Урок-викторина «Электрические витамины»

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ УРОК - ВИКТОРИНА «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВИТАМИНЫ»

1. Термины и определения

Redox – условный термин, производный от двух латинских слов: reduction (восстановление) и oxidation (окисление). Используется как название компании и является составной частью названий производимой ею продукции.

Электрические витамины – условный термин, предложенный компанией REDOX для обозначения электрической энергии, которую человек может вырабатывать и потреблять при взаимодействии с металлами и другими низкоомными проводниками. Подобно традиционным витаминам, не являясь источником энергии, выполняют каталитические и гуморальные функции, необходимые для жизнедеятельности организма.

Животное электричество – электрические явления в живых тканях органов животных и растений. Автор электрофизиологического термина – итальянский ученый Л.Гальвани.

Токи действия – физиологический термин, обозначающий электрические токи, появляющиеся в деятельных мышцах и нервах при переходе из покоя в деятельность, причем возбужденные точки принимают отрицательное электрическое напряжение, а покоящиеся – положительное.

Токи покоя – физиологический термин, обозначающий потенциал, возникающий между живой тканью и наружной средой вследствие диффузии отрицательно заряженных ионов хлора из окружающей среды в цитоплазму клетки в процессе установления осмотического равновесия.

Нервно-мышечный препарат – свежепрепарированный из тела лягушки седалищный нерв в соединении с икроножной мышцей. Наиболее удобный объект для изучения возбудимости, лабильности и возбуждения. Позволяет установить возникновение возбуждения без всяких приборов, только по сокращению мышцы. Вместе с тем к нервно-мышечному препарату легко подсоединить регистрирующий прибор.

Катод – электрохимический термин, обозначающий электрод, на котором происходят реакции восстановления.

Анод – электрохимический термин, обозначающий электрод, на котором происходят реакции окисления.

Кожно-гальваническая реакция – биоэлектрическая реакция, регистрируемая с поверхности кожи, возникает при возбуждении, волнении и других изменениях состояния организма.

Экспериментатор – человек, проводящий эксперимент.

Аттестованный экспериментатор – школьник 7–11 класса, обученный педагогами компании REDOX для проведения экспериментов.

Испытуемые ¬– обучающиеся 7–11 класса, добровольно участвующие в экспериментах.

Полезная привычка – привычка, приносящая пользу физическому и психическому состоянию человека.

Примеры: физические упражнения, прогулки, правильное умеренное питание, соблюдение личной гигиены и гигиены жилища, положительный настрой (доброжелательность), трудолюбие, пунктуальность, вежливость и другие.

Вредная привычка – привычка, приносящая вред физическому и психическому состоянию человека, а также его имиджу и социальному положению.

Примеры: пьянство, курение, сквернословие, употребление наркотиков, переедание, неряшливость, обкусывание ногтей, необязательность, леность и другие.

2. Общие положения

2.1. Методические рекомендации предназначены для проведения в игровой форме (викторина) обучения и воспитания подростков.

Урок проводится с целями: популяризировать естественные науки, научить использованию в повседневной жизни изучаемых в школе законов физики, химии и биологии, формировать моду на полезные привычки, мотивировать на отказ от первого предложения закурить или попробовать наркотик, расширить знания о деятельности отечественных ученых, способствуя тем самым патриотическому воспитанию молодежи.

2.2. Наглядные пособия, расходные материалы, учебные приборы:

• 29 слайдов (№№ 0 –28) с текстами и изображениями;
• Кукла redox (обучающий развлекательный аттракцион). Патент RU 2 254 157 С2, выдан 27.05.2003 . Кукла используется для демонстрации кожно-гальванической реакции.
• учебный стенд для демонстрации токов действия кожно-гальванического происхождения. Состоит из двух полосок медной и стальной фольги длиной 500 см и шириной 20 см, служащих электродами, и двух чувствительных гальванометров (миллиамперметров), подключенных к каждой из полосок. Стенд предназначен для демонстрации преобразования ощущений в электрическую энергию и демонстрацию знакопеременных токов при хождении босиком по разным полоскам. Электродвижущей силой для генерации этих токов являются потенциалы действия и покоя, которые образуются на ступнях при ходьбе босиком по электропроводной поверхности.
• Книга: Бугров С.Л. Сказка доктора redox «Электрические Витамины». (Издание 3-е, исправленное и дополненное. – М.: Научный мир, 2014. – 80с.: илл.). Сказка стала победителем конкурса "Высокие технологии: Истоки. Сегодняшний день. Перспективы", проведенного фондом нобелевского лауреата В.Л.Гинзбурга "Успехи физики" в 2005 г. и опубликована в альманахе «Интеллект и лидерство», 2006 г. № 1;
• электронная линейка для измерения роста человека;
• камни-самоцветы размером 0,5–2 см из литотеки доктора redox (малахит, лазурит, гранат, яшма, бычий глаз, цитрин, горный хрусталь и другие полудрагоценные камни), 30-50 шт. на урок;
• призы – подарки спонсоров урока-викторины: изделия компании REDOX, книги, зубные щетки, телефоны, плееры, музыкальные диски, абонементы в бассейны и фитнес-клубы, кисломолочная продукция, компьютеры. Основные требования к подаркам: новизна; использование для формирования полезных привычек; наличие наукоемкого параметра качества, благотворно влияющего на здоровье человека.

2.3. План урока-викторины

2.3.1. Объявление - настрой на игровой вариант знакомства с действием законов физики, химии и биологии в повседневной жизни.

2.3.2. Игра-викторина (вопрос - ответ): 27 вопросов; правильный ответ на каждый вопрос награждается камнем-самоцветом из литотеки доктора redox.

2.3.3. Проведение экспериментов. Каждый испытуемый также награждается камнем-самоцветом из литотеки доктора redox.

2.3.4. Подведение итогов викторины. Четыре главных приза распределяются по числу выигранных камней-самоцветов.

3. Сценарий урока - викторины

Слайд № 0 – название урока

• Вас приветствуют…(имена экспериментаторов).
• Сегодня у вас не совсем обычный урок: он пройдет в виде игры-викторины.
• Объявляем правила игры: мы вам задаем вопросы – те, кто знает ответ, поднимают руку. Тот, кто правильно отвечает, получает камень-самоцвет в награду. Мы также будем проводить эксперименты, каждый испытуемый также получит в награду камень-самоцвет. Четыре человека, которые наберут большее количество камней, получат ценные подарки.
• Для проведения викторины нам нужен помощник, который будет давать слово желающим ответить, вынимать из мешочка камень-самоцвет и награждать им за правильный ответ и за участие в проведении эксперимента. (Приглашается помощник(-ца) из аудитории). Итак, мы начинаем.
• В истории науки много увлекательных страниц, посвященных как открытиям, так и заблуждениям. Сегодня основное внимание будет уделено одной из таких страниц - истории знакомства человечества с электрическим током.

Слайд № 1

• Открыть эту страницу нам поможет кукла redox . Объявляем первый вопрос: из названий каких двух взаимно противоположных процессов образовано название «redox»? Если аудитория не отвечает сразу, экспериментаторы должны использовать наводящие вопросы, развивающие логическое мышление, например, название «redox» состоит из сокращений двух латинских слов, обозначающих два взаимно противоположных процесса. Легче начать со второй части ox(окс).
• Правильно, окисление. А процесс, противоположный окислению?
• Правильно, восстановление. Эти два противоположных процесса являются механизмом получения энергии, необходимой для всех процессов жизнедеятельности.

Слайд № 2

• У представленной куклы есть прибор, позволяющий измерить силу электрического тока. Как называется этот прибор? Варианты ответа: термометр, амперметр, вольтметр.
• Правильно, амперметр.

Слайд № 3

• Чьим именем назван этот прибор?
• Верно, именем ученого Андре Мари Ампера.

Слайд № 4

• Как зовут ученого, чьи эксперименты стали революционным событием в истории знакомства человечества с электрическим током? Подсказка: его именем сейчас названа единица напряжения электрического тока.
• Правильно, Алессандро Вольта.

