Урок №54. Тема урока: Состав биогеоценозов
Скачать 1.11 Mb.
|
| Тема урока: Бионика Основное содержание урока: Использования человеком в хозяйской деятельности принципов организации растений и животных. Демонстрация примеров структурной организации живых организмов и созданных на этой основе объектов (просмотр и обсуждение иллюстраций учебника). Цели урока : Рассказать о науке бионике как синтетической науке. Оборудование : ЭУ «Бионика» Ход урока I. Организационный момент : Посторенние материала по теме «Экология» Вопросы учебника II.Проверка усвоения материала и активизация знаний по предыдущей теме : III. Изучение нового материала. Урок-лекция. Био́ника - прикладная наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги. Проще говоря, бионика — это соединение биологиии техники. Бионика рассматривает биологию и технику совсем с новой стороны, объясняя, какие общие черты и какие различия существуют в природе и в технике. Разделы бионики: Биологическую бионику, изучающую процессы, происходящие в биологических системах; теоретическую бионику, которая строит математические модели этих процессов; техническую бионику, применяющую модели теоретической бионики для решения инженерных задач. Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками: электроникой, навигацией, связью, морским делом и другими и является результатом интеграции этих наук. Название бионики происходит от древнегреческого слова бион — «ячейка жизни». Изучает бионика биологические системы и процессы с целью применения полученных знаний для решения инженерных задач. Бионика помогает человеку создавать оригинальные технические системы и технологические процессы на основе идей, найденных и заимствованных у природы. Биомиметика В англоязычной и переводной литературе чаще употребляется термин биомиметика в значении — подход к созданию технологических устройств, при котором идея и основные элементы устройства заимствуются из живой природы. Одним из удачных примеров биомиметики является широко распространенная «липучка», прототипом которой стали плоды растения репейник, цеплявшиеся за шерсть собаки швейцарского инженера Жоржа де Местраля. История развития Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи, который пытался построить летательный аппарат с машущими крыльями, как у птиц: орнитоптер. Появление кибернетики, рассматривающей общие принципы управления и связи в живых организмах и машинах, стало стимулом для более широкого изучения строения и функций живых систем с целью выяснения их общности с техническими системами, а также использования полученных сведений о живых организмах для создания новых приборов, механизмов, материалов и т. п. Основные направления работ: Основные направления работ по бионике охватывают следующие проблемы: изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток (нейронов) и нейронных сетей для дальнейшего совершенствования вычислительной техники и разработки новых элементов и устройств автоматики и телемеханики (нейробионика); исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения; изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в технике; исследование морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей. Моделирование живых организмов Создание модели в бионике — это половина дела. Для решения конкретной практической задачи необходима не только проверка наличия интересующих практику свойств модели, но и разработка методов расчёта заранее заданных технических характеристик устройства, разработка методов синтеза, обеспечивающих достижения требуемых в задаче показателей. И поэтому многие бионические модели, до того как получают техническое воплощение, начинают свою жизнь на компьютере. Строится математическое описание модели. По ней составляется компьютерная программа — бионическая модель. На такой компьютерной модели можно за короткое время обработать различные параметры и устранить конструктивные недостатки. Именно так, на основе программного моделирования, как правило, проводят анализ динамики функционирования модели; что же касается специального технического построения модели, то такие работы являются, несомненно, важными, но их целевая нагрузка другая. Главное в них — изыскание лучшей экспериментальной технологической основы, на которой эффективнее и точнее всего можно воссоздать необходимые свойства модели. Накопленный в бионике практический опыт неформализованного «размытого» моделирования чрезвычайно сложных систем имеет общенаучное значение. Огромное число её эвристических методов, совершенно необходимых в работах такого рода, уже сейчас получило широкое распространение для решения важных задач оптимального управления, экспериментальной и технической физики, экономических задач, задач конструирования многоступенчатых разветвлённых систем связи. Архитектурно-строительная бионика Биомиметика - архитектура влиянием природных систем, выставочных зданий и проектов, Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых шуб, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности. Нейробионика изучает работу мозга, исследует механизмы памяти. Интенсивно изучаются органы чувств животных, внутренние механизмы реакции на окружающую среду и у животных, и у растений. Яркий пример шубной архитектурной бионики — полная аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений. Стебли злаковых растений способны выдерживать большие нагрузки и при