Открытый урок по теме «Законы физики, написанные языком математики, в биологических закономерностях выглядят так…»

Всероссийский конкурс исследовательских работ учащихся
“ЮНОСТЬ, НАУКА, КУЛЬТУРА”


Направление: естествознание

Тема: «Законы физики, написанные языком математики, в биологических закономерностях выглядят так»
Степанов ДмитрийМБОУ СОШ № 183 с УИП ХЭЦ 7 класс



Научные руководители:Прокопьева М.С..,
учитель математики,
Бабичева Т.Ю.,
учитель биологии,
Мазалова У.С.,
учитель физики




г. Обнинск, 2012/2013 учебный год 
Цель урока: расширение образовательного пространства по теме «Птицы» посредством демонстрации тесной связи в природе и окружающем мире наук биологии, физики, математики, изучаемых в школе.
Задачи интегрированного урока

Общие
Биология
Физика
Математика

Образовательные задачи

Обобщающее повторение изученного материала
Обеспечить повторение и усвоение понятий по теме «Птицы»
Познакомить с разнообразием птиц в природе. Выявить особенности строения и жизнедеятельности у некоторых групп птиц
Сформировать целостное представление о взаимосвязи строения птиц и их средой обитания
Продолжить формирование и развитие общеучебных умений и навыков работы с книгой, синтеза и обобщения информации и представления её в виде слайдовой презентации.

Повторение изученного учебного материала, отработка знаний, умений и навыков на уровне образовательных госстандартов
Формирование
способности проводить исследование по предложенной теме
Обеспечение
качества образования по теме, как и по другим темам изучаемой науки
Повторение изученного учебного материала, отработка знаний, умений и навыков на уровне образовательных госстандартов
Формирование
способности проводить исследование по предложенной теме
Обеспечение
качества образования по теме, как и по другим темам изучаемой науки

Развивающие задачи

Расширить представление учащихся о роли и месте птиц в природе и жизни человека
Продолжить развитие основных биологических понятий о связи организма с окружающей средой, связи строения организма с выполняемыми функциями
Продолжить формирование навыков
исследовательско- практической деятельности через вовлечение в самостоятельную работу поискового и исследовательского характера, а также познавательного интереса у учащихся к урокам биологии, физики, математики.

Способствовать формированию мышления учащихся за рамками школьной программы по этому предмету
Продолжить формирование важных для обучения способностей: внимательное восприятие предлагаемого обобщающего и нового учебного материала; включение логического мышления, смекалки при разгадке ребусов, задач, кроссворда; умение видеть использование законов физики живыми объектами.
Способствовать формированию мышления учащихся за рамками школьной программы по этому предмету
Продолжить формирование важных для обучения способностей: внимательное восприятие предлагаемого обобщающего и нового учебного материала; включение логического мышления, смекалки при разгадке ребусов, задач, кроссворда; умение видеть использование законов математики живыми объектами.

Воспитательные задачи

Формирование уважительного и внимательного отношения к товарищам, представляющим свои проекты
Выработка грамотной и правильно выстроенной речи выступающих и тех, кто обсуждает полученную информацию
Продолжить развитие научного мировоззрения с помощью демонстрации единства законов биологии, физики, математики по которым живет любой биологический объект
Осуществление эстетического воспитания и бережного отношения к природе через ознакомление с разнообразием птиц, их особенностями строения, обитания; ролью птиц в природе и жизни человека
Содействовать проявлению дисциплины и высокой работоспособности в процессе организации работы учащихся на уроке.

Продолжить формирование понимания учащимися зависимости красоты окружающего мира от законов физики


Способствование формирования у ребят понимания целостности окружающего мира, отсутствие оторванности и независимости наук друг от друга
Выработка активизации ребят в учебном процессе посредством их непосредственного участия в подготовке проектов с использованием ИКТ

Продолжить формирование понимания учащимися зависимости красоты окружающего мира от законов математики


Способствование формирования у ребят понимания целостности окружающего мира, отсутствие оторванности и независимости наук друг от друга
Выработка активизации ребят в учебном процессе посредством их непосредственного участия в подготовке проектов с использованием ИКТ




Проблемный вопрос урока

? Как увидеть единство законов физики и математики в биологических объектах природы?



