«Воспроизведение звуков в животном мире. Биоакустика»

Цели урока:

• 
  Образовательная – совершенствование знаний учащихся о звуковых волнах, их характеристиках с точки зрения физики; изучение механизма передачи и восприятия звука живыми организмами; формирование представления о науке – биоакустике.
  
• 
  Развивающая – развитие мышления учащихся, умений устанавливать причинно-следственные связи; интереса к предмету на основе интеграции знаний;
  
• 
  Воспитательная – формирование навыков публичных выступлений, поиска информации и методов работы с информацией.
  

"Постижение языка животных - это древняя, как само человечество, мечта" К. Фабри

"Задача сохранения животных требует их понимания" Н. Тинберген

Ход урока.

1. 
   Организационный момент.
   

2. 
   Мотивация.
   

Причина этих мечтаний понятна. Миллион лет человек очень тесно соприкасается с животными, слишком велика его зависимость от них: ведь животные - это и вкусная и питательная еда, и одежда, и всевозможные предметы обихода, наконец, животные - это и смертельные враги.

Выследить и добыть зверя на охоте, избежать его клыков, сделать из зверей помощников, приручив их, - все это требует глубокого понимания поведения животных.

Термин "язык животных" биологи долгое время писали в кавычках, но сейчас признали правомерность этого понятия для обозначения способности животных общаться друг с другом.

3. 
   Актуализация опорных знаний.
   

4. 
   Изучение нового материала.
   

1. Внутривидовое общение:

а) между представителями разных полов одного вида в период размножения (поиск полового партнера или борьба с соперником за возможность спаривания);

б) забота о потомстве (поиск пищи, сигналы опасности)

в) у общественных животных совместный поиск пищи, коллективная защита;

г) мечение территории.

2. Межвидовое общение:

а) жертвам дает возможность избежать нападения хищника, а хищнику - ее обнаружить;

б) взаимодействие между конкурирующими видами.
2) Учитель физики: Только ли с помощью слышимых звуков общаются животные? ( Ответ: Нет. Животные могут общаться с помощью ультра и инфразвуков.)

Сообщение учащегося Ультра- и Инфразвук. (слайд 5,6)

3) Интерактивное упражнение. Сопоставь животного и частоту издаваемого звука. Учащимся предлагается набор картинок с изображением животных. Они должны распределить картинки на две группы: используют инфразвук, используют ультразвук. Проверяем с помощью презентации.

4) Учитель биологи: Рассказ учителя о голосовых связках.

Звук имеет в жизни животных немаловажное значение. Это средство передачи информации. Животные способны издавать звуки, например, человек, может говорить. Каким же образом возникает звук? (Источником звука является колеблющееся тело). А каким же образом животные издают звуки? Рассмотрим данный вопрос на примере человека.

А какие еще способы создания звуков существуют у животных?

5) Работа с текстом. (работа в группах) Вы у себя в тетради отмечайте название животного и "чем оно говорит"(приложение 2)

Ухо можно разделить на три части: наружное, среднее, внутреннее. Наружное ухо состоит из ушной раковины и слухового прохода. Среднее ухо: здесь располагается барабанная перепонка и три косточки характерной формы: молоточек, наковальня и стремечко. Кроме того, среднее ухо соединяется с носом узкой трубкой, которая необходима для выравнивания давления воздуха в среднем ухе по отношению к внешней среде. Во внутреннем ухе находится три наполненные жидкостью трубки (полукружные каналы), которые относятся к вестибулярному аппарату, улитка - миниатюрная спиральная трубка и слуховой нерв.

Итак, ушная раковина принимает звуковую волну. Причем площадь поверхности ушной раковины имеет немаловажное значение. Давайте проведем опыт: приставим руку к ушной раковине и послушаем. Слышимость увеличивается. Чем больше площадь поверхности, тем большую часть звуковых волн мы воспринимаем.

