Схема дыхания растений
У растений, растущих в условиях повышенной инсоляции, между эпидермой и хлоренхимой может располагаться один или два слоя прозрачных клеток гиподерма , обеспечивающих рассеивание света. Схема, показывающая связь процессов, происходящих в теле живого существа. Следовательно, в акте дыхания имеются две различные фазы: анаэробная, осуществляющаяся за счет кислорода воды, и аэробная — за счет кислорода воздуха. Ночью, в темноте, растения только дышат, но не фотосинтезируют.
На этом этапе исследовательской деятельности Палладин применил оригинальную методику исследований. Тем самым Палладину удалось сорвать завесу таинственности с процесса дыхания, который трактовался виталистами как специфический жизненный акт, как одно из важных проявлений пресловутой «жизненной силы». Продолжая изучение ферментов специфических для реакций окисления, Палладин задумался над обстоятельством, тогда еще не обратившим на себя внимание западно-европейских физиологов: окислительная способность известных к тому времени ферментов оксидаз и пироксидаз была совершенно недостаточной для реакций прямого окисления их основного субстрата — углеводов.
Следовательно, помимо оксидаз в клетках растений должны содержаться какие-то другие вещества, являющиеся посредниками в передаче кислорода основному дыхательному материалу. Палладин обратил внимание на так называемые хромогены клеточной плазмы, которые он считал дыхательными пигментами. Дыхательные пигменты, по мысли Палладина, подобно гемоглобину крови, являются переносчиками кислорода, воспринимая его при содействии ферментов оксидаз и перенося далее к дыхательному материалу.
Основы своей теории дыхательных пигментов Палладин изложил в получившей широкую известность на Западе статье с сенсационным названием «Кровь растений».
Однако последующие исследования, проведенные ученым в последние годы жизни, заставили его пересмотреть всю теорию дыхательного процесса. Для объяснения новых фактов и наблюдений Палладину пришлось свою теорию «поставить на голову».
Хромогены оказались факторами не окислительных, а, наоборот, восстановительных процессов. Публично признать неправильность своих недавних утверждений мог только человек, ставивший научную истину, выше самолюбия.
Палладин нашел в себе мужество разрушить здание научной теории, построение которой отняло у него свыше 10 лет жизни. Схема процессов дыхания и брожения у растений Вот что рассказывает об этом великом переломном моменте в развитии учения о дыхании растений ближайший ученик Палладина профессор С.
Ожидаемого эффекта не получилось, но при производстве опытов бросилось в глаза неожиданное явление, что в период активного брожения черная и бурая окраски от добавочных соков быстро светлели, особенно в анаэробных условиях, то есть хромогены вели себя совершенно аналогично метиленовой синьке. Иначе говоря, хромогены являются отнюдь не переносчиками кислорода, подобно гемоглобину, как полагал раньше Палладин, а переносчиками водорода. Они активизируют не кислород воздуха при помощи оксидаз, а водород дыхательного субстрата при помощи редуктаз.
Дыхательный материал окисляется в первой стадии не в силу того, что он воспринимает доходящий до него активизированный кислород, а в силу того, что от него отщепляется активизируемый при помощи редуктаз и дыхательных хромогенов водород. Дыхательные хромогены должны быть переименованы в водородные акцепторы.
Все эти столь привычные для нас теперь представления в тот момент впервые получили свое зарождение. Я хорошо помню, с каким волнением присматривался Палладин к каждому новому моему опыту, ожидая его результатов. Длительные с ним беседы, во время которых зарождались новые понятия, естественно расширяли и мои горизонты и заполняли душу тем научным энтузиазмом, которым всегда горел Палладин. Доклад об этой работе в научном обществе он предложил сделать мне самому, указывая, что такое выступление весьма полезно для начинающего научного работника, поскольку подготовка к докладу побудит меня еще глубже продумать всю проблему и активизирует дальнейшую работу… Я помню период, когда Палладин, в отступление от своей обычной нормы, стал несколько реже появляться в лаборатории.
При встречах в беседах он, особенно сосредоточенный и нервновозбужденный в это время, несколько раз упоминал при мне, что он дома, в спокойной обстановке, занят обдумыванием новой теории дыхания.
