327
з історії

164
учня

97
для 11 классу

303
відкореговано


Вашій увазі

510
кейсів
Останнє оновлення:
24.02.2017


Кейс-урок «Секрети води»
Кейс-урок «Секрети води»

Розділ: Науки, природа і людина

Рівень (клас): 8-11 

Тема: Природні явища

Мета: Дізнатися, які властивості і особливості роблять воду аномальною речовиною з точки зору фізики і хімії, але абсолютно незамінною з точки зору біології і здоров'я

Яка інформація мене тут чекає?

  • Які властивості і особливості води живого організму?
  • Чому вода вважається аномальною речовиною?
  • Які фундаментальні і практичні знання мені знадобляться?
  • Чи можна писати картини на воді і ліпити з неї скульптури?
  • Чому вода корисна не лише для тіла, але і для психіки людини?
6 розгорток з предметів, явищ та практик:
Вступ

Поки нас не мучить спрага, ми навіть не замислюємося про значення води в нашому житті. Тіло людини значною мірою складається з води, але ми рідко оцінюємо водне середовище як «своє». Чим же відрізняється вода тіла від води в стакані, в дощовій краплі, в річці? Яка вода для нас «правильна»? Чому деякі вчені називають воду аномальним явищем? Спробуємо «докопатися» до суті цих питань.

 

Фізика

Звична вода і у наш час підкидає вченим питання, на які складно знайти відповідь.

Яка вода замерзає швидше: гаряча або холодна?

Очевидна відповідь – холодна – невірна!

Ерасто Мпемба зазначив, що насправді гаряча вода замерзає швидше, ніж холодна, коли дві маси води піддаються дії однакових умов з температурою нижче нуля. І ніхто не знає, чому. Єдине припущення –  що ефект Мпемби з'являється в результаті процесу циркуляції тепла під назвою конвекція. У контейнері тепла вода піднімається вгору, витісняючи холодну і створюючи «утеплений верх». Вчені припускають, що конвекція може якимось чином прискорити процес охолодження, дозволяючи більш теплій воді замерзати швидше, ніж холодній, не зважаючи на те, скільки ртутного стовпчика їй потрібно здолати до точки замерзання.

 

Півтора століття наукових досліджень так і не дали відповідь, чому на льоду можна впасти. Вчені одноголосні в тому, що тонкий шар рідкої води на поверхні твердого льоду стає причиною ковзкості, а рухливість рідини ускладнює рух, навіть якщо лід тонкий. Але немає однозначної відповіді відносного того, чому лід, на відміну від більшості твердих речовин, має такий шар. Дехто вважає, що саме процес ковзання примушує танути його поверхню. Інші вважають, що рідкий шар існує ще до того, як з'являється ковзаючий предмет, і що він утворюється завдяки внутрішньому руху молекул поверхні.
Як кипить вода в космосі? На Землі кипляча вода створює тисячі крихітних бульбашок пари. У космосі ж створюється один гігантський міхур, що коливається. У 1992 р. був проведений експеримент на борту космічного корабля. Після цього фізики вирішили, що спрощений вид кипіння в космосі, очевидно, пов'язаний з відсутністю конвекції і підйомної сили – обидва цих явища утворюються гравітацією. На Землі ці ефекти викликають бурління, яке ми бачимо в чайнику:

Чому деякі предмети здатні утримуватися на поверхні води, хоча вони важчі від неї і повинні б тонути? Причина в силі поверхневого натягу, властивості, яка змушує зовнішній шар маси води (і деяких інших рідин) поводитися, як гнучка оболонка. Поверхневий натяг виникає через те, що молекули води слабо пов'язані одна з одною. Завдяки цьому молекули поверхні зазнають внутрішнє зусилля від молекул під ними. Вода залишиться цілісною, поки сила, що розриває її, не перевищить силу цих слабких зв'язків і не прорве поверхню:

 

Наприклад, на фото вище скріпка для паперу лежить на поверхні води. Хоча метал щільніший води і тому повинен потонути, поверхневий натяг не дозволяє скріпці прорвати поверхню води.

Чому сніг здатний закипіти за лічені секунди? Коли є величезна різниця температур між водою і зовнішнім повітрям, відбувається дивовижний ефект – скажімо, якщо вилити каструлю киплячої води (100°С) в повітря, температура якого -34°С, то кипляча вода миттєво перетвориться на сніг:

Пояснення наступне: надзвичайно холодне повітря дуже щільне, відстань між його молекулами така маленька, що не залишається достатньо місця для перенесення водяної пари. Кипляча вода, з одного боку, дуже активно випускає пару. Коли її кидають в повітря, вона розпадається на крапельки, через що з'являється ще більше простору для поширення пари. Це є проблемою. Випускається більше пари, ніж може утримати повітря, і тому воно розподіляється, закріплюючись на мікроскопічних частках в повітрі, як сода або кальцій, і формує кристали. Саме так і утворюються сніжинки.

