Что изучает бионика в биологии 9 класс
Презентация была опубликована 6 лет назад пользователемСветлана Невинская
Похожие презентации
3 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 осуществляли моделирование орнитоптера.
4 Бионика биологическая бионика, изучающую процессы, происходящие в биологических системах теоретическая бионика, которая строит математические модели этих процессов техническая бионика, применяющую модели теоретической бионики для решения инженерных задач
6 Сегодня. В настоящее время большим вкладом в ход научно-технического прогресса являются исследования анализаторных систем животных и человека. Эти системы столь сложны и чувствительны, что пока еще не имеют себе равных среди технических устройств. Например глаза многих ночных животных реагируют на единичные кванты света, рыбы чувствуют изменение концентрации вещества в воде 1 мг/м 3 (=1 мкг/л). Многие живые организмы имеют такие анализаторные системы, которых нет у человека. Например у акул и скатов есть каналы на голове и в передней части туловища, воспринимающие изменения температуры в 0,10 С. Устройство, воспринимающее радиоактивное излучение, имеют улитки, муравьи и термиты. Глаза пчелы реагируют на ультрафиолетовый свет, тараканы на инфракрасный и т. д. Есть еще многие системы ориентации в пространстве, устройство которых пока не изучено: пчелы и осы хорошо ориентируются по солнцу, самцы бабочек (например, ночной павлиний глаз, бражник мертвая голова и т. д.) отыскивают самку на расстоянии 10 км. Морские черепахи и многие рыбы (угри, осетры, лососи) уплывают на несколько тысяч километров от родных берегов и безошибочно возвращаются для кладки яиц и нереста к тому же самому месту, откуда сами начали свой жизненный путь. Предполагается, что у них есть две системы ориентации дальняя, по звездам и солнцу, и ближняя по запаху (химизм прибрежных вод).
7 Почему же при современном уровне развития техники природа настолько опережает человека? Во-первых, чтобы понять устройство и принцип действия живой системы нужны универсальные знания. А сегодня, только начинает обозначаться потребность в такой организации знаний, которая позволила бы охватить и объединить их на основе единых всеобщих принципов. И бионика здесь занимает особое положение. А во-вторых, в живой природе постоянство форм и структур биологических систем поддерживается за счет их непрерывного восстановления, поскольку мы имеем дело со структурами, которые непрерывно разрушаются и восстанавливаются. Каждая клетка имеет свой период деления, свой цикл жизни. Живые системы значительно многообразнее и сложнее технических конструкций. Биологические формы часто не могут быть рассчитаны из-за их необычайной сложности. Мы просто еще не знаем законов их формирования. Тайны структурообразования живых организмов, подробности происходящих в них жизненных процессов, устройство и принципы функционирования можно узнать лишь с помощью самой современной аппаратуры, что не всегда доступно. Но даже при наличии новейшей техники очень многое остается «за кадром». Бионика наступает. Быстрее, выше, сильнее!
14 Абдулова Лилия, Ученица 11 А класса Автор презентации
Что изучает бионика в биологии 9 класс
Исследовательские работы и проекты
Бионика: технический взгляд на живую природу
В готовой исследовательской работе по биологии на тему «Бионика: технический взгляд на живую природу» автор проекта дает определение понятия «бионика», рассказывает, когда и при каких обстоятельствах образовалась наука бионика, на стыке каких наук она существует и изучением чего занимается.
Подробнее о работе:
В исследовательском проекте по биологии «Бионика: технический взгляд на живую природу» учащийся 9 класса школы познакомился с разделами и направлениями исследуемой науки бионики, рассмотрел существующие сегодня бионические формы, созданные на основе особенностей строения и функционирования животных и растений, а также выяснил, каким образом человек использует «естественные» изобретения живых организмов при создании искусственных устройств на благо человека. Результатом практической работы стала картотека терминов по исследуемому вопросу.
Оглавление
Введение
1. Что такое бионика?
1.1 Понятие бионика.
1.2 История создания науки.
1.3 Мудрая природа.
1.4 Бионический подход.
1.5 Разделы битники.
1.6 Основные направления работ в бионике.
1.7 Основные направления бионики.
2 Исследовательская часть.
2.1 Современные открытия, «подсмотренные» у природы.
2.2 Анализ полученных знаний по предмету биология и собственного жизненного опыта.