Вскоре она была окончательно оформлена и предложена на суд и внимание товарищей по науке. Это и была та знаменитая теория дыхания, кратко формулированная в виде двух уравнений, которая произвела полный переворот в обычном понимании дыхательного процесса и теперь вошла в основные руководства по физиологии растений… …Все ее содержание в концентрированной форме запечатлено в следующих двух уравнениях: I.
Основным уравнением, выражающим собой принципиальную сущность дыхательного процесса, является первое. В этой первой фазе дыхательный материал глюкоза уже полностью распадается до своих простейших элементов — СО 2 и водорода, но водород не выделяется в свободном состоянии, а захватывается при помощи редуктаз дегидраз водородными акцепторами, без которых распад глюкозы вообще не может иметь места.
Процесс идет чисто анаэробно. Кислород к этому основному акту дыхания не имеет никакого отношения. Весь СО 2 — анаэробного происхождения, и уносимый с нею кислород заимствуется не из внешней атмосферы, а изнутри системы. Дыхание для своего осуществления не нуждается ни в кислороде, ни в оксидазах.
Основными ферментами в этой фазе дыхания являются дегидразы.
Кислород воздуха вмешивается в акт дыхания лишь во второй фазе, но, принципиально рассуждая, играет здесь второстепенную роль. Он должен восстановить активность водородных акцепторов, освободив их от захваченного водорода. Кислород окисляет не углерод дыхательного субстрата, а уже отщепленный от него водород, перенесенный на акцепторы. Сам кислород выступает лишь в роли последнего заключительного водородного акцептора… …Эта принципиально новая точка зрения на процесс дыхания, выраженная Палладиным в столь ясно отчетливой форме, не была еще при нем достаточно широко обоснована экспериментальными данными и явилась в значительной мере плодом научной интуиции автора, хотя в ней вместе с тем мы должны видеть как бы подведение итогов многолетней работы Палладина над процессом дыхания… Весь этот эпизод с нашей работой я рассказал подробно для того, чтобы исторически, как непосредственный участник этой работы, отметить, что принципиальная перестройка основных воззрений Палладина на роль дыхательных хромогенов произошла у него совершенно независимо от работ Виланда.
Даже другие чисто химические работы Виланда, в которых показана возможность окисления в отсутствии кислорода, при наличии водородных акцепторов, таких веществ, как СО и SO, стали известны уже после выполнения нашей работы, а переход Виланда к изучению биологических проблем произошел и по времени позднее».
Одновременно с Палладиным проблемой дыхания занимались в целом ряде крупнейших научно-исследовательских институтов и лабораторий Западной Европы. Наибольшую популярность приобрели две новые школы — Виланда и Варбурга. Виланд развивал взгляды на роль дегидраз и водородных акцепторов, вполне аналогичные взглядам Палладина. Расхождение их теорий заключалось в том, что Виланд категорически отрицал какую бы то ни было роль оксидаз как специфических активаторов кислорода, считая молекулярный кислород способным самостоятельно отнимать водород от водородного акцептора.
По мнению же Палладина, водородные акцепторы не могут самопроизвольно освобождаться от водорода, но требуют для этого участия оксидаз, которые поэтому являются обязательным фактором в реакции, выраженной во втором уравнении Палладина.
А еще, как и человеку, растениям нужен воздух. Воздухом человек дышит, и растениям воздух нужен тоже для дыхания. Значит, растения дышат как человек? Сможем ли мы с вами выявить, как дышат растения и что будет происходить с ними, если в воздухе будет недостаточно кислорода? В совместной поисковой работе учащиеся находят ответ на вопрос : «Что такое воздух? Они обсуждают составные компоненты диаграммы «Состав воздуха» слайд. Повторение правил техники безопасности с участниками предстоящей опытно-экспериментальной деятельности.
Предполагаемый результат : у учащихся 3 класса будет проявляться готовность к проверке ранее выдвинутого предположения на практико-ориентированном уровне по исследуемой проблеме. Для начала 1 учащийся дышит в стакан , на его стенках появились мокрые капельки. Это воздух. А дышит ли растение? Далее берем пакет и заворачиваем в него цветок в горшке, чтобы воздух не поступал к нему.
Через несколько дней мы сняли пакет и увидели, что растение хорошо выглядит , но листочки и стебель стали влажными. Оказалось также, что в пакете скопились капельки воды, как и в стакане, когда учащийся в него дышал. У растения есть еще корни. Может растение дышит еще и корнями? Чтобы узнать это, мы провели еще один опыт.
