Интегрированный урок биология + химия + математика + география + физика + информатика по теме Каменный уголь — богатство Кузбасса

Ход урока

(Приложение 1, сл.1.)

Зал оформлен в соответствии с тематикой
конференции: эпиграфы, газеты; интерактивный
комплекс; столы для работы участников
конференции и экспертов.

Ведущий. Сегодня мы проводим
необычный урок – интегрированный
урок-конференцию (данное вступление
сопровождается презентацией
). Конференция –
это собрание, совещание представителей
определенной или разных профессий (Приложение
1, сл.2
.); интегрированный, т.е.
межпредметный урок-конференция – это собрание
специалистов разных профилей,

рассматривающих с разных позиций какой-либо
предмет, объект или явление (Приложение
6
).

Так как на конференциях выступают с докладами и
сообщениями, то доклады – это основа сегодняшнего
урока. Особенность его еще и в том, что все
сообщения ребята готовили самостоятельно или
под руководством педагогов заранее.

Базой для такой работы служит
дополнительная литература – научно-популярные
издания, журналы и Интернет.

(Приложение 1, Сл.3). Цель урока
перспективная:
формирование целостной
картины окружающего мира, с точки зрения
естественных наук с применением математических
способов обработки информации и использование
ИКТ для поиска и представления информационного
продукта.

Цель урока актуальная: систематизация
знаний о каменном угле

Задачи урока состоят в развитии
различных общеучебных умений и навыков (они
представлены на слайде) по работе с информацией: (Приложение
1, сл.4
.)

  • осмысленный поиск новой информации;
  • анализ текстов и отделение важной
    информации от второстепенной;
  • отбор способов работы с источниками
    информации (написание сообщений, тезисов, чтение
    карт, анализ схем и т.д.);
  • использование ранее приобретенных
    знаний, памяти и внимания
    в процессе работы
    конференции, а также навыков наблюдателя,
    лектора, демонстратора и т.д. Приложение
    7, Приложение 8, Приложение
    9, Приложение 10
    , Приложение 11 помогут вам
    зафиксировать основные положения выступлений в
    виде тезисов.

Оценивать работу участников конференции будет
группа экспертов, в которую входят директор
школы Жегалова Е.П., Фоминых В.Н. – учитель высшей
категории и гость, учитель биологии Озерской ООШ
Балахонова Т.В.

А теперь, участники конференции, вспомним
известные слова М.Ломоносова: “Богатство России
будет прирастать Сибирью”, а одно из главных
наших богатств – уголь. Именно поэтому возникла
идея рассмотреть с позиций разных естественных
наук этот уникальный компонент природы. Кроме
того, обратите внимание еще на один эпиграф
нашего занятия. Это слова Дистервега: “Лучше
рассмотреть один предмет с десяти сторон, чем
десять – с одной стороны”. Конференция позволит
из отдельных фрагментов (ведущий раздаёт
фрагменты неизвестной мозаики)
знаний собрать
целостную картину. Основные тезисы выступлений
помечайте в сводной таблице, которая вам
предложена (Приложение 1, сл. 5).

Итак, каменный уголь. Кому и почему надо
предоставить слово первым?

Примерное содержание выступления

Образование каменного угля (Приложение
2
Презентацию пожно просмотреть,
связавшись с автором статьи
.)

Есть много причин оскудения морской жизни в
каменноугольный период. В геологической
летописи есть и “ черные сланцы”, отмечающие
повсеместное кислородное голодание в океане, и
следы крупных осушений морей, и начало общего
похолодание климата.