Далее слуховой проход направляет волну к барабанной перепонке. Барабанная перепонка под действием звуковой волны начинает колебаться, и эти колебания передаются молоточку, наковальне и стремечку, которые работают как маленькие рычажки, усиливая колебания. Косточки соединены с улиткой, заполненной особой жидкостью, и переданные колебания вызывают движение жидкости вперед и назад в такт с колебаниями в звуковой волне. При этом чувствительные волосковые клетки, расположенные внутри улитки, деформируются и посылают электрический сигнал через слуховой нерв в мозг. Мозг расшифровывает сигналы и воспринимает их как звуки.

Если источник находится строго перед вами, то звук достигает каждого уха одновременно, и определить нужное направление мы не сможем. Значит, если мы хотим определить, откуда доносится звук, надо не поворачиваться на звук, а наоборот, отвернуться от него.

Ухо устроено таким образом, что оно по-разному реагирует на громкие и тихие звуки. Самое маленькое давление, на которое реагирует ухо, называет порогом слышимости. У каждого организма он свой. Например, человек способен слышать такие слабые звуки как шорох листьев 10 дБ или тиканье часов на расстояние 1 м - 30 дБ.

В случае громких звуков дополнительно сокращаются две мышцы среднего уха и барабанной перепонки, молоточек, наковальня и стремечко колеблются уже с меньшей амплитудой. При этом давление, передаваемое внутреннему уху - улитке уменьшается. Но слишком громкие звуки вредны для слуха, а звуки равные 140 дБ вызывают болевые ощущения, а равные 160 дБ - разрушение барабанной перепонки. Как защитить орган слуха: закрыть уши и открыть рот.

Несмотря на принципиальное сходство в строении уши у разных млекопитающих имеют свои особенности. Индивидуальные особенности органов слуха позволяют разным животным воспринимать разные звуки. Вы знаете, что звери живут кто где. В зависимости от среды обитания и уши у них устроены по-разному.

5. 
   Закрепление нового материала.
   

1. 
   Просмотр видеофрагмента «Восприятие звука». Работа со схемами «Прохождение звуковой волны»(слайд 15, 16)
   
2. 
   «Открытый микрофон» - ответьте на вопросы.
   

Ответ: Причина глухоты - разрыв барабанной перепонки. Ухо спящего получило двойную механическую нагрузку - механические колебания в металлической станине (на которой он лежал) и механические колебания воздуха (звуковая волна).

Ответ: По эхолокационным сигналам дельфины могут с большей точностью ориентироваться в пространстве, определять глубину дна и близость берега, разный характер грунта, величину и качество погруженных предметов, находить вещи в мутной воде.

Ответ: Шум леса, моря, дождя - это естественные шумы. Они имеют частоту колебаний, воспринимаемую человеческим ухом безболезненно. Шум машины, самолета имеет более высокую частоту колебаний, поэтому вызывает у человека дискомфорт. Контраст усиливается в связи с эмоционально-ассоциативными реакциями

Ответ: Звуковые колебания - механические: в одной и той же частоте они передаются и по воздуху, и от деки инструмента через палочку и зубы к костям черепа, достигая, наконец улитки (внутреннее ухо). Костная проводимость обеспечивает меньшую чувствительность

Ответ: Передача звука в воде происходит лучше, чем в воздухе, это связано со скоростью звука в различных средах. Поочередность поступления звукового сигнала в каждое ухо в воде человек не улавливает, а потому и не может определить источник звукового сигнала

(Итог урока формулируют учащиеся и выбирают ноту, составляя мелодию урока.) Звуковая сигнализация имеет огромное значение в жизни животных. Изучение существующих в природе способов звуковой сигнализации между животными, то есть, то чем занимается биоакустика, важно и для научной и для практической деятельности человека.

6. 
   Домашнее задание: выучить конспект, найти дополнительный материал о воздействии звуков разной громкости на живые организмы.
   

Звук - ___________________________ , распространяющиеся в _______________________ , воспринимаемые ____________________ .Человеческое ухо воспринимает колебания от__________ до ____________ .Колебания ниже ___________ называются _______________, выше __________________ называются _______________. Источник звука - _________________________________ тело, которое совершает колебания _____________. Звук распространяется в ________________________ среде.

Характеристики звука: 1. ______________ определяется ____________________________.

2. тембр звука это ___________________________.

3. _______________ зависит от ________________.

