Методика эксперимента по эволюции химического понятия

Автор: Рахимова Алина Айратовна

Организация: МБОУ «Многопрофильная полилингвальная гимназия №180»

Населенный пункт: Республика Татарстан, г. Казань

Методика эксперимента по эволюции химического понятия, разработанная Рахимовой Алиной Айратовной, учителем химии МБОУ «Многопрофильная полилингвальная гимназия №180»

Химическое понятие: белки

Класс: 10

Профиль: естественно-научный

УМК: Химия. 10 класс. Углубленный уровень. Учебник - Еремин В.В., Кузьменко Н.Е., Теренин В.И., Дроздов А.А., Лунин В.В. (2019 год)

Тема урока: Белки

Тип урока: урок открытия нового знания; интегрированный урок химия и биология

Название эксперимента: цветные (качественные) реакции на белки

Цель эксперимента: ознакомиться с цветными и именными качественными реакциями на белки, специфическими реакциями на АМК

Образовательная задача: способствовать формированию знаний обучающихся о белках как представителях органических веществ: их аминокислотном составе, свойствах, качественных реакциях на белки, явлении денатурации, овладеть навыками проведения цветных и именных качественных реакций на белки, специфических реакций на АМК; сделать выводы по проделанной работе.

Элементы педагогических технологий: технология обучения в сотрудничестве, технология развития критического мышления, технология интегрированного обучения.

Метод активного обучения: поисковая лабораторная работа

Время, отведенное на выполнение эксперимента: 20 минут

Этап, на котором будет организовано выполнение эксперимента: этап первичного закрепления с проговариванием во внешней речи

Форма работы: групповая, индивидуальная, фронтальная

Реактивы и оборудование: инструкция по выполнению опытов; набор пробирок стеклянных химических; пипетки; стаканы стеклянные лабораторные с носиком на 100 и 250 мл; воронки стеклянные; свежее яйцо; сульфат меди (1%-ный) CuSO₄, 10% и 30% растворы едкого натра NaOH, концентрированный раствор азотной кислоты HNO₃.

Литература для учителя: 1. Профессиональное саморазвитие учителя химии. Воспитательный потенциал курса химии. ФГОС (автор Заграничная Н.А.) 2. Экспериментальная химия в системе проблемно-развивающего обучения. 8-11 классы. ФГОС (автор Киселева Е.В.)

Литература для учеников: Химия. 10 класс. Углубленный уровень. Учебник - Еремин В.В., Кузьменко Н.Е., Теренин В.И., Дроздов А.А., Лунин В.В. (2019 год)

 

Проведение эксперимента способствует формированию у учеников следующих универсальных учебных действий (УУД):

Познавательные: находить достоверную информацию, необходимую для решения задач; анализировать и обобщать учебный материал; устанавливать причинно-следственные связи.

Регулятивные: определять цель, проблему в деятельности; выбирать средства достижения цели; выдвигать версии в ходе деятельности по проведению эксперимента.

Личностные: умение проявлять себя и свои знания, отвечая на вопросы пройденного материала; способность к самооценке; умение выражать эмоции, настраиваться на познавательную деятельность.

Коммуникативные: продуктивное взаимодействие и сотрудничество со сверстниками и учителем; взаимоуважение в отношении не только учителя, но и одноклассников; вырабатывать уважительно-доброжелательное отношение к окружающим.

 

! Перед выполнением опытов учитель актуализирует знания обучающихся правил техники безопасности

Каждая из групп выполняют опыты 1, 2 и 3. Опыты 4 и 5 практически не выполняются, демонстрируется видеофрагмент. Каждой группе учитель раздает инструкцию по выполнению опытов.