Как известно, “у природы нет плохой погоды”, а
потом наземная растительность процветала (Приложение
2, слайд 2
). Евразия была покрыта лесами из
огромных деревьев – плауновидных
лепидодендронов, а также кордантов – высоких
деревьев (Приложение 2, слайд 3).
Лепидодендроны – чешуедревы, деревья высотой 3 м.
В горных породах и в пластах каменного угля можно
найти отпечатки коры и листьев этого растения (Приложение
2, слайд 4
). Это были деревья с липой шиловидных
листьев наверху, сидящих на стволе спирально.
Нижние листья постепенно отпадали и оставляли
ромбические следы. Поэтому весь ствол напоминал
вафлю (Приложение 2, слайд 5). Потомок мощного
дерева лепидодендрона – наш современный плаун –
выродился в малозаметное, стелющееся по земле
растение.

Другим потомком вымерших древних растений
является полевой хвощ. Он часто встречается на
полях с плохой почвой, на обрывах, около канав и
дорог. Высота его 15–30 см., а предки хвоща –
каламиты были огромные деревья, высотой 20–30 м,
с ветвистыми и ребристыми стволами.

Большие пространства в этот период на земном
шаре занимали папоротники семейства
марратиевые. Их стройные колонновидные стволы,
увенчанные кроной из огромных перистых листьев,
возвышались над землей на 10 -15м. Как же
происходило образование из них каменного угля (Приложение
2, слайд 6
).

Этапы образования каменного угля

  1. Каменноугольные леса росли настолько быстро и
    буйно, что все мертвые растения не успевали
    сгнить. В каменноугольных болотах слои отмерших
    останков растений образовывали залежи торфа,
    который затем спрессовывался и превращался в
    каменный уголь.
  2. Море наступало на сушу, образуя отложения из
    останков морских организмов и слоев ила, которые
    потом превращались в глинистые сланцы.
  3. Море отступало, и реки наносили поверх сланцев
    песок из которого формировался песчаник.
  4. Местность становилась более заболоченной, и
    сверху откладывался ил, пригодный для
    образования глинистого песчаника.
  5. Лес вновь вырастал, образуя новый угольный
    пласт. Такое чередования угля, глинистого сланца
    и песчаника называется угленосной толщей.

Уголь накапливался на обширных прибрежных
мелководьях, в дельтах огромных рек, где морские
воды встречались и смешивались с пресными
водами.

Здесь угленосные отложения содержат остатки
пресноводных ракушек и наземных позвоночных
животных, как в Кузбассе. Моря заливали низкие
окраины континентов. Одно из них занимало весь
нынешний Кузбасс. (Приложение 2, слайд 7).

В конце карбона море отступило. Наступало
осушение и иссушение пермского периода. А о
расположении основных каменугольных запасах
пусть расскажут географы.

(Презентация биологов см. Приложение 2,
“Биология”)

– биологи, вручаю вам фрагмент мозаики, которая
сложится у нас к концу конференции в единую
картину, отражающую заявленную тему.

– Спасибо. Участники конференции делают
последние пометки в своих тезисах. Представитель
биологов прикрепите, пожалуйста, свой фрагмент
мозаики на доску.

– Биологи передали слово географам.
Пожалуйста.

Примерное содержание выступления

Угольные бассейны мира, России.
Кузбасс

Уголь имеет осадочное происхождение и
сопутствует чехлу древних платформ. На земном
шаре известно более 3,6 тыс. угольных бассейнов и
месторождений, которые занимают 15% территории
земной суши (Приложение 3,
слайд 1
). Угольные месторождения одного
геологического возраста нередко образуют пояса
угленакопления, протягивающиеся на тысячи
километров. Основная часть угольных ресурсов
приходится на северное полушарие – Азию,
Северную Америку, Европу и сконцентрированы в
десяти крупных бассейнах. (Приложение 3, слайд 2).

Открытых залежей угля по современным темпам
потребления хватит на 500–800 лет.

Среди стран мира по залежам угля первое место
занимает США(23% мировых запасов), на втором месте
– Россия (13%), на третьем – Китай (11%). (Приложение
3, слайд 3
). Первое место по добыче угля занимает
Китай, за ним следуют США, Индия, Австралия и
Россия. (Приложение 3, слайд 4).