Крім усього іншого, вода здатна проявляти «аномальні» властивості, оскільки багато фізичних і хімічних параметрів води випадають із загальних закономірностей для речовин її типу (ряд води):

 

Чиста вода без домішок стала еталоном, точкою відліку для шкал кольоровості, каламутності, прозорості і запаху:

 

Чиста вода позбавлена смаку. Смак надають їй домішки і розчинені речовини.

Вода має ПОТРІЙНУ ТОЧКУ – стан, при якому всі три фази (рідка вода, пара і лід) можуть існувати одночасно. Умови для цього – температура 273,16 К, тиск 610 Па.

Деякі вчені дотримуються теорії кластерів для пояснення аномальних властивостей води: оскільки молекула води полярна, то окремі молекули можуть самоорганізовуватися в кластери (впорядковані структури з декількох молекул однієї і тієї ж речовини). Кластери дають, у свою чергу, псевдокристалічну структуру, що і пояснює аномальні, як для рідини, властивості.

 

На кластерній теорії будується і пояснення феномену пам'яті води. Але ці дослідження «на піку» науки, тому вони є багато в чому дискутивними.

Питання:


Чи зустрічали ви воду в трьох станах одночасно (потрійна точка води)?

Хімія

Яка буває вода? Відповідь «жорстка і м'яка» інколи викликає здивування. Але саме такі звичайні назви води, що містить в собі домішки певного складу.

Жорсткість (твердість) води залежить від вмісту в ній солей лужноземельних металів, головним чином кальцію і магнію. Ви помічали, як іноді руки миєш довго, а вони все одно «як мильні»? А іноді миєш швидко з відчуттям, що вони вже чисті:

 

Вода вступає практично у всі типи хімічних реакцій. Вона може виступати як реагент середовища реакції і навіть як каталізатор. Деякі хімічні реакції можуть протікати лише за наявності «слідів води» – тобто запускатися при дуже малій кількості цієї незвичайної речовини.

Розглянемо послідовно основні типи реакцій, в яких може брати участь вода:

1. Взаємодія з металами. Це досить бурхливий тип реакцій, що проходить з виділенням водню:

 

Приклад взаємодії натрію з водою:

2. Взаємодія з неметалами. Оскільки це – речовини з меншою активністю, то для протікання реакцій необхідне нагрівання. Наприклад, реакція з утворенням чадного газу:

 

3. Взаємодія з оксидами металів і неметалів. Варто зазначити, що це саме реакції з'єднання, а не окислювально-відновні реакції. Наприклад, реакція з утворенням сірчаної кислоти:

 

Ті оксиди, які не реагують з водою, стали основою для водостійких фарб: оксид хрому, оксид цинку.

4. Взаємодія з електричним струмом. При цьому вода розпадається на водень і кисень, відбувається внутрішня окислювально-відновна реакція (процеси окислення і відновлення протікають лише за рахунок іонів водню і кисню самої води):

 

5. Утворення гідратів і кристалогідратів:

 

6. Ще один важливий тип взаємодії – біосинтез з утворенням кисню:

 

Ця реакція є фрагментом процесу фотосинтезу.

Існують і зворотні реакції, коли взаємодіють деякі речовини, і одним з продуктів реакції є вода. Наприклад, взаємодія крейди (карбонат кальцію) і соляної кислоти:

 

У реакції взаємодії гідроксидів лужних металів з сильними кислотами одним з продуктів теж буде вода:

 

Біологія

Скільки в людині води? На це дитяче питання є цілком доросла і наукоємна відповідь: рідкі середовища організму різняться вмістом води, внутріклітинна рідина і міжклітинна теж розрізняються. Які ж ці показники?

 

У дорослої людини з масою 70 кг 60% маси припадає на рідину. Це приблизно 42 л, з яких на внутрішньоклітинну дприпадає 28 л. У всіх живих організмів склад цієї рідини ідентичний. Вона необхідна для здійснення основних життєвих процесів:

• перетворення, зберігання і використання енергії;

• гомеостаз (відносна незалежність внутрішнього середовища від зовнішніх умов);

• реплікація (процес відтворення (синтезу) дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК). При цьому з однієї молекули ДНК в результаті її подвоєння утворюються дві молекули – точні копії вихідної ДНК);

• виконання живими структурами специфічних функцій.

