Бионика - наука будущего

Конспект внеклассного мероприятия по физике и биологии по теме “Бионика”

Цели

1.     Показать взаимосвязь физики и биологии, на основе общности ряда законов живой и неживой природы, углубить представления о единстве материального мира, взаимосвязи и обусловленности явлений, их познаваемости, ознакомить с применением физических методов при изучении биологических процессов.

2.     Активизировать мышление школьников, умение самостоятельно формулировать выводы, развивать речь.

3.     Развитие чувства взаимопонимания и взаимопомощи, развивать мотивацию изучения физики и биологии, повышение интереса к предметам естественно – научного цикла, используя разнообразные приёмы деятельности, сообщение интересных сведений.

На доске: «Мы часто гордимся достижениями современной науки и техники и имеем для этого серьезные основания. Но сопоставление наших предельных результатов с тем, что достигнуто живыми организмами в процессе длительного приспособления и отбора, заставляет нас быть более скромными».                        

                                           Академик А. И. Берг

Видео 1-2. Природа 1-2.

1 ведущий. Мы с вами встречаемся на уроках физики, где вместе изучаем мир, в котором мы живём, явления, в нём происходящие, описываем законы, которым подчиняются эти явления.

2 ведущий. На уроках биологии мы знакомимся с живыми организмами и постигаем законы по которым они живут. А что общего между физикой и биологией?

1 ведущий. И физика и биология это науки изучающие природу. Взаимосвязь физики и биологии проявляется уже в том, что все живые объекты – это часть природы и потому они подчиняются всем основным физическим законам.
2 ведущий. С незапамятных времён мысль человека искала ответ на вопрос: может ли человек достичь того же, чего достигла живая природа? Сможет ли он, например, летать, как птица, или плавать под водой, как рыба?

1 ведущий Люди пытались присмотреться к методам природы, с тем, чтобы разумно использовать их в технике. Эти методы могут служить образцом для развития промышленных средств, безопасных для окружающей среды. Сначала человек мог только мечтать об этом, но вскоре изобретатели начали применять особенности организации живых организмов в своих конструкциях.

2 ведущий. За многовековую историю существования человека примеров такой изобретательности накопилось настолько много, что в наше время появилась необходимость обобщить весь материал. Появилась и развилась бионика - самостоятельное направление в науке и технике, цель которой - использование биологических знаний для решения инженерных и технических задач.

Природа открывает перед инженерами и учеными бесконечные возможности по заимствованию технологий и идей. Раньше люди были не способны увидеть то, что находится у них буквально перед носом, но современные технические средства и компьютерное моделирование помогает хоть немного разобраться в том, как устроен окружающий мир, и попытаться скопировать из него некоторые детали для собственных нужд.

1 ведущий. Ещё крупнейший греческий философ материалист Демокрит писал:

Презентация Демокрит.

«От животных мы путем подражания научились важнейшим делам. Мы ученики паука в ткацком и портняжных ремёслах, ученики ласточки в построении жилищ ...»

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.

Презентация. Орнитоптер и Леонардо.

2 ведущий Таким образом, сегодня мы с вами рассмотрим основные изобретения, которые были построены на основе наблюдения за животным миром и дадим ответы на вопросы:

Презентация вопросы.

1.     Все ли тайны природы раскрыты?

2.     Какими естественными изобретениями оснащены животные и растения?

3.     Смог ли человек воспользоваться ими при создании искусственных устройств?

Итак, приступим.

1 ведущий. Дважды в год мы становимся свидетелями замечательного и до сих пор не вполне объясненного явления: перелетные птицы летят весной из теплых стран в холодные и умеренные области. Осенью все эти птицы, а также молодые выводки возвращаются обратно.

Видео 3. Полёт птиц.

2 ведущий. Древние, имея перед глазами пример птиц, не могли представить себе иной способ полета. Такова и первая сохранившаяся в истории попытка осмыслить полет с точки зрения простых научных знаний.

Презентация. Орнитоптер.

1 ведущий. Это сделал Леонардо да Винчи в книге «Кодекс о полёте птиц» Это небольшая тетрадь, состоящая из 18 листов, в которой величайший ученый, изобретатель и художник эпохи Возрождения в 1505-1507 годах записал и зарисовал свои исследования о полете птиц. Мечта о полете – о машущем полете – стара если не как мир то, во всяком случае, как история развитого человеческого сознания.

Видео 4. Первые летательные аппараты

Понадобились еще сотни лет наблюдений и опытов, чтобы прийти к той очевидной для нас мысли, что летать можно и на неподвижном крыле.

Видео 5. Полёт самолёта.

2 ведущий Теперь же мы прошли по этому пути так далеко, что оставили позади пернатых летунов почти по всем показателям, хотя ни один летательный аппарат не «владеет своим телом» столь совершенно, как птица.

Видео 6-7. Современные летательные аппараты.