На территории России расположено 13 % мировых
запасов угля. Имеются угли различного типа:
антрациты, бурые и коксующиеся. Угольные ресурсы
размещаются по территории страны неравномерно.
На долю восточных районов приходится 93 %, г на
европейскую часть – 7 % всех запасов страны.

Самые крупные каменноугольные бассейны России:
Кузнецкий (725 млрд.т; крупнейший по объему добычи),
Тунгусский(2345млрд.т), Ленский(1643 млрд.т),
Иркутский (76 млрд.т), Южно-Якутский (23 млрд. т),
Печорский(214 млрд.т), Российский Донбасс(40 млрд.т).
(Приложение 3, слайд 5) (показ по карте ).

Среди буроугольных бассейнов выделяются
Ленский, Канско-Ачинский, Тунгусский, Кузнецкий,
Таймырский, Подмосковный. (Приложение 3, слайд 6)
(показ по карте).

Кузнецкий угольный бассейн (Кузбасс) является
одним из самых крупных угольных месторождений
мира, расположен на юге Западной Сибири, в
основном на территории Кемеровской области, в
неглубокой котловине между горными массивами
Кузнецкого Алатау, Горной Шории и невысоким
Салаирским кряжем. В настоящее время
наименование «Кузбасс» является вторым
названием Кемеровской области. (Приложение 3,
слайд 7
) (показ по слайду).

Первые попытки добычи угля в Кузбассе для
промышленных целей относятся к концу XVIII
столетия. Но регулярная добыча началась лишь в
середине XIX века.

Площадь бассейна составляет 70 тыс. км2.
Балансовые запасы угля составляют 750 млрд. т. Угли
залегают на глубине от 300 до 600 м. Мощность пластов
достигает 6–14 м, а в ряде мест – 25 м.
Углеобразование Кузнецкого бассейна
происходило 280–235 миллионов лет назад.

Добыча идет как открытым, так и закрытым
способом. Максимальная глубина угольных шахт не
превышает 500 м (средняя глубина около 200 м).
Средняя мощность разрабатываемых угольных
пластов 2,1 м. (Приложение 3, слайд 8)

Обратите внимание на слайд. (Приложение 3,
слайд 9
). По структурно-тектоническим
особенностям и запасам угля в бассейне выделены
25 геолого-экономических районов, из которых
промышленно освоены 15.

Сегодня Кузбасс обеспечивает для России 52,3%
всей добычи угля и 83,3 % – углей коксующихся марок.

В бассейне эксплуатируются 58 шахт и 36
предприятий открытой добычи (угольных разрезов).

В 2006 г. на территории нашей области добыто174 млн
тонн. угля, что на 10 млн. больше запланированного (Приложение
3, слайд 10
)

Крупнейшие угольные компании нашей области

  • “Кузбасстазрезуголь”
  • “Прокопьевскуголь”
  • “Распадская”
  • “Южкузбасуголь”

Важнейшие угледобывающие предприятия вы
видите на слайде

(Приложение 3, слайд 11)

  • Бачатский угольный разрез
  • Распадская шахта
  • Южно-кузбасская ГРЭС
  • Томь-Усинская ГРЭС
  • СИБПЛАЗ рудник
  • Алардинская шахта
  • Шевякова шахта
  • Черниговский разрез
  • Краснобродский разрез

Основная часть Кузнецких углей потребляется в
Западной Сибири, на Урале, а также в Европейской
части России, за последнее время на 40 % вырос
экспорт энергетического угля в основном
европейским потребителям (Приложение 3, слайд 12).

Последние годы ознаменованы ростом интереса к
углю как к важнейшему источнику энергии.

В отличие от других энергетических ресурсов
запасы угля более или менее равномерно
распространены по всему миру. Этот факт,
помноженный на колоссальные запасы, делает
угольный рынок гораздо более стабильным и менее
подверженным экономическим и политическим
конъюнктурным влияниям, чем нефтяной или газовый
(Приложение 3, слайд 13).

