Методическая разработка теоретического занятия для преподавателя Тема: «Бионика как одно из направлений биологии и кибернетики»

Методическая разработка

теоретического занятия для преподавателя

Тема: «Бионика как одно из направлений биологии и кибернетики»

«Биология»

Специальность: «Сестринское дело»

Щигры – 2022

Данная методическая разработка предназначена для преподавателей учебного предмета «Биология» и студентов 1 курса специальности 34.02.01 «Сестринское дело».

Тема занятия: Бионика как одно из направлений биологии и кибернетики.

Тип занятия: Урок первичного предъявления новых знаний.

Место занятия: занятие проводится для студентов 1 курса отделения «Сестринское дело» при изучении раздела «Бионика».

Дидактическая цель занятия: создать условия для осознания и осмысления блока новой учебной информации через организацию самостоятельной работы.

Задачи:

Образовательные: способствовать формированию знаний о бионике, как междисциплинарной науки, исследующей принципы биологических систем для решения инженерных проблем, создания приборов и устройств;

Развивающие: продолжить формирование умений работать с текстом, находить и использовать информацию на заданную тему; способствовать развитию логического мышления, развивать метапредметные знания и умения работать в команде.

Воспитательные: способствовать укреплению коммуникативной культуры, стимулировать развитие познавательного интереса, воспитывать навыки самообразования, научного исследования, интерес к живой природе.

Студент должен:

Знать:

- взаимосвязь биологии и техники, физики, медицины, др. дисциплин, на основе общности ряда законов природы, углубить представления о единстве материального мира, взаимосвязи и обусловленности явлений, их познаваемости

Уметь:

- объяснение вклада биологических теорий в формирование современной естественно - научной картины мира;

- делать выводы и обобщения на основе сравнения и анализа.

Планируемые образовательные результаты:

предметные:

взаимосвязи человека и окружающей среды;

выделение существенных признаков биологических объектов (отличительных признаков живых организмов;

места и роли человека в природе.

личностные:

интеллектуальных умений (доказывать, строить рассуждения, анализировать, сравнивать, делать выводы и др.);

сформированность познавательных интересов и мотивов, направленных на изучение живой природы.

метапредметные:

способность выбирать целевые и смысловые установки в своих действиях и поступках по отношению к живой природе, здоровью своему и окружающих.

умение работать с разными источниками биологической информации: находить биологическую информацию в различных источниках (тексте учебника, научно-популярной литературе, биологических словарях и справочниках), анализировать и оценивать информацию, преобразовывать информацию из одной формы в другую.

Межпредметные связи:

Естествознание;

Краеведение;

Литература;

История;

Мировая художественная культура (МХК).

Методы обучения: репродуктивный, частично-поисковый.

Формы организации познавательной деятельности: фронтальная, индивидуальная, парная.

Оборудование: мультимедийный проектор, таблицы с изображением различных тканей растений, презентация на тему «Бионика».

Время проведения: 90 мин.

Место проведения: учебный кабинет.

Литература Биология: Учеб. пособие для мед. училищ / Под ред. проф. В.Н. Ярыгина, И.Н. Волкова, В.И. Васильева и др. – М.: Высшая школа, 2006 г.

ХРОНОКАРТА ЗАНЯТИЯ

Ход занятия:

I. Организационный момент:

Преподаватель здоровается с обучающимися, организует их внимание, приглашает к сотрудничеству. Побуждает обучающихся правильно организовать рабочее место. Определяет готовность к занятию. Преподаватель высказывает добрые пожелания обучающимся и желает удачи.

Студенты: Проверяют готовность рабочего места к занятию. Самоорганизация.

II Контроль уровня знаний студентов по предыдущей теме, проверка домашнего задания:

Преподаватель предлагает фронтальную беседу по вопросам биосферы.

III Мотивация изучаемой темы:

Соприкосновение с природой есть самое последнее слово всякого прогресса, науки, рассудка, здравого смысла, вкуса и отличной манеры.