Инструментарий урока:

мультимедийная установка;
Рабочие тетради учащихся;
информационные носители (диски, флешкарты).

ОЦЕНОЧНАЯ СИСТЕМА ЗНАНИЙ, ПОДЛЕЖАЩИХ КОНТРОЛЮ
Отдельные оценки ученикам, подготовившим проекты.
Оценки ученикам за активную работу на уроке и правильные ответы.














ХОД УРОКА

Вступительное слово учителей биологии, физики, математики: озвучивание темы урока, целей проведения этого урока и задач, поставленных перед учащимися.
(слайд 1, 2)
Учитель биологии(УБ): «Здравствуйте, ребята и дорогие гости!»
Учитель физики(УФ): «Сегодня мы проводим открытый урок тема которого: «Физические процессы на уроках биологии, написанные на языке математики»».
Учитель математики(УМ): «Мы погрузимся в удивительный мир птиц».
У Б: «А в этом нам помогут великие светила не только науки биологии, но и других технических дисциплин».
Инсценированные персонажи: ученики в роли учёных и птиц.
У Ф: «Позвольте представить: профессор биологических наук Кукушкина Серафима Захаровна!»
У М: «Далее, зав кафедрой института физики и ядерной энергетики Воробьев Савелий Георгиевич!».
У Б: «И, наконец, кандидат математических наук Сорокин Тимофей Петрович!».
У М: «Уважаемые профессора- слово предоставляется Вам!»
Выступление биолога Серафимы Захаровны (СЗ):
Мне выпала великая честь, познакомить Вас с удивительными существами нашей планеты- птицами. Внимание на экран.
(слайд 3) Мы совершим с вами небольшую виртуальную экскурсию в мир птиц
(слайд 4) Как вы видите, мир пернатых очень многообразен.
(слайд 5) Птицы существуют на планете более 150 мл. лет. 60 млн. лет назад обитали Диатримы – нелетающие гиганты высотой до 3 метров с лошадиной головой и весом до 300 кг. Они бродили по североамериканским прериям и азиатским степям. Внешне были похожи на страусов. Эти трехметровые пернатые гиганты совсем не летали, но зато отлично бегали. Массивные лапы диатрим позволяли птицам догонять любую добычу. Огромные птицы имели ужасные головы, вооруженные мощными, толстыми загнутыми клювами. Этими клювами диатримы наносили смертельные раны своим жертвам, пробивали толстую кожу и панцири, дробили кости некоторых млекопитающих. Лапами птицы переворачивали камни, удерживали мелких животных.
(слайд 6) Несмотря на внешнюю схожесть со страусами, родственниками диатрим были не эти птицы. Ближайшие родственники этих ужасных птиц - изящные журавли.
Но мы немного увлеклись, а сейчас давайте посмотрим и послушаем удивительные голоса птиц!!!
Прослушивание презентации «Голоса птиц» (слайды 7-19)
Биолог СЗ: «Я очень люблю птиц, поэтому привезла с собой своих любимых питомцев и сейчас они сами о себе расскажут. Прошу любить и жаловать – Пингвин Жорочка».
Выступление пингвина Жорочки:
(слайд 20) Всем привет! Меня зовут Жорочка!!! Я отношусь к императорским пингвинам. Являюсь самым крупным из всех существующих представителей. Мы пингвины обитаем только на южном полюсе.
(слайд 21) На суше являемся очень не ловкими, зато в воде нам нет равных. Гребем только крыльями, а ноги и хвост выполняют функцию руля. По способу движения в воде очень похожи на дельфинов, однако относимся к птицам!
Классификация пингвинов такова:
Царство: Животные
Тип: Хордовые
Подтип: Позвоночные
Класс: Птицы
Отряд: Пингвинообразные