(Презентация географов см. Приложение 3,
“География”)

– географы, спасибо, вручаю вам следующий
фрагмент мозаики, прикрепите его к доске; вы
перешли к рассмотрению энергетического значения
угля; понятие энергия – прерогатива физиков. Вам
слово, физики.

Примерное содержание выступления


Энергетические ресурсы

Почему такое название? Вы знаете, что все тела
обладают внутренней энергией. Но не всегда легко
эту энергию преобразовать в другие виды энергии
или передать другим телам.



Уголь, как один из видов топлива легко передаёт
энергию при сгорании. При горении топлива
происходят процессы перестройки молекул:
изменяются силы взаимодействия между молекулами
и характер их движения. Топливо, а значит и уголь,
при сгорании выделяет часть своей энергии–
которая называется количеством теплоты. Кол-во
теплоты выделяющееся при сгорании 1 кг топлива
называется удельной теплотой сгорания,
обозначается через q, измеряется в Дж/кг; для
каменного угля удельная теплота сгорания = 2.7 · 107
Дж/кг, для антрацита 3 · 107 Дж/кг, для
древесного угля 3.4 107 Дж/кг.

Для сравнения удельная теплота сгорания сухих
дров 1 107 Дж/кг, т.е. если взять одинаковую
массу антрацита и сухих дров, то при сгорании
угля выделится в три раза больше энергии, чем при
сгорании дров.

Уголь, как топливо, используется для получения
тепла и электрической энергии.

Уголь характеризуется удельной теплотой
сгорания, содержанием углерода и других
компонентов, а также плотностью. Если первые две
характеристики представлены в таблицах, то о
плотности этого сказать нельзя. Поэтому мы
решили экспериментально определить плотность
угля.

Для вычисления плотности каменного угля, мы
использовали обычный набор: весы с разновесами и
мензурка с водой. С помощью весов мы определили
массу, она равна 36,5 г. С помощью мензурки мы
получили объём равный 15 см3. Из формулы
плотности вычислили = 2400

– Спасибо, ваш фрагмент мозаики.

– А теперь математики нам докажут, как важно
обладать математическими умениями и навыками
при изучении любого предмета.

Примерное содержание выступления


Проверка достоверности
статистических данных по добычи угля

Учитель: Иногда в книгах печатают
непроверенную информацию. Мы столкнулись с этим,
когда решили проверить информацию, которая была
напечатано в книге “Угольный Кузбасс”. Где для
того чтобы подчеркнуть величину труда наших
шахтеров было приведено такое сравнение. Сначала
разработки Кузнецкого угольного бассейна добыто
6,6 млрд тонн угля и если всю площадь Кемеровской
области засыпать добытым углем, то получится
гора высотой 300 метров. Египетские пирамиды,
признанные одним из величайших чудес света, не
выдерживают никакого сравнения с этой величиной.
(Приложение 4, слайд 1)
Я хочу, чтобы вы сейчас вычислили высоту данной
горы, если известно, что площадь Кемеровской
области равна 95,7 тыс км2. Сейчас Оля будет
проводить вычисления на доске, а остальные
участники конференции работают в группах,
заполняя тезисы по математике. Данные тезисы
помогут вам запомнить полученную информацию и
применять её при решении других задач. Так как
гора представляет из себя пирамиду, а формулу
объема

пирамиды вы ещё не изучали вам эта формула
будет дана запишите её.

Учитель: Что мы будем брать за
площадь основания пирамиды?

Ученик: Мы будем брать площадь
Кемеровской области. Значит S = 95,7 тыс км2
(95,7*109 м2)

Учитель: Какой физической величиной
надо обозначить количество добытого угля.

Ученик: Массой. Она равна 6,6 млрд т
(6,6*1012 кг)

Учитель: Какая физическая формула
связывает массу и объем?

Ученик: m =V .

Учитель: (Приложение 4, слайд 2)
Т.е. нам понадобится плотность каменного угля.
Плотность каменного угля для нас вычислили
физики, участники конференции = 2400 кг/м3.