Достоевский Ф. М.

Природа так обо всем позаботилась, что повсюду ты находишь, чему учиться.

Леонардо да Винчи

Нет ничего более изобретательного, чем природа.

Цицерон

Грандиозные вещи делаются грандиозными средствами. Одна природа делает великое даром.

Герцен А. И.

Изучение и наблюдение природы породило науку.

Цицерон

Прогресс — закон природы.

Вольтер

Птица – действующий по математическому закону инструмент, сделать который в человеческой власти со всеми его движениями…

Леонардо да Винчи

Преподаватель: Перед вами ряд высказываний знаменитых людей разных эпох. Как вы думаете, что общего во всех этих высказываниях?

Студенты: Человек заимствует у природы различные идеи и стремится воплотить их в своей жизни.

IV Совместное целеполагание:

Преподаватель: Во все времена человечество стремилось подражать природе, перенять у нее ее достижения. Свои мечты о полетах как птицы человек воплощал в сказках, где сказочные герои летали на крыльях, коврах – самолетах. И только значительно позже он смог сконструировать летательное устройство.

И таких примеров можно привести множество. На сегодняшнем уроке мы обобщим знания на некоторых примерах.

Тема сегодняшнего занятия

Биология + техника =?

Тема занятия «Бионика как одно из направлений биологии и кибернетики»

Преподавательь: исходя из темы каждый из вас определит свою цель, которую вы должны достигнуть в конце занятия.

Преподаватель: достичь свои цели нам помогут знания в области биологии.

Попытаемся вспомнить пройденный материал и ответить на вопросы:

Вопросы:

Преподаватель:Каков синоним слова «адаптация»?

Студенты: Слово «адаптация» можно заменить словом «приспособление».

Преподаватель: Как вы понимаете фразу «накопление и координация адаптаций»?

Учащиеся: Различные благо приобретенные способности накапливаются из поколения в поколение и закрепляются только те, которые человечество считает для себя полезным.

Преподаватель: Что же такое «приспособленность»?

Студенты: Приспособленность – это совокупность тех особенностей строения, физиологии и поведения, которые обеспечивают для данного вида возможность специфического образа жизни в определенных условиях внешней среды.

Преподаватель: Соответствие строения выполняемым функциям всегда обращало на себя внимание человека. Он стремился использовать принципы организации живых существ при создании многих инженерных конструкций. Этим занимается наука бионика.

V Изучение нового материала:

Объяснение преподавателя:

Преподаватель: Био́ника (от др.-греч. βίον — живущее) — 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 биологии и техники. Бионика рассматривает биологию и технику совсем с новой стороны, объясняя, какие общие черты и какие различия существуют в природе и в техник

Преподаватель: Художник Леонардо да Винчи сделал попытку сделать летательный аппарат, используя умение птиц летать, взмахивая крыльями и назвал свое детище орнитоптером.

Преподаватель: Дата рождения бионики: 13 сентября 1960 года. У бионики есть символ: скрещенные скальпель, паяльник и знак интеграла. Этот союз биологии, техники и математики позволяет надеяться, что наука бионика проникнет туда, куда не проникал еще никто, и увидит то, чего не видел еще никто.

Преподаватель: Схема «Связь бионики с другими науками»

Преподаватель: Различают :

• 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.

Постановка проблемного вопроса

Преподаватель: Выясним какие особенности строения растений и животных используются человеком в строительстве, промышленности, медицине и пр.?

Чтобы ответить на данный вопрос, обратимся к основным направлениям работ в бионике.

Основные направления работ в бионике:

1. 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);

2. исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения;

Преподаватель: Вот вам загадка:

Выпуча глаза сидит, по-французски говорит, по-блошьи прыгает, по-человечьи плавает.

О ком идёт речь? Конечно же, о лягушке.