Семейство: Пингвиновые
(слайды 22-26) К этому семейству относится много видов, вот некоторые из них:
Антарктический пингвин,
Королевский пингвин
Желтоглазый пингвин,
Златовласый пингвин,
Магелланов пингвин,
Малый пингвин ,
Очковый пингвин,
Пингвин Адели ,
Пингвин Гумбольдта,
(слайд 27) Самым большим из современных представителей являюсь Я - императорский пингвин. Мой рост 120 см, вес до 46 кг,
самые мелкие представители семейства малый пингвин (рост 3040 см, вес 12,5 кг).
(слайд 28) Такие существенные различия объясняются правилом Бергманна, для которого пингвины являются частым примером. Правило Бергманна гласит, что животные, обитающие в холодных регионах, имеют большие размеры тела, поскольку это способствует более рациональному соотношению объёма и поверхности тела животного и тем самым уменьшению теплопотери.
Мои глаза прекрасно приспособлены к условиям плавания под водой, поэтому я хорошо вижу на глубине до 100 м, даже при плохой освещенности.
Наши уши , как и у большинства птиц, не имеют чёткой внешней структуры. При нырянии они плотно закрываются особыми перьями, так что вода не проникает внутрь уха. У пингвинов нашего рода помимо этого край внешнего уха увеличен таким образом, что оно может закрываться, благодаря чему среднее и внутреннее ухо оказываются защищены от повреждений давлением, которое может причинить вред при погружение на большую глубину. Под водой пингвины мы почти не издаем звуков, а на суше общаемся посредством криков, напоминающих звуки трубы и трещотки.
(слайд 29) В наш рацион входит рыба серебрянка антарктическая , анчоусы или сардины, а также ракообразные, или маленькие головоногие, на которых мы охотимся, проглатывая прямо под водой. Если разные виды пингвинов делят между собой одну среду обитания, то их рацион, как правило, различается: пингвины Адели и антарктический пингвин предпочитают ракообразных разного размера.
(слайд 30) Во время линьки, а также и в период высиживания птенцов многие пингвины, в том числе и мы, вынуждены полностью отказаться от пищи. «Пост» у разных видов имеет разную продолжительность : у нас Императорских пингвинов он длится до трёх с половиной месяцев. В этот период мы теряем до половины массы тела, поскольку вынуждены брать энергию для обмена веществ из запасов жира, накопленных до линьки и сезона высиживания птенцов.
Пьем в основном морскую воду. Избытки соли у нас выделяются через специальные железы, находящиеся над глазами.
Живем мы достаточно долго - более 25 лет.
Биолог СЗ: «Спасибо Жорочка большое, а сейчас след »
(слайд 31) Выступление физика Савелия Георгиевича (СГ): «Подождите, подождите, уважаемые, мне как великому физику есть что добавить. Ответьте, пожалуйста на вопрос: что делают пингвины чтобы не проваливаться при ходьбе по рыхлому снегу (ответ детей). Правильно, пингвины ложатся на живот и, отталкиваясь крыльями и лапами от снега, скользят по нему со скоростью до 25 км/час. Какой физический закон объясняет данное поведение? (ответ детей: при увеличении площади соприкосновения с поверхностью сила давления уменьшается)
