Интегрированный урок (биология + физика) "Газообмен в легких и тканях. Диффузия в газах и жидкостях"

“Dum spiro, spero”
“Пока дышу, надеюсь”
Овидий

Оборудования и материалы:

Прибор для сравнения содержания углекислого газа во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе.

Слайды для просмотра на фильмопроекторе “Дыхание в горах”, “Дыхание над водой”.Презентация.

Фильмопроектор, кодопроектор, кодотранспаранты “Газообмен в легких и тканях”, “Перенос газов кровью”, ”Дыхание в горах и над водой”.

Дидактические карточки для актуализации опорных знаний, закрепления и первичного контроля.

Базовые понятия и термины:

альвеолы газообмен диффузия парциальное давление кессоновая болезнь

гемоглобин оксигемоглобин карбогемоглобин гипоксия тканевое дыхание

ХОД УРОКА

I. Организационный момент:

Здравствуйте. Поприветствуйте присутствующих и друг друга!

На прошлом уроке мы изучили тему “Значение дыхания, Органы дыхательной системы”.

II. Актуализация опорных знаний и мотивация учебной деятельности.

С целью актуализации опорных знаний проводим проверку изученного материала.

1. Индивидуальная работа по карточкам.

• Аргументируйте высказывание Гиппократа “Воздух-это пастбище жизни”.
• Как происходит голосообразование? Продемонстрируйте образование звуков

Слайд 1

2. Письменная работа по вариантам. Самопроверка по ключу (работа над ошибками).

Приложение 1

Слайд 2

3. Обсуждение устных ответов.

Слайд 3

III. Изучение нового материала

Дыхание – свойство и признак всех живых организмов в природе, а воздух – это “пастбище жизни”, поэтому нам сегодня предстоит решить проблему, высказанную римским поэтом Овидием “Пока дышу, надеюсь”.

Тема урока “Строение легких. Газообмен в легких и тканях. Диффузия в жидкостях и газах.”

Так как все процессы в живых организмах подчинены физическим законам, урок интегрированный. Биология – физика.

Слайд 4, 5

Цель урока:

Что бы вы хотели узнать, исходя из данной темы урока? (Целеполагание определяют учащиеся. Конкретизация целей и задач.)

Учитель биологии: Дыхательная система состоит из воздухоносных путей и легких. С целью изучения особенностей строения и функций легких проведем самостоятельную с учебником.

Самостоятельная работа с учебником по вариантам. Прочитайте в учебнике статью о строении легких п.24, стр. 103, 104, выделите:

Слайд 6

I в. – “Y” - знакомую информацию.

II в. – “t” - новую информацию

III в. – “?” - хочу спросить

Слайд 7

После выполнения идет обсуждение

Учитель биологии: Человек дышит атмосферным воздухом, а точнее смесью газов. Проанализируйте данные таблицы, сравните, сделайте вывод о составе вдыхаемого и выдыхаемого воздуха.

Изменение состава вдыхаемого и выдыхаемого воздуха

Слайд 8

Вывод: в выдыхаемом воздухе увеличивается количество углекислого газа на 4% и водяных паров. Используется 5% кислорода.

Подтвердить результаты сравнения сможем, выполнив лабораторную работу (стр.105)

Лабораторная работа.
Состав вдыхаемого и выдыхаемого воздуха

Слайд 9

Цель: исследовать состав выдыхаемого воздуха.

Оборудование: прибор для сравнения содержания углекислого газа во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе, известковая вода.

Вывод: известковая вода под действием углекислого газа выдыхаемого воздуха мутнеет и образуется осадок.

Слайд 10

Таким образом, в выдыхаемом воздухе увеличивается количество углекислого газа.

Учитель биологии: У человека дыхание осуществляется благодаря последовательности процессов:

Сегодня мы рассмотрим легочное и тканевое дыхание.

Мы убедились, что количество кислорода уменьшается, а углекислого газа увеличивается, кислород из воздуха, находящегося в альвеолах, переходит в кровь, а углекислота покидает кровь и переходит в альвеолярный воздух.

