Конспект урока
Бионика или как хорошо подглядывать
Ильяш Ольга Игоревна
Цель: развитие компетенции учащихся через расширение представлений учащихся о роли живых организмов.
Задачи урока:
- Получение новых знаний на основе анализа и синтеза ранее изученного материала и расширение кругозора учащихся.
- Развитие познавательного интереса учащихся и компетенции учащихся.
- Показать взаимосвязь различных отраслей знаний и биологии, на основе общности ряда законов живой и неживой природы, углубить представления о единстве материального мира, взаимосвязи и обусловленности явлений, их познаваемости;
- продолжить формирование умений работать с текстом, способствовать развитию логического мышления, коммуникативных умений, развивать мотивацию изучения естественных наук;
- воспитание чувства взаимопонимания и взаимопомощи, воспитание эстетического взгляда на объекты природы;
- Воспитание культуры общения и толерантного отношения друг к другу.
Оборудование:
- Компьютер
- Мультимедийный проектор
- Электронная презентация
Ход урока:
- 1. Орг.момент
- 2. Изучение нового материала:
С незапамятных времен мысль человека искала ответ на вопрос: может ли человек достичь того же, чего достигла живая природа? Людей всегда интересовало, можно ли, например, научиться летать, как птицы, или плавать под водой, как рыбы? Сначала человек только мечтал об этом: он придумывал сказки о волшебном ковре-самолете, о подводных царствах, где могут жить люди. С незапамятных времен люди пытались подражать природе, копировать внешний вид различных организмов при создании машин и устройств.
Вид человеческий на протяжении всего своего существования не только наблюдал и изучал природу, но и учился у неё.
Философ древности Цицерон Марк Тулий говорил так: «Нет ничего более изобретательного, чем природа»
Что видел первый человек? Всплеск воды, полет птицы, бег животного, дуновение ветра. Звери, рыбы, птицы “подсказывали” тогда человеку, что и как надо делать, чтобы решить насущные для него задачи.
Из истории нам известен пример заимствования у природы, довольно удачный: в Древней Греции было создано великолепное по тем временам изобретение: тараны, которыми разбивали ворота осаждённой крепости, стали делать с торцами в виде бараньих лбов. Такие торцы, как свидетельствуют историки, отлично воспринимали ударную нагрузку. Неведомые древнегреческие придумщики, создавая таран с бараньим лбом, вероятно, рассуждали так: « Нужно, чтобы бревно не расщеплялось и не сплющивалось при ударе. Где нам приходилось видеть что-нибудь подобное? На пастбищах! Бараны сталкиваются лбами – и ничего! Отличный прототип, лучше не придумаешь…»
На всём протяжении истории человек в своей деятельности сознательно или интуитивно обращался к живой природе, которая помогала решать ему различные проблемы.
Ещё крупнейший греческий философ – материалист Демокрит писал: «От животных мы путем подражания научились важнейшим делам ( а именно, мы ученики) паука ( подражая ему) в ткацком и портняжных ремеслах, мы ученики ласточки в построении жилищ…»
Это подражание отобразилось в частности во множестве произведений художников и архитекторов.
Природные формы были неиссякаемым источником идей для художников и конструкторов, многие из них обладали обширными познаниями в ботанике и черпали вдохновение в мире растений.
В эпоху Возрождения этюды и подражание работе мастера и подражание природе являлись основой обучения живописи.
Позже некоторые художники стали использовать объекты природы даже для создания портретов, например Джузеппе Арчимбольдо - итальянский художник, известный, прежде всего экстравагантными портретами, составленными из овощей и фруктов. Особенно известен цикл "Времена года", изображенные в облике людей, составленных из соответствующих атрибутов, - Весна из цветов, Лето из колосьев и овощей, Осень из фруктов, а Зима в виде старого дерева.
В истории строительства человечество постоянно пыталось копировать идеи природы от внешнего сходства до внутренней организации. Так, многие древние человеческие постройки очень похожи на гнезда, шалаши, убежища животных. Ещё в Древнем Египте при строительстве некоторых храмов применялся метод оформления колонн под форму цветов лотоса и папируса.