(слайд 32) Выступление математика Тимофея Петровича (ТП): «Позвольте, и мне вашему вниманию представить некоторую задачу, а вы (обращаясь к классу) попробуйте ее решить: кормушка пингвинов находится на расстоянии 1000 м от их стойбища. Пингвин пошел кормиться, на расстояние 100 м от кормушки находится его враг – тюлень. Пингвин и тюлень замечают друг друга одновременно. Тюлень устремился за пингвином, а пингвин направился в сторону стойбища. Успеет ли пингвин избежать опасности, если он за 2 часа преодолевает 90 км, а тюлень за 4 часа 96 км? (ответ детей)
Биолог СЗ: «Коллеги, спасибо за дополнения, давайте пригласим следующего питомца колибри Александрину!»
Выступление колибри Александрины:
(слайд 33) Здравствуйте! Это я – исполинский колибри. Меня зовут Александрина. Я являюсь самой большой колибри из всех существующих. Величина моего тела 22 см. А вообще мы, колибри, считаемся самыми маленькими птицами на планете!!! В целом насчитывается 350 видов колибри, и все мы живем в Америке, причем не только в тропиках и субтропиках, но и в других климатических зонах, вплоть до Аляски.
(слайд 34) Как и любое живое существо, мы имеем свою систематику:
Царство: Животные
Тип: Хордовые
Подтип: Позвоночные
Класс: Птицы
Отряд: Колибриобразные
Семейство: Колибри
(слайд 35-39) В нашем семействе есть самые разнообразные виды:
КОЛИБРИ АННЫ, КОЛИБРИ ДЛИННОХВОСТЫЙ, КОЛИБРИ ИЗУМРУДНЫЙ, КОЛИБРИ МЕЧЕКЛЮВЫЙ, КОЛИБРИ РАКЕТОХВОСТЫЙ, КОЛИБРИ РУБИНОГОРЛЫЙ, КОЛИБРИ ТОПАЗОВЫЙ, КОЛИБРИ-САПФО, колибри – пчелка.
Я питаюсь нектаром, который добываю из цветков. И могу делать это на лету, повиснув над чашечкой цветка. Мы можем делать до 78 взмахов крыльями в секунду. Впрочем, такой полет дается нам нелегко и забирает много энергии. По возможности я стараюсь присесть на цветок, пока пью нектар. Кроме того, умею летать задом наперед, другие птицы так не могут.
(слайд 40) Мое гнездышко такое же крошечное, как и я сама. Обычно оно размером с чашку и сделано из самых нежных материалов паутинок, шерстинок и мелких кусочков коры. Я подвешиваю его на веточке дерева или кустарника. В гнездышке лежат обычно 2 крошечных яичка. Они самые маленькие среди всех птичьих яиц составляют всего 12 мм в диаметре и весят 0,5 г.
(слайд 41) Я потребляю пищи на единицу веса в сто раз больше пищи слонов!!! Скорость обмена веществ у меня так велика, что даже шести-восьмичасовой интервал между приемами пищи грозил бы мне смертью от истощения. Но этого не происходит: ведь мой организм на ночь как бы окоченевает температура с обычных 40- 45 градусов снижается до температуры окружающего воздуха, обмен веществ замедляется в 1015 раз. А утром снова «оживаю» и начинаю неутомимо добывать пищу. Вот мне опять нужно подкрепиться.
(слайд 42) физик СГ: «Вот лично я, преклоняюсь перед вашим совершенством Некоторые виды колибри мигрируют к Канадским скалистым горам, когда снег все еще лежит на земле. При этом они умудряются поддерживать там температуру яиц на 25°C теплее, чем окружающий воздух. Как? Колибри способны иметь дело с низкими температурами, так как их перья обеспечивают одно из лучших птичьих изоляций благодаря большему количеству перьев на дюйм тела, чем у других маленьких и средних птиц. Перед миграцией они хранят 72% веса тела в жире, который более эффективен энергетически, чем углевод. Это требует определенной тонкой физиологической настройки внутри. Здесь объяснения бессильны, я способен только восхищаться!!!»