Заключение
Список литературы
Приложения
Введение
Человек и сегодня, снова и снова обращается за знаниями к Природе. Это связанно с тем, что люди со временем стали подмечать много преимуществ в творениях природы перед своими техническими изобретениями. Ведь у живой природы наиболее сложные материалы, устройства и процессы по сравнению со всеми творениями человечеств. Вот люди и стали больше наблюдать за окружающим миром и находить в нём необходимые для человека полезные вещи.
Мне стало интересно узнать, какая наука помогает людям делать новые изобретения, приоткрывая тайны природы? Какие изобретения«подсмотренные у природы» мы используем в своей жизни.
Цель моей работы: изучение науки бионики, как науки, выявляющей особенностей строения и функционирования отдельных представителей животного и растительного мира и применение их на благо человечества.
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
Следовательно, из поставленной цели и задач определяем предмет исследования и выдвигаем гипотезу нашего проекта.
Предмет исследования: особенности строения и функционирования некоторых представителей живых организмов и технические изобретения человека.
Гипотеза: мир создан совершенно, не требуя доработки, и человек в большинстве технических достижений лишь копирует свойства уже сотворённого.
В ходе работы над проектом применялись следующие методы:
Методы теоретического уровня:
Метод практического уровня:
Теоретическая значимость работы: расширение кругозора слушателей – понимание того, что окружающие нас вещи, техника, флора и фауна находятся в близком «симбиозе»; охрана Природы – призыв уважительно относиться к природе, так как она уникальная кладовая на феноменальные открытия;
Практическая значимость работы: багаж знаний, для новых инженерных открытий, в науке и технике.
Что такое бионика?
В России, вместо биомиметики, чаще употребляется термин бионика.
История создания науки
Ещё крупнейший греческий философ материалист Демокрит (около 460-370гг.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. ».
Идея применения знаний о живой природе для решения инженерных задач принадлежит Леонардо да Винчи. Великий ученый наблюдал за полетом птиц. Он хотел построить летательный аппарат, чтобы человек мог на нем парить над землей. Его чертежи и схемы летательных аппаратов были основаны на строении крыла птицы. В наше время, по чертежам Леонардо да Винчи неоднократно осуществляют моделирование орнитоптера[5].
В 1960 году в Дайтоне (США) состоялся первый симпозиум по бионике, который официально закрепил рождение новой науки и название, предложенное американским инженером Джеком Стилом:
«Биология + электроника = Бионика»
Девиз бионики: «Живые прототипы – ключ к новой технике».
Потребителями и партнерами бионики становятся самолето- и кораблестроение, космонавтика, машиностроение, радиоэлектроника, навигационное приборостроение, инструментальная метеорология, архитектура и т.д.
Новый всплеск развитие этой науки можно объяснить следующими факторами:
Мудрая природа
Человек всегда стремиться позаимствовать у окружающего мира его феноменальные возможности, такие как:
Бионический подход
Разделы бионики
Существует три основных вида бионики:
Бионика тесно связана с биологией, физикой, химией, кибернетикой и инженерными науками: электроникой, навигацией, связью, морским делом и другими.
Основные направления работ в бионике
исследование органов чувств и других воспринимающих систем живых организмов с целью разработки новых датчиков и систем обнаружения.
Маленькие и четкие воспринимающие и анализирующие системы, помогающие животным ориентироваться, отыскивать добычу, совершать передвижения за тысячи км, могут посодействовать в совершенствовании устройств, применяемых в авиации, морском деле и др.
исследование морфологических, физиологических, биохимических особенностей живых организмов для выдвижения новых технических и научных идей.
Например,
Новые принципы полёта, бесколёсного движения, построения подшипников, разных манипуляторов и т.п. разрабатываются на базе исследования полёта птиц и насекомых, движения прыгающих животных, строения суставов и т.п.
Анализ структуры кости, обеспечивающей её огромную лёгкость и сразу крепкость, может открыть новые способности в строительстве и т.п.
Исследование структуры кожи быстроходных акваживотных позволило прирастить скорость кораблей.
Основные направления бионики
Бионика имеет несколько направлений:
Архитектурно – строительная бионика:
Например,
полная аналогия строения стеблей злаков и современных высотных сооружений.
«Стебли злаковых растений способны выдерживать большие нагрузки и при этом не ломаться под тяжестью соцветия. Если ветер пригибает их к земле, они быстро восстанавливают вертикальное положение». Секрет кроется в их строение, и оно сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб — одним из последних достижений инженерной мысли. Обе конструкции внутри полые. Междоузлия стеблей — кольца жесткости. Вдоль стенок стебля находятся овальные вертикальные пустоты. Стенки трубы имеют такое же конструктивное решение. Роль спиральной арматуры, размещенной у внешней стороны трубы в стебле злаковых растений, выполняет тонкая кожица.