Почему это происходит? Как это происходит?

Чтобы объяснить этот процесс, мы должны обратиться к физике, потому что переход газов из окружающей среды в жидкость и из жидкости в воздух подчиняется физическим законам.

Учитель физики: Парциальное давление. Газообмен в легких и тканях.

Приложение 2

Хорошо известно, что воздух представляет собой смесь газов, в которую входят азот, кислород, углекислый газ, аргон и другие инертные газы. Вся эта воздушная масса давит на нас с силой 760 мм рт.ст. В этой смеси каждый газ имеет свое независимое давление. Такое давление называют парциальным (от латинского “парц” - часть и обозначается символом Р). Парциальное давление каждого газа воздуха легко подсчитать. Например, кислород составляет на любой высоте 20,9% воздуха, а его парциальное давление на уровне моря при барометрическом давлении 760 мм рт.ст. будет равно: Р (О₂) = (760 х 20,9): 100 = 159 мм рт.ст.; аналогичным образом рассчитывается давление других газов:

P(N₂) = 600,8 мм рт.ст. Р(СО₂) = 0,2 мм рт.ст.

На пленке изображена схема, демонстрирующая каскады дыхательных газов в соответствии с их парциальным давлением. Ключевыми моментами для дыхания в этом каскаде несомненно является переход газов из легких в кровь и из крови в ткани.

Стенки легочных альвеол человека состоят из однослойного плоского эпителия, покрытого слизью. Это позволяет газам легко диффундировать согласно закону диффузии. Направление и скорость этого процесса определяется парциальным давлением газа, или его напряжением.

В протекающей к капиллярам легких венозной крови напряжение кислорода составляет 40, а углекислого газа – 47 мм рт.ст.

Согласно законам физики, если над жидкостью находится смесь газов или две жидкости разделены проницаемой для газов мембраной, то газы будут диффундировать от места большего давления к месту меньшего до тех пор, пока не установится динамическое равновесие. Поскольку парциальное давление кислорода в альвеолах больше, чем в венозной крови, то кислород диффундирует из альвеолы в капилляры. Напротив, напряжение углекислого газа больше в венозной крови, чем в альвеолярном воздухе, поэтому углекислый газ диффундирует в альвеолы. Условия для газообмена в легких настолько благоприятны, что данный процесс протекает за 1 с.

Какие особенности строения капилляр и альвеол обеспечивают интенсивность газообмена?

Потребность человека в кислороде равна 350 мл/мин; при физической работе она доходит до 5000 мл/мин. Ее можно полностью удовлетворить, если учесть, что разности в парциальном давлении в 1мм рт.ст. достаточно, чтобы в кровь перешло 250 мл кислорода, а разность между парциальным давлением в воздухе и его напряжением в крови составляет 70 мм рт.ст. Это удовлетворяет максимальные потребности организма.

Учитель биологии: Фронтальная беседа

Слайд 11

Приложение 3

Второй этап дыхания человека – перенос газа кровью. В состоянии покоя за 1 минуту мы в среднем потребляем 250 мл кислорода и выделяем 200 мл углекислого газа. Газы, входящие в состав воздуха, очень слабо растворяются в жидкостях. Однако в крови имеется удивительное вещество – гемоглобин, которое способно химически связывать кислород и углекислый газ, а также поддерживать постоянную реакцию крови.

Кровь, поступив через легочную артерию в легкие, растекается в капиллярах по площади альвеол тонким слоем, обеспечивает газообмен. Кислород, переходя из альвеольного воздуха в кровь, вступает в непрочное соединение с гемоглобином – оксигемоглобин. В виде оксигемоглобина кислород от легких кровью переносится к тканям.

Перенос кислорода полностью осуществляется с помощью иона железа, содержащегося в гемоглобине. Одна такая молекула присоединяет четыре молекулы кислорода. При этом гемоглобин превращается в оксигемоглобин, а кровь из вишневой венозной становится алой артериальной. Эта реакция обратима. Перенос кислорода плазмой незначителен и большого значения в дыхании не имеет (в 100 мл артериальной крови растворено 3 мл свободного кислорода и 19 мл связано гемоглобином).

