На пути к бионике

Пояснительная записка

Программа элективного курса профессионально ориентирована и включает в себя новые для учащихся знания, не содержащиеся в базовых программах. Она рассчитана на 35 ч (1 ч в неделю).

Создавая современные технические системы, человек понял, что многие задачи, над которыми он бьется в процессе их создания, уже решены природой и часто проще, лучше и надежнее, чем это сделал бы человек. Основной задачей бионики является использование результатов изучения конструкций и процессов в биологических объектах для улучшения существующих и создания новых, более совершенных, приборов, устройств и машин. Живая природа – гениальный конструктор, инженер, технолог, великий зодчий и строитель.

Курс «На пути к бионике» познакомит учащихся с направлениями научных и теоретических поисков в этой очень перспективной и важной отрасли знаний и, в частности, с области изучения ультразвука.

Изучаемые в курсе вопросы широко представлены в научно-популярной, художественной, научно-технической литературе, что поможет учащимся более подробно ознакомиться с современными достижениями науки и техники в области практического использования ультразвука по различным проблемам и направлениям.

Цели курса:

• помочь ученику утвердиться в выборе профессии;

• познакомить на практике со спецификой деятельности, соответствующей данной профессии;

• показать перспективность биологических знаний с точки зрения экономической эффективности;

• дать возможность ученику проявить себя и добиться успеха.

Для достижения целей ставятся следующие задачи:

• развить у учащихся представление о бионике как науке;

• формировать основополагающие понятия и опорные знания, необходимые при изучении курса;

• учить самостоятельно приобретать знания, сравнивать различные звуковые сигналы (звук, ультразвук, инфразвук) в различных отраслях.

Основные формы и методы изучения курса – теоретические занятия, практикум, лекции, защита групповых заданий в форме эссе. Для углубления и закрепления знаний, а также расширения кругозора учащихся рекомендуются экскурсии. Это дает возможность учащимся стать не пассивными потребителями готовых знаний, а активными участниками обучения на всех его стадиях.

В программе распределение времени на изучение тем указано ориентировочно, оно может быть изменено за счет сокращения числа экскурсий, порядка изложения отдельных вопросов тем.

Ожидаемые результаты:

• утвердиться в выборе профессии;

• овладеть методами элементарных исследований;

• уметь представлять результаты исследований в виде графиков, таблиц;

• уметь делать выводы;

• уметь отбирать необходимый для занятий дополнительный материал.

В заключение курса проводится защита учебных проектов.

Учебно-тематический план

Содержание курса

Введение (1 ч)

Понятие о бионике как науке. Цели и задачи курса. Входная диагностика. (Лекция, диалог, диагностика для определения уровня заинтересованности учащихся, степени осознанности выбора курса, осведомленности в изучаемой области знаний.)

Тема 1. Звук (3 ч)

Занятие 1. Много веков назад

Значение звука в глубокой древности. Звук в первобытных племенах Африки, Центральной Америки, Полинезии. Первые звуковые приборы. Акустическая обработка внутренних стен соборов, храмов на Руси в Х–XII вв. (Лекция, экскурсия в краеведческий музей.)

Занятие 2. Что такое звук?

Физическая сущность звука, практическая работа «Механические колебания в газах, жидкостях, твердых телах». (Лекция, фильм.)

Занятие 3. Звук и слух

Слуховой аппарат человека. Основные физические характеристики колебательного движения. Единицы измерения звука. (Лекция, диалог, тест.)

Тема 2. Кто как слышит (7 ч)

Занятие 1. Слуховой анализатор – от насекомых до человека

Практическая работа «Составление сравнительной таблицы строения слухового анализатора от насекомых до человека».

Занятие 2. Светские беседы, деловые разговоры и серенады

Эксперименты ученых по восприятию звука: И.Ре-ген, Гэскелли, Л.Кох, Д.Хаксли. (Мозговой штурм, лекция.)

