Задачи.
Образовательные: обеспечить формирование научных понятий о целесообразности красоте и изяществе природных приспособлений; обеспечить в ходе урока повторение строения скелета, костей и костной ткани.
Развивающие: развивать умение сравнивать, оценивать и мыслить логически; формировать умение решать творческие задания с элементами изобретений; отработать элементы дедуктивного метода познания; приобщить к процессу рационализаторства и изобретательства; развитие эмоций учащихся путем создания в ходе урока состояния удивления.
Воспитательные: воспитывать валеологические аспекты в отношении самого себя; содействовать в ходе урока формированию идеи познавательности и целостности мира.
Оборудование: таблицы “Скелет человека” и “Строение костей”, прокаленные и декальцинированные кости, 2 штатива с зажимами, грузики, чашка от весов, микроскопы, микропрепараты “Костная ткань человека”, сантиметр, линейка, компьютер, медиапроектор.
Тип урока: нетрадиционный (интегрированный).
Форма работы: индивидуальная и групповая.
Ход урока
1. Организационный момент.
Здравствуйте друзья, я очень рада нашей встрече. Сегодня нам предстоит небольшое испытание, но я уверена - мы вместе справимся, и выйдем из этого кабинета с улыбкой. Я буду учиться у вас, ну а вы, у меня.
2. Создание интриги урока.
Я принесла с собой небольшой конверт, в котором находится…, впрочем, мы его с вами откроем в конце урока, если все у нас с вами получится, ну а если же нет, лучше мы его открывать не будем. Ребята мне нужен очень ответственный человек, у вас в классе такие люди есть? Ну вот, Даша раз тебе доверяет класс, я тоже доверю тебе свой конверт и теперь я уверена, ты сохранишь мою тайну до конца урока. Пусть конверт побудет у тебя. И так начнем.
3. Изучение новой темы урока.
1. Знакомство с наукой бионикой.
С незапамятных времен пытливая мысль человека искала ответ на вопрос: может ли человек достичь того же, чего достигла живая природа? Сможет ли он, например, научиться летать по воздуху, как птицы или плавать под водой, как рыбы? На эти и другие вопросы дает ответ такая наука, как бионика.
Внимание на экран:
Бионика – это наука, изучающая принципы организации биологических систем и создание на основе полученных знаний новых механизмов, приборов и технических конструкций.
(Cлайд – термин бионика). Презентация
Термин бионика составляется из двух слов: биология + техника. Символом бионики является хирургический скальпель и паяльник соединенный математическим интегралом.
Внимание на экран: (слайд – символ бионики, био+ника).
Я думаю ни для кого не секрет, что крыло самолета это аналог крыла птицы и летающего насекомого, а стрекоза прообраз вертолета. Также всем давно известно, что радар построен по принципу эхолокации летучих мышей.
(Показываются слайды крыло птицы и самолета; вертолета и стрекозы, радарной установки и летучей мыши)
Как справедливо отметил профессор М.С. Туполев, что до недавнего времени “мало кто задумывался, что природа не только красиво “построена”, но едва ли не идеально “рассчитана”, что, создавая любое из своих творений, шлифуя его столетиями, природа связывала в нем воедино гармонию красоты с гармонией целесообразности – придала ему ту единственную верную форму, которая идеальна сточки зрения инженера”. (На слайде цитата)
Благодарю тебя, природа,
За всё, что ты способна дать,
За неизбежность ледохода,
За красоту и благодать.
Благодарить тебя, природа,
Впредь буду я и воспевать,
И вдаль к заветному восходу
Поход по жизни совершать. (Павел Малов)
(Слайд-стихотворение)
Существует прекрасная легенда о древнегреческих зодчих, строителях храма Аполлона. Они задумались соорудить такую колоннаду, чтобы каждая колонна оставалась стройной и надежно выдерживала свою часть тяжести. Каким может быть наименьший диаметр колонны, зодчие не знали: законы прочности были найдены много веков спустя.
Внимание вопрос: что было прототипом такой колонны?
