Сценарий открытого урока

Сценарий интегрированного урока
по теме:
«Изучение физических свойств крыльев насекомых».
11 класс.
Учебно-воспитательные задачи:
1.Образовательная цель:
Развитие межпредметных связей (биология+физика);
повторение курса зоологии;
повторение явления дифракции, дисперсии, интерференции, рассеивания света; изучение
физических свойств крыльев насекомых; объяснение световых явлений на крыльях
насекомых с точки зрения биологии и физики;
2. Воспитательная цель:
Формирование основ научного мировоззрения; формирование коммуникативной,
информационной
компетентности
учащихся;
формирование
компетентности
самоорганизации и самообразования учащихся;
3. Развивающая цель:
Развитие мышления, воображения, памяти, внимания; сенсорной сферы (чувств, эмоции);
Вид урока: Интегрированный (биология+физика);
Тип урока: Комбинированный; закрепления ЗУН с применением ИКТ;
Форма урока: Урок – лекция с применением ИКТ;
Форма работы: Индивидуальная;
Демонстрации: Коллекция бабочек, стрекоз; лиофобной поверхности крыла; отражения,
преломления и рассеивания луча на поверхности крыла; дифракции от щели, дифракционной
решетки, дифракционных спектров, дифракции от крыла;
Материалы и оборудования: Интерактивная доска; микроскоп «Биолан Р12»; проектор;
компьютер, источник света - полупроводниковый лазер с блоком питания STL 650 – 1;
цифровой фотоаппарат «Canon» РС – 1060, 4 Мп; экран; подставка; дифракционная решетка
50 штр/мм; 150 штр/мм; основание штатива; стойка штатива; крылья бабочки в рамке;
стрекоза; слайды «Редкие и исчезающие насекомые»;
План урока: 1. Орг. момент – 3 мин
2. Проверка ЗУН – 7 мин
3. Изучение нового материала – 20 мин
4. Закрепление нового материала, выводы – 7 мин
5. Д/З -3 мин
Ход урока:
1. Орг. момент – 3 мин
Приветствие, перекличка.
2. Проверка ЗУН – 7 мин.
1. Вопросы устного опроса:
- Что такое э/м волна?
- Что такое э/м излучение?
- Какие величины характеризуют э/м волны?
- Перечислите виды э/м волн, излучений.
- Перечислите свойства э/м волн.
- Что такое дифракционная решетка?
2. Письменное решение задач: С-1605, 1608
3. Изучение нового материала:
Учитель физики (слайды 1,2,3): Сегодня на уроке мы используем фотографии сделанные
членами кружка «Юный биофизик», учениками 9-го «б» класса Афанасьевым Семеном и
Волковым Айалом. Они занимались в кафедре Экспериментальной физики ФТИ ЯГУ им.
М.К.Аммосова и изучали биофизику. Одной из их исследовательских работ является
«Изучение физических свойств крыльев насекомых». Работали в лабораториях ФТИ и БГФ.
Для исследований использовали микроскоп «Биолан Р12» и собрали установку, кот. вы
видите на фотографии «Лазер – крыло – экран».
Учитель биологии (слайд 4):
Тип членистоногие
Тип Членистоногие
Класс ракообразные
Класс насекомые
С неполным
превращением
Класс паукообразные
С полным
превращением
Отряд клопы
Отряд чешуекрылые
Отряд прямокрылые
Отряд жесткокрылые
Отряд равнокрылые
Отряд перепончатокрылые
Отряд двукрылые
Отряд стрекозы
Тип членистоногие делится на классы: ракообразные, насекомые, паукообразные. Насекомые
– самый большой класс животных. Полагают, что их не менее 1,5 млн. видов, больше, чем
всех других животных. Подсчитали, что на каждого человека на Земле приходится 250 млн.
насекомых. Так что Земля – планета насекомых. Несмотря на неподдающееся учету
разнообразие, все насекомые устроены, в общем одинаково. Они имеют голову, грудь и
брюшко. Все имеют три пары конечностей. Многие из них имеют крылья. К насекомым
относятся отряды чешуекрылые, стрекозы, перепончатокрылые, двукрылые и другие.
Сегодня на уроке более подробно остановимся на отряде чешуекрылые и стрекозы. Точнее
рассмотрим с физической стороны строение их крыльев и постараемся объяснить
физические свойства крыльев насекомых.
Учитель биологии (слайды 5,6,7): Посмотрите на фотографии бабочек. Мы всегда в летнее
время восхищаемся красотой и грациозностью бабочек. Существует 140 тыс. видов бабочек.
Бабочки – это насекомые с двумя парами чешуйчатых крыльев, с сосущим ротовым
аппаратом, свернутым спиралью.
При ближайшем рассмотрении оказалось, что крылья бабочки покрыты чешуйками.
Чешуйки часто ярко окрашены и образуют на крыле красивый, затейливый рисунок.
Чешуйки имеют очень тонкое строение, из-за чего при неаккуратном обращении они легко
стираются, как оказалось это является следствием эволюции, и это приспособление помогает
бабочкам не прилипать к паутине. Чешуйки обладают способностью отражать и преломлять
свет, что и объясняет яркую окраску крыльев. Если с крыла бабочки аккуратно снять
чешуйки, то будут видны жилки, особенности их расположения используются при
определении бабочек.
