Программа курса «Бионика» или «Учимся у природы» для 9 - 11 классов общеобразовательных школ учителя биологии МБОУ СОШ № 3 г. Рассказово Тамбовской области Ульяновой Ирины Васильевны.
Программа курса ориентирована на обучающихся в 9 – 11 классах, рассчитана на 35 ч.
Программа включает материал, не содержащийся в базовых программах. Программа курса содержит знания, позволяющие изучать биологию на более детальном и глубоком уровне, вызывающие познавательный интерес обучающихся с позиции бионики и профориентации.
Программа содержит все необходимое для реализации поставленных целей, способствует интеллектуальному, творческому, эмоциональному развитию старшеклассников, не создавая учебных перегрузок.
Программа предопределяет широкое использование современных педагогических технологий и ИКТ, активных методов и приемов обучения, которые помогают обеспечить связь между базовыми и углубленными знаниями по биологии.
Программа имеет пояснительную записку с четким обоснованием актуальности, важности и значимости курса. В программе конкретно определены цели и задачи, результаты обучения, методы проверки их достижимости, темы и задания семинаров, творческих работ, экскурсий, проектные исследования, планы проведения практических и лабораторных работ. Есть требования к знаниям, умениям и навыкам обучающихся. Тематическое содержание - полное и детальное. Программа содержит список литературы для учителя и учащихся, цифровых образовательных ресурсов, интерактивных наглядных пособий.
Предложенные учебно-методические и материально-технические средства делают программу реалистичной для выполнения.
Данная программа рекомендована к использованию в общеобразовательных учреждениях города.
МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 3
г. РАССКАЗОВО ТАМБОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Рабочая программа курса
«БИОНИКА»
ИЛИ
«УЧИМСЯ У ПРИРОДЫ»
для класса общеобразовательных школ
Автор - составитель программы:
,
учитель биологии МБОУ СОШ № 3
г. Рассказово
2013
Пояснительная записка
Курс «Бионика» или «Учимся у природы» предназначен для учащихся классов средних общеобразовательных школ и рассчитан на 35 ч. Курс основан на знаниях и умениях, полученных учащимися при изучении биологии и других учебных дисциплин естественно – научного цикла в средней школе, углубляет и расширяет их.
В наше время появилось самостоятельное направление в науке и технике, цель которого – использовать биологические знания для решения инженерных задач и развития техники. 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 экономичные по затрате материала. В настоящее время все больше достижений биологических дисциплин находит применение в технике.
Основная цель курса - показать необходимость развития в процессе обучения биологии способностей, способствующих становлению личности и позволяющих решать задачи и получать дополнительные сведения из смежных областей знания.
Это достигается средствами предметной интеграции, учитывающими интересы и познавательные возможности учащихся, приводящими к развитию их творческих способностей, связанных с потребностью к самообразованию.
Основная задача курса – показать возможность межпредметной интеграции дисциплин естественно – научного цикла в практической реализации знаний (новые направления, возникшие как результат взаимодействия биологии с другими науками), в теоретическом изучении (явления природы как «природные патенты»), и практическом использовании (ознакомить учащихся с идеями и некоторыми результатами бионики).
Этот курс направлен на развитие интереса школьников к изучению биологии, географии, экологии и других наук о Земле.
Главная цель курса – осознание уникальности жизни и каждого живого организма на Земле, ответственности человека как первого среди равных обитателей в биосфере; понимание роли человечества и осознанный выбор своего профессионального пути, активной жизненной позиции.
Цель и задачи программы.
Цель: становление личности обучающегося, а также, показать значение биологических знаний для развития техники, архитектуры, приборостроения, формировать у обучающихся научно-обоснованное понимание мира, умение анализировать факты и выявлять причинно-следственные связи.
Задачи: развитие интереса, познавательной активности, самостоятельности и получение более глубоких знаний в сфере естественных наук – математики, астрономии, физики, биологии, химии, информатики
• обучающие задачи: развитие познавательного интереса к предметам естественно - научного цикла; включение обучающихся в познавательную деятельность, приобретение определенных знаний, умений, навыков по бионике, развитие мотивации к выбору профессии;
• воспитательные: формирование общественной активности личности, гражданской позиции, культуры общения и поведения в социуме, навыков здорового образа жизни;
• развивающие: развитие личностных свойств - самостоятельности, ответственности, активности, аккуратности; формирование потребности в самопознании, саморазвитии.
Формы проведения: групповые; практические, теоретические, проектно-исследовательские по избранным проблемам предметов естественно - научного цикла. Характерной особенностью общения с природой является организация научно-исследовательской деятельности по изучению экологического состояния местных экосистем, нуждающихся в охране.
Ведущие теоретические идеи, на которых базируется программа: Учение Вернадского о биосфере и ноосфере. Учение о естественном отборе. Законы экологии и закономерности эволюции. Взаимосвязь бионики с экологической морфологией, изучающей формообразование, происхождение адаптаций и жизненных форм для использования принципов жизненных форм для моделирования, биоиндикации, экологического мониторинга, экологического мировоззрения, с осознанием понятий «жизненная форма», «экологическая система организмов», «экологическая сукцессия», «морфоэкологическая эволюция», «смена жизненных форм в развитии видов», «морфо-экологическая структура биоценозов», «концепция: Я – могу познать мир, я – могу изменить мир», «функции человека в биосфере», «ноосфера».
ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ПОДГОТОВКИ
В результате изучения курса ученик должен
знать/понимать
естественнонаучный метод познания, бионика, эволюция Вселенной, биологическая эволюция, биоразнообразие, организм, популяция, экосистема, биосфера, ноосфера; вклад великих ученых в формирование современной естественнонаучной картины мира; значимость научных исследований в области экологической геологии, минерологи, биосферы, ноосферы; вклад ученых Тамбовской области в развитие наследия ; роль специалистов определенных профессий в поддержании устойчивого развития общества.
уметь
· приводить примеры экспериментов и/или наблюдений, обосновывающих: клеточное строение живых организмов, уровни организации живого, приспособленность организмов к среде обитания, эволюцию живой природы, превращения энергии и вероятностный характер процессов в живой и неживой природе, взаимосвязь компонентов экосистемы, влияние деятельности человека на экосистемы;
· объяснять прикладное значение важнейших достижений в области естественных наук, бионике для: развития энергетики, транспорта и средств связи, получения синтетических материалов с заданными свойствами, создания биотехнологий, биоиндикации, охраны окружающей среды;
· выдвигать гипотезы и предлагать пути их проверки; делать выводы на основе экспериментальных данных, представленных в виде графика, таблицы или диаграммы;
· работать с естественнонаучной информацией, содержащейся в сообщениях СМИ, ресурсах Интернета, научно-популярных статьях: владеть методами поиска, выделять смысловую основу и оценивать достоверность информации;
использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни для:
· оценки влияния на организм человека факторов среды;
· энергосбережения;
· безопасного использования материалов и химических веществ в быту;
· профилактики заболеваний;
· осознания личных действий по охране окружающей среды;
· объяснения, почему человек представляет собой высшую степень развития живой природы
Учебно-тематический план
курса: «Бионика» или «Учимся у природы».
35 ч. (1 ч. в неделю)
№ | Название темы | Все Ч. | Из них | Форма проведения | Образователь-ный продукт Презентации, | |
теория | Практи-ка | |||||
1. | Введение. Естествознание. Основные термины и понятия современной биологии. Биологическая ролевая игра: «История биологии глазами современников». | 2 | 1 | 1 | теоретические, проектно-исследовательские, групповые, индивидуальные | Конспект, тезисы, словообразовательный анализ биологической терминологии, исторический анализ, коллективный анализ |
Раздел 1. Учимся у природы. | Задания по формированию внутренних критериев в оценке экологических событий по отбору средств, адекватных выполняемой задаче (коллективный анализ, самоанализ) | |||||
2. | Тема 1. Живой организм. Лабораторный практикум (индивидуально) по группам: 1. Ткани растительных организмов. 2. Ткани животных организмов. Ролевая игра – конкурс экологических консультационных фирм: «Экосистемный подход». Обобщение. | 8 ч. | 2 | 6 К1 | теоретические, индивидуальные; групповые; фронтальные; практические задания - дилемы | Кластер, Самоанализ, практическая работа с объектами, научный отчет, Собствеенное решение научной проблемы, принятие экологически ответственного решения, доказательства в пользу принимаемого решения по взаимодействию с природой. |
3. | Тема 2. Организмы в естественной среде обитания. Экскурсии: Жизнь в природных биогеоценозах. Изучение живых организмов в городской среде. Лабораторный практикум «Изучение приспособленности живых организмов к среде обитания». | 7 ч. | 2 | 5 | теоретические, индивидуальные; групповые; практические | Схема, организация научно-исследовательской деятельности по изучению экологического состояния местных экосистем, нуждающихся в охране; отчет по группам, индивидуально |
4. | Тема 3. Экологическая морфология. Практическая работа «Жизненные формы». Ролевая игра: «Стрела жизни». | 3 ч. | 1 | 2 | теоретические, индивидуальные; групповые; практические | таблица, буклет, кластер, научный отчет, Ежедневник планеты Земля, концептуальная таблица - мультимедийная |
Раздел 2. Бионика – самостоятельное направление в науке и технике. | Задания с элементами научного просвещения сверстников и родителей (коллаж, стенгазета, буклет, слайд-шоу, фото – галерея, видеоролик, стихи, сказки, литературное творчество, графика, живопись, техническое творчество, моделирование, имитация экологической ситуации, работа в постоянных и динамических парах) | |||||
5. | Тема 4. Из истории возникновения бионики. | 1ч | Комбинированный урок | кластер, буклет, очерк, презентация | ||
6. | Тема 5. Бионика как наука. 1 ч. | 1 | Комбинированный урок | Кластер, разрешение проблемной ситуации, презентация | ||
7. | Тема 6. Разделы современной бионики. | 1 ч. | Комбинированный урок | Схема фишбоун. | ||
8. | Тема 7. Архитектурно-строительная бионика. | 1 ч. | Комбинированный урок | Фотография, графика, живопись, слайд-шоу, презентация | ||
9. | Тема 8. Нейробионика. | 1 ч. | Комбинированный урок | Исследования по проблеме «человек - машина», доказательства преимущества нервной системы и мозга человека | ||
10. | Тема 9. Бионический подход в современных исследованиях. | 1 ч. | Комбинированный урок | Разрешение проблемной ситуации, алгоритм бионических действий | ||
Раздел 3. «Патенты живой природы». | Опережающие задания проектной деятельности, фенологические наблюдения, паспортизация природных объектов. | |||||
11. | Тема 10. Заглянем в бюро «Патенты природы». Проектная деятельность. | 6 ч. | 6 ПД | Мультимедий-ный продукт, буклет, эксперимент. Проектная деятельность | ||
Раздел 4. Бионика на службе современного человека. | Элементы реферирования дополнительной литературы, периодической печати, интернет-информации | |||||
12. | Тема 11. БИОНИКА - ТЕХНИКА ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ. Где находят применение – эти «патенты природы». Семинар | 1 ч. | 1 К2 | теоретические, фронтальные, индивидуальные; групповые; практические | Кластер, Самоанализ, Обобщение. | |
Раздел 5. Ноосфера и человек. | Демонстрация алгоритма действия по практической деятельности в природе человечества, государств, религий и каждого человека «в рамках» ноосферного мышления | |||||
13. | Тема 12. Учение о ноосфере и мировая цивилизация. | 1ч. | Комбинированный урок | Диспут по выявлению личной позиции в сфере взаимодействия человека с природой. Эссе. | ||
14. | Заключительный урок курса. | 1 ч. | Фронтальные, групповые, индивидуальные | Конференция | ||
итого | 35 |
Содержание
курса «Бионика» или «Учимся у природы».
Введение. 2ч. Естествознание. Основные термины и понятия современной биологии.
Биологическая ролевая игра: «История биологии глазами современников».
Раздел 1. Учимся у природы.
Тема 1. Живой организм. 8 ч.
Строение и функции биологических мембран. Мембранные липиды. Белки в мембранном бислое. Клеточный иммунитет и межклеточные контакты. Мембраны регулируют жизнь клетки. Транспорт веществ через мембраны: диффузия, осмос, пассивный и активный транспорт. Биомембраны на службе человека.
Строение, происхождение и функции тканей животных и растений.
Внешнее и внутреннее строение, видоизменения, функционирование вегетативных и генеративных органов растения.
Строение и особенности функционирования физиологических систем органов животных. Основные процессы жизнедеятельности растительных и животных организмов. Особенности регуляции процессов жизнедеятельности у растений и животных.
Организм как единое целое.
Энергетика живого – открытая система. Проблемы биоэнергетики. Обобщение.
Ролевая игра – конкурс экологических консультационных фирм: «Экосистемный подход».
Лабораторный практикум (индивидуально) и по группам:
1. Ткани растительных организмов (по группам).
2. Ткани животных организмов (по группам).
Демонстрация микропрепаратов с помощью цифрового микроскопа (работа по группам), моделей, муляжей, гербария, фото - и видео - изображения, живых объектов.
Знать:
особенности строения и проявления жизненных свойств на клеточном, тканевом, органном и организменном уровне организации живого.
Уметь:
распознавать и описывать основные части и органоиды клеток на таблицах, рисунках, схемах, при рассматривании микропрепаратов с использованием светового микроскопа;
сравнивать различные биологические объекты (клетки, ткани, органы, системы органов, организмы) и процессы, делать выводы на основе сравнения;
распознавать и описывать основные части и органоиды клеток на таблицах, рисунках, схемах, при рассматривании микропрепаратов с использованием светового микроскопа;
органы цветковых растений на живых объектах и таблицах;
органы и системы органов животных на моделях, муляжах, препаратах и таблицах;
изучать биологические объекты, проводить лабораторные наблюдения, ставить биологические эксперименты, описывать и объяснять результаты опытов; осуществлять самостоятельный поиск биологической информации в словарях, справочниках, научной и научно популярной литературе, сети Интернет;
составлять краткие тезисы выступлений, презентации по интересующим темам, представлять их аудитории.
Тема 2. Организмы в естественной среде обитания. 7 ч.
Среды жизни. Приспособленность в живом мире. Стресс - реакция. Адаптация. Глобальные проблемы человечества. Городская среда обитания: плюсы и минусы. Живые организмы как биоиндикаторы.
Экскурсии:
1. Жизнь в природных биогеоценозах.
2. Изучение живых организмов в городской среде.
Лабораторный практикум
- работа по группам или индивидуально:
«Изучение приспособленности живых организмов к среде обитания».
Ход работы:
1. Определите среду обитания предложенной особи (вариативность0 .
2. Выявите черты приспособленности к среде обитания.
3. Выявите относительный характер приспособленности.
4. Используя знания о движущих силах эволюции, объяснять механизмы возникновения приспособлений.
Демонстрация таблиц: Биосфера. Границы жизни в биосфере. Среды жизни на Земле. Приспособленности живых организмов.
Знать:
среды жизни, абиотические условия для жизни различных сред обитания: оптимум, пессимум; толерантность; стресс – реакция; адаптация и виды приспособленности; экстремальные факторы: перегрузка, невесомость, электрические и магнитные поля, ионизирующая радиация; антропогенные факторы.
Уметь:
Используя знания о движущих силах эволюции, объяснять механизмы возникновения приспособлений;
Тема 3. Экологическая морфология. 3 ч.
Основные этапы развития экологической морфологии. Жизненные формы как общебиологическое понятие. Классификация жизненных форм. Проблемы экологической морфологии. Проблемы морфоэкологической эволюции. Прикладное значение экологической морфологии.
Ролевая игра: «Стрела жизни».
Практическая работа: «Жизненные формы».
Знать: понятия экологической морфологии, ее проблемы, прикладное значение; классификацию жизненных форм; закономерности морфоэкологической эволюции.
Уметь: сравнивать, анализировать и делать выводы о явлениях природы, опираясь на знание основных закономерностей природы.
Раздел 2. Бионика – самостоятельное направление в науке и технике.
Тема 4. Из истории возникновения бионики. 1.ч.
Может ли человек достичь того же, чего достигла живая природа? На протяжении всей своей истории человек учился у природы, создавая искусственные системы по типу природных.
Крупнейший греческий философ материалист Демокрит (около 460—370 гг. до н. э.).
Прародитель бионики - Леонардо да Винчи. Его чертежи и схемы летательных аппаратов. Моделирование орнитоптера.
Бионика - это самостоятельное направление в науке и технике, использующее биологические знания для решения инженерных задач и развития техники. Бионика занимается изучением биологических систем, их свойств, принципов и закономерностей и их использованием при создании искусственных систем.
Девиз бионики: «Живые прототипы – ключ к новой технике».
Бионика - 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.
Лабораторные работы. Исследования, включающие основные элементы естественнонаучного метода познания.
Знать: общее расположение органов организма человека; строение животной клетки и её физиологию; тканей организма человека.
Уметь: рассматривать на готовых микропрепаратах и описывать ткани организма человека; распознавать и описывать на таблицах основные части и органоиды клетки; сравнивать клетки и ткани и делать выводы на основе сравнения.
Тема 5. Бионика как наука. 1 ч.
Современная бионика - направление кибернетики, изучающее структуры и жизнедеятельность организмов с целью использования открытых закономерностей и обнаруженных свойств для решения инженерных задач и построения технических систем, приближающихся по своим характеристикам к живым организмам.
Основные направления работ по бионике:
· 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.
Знать: строение анализаторов и органов чувств (зрительный анализатор, слуховой анализатор, органы равновесия, кожно-мышечной чувствительности, обоняния и вкуса.)
Уметь: распознавать и описывать на таблицах части анализаторов, глаза и уха; связь строения с выполняемыми функциями; объяснять зависимость собственного здоровья от состояния окружающей среды; использовать приобретённые знания и умения в практической деятельности и повседневной деятельности для профилактики нарушения зрения и слуха.
Тема 6. Разделы современной бионики. 1 ч.
Современная бионика: Теоретическая бионика. Биологическая бионика. Архитектурно – строительная бионика. Техническая бионика. Нейробионика.
Теоретическая бионика - строит математические модели этих процессов. Техническая бионика - применяет модели теоретической бионики для решения инженерных задач. Архитектурная бионика - решает различные архитектурные проблемы с помощью патентов живой природы. Нейробионика - разрабатывает искусственные системы, способные к самоорганизации. Биологическая бионика - изучает процессы, происходящие в биологических системах.
Знать: рефлекторная регуляция; функции желёз внутренней секреции.
Уметь: объяснять роль гормонов в организме человека; объяснять роль нервно - гуморальной регуляции в организме человека.
Тема 7. Архитектурно - строительная бионика. 1 ч.
Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых тканей, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности.
Зарождение архитектурно-строительной бионики. На заре формирования человечества появляется в архитектуре подражание формам живой природы и строительной деятельности животных:
1. В египетской архитектуре.
2. В античной Древней Греции.
Знать: строение костей и скелета человека; типы соединения костей, строение и значение мышц; особенности работы скелетных мышц и их регуляции.
Уметь: распознавать и описывать на таблицах части скелета и основные мышцы и группы мышц человека; объяснять связь строения с выполняемыми функциями; использовать приобретённые знания и умения в практической деятельности и повседневной деятельности для профилактики травматизма, нарушения осанки; оказания первой помощи при травмах, рациональной организации труда и отдыха, проводить наблюдений за состоянием собственного организма.
Тема 8. Нейробионика. 1 ч.
Нейробионика - это возможность совершенствовать и развивать электронную и вычислительную технику. Основные направления нейробионики:
· изучение нервной системы человека и животных.
·
· Изучение работы мозга, исследование механизмов памяти.
· Интенсивное изучение органов чувств животных, внутренних механизмов реакции на окружающую среду и у животных, и у растений.
· Моделирование нервных клеток - нейронов и нейронных сетей.
Преимущества нервной системы живых организмов перед самыми современными аналогами, изобретенными человеком:
· гибкое восприятие внешней информации, независимо от формы, в которой она поступает (почерк, шрифт, цвет, тембр и т. д.);
· высокая надежность: технические системы выходят из строя при поломке одной или нескольких деталей, а мозг сохраняет работоспособность при гибели даже нескольких сотен тысяч клеток;
· экономичность потребления энергии.
· миниатюрность (транзисторное устройство с таким же числом элементов, как головной мозг человека, занимало бы объем около 1000 м3, тогда как наш мозг занимает объем 1,5 дм3);
· высокая степень самоорганизации — быстрое приспособление к новым ситуациям, к изменению программ деятельности.
Наиболее продвинувшиеся исследования в бионике:
· разработка биологических средств обнаружения, навигации и ориентации; комплекс исследований, связанных с моделированием функций и структур мозга высших животных и человека;
· создание систем биоэлектрического управления и исследования по проблеме "человек-машина".
Знать: доминанта, инстинкт, динамический стереотип, сон;
этапы выработки условного рефлекса; торможение рефлекса и его формы;
особенности высшей нервной деятельности и поведения человека (речь, познавательные процессы, воля, эмоции, внимание)
Уметь:
объяснять зависимость собственного здоровья от состояния окружающей среды;
использовать приобретённые знания и умения в практической деятельности и повседневной деятельности для профилактики стрессов, рациональной организации труда и отдыха.
Тема 9. Бионический подход в современных исследованиях. 1 ч.
Бионический подход - это искусство применения биологии для небиологических целей. Создание моделей:
· 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.
Раздел 3. «Патенты живой природы».
Тема 10. Заглянем в бюро «Патенты природы». Проектная деятельность. 6 ч.
Большинство человеческих изобретений уже «запатентовано» природой:
· застежка «молния», было сделано на основе строения пера птицы;
· удобные «липучки»;
· новые принципы полета, бесколесного движения, построения подшипников и т. д.
· явление радио - и эхолокации;
· солнечные батареи и зеленый лист;
· реактивное движение;
· живые приборы.
Анализаторные системы животных и человека системы столь сложны и чувствительны, что пока еще не имеют себе равных среди технических устройств. Многие живые организмы имеют такие анализаторные системы, которых нет у человека. Живые часы, барометры, индикаторы, рудоуказчики, радиоактивные уловители - это открыл для себя человек в природе.
Проектная деятельность. Распределившись на группы по несколько человек, выбрать для группы наиболее интересную тему проекта.
Темы исследований:
1. Живые торпеды океана.
2. Животные - снайперы.
3. Животные «строители» и «архитекторы».
4. Животные «анатомы» и «хирурги».
5. Животные, которые видят ночью.
6. Животные «метеорологи».
7. Живые химические лаборатории.
8. Животные альбиносы.
9. Биоакустика рыб.
10. Эхо в мире живой природы.
11. Анабиоз и зимняя спячка.
Цель проекта: осуществить микроисследование на основе информационных источников.
Ход работы:
1. Выбор темы и распределение обязанностей в группе.
2. Подбор научной, художественной, публицистической литературы, источников информации с использованием электронных средств массовой информации.
3. Составление плана проекта (презентации).
4. Подготовка к представлению проекта (презентации).
5. Защита проекта (презентация, устный журнал, буклет, стенгазета).
Раздел 4. Бионика на службе современного человека.
Тема 11. БИОНИКА - ТЕХНИКА ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ. Где находят применение – эти «патенты природы». 1 ч.
Бытовые воздухоочистители. Бионика – флоту. Бионика – авиации. Тесная связь кибернетики и робототехники с бионикой. Манипуляторы. Перспективы бионики. Природа как эталон. Космическую и планетарную роль человека.
Обобщение. Наиболее важные естественнонаучные идеи и открытия, определяющие современные знания о мире.
Семинар.
Вопросы и задания семинара:
Какое значение имеет изучение биологии для научно-технического прогресса?
Назовите, какие особенности строения животных и растений используются человеком в строительстве, промышленности, приборостроении и т. д.?
Какие способы передвижения организмов в живой природе может использовать человек для создания транспортных средств?
Перечислите, какие принципы структурной организации растений можно использовать в строительстве сооружений?
На чем основано утверждение, что многие системы жизнеобеспечения животных более совершенны, чем у людей?
Каковы перспективы развития биологических дисциплин в будущем?
Раздел 5. Ноосфера и человек.
Тема 12. «Учение о ноосфере и мировая цивилизация».1ч.
Знать:
- значимости научных исследований в области экологической геологии, минерологи, биосферы, ноосферы и т. д.;
- вклада ученых Тамбовской области в развитие наследия ;
- роли специалистов определенных профессий в поддержании устойчивого развития общества.
Уметь:
- объяснять, почему человек представляет собой высшую степень развития живой природы.
Список литературы
Литература, используемая педагогом для разработки программы и организации образовательного процесса.
1. , Свешников экологической морфологии. – М.: Знание, 19Новое в жизни, науке, технике. Серия «Биология»; №1).
2. На грани жизни. Перевод с болгарского. - М.: Знание, 1988.
3. Болдырев и функции биологических мембран. – М.: Знание, 19Новое в жизни, науке, технике. Серия «Биология»; №2).
4. Грабар неделя биологии в школе. Ростов на Дону: Феникс. 2007.- (Библиотека учителя.).
5. , Свешников морфология. М.: Знание, 19Новое в жизни, науке, технике. Серия «Биология»; №1).
6. Зорин курс «Элементы биофизики»: 9 класс. – М.: ВАКО, 2007. – (Мастерская учителя.).
7. Голдовский . – Л..: Наука, 1981.
8. , Бордукова для учителя. М.: Просвещение, 1985.
9. Яхонтов для учителя. Беспозвоночные. Позвоночные. - М.: Просвещение, 1982, 1985.
10. Северцов или Божий промысел. – Биология в школе. – 1997. № 7.
11. Семин учит кость. – Биология в школе. – 2003. № 4.
12. Травникова экскурсии: Учебно-методическое пособие. – СПб.: «Паритет», 2002.
13. Миронов экологии в школе.- М.: гуманитарный издательский центр ВЛАДОС, 2004.
14. О чем жужжит пчела. – Биология в школе. – 2003. № 6.
15. Биология: общие закономерности: Книга для учителя. , , - М.: Школа Пресс,1996.
16. Богданов в гостях у биолога.– М.: Наука, 1986.
17. Морозов биоакустика. - М.: Знание, 1987.
18. Чегодаев о рептилиях. - М.: Знание, 19Новое в жизни, науке, технике. Серия «Биология»; №4).
19. Алексеева среда и биология человека. – География в школе. 1996. - № 4.
20. Экология: Познавательная энциклопедия. – М., 2004.
Литература, рекомендуемая для обучающихся по данной программе.
1. Этюды о животных. Перевод с болгарского. - М.: Знание, 1Новое в жизни, науке, технике. Серия «Биология»; №7).
2. Энциклопедия для детей. Физика. Т. 16. – М.: Аванта, 2000.
3. . Хрестоматия по физике. Учебное пособие для учащихся. М.: - Просвещение, 1982.
4. . Химия вокруг нас. - М.: Высшая школа, 1992.
5. Большой справочник по биологии. – М.: «Издательство Астрель», «Олимп», «Фирма «Издательство АСТ», 2000.
6. , , Сивоглазов дляклассов общеобразовательных учебных заведений. М.: Школа-Пресс, 1996.
7. , Сивоглазов родной природы. Городские животные. Учебное пособие. – М.: Эгмонт Россия, 2001.
8. Козлов организмы – спутники человека. – М.: Просвещение, 2006.
Цифровые образовательные ресурсы.
Интерактивные наглядные пособия.
1. Биология. 5-9 классы. Часть 2. Растения. Часть 4. Человек.
Часть 3. Многообразие живых организмов. Часть 5. Общая биология. Мультимедийное учебное издание.
2. Биология. Строение высших и низших растений.
3. Биология. Строение и жизнедеятельность организма растения.
4. Общая биология. Растительные сообщества.
5. Биология. Беспозвоночные животные. Позвоночные животные.
6. Биология. Эволюции систем органов.
7. Общая биология. Клетка. Интерактивное наглядное пособие.
8. Биология. Строение и жизнедеятельность организма человека.
9. Биологические исследования. Методические рекомендации.
10. 1С: Репетитор. Биология. Весь школьный курс. 1С: Биология.
Видеофильмы
«Из истории науки и техники».
«Этюды о русских ученых».
Интернет – ресурсы.
1. http://bio-nica. *****/
2. http://crossword. *****/87603
3. http://*****/bio/index. html
4. http://slovar. *****/dictionary/d20/261.html
5. http://*****/?p=work&id=559408
6. http://ru. wikipedia. org/wiki/%D0%91%D0%B8%D0%BE%D0.
7. http://www. *****/evolution/physics/bionics. ht...
8. http://www. *****/bionika. html
9. http://*****/maschini-s-obratnoi-/bioni
Методические рекомендации к проведению занятия
Приложение 1.
Интересные сведения из истории бионики
С незапамятных времен мысль человека искала ответ на вопрос: «Может ли человек достичь того же, чего достигла живая природа?» На протяжении всей своей истории человек учился у природы, создавая искусственные системы по типу природных.
Наши далекие предки в своей деятельности сознательно или интуитивно обращались к живой природе, которая помогала им решать самые различные проблемы. Еще крупнейший греческий философ материалист Демокрит (около 460—370 гг. до н. э.) писал: «От животных мы путем подражания научились важнейшим делам. Мы ученики паука в ткацком и портняжных ремеслах, ученики ласточки в построении жилищ...» Прародителем бионики считается Леонардо да Винчи. Его чертежи и схемы летательных аппаратов были основаны на строении крыла птицы. В наше время, по чертежам Леонардо да Винчи неоднократно осуществлялось моделирование орнитоптера.
Бионика – (от греч. слова "bion"- ячейка жизни) - это самостоятельное направление в науке и технике, использующее биологические знания для решения инженерных задач и развития техники.
Бионика занимается изучением биологических систем, их свойств, принципов и закономерностей и их использованием при создании искусственных систем. Девиз бионики: «Живые прототипы – ключ к новой технике».
Бионика (от греч. biōn - 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. [БСЭ, 1978г.]
Бионика как наука
Современная бионика
Направление кибернетики, изучающее структуры и жизнедеятельность организмов с целью использования открытых закономерностей и обнаруженных свойств для решения инженерных задач и построения технических систем, приближающихся по своим характеристикам к живым организмам. (Современный словарь иностранных слов - М., 2001)
Основные направления работ по бионике
- 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.
Разделы современной бионики
Современная бионика: Теоретическая бионика. Биологическая бионика. Архитектурно – строительная бионика. Техническая бионика. Нейробионика.
Биологическая бионика - изучает процессы, происходящие в биологических системах.
Теоретическая бионика - строит математические модели этих процессов.
Техническая бионика - применяет модели теоретической бионики для решения инженерных задач.
Архитектурная бионика - решает различные архитектурные проблемы с помощью патентов живой природы.
Нейробионика - разрабатывает искусственные системы, способные к самоорганизации.
Архитектурно-строительная бионика
Архитектурно-строительная бионика изучает законы формирования и структурообразования живых тканей, занимается анализом конструктивных систем живых организмов по принципу экономии материала, энергии и обеспечения надежности
Зарождение архитектурно-строительной бионики. В египетской архитектуре отмечалось активное применение законов образования форм живой природы (цветы и стебли растений папируса, лотоса в капителях и колоннах). Позже зодчие античной Древней Греции стали осваивать природные формы, имея в виду не только изобразительные, но и конструктивные задачи. Они стали глубже проникать в процессы живой природы.
Вначале люди познавали внешние (общие) признаки явления, отсюда на заре формирования человечества появляется в архитектуре подражание формам живой природы и строительной деятельности животных
Нейробионика
Нейробионика изучает работу мозга, исследует механизмы памяти; Интенсивно изучаются органы чувств животных, внутренние механизмы реакции на окружающую среду и у животных, и у растений. Основные направления нейробионики: изучение нервной системы человека и животных; моделирование нервных клеток - нейронов и нейронных сетей. Это дает возможность совершенствовать и развивать электронную и вычислительную технику.
Преимущества нервной системы живых организмов перед самыми современными аналогами, изобретенными человеком: гибкое восприятие внешней информации, независимо от формы, в которой она поступает (почерк, шрифт, цвет, тембр); высокая надежность: технические системы выходят из строя при поломке одной или нескольких деталей, а мозг сохраняет работоспособность при гибели даже нескольких сотен тысяч клеток; экономичность потребления энергии.
Преимущества нервной системы живых организмов перед самыми современными аналогами, изобретенными человеком: миниатюрность (транзисторное устройство с таким же числом элементов, как головной мозг человека, занимало бы объем около 1000 м3, тогда как наш мозг занимает объем 1,5 дм3); высокая степень самоорганизации — быстрое приспособление к новым ситуациям, к изменению программ деятельности.
Наиболее продвинувшиеся исследования в бионике: разработка биологических средств обнаружения, навигации и ориентации; комплекс исследований, связанных с моделированием функций и структур мозга высших животных и человека; создание систем биоэлектрического управления и исследования по проблеме "человек-машина".
Бионический подход в современных исследованиях
Бионический подход - это искусство применения биологии для небиологических целей. Создание моделей. 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.
Бионика на службе современного человека
Бытовые воздухоочистители. Известно, что растения – «зеленые фильтры», очищающие воздух и воду от вредных примесей. Они пополняют атмосферу кислородом, увлажняют и ионизируют воздух, снижают количество микробов. Созданы бытовые и промышленные электровоздухоочистители, по функциям подобные природным зеленым фильтрам. Хлорофитум – природный кондиционер
Бионика – флоту. Изучение гидродинамических особенностей строения китов и дельфинов помогло создать особую обшивку подводной части кораблей, которая обеспечивает повышение скорости на 20–25% при той же мощности двигателя. Называется эта обшивка ламинфло и, аналогично коже дельфина, не смачивается и имеет эластично-упругую структуру, что устраняет турбулентные завихрения и обеспечивает скольжение с минимальным сопротивлением.
Бионика – авиации. Долгое время проблемой скоростной авиации был флаттер — внезапно и бурно возникающие на определенной скорости вибрации крыльев. Из-за этих вибраций самолет разваливался в воздухе за несколько секунд. После многочисленных аварий конструкторы нашли выход — крылья стали делать с утолщением на конце. Через некоторое время аналогичные утолщения были обнаружены на концах крыльев стрекозы. В биологии эти утолщения называются птеростигмы.
Кибернетика и робототехника тесно связаны с бионикой. Первые упоминания о человекоподобных машинах встречаются ещё в древнегреческих мифах. Термин "робот" был впервые введён К. Чапеком в пьесе "R. U. R." (1920 г.), где Роботами называли механических людей. Робот - машина с антропоморфным (человекоподобным) поведением, которая частично или полностью выполняет функции человека (иногда животного) при взаимодействии с окружающим миром.
Манипуляторы. Конструкторы промышленных роботов, изучив особенности движения клешней рака, наделили ими механическую руку робота: захват предмета, перемещение его в пространстве и освобождение.
Перспективы бионики. В последнее десятилетие бионика получила сильный импульс к новому развитию, поскольку современные технологии переходят на гига - и наноуровень и позволяют копировать миниатюрные природные конструкции с небывалой ранее точностью. Современная бионика связана с разработкой новых материалов, копирующих природные аналоги, робототехникой и искусственными органами.
Природа как эталон. 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.
Приложение 2.
Тема 2. Организмы в естественной среде обитания.
Темы экскурсий: Жизнь в природных биогеоценозах.
Изучение живых организмов в городской среде.
Лабораторный практикум - работа по группам или индивидуально:
«Изучение приспособленности живых организмов к среде обитания».
Ход работы:
5. Определите среду обитания предложенной особи (вариативность).
6. Выявите черты приспособленности к среде обитания.
7. Выявите относительный характер приспособленности.
8. Используя знания о движущих силах эволюции, объяснять механизмы возникновения приспособлений.
Приложение 3.
Раздел 3. Проектная деятельность.
1. Распределившись на группы по несколько человек, выбрать для группы наиболее интересную тему проекта. Темы исследований:
1. Живые торпеды океана.
2. Животные - снайперы.
3. Животные «строители» и «архитекторы».
4. Животные «анатомы» и «хирурги».
5. Животные, которые видят ночью.
6. Животные «метеорологи».
7. Живые химические лаборатории.
8. Животные альбиносы.
9. Биоакустика рыб.
10. Эхо в мире живой природы.
11. Анабиоз и зимняя спячка.
Цель проекта: осуществить микроисследование на основе информационных источников.
2. Ход работы:
1. Выбор темы и распределение обязанностей в группе.
2. Подбор научной, художественной, публицистической литературы, источников информации с использованием электронных средств массовой информации.
3. Составление плана проекта (презентации).
4. Подготовка к представлению проекта (презентации).
5. Защита проекта (презентация, устный журнал, буклет, стенгазета).
Приложение 4.
Проектная деятельность.
Распределившись на группы по несколько человек, выбрать для группы наиболее интересную тему проекта:
Темы исследований:
1. Живые торпеды океана.
2. Животные - снайперы.
3. Животные «строители» и «архитекторы».
4. Животные «анатомы» и «хирурги».
5. Животные, которые видят ночью.
6. Животные «метеорологи».
7. Живые химические лаборатории.
8. Животные альбиносы.
9. Биоакустика рыб.
10. Эхо в мире живой природы.
11. Анабиоз и зимняя спячка.
Цель проекта: осуществить микроисследование на основе информационных источников.
Ход работы:
1. Выбор темы и распределение обязанностей в группе.
2. Подбор научной, художественной, публицистической литературы, источников информации с использованием электронных средств массовой информации.
3. Составление плана проекта (презентации).
4. Подготовка к представлению проекта (презентации).
5. Защита проекта (презентация, устный журнал, буклет, стенгазета).
Так, например, к теме исследования 11.
Анабиоз и зимняя спячка.
Цель: Изучение объектов и явлений природы. Анабиоз и зимний покой в мире микроорганизмов, растений и животных.
Знать:
анабиоз, диапауза, покой, гипотермия, летаргия, криобиология и криомедицина.
Приложение 5.
Семинар.
Вопросы и задания к семинару:
Какое значение имеет изучение биологии для научно-технического прогресса?
Назовите, какие особенности строения животных и растений используются человеком в строительстве, промышленности, приборостроении и т. д.?
Какие способы передвижения организмов в живой природе может использовать человек для создания транспортных средств?
Перечислите, какие принципы структурной организации растений можно использовать в строительстве сооружений?
На чем основано утверждение, что многие системы жизнеобеспечения животных более совершенны, чем у людей?
Каковы перспективы развития биологических дисциплин в будущем?
Приложение 6. «Учение о ноосфере и мировая цивилизация».
«Под влиянием …демократизации жизни начинает выдвигаться другая форма будущей жизни человечества – организация учащегося народа. Здесь мы видим форму организации производительную, дающую не только охрану культуры и национального существования, но и творящую эту культуру, кующую национальную силу. Учащийся народ – основа широкого и мирного развития человечетсва»
.
Человечество находится ныне в условиях глобального экологического кризиса, то есть деградации жизненной среды нашего обитания, которая в недалеком будущем может приобрести необратимый характер. Проблема сохранения живой природы Земли стала проблемой выживания человеческого рода. Выход из создавшегося критического положения, пожалуй, только один: необходимо в ближайшие десятилетия перестроить отношение человека к себе, как части биосферы, то есть направить эволюцию общества и живой природы в безопасное для их существования русло. Учение о ноосфере направлено на решение этой проблемы. Одним из создателей этого учения был крупнейший ученый и мыслитель XX ст. .
12 марта 1863 г. в Петербурге у Вернадских рождается сын Владимир. После смерти отца в 1884 г. Владимир Иванович наследовал имение Вернадовка в Тамбовской губернии, официальным владельцем которого стал в 1885 г. В 1891 г Вернадский организует помощь голодающим крестьянам Тамбовской губернии, а в 1892 г. избирается гласным земских собраний Тамбовской губернии и Моршанского уезда.
– выдающийся российский ученый, политический и общественный деятель, основоположник целого комплекса наук о земле: геологии, биогеохимии, радиогеологии; создатель научной школы, академик Петербургской Академии наук, академик Российской АН, организатор и директор Радиевого института, Биогеохимической лаборатории.
Но это еще не все. создал учение о природных водах, внес крупный вклад в почвоведение, метеористику, а главное – разработал учение о биосфере Земли и неизбежности ее превращения под действием коллективного разума и труда человечества в ноосферу, которая будет удовлетворять все материальные и духовные потребности численно возрастающего человечества. Учение о биосфере и ноосфере в наше время стало концепцией устойчивого развития всего человечества.
Главной целью ноосферного образования является воспитания соответствующей культуры личности, создание высоконравственного социально-справедливого и процветающего общества с благоприятной средой обитания.
Ноосферное образование должно быть многоуровневым и непрерывным с детского сада до глубокой старости. Большое значение для освоения учения о ноосфере имеет адаптация основных идей учения к соответствующему возрастному и культурному уровню человека.
Разрешение этой проблемы заключается в изучении особенностей биосферы Тамбовского края, в системном изучении вопросов экологии на разных ступенях образования.
Именно поэтому так актуально проведение занятия по теме «Учение о ноосфере и мировая цивилизация».
Провести данное занятие в рамках предпрофильной подготовки учащихся с целью профессиональной ориентации на выбор естественнонаучного профиля. Содержание может включать рассмотрение:
- значимости научных исследований в области экологической геологии, минерологи, биосферы, ноосферы и т. д.;
- вклада ученых Тамбовской области в развитие наследия ;
- роли специалистов определенных профессий в поддержании устойчивого развития общества.
Цель: воспитание гуманного, творческого, социально активного человека, уважительно и бережно относящегося к среде своего обитания, формирование ноосферного мышления и сознания у учащихся, посредством изучения научного наследия
При проведении занятий в старшей школе следует учесть, что у старшеклассников сформированы начальные знания о естественнонаучной картине мира и навыки исследовательской деятельности. Рекомендуется содержание занятия раскрывать через призму учения и развития мировой цивилизации.
Задачи:
· формировать естественнонаучное мировоззрение у учащихся, опираясь на учение о ноосфере , представления о современной естественнонаучной картине мира и о развитии мировой цивилизации;
· развивать навыки научно-исследовательской деятельности учащихся в проектной деятельности;
· формировать культуру взаимоотношений старшеклассников с окружающим миром и социумом.
Формы проведения:
· экскурсия в природу,
· ролевая игра,
· дискуссия,
· экологический аукцион,
· устный журнал,
· интервью с интересным человеком
· устный журнал (Жизненный путь в науке ),
· выпуск стенгазеты (История развития учение о ноосфере, Перспективы развития ноосферного сознания (мышления), учения о ноосфере),
· написание эссе (Научно-философское наследие , Исследования по ноосферной тематике),
· защита исследовательского проекта (Экологическая опасность и безопасность в Тамбовской области, Энергосбережение в Тамбовской области),
· интервью с людьми, изучающими естественные науки,
· диспуты по проблемам учения о ноосфере, по экологическому загрязнению и его ликвидации в Тамбовской области,
· конференции, посвященные развитию мировой цивилизации и место в ней человека.
