Интегрированный урок по физике и биологии "Дыхание и колебания" в 8-м классе

Цели урока:

• Обобщить и углубить знания по дыхательной системе и колебательным движениям;
• Обобщить знания по механическим колебаниям и волнам с точки зрения ФИЗИКИ ЧЕЛОВЕКА;
• Изучить голосовой аппарат и голосообразование;
• Познакомиться с гигиеной и профилактикой органов дыхания и голосообразования.

Задачи урока:

• Образовательные:
  • углубить изучение морфологических и анатомических особенностей голосового аппарата человека, механизма голосообразования у человека, характеристик индивидуальных особенностей голосов людей;
  • ознакомление с гигиеническими правилами сохранения здорового состояния голосового аппарата и голоса.
• Развивающие:
  • продолжить обучение умению делать выводы по результатам практических работ;
  • развивать навыки самостоятельной работы с учебной и научной литературой;
  • развивать умения делать сообщения по заранее заданной теме, решать биологические и физические задачи познавательного характера.
• Воспитательная:
  • воспитывать бережное отношение к своему организму, к своему здоровью;
  • применять знания профилактики заболеваний дыхательной системы для обоснования здорового образа жизни, личной гигиены.
• Мотивационные:
  • излагать материал доступно, использовать жизненный опыт учащихся;
  • создавать ситуацию успеха;
  • учитывать индивидуальные особенности учащихся.

Оборудование: компьютер, мультимедийная установка, фонограмма разных голосов, стетоскопы, магнитофон.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

Сообщение темы, целей, задач.

II. Диалог

– Пробовали ли вы научиться петь?
– Да нет, у меня же нет голоса!
– Как это нет голоса? Что совсем?
– Совсем.
– Как же вы тогда говорите?
– Говорить – это совсем другое. Это не то, что петь. Просто у меня нет голоса, как у многих других, которые умеют красиво петь!
К сожалению, так думает большинство людей не только в России, но и на всей планете. Мнение, что красивые и сильные голоса даются природой только «избранным» старо как мир и ошибочно.
Начнем с того, что новорожденные дети кричат практически одинаково от силы голоса до его тембра. Как же угадать, кто из них умеет петь? Оказывается, они все умеют!
Ребята! А вы хотите научиться петь? Стать обладателями сильного и красивого голоса?

III. Практическая работа № 1

Давайте, исследуем голоса известных певцов. Перед вами таблица. Определите, какой голос у каждого из певцов.

(взять голос одного и того же человека в молодом и пожилом возрасте).

– Но что же происходит с голосом в течение жизни?

Включить фонограмму с голосом старика.
Это голос молодого или старого человека?

Включить фонограмму с голосом ребенка
Это голос мужчины или женщины?
Мы отличаем голос ребенка от голоса молодого человека, от голоса старика. Что же происходит с голосом?

IV. Сообщения детей

Голосовой аппарат — это система органов, служащая для образования звуков голоса и речи. К нему у человека относятся: органы дыхания, гортань с голосовыми складками, артикуляционный аппарат и резонаторы. Органы дыхания, создающие воздушное давление под голосовыми складками, — источник звуковой энергии. Гортань с заключенными в ней голосовыми складками — источник звуковых колебаний. Рассмотрим подробно строение гортани. Человеческая гортань расположена на уровне 4–6 шейных позвонков и связана с подъязычной костью. Вверху гортань переходит в полость глотки, внизу — в трахею. Снаружи ее положение заметно по выступу, называемому “кадыком” (“адамовым яблоком”). Имеются значительные возрастные и половые особенности гортани. Рост и функция гортани связаны с развитием половых желез. У детей гортань расположена выше, чем у взрослых, а у стариков ниже; у женщин несколько выше, чем у мужчин, причем в среднем длина гортани мужчины (44 мм) на 1/3 больше женской (35мм). У новорождённого ребёнка гортань относительно велика. В течение первых 4–5 лет жизни ребенка она растет несколько медленнее трахеи. После 6 лет рост гортани замедляется, но перед наступлением половой зрелости у мальчиков рост ее ускоряется, и размеры стремительно увеличиваются. В это время меняется голос мальчиков. Переход детского голоса в голос взрослого называется мутацией. Возрастные границы мутации чаще всего лежат в пределах от 14 до 16 лет. У девочек эта перемена совершается плавно и порой проходит вовсе незаметно, у мальчиков в результате значительного изменения конфигурации гортани длина голосовых складок увеличивается до 2–2,5см против 1,5 см у женщин. В этот период голосовые складки бывают покрасневшими, отмечается обильное выделение слизи, быстрая утомляемость голоса.