Нейробионика:
Основными направлениями нейробионики являются изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток – нейронов и нейронных сетей. Это дает возможность совершенствовать и развивать электронную и вычислительную технику.
Нейробионику рассматривают с трех позиций:
И у кого же копировать конструкцию ног, если не у животных? «Миниатюрный, длиной около 17 см., шестиногий робот (гексапод) из Стэндфордского университета уже бегает со скоростью 55 см/сек».
Микроскопические роботы могут решать массу важных для человечества задач, совершить переворот в медицине, уничтожать вредные отходы и даже готовить необходимую людям инфраструктуру для жизни на других планетах.
Создано искусственное сердце из биологических материалов. Новое научное открытие может положить конец дефициту донорских органов.
Полезное применение нанороботов и наномашин планируется использовать в медицинских технологиях и военных технологиях.
Современные открытия, «подсмотренные у природы»
В быту мы часто используем разнообразные пинцеты. Природным аналогом такого прибора становится острый и клещеобразный клюв веретенника. Эти птицы применяют тонкий клюв, втыкая его в мягкую почву и доставая оттуда мелких жуков, червяков и прочее.
Многие современные приборы и приспособления оснащены присосками. Например, присосками оснащают специальную обувь мойщиков окон высотных зданий для обеспечения их безопасной фиксации. Это нехитрое приспособление тоже позаимствовано у природы. Квакша, имея на ногах присоски, необычайно ловко держится на гладких и скользких листьях растений, а осьминогу они необходимы для тесного контакта со своими жертвами.
Уже в течение многих лет растение одуванчик использует «парашют» для распространения своих семян. Пушинки одуванчика тормозят падение семян. Струи тёплого воздуха поднимают семена одуванчика и относят их очень далеко от того места, где они выросли. Вот почему их можно увидеть даже на парапетах высоких зданий.
Парашюты, изобретённые человеком, повторяют этот же принцип. Когда ветер подхватывает парашют, его купол создаёт эффект торможения и скорость падения замедляется. Современные парашютисты могут парить в воздухе подобно планеру и управлять парашютом, «сбрасывая» воздух с разных частей купола.
Опорная функция ходульных корней мангровых деревьев легла в основу проекта свайных построек.
Обыкновенный репейник вдохновил швейцарского инженера Жоржа де Местраля на изобретение «липучки».
Список подобных примеров можно долго продолжать:
Анализ полученных знаний по предмету «Биология»и собственного жизненного опыта
У меня в течении 1-9 классов накапливался опыт о жизни царств «Растений» и «Животных». И меня заинтересовал вопрос, а какие сведения об использовании живых моделей в технике, архитектуре и строительстве мы рассматривали на уроках биологии и каждый день в окружающем нас мире.
С этой целью было внимательно изучено содержание материала большой энциклопедии «Животный мир» Бейко В.Б, поскольку в животном мире можно намного больше найти «патентов», чем в растительном. Проанализировав материал научной книги, я пришёл к выводу о том, что можно «патенторассматривать» элементы науки бионики при изучении большинства классов «Царства животных». Была составлена картотека «Биология + Техника» из энциклопедии «Животный мир» Бейко В.Б., которую могут использовать педагоги начального и среднего звена.
Таким образом, для повышения интереса к изучению предмета биология можно рассматривать содержание материала с точки зрения науки бионики,как на уроках окружающего мира (начальное звено), биология (среднее звено), так и на внеклассных мероприятиях.
Заключение
В ходе данного исследования были получены первоначальные знания о науке «бионика», об истории появления этой науки и её направлениях.
Автором проанализировано содержание энциклопедии «Животный мир» Бейко В. Б., составлена картотека «Биология + Техника», которая может быть полезна ученикам и педагогам.
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.₽
Презентация по биологии «Бионика-живая мастерская природы»
«Управление общеобразовательной организацией:
новые тенденции и современные технологии»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Описание презентации по отдельным слайдам:
Выполнила: Крюкова Олеся ученица 11 класса Руководитель: Войтихина Г.А. учитель химии и биологии
Актуальность исследования: В каждом творении Природы мы видим высочайшую степень целесообразности, надежности, прочности, экономичности, и в то же время разнообразие форм и конструкций природных творений бесконечно. Этот синтез биологии и человеческого разума открывает для нас мир растений и животных как неиссякаемый источник новых идей для различных форм моделирования.