Учитель физики (слайды 8,9):
Внимательно рассмотрите снимок крыла бабочки. Как вы поняли, крыло состоит из чешуек.
По снимку, сделанному через микроскоп, измерим размер одной чешуйки. Смотрите снимок
со шкалой и определите размер одной чешуйки.
Ученики:
1 деление=0,002127мм
1 чешуйка=3деления
Размер 1 чешуйки=0,002127мм*3=0.006381мм=6,38 мкм
Учитель биологии (10,11,12,13): Сегодня на уроке будем говорить и о стрекозах. В мире 3
тыс. видов стрекоз. Стрекозы – активные хищники, охотящиеся в полете. Ротовые органы,
грызущие с сильными верхними челюстями. Усики короткие, щетинковидные. Фасеточные
глаза крупные. Брюшко длинное, десятичлениковое. Стрекозы – бимоторные насекомые. У
всех без исключения видов имеется две пары сетчатых крыльев. В полете каждая пара
работает самостоятельно. Длина крыльев от 1,5 до 12 см, размах крыльев от 1 до 11 см.
Крылья стрекозы не имеют чешуек. Крылья прозрачны и имеют жилки.
Учитель биологии (слайды 14 – 19): Как защищаются насекомые от намокания? Защита от
избыточной воды жизненно необходима насекомым: намокнув, они потеряли бы
способность летать. На фотографиях мы видим красивые фотографии капелек жидкости на
крыльях бабочки и стрекозы. Использовали воду с перманганатом калия. Капли жидкости на
крыльях не теряют сферическую форму.
Учитель физики (слайды 14 - 19): Были сделаны фотографии лиофобной поверхности
крыльев, т.е. детально рассмотрено явление несмачиваемости крыльев. Оказалось, что
крылья бабочки и стрекозы обладают способностью отталкивать водные капли. Крылья
покрыты отдельными «крупинками» гидрофобного вещества диаметром в несколько
нанометров. Такую поверхность называют лиофобной, т.е. краевой угол больше 90 градусов.
Попав на такую поверхность, капля принимает форму, близкую к сферической, и легко
скатывается с нее, унося с собой частицы загрязнений. Лиофобную поверхность применяют
при изготовлении красящих веществ,
плазменных экранов телевизоров, объективов
фотоаппаратов, экранов компьютеров и т.д.
Определите краевой угол капли.
Ученики: По фотографиям определяют краевой угол капли.
Учитель биологии (слайды 21 -24): Крылья бабочки за счет игры солнечных лучей
переливаются. Такой эффект мы можем наблюдать на дисках. Оказывается, крылья бабочек
переливаются за счет игры солнечных лучей на крошечных чешуйках. Свет по-разному
отражается от слоев кератина на крыльях бабочки. Кератин – это белок, из которых состоят
чешуйки. Свет на крыльях стрекозы отражается под разным углом от неровной,
структурированной поверхности. Как мы видели на фотографиях, крылья стрекозы
прозрачны и имеют огромное количество поперечных и продольных жилок.
Учитель физики (слайды 21-24): По установке «Лазер – крыло – экран» в затемненном
помещении были получены снимки рассеивания света от крыла стрекозы. Стрекозу
прикрепили булавкой на обычный карандашный клей. Эти фотографии очень эффектные и
могут служить «вдохновением» для творческих личностей. Фотографии напоминают
космические явления. Нужный эффект можно получить изменив угол падения луча. Сейчас
перед вами продемонстрируем этот опыт.
Учитель биологии (26-30): Завершим изучение физических свойств крыльев насекомых,
объяснением механизма формирования цвета у бабочек с мерцающими и переливающими
оттенками крыльев.
Учитель физики (26-30): Это объясняется интерференцией, дифракцией, дисперсией света и
тем, что крыло покрыто своеобразными углублениями, стенки которых одного цвета, а дно
другого. Поскольку эти образования очень малы, человеческий глаз не может различить
истинные цвета крыльев, а видит только преломленный свет нового спектра. Размер одной
чешуйки мы определили с помощью микроскопа. Теперь определим с помощью
дифракционной картины d, т.е. постоянную (период) дифракционной решетки крыла
бабочки и сравним полученные результаты.
Соберем установку «Лазер – крыло – экран». Крыло бабочки аккуратно разрежем. Должны
получить квадрат. Этот квадратный кусок крыла прикрепляем в картонную рамку. Теперь
можно рассмотреть дифракционную картину крыла. На экране получаем спектр первого
порядка.
Мы знаем, что дифракция света – это отклонение света от прямолинейного распространения
на резких неоднородностях среды. Дифракционная решетка – это когда на стеклянной,
прозрачной пластине имеется N-ое количество щелей. В 1 мм. может быть 50, 100, 1000 и
т.д. щелей. Величину d=a+b называют постоянной (периодом) дифракционной решетки, где a
– ширина щели, b – ширина непрозрачной части. А что является дифракционной решеткой
крыла бабочки?