Механизмы голосообразования у человека. Вы, наверное, думаете: “Что такое голос, объяснять не надо — это знает всякий”. Так? Но слово это имеет не одно значение. Голосом музыканты называют отдельную партию в хоре, ансамбле, оркестре. Но чаще всего голосом называют звуки, производимые голосовым аппаратом и служащие для общения между людьми. Голоса бывают разные: речевые, певческие, шепотные. Все они в свою очередь характеризуются глубокой индивидуальностью. Голоса различаются: высотой, подвижностью, громкостью, произношением слов. Процесс образования звука голоса называется голосообразованием, или фонацией. Звукообразование является результатом сложного и тонкого взаимодействия всех частей гортани, которое осуществляется через широкую сеть нервных связей с головным мозгом. У млекопитающих и многих птиц имеются голосовые связки. У человекообразных обезьян они сходны с человеческими. Но ни одно животное не способно к сознательной членораздельной речи. Речь осуществляется вследствие существования в мозге специальных центров речи. Центры речи согласовывают работу мышц всего речевого аппарата и связаны с процессами жизнедеятельности. Согласно общепризнанной миоэластической теории, звуковые волны возникают в голосовой щели в результате сопротивления сомкнутых голосовых складок давлению выдыхаемого воздуха, что вызывает их колебание. Пропустив порцию воздуха, складки снова смыкаются в силу эластичности, затем цикл повторяется. В результате возникают периодические порывы (толчки) воздуха, т. е. звуковые колебания определённой частоты. Частота колебаний воспринимается как высота звука. В акустике частота звука измеряется в герцах (Гц).

Учитель: У детей мышцы эластичные, им легче вытягивать связки, делая их тоньше, что способствует более высокой частоте колебаний, у взрослых людей мышцы не столь эластичны – связки более утолщенные. При общем увеличении массы связок частота колебаний уменьшается – голос становится ниже.
Послушайте, как мы говорим:
(ГРОМКО) И.С. Тургенев писал: «Я, признаюсь, редко слыхивал подобный голос: он был слегка разбит и звенел, как надтреснутый; он даже сначала отзывался чем-то болезненным; но в нем были неподдельная глубокая страсть, и какая-то увлекательно-беспечная, грустная скорбь…»
(ШЕПОТОМ) «Русская, правдивая, горячая душа звучала и дышала в нем и так хватала вас за сердце, хватала прямо за его русские струны…» (Из «Записок охотника»)
От чего это зависит? (От амплитуды колебаний)
Ученица: рассказ о галерее шепотов.
Ученик: рассказ о колебаниях высоких и низких.
ВЫВОД: Итак, все зависит от амплитуды колебаний связок в выходящем потоке дыхания, создающих мощные вибрации.

V. Презентация «Дыхание» – 2 человека

Текст к слайдам:

1. Дыхание – это совокупность процессов, обеспечивающих поступление кислорода, использование его в окислении органических веществ и удаление углекислого газа и некоторых других веществ.

2. Дыхание бывает: внешнее (вдох и выдох) и внутреннее (клеточное дыхание)

3. Кислород находится в окружающем нас воздухе, поступление его в организм и обеспечивает дыхательная система.

Значение дыхания :

• Обеспечение организма кислородом
• Удаление углекислого газа
• Окисление органических соединений БЖУ с выделением энергии, необходимой человеку для жизнедеятельности
• Удаление конечных продуктов обмена веществ (пары воды, аммиак, сероводород)

4. Органы дыхания – это специализированные органы для газообмена между организмом и окружающей средой.

5. Дыхательная система состоит из воздухоносных путей (последовательно соединенных между собой полостей и трубок) и дыхательной части.
К воздухоносным путям относятся полость носа и носоглотка (верхние дыхательные пути), гортань, трахея и бронхи.
Дыхательная часть – это легкие и соединительнотканная оболочка – плевра.