(Релаксирующая музыка)
Ответ: Вспомнили о тех стройных и прочных живых колоннах, которые десятилетиями выдерживают тяжесть человеческого тела… Вспомнили о ногах. И строители измерили след мужской ступни в соотношении к росту человека. Получилось, что опорное основание должно составлять одну шестую высоты – это отношение и было положено в основу при изготовлении колонн храма.
(Слайд ноги человека)
Красота древнегреческих колоннад восхищает нас и поныне.
(Слайд колонны)
Давайте вместе с вами проверим это. Я приглашаю сюда, ко мне двух мальчиков. Мы проведем простые измерения.
Измеряется рост детей с помощью приклеенного к стене сантиметра и длина ступни с помощью приклеенного к полу линованного листа бумаги. Калькулятор отдается одной из учениц, которая быстро делает подсчет.
Вот мы с вами и подтвердили это утверждение и на практике сами убедились в этом.
В современное время появилась архитектурная бионика – это целенаправленный поиск оригинальных природных архитектурных форм, идеально рассчитанных самой природой, это поиск красоты и изящества в окружающем нас мире растений и животных, той самой целесообразности, о которой так вдохновенно писал бразильский поэт и архитектор Жоаким Кардозу:
…И в призрачном утреннем свете
Вместо ветвей и цветов
Гармонию целесообразности
Природа для взгляда рождает…
(Это четверостишие вывести на экран)
Любой живой организм является высокосовершенной конструкцией. Вся эта сокровищница творений кудесницы – природы, ее великий тысячевековой опыт тонкого зодчего сейчас, в современных масштабах, не могут не интересовать архитекторов и инженеров.
Внимание вопрос: С чем Эйфелева башня по своему устройству совпадает на 95%?
(Релаксирующая музыка)
Ответ: Это бедренная кость человека!!! Если бы башня высотой в 312 метров была бы массивным сооружением, то она очень скоро начала бы разрушаться под тяжестью собственного веса. Однако этого не случилось и по сей день.
(Слайд Эйфелевой башни и бедренной кости.)
Давайте с вами выясним, почему же кость человека может конкурировать в прочности с самой Эйфелевой башней!
Американский ученый Ле-Риколе однажды заинтересовался конструкцией скелета человека. Произведя ряд обследований он установил, скелет имел массу только 7-8 кг, т.е. в 10 раз меньше, чем вес среднего человека!
Исследования установили, что кость, хотя она и является чрезвычайно хрупким материалом, способна выдерживать очень большие нагрузки:
Плечевая кость – 850 кг,
Бедро выдерживает вертикально груз 1500 кг,
Большая берцовая кость – 1650 кг.
(Эти данные вывести на экран)
Внимание вопрос: Почему различные кости скелета человека способны выдерживать разную нагрузку?
Конечно ребята, эта зависимость пропорциональна постоянной нагрузке костей. Чем ниже расположена кость в скелете человека, тем больший груз она выдерживает. Молодцы.
Кость тверже кирпича в 30 раз,
гранита в 2,5 раза!
Она прочнее дуба и
почти так же прочна, как чугун!!!
(Слайд с этим текстом)
Внимание вопрос: Отчего зависит такая высокая прочность костей человека, хотя вес у скелета относительно легок?
Конечно ребята отсюда следует вывод – прочность данного материала зависит от свойств его ткани. Чтобы понять, как же кости могут выдерживать большие грузы мы должны вспомнить строение костной ткани.
2. Изучение костной ткани.
У вас на столе имеются желтые бланки для работы, в которые вы будете вписывать результаты нашей работы.
Прежде всего нам необходимо вспомнить из каких же веществ состоит костная ткань? Кто знает ответ?
(Слайд с пустой схемой химического состава)
Правильно, из органических и неорганических, записываем ответ в соответствующее окошко в своих бланках.
(Слайд с заполненной схемой химического состава)
Ну а теперь, я демонстрирую вам кость из которой удалены неорганические вещества, так как она пролежала в растворе концентрированной соляной кислоты. Значит здесь остались, только органические вещества.
Внимание вопрос: какие свойства придают кости органические вещества?
