Сборник контекстных задач по формированию естественно-научной грамотности

Кировское областное государственное образовательное автономное
учреждение дополнительного профессионального образования
«Институт развития образования Кировской области»

Кировское областное государственное общеобразовательное автономное учреждение «Лицей естественных наук»

Сборник ситуационных задач по формированию и развитию естественнонаучной грамотности на уроках и во внеурочной деятельности по биологии и химии

Авторы-составители:

Домнина Л. В., Смирнова А. А.

2024

Оглавление

Введение

Задача «Химбио маячки»

Задача «Тайны аскорбинки»

Задача «Недооцененный парниковый газ»

Задача «Загадки цвета в живой природе»

Задача «Ты то, что ты ешь»

Введение

Приоритетной целью современного образования является формирование функциональной грамотности и создание поддерживающей позитивной образовательной среды за счет изменения содержания образовательных программ для более полного учета интересов обучающихся.

Под функциональной грамотностью понимают способность решать учебные задачи и жизненные ситуации на основе сформированных предметных, метапредметных и универсальных способов деятельности. [1]

Согласно обновленным ФГОС в образовательный процесс должны встраиваться формирование и оценка различных видов функциональной грамотности.

Для достижения метапредметных результатов; повышение интереса обучающихся к изучению биологии, физики, химии и географии, для применения знаний из этих предметных областей для решения конкретных жизненных ситуаций или задач необходимо формирование и развитие естественнонаучной грамотности.

Естественнонаучная грамотность (ЕНГ) – это способность человека занимать активную гражданскую позицию по общественно значимым вопросам, связанным с естественными науками, и его готовность интересоваться естественнонаучными идеями. [1]

Для формирования и развития ЕНГ в условиях компетентностного подхода к обучению используются ситуационные задачи.

Ситуационная задача – это методический прием, включающий совокупность условий, направленных на решение практически значимой ситуации с целью формирования компонентов содержания школьного образования. [2]

Спецификой ситуационной задачи является ярко выраженный практико-ориентированный характер, но для ее решения необходимы знания из нескольких учебных предметов.

При составлении ситуационных задач необходимо учитывать ряд особенностей:

— название задания отражает его фабулу (сюжет), за частую носит образный характер;

— фабула (сюжет) описывает совокупность взаимосвязанных событий, факторов и явлений, задающих контекст задания (описание конкретной ситуации);

— стимул задания ориентирует учащегося в контексте задания и мотивирует на его выполнение;

— формулировка задачи точно указывает на деятельность учащегося, необходимую для выполнения задания;

— оценка выполненной задачи содержит предполагаемый ответ и указывает на количество баллов оценки ответа.

Эффективность применения ситуационных задач в образовательном процессе должна оцениваться с двух позиций: во-первых, способствует ли ее решение у обучающихся приобретению новых предметных знаний; во-вторых, содержит ли задача ориентиры для получения личностно-значимых новых знаний и умений. [3]

В данном сборнике представлены контекстные задачи по формированию и развитию естественнонаучной грамотности, а также приведены критерии оценивания и варианты их использования на уроках и во внеурочной деятельности по биологии и химии.

Примеры контекстных задач по формированию и развитию естественнонаучной грамотности с критериями оценивания

Задача «Химбио маячки»

Бойль проводил различные опыты. Однажды, когда он проводил очередное исследование, зашел садовник. Он принес фиалки. Бойль оставил цветы на столе, а когда взглянул, они дымились. Чтобы спасти цветы, он опустил их в стакан с водой. И – что за чудеса – темно-фиолетовые лепестки фиалок стали красными.

Бойль заинтересовался и проводил опыты с растворами, при этом каждый раз, добавляя фиалки, наблюдал, что происходит с цветками.

Задание 1.

Почему лепестки фиалок изменяли цвет?

а) растворы содержали красители;

б) растворы имели различные значения pH;

в) растворы взаимодействовали с веществами в составе цветков;

г) составляющие вещества лепестков в растворах разрушались под действием микроорганизмов.