1 ведущий. А знаете ли вы,   что стрекоза способна зависать в воздухе, передвигаться в боковом направлении или резко подаваться назад. Причем все маневры она проделывает на большой скорости.

Видео 8. Полёт стрекозы.

2 ведущий Её свойство подолгу зависать в воздухе послужило идеей для создания вертолёта. Всемирно известный авиаконструктор Игорь Сикорский спроектировал свой вертолёт одновинтовой схемы, наблюдая за полётом стрекозы.

Видео 9. Вертолёт.

1 ведущий. Крылья стрекозы имеют небольшие утолщения –птеростигмы. Они помогают избежать вибрации во время полёта. Благодаря такой аэродинамике, стрекоза может поднять в воздух вес, в 15 раз превышающий её собственный!

Используя особенности аэродинамики стрекозы, авиационные конструкторы создали подобную конструкцию, которую используют на самолётах, чтобы не допустить поломки крыльев.

2 ведущий.   Гремучая змея улавливает разницу в температуре, равную тысячной доле градуса.

Видео 10. Гремучая змея.

Американские исследователи подробно изучили строение «термометра» гремучей змеи. Оказывается, каждая ямка разделена поперечной перегородкой на внутреннюю и наружную камеры. Наружная широко открыта, а внутренняя сообщается с внешней средой лишь тончайшим каналом, который открывается около глаза. Ничтожное различие температур между поверхностями возбуждает подходящий к перегородке нерв, который и посылает сигналы в мозг о появлении добычи.

1 ведущий. Кто видел ползущих змей, знает, что они часто поворачивают голову в разные стороны. Эти движения не случайны. Дело в том, что ямки термолокаторов направлены косо вперед. Поэтому, чтобы прощупать все пространство вокруг, змея вынуждена вертеть головой. Змеи так точно находят добычу, словно способны видеть тепло.

2 ведущий Человек изобрел локаторы совсем недавно, а сейчас они прочно вошли в нашу жизнь: помогают водить корабли, самолеты, подводные лодки, направляют к цели боевые ракеты. Невозможно представить современные суда и самолеты без этих приборов.

Видео 11. Локаторы.

Изобретатели локаторов и эхолотов и понятия не имели о подобных аппаратах у животных. А ведь если бы инженеры знали об этом, может быть, ценные приборы были бы изобретены раньше. Десятки кораблей не погибли бы, столкнувшись с айсбергами или предательскими подводными камнями, не терялись бы самолеты в безграничном воздушном океане. Лишь сравнительно недавно узнали ученые о природных локаторах. Узнали и поразились, какой удивительной точностью, силой они обладают.

1 ведущий. А когда создавались первые ракеты и космические корабли ученых вдохновляли… кальмары

Видео 12. Кальмары.

2 ведущий Обратите внимание, как просто, с какой минимальной затратой материала решила природа эту сложную и до сих пор непревзойдённую задачу.  Кальмар является самым крупным беспозвоночным обитателем океанских глубин. Он передвигается по принципу реактивного движения, вбирая в себя воду, а затем с огромной силой проталкивая ее через особое отверстие - "воронку", и с большой скоростью (около 70 км\час) двигается толчками назад.

1 ведущий. Даже тело этих животных напоминает ракету своими внешними формами. Вернее сказать, это ракета копирует кальмара, так как именно ему принадлежит бесспорное первенство в этом деле.

Видео 13. Ракета.

2 ведущий Во время первой мировой войны английский флот нес огромные потери из-за германских подводных лодок. Необходимо было научиться их обнаруживать и выслеживать. Для этой цели создали специальные приборы гидрофоны. 

Презентация. Гидрофон.

Эти приборы должны были находить подводные лодки противника по шуму гребных винтов. Их установили на кораблях, но во время хода корабля движение воды у приемного отверстия гидрофона создавало шум, который заглушал шум подводной лодки.

1 ведущий. Физик Роберт Вуд предложил инженерам поучиться... у тюленей, которые хорошо слышат при движении в воде.

Видео 14. Тюлени.

В итоге приемному отверстию гидрофона придали форму ушной раковины тюленя, и гидрофоны стали "слышать" даже на полном ходу корабля.

2 ведущий. Может ли чему-нибудь научить людей обычная лягушка?

При исследовании зрительных органов лягушки выяснилось, что лягушка обладает интересной особенностью. Она видит только движущиеся предметы. Это свойство очень помогает лягушке в поисках добычи.

Видео 15. Лягушки.

1 ведущий. А инженеры, зная, как устроено зрение лягушки, создали прибор, регистрирующий только движущиеся предметы, например самолеты. Этот прибор называется ретинатрон.

Презентация Ретинатрон.

Ретинатрон не реагирует на неподвижные предметы, находящиеся в поле зрения, и обеспечивает наблюдение за движущимися.

2 ведущий.