Слайд 5

• Какое название получил один из экспериментов в истории науки? Кто готов ответить? Варианты: вольтов меч, вольтов хвост, вольтов столб.
• Правильный ответ - вольтов столб.

Слайд № 6

• Вольтов столб представлял из себя цилиндр, составленный из трех кружков размером с пятак: двух кружков из разных металлов и проложенного между ними кружка из сукна, пропитанного кислотой. Вольтов столб высотой 0,5 м развивал напряжение, чувствительное для человека. Итак, следующий вопрос: какие металлы использовал Вольта для вольтова столба? Подсказка: как вы догадываетесь, на этих металлах шли противоположные химические реакции (окисление и восстановление).
• Правильно, цинк и медь.
• Посчитав этот опыт достойным внимания самого императора, Вольта в 1801 году демонстрировал его перед Наполеоном Бонапартом и имел успех. Алессандро Вольта был удостоен всяких почестей и славы: в его честь была выбита золотая медаль, Наполеон делает Вольта графом и сенатором итальянского королевства.

Вольтов столб, изобретенный А.Вольта в 1800 г., стал первой батареей постоянного тока и дал начало следующим выдающимся открытиям. Одно из них – электрическая дуга, открытая русским физиком Василием Владимировичем Петровым благодаря созданию им в 1803 г. самого мощного в мире вольтового столба, составленного из 4200 медных и цинковых кругов, развивающего напряжение 2500 вольт. К сожалению, портрет В.В.Петрова не сохранился.

Слайд № 7

• Алессандро Вольта демонстрировал вольтов столб как источник энергии, приводящий в движение икроножную мышцу препарированного животного (нервно-мышечный препарат). Какое животное при этом пострадало: черепаха, обезьяна, лягушка?
• Правильно, лягушка.

Слайд № 8

• Другой ученый не присягнул оккупационному правительству Наполеона, и был выдворен за стены университета. Этот ученый раньше Алессандро Вольта опубликовал свои эксперименты с препарированной лапкой лягушки (т.е. нервно – мышечным препаратом). Он тоже вошел в историю науки. Как зовут этого ученого, чьим именем называется химический источник тока?
• Правильно, Луиджи Гальвани.
• Физик Алессандро Вольта и биолог Луиджи Гальвани спорили о природе электрического тока: Гальвани отстаивал «животную» природу электрического тока, а Вольта – «металлическую». Мы сегодня продемонстрируем и то, и другое.

Предисловие к слайдам №№ 9, 10, 11

Вольта проводил также эксперименты с участием людей. Он составлял цепь из четырех человек. Двое крайних влажными руками держали разнородные металлы – цинк и медь. Первый человек касался пальцем языка второго, который, в свою очередь, касался пальцем глазного яблока третьего. Третий и четвертый держали влажными руками свежепрепарированную лапку лягушки.

Слайд № 9

• Итак, вопрос. Когда замыкалась цепь, что чувствовал человек, к глазному яблоку которого прикасался палец?
• Верно, свет.

Слайд № 10

• А что чувствовал человек, к языку которого прикасался палец?
• Кислый вкус – это правильный ответ.

Слайд № 11

• Что происходило с лапкой лягушки?
• Она сокращалась!

Эксперимент № 1

Экспериментатор вызывает двух испытуемых-добровольцев. Например, выходят Миша и Оля.

Эксперимент проводится с куклой redox, у которой правая и левая руки (электроды) выполнены из разных металлов: цинка и серебра. Лягушку заменяет миллиамперметр.

Миша держит куклу за цинковую руку, а Оля – за серебряную. Когда испытуемые свободными руками замыкают цепь рукопожатием, то миллиамперметр показывает появление тока в цепи.

Экспериментатор просит испытуемых пожать руки куклы и друг друга сильнее. В результате прибор показывает, что ток увеличивается.

Слайд № 12

• Почему токи больше при замыкании цепи, когда мы пожимаем руки сильнее?
• Чем сильнее вы сжимаете руки куклы и другого испытуемого в цепи, тем более сильные ощущения вы получаете и тем меньше становится сопротивление вашей кожи и цепи, поэтому токи увеличиваются.