Природа знает лучше? Основополагающий вопрос:
Цель:изучение Природы как гениального конструктора, инженера, художника и великого строителя.
Символ бионики Учёные – бионики избрали своей эмблемой скальпель и паяльник, соединённые знаком интеграла, а девизом – «Живые прототипы – ключ к новой технике». Этот союз биологии, техники и математики позволяет надеяться, что наука бионика проникнет туда, куда не проникал еще никто, и увидит то, чего не видел еще никто.
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 осуществляли моделирование орнитоптера. Чертеж аэроплана, выполненный Леонардо да Винчи
Виды бионики: биологическая бионика, изучающая процессы, происходящие в биологических системах; теоретическая бионика, которая строит математические модели этих процессов; техническая бионика, применяющая модели теоретической бионики для решения инженерных задач. Воздушный колокол паука-серебрянки Водолазный колокол Галлея
Природа знает лучше. В последнее десятилетее бионика получила значительный импульс к новому развитию. Это связано с переходом современных технологий на гига- и наноуровень и позволяют копировать природные конструкции с небывалой точностью. Именно в этой области, граничащей на стыке биологии и техники, свершаются величайшие открытия современности.
Сегодня бионика имеет несколько направлений: Архитектурная бионика Нейробионика
Архитектурная 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.
Что же такое сооружение в бионическом стиле? Дома хоббитов построены по всем законам бионики. Постройки в бионическом стиле выбиваются из правильной геометрии. В бионике стены подобны живым мембранам. Пластичные и протяженные стены и окна выявляют направленную сверху вниз силу нагрузки и противодействующую ей силу сопротивления материалов. Благодаря ритмической игре меняющихся вогнутых и выпуклых поверхностей стен сооружений кажется, что здание дышит. Здесь стена уже не просто перегородка, она живет подобно организму.
Нейробионика Основными направлениями нейробионики являются изучение нервной системы человека и животных и моделирование нервных клеток-нейронов и нейронных сетей. Это дает возможность совершенствовать и развивать электронную и вычислительную технику.
Бионика нашла свое широкое применение практически везде: в моде, в медицине,в устройстве некоторых объектов, в танцевальном направлении.
3. Эйфелева башня Конструкция Эйфелевой башни основана на научной работе швейцарского профессора анатомии Хермана фон Мейера (Hermann Von Meyer). За 40 лет до сооружения парижского инженерного чуда профессор исследовал костную структуру головки бедренной кости в том месте, где она изгибается и под углом входит в сустав. И при этом кость почему-то не ломается под тяжестью тела. Костная структура Основание Эйфелевой башни напоминает костную структуру головки бедренной кости
4. Обшивка торпед Благодаря изучению гидродинамических особенностей китов и рыб, удалось создать особую обшивку торпед, которая при той же мощности двигателя обеспечивает повышение скорости на 20 — 25%.
5. Китоподобное судно Японские инженеры и биологи установили в результате многочисленных экспериментов, что форма тела кита совершеннее формы современных судов. Было построено большое океанское китоподобное судно, и преимущества новой конструкции сказались тут же. При мощности двигателя, уменьшенной на четверть, скорость и грузоподъемность остались теми же.
6. Снегоход «Пингвин» Бионический принцип положен и в основу конструкции снегоходной машины «Пингвин». Она полностью оправдывает свое название. Как движутся по рыхлому снегу пингвины? На брюхе, отталкиваясь от снега ластами, как лыжными палками. Так же, лежа на снегу днищем, скользит по поверхности снега и «Пингвин» механический.
6. Фабричные трубы Стебли злаковых растений способны выдерживать большие нагрузки и при этом не ломаться под тяжестью соцветия. Если ветер пригибает их к земле, они быстро восстанавливают вертикальное положение. В чём же секрет? Оказывается, их строение сходно с конструкцией современных высотных фабричных труб — одним из последних достижений инженерной мысли. Обе конструкции внутри полые. Склеренхимные тяжи стебля растения играют роль продольной арматуры. Междоузлия стеблей — кольца жесткости.