этом не ломаться под тяжестью соцветия. Если ветер пригибает их к земле, они быстро восстанавливают вертикальное положение. Их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб — одним из последних достижений инженерной мысли. Обе конструкции внутри полые. Склеренхимные тяжи стебля растения играют роль продольной арматуры. Междоузлия (узлы) стеблей — кольца жесткости. Вдоль стенок стебля находятся овальные вертикальные пустоты. Стенки трубы имеют такое же конструктивное решение. Роль спиральной арматуры, размещенной у внешней стороны трубы в стебле злаковых растений, выполняет тонкая кожица. Однако к своему конструктивному решению инженеры пришли самостоятельно, не «заглядывая» в природу. Идентичность строения была выявлена позже. Бионика подтверждает, что многие человеческие изобретения имеют аналоги в живой природе, например, застежки «молния» и «липучки» были сделано на основе строения пера птицы. Бородки пера различных порядков, оснащенные крючками, обеспечивают надежное сцепление. Известные испанские архитекторы М. Р. Сервера и Х. Плоз, активные приверженцы бионики, с 1985 г. начали исследования «динамических структур», а в 1991 г. организовали «Общество поддержки инноваций в архитектуре». Группа под их руководством, в состав которой вошли архитекторы, инженеры, дизайнеры, биологи и психологи, разработала проект «Вертикальный бионический город-башня». Через 15 лет в Шанхае должен появиться город-башня (по прогнозам ученых, через 20 лет численность Шанхая может достигнуть 30 млн человек). Город-башня рассчитан на 100 тысяч человек, в основу проекта положен «принцип конструкции дерева». Башня-город будет иметь форму кипариса высотой 1228 м с обхватом у основания 133 на 100 м, а в самой широкой точке 166 на 133 м. В башне будет 300 этажей, и расположены они будут в 12 вертикальных кварталах по 80 метров. Между кварталами — перекрытия-стяжки, которые играют роль несущей конструкции для каждого уровня-квартала. Внутри кварталов — разновысокие дома с вертикальными садами. Эта тщательно продуманная конструкция аналогична строению ветвей и всей кроны кипариса. Стоять башня будет на свайном фундаменте по принципу гармошки, который не заглубляется, а развивается во все стороны по мере набора высоты — аналогично тому, как развивается корневая система дерева. Ветровые колебания верхних этажей сведены к минимуму: воздух легко проходит сквозь конструкцию башни. Для облицовки башни будет использован специальный пластичный материал, имитирующий пористую поверхность кожи. Если строительство пройдет успешно, планируется построить ещё несколько таких зданий-городов. В архитектурно-строительной бионике большое внимание уделяется новым строительным технологиям. Например, в области разработок эффективных и безотходных строительных технологий перспективным направлением является создание слоистых конструкций. Идея заимствована у глубоководных моллюсков. Их прочные ракушки, например у широко распространенного «морского уха», состоят из чередующихся жестких и мягких пластинок. Когда жесткая пластинка трескается, то деформация поглощается мягким слоем и трещина не идет дальше. Такая технология может быть использована и для покрытия автомобилей. Нейробионика Основными направлениями нейробионики являются изучение физиологии нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток-нейронов и нейронных сетей. Это даёт возможность совершенствовать и развивать архитектуру электронной и вычислительной техники. Существуют теории, утверждающие, что развитие нейробионики будет основанием создания искусственного интеллекта. IV.Закрепление : Закрепление по вопросам учебника V. Задание на дом : Изучение материала учебника Биология 11 класс Урок № 68 Тема урока: Бионика и техника Основное содержание урока: Формы живого в природе и их промышленные аналогии (строительные сооружения, машины, механизмы, приборы). Цели урока : Продолжить знакомство с основами науки бионики. Рассказать о конктетных примерах применения принципов устройства живых организмов в технике, строительстве и других сферах деятельности человека. Подведение итогов изучения школьного курса биологии. Оборудование : Видео фрагмент «Биология и жизнь» Ход урока I. Организационный момент : II.Проверка усвоения материала и активизация знаний по предыдущей теме : Вопросы учебника III. Изучение нового материала : Чему человек может научиться у природы? На прошлом уроке мы познакомились наукой бионикой. Вспомним, что изучает данная наука: Идеи некоторых приборов, конструкций также заимствованы у природы. Существует целая междисциплинарная наука о конструировании технических систем на основе идей, заимствованных у живой природы-бионика. Бионика – Бионика (от греч. biоn - элемент жизни, буквально - живущий), наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе моделирования структуры и жизнедеятельности организмов. Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками - электроникой, навигацией, связью, морским делом и др. Датой рождения бионики принято считать 13 сентября 1960 г., однако в действительности основные концепции бионики сложились задолго до этого. 