Занятие 3. Как слышат и разговаривают рыбы, земноводные и пресмыкающиеся

Физиологические параметры слухового анализатора у рыб. Орган слуха акулы. Какие звуки способны издавать рыбы, что эти звуки означают? Изобретение гидроакустического «уха» (гидрофон). Две среды восприятия сигналов у земноводных. Звук в жизни пресмыкающихся. (Рассказ, проблемная ситуация, экскурсия в краеведческий музей.)

Занятие 4. Звуки в мире птиц и млекопитающих

Анатомическое строение органа слуха у птиц. Сравнительная характеристика слухового анализатора у различных видов птиц. Красота птичьего пения. Строение уха млекопитающих. Гипотеза Л.Спалланцани и Ш.Жюрина, что летучие мыши «видят» ушами. Опыты А.И. Константинова. (Лекция, проблемная ситуация, практическая работа – составление таблицы.)

Занятие 5. Симфония звуков

Ролевая игра по теме: «Гигиена органа слуха».

Занятие 6. Влияние шума на слуховой анализатор

Физическая сущность шума. Вред шума для слухового анализатора. Зависимость между восприятием шума и возрастом. (Лекция, практическая работа, мозговой штурм.)

Занятие 7. Распространение звука

Основные законы распространения звука. Характер распространения звуковых волн. Первые измерения скорости распространения звука. Явление интерференции (сложение) звука. Эксперименты английских ученых, подтверждающие влияние среды на дальность распространения звука. (Эвристическая беседа, лекция, проблемная ситуация.)

Ультразвуковой импульс мыши

Тема 3. Ультразвук (20 ч)

Занятие 1. Неслышимые звуки

Работы знаменитого русского физика П.Н. Лебедева. Отличие ультразвука от звука, воспринимаемого человеком. (Лекция, диалог, проблемная ситуация.)

Занятие 2. Ультразвуковая эхолокация в воздухе

Характеристика воздуха. Ультразвук в жизни летучих мышей. (Лекция, экскурсия в краеведческий музей, тест.)

Занятие 3. Ультразвуковая эхолокация в воде

Характеристика воды. Жизнь и общение дельфинов. Эхолокационное устройство китообразных. Ультразвуковые приборы. (Лекция, практическая работа.)

Занятие 4. Пьезоэлектрический эффект

Работы французских ученых: Жака и Пьера Кюри. Пьезоэлектрические свойства горного хрусталя. Пьезоэлектрические приборы. Получение новых пьезоэлектрических материалов. (Лекция, проблемная ситуация, диалог.)

Занятие 5. Магнитострикционный эффект

Работы Дж.Джоуля. Явление магнитострикционного эффекта. Многообразие магнитострикционных преобразователей. (Лекция, практическая работа.)

Занятие 6. Ультразвуковые генераторы

Многообразие ультразвуковых генераторов. (Лекция, диалог.)

Занятие 7. Ультразвуковое резание

Первые ультразвуковые станки. Ультразвуковые станки с абразивонесущим электролитом. Ультразвуковые станки в настоящее время. Применение ультразвукового резания. (Лекция, экскурсия.)

Занятие 8. Снижение механических усилий при обработке режущим инструментом

Метод упрочнения стальных деталей и инструментов – поверхностная пластическая деформация. Шлифование и доводка режущего инструмента. (Лекция, проблемная ситуация.)

Занятие 9. Ультразвуковая очистка

Способы очистки поверхностей от различных загрязнений. Высокая эффективность ультразвуковой очистки. Работы Леонарда Эйлера. Ультразвуковая кавитация. (Лекция, диалог, проблемная ситуация.)

Занятие 10. Ультразвуковая сварка

Ультразвуковые сварочные машины. Применение ультразвуковой сварки в различных отраслях. (Рассказ, лекция.)

Занятие 11. Ультразвуковой контроль

Работы С.Я. Соколова по выявлению дефектов с использованием ультразвука. Методы ультразвукового контроля: дефектоскопия, теневой метод, импульсивный, резонансный, метод структурного анализа, метод свободных колебаний, метод ультразвуковой визуализации. (Лекция, фильм, «круглый стол».)