Слайд № 13

• Следующий вопрос: по какому закону можно рассчитать сопротивление этой цепи?
• Да, верно, по закону Ома, согласно которому сила тока в цепи обратно пропорциональна ее сопротивлению.

Слайд № 14

• Вопрос: кто из этих ученых открыл кожно-гальваническую реакцию (КГР): И.Р.Тарханов, Ж.Л.Гей-Люссак, Э.Х.Ленц?
• Правильный ответ – Тарханов Иван Романович, русский физиолог, открыл КГР в конце XIX века.

Слайд № 15

• Что можно сделать, чтобы токи в цепи стали больше?
• Увлажнить руки испытуемого, чтобы уменьшить сопротивление цепи, или увеличить физическую активность.
• Давайте подтвердим это экспериментами. Нам нужны два добровольца в качестве испытуемых.

Эксперимент № 2

Испытуемый замыкает цепь руками на кукле redox. Экспериментатор фиксирует показания амперметра. Затем испытуемого просят увлажнить руки (с помощью влажной подушечки) и снова замкнуть цепь. Экспериментатор повторно фиксирует показания амперметра.

- Как мы видим с вами из эксперимента, сила тока увеличились на ...µА. Вода – хороший проводник электричества.

Эксперимент № 3

Испытуемый замыкает цепь руками на кукле redox; экспериментатор фиксирует показания амперметра. Затем испытуемый делает 15 приседаний, после чего экспериментатор еще раз фиксирует показания амперметра. Амперметр показывает ...µА.

После небольшого отдыха тот же испытуемый повторяет опыт, делая 30 приседаний.

- Амперметр показывает ...µА.

Мы видим, что токи увеличиваются с возрастанием нагрузки. Следовательно, чем больше физическая активность, тем больше токи.

- Это уже общепризнанный факт, что низкая физическая активность является одним из основных недостатков цивилизованного общества. Во всем мире стоит вопрос о том, как повысить физическую активность населения. В результате специальных медицинских исследований установлено, что ни один медицинский препарат по своей эффективности не может сравниться с правильным образом жизни. Мы использовали куклу, чтобы продемонстрировать эффект от физической активности человека.

- Я надеюсь, мы аргументированно убедили вас в том, что физическая нагрузка должна быть полезной привычкой, такой же, как чистить зубы. Только в этом варианте все перечисленные законы физики, химии и биологии работают на здоровье и красоту.

Эксперимент № 4

Экспериментатор берет металлический стержень и прикладывает его концы к цинковой и серебряной рукам куклы.

Слайд № 16

• Внимание, вопрос! Будут ли токи в цепи, если соединить руки куклы redox с помощью металлического стержня?
• Токов нет. Потому что нет электродвижущей силы (ЭДС).

Слайд № 17

Эксперимент № 5

Экспериментатор берет кусок влажной ткани и прикладывает его концы к цинковой и серебряной рукам куклы.

• Будут ли токи в цепи, если руки куклы redox замкнуть влажной тканью?
• Правильно, токи будут. В данном варианте эти токи исключительно металлического происхождения. Кукла работает как вольтов столб, в котором есть катод и анод.

Слайд № 18

• Катод - это плюс или минус?
• Это сложный вопрос, так как на него нет однозначного ответа.

В электротехнике катод – отрицательный электрод, обозначается знаком (–), ток течет от анода к катоду. Электроны, соответственно, наоборот.

В то же время при работе гальванического элемента (к примеру, медно-цинкового), избыток электронов (и отрицательный заряд) на одном из электродов обеспечивается не внешним источником тока, а собственно реакцией окисления металла (растворения цинка), то есть здесь отрицательным, если следовать приведённому определению, будет уже анод. Электроны, проходя через внешнюю цепь, расходуются на протекание реакции восстановления (меди), то есть катодом будет являться положительный электрод и обозначаться знаком (+). В соответствии с таким толкованием, для аккумулятора знак анода и катода меняется в зависимости от направления протекания тока .