Молодцы ребята, конечно упругость. Посмотрите, она прекрасно гнется.
(Слайд декальцинированная кость).
Записываем ответ в свой бланк.
Чтобы узнать о свойствах минеральных веществ, надо удалить органические, которые можно просто выжечь. Теперь я демонстрирую вам заранее прокаленную кость.
Внимание вопрос: какие свойства придают кости неорганические вещества?
Молодцы! Да, конечно минеральные вещества придают кости твердость, но вместе с тем и хрупкость. Посмотрите, она твердая, но очень легко ломается. Ребята, не забываем вписывать ответы в свой бланк.
Давайте сделаем вместе с вами вывод, так от каких же веществ зависит прочность кости: от органических или неорганических?
Конечно, молодцы ребята, только сочетание органических и минеральных веществ может дать такую феноменальную прочность. То есть мы видим, что сочетание разных компонентов приводит к новому качеству, которым каждый их этих компонентов не обладает.
Так в технике прочные материалы получают путем сочетания твердых и упругих веществ. Например, бетон из твердого щебня и эластичного цемента. Однако эти компоненты необходимо брать в строгом определенном соотношении.
А соотношение химических веществ в кости с возрастом постоянно меняется.
Внимание вопрос: почему маленький ребенок, который только учиться ходить, падая до 200 раз за день не ломает кости, а старому человеку достаточно лишь споткнуться для перелома конечностей?
Молодцы! Конечно в костях маленьких детей много органических веществ, а в костях пожилых людей много неорганических.
Но это еще не все! Прочность кости зависит еще от некоторых факторов, что бы изучить их необходимо изучить внутреннее строение костей.
Это мы можем увидеть на следующем слайде. Давайте вместе с вами вспомним строение трубчатой кости. Такой же рисунок есть у вас в желтых бланках, поэтому необходимо сделать подписи к нему.
(Слайд внутреннее строение трубчатой кости)
Определение губчатого вещества в ваших бланках уже есть, вам остается только внимательно прочитать.
На экране: Губчатое вещество – разновидность костной ткани, представляющая собой сеть костных перегородок, между которыми находится пространство, заполненное красным костным. Выглядит как пористая структура, напоминает губку.
(Слайд с этим текстом)
Внимание вопрос: каким образом такое строение головок костей может способствовать большей прочности костной ткани?
Я покажу вам простой опыт, который сразу же поможет сделать соответствующий вывод.
(Опыт с бумагой – для этого лист бумаги складываем гармошкой и на него можно поставить уже какой-нибудь предмет – лист бумаги его выдержит)
Конечно, ребята. Ученые изучавшие строение губчатой ткани пришли к выводу, что ее строение – это упорядоченная архитектура перпендикулярных друг другу пластинок, расположенных строго по законам графостатики. Т.е. пластинки губчатого вещества кости располагаются так, что противостоят растяжению и сжатию, часто пересекаются под углом 90 градусов. При этом происходит разложение сил на две составные, являющиеся сторонами параллелограмма сил, по диагонали которого действуют силы сжатия и растяжения. Поскольку перекладины опираются на компактное вещество кости возникает жесткая и прочная конструкция, в которой нагрузка равномерно распределяется на всю ткань.
Но оказалось, что и это далеко не все, что помогает кости быть такой прочной!
Само строение трубчатой кости напоминает полый цилиндр, который обладает очень большой прочностью и имеет некое преимущество в отличие от конструкции без полости. Для выяснения этого преимущества проведем простой опыт.
(Опыт с бумажными цилиндрами и с двумя штативами – если свернуть лист бумаги в трубку, то она может выдержать больший груз, чем лист бумаги, сложенный в несколько раз)
Внимание - вопрос: О каком преимуществе шла речь?
Оказывается из-за пустот в костях облегчается вес кости в несколько раз. Это свойство используется в технике и механике, то есть обе конструкции выдерживают один вес, но в одной происходит экономия материала и снижение общего веса и затрат.
Но и это еще не все!
