Проектная деятельность.
проект по окружающему миру на тему

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 883

(125480, г. Москва, ул. Виллиса Лациса, д. 11, к.2)

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПРОЕКТНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ

«БУДУЩЕЕ НАЧИНАЕТСЯ СЕГОДНЯ»

СЕКЦИЯ «МАТЕМАТИКА И МИР ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ»

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКО-КОНСТРУКТОРСКАЯ РАБОТА

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ЖИВОЙ ПРИРОДОЙ В КОНСТРУИРОВАНИИ

Выполнил:

Кудрявцев Александр Олегович, 3 класс «Б»

г. Москва,

 ул. Вилиса Лациса, д.23, к. 4, кв. 24

Руководитель:

Кибзий Елена Григорьевна,

учитель начальных классов ГБОУ СОШ № 883

Москва

2017

ОГЛАВЛЕНИЕ

Паспорт проектной работы……………………………………………………..3

Введение………………………………………………………………….   ……5

1. Знакомство с венериной мухоловкой (дионеей)………………………  ….8
2. Наблюдение за поведением растения во время ловли и

потребления пищи…………………………………………….…………….10

3. Конструирование мини-робота………………………………………… ….12

Заключение……………………………………………………………………    14

Список использованных источников..……………………………………… ..16

ПАСПОРТ ПРОЕКТНОЙ РАБОТЫ

1. Исследовательско-конструкторская работа на тему:

«Использование наблюдений за живой природой в конструировании».

2. Состав проектной группы:

Кудрявцев Александр Олегович, ученик 3 класса;

Козикова Елена Николаевна, мама ученика.

Научный руководитель:

Кибзий Елена Григорьевна, учитель начальных классов.

3. Проект состоит из трех частей.

1.  Первая часть – теоретическая. С помощью имеющейся учебной и справочной литературы и сведений, полученных из интернета, знакомимся с жизнедеятельностью хищного растения венериной мухоловки.
2. Вторая часть – исследовательская. Изучаем поведение растения во время ловли и потребления пищи.
3. Третья часть – практическая. Конструируем мини-робота из деталей и элементов конструктора Lego и программируем этого робота с помощью  визуальной среды программирования Scratch 2.0, применяя знания, полученные в результате изучения теоретического материала и наблюдений за венериной мухоловкой.

4. Материально-техническое обеспечение проекта:

1. растение венерина мухоловка (дионея),
2. учебная, справочная литература, интернет,
3. детали и электро-механические элементы конструктора Lego WeDo Перворобот,
4. персональный компьютер,
5. визуальная объектно-ориентированная среда программирования Scratch 2.0.

ВВЕДЕНИЕ

Проблема и актуальность исследования и проекта.

С развитием технического прогресса в нашу жизнь вошли роботы. Мы каждый день пользуемся сотовыми телефонами, компьютерами, ездим на машинах, поднимаемся на лифтах, пользуемся различными автоматами для покупки еды, газет, билетов и т.д.

Роботы – это механические помощники человека, которые выполняют работу по заложенной в них программе и могут реагировать на то, что их окружает. Роботы изменили жизнь человека, и уже во многом человечество не может без них обойтись.

При решении проблемы создания роботов одним из естественных путей является копирование человека и живой природы вообще. Инженеры и конструкторы «учатся» у разных живых организмов: повторяют их анатомические особенности, принципы движения, скрытые природные «технологии» и отличительные свойства.

Проведенные нами исследования и выполненная работа относятся к такой области науки как бионика. Био́ника (от др.-греч. βίον — живущее) — прикладная наука о применении в технических устройствах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы. Проще говоря, бионика — это соединение биологии и техники.

Венерина мухоловка (дионея) – действительно очень интересное растение, произрастающее в земле, получающее питание из почвы, воздуха, света и влаги, и в то же время дополнительно потребляющее  в пищу других живых существ, что характерно для хищных животных. Строение венериной мухоловки оптимально именно для той жизненной активности, которую ведет это растение.  Процесс охоты и питания у венериной мухоловки очень четкий, «продуманный», без лишних движений.

Функционирование любого робота отвечает тем же критериям: логичность, экономия ресурсов, результативность. Вот почему мы выбрали  венерину мухоловку в качестве Объекта исследования и образца для создания мини-робота.

Предметом исследования является возможность копирования  строения и уникальных функций живых организмов в конструировании роботов (на примере венериной мухоловки).

Цель данного проекта - создание мини-робота из деталей и элементов конструктора Lego и программирование этого робота с помощью  визуальной среды программирования Scratch 2.0, применяя знания, полученные в результате изучения строения и жизнедеятельности растения венерина мухоловка.