Лучшие результаты дали опыты с лакмусовым лишайником. Бойль опустил в настой лакмусового лишайника обыкновенные бумажные полоски. Дождался, когда они пропитаются настоем, а затем высушил их.

Эти хитрые бумажки Роберт Бойль назвал индикаторами, что в переводе с латинского означает «указатель», так как они указывают на среду раствора. В качестве индикаторов почвенной среды могут выступать растительные организмы.

Задание 2.

Используя шкалу pH, объясните, какие агротехнические приемы необходимо применить, если на Вашем приусадебном участке произрастает хвощ полевой и лютик едкий.

Миллионы людей разного возраста страдают от изжоги. Симптомами ее является чувство жжения в нижней части грудной полости, а причиной – раздражение слизистой оболочки пищевода из-за заброса желудочного сока, содержащего соляную кислоту. Только четверть пациентов обращаются к врачам, остальные занимаются самолечением.

Задание 3.

Проанализируйте шкалу pH и предложите способ избавления от изжоги. Обоснуйте Ваш выбор.

Пигменты многих растений способны менять цвет в зависимости от кислотности клеточного сока и могут применяться в качестве индикаторов среды водного раствора. Растительные индикаторы всегда доступны для проведения исследования в домашних условиях.

Задание 4.

Используя инструкцию, выполните домашний эксперимент по определению среды растворов с помощью растительных индикаторов.

Домашнее задание (эксперимент)

Кроме известных индикаторов, есть и другие вещества, с помощью которых можно в домашних условиях обнаружить кислоты и щелочи. Добавьте в чай несколько капель лимона (кислая среда.) Что произошло с окраской чая? Почему?___________________________________________________________

Добавьте в чай уксусную кислоту. Что наблюдаете? Почему?_______________

А теперь попробуйте в чай добавить немного пищевой соды (она имеет щелочную среду). Как изменился цвет чая? Почему? ______________________

Попробуйте с помощью чая проверить другие имеющиеся дома растворы. Результаты занесите в таблицу:

Современная жизнь немыслима без средств бытовой химии. Все товары бытовой химии в той или иной степени представляют определенную опасность для жизни человека, т.к. повышают общую химическую нагрузку на организм. Сохранение здоровья возможно только при безопасном обращении с данными веществами.

Задание 5.

Используя растительные индикаторы домашнего эксперимента и опираясь на его результаты, определите едкие вещества в составе средств бытовой химии. Сформулируйте правила безопасного обращения и техники безопасности при работе с ними.

Критерии оценивания

Оценка эффективности выполнения задачи

Оценка выполненных заданий

Задача «Тайны аскорбинки»

С симптомами болезни, описанной ниже, люди столкнулись еще в 1500 гг. до н.э. Эпидемия же пришлась на эпоху великих географических открытий. Основными ее жертвами стали мореплаватели, которые вынужденно оставались на долгое время без свежих фруктов и овощей. Врачи и ученые не могли объяснить причины, вызывающие потери до 80% жизней экипажа корабля.

«Упомянутая неизвестная болезнь начала распространяться среди нас после самых странных симптомов, о которых мы вообще никогда прежде не слышали. Сначала потеря сил, потом – становящиеся черные как уголь сухожилия. По всей коже шли пятна фиолетового цвета, дыхание становилось зловонным, вязким, десны опухали, зубы вываливались.»

Задание 1.

Нарушение содержания какого вещества привело к развитию данного заболевания?

а) недостаток йода, явившийся причиной развития базедовой болезни;

б) избыток витамина С, ставший причиной гемохроматоза;

в) избыток йода, вызвавший гипертиреоз;

г) недостаток витамина С, способствовавший возникновению и развитию цинги.

Первые попытки предотвратить возникновение и развитие заболевания среди членов экипажа были предприняты испанцами. Они начали кормить экипаж бататом. Другими средствами от цинги стали квашеная капуста, клюква, сельдерей, отвар хвои пихты, ели или сосны. На флоте наиболее эффективным в борьбе с болезнью и удобным в транспортировке стал лимонный сок. Витамин С впервые выделил Альберт Сент-Жоржи в 1928 г., дав ему название «антицинготный», за что 10 лет спустя был удостоен Нобелевской премии.