Что же еще помогает кости быть такой прочной мы выясним выполнив лабораторную работу “Изучение строения костной ткани”. У вас на столе микропрепараты костной ткани (компактного вещества) и зеленые бланки с сопроводительной методичкой. Внимательно читаем ее, изучаем микропрепарат под микроскопом и отвечаем на вопросы.
На экране: Компактное вещество кости имеет пластинчатое строение, напоминающее систему вставленных друг в друга цилиндров, в центре которой есть канал, где проходят кровеносные сосуды и нервы. Такая система цилиндров называется остеон.
(Слайд с этими словами)
Внимание вопрос: Почему строение компактного вещества является дополнительным фактором прочности трубчатой кости?
Конечно, молодцы ребята.
Итак, давайте вместе с вами сделаем вывод: в компактном веществе костной ткани находятся отверстия, которые являются дополнительным фактором прочности.
Но и это еще не все! Оказывается может изменяться и самоорганизоваться сама архитектура кости из-за непрерывных изменений в течение жизни нагрузки на кости. В клетке имеются два вида клеток-строителей. Одни непрерывно разрушают ту костную ткань, которая перестает испытывать нагрузку; другие наоборот, откладывают костное вещество по линии наибольших напряжений.
Поэтому кости так прочны, поэтому скелет человека так высокосовершеннен в своей конструкции, что по сравнению с ним многие сооружения строительной техники кажутся безнадежно грубыми и примитивными.
Теперь вы посмотрите на свой скелет и свои кости совсем с другой стороны. И действительно их строение красиво изящно и целесообразно! Они совершенны, в них нет ничего лишнего!
И как написал В. Бианки: “Весь огромный мир кругом меня полон неизведанных тайн”. Человек еще долгое время будет разгадывать загадки природы. Не нужно изобретать что-то новое, необходимо изучить природу и воспользоваться тем, что уже давно придумала она.
3. Проверка знаний по пройденной теме (биологические суждения, необходимо ответить да или нет.
- В костях маленьких детей больше органических веществ.
- Компактным веществом кости называется разновидность костной ткани, состоящая из костных перегородок, между которыми имеется система полостей, заполненная костным мозгом.
- Тело кости не имеет полостей
- Губчатая костная ткань состоит из систем вставленных друг в друга цилиндров.
- Остеокласты и остеоциты – клетки костной ткани.
4. Творческая проектная работа.
Для закрепления я предлагаю вам небольшую творческую работу. Как вы знаете из курса географии, в Японии нет больших территорий так как это островное государство, но население ее растет с каждым годом.
Представьте себе, что вы бионики и вам необходимо создать архитектурное сооружение на основе предложенных живых организмов. Сооружения должны занимать мало места, но вмещать в себя как можно больше квартир. Выберите для работы один, по вашему мнению, наиболее подходящий, и за несколько минут постарайтесь нарисовать это сооружение. На столе есть маркеры, ватман для полета вашей фантазии. Ну, за дело!
Обсуждение проектов.
(Слайды с примерными ответами)
А теперь давайте посмотрим, что же было в конверте. Даша, открывай конверт.
В этот конверт я поместила притчу и сейчас нам ее Даша прочитает.
Давным-давно в старинном городе жил
учитель, окружённый учениками. Самый способный
из них однажды задумался: "А есть ли вопрос, на
который наш учитель не смог бы дать ответа?" Он
пошёл на цветущий луг, поймал самую красивую
бабочку и спрятал её между ладонями. Улыбаясь, он
подошёл к учителю и спросил: - Скажите, какая
бабочка у меня в руках: живая или мертвая?
Он крепко держал бабочку в сомкнутых
ладонях и был готов в любое мгновение сжать их
ради своей истины. Не глядя на руки ученика,
учитель ответил: - Всё в твоих руках.
Так вот ребята, в конце нашего урока хочу вам сказать: “Все в ваших руках и все зависит от вас. Если изучать скелет только с одной стороны, то работа окажется скучной и неинтересной, а если с другой, то даже не заметите, как быстро проходит время… ”.
5. Домашнее задание: в природе достаточно примеров, которые использовал человек. Предложите, что например можно создать на основе строения глаза человека?