Внутрішньоклітинна рідина складається з води з розчиненими в ній іонами і малими молекулами: солями, цукрами, амінокислотами, жирними кислотами, нуклеотидами, вітамінами і газами.

Позаклітинна рідина представлена міжклітинною рідиною і плазмою. На неї припадає 14 л (для 70 кг ваги людини).

В окремій клітині внутрішньоклітинна рідина представляє собою розчинну частину цитоплазми (цитозоль), її «основну речовину», що заповнює простір між органелами клітини.

Цитозоль є частиною активного середовища для елементів (структур) клітини. У цитозолі відбуваються різноманітні метаболічні реакції – основа всіх функцій клітини, окрім синтезу нуклеїнових кислот, що здійснюється в ядрі. У цитозолі резервуються різні речовини. Для живої клітини характерний активний потік цитозолі, що чітко видно по руху органел. На долю води в цитозолі доводиться майже 90%.

Іонний склад внутрішньоклітинної рідини в середньому сильно відрізняється від складу рідини позаклітинного простору. У першій значно більше іонів калію і магнію і основним аніоном є фосфат. Концентрація глюкози усередині клітин нижча, а білків – вища. Між внутрішньоклітинною рідиною і рідиною позаклітинного простору знаходяться мембрани, складні структури, що здійснюють двосторонній обмін клітин речовинами і енергією (інформацією) з середовищем (рідиною позаклітинного простору). Згідно джерела tryphonov.ru/tryphonov2/terms2/intrac.htm склад рідини наступний:

 

Виходячи з цього, для людини важливо не просто вживати чисту воду, а вживати воду з правильним балансом розчинених речовин, оскільки частина необхідних організму речовин і елементів ми отримуємо саме з водою.

Здоров’я

Дистильована вода – несмачна, точніше, вона практично позбавлена смаку. Чи корисно вживати воду з таким типом очищення? На перший погляд здається, що вірна відповідь – так, корисно. Але це не зовсім так. Людина отримує розчинені речовини з водою, а дистильована вода, навпаки, «вимиває» ці речовини з організму. Тому гігієністи всього світу наполягають на збалансованому складі домішок води, називаючи це фізіологічною або біологічною повноцінністю води. Часто такі вимоги знаходяться в основі державних і міжнародних норм якості питної води.

Люди давно звернули увагу на те, що багато хвороб пов'язано з недостатністю надходження і вмісту в організмі певних макро- і мікроелементів. На відміну від вітамінів, які можуть синтезуватися в організмі, макро- і мікроелементи поступають лише ззовні. Для забезпечення фізіологічної потреби організму макро- і мікроелементами доза їх надходження з 2,5 л води на добу повинна складати таку пропорцію:

 

Приклад нормативу для фізіологічної повноцінності води:

 

Питання:


Яка вода вам більше подобається: вода кип'ячена, бутильована, джерельна чи з криниці? Як ви вважаєте, яка вода безпечніша? А корисніша для організму? Наведіть декілька аргументів.

Філософія / Релакс

У кожної людини є свої секрети розслаблення. Озброївшись найдієвішими способами релакса, можна отримати максимум користі і задоволення.

Дуже часто для того, щоб розслабитися, психологи рекомендують увімкнути уяву і уявити шум моря або водоспад:

І дзюрчання води під спів пташок:

Споглядання водної гладі, вивчення водних відблисків, переливів кольору в хвилях також доброчинно впливають на нашу психіку, як і звук спокійно води, що протікає:

 

Мабуть, у цьому секрет популярності акваріумів і фонтанів. Фонтан або акваріум можуть бути невеликою прикрасою будинку. А можуть перетворитися на шоу, що збирає тисячі захоплених туристів.

Поєднання світла, кольору, музики і звуку струменів здатне і розслабити, і надихнути людину.

Наприклад, шоу фонтанів в Дубаї:

Тому варто вчитися використовувати красу навколишнього світу, красу води для розслаблення і пошуку гармонії.

Мистецтво

Вода – не лише основа для фарб або об'єкт для зображення. Вона здатна як надихати художника, фотографа, скульптора, так і сама стати інструментом або полотном.

Вода замість полотна – це основа сучасного напряму живопису Ебру. Спочатку цей різновид мистецтва був просто різновидом обробки паперу, що отримав назву «Турецьке мармурування». Поступово він набув популярності, оформився в самостійний жанр і навіть дав поштовх до розвитку досить видовищних шоу Ебру. Ось приклади живопису у техніці Ебру:

 

А ось так створюються подібні твори:

Вода замість мармуру і різця скульптора.

Наприклад, скульптор Маркус Ругельс створює крихкі і незвичайні водні скульптури:

 

 

Вода – модель для фотографа.