Опыт 1. Приготовление растворов белка для проведения качественных реакций

Методика эксперимента. Неразбавленный белок куриного яйца. Отделяют белок трех куриных яиц от желтков. Считая, что масса белка в одном яйце в среднем равна 33 г, получают около 100 мл неразбавленного раствора белков куриного яйца. Этот раствор содержит 88% воды, 1 % углеводов и 0,5% минеральных веществ; остальное приходится на белок. Таким образом, полученный неразбавленный белок куриного яйца представляет собой примерно 10%-ный раствор белка.

Опыт 2. Обнаружение в молекулах белков пептидных связей. Реакция Пиотровского (биуретовая реакция)

Методика эксперимента. В пробирки наливают по 5 капель приготовленных растворов. В каждую пробирку добавляют по 10 капель 10% раствора едкого натра NaOH и по 1 капле 1% раствора сульфата меди CuSO₄. При малом содержании белка чувствительность реакции можно повысить, наслаивая на раствор белка в щелочи 1 мл 1%-ного раствора сульфата меди CuSO₄. При стоянии на границе двух слоев появляется фиолетовое кольцо.

Вывод учеников: в щелочной среде в присутствии солей меди растворы белка приобретают фиолетовый цвет с красным или синим оттенком, зависящим от количества пептидных связей в молекуле белка. Биуретовая реакция обусловлена наличием в белке пептидных связей, которые в щелочной среде образуют с сернокислой медью окрашенные комплексы.

Опыт 3. Ксантопротеиновая реакция

Методика эксперимента. В пробирки наливают по 5 капель приготовленных растворов. В каждую пробирку добавляют по 5 капель концентрированной азотной кислоты HNO₃ до появления белого осадка или мути от свернувшегося белка, и (осторожно!) нагревают. При нагревании раствор и осадок окрашиваются в ярко-желтый цвет, при этом осадок почти полностью растворяется. Пробирки охлаждают, после этого в них осторожно добавляют по 10 капель 30% раствора едкого натра NaOH.

Вывод учеников: при добавлении к раствору белка концентрированной азотной кислоты белок сначала выпадает в осадок, а затем при нагревании растворяется и жидкость окрашивается в желтый цвет. Эта реакция называется ксантопротеииовой; она указывает на присутствие в белке ароматических аминокислот (фенилаланина, тирозина, триптофана) и основана на образовании нитропроизводных этих аминокислот.

Опыт 4. Сульфгидрильная реакция (реакция Фоля)

Учитель показывает видеофрагмент эксперимента (см. использованные источники). От обучающихся требуется:

1. Записать реагенты реакции, указать их исходный цвет, агрегатное состояние.

2. Зафиксировать схематично химическую реакцию (белок+… →…)

3. Сделать вывод по эксперименту и записать его в тетрадь. Вывод должен содержать следующую информацию: наблюдаемый признак химической реакции, указание при наличии изменения цвета, а также объяснение сущности химической реакции (вследствие чего произошла реакция). За основу ученики берут имеющиеся у них знания о строении белков.

Методика эксперимента. В пробирки наливают по 5 капель приготовленных растворов. В каждую пробирку добавляют по 5 капель 30% раствора едкого натра NaOH и по 1 капле 5% раствора уксуснокислого свинца (CH₃COO)₂Pb. При интенсивном кипячении жидкость, содержащая серусодержащие аминокислоты, темнеет, образуя черный осадок сернистого свинца.

Вывод учеников: при добавлении к раствору белка крепкой едкой щелочи, уксуснокислого свинца и последующем кипячении раствор начинает темнеть. Реакция обусловлена присутствием в белке серосодержащих аминокислот: цистина, цистеина и метионина.

Опыт 5. Нингидриновая реакция

Учитель показывает видеофрагмент эксперимента (см. использованные источники). От обучающихся требуется:

1. Записать реагенты реакции, указать их исходный цвет, агрегатное состояние.

2. Зафиксировать схематично химическую реакцию (белок+… →…)

3. Сделать вывод по эксперименту и записать его в тетрадь. Вывод должен содержать следующую информацию: наблюдаемый признак химической реакции, указание при наличии изменения цвета, а также объяснение сущности химической реакции (вследствие чего произошла реакция). За основу ученики берут имеющиеся у них знания о строении белков.