Занятие 12. Ультразвуковой экспресс-анализ

Физическая сущность ультразвуковых методов. Применение ультразвукового экспресс-анализа в молочной промышленности, в лабораторных исследованиях. Устройство и применение ультразвуковых уровнемеров, сигнализаторов уровня, расходомеров. (Лекция, диалог.)

Занятие 13. Ускорение производственных процессов

Воздействие ультразвука на химические реакции. Применение ультразвуковых установок: гидродинамического смесителя-эмульгатора, диспергатора. (Лекция, диалог, практическая работа.)

Занятие 14. Ультразвук в металлургии

Ультразвуковая обработка металлов. Применение ультразвука в процессе кристаллизации. (Лекция, проблемная ситуация.)

Занятие 15. Ультразвук в радиоэлектронике

Явления магнитострикции и пьезоэлектричества. Проблема усиления радиосигналов с помощью ультразвука. Применение усиленного ультразвука при исследовании взаимодействия электронов с упругими волнами. Место ультразвука в электронно-вычислительной технике. (Эвристическая беседа, лекция.)

Занятие 16. Ультразвук в сельском хозяйстве

Применение ультразвука при обработке семян, в животноводстве – для определения упитанности скота. Устройство и применение «Электроточприбора». Ультразвук и вредители сельского хозяйства. (Лекция, фильм.)

Занятие 17. Ультразвук в биологии

Воздействие ультразвука на живые организмы, в том числе на человека. (Лекция, проблемная ситуация.)

Занятие 18. Ультразвуковая диагностика заболеваний

Применение ультразвука в кардиологии, хирургии, гинекологии, нейрохирургии, стоматологии и др. Применение импульсивного метода в диагностике заболеваний. (Лекция, конференция.)

Занятие 19. Ультразвуковое лечение заболеваний

Лечебное действие ультразвука. Ультразвуковая физиотерапия, микромассаж. Значение и применение ультрафонофореза. Ультразвуковые приборы в медицине. (Лекция, экскурсия, практическая работа.)

Занятие 20. На суше и на море

Применение ультразвука («Круглый стол» по материалам художественной и научно-популярной литературы).

Тема 4. Инфразвук (4 ч)

Занятие 1. Звуки «тишины»

Физическая сущность инфразвука. Положительное и отрицательное воздействие инфразвука. Работы А.Гавро. Источники инфразвука, созданные людьми. (Лекция, диалог, проблемная ситуация.)

Занятие 2. Голос моря

Работы В.В. Шулейкина, В.А. Березкина, Л.М. Бреховского. (Лекция, презентация.)

Занятие 3. Живые предвестники беды

Необычное поведение живых существ перед катастрофическими событиями. (Эвристическая беседа, лекция, фильм.)

Занятие 4. Инфразвук служит человеку

Пресс-конференция.

Литература

1. Горский Н.Н. Тайны океана. – М.: Изд-во АН СССР, 1960.

2. Гриффин Д. Эхо в жизни люде и животных /Пер. с англ. – М.: Физматгиз, 2001.

3. Морозов В.П. Занимательная биоакустика. – М.: Знание, 1998.

4. Чедд Г. Звук. Пер. с англ. Под ред. С.Г. Гуревича. – М.: Мир, 2004.

5. Эскин Г.И. Ультразвук шагнул в металлургию. – М.: Металлургия, 1999.

6. Абрамов О.В. Кристаллизация металлов в ультразвуковом поле. – М.: Металлургия, 2003.

7. Томилин А.Г. В мире китов и дельфинов. – М.: Знание, 1980.

8. Ческин М.С. Борьба с шумами. – М.: Знание, 2005.

9. Алексеев С.В. Практикум по экологии: Учеб. пособие / Под ред. С.В. Алексеева. – М.: АО МДС, 1996.

10. Берг А.И. Бионика и ее значение для развития техники // В кн. Бионика. – М., Наука, 1997.

11. Мазитова Р.М. Обоняние и его моделирование. – Новосибирск: Наука, 2005.