08.02.2022. Дистанционное обучение Биология. Тема: Бионика как одно из направлений биологии и кибернетики

Дистанционное обучение. Биология для 221 группы. 08.02.2022 г.

Тема: Бионика.

Цель:

1. Образовательная – показать значение биологических знаний для развития техники, приборостроения, архитектуры, медицины и пр. на основе общности ряда законов живой и неживой природы

2. Развивающая - активизировать мышление обучающихся, умение самостоятельно формулировать выводы.

3. Воспитательная – развитие мотивации изучения биологии, повышение интереса к предметам естественнонаучного цикла, используя разнообразные приёмы деятельности.

Ход урока

1. Изучение новой темы.

 С незапамятных времён мысль человека искала ответ на вопрос: может ли человек достичь того же, чего достигла природа? Сможет ли он, например, летать, как птица, или плавать под водой, как рыба? Сначала человек мог только мечтать об этом, но вскоре изобретатели начали применять особенности организации живых организмов в своих конструкциях. Сегодня на уроке мы познакомимся с некоторыми такими примерами. Сформулируйте тему урока, путём решения простого примера:

Пример: Биология + Техника = Ответ: Бионика.

Тема урока «Бионика» или «Удивительный мир живой природы». Бионика – наука об использовании в технике знаний о конструкции, принципе и технологическом процессе живого организма. Основу бионики составляют исследования по моделированию различных биологических организмов. 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. 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. 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.

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;

Вопрос: Выпуча глаза сидит, по-французски говорит, по-блошьи прыгает, по-человечьи плавает. Оком идёт речь? Конечно же, о лягушке. Почтовые конверты и лягушка, какая здесь может быть взаимосвязь? Какой орган чувств лягушки привлекает сразу наше внимание? Конечно , это глаза. Лягушка видит только движущиеся предметы, причем только те, которые по форме, размерам, характеру движения ассоциируются у нее с пищей (насекомыми) или врагом (тенью от быстро надвигающегося предмета). Глаз лягушки – это превосходная биологическая информационная система, перерабатывающая всю поступающую информацию и выбирающая из нее только ту, которая представляет для лягушки интерес. На основе принципов работы глаза лягушки уже создано несколько типов электронных устройств, которые широко применяются на аэродромах для обнаружения летящих самолетов и контроля их движения. И всё-таки, какая взаимосвязь лягушки с почтовыми конвертами?

 Инженерами-конструкторами создан электронный аналог глаза лягушки и используется в автоматической сортировке писем. В памяти автоматического сортировщика писем имеется набор эталонов. Шестизначный номер каждого письма автомат прочитывает и сравнивает с эталоном, и при совпадении направляет их в соответствующую ячейку (по направлениям).

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

 У некоторых животных слух «заменяет» зрение. Издавая звуки и чутко прислушиваясь к их отражению, они обнаруживают, таким образом, на расстоянии или в темноте добычу, врага, препятствие. Сможете ли Вы привести пример данного направления развития бионики? Это летучие мыши способны издавать звуки с частотой колебаний выше 20 тыс. Гц, т.е. ультразвуки, недоступные слуху человека. Издавая в полете ультразвуковые сигналы (импульсы) и воспринимая эхо – отражение сигналов от окружающих предметов, летучие мыши как бы ощупывают в темноте пространство. С помощью эхолокации летучие мыши обнаруживают в темноте натянутую проволочку диаметром 0,12–0,05 мм.  Звуковой способ ориентации обнаружен и у птиц «вечной ночи»— гуахаро, живущих в темных пещерах Южной Америки. Кормиться эти птицы вылетают ночью. Во время полета гуахаро издают серию щелчков и по отраженной звуковой волне определяют местонахождение отдаленных предметов, а по времени между началом сигнала и возвращением эха — расстояние до них.

Какие установки были созданы на основе звукового способа ориентации живых организмов? Это радары (радиолокационные установки) были созданы несколько десятков лет назад. С их помощью по эхо-сигналу, отраженному от удаленного объекта, устанавливают местонахождение объекта, направление и скорость его движения. Природа в своей мастерской создала подобную систему намного раньше, чем человек, только вместо радиоволн живые модели пользуются звуковыми. А вы знаете, что змеи слабо видят и плохо слышат, тогда каким же образом они обнаруживают свою добычу, особенно тёмной ночью?  Оказывается, учёные нашли у гремучей змеи на голове между ноздрями и глазами, два конических углубления, которые оказывается не что иное как «тепловые глаза» животного, обладающие высокой способностью чувствовать инфракрасное излучение света. Этот своеобразный термолокатор способен улавливать тепловые лучи и определять по их направлению местонахождение любого нагретого предмета. А где в нашей повседневной жизни сейчас применятся принцип термолокации? Это автоматическое открывание дверей в супермаркетах и т.д.

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

Пауков природа наделила чудесным гидроприводом, жидкостью для которого служит кровь животного. Лапки пауков лишены мышц. Но когда паук вытягивает лапки, гидропривод повышает в них давление крови до такой степени, что отвердевают даже щетинки. То повышая, то понижая в лапках давление крови, пауки, таким образом, приводят лапки в движение. Гидравлическая система паука действует мгновенно, давление крови регулируется автоматически. Это дает возможность паукам очень быстро бегать на своих длинных ногах даже по пересеченной местности. В основе движения шагающего экскаватора лежит гидропривод, напоминающий гидропривод пауков.

Другой пример, величайшим достижением мастерской природы является 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. 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.

Самостоятельная работа.

Задание:  перед Вами на партах лежат предметы, которыми мы все в повседневной жизни пользуемся: застежка, солонка, застежка-молния, шприц. Посмотрите принцип их работы и ответьте на вопрос «Что послужило прототипом для изобретения данных предметов?».

2. Закрепление материала.

Задание. Каждому термину, указанному в левой колонке, подберите соответствующее ему определение в правой колонке.

4. Рефлексия.  Составьте синквейн к понятию «Бионика»

Примеры синквейна:

Бионика.

Увлекательная, интересная.

Подглядывает, использует, копирует.

Удивительный мир живой природы.

Техника.

5. Домашнее задание.

1. Вопрос: Какое значение имеет изучение биологии для научно – технического прогресса?

2. Какие общие особенности кальмара, ихтиозавра и тюленя могут иметь значение при моделировании плавающих аппаратов?

3. Подумайте, какие объекты на территории вашего населённого пункта созданы благодаря бионике.