Для наблюдения понадобится : 2 одинаковых комнатных растения , стека, вода. Итак, за одним растением мы хорошо ухаживала — поливали, рыхлили землю, а другое растение поливали , но землю не рыхлили. Через несколько дней растение без рыхления стало грустным, вялым, листочки потускнели, земля в горшке стала твердой, а растение с рыхлением выглядело красивым и сильным.
Растение дышит корнями , поэтому почва в цветочных горшках должна быть рыхлой, так как через нее воздух поступает к корням растения. Для наблюдения необходимо : спички, металлическая проволока, растение в стеклянной банке с крышкой. Для проверки наших двух предположений : «Каким газом дышит растение?
Просмотр видео для подготовки учащимися 3 класса ответов на поставленные вопросы. Кислород поддерживает горение свеча на начальном этапе опыта в емкости продолжала гореть, что подтверждает наличие кислорода. На следующем этапе опыта при опускании свечи в емкость она перестала гореть, что подтверждает наличие углекислого газа. Предполагаемый результат : учащиеся 3 класса на основе просмотра опыта видео выявили, что растения дышат кислородом ; а выделяется углекислый газ.
Они установили свойства кислорода и углекислого газа, что подтверждает наличие междисциплинарной связи биологии с химией : процесса дыхания растений со свойствами кислорода как одного из химических элементов. На основе наблюдения, проведения и анализа опытов учащиеся провели проверку ранее выдвинутых предположений 1 для дыхания растений необходим кислород ; 2 для дыхания растения необходим углекислый газ.
Такой подход к реализации цели и решению задач проекта дал им возможность определить, что кислород является основой дыхания растений , обеспечивает их рост и развитие. На основе результатов наблюдения, анализа проведенных и проанализированных опытов, зафиксированных в сводной таблице, учащиеся 3 класса разработали логическую схему «Кислород — основа роста и развития растений ». Предполагаемый результат : разработка проектного продукта Кислород — основа роста и развития растений.
Комнатные растения , стакан, пакет, стека, вода, спички, металлическая проволока, растение в стеклянной банке с крышкой. Применение полученных знаний и практических умений при разработке данного вида продукта проектной деятельности может осуществляться на уроках окружающего мира. Для дальнейшего развития проекта возможно исследование нового аспекта данной проблемы : выявление особенностей образования органических веществ и кислорода в растениях. Использование разработанной логической схемы по исследуемой проблеме для ее представления на конкурсе проектов на внутришкольном и региональном этапах.
Корсунская, В. Грозы связаны с развитием кучево-дождевых облаков, со скоплением в них большого количества электричества. Они обязательно сопровождается раскатами грома и порывами ветра. Учащимся 4 класса важно иметь конкретное представление о грозах и молниях, что предполагает расширение их теоретических знаний по данной проблеме и формирование практических умений на основе проведения наблюдения, опытов.
В ходе мозгового штурма учащиеся 4 класса выявили два предположения : 1 Гроза — бурное ненастье с дождем, громом и молниями; 2 Многократные электрические разряды, происходящие в облаках или между облаками и землей, называются молниями. Выявление учащимися 4 класса , чем опасны молнии на теоретическом и практико-ориентированном уровнях.
Разработать логическую схему «Почему молнии опасны для человека?
Если выявить на теоретическом уровне что такое гроза, гром и молния, то это даст возможность на практическом уровне определить уровень опасности для человека. В каждый момент времени в разных точках Земли сверкают молнии более гроз. В каждую секунду около 50 молний ударяются в поверхность земли, и в среднем каждый ее квадратный километр молния поражает шесть раз за год.
Еще Франклин показал, что молнии, бьющие по земле из грозовых облаков - это электрические разряды, переносящие на нее отрицательный заряд величиной несколько десятков кулон, а амплитуда тока при ударе молнии составляет от 20 до кА. Молнии издавна интересуют ученых, но и в наше время об их природе мы знаем лишь немного больше, чем лет тому назад, хотя смогли их обнаружить даже на других планетах : Венере, Юпитере, Сатурне, Уране.