6. Верхние дыхательные пути

При нормальном дыхании воздух обязательно проходит через наружные ноздри в носовую полость, которая разделена костно-хрящевой перегородкой на две половины.. Их стенки выстланы слизистой оболочкой, содержащей многочисленные клетки мерцательного (реснитчатого) эпителия. (У взрослого человека слизистая оболочка за сутки выделяет 0,5 литра слизи.) Ее функция – увлажнять вдыхаемый воздух, задерживать пылинки и микроорганизмы, оседающие на стенках полости. Слизь содержит вещества, убивающие микробов или препятствующих их размножению (фермент лизоцим и лейкоциты). Под слизистой оболочкой ветвятся многочисленные кровеносные сосуды, поэтому даже легкие травмы носа сопровождаются обильными кровотечениями. Эти сосудистые сплетения согревают вдыхаемый воздух до температуры тела.. Они служат не только для согревания поступающего воздуха, но и являются резонаторами при голосообразовании. Носовые полости снабжены чувствительными клетками, которые обеспечивают защитную функцию: рефлекс чихания. Носовая полость открывается в носоглотку внутренними ноздрями – хоанами, а оттуда – в гортань.

7. Гортань

Гортань подобна воронке, стенки которой образованны хрящами.
Полость гортани выстлана слизистой оболочкой и снабжена рецепторами – рефлекторный кашель.
Вход в гортань при глотании закрывается надгортанным хрящом.
Самый крупный хрящ – щитовидный, защищает гортань спереди.
Между хрящами натянуты голосовые связки, а между связками находится голосовая щель.
Таким образом, функция гортани – это проведение воздуха в трахею, участие в голосообразовании и предотвращении проникновения вредных веществ в дыхательные пути.

8. Трахея и бронхи

Гортань, трубка 10–12 см, непосредственно переходит в трахею, которая находится перед пищеводом. Передняя стенка ее образована хрящевыми полукольцами, поэтому просвет трахеи всегда открыт. Задняя стенка мягкая и прилегает к пищеводу.
Внизу трахея делится на 2 бронха. И трахею, и бронхи выстилает слизистая оболочка, которая содержит мерцательный эпителий с железистыми клетками. Здесь продолжается насыщение воздуха водяными парами и его очищение.

9. Легкие

Легкие – крупный парный орган конусообразной формы. Снаружи покрыт легочной плеврой; грудная полость покрыта пристеночной плеврой, между ними находится плевральная полость, не содержащая воздуха. Она заполнена жидкостью, что уменьшает трение при дыхании. Через легкие за 1 минуту проходит 100 литров воздуха. Каково же строение легкого?

10. Внутреннее строение легкого

Бронхи, войдя в легкие, продолжают ветвиться, образуя бронхиолы, на концах которых находятся грозди тонкостенных легочных пузырьков – альвеол. Стенки альвеол и капилляров однослойны, что облегчает газообмен. Клетки эпителия альвеол выделяют биологически активные вещества, образующие сурфактант, который препятствует слипанию альвеол и обезвреживает микроорганизмы, попавшие в легкие.
Отработанный сурфактант переваривается фагоцитами или выделяется в виде мокроты.

11. Это интересно

• 300–350 млн. альвеол с общей площадью – 100 кв.м
• Длина легочного капилляра – 7–8 мкм
• Через капилляры альвеолы кровь проходит за 0,8 с, но гемоглобин успевает насытиться кислородом

VI. Практическая работа № 2. Тест

Необходимо соединить стрелками орган и выполняемую им функцию. Эту таблицу можно распечатать, чтобы проверить правильность её заполнения каждым учеником.
Взаимопроверка учащимися.

VII. Проверь себя (закрепление материала)

– Что такое дыхание?
– Почему говорят: дыхание – это жизнь?
– Влияет ли строение органа на выполняемую им функцию? И т.д.

(По предложенным рисункам составить свои вопросы в зависимости от подготовки класса и от количества оставшегося времени, и др.)

Учитель: итак, на голос, его красоту, силу влияет не только частота и амплитуда колебаний голосовых связок, но и то, как мы дышим, т.е. дыхание. Давайте с вами проведем небольшое исследование и посмотрим, как мы дышим.
Дыхание – это колебание (периодическое изменение вдохов и выдохов). Вспомним основные характеристики колебаний.
Период – это время одного полного колебания, наименьший промежуток времени, через который колеблющаяся система возвращается к исходному состоянию. Период колебаний — величина, обратная частоте колебаний.
Частота – это число колебаний в 1 с. Обозначается v или n. Если T — период от колебаний, то v = 1/T; измеряется в герцах (Гц).
Амплитуда – это (от лат. amplitudo — величина), наибольшее отклонение колеблющейся по определенному закону величины от среднего значения или от некоторого значения, условно принятого за нулевое.