Перенос углекислого газа также связан с гемоглобином. Примерно около 10% газа соединяется с белком и образует непрочное химическое соединение карбогемоглобин. Остальная часть соединяется с водой и превращается в угольную кислоту. Далее кислота реагирует с ионами натрия и калия в плазме крови.

Учитель физики: Газообмен в тканях протекает по тем же физическим законам. Ткани поглощают О₂ и отдают СО₂. газы переходят из области большего напряжения в область меньшего напряжения, Р(О₂) в тканях составляет 20 – 40 мм рт.ст, а СО₂ – 60 мм рт.ст. На интенсивность газообмена влияют длина капилляров, разница напряжений, химический состав крови, скорость кровотока и т.д. Чем интенсивнее обмен в какой-либо ткани, органе или системе органов, тем больше требуется кислорода.

Умение обобщать, делать выводы

Вопрос классу.

Сделайте вывод о причинах диффузии газов в организме человека.

Вывод. Движение газов осуществляется за счет разности между парциальным давлением газов в альвеолах и давлением напряжения в крови. Движение газов идет из области высокого давления в область низкого давления. Кислорода много в альвеолах и мало в капиллярах, углекислого газа мало в альвеолах и много в капиллярах.

Учитель физики: Обязательным условием нормального дыхания является определенная концентрация кислорода в воздухе и уровень атмосферного давления. Эти показатели меняются, если человек поднимается в горы или опускается под воду.

Учащиеся выполняли опережающее задание, готовили сообщения.

Сообщение 1. Особенности дыхания в горах.

Приложение 4

Слайд 12

Приложение 5

Сообщение 2. Особенности дыхания под водой.

Приложение 6

IV. Закрепление изученного материала.

Работа в группах

1. У здорового жителя высокогорья обнаружено повышенное содержание эритроцитов в крови. Можете ли вы объяснить причину и предположить, на како примерно высоте живет данный человек.
2. Чемпионы по нырянию погружаются на глубину до 100 м без акваланга и возвращаются на поверхность за 4–5 минут. Почему у них не возникает кессонная болезнь?
3. Для глубоководных погружений водолазам составляют газовые смеси, которыми они дышат. В этой смеси азот заменяется гелием. Объясните с чем связана такая замена?

Исправьте ошибки в тексте. Работа в парах.

Приложение 7

V. Первичный контроль знаний.

И так, ребята, вы узнали, что дыхание у человека осуществляется по физическим и химическим законам. Это доказывает единство органического мира, единство происхождения жизни на Земле.

Указанные процессы сгруппируйте как происходящие:

Слайд 13

Приложение 8

Взаимопроверка по ключу.

Слайд 14

VI. Домашнее задание.

§ 24. Творческое задание по выбору:

1. Составить синквейн “газообмен”.
2. Подготовить сообщение “Первый вдох новорожденного”.
3. Изготовить модель грудной клетки.

Слайд 15

Источники информации

1. Биология. 9-й класс Сборник Рефератов. Часть 2. – М.: Изд-во Эксмо, 2003. – 544 с.
2. Драгомилов А.Г., Маш Р.Д. Биология: Человек: Учебник для учащихся 8-й класса общеобразовательных учреждений. – 2-е изд., переработ. – М.: Вентана-Граф, 2004. – 272 с.
3. Пепеляева О.В., Сунцова И.В. Поурочные разработки к учебным комплектам “Биология. Человек, 8–9-й класс, Д.В. Колесова, Р.Д. Маша, И.Н. Беляева; А.С. Батуева и др.; А. Г. Драгомилова, Р.Д. Маша. – М.: ВАКО, 2005. – 416 с.
4. Слайд – альбом “Человек и его здоровье” /Авторы-составители – В.С. Рохлов, В.И. Сивоглазов – 2-е изд., стереотип. – М.: Центр Планетариум, 2003. – (Серия слайд-альбомов “Мир биологии”).