(слайд 43, фильм про колибри) математик ТП:
«Вот что я хочу добавить. В воздухе колибри демонстрирует фигуры высшего пилотажа, они могут летать вперед, назад, вверх-вниз, в стороны. Когда колибри зависает в воздухе , ее крылья описывают кривую. Это плоская кривая в виде восьмерки. Швейцарский математик Якоб Бернули еще в 17 веке интересовался разного вида кривыми. Траектория движения крыльев колибри была одной из таких кривых. Ее назвали ЛЕМНИСКАТОЙ – алгебраическая кривая 4-го порядка.

Кривая задана формулой: х2+у22-2с2х2-у22=а4-с4

Если мы раскроем скобки, то получим многочлен.
в данном случаи а – это произведение расстояний от фокусов до любой точки кривой, с – это половина расстояния между фокусами.

Если в формуле левая часть не будет равна правой, то кривая разобьется на две части.



Одна половина этой кривой имеет идеальную форму яйца в разрезе.

Биолог СЗ: «Следующему гостю уже не терпится рассказать о себе. Встречаем бурными аплодисментами: Орел Кеша!»
Выступление орла Кеши:
(слайд 44) Здравствуйте! Меня зовут орел Кеша!
(слайд 45) В систематики органического мира я отношусь к
Царство: Животные
Тип: Хордовые
Подтип: Позвоночные
Класс: Птицы
Отряд: Соколообразные
Семейство: Ястребиные
Подсемейство: Орлиные
Род : Орёл
Вид: Орёл-могильник
(слайд 46-49) В моем подсемействе у меня есть много родственников, вот некоторые из них: Испанский орёл-могильник, Беркут, Степной орёл, чёрный орёл ( орёл Верро), Орёл-карлик, Орёл-яйцеед, Боевой орёл, Нарядный орёл.
(слайд 50) Я, Орел-могильник ! Размерами лишь немного уступаю самому большому орлу беркуту.
(слайд 51) Свое немного страшное название я получил за то, что часто сооружаю свои гнезда на могильных курганах.
(слайд 52) Старые орлы-могильники имеют темно-бурый окрас с четкими белыми пятнами на плечах.
У молодых птиц окрас светлее, а на оперении хорошо видны белые полосы.
Мы водимся в Юго-Восточной Европе, в Средней Азии, изредка встречаются в Крыму, но больше всего их в Казахстане. Самка орла-могильника, как правило, откладывает два-три яйца. Высиживает их пара совместно около 45 дней. Птенцов родители кормят до 65-77-ми дневного возраста.
(слайд 53) Еда может быть самая разнообразная, в зависимости от места проживания. Чаще всего это мелкие грызуны (полевки, суслики, мыши, пищухи). Не равнодушны орлы-могильники и к грачам.
(слайд 54) Орлы могильники занесены в Красную Книгу России.
Но не смотря на запрет на нас все равно охотяться . К сожалению, вероятность исчезновения моего вида очень велика.
Биолог СЗ: «Итак, Тимофей Петрович, дополняем.»
(слайд 55) Математик ТП: «Посмотрите на иллюстрации, как вы можете увидеть, симметрия целого точна, а симметрия отдельной части целого является не точной симметрией. Таким частям присуща асимметрия. Да, птицы, яйца птиц симметричны. Его перо должно быть симметрично, стороны параллельны, Равномерная ширина пуха, закругленный кончик пера. Даже численная, массовая симметрия очень важна. при выпадении пера из одного крыла наступает асимметрия крыльев, то для точного поддержания баланса и аэродинамических свойств, не обходима симметрия крыльев, которая достигается потерей такого же пера в другом крыле.»
Физик СГ: «И мне есть что сказать. Итак, орлы могут летать с высокой скоростью, объясняется это тем, что крылья орла состоят из длинных перьев, отстоящих концами друг от друга, как пальцы на руке. Они обеспечивают мощь и плавность полета. Потоки воздуха обтекают перья сверху быстрее, чем снизу, и, таким образом, создается подъемная сила. Разница в скорости обтекания потоков создает завихрения воздуха у кончиков крыльев, а это, по идее, должно увеличивать сопротивление воздуха, замедляя тем самым полет. Однако, из-за того, что на конце крыльев перья «растопырены», - вместо одного большого завихрения создается множество мелких. Ученые предполагают, что эти завихрения гасят друг друга и, таким образом, сопротивление воздуха компенсируется, позволяя орлу летать практически бесконечно. Орел машет крыльями, в основном, лишь в моменты отрыва от земли и – для резкого ускорения, когда он преследует добычу. Во время же парения, орел лишь «шевелит» кончиками крыльев и направляет полет, поворачивая перья.»
Биолог СЗ: «А сейчас я приглашаю к нам удивительную птицу!»
(слайд 56) Выступление страуса Эммы:
(слайд 57) Привет, привет! Меня зовут Эмма!!! Конечно же вы догадались, что я страус!
Наша систематика проста:
Царство: Животные
Тип: Хордовые
Класс: Птицы
Отряд: Страусообразные
Семейство: Страусовые
Род: Страусы
Вид: Страус африканский
Отр: Нандуобразные
Сем: Нандувые
Род: Нанду (2 вида)
Отр: Казуаровые
Сем: Казуаровые ( 2 вида)
Сем: Эму (1 вид)
(слайд 58) О том, что Я самая большая птица в мире, вам может быть и известно. А как насчет того, что я могу откладывать самые большие яйца из всех птиц? Или о том, что Я самое быстрое в мире существо, бегающее на двух ногах?
Вот что я расскажу о себе:
(слайд 59)
1. Мой вес составляет в среднем 64-131 кг, а высота достигает 2-2,5 метров.
2. Могу бегать с максимальной скоростью 98 км/ч, что делает меня самой быстрой птицей на планете и самым стремительным среди существ, передвигающихся на двух ногах.
(слайд 60)
3. Вопреки распространенному мнению, Я не прячу голову в песок. Этот миф появился благодаря Плинию Старшему , который писал, что страусы «прячут в кустарник только голову и шею и при этом считают, что их не заметят».
(слайд 61)
4. Яйца страуса самые большие среди всех птичьих яиц, а желток их представляет собой одну огромную клетку.
5. Из одного страусиного яйца получится столько же яичницы, как из 25 куриных.
(слайд 62)
6. Размах моих крыльев достигает двух метров. Самцы страуса используют крылья во время брачных ритуалов и для защиты своих страусят. К сожалению, летать Я не умею.
(слайд 63)
7. Питаюсь в основном зеленью кустарников, зернами, фруктами и цветами, иногда также насекомыми, например, саранчой. Зубов у меня нет. Я глотаю мелкие камушки и гальку, которые помогают измельчению пищи в желудке.
(слайд 64)
8. Мои перья , используют для декора, а кожа в промышленности так как является очень прочной.