Вопрос к обучающимся: Почтовые конверты и лягушка, какая здесь может быть взаимосвязь? Какой орган чувств лягушки привлекает сразу наше внимание?

Студенты: Это глаза. У лягушки своеобразное зрение. Она видит предметы, которые по размерам сопоставимы с размерами врагов- больших размеров и быстро двигающиеся или совсем маленькие – пища виде насекомых.

Преподаватель: Пример: Глаз лягушки – это информационная система, которая из всего разнообразия сигналов выбирает только те, которые ей пригодятся для комфортного существования. Инженеры, используя такое избирательное умение лягушки, изобрели локаторы – приборы обнаруживающие летательные объекты и следящие за их движениями.

И всё-таки, какая взаимосвязь лягушки с почтовыми конвертами?

Преподаватель предлагают свои версии

Преподаватель: На почтах письма до недавнего времени сортировали в ручную. Инженеры изобрели аналог глаза лягушки . Этот электронный аппарат в своей памяти хранит набор эталонов –индексов городов, представляющих набор шестизначных чисел. Автомат сравнивает набор чисел на письме и эталоном и отправляет письмо в ячейку с индексами одного направления.

1. изучение принципов ориентации, локации и навигации у различных животных для использования этих принципов в технике;

Преподаватель: Некоторые животные имеют плохое зрение , но очень хороший слух. Этим они прекрасно пользуются для ориентации в пространстве. Испуская звуковые волны в области ультразвука они принимают их и таким образом в любое время суток могут обнаружить препятствия, движущиеся объекты в виде врагов или добычи. Сможете ли Вы привести пример данного направления развития бионики?

Студенты приводят соответствующие примеры.

Ярким примером этому летучие мыши. Они испускают ультразвуковые волны частотой 100 мк Гц, эти волны отражаются и возвращаются назад. Таким образом мыши могут обнаружить препятствия размером 0,1 – 0,05 мм. Таким же образом ориентируются ночные южно - американские птицы гуахаро.

Преподаватель: Какие инженерные устройства созданы на таких принципах ориентации животных в пространстве?

Студенты: Радары (радиолокационные установки) были созданы несколько десятков лет назад

Преподаватель: По сигналу радиоволн, выпущенному и принятому радаром специалисты могут определить местоположение препятствия, скорость и направление его движения.

Преподаватель: А вот у земноводных – змей нет ни хорошего зрения, ни хорошего слуха. Как же они ориентируются в темноте, да еще и добывают себе пищу?

Студенты предлагают свои ответы.

Преподаватель: Ученые, исследуя голову змеи обнаружили между органами зрения и обоняния два конических углубления и назвали их «тепловые глаза»- орган реагирующий на инфракрасное тепловое излучение. Весь диапазон инфракрасного излучения делят на три составляющих:

• коротковолновая область: λ = 0,74—2,5 мкм;

• средневолновая область: λ = 2,5—50 мкм;

• длинноволновая область: λ = 50—2000 мкм.

Таким образом любое нагретое тело испускает «тепловые» волны.

А где в повседневной жизни мы применяем принцип термолокации?

(автоматическое открывание дверей в супермаркетах и т.д.)

4.исследование морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей.

Преподаватель: Членистоногие – пауки обладают гидроприводом, а жидкость это кровь. Как же пауки могут так быстро бегать даже по пересеченной местности? У пауков на лапках нет мышц, но когда паук ее вытягивает, то повышает давление крови . Изменяя давление в лапах паук двигается.

В основе работы шагающего экскаватора лежит гидропривод, напоминающий гидропривод пауков.

Преподаватель: Еще одно величайшее творение природы это стебель злаков – соломина. У тростника она, например, вырастает высотою до 3-х м, имея в поперечнике всего лишь 15 мм, у стебля ржи отношение диаметра стебля к его высоте (коэффициент стройности) достигает 1:500, причем соломина несет еще груз (колос), вес которого в 1,5 раза больше, чем вес стебля.