Методика эксперимента. В пробирки наливают по 5 капель приготовленных растворов. В каждую пробирку добавляют по 3 капли 0,5% раствора нингидрина и нагревают до кипения.

Вывод учеников: белки, полипептиды, а также свободные α-аминокислоты дают синее или фиолетовое окрашивание с нингидрином (трикетогидринденгидратом). Реакция характерна для аминогрупп в α-положении и обусловлена наличием α-аминокислот в молекуле белка.

Учитель комментирует: сначала в результате взаимодействия аминокислоты с нингидрином возникает Шиффово основание. Затем оно претерпевает перегруппировку, декарбоксилируется и расщепляется на альдегид и аминодикетогидринден.

 

Домашнее задание: на основе полученных в ходе лабораторной работы знаний о цветных и именных качественных реакциях на белки, специфических реакциях на АМК, а также о химических свойствах белков составить и оформить в тетрадях таблицу «Химические свойства белков. Качественные реакции на белки». Первая колонка – тип химической реакции, вторая – уравнение химической реакции с кратким пояснением ее хода (см. приложение).

Тип реакции	Уравнение химической реакции и пояснение
Гидролиз белков
Обратимая денатурация
Необратимая денатурация
Цветные (качественные) реакции на белки

 

2. Проблемы, которые могут возникнуть при организации химического эксперимента, их предупреждение и решение

Описание проблемы	Предупреждение проблемы	Решение проблемы
1. При выполнении опытов может потратиться чуть больше времени, чем запланировал учитель по ряду причин: у учеников не получился опыт и его необходимо переделать; были непонятны какие-то действия и на объяснение потребовалось дополнительное время и т.п.	1.1. К уроку учителю необходимо подготовить карточки с инструкцией по выполнению опытов, а также проинформировать учеников по пунктам инструкции. 1.2. Заранее учителю необходимо продумать его действия в таких ситуациях: можно оставить «запасные» несколько минут, которые либо будут использованы на решение тех проблем, указанных в описании, либо учитель продолжит урок и использует это время как и запланировал.	1.1. В случае если «лишнее» время все же затратилось, а учитель не успел осуществить решение учениками каких-либо заданий или вопросов, их можно оставить в качестве дополнения к домашнему заданию. 1.2. Если учитель не успел все что планировал сделать, то ему необходимо сообщить ученикам, что эту работу они оставят на следующий урок. И уже те задания, которые учитель не успел разобрать с учениками, он может использовать на этапе актуализации знаний.
2. Не всегда удается установить вклад каждого ученика в группе в ходе выполнения химического эксперимента и фиксирования данных	2.1. Необходимо заранее определить «роли», т.е. распределить задания внутри группы, чтобы выполнение эксперимента и фиксация его результатов были наиболее эффективны. 2.2. Учитель, перед выполнением учениками опытов, может попросить их сделать небольшие заметки в тетрадях по ходу его выполнения. В процессе выполнения отслеживать активность каждого ученика, также в конце урока собрать тетради, проверить.	2.1. После проведения опытов необходимо попросить каждого ученика прописать вложенный вклад с кратким личным комментарием (получилось/не получилось, если не получилось в чем обучающийся видит причину, каковы могут быть пути решения проблемы). 2.2. На следующем уроке учитель может актуализировать знания учеников, задать вопросы, которые затрагивались при выполнении опытов на белки.
3. Зачастую вывод о химическом эксперименте подводится самим учителем, а не учениками	3.1. Учитель заранее определяет критерии к ответу-выводу, чтобы ученики знали, как строить свой ответ при подведении выводов (у них будет некий план ответа). 3.2. Подготовить мини-задания (или вопросы) к каждому из опытов, решение которых будет подводить учеников к выводу по опыту.	3.1. Попросить учеников написать вывод по каждому опыту по пунктам (как дополнение к д/з). 3.2. На этапе актуализации на следующем уроке задать вопросы и (или) подготовить задания по теме «Белки», подвести к выводам о их химических свойствах.

