Тема статьи: «Приобщение школьников к пониманию и значимости  инженерных достижений на уроках биологии».

                                                                        Автор: Таланцева Тамара Семеновна,

                                        учитель биологии ГБОУ СОШ № 503 г.Санкт-Петербург.

Статья знакомит читателя с наукой «Бионика», но самое главное дает понять, что в каждодневно видимом факте есть возможность получения важного открытия для улучшения жизни человека.  Поэтому на первый план выходит своевременное знакомство с имеющимися наработками и своими практическими наблюдениями в области инженерии. Именно это и стало актуальностью данной работы.

Целью работы является знакомство с наукой «Бионика», с ее направлениями, результатами и планами на будущее на уроках биологии.

И может кто – то из школьников, а также просто читателей заинтересуется наукой бионикой и в каждом листочке, стебле, насекомом и другом биологическом существе найдет решение возникшей в его сознании проблемы.

Данная статья, а точнее – комплекс нескольких фрагментов уроков – это попытка использовать имеющиеся знания в области бионики для расширения представлений учащегося о значении этой науки в наше время, и использование этих знаний в области инженерии. Это желание заинтересовать учащегося, осуществляя индивидуальную работу как на уроке, так и во внеурочное время, это одно из средств в решении наиболее важной задачи на современном этапе образовательного процесса в реализации подготовки будущих инженеров; в подготовке учащихся к практической деятельности, усвоение и применение основных положений наук в интеграции с другими науками.

Почему именно бионика?! Как известно бионика это синтез двух отраслей человеческих знаний: биологии и техники. Бионика – наука междисциплинарная, или как принято сейчас говорить, «наука-перекрёсток». В ней нашла наиболее яркое отражение одна из главных особенностей современной жизни – интеграция.

Интерес к данной науке, по моему убеждению, можно воспитывать и развивать уже с 5,6,7 классов, а возможно и раньше.

Данная статья – это не обобщение какого-то опыта, а просто творческий подход в решении и реализации программы по подготовке будущих инженеров.

В настоящее время учащиеся имеют возможность получать достаточно разнообразную информацию, пользуясь современными средствами коммуникаций, но польза для развития их мышления и интеллекта будет только тогда,  когда этот процесс имеет целенаправленный и конкретный вектор – это знает любой педагог!

В результате этого можно отметить, что решая общие конкретные задачи предмета (например: на уроках биологии) можно знакомить учащегося (а порой вовлекать и их самих в этот творческий процесс – сообщения, презентации, проекты), с дополнительной информацией из области бионики, тем самым обогащая и расширяя кругозор, что способствует активизации познавательного процесса и возможно самое важное: учитывать их индивидуальные и психические возможности.

Хочу подчеркнуть, что моя разработка ,пока что находится в стадии апробирования, а о результатах пока судить рано. Понятно, что эти комплексы уроков – пока ещё маленькая частичка, того, что ещё можно сделать в этом направлении, но попытаться использовать их на уроках зоологии или во внеурочное время, я думаю нужно и полезно, конечно что-то исправляя, изменяя и дополняя, сообразно и соответственно тем конкретным задачам и целям, которые ставятся каждым конкретным педагогом.

Бионика не только наука и инженерия, в ней таится и чисто человеческое содержание, ибо она отвечает надеждам и мечтам инженеров о новых замечательных машинах, о сбережении драгоценных природных ресурсов, о новом расцвете человеческой цивилизации. Чтобы ясно представить себе, что такое бионика, что сулит она человечеству, нам придется совершить довольно далекое путешествие по дороге, у начала которой стоит указатель с надписью: "Бионика". По этой дороге нам предстоит двигаться не только в будущее, но и в прошлое, порой довольно отдаленное. Потому что рождение бионики, как вам уже известно, было предопределено важными научными открытиями, техническими изобретениями, и в не меньшей степени трудностями в современной технике, Только узнав о них, поняв их сущность, можно ясно представить себе, что такое бионика.