Задачи проекта:

а) Получить информацию о строении и жизнедеятельности яркого представителя хищных растений – венериной мухоловки (дионеи);

б) Изучить процесс ловли и потребления пищи;

в) Сконструировать мини-робот, имитирующий поведение венериной мухоловки в процессе ловли и потребления пищи, тем самым продемонстрировать возможность и целесообразность заимствования «идей» у природы.

Гипотеза:

Если изучить строение и жизненные процессы венериной мухоловки и попытаться применить их при конструировании робота-ловушки, то процесс создания такого робота будет легким, понятным и результативным.

Методы исследования:

1. Эмпирические методы: наблюдение, измерение и сравнение.

С помощью этих методов мы изучали строение и жизнедеятельность венериной мухоловки, поведение растения в процессе потребления пищи, изменение во внешнем облике растения на разных стадиях активности.

2. Экспериментально-теоретические методы: анализ, моделирование, гипотетический, логический, обобщение.

С помощью этих методов собирали факты о жизнедеятельности венериной мухоловки, систематизировали их, выявляли зависимости, определяли причины и следствия в поведении растения.

1. ЗНАКОМСТВО С ВЕНЕРИНОЙ МУХОЛОВКОЙ (ДИОНЕЕЙ)

СЛАЙД 3

Венерина мухоловка (лат. Dionaea muscipula) — вид хищных растений семейства росянковые. Это небольшое травянистое растение с розеткой из 4-7 листьев, которые растут из короткого подземного стебля. Листья размером от трёх до семи сантиметров, в зависимости от времени года, длинные листья-ловушки обычно формируются после цветения.

СЛАЙД 4

 С помощью нижней половины листа хищник, как и любое другое растение, питается светом, в то время как верхняя  половинка листа занимается ловлей добычи. В мае и июне венерина мухоловка цветёт очень красивыми белыми цветами, из которых можно получить семена.

Растёт на торфяных болотах. Недостаток азота и других минеральных веществ в болотистых почвах является причиной появления ловушек: насекомые служат источником азота, необходимого для синтеза белков.

В природе венерина мухоловка питается насекомыми, иногда моллюсками (слизнями). Произрастает во влажном умеренном климате на Атлантическом побережье США. Может выращиваться как комнатная культура.

СЛАЙД 5

Строение ловушки (верхней части листа) довольно примечательно:

• ловушка состоит из двух движущихся долек, напоминающих створки ракушек,
• по их краям расположены острые зубчики, поэтому внешне эти дольки чем-то схожи с челюстями;
• на поверхности каждой створки можно увидеть три длинные и упругие щетинки;
• на поверхности створок находится огромное количество красных железок, выделяющие жидкость, которая растворяет пойманных насекомых.

Чтобы привлечь добычу, листья дионеи выделяют соблазнительно пахнущий нектар, который и привлекает жертв.

За время жизни ловушки в неё в среднем попадают три насекомых.

Как видно, венерина мухоловка – хорошо изученное растение. А широкая известность этого растения отчасти вызвала сокращение его численности в дикой природе.

2. НАБЛЮДЕНИЕ ЗА ПОВЕДЕНИЕМ РАСТЕНИЯ

 ВО ВРЕМЯ ЛОВЛИ И ПОТРЕБЛЕНИЯ ПИЩИ

СЛАЙД 6

При попадании в ловушку насекомое задевает одну из шести щетинок. В этот момент у него ещё есть шанс спастись, так как в первый раз механизм не срабатывает. Это предосторожность со стороны растения на тот случай, если в него случайно попадёт песчинка или соринка (словом, что-нибудь не пригодное для пищи). Этот механизм-предосторожность очень важен для венериной мухоловки, потому что ловушка, один раз закрывшись впустую, сможет открыться лишь на следующий день. Таким способом растение экономит свои ресурсы, защищает себя от напрасной траты энергии.

Когда жертва второй раз задевает щетинку – она попалась! В этот раз капкан резко захлопывается, насекомое оказывается зажатым между двумя дольками листа, даже не успевая уйти. Однако зубчики листа пока сходятся неплотно, образуя решётку. Поэтому, если насекомое очень маленькое, оно может убежать, проскользнув между зубчиками-ресничками. Здесь мы так же видим механизм-защиту растения от напрасной траты энергии. Венерина мухоловка «старается» поймать жертву покрупнее.