 

Моя методическая тема: «Использование активных форм и методов работы на уроках химии в целях обучения и воспитания творческой личности в условиях ФГОС»

Общий вывод: мною была разработана методика эксперимента «Цветные (качественные) реакции на белки» по эволюции химического понятия «Белки». Данную методику можно активно применять как на интегрированном уроке (химия-биология), так и на уроке открытия нового знания по химии. При организации химического эксперимента использовался такой метод активного обучения как поисковая лабораторная работа по инструкции, на основании которой обучающиеся сами должны будут сделать выводы о свойствах белков, способах выявления этих свойств. За поисковой лабораторной работой следует эвристическая беседа, в ходе которой под руководством учителя ученики делают обобщения и теоретические выводы на основе проведенных экспериментов и увиденных наблюдений. Выполнение отдельными группами обучающихся экспериментов обогащает коллективный опыт, делает теоретические положения более обоснованными, убедительными.

Использованные источники:

1. Интегрированный урок «Белки. Свойства белков». Химия и биология (авторы Бородина О.О., Беляева Л.А.) https://infourok.ru/razrabotka-integrirovannogo-uroka-po-biologii-i-himii-belki-3978067.html [Электронный ресурс] – дата обращения: 30.09.22.
2. Исследовательская работа «Белок – основа жизни». Химические опыты с белком (авторы работы Гончарук А., Калина Е.; руководитель Мащенок И.И.) https://infourok.ru/issledovatelskaya-rabota-himicheskie-opyty-s-belkom-4402919.html [Электронный ресурс] – дата обращения: 01.10.22.
3. Конспект интегрированного урока (химия-биология) по теме «Белки», 10 класс (автор разработки Иванова А.В.) https://pedsovet.su/load/86-1-0-18194 [Электронный ресурс] – дата обращения: 30.09.22.
4. Лабораторная работа. Качественные реакции на аминокислоты и белки (автор Коблюк Л.) Контент-платформа Pandia.ru https://pandia.ru/text/80/188/58511.php [Электронный ресурс] – дата обращения: 30.09.22.
5. Лабораторная работа «Обнаружение белков, углеводов, липидов с помощью качественных реакций» (автор Катранжи О.В.) https://www.1urok.ru/categories/3/articles/34303 [Электронный ресурс] – дата обращения: 01.10.22.
6. Нингидриновая реакция https://www.youtube.com/watch?v=dAWg9D9OXxw [Электронный ресурс] – дата обращения: 30.09.22.
7. Реакция Фоля https://www.youtube.com/watch?v=6azE0dIOJ8U [Электронный ресурс] – дата обращения: 01.10.22.
8. Содержание журнала «Химия». Цветные и именные качественные реакции на белки (авторы З. Саитов, С.В. Телешов, Б. Харитонцев) https://him.1sept.ru/article.php?ID=200104005 [Электронный ресурс] – дата обращения: 01.10.22.
9. УМК Химия. 10 класс. Углубленный уровень. Учебник - Еремин В.В., Кузьменко Н.Е., Теренин В.И., Дроздов А.А., Лунин В.В. (2019 год) https://pdf.11klasov.net/15976-himija-10-klass-uglublennyj-uroven-uchebnik-eremin-vv-kuzmenko-ne-terenin-vi-drozdov-aa-lunin-vv.html [Электронный ресурс] – дата обращения: 30.09.22.
10. Химические свойства белков | Химия онлайн https://himija-online.ru/organicheskaya-ximiya/belki/ximicheskie-svojstva-belkov.html [Электронный ресурс] – дата обращения: 30.09.22.

Приложение

Полный текст статьи см. в приложении.