Ученик: Следовательно V= m/. Значит V = 6,6 *1012/2400=
0,00275 *1012= =2,75 *109 м3

Т.е. h = ==0,086 м=8,6 см (Приложение
4, слайд 3
)

Учитель: Значит, мы с вами можем
утверждать, что иногда в книгах может
присутствовать непроверенная информация.

Учитель: Давайте решим ещё одну
задачу. Задана таблица расходования угля по
месяцам в Падунской средней общеобразовательной
школе за 2007 год


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
147,9 116,8 109 62,2 15,5 _ _ _ 23,3 62,2 109 132,3

Известно, что в Кузбассе в 2007 году было добыто 175
млн тонн угля за год. На сколько лет хватит
добытого за год угля, чтобы отапливать нашу
школу? (Приложение 4, слайд 4)

Ученик:

147,9+116,8+109+62,2+15,5+23,3+62,2+109+132,3=778,2 т угля в год
расходует наша школа

175 млн т =175*106 т

175*106 / 778,2 =0,225* 106=225000 лет (Приложение
4, слайд 5
)

Учитель: Решение данных задач, я
думаю еще раз вас убедило о необходимости
математических знаний и умений, которые
применяются при изучении других предметов.

– спасибо, ваш фрагмент мозаики.

(Презентация см. Приложение 4, “Математика”).

– остались не задействованы химики. О какой
особенности угля вы нам расскажите?

Примерное содержание выступления

Особенности химической структуры
угля, её использование

Приложение 5, слайд 1.
Ископаемый каменный уголь – твердое горючее
растительного происхождения. Он используется
как для сжигания, так и для переработки в более
ценные виды топлива – кокс, жидкое горючее,
коксовый газ.

Чем старше уголь, тем больше в нем содержится
углерода. Различают 3 вида (обратите внимание
на слайд
) Приложение 5, слайд 2:

  • Антрацит – самый древний (95% С)
  • Бурый уголь – 65 – 70% С
  • Каменный уголь – 75-90% С

Кроме углерода в каменном угле содержится до 1,7%
Н2 , до 15% О2, до 4%S, до 1,5% N2, 12 – 45%
летучих веществ, от 4 до 14% (иногда до 40%) влаги, от 2
до 45% золы. Главными составляющими золы являются
оксиды Al, Si, Fe, редкие и рассеянные элементы Ga, V, W,
Ti и др., а также Au, Ag. (Приложение 5, слайд 3)

Большое количество угля перерабатывается в
кокс, идущий на выплавку чугуна. В ХХI веке при
переходе на восстановление железных руд оксидом
углерода или природным газом (что уже
осуществляется у нас на Кузнецком
металлургическом комбинате) необходимость в
производстве кокса отпадает. Уголь будет
перерабатываться в ценное жидкое и газообразное
углеводородное сырьё. Для переработки угля
применяются различные методы: пиролиз (процессы
полукоксования и коксования), газификация и
гидрогенизация. (Приложение 5, слайд 4)

Полукоксование низкосортных углей и бурого
угля осуществляется при температуре 500-580 С без
доступа в печах с внешним обогревом (внимание на
слайд). Продуктами полукоксования являются
полукокс, смолы и газ. Полукокс (55–75% от исходного
продукта) потребляется как местное топливо. Газ,
обладая высокой теплотой сгорания, является
ценным энергетическим топливом и сырьём для
химической промышленности. Он имеет следующий
состав, проценты: этилен – 8, оксид углерода – 11,5,
водород – 19, предельные углеводороды – 15–50, азот
– 5. Производительность процесса по газу
достигает до 165-и м3/т. Смола содержит ценные
органические соединения – алканы, кислоты,
фенолы, пиридиновые основания и масла.