Приведу несколько отрывков из урока биологии:

 Тема: Типы  простейших (Корненожки, Радиолярии, Солнечники, Споровики)       

Задача: Изучить особенности форм строения радиолярий и используемые архитекторами при конструировании зданий.

 Информация учителя: радилярии из отряда NASSIRIA – в форме решётчатого колокола с перетяжками и многочисленными радиально расположенными иглами у организма из отряда AGANTHARIA.Их форма заинтересовала архитекторов надёжностью конструкции и относительной простотой. В Москве и др. городах нашей страны можно встретить сейчас дома, элементы строительных конструкций которые заимствованы у радиолярий.

Тема: Кишечнополостные. Класс – Гидроидные, Сцифоидные, Коралловые полипы.

Задача:  Познакомить учащихся с наукой – бионикой; изобретением механизма который имитирует орган слуха медузы, для прогнозирования шторма.

Информация учителя: Многие ребята увлекаются техникой. А знаете ли вы, что медуза помогла конструкторам создать важный аппарат. Давно заметили, что морские животные чувствуют приближение шторма до его начала. А как же медузы узнают о приближении шторма? (высказывание версий уч-ся)

Учитель: На этот вопрос нам поможет ответить интересная наука, которая называется бионика – она занимается созданием аппаратов с использованием принципов строения живых организмов.

Оказывается у медузы имеется инфраухо, которое позволяет ей улавливать недоступные слуху инфразвуковые колебания (частота 8 – 12 Гц). Эти колебания хорошо распространяются в воде и появляются на 10-15ч раньше шторма.

Что же представляет собой этот аппарат? Нам расскажет и покажет его схему и принцип работы «инженер-конструктор».

Рассказ учащегося (инженер -конструктора) Аппарат имитирующий орган слуха медуз состоит из рупора, улавливающего колебания воздуха частотой около 10Гц,резонатора – пропускающего именно эти частоты и отсеивающего случайные; пьезодатчики – превращающие пойманные сигналы в импульсы электрического тока; усилителя и измерительного прибора.                         

Аппарат устанавливают на палубе корабля, когда он включён рупор медленно вращается, выискивая вокруг штормовые инфразвуки. При обнаружении их рупором особое устройство тотчас-же останавливает движение рупора, указывая, откуда надвигается шторм.

Тема: Тип - Моллюски. Класс моллюсков: Брюхоногие, Двустворчатые, Головоногие.

 Задача: Познакомить учащихся с особенностями передвижения кальмаров и использование этих знаний исследователями гидробиониками при конструировании скоростных механизмов связанных с водой.

 В царстве Нептуна есть организмы по феноменальной маневренности и быстроходности им нет равных ,кто эти живые организмы?

Кальмары принадлежат к числу самых быстрых пловцов наряду с такими спринтерами моря, как дельфины, тунцы, парусники и рыба-меч. Их заслуженно называют «живыми ракетами» , «живыми торпедами». Скорость плавания колеблется от 35 – 65 км/ч. (слайды)

Что же помогает плаванию кальмарам с такой скоростью? (предложить найти объяснение из &12;Плаванию помогает пульсирующее выбрасывание воды из мантийной полости.)

Перемещаются кальмары, как и другие головоногие моллюски хвостом вперёд, а голова и 10 ног-щупалец с присосками служат как бы кормой. Наибольший интерес для техников представляет способ реактивного движения кальмаров. Они создали двигатель называемый водомёт, хотя и без «подсказки» кальмаров. Их поставили на тракторах-амфибиях для лесосплавов и на других судах.

Тема: Тип Членистоногие. Классы: – Ракообразные, Паукообразные.

Задача: Расширять представление учащихся о необычном способе перемещения мелких ракообразных, в виде формы кольца, как прототипа природного колеса

Природа этот способ придумала намного раньше, но с человеком не поделилась своим секретом, поэтому человеку самому пришлось изобретать колесо.

