Бионика (животные и техника)
методическая разработка (7 класс)

Интегрированный урок (математика, иностранный язык)

Класс 7А, 7Б, 7В, 7Г, 7М

Учитель: Зангирова К.Н., Ларина О.Ф.

Тема урока: «Животные и техника»

Цели урока:

• сформировать навыки в приобретении знаний по двум академическим дисциплинам;
• способствовать развитию мыслительных, творческих, коммуникативных способностей учащихся;
• дать обучающимся представление о науке «Бионика»
• продолжить формирование умений логически мыслить, делать выводы, обобщать, высказывать свою точку зрения, создавать продукт своими руками.

Учебно-методическое обеспечение: тексты для работы в группах, тексты задач для решения

Оборудование: проекционное оборудование, магниты, клей, ножницы

Формы работы: групповая работа, работа с текстом, работа со словарем

Технологическая карта

Самое простое в природе и технике сочленение — шарнирное. Оно позволяет вращаться одной части вокруг другой и при этом не сдвигаться с места. Тихоокеанские сердцевидки-великаны, для того чтобы сложить две свои створки, ракушки используют шарниры. Левая створка, имеющая выступ, попадает в углубление правой , и наоборот. Это шарнирное соединение состоит только из двух частей, которые очень прочно смыкаются друг с другом, выполняя свою задачу наилучшим образом. Если в технике шарнир может состоять из трех частей, то в природе он состоит только из двух. Этот более компактный вид шарнира был со временем разработан и в технике. Вспомним защелкивающуюся крышку, например крышку шампуня, для шарнира которой необходимы только две части.

Технические шарниры. Технические шарниры можно приобрести на любом строительном  рынке.   Их применяют,   например,   для   того, чтобы прикрепить крышку к ящику. При этом крышка легко открывается и закрывается. Шарнирами снабжено большинство футляров. Их крышка плотно соединяется с нижней частью и не может соскочить, поэтому, когда такой футляр кладут в  карман, очки не выпадают.  Технические шарниры     обычно состоят из двух частей, которые соединяются друг с другом с помощью стержня.  При этом возможно единственное движение — вращение двух половинок вокруг соединительного стержня.

Для того чтобы схватить предмет или просверлить дырку, в природе и в технике используются одинаковые методы. Ловчие   птицы.  Такое название объясняется самим принципом охоты птиц. Чтобы удержать добычу, они цепко обхватывают свою жертву и впиваются в нее острыми когтями. Из таких объятий вырваться невозможно. Беркут охотится на мелких млекопитающих и птиц. Своими сильными и цепкими когтями впивается в шкуру молодых сурков. Скопа и орлан-белохвост питаются чаще всего рыбой, которую можно поймать на поверхности воды. Их удлиненные лапы с очень острыми загнутыми когтями и грубой жесткой чешуйчатой внутренней стороной позволяют им впиваться в скользкую, готовую в любой момент ускользнуть рыбу так, что та уже не может вырваться.

Лапы 290 видов ловчих птиц имеют свои различия: природа позаботилась о том, чтобы «захватывающий аппарат» был приспособлен для охоты на определенный вид добычи. Таким образом, птица всегда может добыть пропитание.

Пингвины передвигаются по снегу, отталкиваясь ластами, подобно лыжникам, использующим для этой цели палки. Основанная на этом принципе снегоходная машина «Пингвин», лежа на снегу широким днищем, способна двигаться со скоростью до 50 км/ч. В подобных машинах нуждаются исследователи Арктики и Антарктиды, а также жители наших северных регионов – охотники, оленеводы . Здесь тягачи, тракторы и снегоходы при своем движении по снегу образуют глубокую колею, буксуют и увязают. Подобные машины могут использоваться и на мелководных озерах, где обычные плавательные средства чаще всего не могут применяться.

Судостроители во всем мире давно уже обратили внимание на грушеобразную форму головы кита, более приспособленную к перемещению в воде, нежели ножеобразные носы современных судов. Японский ученый Тако Инуи учел это при создании модели пассажирского парохода. По сравнению с обычными судами китообразный пароход оказался более экономичным. При уменьшении мощности двигателей на 25% он сохранил прежнюю скорость и грузоподъемность. Американская подводная лодка «Скипджек», корпус которой по форме напоминает  белого кита, имеет более высокую скорость, повышенную маневренность по сравнению с другими подводными судами.

Настоящей землеройной машиной является дождевой червь. При помощи мышц он сначала суживает передний конец тела и втыкает его в грунт, закрепляясь там специальными зацепками. Затем, сокращаясь в длину, червь становится более толстым и своим телом раздвигает и уплотняет землю. Важную роль при этом играют щетинки, расположенные на поверхности сегментов: они цепляются за стенки хода и не дают телу червя выскользнуть назад.  Нынешние буровые машины являются увеличенной механической копией дождевых червей. Также как и они, буровые машины "проедают" землю (и выпускают ее через заднюю часть), непрерывно двигаясь вперед, оставляя большой тоннель позади себя.

В мире автомобильного дизайна, где аэродинамика, безопасность, вместительность и экологичность являются взаимоисключающими атрибутами, некоторые ищут путь, который позволит соединить все эти характеристики в одну машину.

Инженеры в компании Mercedes-Benz обратили внимание на рыбу-коробочку. Несмотря на то, что с первого взгляда рыба выглядит довольно неуклюже, ее формы развились таким образом, что в воде она передвигается с большой эффективностью.

В результате эксперимента появился бионический автомобиль (Bionic Car), который отличается легкой конструкцией и удивительными аэродинамическими способностями.

Несмотря на свой небольшой размер, светлячки излучают яркий свет. Их секрет заключен в их анатомии: у них есть органы свечения, находящиеся на последних брюшных сегментах. Обычно эти органы находятся под прозрачной кутикулой. Они образованы большими фотогенными клетками, а они в свою очередь щедро оплетены трахеями и нервами. Под фотогенными клетками можно найти отражатели света - это клетки, в которых находятся кристаллы мочевой кислоты.

Ученым удалось воссоздать свет, излучаемый органами свечения светлячков. Их светодиод излучает свет на 55 процентов ярче оригинала.

Первые сверхскоростные поезда имели один общий минус - как только они выезжали из тоннеля, слышался громкий звук, похожий на взрыв. Естественно пассажиры после такого не могли уже расслабиться до конца поездки Инженер и по совместительству любитель птиц Ейджи Накатсу (Eiji Nakatsu) понял, что нос поезда должен пронизывать воздух с большей эффективностью. На помощь он обратился к зимородковым.

Похожий на нож клюв птицы позволяет ей нырять в воду с больших высот, и при этом волн на воде почти не замечалось. Теперь почти все сверхскоростные пассажирские экспрессы имеют длинный острый нос, который позволяет им бесшумно выезжать из тоннеля.

Слон способен вытягивать свой хобот в любом направлении и хватать им что угодно, даже маленькие орешки. При разработке роботизированной руки, способной двигаться в любом направлении, инженеры компании Festo сделали все возможное, чтобы имитировать хобот слона.

Они использовали пластиковые трубки, которые исполняли роль позвоночника, и меняли их размер при помощи давления сжатого воздуха. Кроме этого они добавили четыре "пальца", которые дали роботизированной руке больше ловкости.

Змея наделена удивительным органом, при помощи которого видит тепловые (инфракрасные) лучи. Две ямки на голове дают ей потрясающую зоркость ночью. Змея способна увидеть на расстоянии 200 метров выползающую из норки полевую мышь и поймать ее. Разглядывая своеобразный портрет теплокровного животного, она улавливает разницу в тысячную долю градуса! Эта способность змеи была использована людьми при создании медицинских аппаратов и приборов ночного видения. Повысив точность «змеиного метода» до одной десятитысячной доли градуса, ученые создали потрясающую тепловизорную диагностику. На обработанных компьютером снимках сверхчувствительной аппаратуры видно все, что находится в недрах земли на несколько километров. Можно диагностировать здания и сооружения. Под домами, мостами, дорогами, трубопроводами четко видны разломы земной коры, карстовые пустоты и потоки грунтовых вод. Зная о них раньше, строители обошли бы стороной эти гиблые для сооружений места, и не было бы «загадочных» обрушений зданий.

Обыкновенная лягушка виртуозно ловит языком комаров и мошек. Исследования показали, что она имеет особую «систему оповещения», которая позволяет ей получать раздельную информацию о форме насекомого, расстоянии до него и четкости изображения. Лягушка быстро и точно определяет положение летящей мошки в пространстве. Молниеносно вылетает язык − и добыча оказывается в желудке. Лягушачий принцип раздельного видения изображения в 1970-х годах применили в электронных машинах для чтения рукописных текстов. Один узел «мозга» машины следил за формой знаков, второй – за их контрастностью. Этот же принцип лежит в основе работы современных сканеров.

 Еще идею подсказали фасетные глаза мухи, состоящие из особого сетчатого экрана. Их строение позволяет насекомому видеть не одно, а множество изображений какого-либо предмета. При движении наблюдаемый объект переходит из одного изображения в другое, что позволяет с большой точностью определить скорость его передвижения. Биологи изучили принцип устройства глаза мухи, а инженеры создали новый прибор. Его так и назвали − «Глаз мухи». С его помощью в навигационных службах и аэропортах определяют скорость полета современных авиалайнеров.

Интересна история создания гидрофона. Это - подводный микрофон или, говоря доступно, искусственное подводное ухо. Но, когда оно было установлено под днищем корабля, то во время его хода шум водяных струй заглушал все другие подводные звуки. И тогда люди задались вопросом: почему же этот шум не мешает слышать, например, тюленю, когда он движется под водой? Подробно изучив устройство тюленьего уха, биологи обнаружили специальный ушной обтекатель, подобием которого сейчас оснащены все гидрофоны

Конструкторы самолетов долго боролись с явлением известным у летчиков как «флаттер», когда от перегрузочных вибраций самолет почти мгновенно разрушается в воздухе. Решение было найдено мучительно, после многочисленный аварий и жертв. Проблему блистательно решил математик М.В. Келдыш. Лишь потом было обнаружено изобретение природы: у стрекозы на крылья есть птеростигмы - утолщения, чтобы крылья не сломались в полете. 

Лет через 30, когда принцип ультразвуковой локации у летучей мыши был, наконец, признан, Деннис Габор изобрел голографию. Прошел еще десяток лет, прежде чем произвел сенсацию лазер, и голограмма реально вошла в практику нашей науки и техники. А через год зоологи объявили, что акустический локатор летучей мыши дает голографическую картину. И это объяснимо. Летучая мышь, как и мы, любит видеть не плоское, а объемное изображение.

 Богат и разнообразен мир животных, обитающих под землей. У некоторых почвенных животных выработались удивительные приспособления, с помощью которых они прокладывают подземные ходы и роют норы. Признанным землепроходцем является крот. Его главным землеройным орудием являются очень мощные передние конечности. Ладони их повернуты в стороны и назад, пальцы короткие, с длинными широкими когтями. Действуя ими, как саперными лопатами, крот ежедневно прорывает несколько метров новых ходов. Живые «землеройные машины» представляют большой интерес при создании подземных роющих агрегатов. Разработана, например, оригинальная модель, которая, двигаясь под землей подобно кроту, пробивает туннель с гладкими плотными стенами.