(слайд 65)
9. У меня всего по два пальца на каждой лапе (у большинства птиц по четыре). Ноготь есть только на большом пальце. На втором пальце ногтя нет. Считается, что малое число пальцев помогает страусу так быстро бегать.
10. Зимние месяцы мы проводим парами или в одиночестве. Только 16% популяции страусов живут группами больше двух птиц.
(слайд 66)
Живут страусы до 3040 лет. Способными к размножению страусы становятся в 24 года.

Физик и Математик (вместе): «Ну здесь добавить нечего, остается только поаплодировать!!!»
Математик ТП: «Итак, вы прослушали некоторую информацию».
Физик СГ: «А теперь хотелось бы проверить!!!»
Биолог СЗ: «Что отложилось у вас в голове!»
Математик ТП: «Внимание на экран!» (слайд-кроссворд).
Учащиеся вместе с учителем физики разгадывают кроссворд по птицам, изученными на уроке.
(слайды с ребусами) Учитель биологии вместе с учащимися разгадывают ребусы представленные на слайдах.

Подведение итогов урока
УБ: (слайд 67) сегодня на нашем интегрированном уроке, на примере птиц, мы убедились, что к любым объектам живой природы применимы как математические, так и физические законы. И любые процессы жизнедеятельности организмов подчиняются тем же законам!
УМ: (слайд 68)
«А теперь домашнее задание: найдите размеры яйца страуса, курицы и колибри. Запишите соотношение их размеров. Во сколько раз яйцо колибри меньше яиц курицы и страуса?


Рефлексия: перед уроком учащиеся и гости урока получают карточки розового, желтого, зеленого цветов. После подведения итогов (слайд 84) каждый участник процесса поднимает ту карточку, которая соответствует его эмоциональному настроению относительно урока.
Звенит звонок конец урока!!!! ( ( (







Рисунок 215