Большая прочность и устойчивость таких высотных природных конструкций обусловлены рядом особенностей растений: взаимным расположением в стебле прочных и мягких тканей, способностью их работать как на сжатие, так и на растяжение. В стеблях злаков большую роль играют его веретенообразная форма и расположенные на нем узлы, представляющие собой особо устроенные упругие шарниры-демпферы. И не случайно сильная буря вырывает с корнем деревья и лишь пригибает к земле тонкий стебель злака.

На основе принципов построения природных высотных конструкций строители проектируют высотные здания нового типа — типа стволовой конструкции.

В бионике сравнительно недавно появился раздел, который называется «нейробионика». Он изучает работу головного мозга животных и человека, механизмы процессов запоминания и память в целом, моделирует деятельность нервных клеток.

Исследования в области нейробионики позволили увеличить производительность компьютеров, расширить область их функционирования. Всѐ это уженные осуществили благодаря внедрению в компьютеры

принципов функционирования нервной системы. Моделирование деятельности нервной системы дало возможность создания систем, способных распознавать образы и тексты. Это используется при исследованиях причин авиакатастроф («черный ящик» самолѐта).

Исследование систем, которые отвечают за саморегуляцию, самонастройку в условиях окружающей среды, а порой в условиях еѐ изменения, даѐт возможность совершенствовать вычислительную технику, приборы автоматики, телемеханики. Принципы работы опорно-двигательной системы человека и животных послужили для создания робототехники, которая поможет человеку при полѐтах на другие планеты, для освоения труднодоступных районов горной местности, дна глубоких водоѐмов.

Вывод: В своей практической деятельности человек использует в качестве моделей для конструирования сооружений и механизмов наиболее удачные приспособления живых организмов к среде их обитания.

Естественный отбор сохраняет структуры, наиболее совершенные в функциональном отношении и наиболее экономные по затрате материала.

VI Обобщение и систематизация знаний студентов по изучаемой теме (закрепление материала):

Задание 1.

Преподаватель: перед Вами предметы, которыми мы все в повседневной жизни пользуемся. Посмотрите принцип их работы и ответьте на вопрос «Что послужило прототипом для изобретения данных предметов?».

Обучающиеся думают и выдвигают свои предположения.

Ответы.

1. Застёжка – липучка (плоды растения репейник).

2. Солонка (плоды мака - коробочка).

3. Застёжка – молния (особое строение пера птицы).

4. Шприц – кровососущий аппарат насекомых (комара)

Преподаватель:Предлагаю Вам выполнить задание.

Задание 2.

Перед Вами картинки с некоторыми техническими изобретениями человека. Попробуйте на основе материала сегодняшнего урока, на основе своих личных знаний и жизненного опыта, путём логического размышления найти им аналог среди живой природы.

VII Рефлексия:

1.Практическая польза для меня

- я научился

-теперь я могу

2.Степень собственного участия

-наиболее активным я был при выполнении

3.Степень комфортности на занятии.

-работая в группе, я испытывал чувство

-мое настроение в ходе занятия

-я достиг следуюших целей занятия

VIII Подведение итогов занятия. Выставление оценок:

Преподаватель: Сегодня мы познакомились с наукой бионикой., которая имеет самую непосредственную связь с биологией. Бионика использует особенности строения и функционирования органов животных и растений для создания новых приборов и механизмов. Эта наука делает первые шаги, и предстоит еще много узнать, провести массу исследований, чтобы сделать более совершенными самолеты, автомобили, морские суда, приборы для определения изменений погоды, для ориентации в космическом пространстве, для строительства зданий, мостов, дорог.

IX Задание на дом:

1. Биология под ред. В. Н. Ярыгина, стр. 266-270, конспект лекции

2.Написать мини-сочинение «Значение бионики в медицине сегодня и в будущем».

Преподаватель: ______________ ____________________________________

(подпись) (ФИО)