Строение и рост костей

Цель урока - показать, что связь строения и функции проявляется не только в морфологических признаках, но и в особенностях химического строения костей; разъяснить, что сочетание компонентов приводит к новому качеству, которым каждый из этих компонентов в отдельности не обладает; научить логическим приемам доказательства путем подведения под определение, а также приемам анализа путем исключения всех составляющих, кроме одного.

Задание 1. Доказать, что в костях содержится органическое вещество.

При доказательстве надо исходить из определения, известного учащимся с V класса: вещество, которое при горении обугливается, называется органическим. Для практического решения вопроса достаточно испытать исследуемое вещество в пламени горелки. Решать эту задачу не следует лабораторно, так как кости при горении сильно чадят. Достаточно подержать небольшую рыбью кость в пламени спиртовки, чтобы учащиеся могли убедиться, что она обуглилась. Далее можно сказать о том, что кроме органических в костях имеются и минеральные вещества.

Задание 2. Определить свойства минеральных веществ.

Эта задача решается по принципу исключения. В костях имеются органические и минеральные вещества. Чтобы узнать свойства минеральных веществ, надо удалить органические. Нужно предложить учащимся подумать, как это сделать.

Обычно они догадываются, что органические вещества можно просто выжечь. После этого восьмиклассникам следует показать заранее прокаленные кости. Школьники убеждаются, что минеральные вещества твердые и хрупкие.

Задание 3. Определить свойства органических веществ.

Задача решается по тому же принципу, что и предыдущая. Прежде всего проводится беседа о способах удаления минерального вещества кости. Это необходимо сделать, чтобы выяснить свойства органических веществ. В ходе беседы учащиеся предлагают CaCO₃ и Ca₃(PO₄)₂ удалить соляной кислотой.

Начало опыта можно показать в классе, но дожидаться его окончания не стоит, поскольку на растворение и вымывание минерального вещества времени уходит много (2-3 дня). Концентрированную соляную кислоту брать нельзя, поскольку реакция может протекать так бурно, что кость разрушится, покроется белым рыхлым налетом. Поэтому используют слабую кислоту (2-5%). Через 2-3 дня куриную кость уже можно завязать узлом. Эту демонстрацию лучше показать на другой кости, специально подготовленной к данному уроку. Кость, обработанную кислотой, надо подсушить.

Можно напомнить школьникам, что прочные материалы в технике часто получают путем сочетания твердых и упругих компонентов. Например, бетон состоит из твердого щебня и эластичного цемента. Однако чтобы материал был прочен, эти компоненты должны быть в определенных соотношениях. Далее учитель рассказывает, как меняется химический состав кости с возрастом и как в связи с этим изменяется прочность костей.

Обсуждение морфологии костей целесообразно начать с рассмотрения продольного распила трубчатой кости, где хорошо видны надкостница, плотное и губчатое вещество, полость кости. При этом особое внимание надо обратить на красный и желтый костный мозг, подчеркнув, что к нервной системе они не имеют отношения и выполняют совершенно иную функцию: в красном костном мозге образуются клетки крови. Рассмотрев длинные, короткие, плоские кости, можно перейти к разъяснению, как кость растет в толщину и почему в костях образуются полости. Учитель напоминает, что поверхность костей обычно покрывает надкостница. (На препарате ее нет!) Ее клетки аккуратно, слой за слоем откладывают новое костное вещество. Благодаря этому кость и растет в толщину. Другие клетки, находящиеся на ее внутренней поверхности, "вгрызаются" в плотное вещество кости и растворяют его. Благодаря этому расширяется полость кости, и она становится трубкой.

Задание 4. Выяснить, почему большинство длинных костей в организме имеет трубчатое строение.

Краткий ответ на этот вопрос такой: кость выигрывает в легкости, не теряя прочность. Последнюю мысль можно доказать на модельном опыте. Двое учащихся берут по одинаковому листу бумаги. Один сворачивает лист в полоску, другой - в трубку. Преподаватель за это время ставит на демонстрационный стол два штатива с кольцами, расположенными вертикально. Затем начинается первое испытание. Бумажную полоску просовывают в кольца и укрепляют так, что ее середина свободно провисает между кольцами. Учитель вешает на нее чашку от аптекарских весов, которую затем нагружает грузом до тех пор, пока лист не согнется. После этого испытывают трубку. Ее точно так же закладывают между кольцами и сразу вешают на нее чашку с грузом, который согнул бумажную полоску (рис. 11). Учащиеся видят, что эта нагрузка не может согнуть трубку. Навеска удваивается, но и после этого трубка выдерживает нагрузку. Чашку весов учитель нагружает до критической величины, после чего сравнивает результаты первого и второго испытаний и делает вывод: трубка обладает большей прочностью, чем стержень такой же массы.

Рис. 11. Модельный опыт, показывающий, что бумажная трубка способна выдержать большую нагрузку, чем бумажная полоска той же массы: А и Б - химические штативы; Б - исследуемый бумажный лист; Г - чашка весов с гирями

В заключение урока следует дать материал о развитии костей в онтогенезе, показать, что пластинки губчатого вещества кости располагаются так, что противостоят растяжению и сжатию, разъяснить, почему они часто пересекаются под углом 90°. (Происходит разложение сил на две составные, являющиеся сторонами параллелограмма сил, по диагонали которого действуют силы сжатия и растяжения. Поскольку перекладины опираются на компактное вещество кости, возникает жесткая и прочная конструкция, в которой нагрузка равномерно распределяется на всю кость.)