Многие до сих пор не знают, как образуются молнии. У учащимися возникли вопросы : «Что такое молния? В совместной поисковой работе учащиеся находят ответ на вопрос : «Что такое гроза и чем она опасна? Предполагаемый результат : будет сформирована мотивация учащихся 4 класса к расширению имеющихся знаний о грозе, громе и молниях, а также потребность на практическом уровне проверить выявленные особенности данного процесса.
Предполагаемый результат : у учащихся 4 класса будет проявляться готовность к проверке ранее выдвинутого предположения на практико-ориентированном уровне по исследуемой проблеме. Цель : создание грома и молнии в домашних условиях с помощью специального оборудования, выявление особенностей появления молнии и причины специфического запаха. Оборудование : пластиковая ученическая линейка или расческа, сухая тряпочка из шерсти, металлические ножницы.
Интенсивно потрите линейку шерстяной тряпочкой. Если вы взяли расческу, то нужно несколько раз причесать ей чистые сухие волосы. Возьмите ножницы и приблизьте их железными концами к линейке расческе. Вы услышите легкое потрескивание и увидите лиловые светящиеся «вспышки молний». Если проделать этот опыт несколько раз подряд, то в воздухе появится характерный свежий запах озона, как после грозы.
Мы получили статическое электричество, которое представляет собой отрицательно и положительно заряженные частицы электроны в атомах.
Между заряженными атомами происходит обмен электронами. Иногда это происходит столь интенсивно, что проскакивают искры и раздается характерный треск. В момент электрических разрядов к молекулам кислорода О2 присоединяется дополнительный атом, и они становятся молекулами озона О3. Отсюда и характерный запах свежести, как после грозы. Описывается возможность «потрогать» молнию без вреда для здоровья в обыденных условиях с помощью специальных устройств.
Катушка Теста — это устройство, предназначенное для создания очень высоких напряжений. При включении аппарата появляется миниатюрная молния, похожая на настоящую. Если к аппарату поднести лампочку, она загорится. Если быстро поднести руку и также резко отодвинуть — устройство издаст звук, который похож на раскаты молнии.
С помощью железной цепи или железной перчатки можно управлять молнией и двигать ей в любом направлении. Для того, чтобы лучше можно было разглядеть молнию — проводить данный эксперимент необходимо в темноте.
Учащиеся 4 класса увидят образование молнии, на опыте убеждаются, что молния — это электрический разряд. На основе результатов наблюдения, анализа проведенных и проанализированных опытов, зафиксированных в сводной таблице.
Предполагаемый результат : разработка проектного продукта памятка «Правила поведения при грозе». Поэтому молния чаще ударяет в высокие предметы, а из двух предметов одинаковой высоты — в тот, который является лучшим проводником. Особенность этого вида проектного продукта проявляется в следующем : описание правил поведения в разных местах в автомобиле, в доме, а также на улице; в памятке представлен алгоритм действий при попадании в опасную ситуацию.
Москва, Как необходимо правильно питаться?
Человек недостаточно знает о разнообразии питательных веществ, строении и работе пищеварительной системы; о том, какая еда является вредной, а какая полезной.
В настоящее время все чаще публикуются данные об ухудшении здоровья подрастающего поколения. Частота заболеваний органов пищеварения за последние годы возросла с до 12 на детского населения. Эту динамику можно увидеть на диаграмме в процентном соотношении.
В связи с этим повышается степень значимости знаний о правильном построении питания как взрослыми, так и самими детьми. Учащимся 3 класса необходимо постоянно расширять свои знания о том, какая еда является вредной, и как она влияет на работу организма.
Описать, как влияет вредная еда на наш организм, чем она вредна и к каким последствиям это приводит.
Если узнать, что с пищей человек получает необходимые организму питательные вещества, и научиться определять, в каких продуктах не содержатся вредные вещества, то можно узнать, как правильно питаться и как избегать употребление вредной пищи. Теоретические методы : изучение необходимой литературы и других дополнительных источников информации. DOI: Копировать для цитаты.
Преодоление натурального в культурном — сквозная линия психического развития человека. Делая предметом своего анализа переход от спонтанных житейских понятий к не спонтанным, научным, т.
Выготский заостряет внимание на механизме изменений в мыслительных пр оцессах в ходе онтогенеза, с одной стороны, и на возможностях образовательного процесса как определяющего ход развития — с другой [2]. Переход от житейских понятий к научным продолжает сегодня оставаться не до конца исследованной и актуальной проблемой [6; 10; 16; 18].