Задание 2.

На сегодняшний день существует огромное количество исследований о влиянии витамина С на организм человека. Выберите верные объяснения того, почему витамин С необходим для регулярного употребления в осенне-весенний период.

а) улучшает восприимчивость организма к железу;

б) участвует в поддержании иммунитета и защите от респираторных инфекций;

в) предотвращает возникновение и развитие онкологических заболеваний;

г) помогает предотвращать развитие пневмонии и сокращает длительность течения болезни;

д) предотвращает развитие бронхиальной астмы.

Бесконтрольный прием витаминов и минералов может навредить здоровью.

Задание 3.

Подумайте, как влияет на организм человека избыточное употребление витамина С и его каковы последствия.

Задание 4.

Определите содержание витамина С в предложенных образцах, результаты исследования занесите в общую таблицу. Проанализируйте полученные данные и составьте топ продуктов питания, обеспечивающих организм витамином С в достаточном количестве.

Содержание витамина C в соках

Задание 5.

Часто говорят о вреде употребления жареной пищи, однако и другие способы приготовления пищи могут уменьшить содержание витамина С в продуктах питания.

Установите, как меняется содержание витамина С в соке при нагревании в течение 1 мин, 5 мин, 15 мин. На основании проведенного эксперимента заполните таблицу, сделайте вывод о влиянии различных способов термической обработки продуктов питания на содержание витамина С.

Изменение содержания витамина С в соке при нагревании

Критерии оценивания

Оценка эффективности выполнения задачи

Оценка выполненных заданий

Задача «Недооцененный парниковый газ»

Метан – важный парниковый газ, удерживающий тепло в атмосфере. Потенциал глобального потепления от метана в 30 раз больше, чем от углекислого газа.

Задание 1.

Подумайте, откуда берется метан а атмосфере, и выберите верные варианты ответов?

а) крупный рогатый скот, свиньи, овцы и козы вырабатывают метан в процессе нормального пищеварения;

б) метан выбрасывается в атмосферу при производстве, переработке, хранении, транспортировке и распределении природного газа и сырой нефти, добыче угля;

в) метан образуется в результате крупных лесных пожаров;

г) водно-болотные угодья являются крупнейшим природным источником метана от бактерий разлагающих органические материалы в отсутствие кислорода.

Метан в значительных количествах содержится в природном газе, который широко используется в качестве топлива в быту и на производстве. Одна из современных технологий в области производства биометана – анаэробная ферментация древесины, кукурузы, навоза и помета. Получение такого метана из биомассы протекает в три стадии с участием двух групп бактерий.

Задание 2.

Расположите предложенные ниже стадии получения биометана в порядке их протекания.

1. Под воздействием анаэробных бактерий происходит образование короткоцепочечных жирных кислот.

2. Протеины, углеводы, жиры подвергаются ферментативного гидролизу.

3. Органические кислоты под действием метанообразующих бактерий превращаются в углекислый газ и метан.

Сравнительная характеристика различных видов газа

Задание 3.

Проанализируйте данные таблицы. Оцените, какой(ие) из этих газов с экологической и экономической точки зрения выгоднее использовать в качестве топлива. Ответ обоснуйте.

Задание 4.

Рассмотрите физическую карту России, ответьте на вопрос, какие территории будут испытывать наибольшее загрязнение атмосферы метаном. Ответ обоснуйте.

Просмотрите видеоролик «Получение метана. Взаимодействие метана с кислородом»

Задание 5.

Метановое топливо широко применяется как источник теплоты и не является абсолютно безопасным. В чем опасность использования данного вида топлива? Какие меры должны быть предприняты человеком для безопасного использования метанового топлива?