Учёные Калифорнийского университета изучая рачка живущего на песчаных берегах Панамы, открыли редкостную способность передвижения. Рачок складывает своё тело в кольцо, прижимает хвост к голове и катится, подогнув ножки, периодически ими отталкиваясь. Способность передвигаться колесом рачок приобрел, приспосабливаясь к окружающей среде – песчаной, рыхлой и осыпающейся почве. Как видим, такой способ передвижения тоже впервые появился в природе. Это доказывает, что природу трудно превзойти и что многое созданное человеком имеет аналоги в природе.

Тема: Тип Членистоногие. Класс – Ракообразные.

Задача: Подвести учащегося к умозаключению, изучение функций клешни речного рака помогло учёным в создании  механической руки промышленных роботов.

 Конечность выполняет следующие задачи: захват пищи и подтягивание к ротовому отверстию, оборона и нападение, опора во время преодоления препятствий и исследование окружающего пространства.

Вопрос к учащимся: А как вы думаете, что могло заинтересовать учёного исследователя В.С.Бурданова работавшего в институте автоматики и управлении при изучении жизни рака?

Уточнение и дополнение (показ сухого препарата,)В движении клешни рака и механической руки) промышленного робота много общих операций; перемещение в пространстве, захват предмета, перенос и освобождение его.

Вывод: Изучение клешни рака помогло создать простые системы управления механической рукой промышленного робота.

Тема: Отряд-перепончатокрылые (пчёлы). Класс – Насекомые.

Задача: Познакомить учащихся с особенностями построения сот рабочими пчёлами, как рационально выбранной природной формой и используемой человеком при создании различных технических конструкций.

Пчелиные и осиные соты – одно из уникальных творений природы, они представляют собой десятки тысяч шестигранных призм расположенных параллельными рядами. Основные призмы состоят из трёх ромбов, образующих вместе пирамиду.

Такая форма обеспечивает наибольшую вместимость сотовых ячеек при малых затратах строительного материала.

Первыми заимствовали опыт пчёл авиастроители для создания сверхзвуковых самолётов и ракет. Строятся дома из шестигранных секций; соты – элеваторы, соты – плотины, соты – шлюзы, соты – гостиницы и т.д.и т.п. У сотовых технических конструкций большое будущее.

Вопрос к учащимся (можно как домашнее задание): А где у нас в быту, в повседневной жизни можно встретить конструкции изготовленные по принципу пчелиных сот?

Тема: Класс  Земноводные. Отряды: Безногие, Хвостатые, Бесхвостые.

Задача: Выявить особые избирательные свойства зрительного анализатора лягушки и познакомить с созданными конструкторами электронными аналогами, которые выполняют важные функции в жизнедеятельности человека.

Вопрос к учащимся: Почтовые конверты и лягушка, какая здесь может быть взаимосвязь?

Вопрос: Какой орган чувств лягушки привлекает сразу наше внимание?

- Да ,самое интересное у лягушки – это глаза. Они-то и тоже привлекли внимание учёных, оказывается глаз лягушки не улавливает деталей движущегося существа: ног, крыльев и т.д. Они воспринимают контуры движущегося насекомого, и реагируют на него.  Глаза лягушки работают как бы по принципу: «вижу не всё, а что хочу». И всё-таки, какая взаимосвязь 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). И ещё учёным удалось создать весьма удачную электронную модель сетчатки глаза лягушки, названную ретинатроном, лётчики и диспетчеры используют этот прибор для улучшения и безопасности полётов

Тема: Класс Пресмыкающиеся. Отряды: Чешуйчатые.

Задача : Познакомить учащихся с особым органом гремучей змеи и азиатского щитомордника, который обладает высокой чувствительностью к инфракрасному свету (своеобразный теплолокатор).

Объяснение учителя: Оказывается ,учёные нашли у гремучей змеи и азиатского щитомордника 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? (автоматическое открывание дверей в супермаркетах и т.д.)