VIII. Практическая работа № 3

Выяснить, чем полное дыхание отличается от поверхностного.
Умеете ли вы правильно дышать?
Давайте проверим, правильно ли вы дышите. Для этого положите перед собой часы с секундной стрелкой, сядьте поудобнее, расслабьтесь, расправьте плечи. Сосчитайте, сколько вдохов-выдохов вы делаете в течение минуты. Проследите за ритмом дыхания: соотношением вдоха и выдоха, расстановкой пауз в этом цикле. Определите, как именно вы дышите: активно расслабляя живот – брюшной тип дыхания, поднимая и опуская грудную клетку – грудной тип, совмещая то и другое – смешанный тип дыхания.
Результаты исследования внесите в таблицу.

Предлагаем сравнить с нормой:

n = 16, = 0,27, Т = 1/0,27=3.704

Учитель: Оказывается, правильно дышать очень важно, особенно зимой и в переходный зимне-весенний период, во время эпидемии гриппа. По утверждению специалистов, при неправильном дыхании заметно увеличивается вероятность попадания в организм возбудителей респираторных инфекций, что повышает риск заболевания гриппом или простудой.
Многие люди дышат слишком часто (а норма – 16 вдохов в минуту в спокойном состоянии) и неглубоко, время от времени задерживая вдох и выдох. Такой тип дыхания называется поверхностным. В результате легкие не успевают как следует проветриться – свежий воздух поступает только в наружные отделы, большая же часть объема легких остается как бы невостребованной, то есть воздух в ней не обновляется. А вирусам и бактериям только этого и надо.
Полное дыхание – это соединение нижнего, среднего и верхнего дыхания. Человек, постоянно практикующий полное дыхание, будет иметь широкую грудь – и любой узкогрудый человек может развить свою грудную клетку до нормальных размеров.
Если вы делаете менее 14 вдохов в минуту – замечательно. Так дышат обычно хорошо тренированные и выносливые люди. Можете по праву гордиться собой. Вбирая воздух полной грудью, вы даете легким расправиться, прекрасно вентилируете их, то есть делаете вашу дыхательную систему почти неуязвимой для возбудителей инфекции.
Неплохим результатом считается от 14 до 18 вдохов в минуту. Именно так дышит большинство практически здоровых людей, которые могут болеть гриппом или ОРВИ не более 2 раз в сезон.
Более 18 вдохов в минуту – это уже серьезный повод для беспокойства. При поверхностном и частом дыхании в легкие попадает лишь половина вдыхаемого воздуха. Для постоянного обновления легочной атмосферы этого явно недостаточно.

IX. Сообщения учащихся:

Болезни голосового аппарата, связанные с нарушениями голосовой функции, имеют различные причины. Наиболее часто причиной нарушения функций голосового аппарата являются острые воспалительные заболевания верхних дыхательных путей: ангины (тонзиллит), острый насморк (ринит), воспаление глотки (фарингит), гортани (ларингит), трахеи (трахеит), бронхов (бронхит). Речевые нагрузки и пение следует прекратить в этом случае до выздоровления. Причина появления певческих узелков — повышенная нагрузка на голосовой аппарат, неправильное форсированное пение. Острые узелки при обеспечении голосового покоя обычно самопроизвольно рассасываются. Застарелые узелки удаляются оперативным путем. К заболеваниям, связанным с повышенной эксплуатацией голоса, также относится кровоизлияние в голосовую складку. Оно наступает при резком напряжении (крике, форсирование). Дисфония — расстройство голосообразования, протекающее в форме ослабления деятельности голосовых складок (несмыкание), либо в спазматической форме. Как правило, это результат перенапряжения нервной системы, усиленной голосовой деятельности, часто протекающей на фоне какой-нибудь инфекции.

X. Проведем еще одно исследование. Дома вы изготовили стетоскоп, который состоит из усилителя звука – рупора, и трубок. Проверьте чистоту дыхания. Работа будет проводиться в парах, по очереди.