Критерии оценивания

Оценка эффективности выполнения задачи

Оценка выполненных заданий

Задача «Загадки цвета в живой природе»

Пурпур – чудесная краска, напоминавшая пламя, – в течение нескольких веков был самым ценным из всех красителей. Он считался символом власти и богатства – право носить окрашенные пурпуром одеяния было привилегией правителей и знатных особ. Сотням рабов приходилось каждый день нырять за сырьем для добычи пигмента в море. Другие рабы выделяли пигмент растиранием с солью и подвергали дальнейшей переработке, состоявшей из многих операций. Добытое вещество вначале было белым или бледно – желтым, затем постепенно становилось лимонно-желтым, затем зеленым и, наконец, приобретала великолепную фиолетово – красную окраску. Окрашивание только одного квадратного метра ткани красителем, стоило баснословных средств. Для получения одного грамма пурпура нужно было обработать огромное количество сырья.

Задание 1.

Что являлось сырьем для получения пурпура на побережье Средиземного моря на территории современных Сирии, Греции и Африки? В чем причина изменения окраски пигмента с течением времени?

а) сырье, добываемое для получения пурпурного пигмента – бурая водоросль ламинария, при нагревании которой выделяются фиолетовые пары йода, окрашивающие подвешенную над ними ткань в красивый пурпурный цвет;

б) сырье для получения пурпура – улитки иглянки или багрянки, которые содержат вещество изменяющее цвет под действием компонентов воздуха и солнечного света;

в) сырье для извлечения пурпура – красные кораллы, содержащие вещество, которое на свету приобретает красно-фиолетовый цвет;

г) сырье – яд многощетинковых огненных червей, который при извлечении и взаимодействии с воздухом приобретает ярко-алый цвет.

Кроме трудно добываемых и дорогостоящих пигментов, возможно получение красителей из растительного сырья. Так для получения желтых красок используют цветки ноготков, корни барбариса. Для получения синих и фиолетовых красок применяют лепестки мальвы черной, стебли плауна. Красные красители получают из корней марены. Из листьев бузины, крапивы двудомной выделяют зеленые красители. Коричневые красители возможно выделить из околоплодника грецкого ореха и граната.

Задание 2.

Используя предложенные образцы растительного сырья, осуществите окрашивание шерстяных нитей или хлопчатобумажной ткани.

Инструкция к экспериментальной работе:

Оборудование и реактивы: ступка и пестик, сосуд для горячей воды, электрическая плитка; горячая вода, уксусная кислота, сухие листья, стебли, корни, плоды или цветки красильных растений (например, календула, базилик, цикорий, гранат, каркаде, свекла, краснокачанная капуста, черника, смородина и т.д.).

Ход работы:

Подготовьте растительное сырьё, предварительно измельчив при необходимости. Поместите выбранное сырье в сосуд с горячей водой и кипятите на медленном огне до тех пор, пока отвар не станет достаточно насыщенным. Концентрированную жидкость процедите. В полученный раствор поместите ткань или шерстяные нити, подержите некоторое время до окрашивания. Для закрепления цвета, разведите 1 столовую ложку уксуса в 2 литрах воды и поместите в этот раствор ткань, затем промойте и просушите материал.

По результатам проведенного эксперимента заполните таблицу:

Подумайте, какое влияние на цвет и его интенсивность окажут средства для стирки тканей и волокон, окрашенных натуральными красителями? Обоснуйте свой ответ и предложите рекомендации по сохранению цвета ткани или волокна.

Пигменты (от лат. pigmentum – краска) – это окрашенные вещества тканей организма. Они есть во всех клетках и выполняют перенос кислорода и углекислого газа; участвуют в окислительно-восстановительных процессах – фотосинтезе и акте зрения. Они могут служить светофильтрами, теплоизоляторами, маскировочным материалом, гармонично приспосабливая организм к среде обитания. Некоторые пигменты являются провитаминами: желто-оранжевые пигменты растений – каротиноиды и флавоноиды – предшественники витаминов А и Р.

Задание 3.

В мире практически не существует чистых веществ. Для изучения свойств и функций пигментов, их выделяли из растительной или животной клетки. Предложите последовательность действий при выделении растительных пигментов из листовой пластинки фиалки.