Ученики: Мы рассмотрели увеличенный снимок крыла бабочки и знаем, что чешуйки
расположены симметрично друг к другу, размер одной чешуйки приблизительно равен 6,38
мкм и между чешуйками есть пространства, через которую проходит свет. Т.е. щелью
является дно крыла между чешуйками, непрозрачной частью является чешуйка.
Определим постоянную дифракционной решетки крыла бабочки по формуле:
Решим:
Сравните полученные данные и запишите выводы измерений в тетрадь.
Выводы урока:
Учитель физики: После просмотра слайдов, какие выводы вы сделаете?
Ученики:
1. При ближайшем рассмотрении оказалось, что крылья бабочки покрыты чешуйками. У
стрекозы крыло прозрачное и имеет жилки.
2. Было детально рассмотрено явление несмачиваемости крыльев бабочки и стрекозы.
3. Изучено отражение, преломление, рассеивание света на крыле бабочки и стрекозы.
4. Изучена дифракция на крыльях бабочки и стрекозы. Получена дифракционная картина
крыла бабочки и вычислена постоянная дифракционной решетки крыла. Благодаря этому мы
можем иметь представление о размере одной чешуйки.
5. Механизм формирования цвета у бабочек с мерцающими и переливающимися различными
оттенками крылышками объясняется интерференцией света, дисперсией света и тем, что
крыло покрыто своеобразными углублениями, стенки которых одного цвета, а дно - другого.
Поскольку эти образования очень малы, человеческий глаз не может различить истинные
цвета крыльев, а видит только преломленный свет нового спектра.
Учитель биологии:
В условиях сурового климата и интенсивного освоения территории Якутии хрупкий мир
насекомых более уязвим. Сейчас мы посмотрим, какие редкие и исчезающие виды бабочек
обитают в нашей Якутии.
Просмотр слайдов « Редкие и исчезающие бабочки».
Насекомые, в том числе бабочки и стрекозы чрезвычайно чувствительны к любому
нарушению и загрязнению среды их обитания. Бабочки и стрекозы являются ярким
биоиндикатором качества окружающей среды. Богатый видовой состав чешуекрылых
свидетельствует о чистоте природы. Как и цветы, бабочки являются истинным украшением
природы. Они обогащают мир своим разнообразием видов, цветов. Берегите хрупкий мир
насекомых.
Учитель физики: В век новых технологий человек сильно упрощает природные экосистемы
для обустройства своего местообитания. Все больше денежных, временных, энергетических
и материальных ресурсов используется для поддержания этих упрощенных экосистем. Наша
задача – сохранить баланс между упрощенными экосистемами и природными экосистемами.
Мы обязаны возместить природе нанесенный нами ущерб, используя все интеллектуальные
ресурсы, новые технологии. Ведь, все в природе взаимосвязано, и мы живем в ней все
вместе! Берегите природу!
Д/З:
Задание№1. Заполнить таблицу.
№
№
Отряды насекомых
Вид
излучения
Представители
Характерные признаки
отряда
Задание №2. Заполнить таблицу.
Диапазон
длин и
Источники
Свойства
частот
примеры
Применение
Методическая литература:
1. Рябоволов Г.И. и др. Планирование учебного процесса по физике. – М.: Высшая
школа, 1991.
2. Журнал «Физика в школе». – М.: Школа-пресс, 2006.
3. Усова А.В., Бобров А.А. Формирование учебных умений и навыков учащихся на
уроках физики. – М.: Просвещение,1988.
4. Панов Н.А., Савин А.Д., Тимофеев А.В. – Домашняя работа по физике за 10-11
классы. - М.: Просвещение, 2001.
5. Маркина Г.В. Физика 11 класс. Поурочные планы.- Волгоград.: Учитель,2004.
6. Рохлов В., Теремов А., Петросова Р. Занимательная ботаника.- М.:АСТ-ПРЕСС,1998.
7. Самойленко П.И. Повышение эффективности обучения по физике.- М.: Высшая
школа, 1993.
8. Мартынова Н.К. Книга для учителя. – М.: Просвещение,2002.
9. Каймук Е.Л., Винокуров Н.Н., Бурнашова А.П. Насекомые Якутии. Бабочки. –
Якутск.: «Бичик», 2005.
Медиаресурсы:
1. Библиотека электронных наглядных пособий «Физика 7-11». – ГУ РЦ ЭМТО, Кирилл
и Мефодий, 2003.
2. Учебное электронное издание «Физика. 7-11 классы. Практикум. 2СД». – ООО
«Физикон» www.physicon.ru.
3. Интерактивный курс физики 7-11. – ООО «Физикон», 2004-MSC Software Co, 2002
(русская версия «Живая физика» ИНТ, 2003). - www.physicon.ru.
4. Образовательная коллекция «Открытая физика 1.1». – ООО «Физикон»,2002
www.physicon.ru.
5. Уроки биологии Кирилла и Мефодия. Животные. 7 класс. – ООО «Кирилл и
Мефодий», 2005.
6. Уроки биологии Кирилла и Мефодия. Общая биология. 11 класс. – ООО «Кирилл и
Мефодий», 2007.