В японской народной архитектуре форма крыши домов придавала сходство с еловыми деревьями, мотив леса прослеживается также в готических соборах. В истории архитектуры отслеживается применение принципов изменения живых форм: по вертикали стебля растения, ствола дерева, скелетов животных; функции прожилок зеленого листа дерева и т.д.
А современный человек? Окружив себя множеством сложных машин, живя в мире больших скоростей, он снова идет “на поклон” к природе. Почему?
Инженеры ищут технические решения, изучая строение и функции живых организмов. Конструкторы время от времени «консультируются» с живой природой, изобретательность которой не знает границ.
Человек учится у природы, наблюдая за ней. Именно с целеустремлённого подглядывания за природой берёт своё начало новая наука – бионика. О бионике и её достижениях и пойдёт речь на занятии.
Бурный рост технической мысли, начавшийся с середины XX столетия, развитие биологии, кибернетики и других наук привело к взаимосвязи биологических и технических дисциплин и обусловило развитие нового научного направления – бионики.
Бионика (от греч. bion – элемент, ячейка жизни) изучает особенности строения жизнедеятельности организмов для создания новых систем (приборов, механизмов) и совершенствования существующих.
Бионика занимается изучением аналогий в живой и неживой природе для дальнейшего использования установленных принципов построения и функционирования биологических систем и их элементов при совершенствовании существующих технических систем, созданием принципиально новых машин, аппаратов, строительных конструкций.
Посмотрите, что изображено на эмблеме бионики и подумайте, какие науки она объединяет?
Скальпель - символ творчества биолога, паяльник - инструмент инженера-физика, интеграл - математика.
Бионика сродни экологии. Многие учёные давно пришли к выводу, что наше будущее – только в союзе с природой. Иначе от кого же человеку в дальнейшем ждать подсказки.
Ещё И.Ньютон сказал: «… Природа ничего не делает напрасно…»
Мир живой природы развивался и совершенствовался в течение многих миллиардов лет, выработав в себе целый ряд средств, которым аналогичны наши технические средства.
Инженеры воспользовались готовыми решениями природы (её подсказками) и с успехом применяют их на практике в самых различных областях техники.
Рассмотрим некоторые из них.
Перед вами объекты природы и те изобретения человека, которым он обязан природе. Попытайтесь соотнести их.
Прародителем бионики часто считают Леонардо да Винчи - великого художника и изобретателя. Именно он пытался построить летательный аппарат с машущим крылом, чтобы претворить в жизнь желание людей с глубокой древности - летать как птицы .
Сутью учения о бионике можно считать отношение к природе, как к великому учителю и изобретателю. Проще говоря, любое создание природы - от дерева до птицы, представляет собой оптимизированную структуру, имеющую наиболее гармоничное, с точки зрения выживания, структуру
Идея создания летательного аппарата по принципу полета насекомых – энтомоптера, – зародившаяся в глубокой древности, продолжает оставаться на повестке дня для биоников.
В 1923 г. Владимир Евграфович Татлин (русский авангардист-художник) создал уникальную модель летательного аппарата, основанного на принципе действия птичьего крыла и выполненного из дерева, шелка, алюминия, китового уса и других материалов. Автор построил аппарат на принципе использования живых органических форм. Наблюдения над этими формами привели его к выводу о том, что «наиболее эстетичные формы и есть наиболее экономичные. Работа над оформлением материала в этом направлении и есть искусство».
Длительное время бионика развивалась скачкообразно.
На современном этапе бионика имеет целый ряд направлений в исследовании живых организмов
1. Изучение нервной системы человека и животных, моделирование нервных клеток и нейронных сетей – направлено на дальнейшее совершенствование вычислительной техники и разработки новых элементов автоматики и телемеханики.
2. Исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов – с целью разработки новых датчиков, систем обнаружения и слежения.
3. Изучение принципов ориентации, локации, навигации у разных животных – направлено на использование этих принципов в работе транспорта, судоходстве, технике и средствах связи.