Если добыча не смогла освободиться, она продолжает стимулировать внутреннюю поверхность лопастей листа. В конце концов, края листов смыкаются, полностью закрывая ловушку и формируя «желудок», в котором происходит процесс переваривания. Переваривание занимает приблизительно 10 дней, после чего от добычи остается только пустая хитиновая оболочка. После этого ловушка открывается и готова к поимке новой добычи.

Мы видим, насколько гениально приспособилась венерина мухоловка к превратностям окружающей среды, в частности, к недостатку азота в почве, к необходимости экономить жизненную энергию. И насколько безукоризненно форма и строение венериной мухоловки способствуют осуществлению жизненных функций растения.

3. КОНСТРУИРОВАНИЕ МИНИ-РОБОТА ВЕНЕРИНА МУХОЛОВКА

СЛАЙД 7

Из деталей конструктора Lego собираем мини-робот, своим внешним видом напоминающий огромную ловушку венериной мухоловки. Стараемся повторить форму створок ловушки, оптимальную для поимки и удержания достаточно крупного насекомого, и сохраняем зубчики, благодаря которым дольки ловушки смыкаются более плотно.

СЛАЙД 8

К створкам ловушки подсоединяем через втулки, оси и шестеренки мотор, приводящий эти створки в движение. Мотор, закрывающий створки ловушки, приходит в движение только в том случае, когда в ловушку залетает «муха» и ее чувствует датчик расстояния, подсоединенный к мотору и находящийся внутри ловушки. Скорость закрытия створок задаем достаточно высокую, чтобы наша «муха», подобно настоящей мухе, «не успела» освободиться. Чтобы было понятно, что маленький крестик из деталей Lego – летящая муха, записываем звук жужжания насекомого, который проигрывается, когда «муха» «подлетает» к ловушке.  После того, как «муха» «съедена» ловушкой, створки открываются для ловли следующей «мухи». Процесс «переваривания мухи» представлен звуками чавканья.

Как и настоящая ловушка венериной мухоловки, ловушка-робот ловит и «ест» трех «мух», после чего ловушка перестает функционировать («отмирает»).

СЛАЙДЫ 9, 10

Мини-робот Венерина Мухоловка через порт USB подсоединяется к компьютеру и функционирует благодаря программе, написанной специально для него в среде программирования Scratch 2.0.

СЛАЙДЫ 11,12

Полученные знания о строении и жизнедеятельности венериной мухоловки мы применили для создания и программирования мини-робота из деталей и элементов конструктора Lego WeDo. Поскольку при конструировании робота-ловушки мы старались максимально копировать форму и поведение растения, наш робот получился действенным, гармоничным и в меру привлекательным. Многие конструкторские решения, например, форму ловушки, нам «подсказала» сама природа. Скорость закрытия ловушек и наличие у них зубчиков для более плотного смыкания тоже были «подсмотрены» у живой венериной мухоловки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Нет ничего более совершенного, чем природные системы. Если говорить об объектах природы, то видно, что их функциональные и адаптивные способности в целом значительно выше, чем у объектов, созданных человеком.

Природа открывает перед инженерами и учеными безграничные возможности по заимствованию технологий и идей. Человечество сможет создавать более производительные, адаптивные и эстетичные  механизмы, если будет учиться у природы, исследовать ее формы, цвета, свойства, структуры, взаимосвязи, а затем применять полученные знания в своей производственно-хозяйственной деятельности.

В результате проделанной работы мы познакомились с ярким представителем хищных растений – венериной мухоловкой (дионеей), изучили ее строение, процесс ловли и потребления пищи. Установили, что именно благодаря особенностям строения своих ловушек венерина мухоловка весьма эффективно осуществляет процесс ловли и потребления пищи.

Полученные знания о строении и жизнедеятельности венериной мухоловки мы применили для создания мини-робота из деталей и элементов конструктора Lego WeDo и программирования этого робота с помощью  визуальной среды программирования Scratch 2.0.

На примере конструирования робота-ловушки мы показали, что людям целесообразно учиться у такого «гениального мастера», как природа. Причем заимствование идей у природы может быть полезно для любой области знаний, будь то конструирование, архитектура, медицина и даже педагогика. Исследование особенностей живых организмов дает человечеству новые идеи для технического конструирования и решения проблем экономии ресурсов, с которыми столкнулось человечество. Главное – внимательнее присмотреться к тому, что нас окружает.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Голиков Д. Scratch для юных программистов. – М.: BHV, 2017.

Круглов А. Живая сталь// Совершенно секретно. – 2014. - № 216/311.

Маккалистер Р. Все о растениях хищниках. – М.: Кристалл, 2014.

Хищные растения// Клепа. – 2012. - № 4.

https://ru.wikipedia.org/

https://scratch.mit.edu/