1) отделить клеточный сок с помощью фильтрования;

2) растереть листовую пластину с помощью ступки и пестика до получения клеточного сока;

3) наблюдать экстракцию пигментов в различных органических растворителях;

4) поместить полученный сок в пробирку, содержащую неоднородную смесь полярного и неполярного органических растворителей, встряхнуть содержимое пробирки.

Задание 4.

Экстракция (рассмотрен в задании 3) – не единственный способ разделения выделения пигментов. Среди одной группы пигментов различают несколько видов, которые возможно разделить и выделить с помощью хроматографии.

Слово «хроматография» происходит от греч. «chromo» – цвет, «grapho» – пишу. В XIX веке Михаил Семёнович Цвет – творец хроматографического метода анализа, открыл возможности для химического исследования разделения пигментов зеленого листа.

Первые исследования М.С. Цвета были связаны с адсорбционной хроматографией, позднее британские ученые Мартин А. и Синг Р. получили Нобелевскую премию «за открытие метода распределительной хроматографии».

Задание 4.

Осуществите выделение пигментов из растительных клеток с помощью «бумажной» хроматографии. Подпишите выделенные пигменты на полученной хроматограмме. Объясните причины такого распределения пигментов.

С помощью бумажной хроматографии докажите или опровергните однородность черного цвета (черный фломастер).

Оборудование и реактивы: хроматографическая камера (стакан, чашка Петри), фильтровальная бумага или пластинка для хроматографии, черный фломастер; сок растений, бензин.

Ход работы:

Вырежьте из фильтровальной бумаги полоску шириной 1 см. В нижней части фильтровальной полоски простым карандашом нанесите линию старта. На середину этой линии нанесите одну за другой несколько капель клеточного сока. Каждую следующую каплю нужно наносить только после того, как высохнет предыдущая. Пятно на старте должно быть интенсивного зеленого цвета, но слишком большим. Подвесьте полоску бумаги в хроматографической камере так, чтобы 1 см был погружен в растворитель (бензин). Под действием капиллярных сил растворитель будет подниматься по бумаге, а вместе с ним будут подниматься и красители. Но продвигаться по бумаге они будут с различной скоростью.

Растительные и животные организмы объединяет присутствие в их клетках пигмента меланина. Меланин в организме человека вырабатывается клетками меланоцитами и отвечает за цвет кожного покрова, глаз и волос, защищает ДНК клеток от мутагенного влияния ультрафиолета, поглощает солнечные лучи. Содержание меланина в организме человека определяется генетически, но его выработка зависит от гормонального фона, иммунитета, питания, состояния окружающей среды, возраста и воздействия УФ-излучения.

Задание 5.

Объясните различие в цвете кожи у жителей экваториального и умеренного климата. Будут ли различия в оттенке кожи у коренных жителей средней полосы России и южных регионов нашей страны?

Критерии оценивания

Оценка эффективности выполнения задачи

Оценка выполненных заданий

Задача «Ты то, что ты ешь»

Крылатое выражение «ты то, что ты ешь» принадлежит великому врачу древности Гиппократу и расшифровывается оно, согласно его мнению, как «болезнь является в том числе результатом нарушения питания». С тех пор ни один врач не опроверг это умозаключение. В состав продуктов питания входят белки, углеводы, жиры, витамины и минеральные вещества. Все чаще на упаковках продуктов питания мы можем встретить маркировку «органический продукт» или «биопродукт». Что обозначает данная маркировка?

Задание 1.

В состав продуктов питания входят белки, углеводы, жиры, витамины и минеральные вещества. Все чаще на упаковках продуктов питания мы можем встретить маркировку «органический продукт» или «биопродукт». Что обозначает данная маркировка?

1) Продукты, содержащие органические вещества, полученные из натурального природного сырья животного или растительного происхождения.

2) Продукты, которые производятся без использования достижений химической промышленности, без использования гербицидов и пестицидов.

3) Продукты, содержащие органические вещества, полученные путем химического синтеза.

Задание 2.