В Штутгарте создали новый экспериментальный «бионический автомобиль Mercedes», который в точности похож на рыбу! Работу над проектом мерседесовцы начали с того, что запустили в аквариум тропическую рыбу-кузовок (boxfish). Изучив ее вдоль и поперек, инженеры сделали точную модель рыбки и отправили на продувку в аэродинамическую трубу. Инженеры также обратили внимание на рыбью чешую — шестиугольные чешуйки образуют прочную поверхность при минимальном весе. Если подобную технологию применить, например, при формовке внешних дверных панелей, то их жесткость увеличится на 40%. А если чешуйчатым сделать весь кузов, то он станет на треть легче традиционного, не потеряв при этом в прочности! 7.«Бионический автомобиль Mercedes»,
Грейферный экскаватор Лапы ловчих птиц
Клюв веретенника Операционные ножницы и пинцет
Клещи муравьиного льва Комбинированные клещи
Осьминог Технические присоски
Плод репейника Застежка- липучка
Строение костей Фахверк
Постройки термитов Кондиционирование зданий
Зрение мухи Глаза робота
Обладательницей бионической руки стала Клаудиа Митчелл (Claudia Mitchell), в прошлом служившая в морском флоте США. В 2005 году Митчелл пострадала в аварии. Хирургам пришлось ампутировать левую руку Митчелл по самое плечо. Как следствие, нервы, которые могли бы быть в дальнейшем использованы для контроля над протезом, остались без применения. Клаудиа Митчелл
Почти любая технологическая проблема, которая встает перед дизайнерами или инженерами, была уже давно успешно решена другими живыми существами. Например, производители прохладительных напитков постоянно ищут новые способы упаковки своей продукции. В то же время обычная яблоня давно решила эту проблему. Яблоко на 97% состоит из воды, упакованной отнюдь не в древесный картон, а в съедобную кожуру, достаточно аппетитную, чтобы привлечь животных, которые съедают фрукт и распространяют зерна.
Разработка навигационных систем Удивительно, сколь сложной навигационной системой наделены некоторые рыбы и птицы, которым приходится преодолевать тысячи километров во время миграций. Изучение этого феномена способствует разработке высокочувствительных систем слежения, наведения и распознавания объектов. Не случайно бионика вызывает пристальный интерес у военных. Большинство исследований в этой области финансируется управлениями ВВС и ВМС.
«Природа знает лучше» Чем глубже человек проникает в уникальные «изобретения» животного мира, тем очевиднее становится необходимость использования их в практической деятельности. Свершения Homo sapiens впечатляют, но вряд ли стоит забывать о том, что Природа хитрее и мудрее нас.
Источники информации Моделирование в биологии, пер. с англ., под ред. Н. А. Бернштейна, М., 1963. Парин В. В. и Баевский Р. М., Кибернетика в медицине и физиологии, М., 1963. Вопросы бионики. Сб. ст., отв. ред. М. Г. Гаазе-Рапопорт, М., 1967. Мартека В., Бионика, пер. с англ., М., 1967. Крайзмер Л. П., Сочивко В. П., Бионика, 2 изд., М., 1968. Брайнес С. Н., Свечинский В. Б., Проблемы нейрокибернетики и нейробионики, М., 1968. Библиографический указатель по бионике, М., 1965. Игнатьев М. Б. «Артоника» Статья в словаре-справочнике «Системный анализ и принятие решений»изд. Высшая школа, М., 2004. Мюллер, Т., Биомиметика: National Geographic Россия, май 2008, с. 112-135.
Курс повышения квалификации
Дистанционное обучение как современный формат преподавания
Курс повышения квалификации
Педагогическая деятельность в контексте профессионального стандарта педагога и ФГОС
Курс повышения квалификации
Авторская разработка онлайн-курса
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Самая удивительная в мире лаборатория — это живая природа. В этой лаборатории на протяжении сотен миллионов лет идет кропотливая работа: благодаря наследственности и изменчивости организмов в результате естественного отбора совершенствуются те качества и свойства животных и растений, которые лучше всего соответствуют условиям окружающей среды. Так постепенно достигается поразительная приспособленность к окружающим условиям.
В каждом творении природы есть высочайшая степень целесообразности, надежности, прочности, экономичности.
И в то же время разнообразие форм и природных конструкций природных творений бесконечно.
Человек давно не только удивляется этому совершенству природы и восхищается им, но и учится у природы, подражает ей.
Так возникла наука бионика- наука, пограничная между биологией и техникой, решающая инженерные задачи на основе моделирования структуры и жизнедеятельности организмов.
Проект раскрывает сущность науки бионики, ее виды, символы, методы, задачи, перспективы развития.Содержит интересные примеры использования принципов работы и устройства биологических объектов в бионике, моделирования живых организмов.