Вы включили радиоприемник и хотите послушать интересующую вас передачу. На вход приемника – его антенну – одновременно воздействует множество сигналов от разных передатчиков и источников помех. Вращая ручку настройки приемника, вы выделяете нужный сигнал из сложной совокупности помех.

Видео 16. Радиоприёмник.

1 ведущий. Чем больше помехи и чем слабее сигнал, тем труднее решить поставленную задачу, а иногда и вовсе не возможно. А ведь некоторые животные обладают удивительной способностью распознавать полезный сигнал.

2 ведущий. Летучие мыши во время своих полетов ориентируются по отражению издаваемых ими звуков. Человек их не слышит, так как частота этих звуков, называемыми ультразвуками, значительно выше максимальной частоты, воспринимаемой нашим ухом. Летая в тесной и темной пещере, они ухитряются никогда не сталкиваться друг с другом.

Видео 17. Полёт Летучих мышей.

1 ведущий. По мнению многих специалистов, способность выделять полезный сигнал из совокупности других сигналов у летучих мышей значительно выше, чем у существующих электронных устройств. Изучение “радарной установки” летучей мыши представлял для техники очень большой интерес. Способность летучих мышей ориентироваться в пространстве по отражению испускаемых ими ультразвуков натолкнула конструкторов на мысль создать ультразвуковой “поводырь” для людей, лишенных зрения.

Видео 18. "Поводырь для людей"

2 ведущий.  Изучив форму тело кита, ученые пришли к выводу, что оно значительно лучше приспособлено к перемещению в воде, более обтекаемо, чем суда ножевидной формы.

1 ведущий. Судостроители построили пароход, по форме подобный киту. За счет изменения формы, удалось уменьшить мощность двигателей корабля, при той же скорости и грузоподъемности.

Видео 19. Кит и пароход. 

2 ведущий. Крылатка клена явилась прототипом дельтаплана. 

Презентация крылатка и дельтаплан.

1 ведущий. Пушистые «парашютики» замедляют падение семян одуванчика на землю

 Видео 20. Одуванчик.

точно так же, как парашют замедляет падение человека. 

Видео 21. Парашютисты.

1 ведущий.Многие помнят знаменитую фантастическую голливудскую франшизу «Робокоп». Убитый полицейский Алекс Мерфи получает усиленный титановый корпус и кевларовые протезы, способные легко проламывать стены.

Презентация. Робокоп.

2 ведущий В 1987 году это казалось фантастической сказкой, но бионика сегодня шагнула далеко вперед. Что в определенной мере отразилось и в современном российском кинематографе. Все же смотрели новый сериал от ТНТ “Толя-Робот”?! Эволюция от “Робокопа” к “Толе-Роботу” во многом отражает, то насколько доступнее и проще стали технологии.

Презентация. Толя-Робот.  

1 ведущий. Ежегодно в мире миллионы людей становятся инвалидами. Бионические протезы помогают вернуть человеку работоспособность.

Датчики сигналов нервной системы человека считывают нужные импульсы и передают их на систему управления биопротезом.

Видео 22. Биопротезы.

Есть еще множество примеров, где человек, «подсмотрев» за природой и её явлениями нашёл для себя практическое применение.

Видео 23. 10 фактов

А теперь, давайте, вернёмся к нашим вопросам, которые были поставлены в начале урока.

Презентация.

1.      Все ли тайны природы раскрыты?

2.     Какими естественными изобретениями оснащены животные и растения?

3.     Смог ли человек воспользоваться ими при создании искусственных устройств?

Поиграем отдохнём?

Перед вами карточки с представителями живой природы – флоры и фауны и изобретения человека. На основании полученных данных давайте сопоставим их и увидим, что произошло от чего.

Таким образом,

В наше время оформилось самостоятельное направление в науке и технике, цель которого — использовать биологические знания для решения инженерных задач и развития техники.

И сейчас, в век электроники и атомной энергии, человек может очень многое позаимствовать у животных. Несколько лет назад академик А. И. Берг писал: «Мы часто гордимся достижениями современной науки и техники и имеем для этого серьезные основания. Но сопоставление наших предельных результатов с тем, что достигнуто живыми организмами в процессе длительного приспособления и отбора, заставляет нас быть более скромными».

Можно считать, что бионика находится еще в школьном возрасте. Сейчас бионикой занимаются, тесно общаясь друг с другом, представители самых разных специальностей — биологи, врачи, физики, инженеры, математики. Круг вопросов, как мы узнали, выполняя нашу работу, которые исследует бионика, довольно обширен и продолжает расширяться.

Потенциал бионики поистине безграничен. Современный человек должен не разрушать природу, а брать её за образец. Обладая разнообразием флоры и фауны, природа может помочь человеку найти правильное техническое решение сложных вопросов и выход из любой ситуации.

Всем спасибо за внимание.