Фотограф Джек Лонг став автором серії фотографій «Ріка». Він використовував воду річки, поблизу якої мешкає:

 

Також, використовуючи декілька камер, він створив серію 3D-знімків води «Галерея». Йому вдалося зловити гру кольорових струменів невеликих фонтанчиків, рух води, і зафіксувати їх в статичних фотографіях. Ось ці «водні скульптури», уловити і утримати які допоміг талант фотографа:

 

Питання:


А вам зустрічалися які-небудь з цих видів мистецтва?

Акселеративні та інтерактивні методи
  1.       «Мистецтво Ебру» (Кейс-урок «Секрети води»)

Суть гри: Можна проводити як командну гру, так і як індивідуальне завдання. Для гри знадобиться рідина (негустий крохмальний розчин з домішкою канцелярського клею), розведені водою акрилові фарби, лотки з невисокими бортами, папір, серветки, палички та пензлики).

Далі на поверхню рідини діти наносять краплинки, щоб зробити візерунок, фон або якісь окремі елементи. Рідина, краплинки, їх трансформація і фантазія дітей надихнуть на малюнок.

Після цього листочок паперу, який підходить за розміром до лотка, накладають на поверхню, залишають на декілька хвилин. Коли краєчки листка починають загинатися, його можна обережно підняти і покласти до повного висихання на горизонтальну чисту поверхню.

МЕТА:  Активізувати дітей, їх фантазію, творчий потенціал, мобілізувати, «увімкнути» гарний настрій та позитивне мислення.

 

Підведення підсумків кейс-уроку:

Назва

Зміст

1

Результати кейс-уроку можна доповнити такими знахідками учнів:

 

2

Які 3 сайти допомогли знайти важливу інформацію?

http://edufuture.biz/

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B8%D0%B3%D0%B8%D0%B5%D0%BD%D0%B0 http://www.vodainfo.com/ru/about_water/types_water/hardsoft_water.html

 

3

На допомогу учню і коучу:

http://edufuture.biz/

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B4%D1%8F%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BC%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B8%D1%86%D0%B0

http://vodamama.com/

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B8%D0%B3%D0%B8%D0%B5%D0%BD%D0%B0 http://www.vodainfo.com/ru/about_water/types_water/hardsoft_water.html

 

4

Де знаходити інформацію для кейсу:

http://edufuture.biz/

http://meduniver.com/Medical/Physiology/684.html

http://www.tryphonov.ru/tryphonov2/terms2/intrac.htm

http://biolicey2vrn.ru/index/obmen_neorganicheskikh_veshhestv/0-392

http://www.argo-shop.com.ua/article-10025.html

 

5

Локація проведення кейс-уроку:

Кейс-урок проходить у класі.

Можливе проведення в музеї, бібліотеці.

6

Змагання:

Команди хлопчиків і дівчаток.

Рахунок склав:….

Завдання для них:

1. Яка з команд назве більше речовин – домішок внутрішньоклітинної і позаклітинної рідини.

2. Напишіть реакції за всіма запропонованими в розділі «Хімія» типами.

Яка з команд впорається із завданням швидше і правильніше, та і є переможцем.

7

Домашнє завдання:

 Сформулювати по п'ять питань до матеріалу кейсу (індивідуальне завдання).

8

Тривалість:

 

90 хвилин (спарений урок)

 

9

Можливість схеми заняття з учнем-дублером: 

Можливо.

10

Отримані знання і напрацьовані компетенції:

Знання про особливості розподілу прісної води в гідросфері.

Знання про історію розвитку води як глобального ресурсу і сучасну проблематику в цій області.

Сучасна і перспективна водна архітектура.

Отримані практичні навики розрахунків руху по воді з врахуванням течій.

Здобуття конкретних знань з географії, історії, економіки та інших розділів (наведені в розгортках).

11

Теги:

 Прісна вода, озера, річки, підземні води, болота, льодовики, водозабезпеченість, швидкість течії, водозабір, водоочистка, водопровід, свердловина, водяне колесо, колодязь.

12

Автори:

 Грабовська Лариса Леонідівна

13

Брали участь в апгрейді кейсу:

 

 

 

The End

«Знання завжди повинні бути свіжими!»

Цікаві факти

Протягом життя у людини виділяється така кількість слини, що нею можна заповнити два басейни середнього розміру.

Знайшли помилку? Виділіть текст та натисніть Ctrl + Enter, ми будемо Вам дуже вдячні!

Знайшли помилку? Виділіть текст та натисніть Ctrl + Enter, ми будемо Вам дуже вдячні!