По данным Всемирной организации здравоохранения в мире ежегодно умирает около 0,5 млн человек из-за потребления трансжиров. Многие страны запретили или строго ограничили их использование в продуктах питания. Трансжиры – это липиды, которые получены путем гидрогенизации жидких растительных масел, содержащие трансизомеры ненасыщенных жирных кислот. Какие продукты питания содержат трансжиры? Поясните, в чем опасность их употребления?

1) Подсолнечное масло, сливочное масло.

2) Кондитерский маргарин, спред.

3) Майонез, кетчуп.

4) Сало, животный коллаген.

5) Чипсы, наггетсы.

Задание 3.

«Сушка» тела – термин, который пришел из профессионального спорта и бодибилдинга, становится все более популярным среди тех, кто стремиться иметь рельефное и подтянутое тело. Суть «сушки» организма в снижении количества подкожного жира при сохранении мышечной массы и силовых показателей. При этом основу рациона питания должны составлять преимущественно белки. «Сушка» - не про здоровье, к каким изменениям в организме она может привести и каковы их последствия? Дайте обоснованный ответ.

Задание 4.

Основным источником энергии для организма являются углеводы. Нарушение углеводного обмена приводит к появлению сахарного диабета, от которого по данным ВОЗ во всем мире страдают около 500 млн человек. Полностью невозможно избавиться от сахарного диабета, но облегчить симптомы и предотвратить осложнения реально, если контролировать содержание углеводов в пище. Это возможно путем определения хлебных единиц. Для их расчета необходимо знать количество углеводов, содержащихся в определенной порции пищи. 1 хлебная единица (ХЕ) соответствует 12 г чистых углеводов и пищевых волокон.

Используя данные таблицы, составьте меню на завтрак для больного сахарным диабетом, с учетом того, что за один прием пищи можно потреблять не более 7 хлебных единиц.

Таблица хлебных единиц

Задание 5.

Самый распространенный сложный углевод в рационе человека – крахмал. Источником крахмала являются продукты растительного происхождения. Крахмал, выделенный в натуральном виде, придает необходимую консистенцию продуктам, что иногда используют недобросовестные производители молочных продуктов. ГОСТы регламентирующие качество молочных продуктов не предполагают содержание в них крахмала. С целью выявления фальсифицированных молочных продуктов можно провести реакцию с йодом, которая позволяет обнаружить крахмал.

С помощью качественной реакции на крахмал проведите анализ молочных продуктов различных производителей своего региона.

Оборудование и реактивы: чашки Петри, образцы молочных продуктов, спиртовой раствор йода.

Ход работы:

В чашки Петри поместите небольшие порции образцов молочных продуктов. Добавьте 2-3 капли спиртового раствора йода. Появление сине-фиолетового окрашивания будет свидетельствовать о наличии в продукте питания крахмала. На основании полученных результатов заполните таблицу:

Оценка качества молочных продуктов (по содержанию крахмала)

Критерии оценивания

Оценка эффективности выполнения задачи

Оценка выполненных заданий

1. Копылова, В. Б. Место и роль игровых технологий в образовательном процессе / В. Б. Копылова. — Текст: непосредственный // Проблемы и перспективы развития образования: материалы VIII Междунар. науч. конф. (г. Краснодар, февраль 2016 г.). — Краснодар: Новация, 2016. — С. 156-158. — URL: https://moluch.ru/conf/ped/archive/187/9596/ (дата обращения: 21.01.2024)

2. Николаева С. Н. Технология экологического образования дошкольников / С. Н. Николаева — Текст: непосредственный // сайт Манышевой В. В. URL: https://manysheva-dmdou20.edumsko.ru/folders/post/3155492#:~:text (дата обращения: 20.01.2024)

3. Федеральный государственный образовательный стандарт: официальный сайт. – 2021. – URL: https://fgos.ru/ (дата обращения 15.11.2023).

4. Киселев Ю.П., Ямщикова Д.С./Под ред. Алексашиной И.Ю. Живые системы. Естественно-научная грамотность. Тренажёр – М.: Просвещение, 2022. – 224 с.