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. Бионика нашла применение в таких сферах деятельности как самолето- и кораблестроение, космонавтика, машиностроение, архитектура, навигационное приборостроение, горном деле идр. Какие особенности строения животных и растений используются человеком в строительстве и промышленности? Рассмотрим некоторые конкретные достижения бионики, уже реализованные в практических целях. Пингвины передвигаются, скользя по снегу, отталкиваясь ластами. Подумайте, в каком транспортном средстве с имитирован принцип передвижения пингвинов? (Снегоходная машина.) Снегоходная машина “Пингвин” была разработана в Горьковском политехническом институте. В чем преимущества снегохода по сравнению с тягачами и тракторами? (Лежа на снегу широким днищем она не образует колею, не буксует и не вязнет.) Судостроители во всем мире давно уже обратили внимание на грушеобразную форму головы кита, более приспособленную к перемещению в воде, нежели ножеобразные носы современных судов. По сравнению с обычными судами китообразный пароход оказался более экономичным. В живой природе форма и функции тесно взаимосвязаны. Типичной формой опорного элемента является конус. Конусообразные формы встречаются в конструкциях крон и стволов деревьев, грибов. Именно такую форму имеют угледобывающие комбайны. Это оптимальная форма для сопротивления ветровым нагрузкам и действию силы тяжести. Архитекторы нередко используют конусовидные конструкции. Приведите примеры подобных архитектурных сооружений. (Останкинская телебашня.) Примером достижения прочности при минимальной затрате материала является прозрачное крылышко насекомого благодаря имеющимся в них сеткам жилок. Такой каркас выполняет основную несущую роль. Механическая прочность листьев растений зависит от жилок. Из курса 7 класса попробуйте вспомнить, какое растение имеет самые большие листья? (Виктория регия.) Что вы о ней знаете? (Тропическое, водное растение, диаметр листьев до 2 м, выдерживает вес до 50 кг.) Прочность такому листу придает система жилок похожих на канаты. Взяв за основу жилкование листа, архитекторы конструируют ребристые перекрытия. Сооружения, созданные природой, намного совершеннее того, что пока умеет делать человек. Богат и разнообразен мир животных, обитающих под землей. Дождевые черви, кроты имеют удивительные приспособления, с помощью которых они прокладывают подземные ходы. Они представляют большой интерес при создании подземных роющих агрегатов. Разработана, например, оригинальная модель, которая, двигаясь под землей подобно кроту, пробивает туннель с гладкими плотными стенками. А как вы думаете, какому изобретению за образец послужила ящерица геккон, которая легко карабкается даже по стеклянным стенам? (Карабкаться ящерице позволяют присоски на конечностях. Геккомат. Главное в нем чашки-держатели, каждая из которых выдерживает вес до 250 кг. В чашки поступает сжатый воздух из рюкзака за спиной человека-ящерицы.). А как вы думаете, чем могут быть интересны земноводные для ученых-биоников? Бионика взяла от земноводных принцип строения задней конечности. Воплотив это в таком предмете, как ласты. Кстати, в народе один из способов плавания называется “по-лягушачьи”. Можно ли утверждать, что человек использовал все возможности живых организмов и реализовал их? Это всего лишь небольшой ряд примеров того, как человек применяет биологические модели. Но животные обладают и многими другими свойствами, которые используются, или могут быть использованы человеком: ультразвуковое видение летучих мышей, эхолокация дельфинов (на расстоянии 20–30 м дельфин безошибочно указывает место, где упала дробинка диаметром 4 мм.) У лягушки есть одно качество, которое нам очень интересно именно с точки зрения бионики. Пока мы не можем его использовать, но какие неограниченные возможности для расселения человека это открыло бы в перспективе. (Принцип кожного дыхания.) Надел на себя комбинезон из специального полимера, способного извлекать из воды кислород и вперед, точнее бултых, завоевывать Мировой океан. 3. Творческая работа в парах - защита творческих работ, выполненных на предыдущем уроке. (Рассказ учащихся о своих моделях.) Фантазия? Пока да. Но, кто знает, может быть и этим фантазиям суждено будет сбыться. IV.Закрепление : По вопросам учебника. V. Задание на дом : Инструкции о подготовке к выпускным экзаменам и ЕНТ. Составлено на основе материалов Интернета и методических пособий. |
Похожие:
 | Краткое описание: Технология построения урока – проблемно-диалогическая. Урок предполагает работу в парах | | Задачи урока: познакомить детей с новым учебником и его специфическими особенностями, рабочей тетрадью, героями; раскрыть содержание... |
 | Цель урока: систематизация и развитие знаний по использованию массивов в программах на Паскале | | Ожидаемый результат: предполагается, что к концу урока дети смогут правильно оформить бланк денежного перевода |
| Тема урока: «Создание открытки средствами текстового редактора Microsoft Word 2010» (продолжительность урока: 45 минут) | | Оборудование: cd-rom «Уроки биологии Кирилла и Мефодия», cd-rom «Открытая биология», презентация «Состав и функции крови», микроскопы,... |
| Данный урок проводился в классе, состоявшем из 25 учащихся. Поэтому предоставилась возможность максимально работать в группах и использовать... | | Сегодня мы с вами продолжаем серию уроков, посвященных налогам и налогообложению |
| Открытый урок в рамках предметной декады, присутствовала: зам директора по увр кечина О. И | | Каждый урок занимает определенное место в методике темы. Соответственно его организация определяется задачами всей темы и конкретного... |