корневые волоски, клетки коровой паренхимы корня, эндодерму, перицикл и паренхиму осевого цилиндра в сосуды корня (рис. 1).

 

https://agromage.com/artpict/art1245_2.jpg
Рис. 1. Путь воды от корневого волоска (1) к сосудам корня (12) через клетки паренхимы коры (2-6), эндодерму (7), перицикл (8) и паренхиму осевого цилиндра (9-11).

 

В корне существует градиент водного потенциала — от более высокого в клетках, образующих корневые волоски, к более низкому в клетках, примыкающих к ксилеме. Этот градиент поддерживается двумя способами:

1) вода движется за счет адгезивных свойств стенок  сосудов верх по ксилеме,

2) за счет того, что осмотический потенциал ксилемного сока более низкий (более отрицательный) по сравнению с осмотическим потенциалом разбавленного почвенного раствора.

Вода движется через корень по апопласту (клеточным стенкам и межклетника), симпласту (цитоплазматические мостики между клетками) и через вакуоли. По мере того как вода поднимается вверх по корневой ксилеме, ее замещает вода из окружающих паренхимных клеток. В результате водный потенциал этой клетки снижается и в нее устремляется вода из соседней клетки благодаря осмосу или просто по симпласту. Водный потенциал почвенного раствора выше, чем в клетках эпидермиса и в корневых волосках. Следовательно, вода проникает в корень извне путем осмоса.

Апопластный транспорт в корне происходит по клеточным стенкам, достигает клеток эндодермы, покрытых водонепроницаемым веществом суберином, но остаются так называемые «пропускные» клетки, у которых не происходит дополнительного утолщения стенки и через которые свободно проходят вода и растворенные вещества. В результате вода с растворенными в ней веществами  должна сначала проникнуть через плазмалемму этой клетки в ее цитоплазму, а потом выйти «с другой стороны». Таким способом клетки эндодермы контролируют и регулируют движение растворов по пути к ксилеме.

Корневое давление играет важную роль в поднятии воды по растению весной до распускания листьев, а также в ночные часы, когда ликвидируется водный дефицит, создающийся в течение дня.

Корневое давление называют нижним концевым двигателем водного тока. Очень важно иметь в виду, что его деятельность осуществляется с затратой энергии дыхания корней и связана с фотосинтезом, поставляющим углеводы в качестве дыхательных субстратов, и транспирацией (верхний двигатель водного тока).

В основе транспирации лежит физиологический процесс испарения, происходящий в результате контактов наземных органов растения с не насыщенной водой атмосферой.

Присасывающая сила транспирации является верхним концевым двигателем водного тока, обеспечивающим транспорт воды и растворенных в ней минеральных и органических веществ. Верхний двигатель является более мощным, чем корневое давление, и использует даровую для растения энергию — энергию Солнца. Этим он выгодно отличается от корневого давления, использующего энергию дыхания растений. Концевые двигатели взаимосвязаны и обеспечивают непрерывный восходящий ток воды по сосудам ксилемы к испаряющим поверхностям клеток листа.

 

Какой опыт можно провести, чтобы доказать наличие осмотических явлений?

Выданные предметы для демонстрации опыта осмотических явлений:

 

Картофель сырой, нарезанный пластинками одинаковой длины,

Соль,

3 стакана с водой

Чашка Петри,

Чайная ложечка,

Бумажные салфетки

 

 


 

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Информация для технологов

 

Существуют гидрофобные и гидрофильные поверхности.

Гидрофильность и гидрофобность, понятия, характеризующие сродство веществ или образованных ими тел к воде: это сродство обусловлено силами межмолекулярного взаимодействия. Слова «гидрофильный» и «гидрофобный» могут относиться в равной степени к веществу, к поверхности тела и к тонкому слою на границе раздела фаз (тел). Гидрофильность и гидрофобность − характеристика молекулярного взаимодействия веществ с водой.

Общей мерой гидрофильности служит энергия связи молекул воды с поверхностью тела; её можно определить по теплоте смачивания, если вещество данного тела нерастворимо. Гидрофобность следует рассматривать как малую степень гидрофильности, т.к.  между молекулами воды и любого тела всегда будут действовать в большей или меньшей степени межмолекулярные силы притяжения. Гидрофильность и гидрофобность можно оценить по растеканию капли воды на гладкой поверхности тела. На гидрофильной поверхности капля растекается полностью, а на гидрофобной — частично, причём величина угла между поверхностями капли и смачиваемого тела зависит от того, насколько данное тело гидрофобно. Гидрофильны все тела, в которых интенсивность молекулярных (атомных, ионных) взаимодействий достаточно велика. Особенно резко выражена гидрофильность минералов с ионными кристаллическими решётками (например, карбонатов, силикатов, сульфатов, глин и др.), а также силикатных стекол. Гидрофобны металлы, лишённые окисных плёнок, органические соединения с преобладанием углеводородных групп в молекуле (например, парафины, жиры, воски, некоторые пластмассы), графит, сера и др. вещества со слабым межмолекулярным взаимодействием.

Гидрофильность и гидрофобность применимы не только к телам или их поверхностям, но и к единичным молекулам или отдельным частям молекул. Так, в молекулах поверхностно-активных веществ различают гидрофильные (полярные) и гидрофобные (углеводородные) группы. Гидрофильность поверхности тела может резко измениться в результате адсорбции таких веществ.

Повышение гидрофильности называют гидрофилизацией, а понижение — гидрофобизацией. В текстильной технологии гидрофилизация тканей (волокон) необходима для успешного крашения, беления, стирки и т.д., а гидрофобизация — для придания тканям водостойкости и непромокаемости.

 

Выданные предметы для демонстрации опытов:

Полоски бумаги: фильтровальной, тетрадного листа, газетного листа, офисной бумаги, вощеной упаковочной  бумаги,  пищевой краситель, стеклянная палочка, стакан с водой.

Просмотрено: 0%
Просмотрено: 0%
Скачать материал
Скачать материал
Скачать материал

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

5 936 764 материала в базе

Скачать материал

Другие материалы

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

  • Скачать материал
    • 22.01.2022 248
    • DOCX 1020.2 кбайт
    • Рейтинг: 5 из 5
    • Оцените материал:
  • Настоящий материал опубликован пользователем Слинка Светлана Владимировна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

    Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

    Удалить материал
  • Автор материала

    Слинка Светлана Владимировна
    Слинка Светлана Владимировна
    • На сайте: 3 года и 8 месяцев
    • Подписчики: 0
    • Всего просмотров: 24290
    • Всего материалов: 13

Ваша скидка на курсы

40%
Скидка для нового слушателя. Войдите на сайт, чтобы применить скидку к любому курсу
Курсы со скидкой