Это связано как с задачами изучения развития мышления и понимания, так и с не уменьшающимися педагогическими трудностями формирования научных понятий и поиском эффективных образовательных технологий. Целью этого исследования является описание пути становления одного из ядерных биологических понятий.
Мы хотим проследить трансформацию житейского понимания в ходе обучения, выявить помехи в становлении нау чного понятия, понять, как и в какой степени преодолевается житейский взгляд, т. Описывая процесс формирования понятия, мы будем соотносить свои наблюдения с идеями Л. Выготского и его последователей. Понятие дыхания является ключевым в обучении основам биологии, поскольку связывает процессы получения и затрат энергии организмом, может быть основой рассмотрения многочисленных проявлений живых существ, средством осмысленного чтения текстов.
Согласно определению биологического словаря, дыхание — « Здесь зафиксирована многоэтапность и скрыта сущность дыхания как преобразования энергии за невнятными для большинства школьников и взрослых словами «использование его в окислительно-восстановительных процессах».
Житейское значение слова «дыхание» — размытое и носит на себе следы влияния научного понятия. В словарях приведены такие толкования: это и название воздуха, который выходит при выдохе, и ряд чередующихся движений вдоха и выдоха, и втягивание и выпускание воздуха легкими, а также поглощение кислорода и выделение углекислого газа живыми организмами. Эти определения не только разнообразны, но иногда ошибочны. Например, легкие не могут «втягивать» воздух, поскольку не снабжены мышечной тканью, обеспечивающей движение.
Слова «дыхание», «дышать» известны всем с детства, однако, как пишет Л. Выготский, «… когда ребенок впервые усвоил новое слово, связанное с определенным значением, развитие значения слова не закончилось, а только началось» [2, с.
По некоторым данным, важные изменения в представлениях о теле происходят в младшем школьном возрасте. Процессы питания, дыхания мыслятся дошкольником на уровне внешних проявлений. У младшего школьника эти представления спонтанно изменяются в сторону механистичных объяснений. Формируется «контейнерная» теория тела — каждому «веществу» в теле необходимо вместилище: например, воздуху — легкие [10].
Однако представление о легких не может возникнуть без рассматривания рисунков внутреннего строения тела человека, без называния взрослыми этой части тела. Другими словами, на возникновение «контейнерных» представлений влияет содержание детских энциклопедий или учебников, которые любят рассматривать уже дошкольники.
В начальной школе слово «дыхание» продолжает употребляться в житейском смысле. Иногда учитель или учебник сообщают ученикам о кислороде и углекислом газе. Но эти знания для учеников формальны.
Вероятно, если бы обучение в начальной школе строилось как учебные диалоги с использованием символических метафор [18], это способствовало бы развитию житейских понятий о дыхании и создавало основу для введения теоретического понятия дыхания в основной школе.
Но в реальности современного обучения настойчивость учителя начальной школы часто приводит к формированию заблуждений: «человек вдыхает кислород а не воздух », «растения дышат наоборот — вдыхают углекислый газ, а выдыхают кислород». Задача учителей основной школы становится гораздо труднее, чем была бы, если: а в бытовом языке отсутствовало слово «дыхание»; б перед начальной школой не стояла задача говорить о питании и дыхании растений.
Леонтьев писал, что «… для того, чтобы в суждении ребенка возникло… понятие, необходимо построить у него соответствующую этому высшему обобщению систему психологических операций», которая определяется « Исследовательская и проектная работа Д. Эльконина, В. Давыдова и их сотрудников доказала эффективность организации учебной деятельности для развития основ теоретического мышления школьников [5; 7].
Но несмотря на это, путь изучения дыхания в традиционной основной школе не изменился со времен Выготского: в качестве главного момента в их развитии развитии понятий. В традиционном обучении научное понятие дыхания вводится в курсе ботаники. В одном из наиболее распространенных сегодня учебников для 6-го класса дыхание определяется как «… сложный процесс, протекающий в клетках живого организма.
В ходе этого процесса происходит распад органических веществ на углекислый газ и воду. При этом выделяется энергия, которая используется растением для процессов жизнедеятельности» [15, с. Далее так же, как описывает Выготский, «… эти знания сопоставляются с другим знанием, даются различные формулировки этого знания… [4, с.