Уточнение и дополнение (предложить специально подготовиться учащимся заранее): «Задолго до того, как биологи нашли у змей  «тепловые глаза»,учёные инженеры уже создали довольно широкую гамму устройств, очень чувствительных к излучающему тепло, как то снайперские винтовки, инфракрасный прицел (который позволяет в полной темноте обнаруживать цель),приборы ночного видения приборы определяющие температуру Луны и др.звёзд и планет по их излучению и т.д. и т.п.»

Задание на дом, привести примеры или подготовить сообщение на тему: «Применение и использование человеком приборов, обладающих способностью чувствовать инфракрасное излучения? (в быту, технической промышленности)

Тема: Класс – птицы. Отряды: пингвины.

Задача : Познакомить учащихся с особенностями передвижения пингвинов по снегу и льду, заимствование этого принципа учёными-конструкторами при создании снегохода «Пингвин».

Как передвигаются пингвины по плотному или рыхлому снегу и льду? (если затрудняются, ответить, предложить или прочитать информацию из учебника  на стр.137 & 27)

Сейчас я вам расскажу историю создания этой интересной машины – для многих отраслей народного хозяйства Севера нашей страны обычные тягачи, тракторы и транспортёры не пригодны, т.к.не могут развивать достаточно большую скорость: эти машины образуют слишком глубокую колею, часто буксуют и увязают в мелкозернистом, рассыпчатом, как песок, снег.

Каким же в таком случае должны быть машины для передвижения по снежной пустыне? Ответ неожиданно «подсказали» пингвины.

Словно во фраке с белой манишкой ходят пингвины среди льда и снега Антарктиды, часто-часто переставляя ноги-ласты. По рыхлому снегу и тонкому льду они передвигаются по-иному – ложатся на брюхо, чтобы уменьшить давление, и ластами отталкиваются ,как лыжник палками, при этом развивая скорость до 25 км/ч. Этот принцип передвижения и лёг в основу созданного под руководством советского конструктора Николаева А.Ф.снегохода с шлицевыми двигателями. Плицы выдвигаются на необходимую величину, в зависимости от снежного покрова. Водитель с помощью гидросистемы уменьшает дорожный просвет, и машина, как пингвин, скользит на днище корпуса. Днише покрыто втопластом, имеющий малый коэффициент сопротивления трения на снегу.

Как видите, бионика не только наука и инженерия, в ней таится и чисто человеческое содержание, ибо она отвечает надеждам и мечтам инженеров о новых замечательных машинах, о сбережении драгоценных природных ресурсов, о новом расцвете человеческой цивилизации. Чтобы ясно представить себе, что такое бионика, что сулит она человечеству, нам придется совершить довольно далекое путешествие по дороге, у начала которой стоит указатель с надписью: "Бионика". По этой дороге нам предстоит двигаться не только в будущее, но и в прошлое, порой довольно отдаленное. Потому что рождение бионики, как вам уже известно, было предопределено важными научными открытиями, техническими изобретениями, и в не меньшей степени трудностями в современной технике, Только узнав о них, поняв их сущность, можно ясно представить себе, что такое бионика.

Заключение

Познакомившись лишь с некоторыми результатами бионики, понимаешь, что почти любая технологическая проблема, которая встает перед инженерами, была уже давно успешно решена другими живыми существами. И невольно хочется найти решение проблемы, которая возникает каждодневно.

Литературные источники информации:

1)      Литинецкий И.Б./Бионика, пособие для учителей//М.,Просвещение-2000

2)      Гармаш И.И./Тайны бионики//К.,Рад.шк.-1985

3)      Биология: программы для общеобр. учр.под редакцией Пасечника В.В.//М.,Дрофа-2011

4)      Латюшин В.В., Шапкин В.А.//Животные: учебник для 7кл.-3 изд. (стереотип)//М., Дрофа-2010

5)      Фотографии животных и схемы строения приборов с сайта htpp//www.biology.ru