Учитель: Cегодня биологи не могут обойтись без знаний по физике, а физики не могут обойтись без знаний по биологии. Чтобы восполнить этот пробел, существует наука БИОНИКА. Что же это за наука? Нам расскажут ребята.

Рассказ + презентация.

Текст:

1. Понятие бионика состоит из частей слов «БИОлогия» и «техНИКА»,что означает «учиться у природы технике завтрашнего дня», которая принесет большую пользу человеку и природе, чем техника, существующая сегодня. Явления природы побуждают улучшить технические методы, а это может положительно повлиять на окружающую среду и принести пользу человеку.
2. Пpupoдa дает человеку множество примеров для технических изобретений. Бионика — это соединение биологии и техники. Бионика рассматривает биологию и технику с совершенно новой
точки зрения, объясняя, какие общие черты и какие различия существуют в природе и технике.
3. Бионика переносит принципы открытий природы на технические разработки
в различных областях:
– Инструменты
– Строительная техника

• Отопление и охлаждение воздуха
• Движение животных и роботов
• Летательная техника
• Высокие технологии, опирающиеся на принципы действия нервной системы
• Нападение и оборона
• Упаковка и очистка
• Естественные материалы

Рассмотрим примеры из данных областей.
4. Клещи, молотки, расчески, щетки и многое другое. Природа также имеет множество инструментов, только они выполнены значительно лучше и являются более точными, чем инструменты техники. Они изготовлены не из металла, а, например, из хитина, как у насекомых
5. Инструменты, которые могут складываться, позволяют экономить место.
Это гениальное открытие также подсказано природой.
6. Некоторые термиты устанавливают на своих постройках длинные трубки для
проветривания, по которым уходит теплый воздух. Архитекторы внимательно
изучили эти строения и взяли их принцип на вооружение.
7. Техника досконально изучила, какие движения совершают насекомые при передвижении, и создала ходящие машины, которые работают по тому же принципу. Задачу нервной системы выполняет компьютер, в который заложена программа ходьбы роботов.
8. Вертолеты могут служить для перевозки грузов и пассажиров. Как известно, они могут стоять
в воздухе и при этом сбрасывать и принимать грузы. При помощи вращающихся крыльев
они создают подъемную силу. Стрекозы – тоже умелые летчики: они могут двигать каждым своим
крылом отдельно.
9. Замечательным летчиком является колибри. Человек тоже может летать на дальние расстояния.
10. Руки и ноги роботов чаще всего делятся на части, подобно человеческим конечностям. У них есть части, подобные плечу и предплечью, кисти руки и трем суставам.
11. Промышленные роботы движутся большей частью рывками. Процесс их движения не выглядит при этом изящно. Движения роботов, выполняют заданную программу.
12. Дыхание человека напоминает работу двигателя внутреннего сгорания. Система выглядит так: вдох у человека – впуск горючей смеси; окислительные процессы в организме человека – горение горючего и рабочий ход двигателя внутреннего сгорания; выдох углекислого газа – выпуск отработанного газа. Эти процессы периодически повторяются, мы видим колебательную систему.

XI. Итак подведем итог нашего урока

1. Почему появилась наука БИОФИЗИКА? Какие науки она объединяет?
2. Какие физические явления мы сегодня повторили?
3. Что нового о дыхании вы сегодня узнали?
4. Ребята, так можно ли научиться петь, стать обладателем красивого голоса или это «дар божий»?

Развитие голосового аппарата ведёт к рождению красивого, сильного и яркого голоса не от природы, а от вокального тренинга. Правильно сформированный режим работы голосовых связок в потоке выдоха способен создать звук, много превосходящий предполагаемые возможности вашего голоса. Дыхание – это колебания, а колебания – звук плюс выброс его дыханием за пределы глотки. Основная разница не в голосовом аппарате, а лишь в длине голосовых связок.
Я хочу, чтобы вы осознали реальность своих шансов, шансов воскресить свои мечты. Сделайте себе голос. Красивый, яркий, сильный и не от природы!
Спасибо всем за урок.

XII. Домашнее задание

1. Подготовить сообщение по вопросу «Что мы понимаем под термином «Физика человека»»?
2. Предложите свод правил по гигиене дыхания (комплекс упражнений по исправлению дыхания).
3. Какие физические процессы сходны с процессами, происходящими в организме человека, кроме дыхания, вам известны?