Слайд № 19

• Как зовут ученого, которому принадлежит следующее высказывание: «Как ни чудесны законы и явления электричества, выявляющиеся нам в мире неорганического или мертвого вещества, интерес, который они представляют, вряд ли может сравниться с тем, что присуще той же силе в соединении с нервной системой и жизнью»?
• Верно, это Майкл Фарадей.

Слайд № 20

• Какому полководцу принадлежит это высказывание: «Электричество, гальванизм, магнетизм – вот где великая тайна природы. Я склонен думать, что человеческий мозг, как насос, высасывает эти токи из воздуха и делает из них душу»?
• Правильный ответ - Наполеон Бонапарт. После демонстрации А.Вольта Наполеону Бонапарту вольтова столба и после экспериментов Л.Гальвани весь мир, можно сказать, сошел с ума. Появилась иллюзия о возможности воскрешения умерших. Племянник Луиджи Гальвани подключал ток к отрубленным головам казненных, заставляя их моргать, что вводило зрителей в обморочное состояние.
• В 1932 году американский ученый Д.Хукер и через несколько лет советские ученые Т.С. Юньев и Н.Л.Гурвич провели на собаках, кошках и лягушках ряд экспериментов по реанимации с помощью тока. В 1960-х годах в мире стали использовать мощный электрический разряд до 1000 В для реанимации людей.

Слайд № 21

• Известный писатель Эдгар По упомянул вольтов столб в своей «Тысяче второй сказке Шехерезады»: «Был и такой чародей, что с помощью флюида, которого еще никто не видел, мог по своей воле заставить трупы своих друзей размахивать ногами, драться и даже вставать и плясать». Юная Мэри Шелли создает первое в мире фантастическое произведение «Франкенштейн». Сегодня фантастика стала явью. Человека можно вывести из состояния клинической смерти с помощью электрических разрядов. Как называется этот прибор?
• Верно, дефибриллятор.

Эксперимент №6

- Теперь давайте перейдем к токам меньшего порядка. Речь пойдет, по терминологии Луиджи Гальвани, о животном электричестве. Сейчас мы вам докажем, что человек, как и вольтов столб, может вырабатывать электрическую энергию. Используем для этого учебный стенд для демонстрации токов действия кожно-гальванического происхождения. Он состоит из двух полосок медной и стальной фольги длиной 500 см и шириной 20 см, служащих электродами, и двух чувствительных гальванометров (миллиамперметров), подключенных к каждой из полосок. Стенд предназначен для демонстрации преобразования ощущений в электрическую энергию и демонстрацию знакопеременных токов при хождении босиком по разным полоскам. Электродвижущей силой для генерации этих токов являются потенциалы действия и покоя, которые образуются на ступнях при ходьбе босиком по электропроводной поверхности.

- Наш доброволец должен разуться, снять носки, встать на эти полосы и перекачиваться с ноги на ногу.

Испытуемый босиком встает на дорожку из двух полос, перекачивается с ноги на ногу.

Амперметр показывает электрические знакопеременные токи биологического происхождения. Для этих токов сотрудники компании REDOX придумали название – «электрические витамины». Это та электрическая энергия, которую человек может вырабатывать и потреблять при взаимодействии с металлами и другими низкоомными проводниками. Подобно традиционным витаминам, не являясь источником энергии, они выполняют каталитические и гуморальные функции, необходимые для жизнедеятельности организма. Электрические витамины имеют кислый вкус подобно витамину С, вырабатываются в организме при взаимодействии с окружающей средой подобно витамину D. Витамин D образуется под действием ультрафиолета, а электрические витамины - при взаимодействии с низкоомными проводниками; могут вырабатываться при прогулке босиком по росистой траве или по кромке моря.

Слайд № 22

• Что является источником электрических витаминов?
• Ответ: мембранный потенциал клетки.

Слайд № 23

• По какому уравнению можно рассчитать мембранный потенциал?
• Совершенно верно, по уравнению Нернста. На ноге, испытывающей большую нагрузку, образуется потенциал действия; на ноге с меньшей нагрузкой – потенциал покоя. Возникающая знакопеременная ЭДС и является источником этого электрического тока. Итак, налицо заложенный природой в человека механизм преобразования механической энергии в электрическую.