Коксование – наиболее распространенный метод
переработки каменного угля. Он осуществляется в
коксовых печах при температуре 900-1050 С без
доступа воздуха. Продуктами коксования являются
твёрдый остаток – кокс и коксовый газ. Для
коксования используют угли, способные при 350-450 С
переходить в пластичное состояние и образующие
прочный кокс, который применяется как
восстановитель при выплавке чугуна. Состав
продуктов коксования, проценты: кокс– 65–80; смолы
– 3–5; сырой бензол – 1; сульфат аммония – 1–2 и
коксовый газ – 15–18(340 м3/т). (Приложение 5,
слайд 5
)

Наряду с пиролизом используется также
газификация и гидрогенизация.

Газификация – это процесс обработки нагретого
до 1000 С угля смесью воздуха и водяного пара в
результате образуется генераторный газ,
состоящий в основном из СО, Н2, небольшого
кол-ва СО2(~ 4%) и N2. Если при
газификации используют смесь кислорода и
водяного пара, то получается более
концентрированный газ, содержащий 66% СО и 31% Н2.
Генераторный газ применяют в качестве топлива
(теплота его сгорания и порядка и 10000 кДж/моль),
кроме того, он является ценным сырьём технологии
органического синтеза.

(Приложение 5, слайд 6) Гидрогенизация – это
процесс прямого получения искусственного
жидкого топлива из каменного угля. Метод основан
на гидрировании органической части углей
водородом под высоким давлением 20-70М Па при
температуре 380–550 С (катализаторы – содержащие
сульфиды молибдена, соединения железа, хрома и
др. элементов). Образуется широкая фракция
среднего масла, которую после удаления фенолов
вновь подвергают гидрированию в паровой фазе при
400–500 С и высоком давлении, с катализатором.
Конечные продукты процесса – бензин и
Энергетический газ, содержащий лёгкие
углеводороды. (Приложение 5, слайд 7)
Разработан метод пиролиза высокосернистых углей
в присутствии катализаторов – расплавов солей
щелочных металлов. В качестве основного продукта
в этом процессе образуется этилен 30–60%. Это один
из перспективных методов получения этилена из
угля низкого качества. Газификации может
подвергаться любое твёрдое топливо – торф,
низкосортный уголь, сланцы, отходы древесины. (Приложение
5, слайд 8
) На основе переработки продуктов
коксования каменного угля, выделение
ароматических, непредельных и парафиновых
углеводорода, аммиака и водорода в 20 веке
появился органический синтез. Коксохимия к концу
21 века станет важнейшей сырьевой отраслью
химической промышленности.

– спасибо, химикам, – спасибо, ваш фрагмент
мозаики, спасибо всем участникам конференции.

(см. Приложение 5, Презентация “Химия”)

Работа конференции подходит к концу. Пока
эксперты готовят заключительную речь, предлагаю
провести рефлексию или самоанализ собственной
деятельности. Поможет нам это сделать обращение
к целям и задачам нашей конференции. Обратите
внимание на слайды или тезисы, которые перед
вами. Итак, вопрос №1 биологам: зачем была
проведена конференция? Значит, вопрос зачем
определяет цель деятельности или предполагаемый
результат? Он есть? …

Каковы шаги по достижению цели = результата?
Вопрос химикам, назовите один из этих шагов.
Географы, следующий шаг. Физики – ? Математики – ?

Таким образом, задачи любой деятельности – это
шаги по достижению цели.

Из разрозненных фрагментарных знаний
различных естественных наук, мы сложили единую
картину под названием “Каменный уголь –
богатство Кузбасса” (обращение к сложенной
мозаике: карта Кемеровской области с надписью
“Каменный уголь – богатство Кузбасса”).

Эксперты, ваши оценки групповой и
индивидуальной деятельности участников
конференции, а также проект решения конференции.

(Примерно) Просмотрев информационный материал,
подготовленный группами и прослушав
выступления, мы пришли к такому решению:

– работу конференции оценить(признать) ….

– отметить высокое умение публичного
выступления …

– ….

– ….

– продолжить практику проведения
интегрированных уроков-конференций, а итог
данной работы подвести на итоговой
научно-практической конференции школьников.




Следующий: