О.А. ТАЛЮТИНА,
шк. № 6, г. Тутаев Ярославской обл.

«Я – жизнь, которая...»

Заключительный урок курса общей биологии

Оборудование: информационные листы для индивидуальной работы учащихся (Приложение 1); список примеров «технических» приспособлений в живой природе (Приложение 2); плакаты и рисунки, иллюстрирующие «живые модели» и их «неживые аналоги»; перья птиц, застежки «молния» и «липучка», ласты для плавания.

ХОД УРОКА

Вводная часть

Учитель начинает урок с того, что сообщает учащимся о завершении изучения курса общей биологии, и напоминает, что в процессе обучения они познакомились с очень широким кругом вопросов. И это не случайно: сложность и многообразие жизни столь велики, что одни ее явления мы только начинаем понимать, а другие еще ждут изучения. Существует такая притча. Однажды ученики древнегреческого философа Зенона обратились к нему с вопросом: «Учитель! Ты, обладающий знаниями во много раз большими, чем мы, всегда сомневаешься в правильности ответов на вопросы, которые нам кажутся очевидными. Почему?» Начертив посохом на песке два круга, большой и малый, Зенон ответил: «Площадь большого круга – познанное мною, а площадь малого – познанное вами. Как видите, знаний у меня действительно больше, чем у вас. Но все, что вне этих кругов, не познано ни вами, ни мной. Согласитесь, что длина большей окружности больше длины малой, а отсюда и границы моих знаний с непознанным больше, чем у вас. Вот почему у меня больше сомнений». Рассказав притчу, учитель подводит учеников к выводу – чем глубже изучается предмет, тем больше вопросов возникает, и предлагает в качестве эпиграфа к уроку слова Д.Хевелси:

Мыслящий ум не чувствует себя счастливым,
Пока ему не удается связать воедино разрозненные факты,
Им наблюдаемые.

Далее учитель сообщает тему урока, обращая внимание на неоконченность формулировки. Задача – самим завершить фразу, отражающую тему занятия.
Каждый школьник получает информационный лист (приложение 1), который вклеивает в рабочую тетрадь. В нем записываются тема и основные понятия урока.

Изучение нового материала

1. Что изучает бионика?

С целью активизации познавательной деятельности учитель просит учащихся рассмотреть расположенное на центральной стене большое зеркало, обрамленное с одной стороны изображениями творений живой природы, а с другой – свершений человеческого гения, и предлагает отыскать и проанализировать закономерность в расположении этих иллюстраций.

Далее учитель рассказывает, что с незапамятных времен мысль человека искала ответ на вопрос: может ли он достичь того же, чего достигла живая природа? Только заглянув внутрь «живых моделей», разгадав «секреты» действия биологических систем, созданных в мастерской природы, человек смог научиться летать, как птица, и плавать под водой, как рыба. В полной мере это стало возможным только в XX в., когда бурное развитие технической мысли привело к осознанию взаимосвязи биологических и технических дисциплин и обусловило развитие нового раздела биологии. Учитель задает вопрос: как вы думаете, как должен называться этот раздел, если он возник на стыке биологии и техники? После произнесения учащимися слова бионика табличка с этим термином прикрепляется на доске. Учитель просит учеников сформулировать определение бионики, а затем сопоставить его с тем, которое приведено в информационном листе.
Затем ученики получают тексты с примерами творений живой природы (приложение 2) и после краткого обсуждения формулируют вывод, который записывается в информационном листе: живая природа – гениальный конструктор, инженер, технолог, великий зодчий и строитель.
Далее учитель конкретизирует задачи урока: познакомиться с творениями природы и их аналогами, сделанными человеком; установить связь между изучением живых организмов и развитием научно-технического прогресса.

2. «Запатентованы» живой природой

Учитель показывает учащимся ласты для плавания и просит ответить на вопрос: у какого живого организма инженеры «подсмотрели» подобную конструкцию и какую функцию она выполняет? (Ответ учащихся: бионика воспользовалась принципом строения задней конечности земноводных.)
Продолжая разговор о лягушке, учитель напоминает школьникам, что у нее есть одно качество, которое очень интересно с точки зрения бионики. Пока мы не можем его использовать, но какие неограниченные возможности для расселения человека оно могло бы принести! Что это за качество?
Обобщив ответы, учащиеся приходят к выводу: это принцип кожного дыхания. Если создать полупроницаемые мембраны-костюмы, которые будут способны извлекать растворенный в воде кислород, это позволит обходиться под водой без дыхательных аппаратов.
Затем учитель просит школьников рассмотреть перья птиц, которые лежат у них на столах, и обсудить, аналогом какого творения человека они являются. Учащиеся должны догадаться (или вспомнить, поскольку это широко известно), что на основе строения пера птицы, где бородки различных порядков с крючочками обеспечивают надежное сцепление, были созданы застежки «молния» и «липучка». Учитель демонстрирует эти приспособления и продолжает разговор о том, что живая природа с незапамятных времен служила человеку источником вдохновения в его стремлении к научному и техническому прогрессу. В течение всей своей истории человек учился у природы – подтверждением этому могут служить слова древнегреческого философа Демокрита (около 400 лет до н.э.), приведенные в информационном листе.

3. Создание человеком «искусственной природы»

Все ли свои изобретения человек копировал у природы? Ответ на этот вопрос школьники ищут в информационном листе, где приведены примеры инженерных изобретений человека.
После краткого обсуждения формулируется вывод: большинство различных технических систем человек создавал совершенно самостоятельно. И только потом обнаружил, что многие его технические конструкции давным-давно «запатентованы» живой природой.
Затем один из школьников делает заранее подготовленное сообщение об удивительном сходстве конструктивных решений инженеров и природы:
«Интересный сюрприз преподнес инженерам и пухонос – растение из семейства осоковых. Оказывается, одно из самых последних достижений инженерной мысли – высотная фабричная дымовая труба удивительно сходна по конструкции со стеблем пухоноса: обе конструкции полые, склеренхимные тяжи стебля пухоноса, так же как и продольная арматура, располагаются по его периферии. Вдоль стенок обеих конструкций находятся овальные вертикальные пустоты. Роль спиральной арматуры, размещенной у внешней стороны трубы, в стебле пухоноса играет тонкая кожица».
После сообщения учитель обращается к классу с вопросом: как вы считаете, является ли это удивительное сходство случайностью? Чтобы ответить на этот вопрос, рекомендуется более детально рассмотреть конструктивные особенности стебля и трубы. После обсуждения в группах, во время которого ученики сопоставляют функции стебля пухоноса и трубы, а также выявляют силы, оказывающие воздействие на эти конструкции, они приходят к выводу, что конструктивное сходство обусловлено однотипностью внешних механических воздействий на вертикальную конструкцию. Дополняя ответы школьников, учитель говорит о том, что природа и люди строят по одним и тем же законам, соблюдая принцип экономии материала и подбирая для создаваемых систем оптимальные конструктивные решения. Именно поэтому во всех приведенных примерах инженеры и природа независимо друг от друга пришли к единому решению.

4. Проблемы бионики

Довольно часто можно услышать такую остроумную шутку: «Инженеры сначала создают конструкции, а уже потом обнаруживают их подобие в живой природе». Невольно возникает вопрос: почему человечеству приходится «изобретать велосипед»?
Этот вопрос обсуждается в группах.
В ходе обсуждения были предложены следующие причины.

1. Техника столетиями развивалась вне связи с биологией. Природа не составила для инженеров путеводителя по «патентной библиотеке» – где и у кого искать нужный аналог для создания той или иной технической системы.

2. Биологические формы зачастую не могут быть ни рассчитаны современными методами инженерной и математической науки, ни даже вычерчены из-за необычайной сложности. Это, разумеется, не означает, что они незакономерны. Просто мы еще не знаем законов их формирования.

3. Тайны структурообразования живых организмов, подробности происходящих в них жизненных процессов, устройство и принципы функционирования тончайших механизмов можно узнать лишь с помощью новейшей электронной, киносъемочной, химической и другой аппаратуры. Арсенал таких методов и средств начал создаваться лишь недавно.

4. Живые системы значительно многообразнее и сложнее технических конструкций. Чтобы познать «конструкцию» и принцип действия биологической системы, смоделировать ее и претворить в металле, исследователю необходимы универсальные знания. Между тем до сравнительно недавнего времени шел интенсивный процесс дробления научных дисциплин, что стало тормозить прогресс. Появилась настоятельная потребность такой организации знаний, которая позволила бы охватить их целиком, интегрировать на основе единых всеобъемлющих принципов.

Подводя итоги, учитель задает школьникам следующий вопрос: устранимы ли все перечисленные причины, мешающие человеку широко использовать богатейший опыт инженерного творчества живой природы? Какие доказательства вы можете привести?
Учащиеся называют науку кибернетику, которая первая способствовала синтезу биологических и технических знаний. Учитель дополняет: развитие кибернетики привело к бурному развитию автоматики, радиоэлектроники, связи, вычислительной техники. Возникло множество новых научных и инженерных проблем, что заставило ученых вновь обратиться за советом к живой природе. Это стремление породило новое научное направление, получившее название бионика. В отличие от многих других научных дисциплин бионика имеет точную дату рождения – 13 сентября 1960 г., день открытия в Дайтоне американского национального симпозиума на тему «Живые прототипы – ключ к новой технике».
Бионика – междисциплинарная наука, она синтезирует наши знания по биологии и радиотехнике, химии и кибернетике, физике и психологии, биофизике и приборостроению. У этой науки есть своя эмблема, отражающая основу, на которой она оформилась и бурно развивается.
Учитель предлагает ученикам, работая в группах, разработать проект эмблемы бионики, который оформляется на листе бумаге и представляется классу. После представления и обсуждения проектов формулируется вывод: на эмблеме должны быть соединены символы биолога – скальпель, инженера – паяльник, математика – интеграл.

Выводы по уроку

Завершая занятие, учитель напоминает задачу, поставленную в его начале, – завершить формулировку темы урока. Группам предлагается обсудить ее и предложить свои варианты, базируясь на вновь полученных знаниях.
Учитель подводит итог: природа нелегко раскрывает свои тайны. Узнать их можно лишь путем кропотливых исследований, с помощью специально разработанных методов, с применением новейшей экспериментальной техники и, что важнее всего, при внимательном к ней отношении. Запомните: «Природа тайн своих от нас не прячет, а учит быть внимательнее к ней...»

Заключение

В заключение урока учитель напоминает, что с 1600 г. на Земле вымерло 90 видов птиц и более 60 видов млекопитающих. Установлено, что не менее 3/4 из них исчезли под влиянием деятельности человека. Учащимся предлагается придумать напутствия будущим поколениям и современникам, исходя из сведений, полученных на уроке, и экологической обстановки на планете.

Напутствия звучали так.

«Бионика – одна из тех наук, которая теснейшим образом связана с живой природой и которая остро ощущает необходимость в сохранении оставшихся на Земле видов. Те, кто будет после нас, не повторяйте наших ошибок. Человек разумный, злу, жестокости, варварству скажи нет!»

«Пока люди не научатся бережно относиться к любому живому организму, ничего не стоят новейшие компьютерные технологии, полеты в космос и исследования подводных глубин».

«Потомки! Планета – ваш дом. Содержите ее в чистоте, оберегайте, любите, и она откроет вам все свои тайны».

Завершая урок, учитель дает свое напутствие школьникам: учитесь восторгаться творениями природы и помните – они удивительно хрупки. От того, насколько разумно и бережно мы будем сегодня пользоваться созданиями мастерской природы, зависит не только материальное благополучие людей на планете, но и развитие творческой мысли человека и самой жизни. Пусть путеводными будут для вас слова М.Рыльского:

Любите, цените, берегите природу –
Вечный источник нашей жизни и нашего творчества.

В заключение урока учащиеся отвечают на вопросы, приведенные в информационном листе.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Информационный лист

Тема урока ___________________________

Новый термин ______________ – раздел биологии, изучающий структуру и жизнедеятельность организмов с целью использования выявленных закономерностей для решения инженерных задач и для построения технических систем.

От животных мы путем подражания научились важнейшим делам: а именно – мы ученики паука, подражая ему в ткацком и портняжном ремеслах, мы ученики ласточек – в построении жилищ и певчих птиц, лебедя и соловья – в пении... Природа сама научает нас сельскому хозяйству...

Демокрит

Примеры инженерных изобретений человека

1. Приближалась сотая годовщина Великой французской революции. К этой дате решили организовать в Париже всемирную выставку, а на территории выставки воздвигнуть башню, которая должна была символизировать величие французской революции и новейшие достижения техники. На конкурс поступило 700 проектов. Лучшим был признан проект инженера-мостовика Александра Гюстава Эйфеля. По окончании строительства башни известный поэт Максимилиан Волошин, большой любитель всяких шуток и розыгрышей, распустил слух, будто в Эйфелевой башне, поразившей в конце XIX столетия весь мир своей высотой и ажурностью, нет ничего нового – она якобы построена по чертежам одного арабского ученого. Это была, конечно, шутка. Но позднее, внимательно изучив строение живой ткани и конструкцию трехсотметровой башни, ставшей своеобразным символом Парижа, биологи и инженеры сделали неожиданное открытие: изящная конструкция башни в точности повторяет строение... большой берцовой кости, легко выдерживающей тяжесть человеческого тела. Совпадают даже углы между несущими поверхностями!

2. Аналогичный факт зарегистрирован в истории авиации. Длительное время страшным бичом скоростной авиации был флаттер – внезапно и бурно возникающие на определенной скорости вибрации крыльев, которые приводили к тому, что самолеты самых прочных конструкций разваливались в воздухе за несколько секунд. После многочисленных аварий конструкторы в конце концов научились бороться с этим бедствием: крылья стали делать с утолщением на конце. И уже потом, задним числом, нашли точно такие же утолщения – птеростигмы – на концах крыльев стрекозы.

Выводы по уроку

1. Генеральный конструктор, инженер, технолог, великий зодчий, строитель __________________ (живая природа).

2. Пришли к единому решению независимо друг от друга ________________________ (инженеры и природа).

3. Основа бионики – это ________________________ (синтез биологии, техники и математики).

Твоя формулировка темы

Я – жизнь, которая ______________________

Вопросы по уроку

1. Что тебе хотелось бы узнать еще?

2. Что тебя больше всего заинтересовало?

3. Каких знаний тебе было недостаточно во время работы?

4. Что изменилось в твоем миропонимании?

5. Твое сегодняшнее открытие.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Примеры творений живой природы

Чего только нет в «патентном бюро» природы! Гидравлический привод? Пожалуйста, у паука. Пневматический отбойный молоток? Вот он у земляной осы. Ультразвуковой локатор? У летучей мыши. Сонар? У дельфина, тюленя, кита. Реактивный двигатель? У кальмара. Точный барометр? У лягушки, вьюна, пиявки. Предсказатель штормов? У медузы. Анализатор запаха, способный различать 500 тыс. запахов? У обыкновенной дворняжки. Счетчик Гейгера? У улитки. Гиротрон? У мухи. Поляризационный солнечный компас? У пчелы. Указатель скорости движения? У жука. Опреснитель морской воды? В клюве альбатроса. Высокочувствительный сейсмограф? У водяного жука и кузнечика.