Дыхание сравнивается с «пройденным» процессом фотосинтеза, который рассматривается как ему противоположный. Такое обучение принципиально не может привести к формированию научного понятия, поскольку: 1 у учеников нет к этому моменту НИКАКОГО представления о химических реакциях тем более об окислительно-восстановительных ; 2 фотосинтез значительно сложнее дыхания даже в самом первом приближении.
Логика изучения этих понятий должна быть обратной. Трудности усвоения ключевых биологических понятий фиксируются вo многих исследованиях не только в нашей стране, но и за рубежом [26; 27; 28; 29; 30]. Отмечается, что учебные проблемы связаны с трудностями переструктурирования знаний, определяющимися контекстом, деятельностью, ситуациями, в которых эти понятия были присвоены [6; 28 и др.
Показано, что понятия, связанные с функционированием и развитием дыхание, ген, митоз и пр. На наш взгляд, понятия функциональные — это теоретические понятия, исходной клеточкой которых является недоступное прямому наблюдению исходное отношение. Поэтому предлагаемые пути решения проблемы, такие как большая визуализация материала, имитационные игры, включение практических заданий, не могут значительно повысить эффективность их усвоения.
Исходной точкой нашего исследования стала разработка пути введения ключевых биологических понятий в основной школе как теоретических и сравнение эффективности этого пути с традиционным обучением [9; 21; 22; 23]. В традиционном обучении понятие дыхания не усваивается: на первом и втором уровне по методике SAM [13] задачи не решил ни один ученик из 55 человек контрольной группы. Эти данные позволяют нам не рассматривать традиционное обучение как источник развития научного понятия дыхания и сосредоточиться на описании становления этого понятия в курсе «Новая биология», разработанном в соответствии с теорией учебной деятельности Д.
Для целей нашего исследования также важно, что в подобных курсах процесс усвоения научных понятий становится наблюдаемым, предполагая моделирование и дискуссионные формы взаимодействия. В курсе «Новая биология» понятие дыхания строится как одно из центральных понятий. Можно рассмотреть предметную линию формирования этого понятия, то выходящую на передний план, то уходящую в тень, переплетающуюся с линиями развития других понятий. Подробно это описано в других источниках [22; 23], здесь мы лишь выделим основные этапы и ключевые повороты в обучении.
На первом этапе ученикам открывается смысл процесса дыхания как единственного процесса в теле живого существа, в ходе которого из органических веществ высвобождается энергия, которая потом затрачивается на другие процессы. Большинство экспериментов по изучению жизненных процессов проводится на себе, используются виртуальные опыты, т. Рубцов [17].
Этот период продолжается три месяца. Ученики не раз переформулируют определение дыхания, уточняя его. При этом они как бы не замечают, что их понимание изменилось — реальное употребление слова и то, как «обобщение выступает для сознания», не совпадают1.
Видимо, чтобы этот конфликт обнажился, нужен особый поворот событий, который становится содержанием второго этапа. Результатом первого этапа является построение опор для этого радикального понятийного изменения. Моделирование: связывание функций и обнаружение места дыхания в этой связке.
Переломной точкой становится создание классом схемы, фиксирующей связность процессов рис. Существенная черта схемы — помещение процесса дыхания внутрь тела живого существа, взятого предельно абстрактно. Именно этот шаг заставляет учеников увидеть необходимость проведения кислорода и органических веществ пищи внутрь, через заданную пока абстрактно границу тела, «туда, где происходит дыхание».
В процессе создания схемы у школьников впервые появляется возможность различить процессы дыхания и газообмена. Научный термин «дыхание» означает либо процесс окисления органических веществ узкий смысл , либо объединяет все этапы дыхания, в том числе переход кислорода и углекислого газа во внутреннюю среду и обратно, а также процесс перемещения воздуха по дыхательным путям.
Однако в научном языке для обозначения перехода газов через границу тела есть отдельный термин «газообмен». Этот термин и предлагает учитель, когда дети самостоятельно формулируют определение, описывая серые стрелки на схеме.
Учитель помогает детям в поиске слов и схематической формы, акцентируя определенным образом их действия. Так для учеников впервые возникает противоречие между исходным и новым значениями слова «дыхание».