Слайд № 24

Существует гипотеза, что электрические витамины стимулируют рефлекс потягивания.

• Вопрос: какое физиологическое значение имеет рефлекс потягивания?
• Ответ: вытягивает позвоночник.
• Правильно, в десятку! Этот рефлекс не получил социальной адаптации в отличие от таких поведенческих актов, как зевание и чихание. Если человек хочет зевнуть, он прикрывает рот рукой, если кто-то чихнул, ему желают здоровья. А на рефлекс потягивания у общества не сложилось никакой реакции, более того, иногда эта реакция отрицательна. Но мы можем вспомнить Атланта.

Эксперимент №6

- Нам нужен испытуемый, назовем его Атлантом. Он должен просто ровно стоять, прислонившись к стене. Суть этого эксперимента – показать, насколько вытягивается позвоночник после акта потягивания. Чтобы зафиксировать исходное положение позвоночника, нанесем на него точку. Теперь наш доброволец будет потягиваться и пытаться получить максимальное удовольствие, как Атлант. С помощью электронной линейки мы замерим рост нашего Атланта до и после потягивания.

Испытуемый потягивается и встает в исходное положение.

- Итак, разница составляет …мм , что и требовалось доказать!

Слайд № 25

• Какие полезные привычки существуют? Обучающиеся из аудитории поднимают руки и перечисляют известные им полезные привычки.
• Хорошо. Но никто не назвал такую полезную привычку, как здоровое питание, в том числе употребление кисломолочной продукции.

Слайд № 26

• Какой известный биолог пропагандировал употребление кисломолочных продуктов для продления жизни? Правильный ответ: Мечников Илья Ильич, русский и французский биолог, лауреат нобелевской премии в области физиологии и медицины (1908 г.).
• Мы сейчас говорили о полезных привычках, но есть, естественно, и вредные, и есть технологии их продвижения. Получив вредную привычку, например, употребление наркотиков, человек получает зависимость от них, делается слабее и до самой смерти вынужден платить производителю и продавцу.

Слайд № 27

• Очень важный вопрос: наркомания излечима или нет? Поднимите руки те, кто считает, что наркомания излечима. Катя, сосчитайте.
• Итак, большинство считает, что наркомания излечима – это неправда. Реклама различных методов лечения наркоманов и, особенно, реклама симпатичных, красивых и сильных молодых людей, которые избавились от наркотической зависимости, - это скрытая реклама наркотиков. Цель этой рекламы – снизить опасность, создать в голове каждого человека иллюзию, что он сможет справиться с зависимостью от наркотиков. Это не так. Ученые-биологи вживляли крысе электроды в центр удовольствия в головном мозге и давали ей возможность пускать электрические сигналы, нажимая рычаг. Крыса бесконечно возбуждала свой центр удовольствия, забыв обо всем, и в результате погибала от голода и жажды. Так и наркотик, вызывая временное удовольствие, день за днем разрушает мозг и личность человека. Цель наркоторговца, который первую дозу дает бесплатно, – вызвать у человека зависимость. Последующие дозы он дает уже за деньги, потому что его цель – прибыль.
• ФИЛОСОФИЯ НАШЕГО ПРОЕКТА: ЧЕМ БОЛЬШЕ ПОЛЕЗНЫХ ПРИВЫЧЕК, ТЕМ МЕНЬШЕ ВРЕДНЫХ.

ПОЛЕЗНЫЕ ПРИВЫЧКИ СПОСОБСТВУЮТ ТОМУ, ЧТО ЗАКОНЫ ФИЗИКИ, ХИМИИ И БИОЛОГИИ РАБОТАЮТ НА ЗДОРОВЬЕ И КРАСОТУ ЧЕЛОВЕКА.

Слайд № 28

• Закончить наш урок хотелось бы словами Гёте: «В привычке заключается единственное удовольствие человека».
• Урок закончен, давайте подводить итоги. У кого сколько камней? Четырех победителей прошу подойти. Они награждаются призами – подарками от спонсоров.