4. Исследование морфологических и физиологических особенностей живых организмов – с целью выдвижения новых идей в науке, технике, строительстве, архитектуре.
5. Изучение биохимических процессов на клеточном и организменном уровнях – это составляет основу разработок современных нанотехнологий.
Давайте познакомимся с некоторыми техническими изобретениями человека и попробуем на основе своих личных знаний и жизненного опыта, путём логического размышления найти им аналог среди живой природы.
(заслушиваются сообщения учащихся)
Итак, мы ещё раз убедились, что биология и техника тесно взаимосвязаны между собой, нужно - научиться это замечать.
А вот ещё одно великое техническое достижение человека - компьютер. Эта машина нам кажется совершенной, так много она умеет. Что же умеет делать компьютер? (учащиеся высказывают своё мнение)
Примерные ответы учащихся:
• Хранит и передает информацию
• Копирует и воспроизводит текст и звук
• Проводит расчёты по заданным данным
• Перерабатывает информацию с последующим её применением
• Подвержен действию вирусов и др.
Кто ещё в живой природе способен на подобные операции? – Человек.
Чем контролируется работа нашего организма? – Нервной и гуморальной системами и в первую очередь головным мозгом.
Считается, что компьютер является аналогом головного мозга. Постараемся это доказать: для этого найдём сходство между головным мозгом и компьютером (учащиеся высказывают своё мнение).
Сходства:
• Головной мозг и компьютер – это система, которые состоят из взаимосвязанных элементов (наименьшая структурная единица головного мозга – нейрон, компьютера – микросхемы)
• Головной мозг и компьютер состоят из аналогичных частей: например, зрительная зона коры больших полушарий и видео карта компьютера аналогичны по своим функциям (обеспечивают анализ и отображение изображения); звуковая карта компьютера и слуховая зона коры больших полушарий ответственны за звуковые сигналы.
• Компьютер, как и головной мозг, обеспечивает хранение. Анализ и воспроизведение информации. В головном мозге это осуществляется за счёт коры больших полушарий. В компьютере запоминание информации осуществляется с помощью магнитных носителей. А отображение её происходит на мониторе или принтере.
• Благодаря согласованной работе всех отделов головного мозга мы способны выполнять разнообразные двигательные и мыслительные операции. Компьютер, так же в результате согласованной работы всех его составляющих способен выполнять различные функции.
Но, несмотря на приведённые доводы, головной мозг и нервная система в целом, имеют целый ряд преимуществ над самым совершенным компьютером. К ним относятся:
• Гибкое восприятие информации, независимо от формы в какой она поступает. Вы знаете, что учащиеся выпускных классов сдают единый государственный экзамен. Работы на этих экзаменах проверяются компьютерами. Чтобы компьютер смог это сделать, необходимо выполнить несколько обязательных условий – выполнение работ на специальных бланках, чёрной гелиевой ручкой, только печатными буквами. Человек же, научившись читать и писать, понимает любой шрифт, почерк, цвет текста.
• Высокая надёжность. Технические системы выходят из строя при поломке одной или нескольких деталей. Головной же мозг сохраняет свою работоспособность при гибели даже нескольких сотен тысяч клеток, т. к. сохранившиеся клетки берут на себя функции погибших.
• Миниатюрность или компактность строения. Головной мозг состоит из миллиардов нейронов и при этом занимает гораздо меньший объём, чем любая микросхема, состоящая из таково же количества компонентов.
• Экономичность потребления энергии. Потребление энергии головным мозгом не превышает нескольких десятков Ватт.
• Высокая степень саморегуляции. Характерно быстрое приспособление к новым ситуациям и изменение программ деятельности.
Мы являемся свидетелями постоянно совершенствования компьютерной техники. Головной же мозг человека уже по своей природе уникален и его возможности до конца не изучены.
- 3. Рефлексия.
В качестве рефлексии деятельности на уроки учащимся предлагается выполнить небольшое творческое задание - составить синквейн к понятию «Бионика».