Приложение 2

Как у животных образуются звуки?

Как и у человека у всех млекопитающих органом, специально предназначенным создавать звуковые колебания, является гортань. Части, составляющие ее причудливы. Щитовидный хрящ напоминает раскрытую книгу, корешок которой стоит вертикально. На что похож; перстневидный хрящ, ясно из его названия, а черпаловидные хрящи - трехгранные пирамидки. Как раз между этими пирамидками и щитовидным хрящом идут голосовые связки - эластичные складки слизистой оболочки. Многие звуки зверей зависят от дыхания, и почти у всех зверей возникают они тогда, когда вырывается из легких воздух. Именно они заставляют колебаться голосовые связки гортани, и они издают слабый звук, а ротовая полость играет роль резонатора, усиливающего звук. Если воздух будет выходить из легких более или менее плавно, то получится вой. У некоторых зверей звуки могут образовываться и на вдохе и на выдохе (например, у марала и осла). Тигр и остальные его собратья, когда настроены дружелюбие фыркают. И фыркают своеобразно: ухитряются издать два разных звука, потому что в этот момент используют они не только гортань, но и нос. А собаки, утконосы и вомбаты так вдыхают и выдыхают воздух через нос, что получается у них свист. Свистеть умеют и дельфины. А еще они умеют щелкать. Причем воздух здесь не нужен, так как источником звуков служит не колебание голосовых связок, а вибрация черпаховидных хрящей, управляемых мышцами гортани. Это легко проделать самим. Гортань птиц похожа на гортань млекопитающих, но птицы мало пользуются ею. Называется она "верхняя гортань". Почему верхняя? Да потому что существует еще и нижняя или сиринкс. Сиринкс - орган особый. Он есть только у птиц. В глубине груди, где трахея делится на бронхи, находится камера. Если заглянуть внутрь этой камеры, в каждом бронхе увидим голосовые перепонки. Хотя анатомия сиринкса изучена очень хорошо, это настолько сложная система, что до сих пор нет единой теории, объясняющей, как образуются звуки у птиц. Скорость, с какой птицы извлекают свои звуки, необыкновенна. Садовая камышевка успевает за 1 минуту пропеть 250 звуков, а болотная камышевка - ровно в два раза больше.

Однако, всегда ли, чтобы сообщить что-то друг другу, надо использовать гортань? Вовсе нет. И этим особым звукам, которые возникают безучастия гортани, дано специальное название: "инструментальные". А вот инструменты, используемые животными очень разные. Щелкают клювом совы. Хлопают крыльями голуби, утки же свистят ими. Галапагосский пастушок топает лапами. Тараканы, сеноеды, муравьи стучат кто чем: кто головой, кто кончиком брюшка, а кто челюстями. Термиты, обнаружив опасность, дружно бьют головами о субстрат (материал термитника), оповещая о тревоге всех жителей. Стучат зубами морские свинки и сони-полчки. Кузнечик сдвигает и раздвигает крылья, да так, чтобы канатик на одном крыле дотрагивался до напильничка с ребрышками на втором крыле. Некоторые жуки (слоник, водолюб, навозник) стрекочут, потирая брюшко о надкрылья, а жуки-олени издают звуки надкрыльями и бедрами ног.

Опустив гидрофоны в воду, исследователи обнаружили, что и "рыбы не немы". Морской петух, например, " кудахчет и квохчет ". Ставрида " лает ". Рыба-барабанщик издает звуки, действительно, напоминающие барабанный бой, а морской налим выразительно урчит и "хрюкает ". Сила звука некоторых морских рыб так велика, что они вызывали взрывы акустических мин, получивших распространение во время второй мировой войны, и предназначавшихся, естественно, для поражения кораблей противника. Один из живущих в Амазонке сомов - пирара (не путать с кровожадной пираньей), достигающий метра в длину и весящий до 100 килограммов, издает трубные звуки, похожие на рев слона и слышимые на расстоянии до 100 метров. Звуки эти издаются сомом путем выталкивания смеси воды и воздуха через плотно сомкнутые жаберные щели и служат, скорее всего, для отпугивания хищников. Хараки - основная промысловая рыба Амазонки - во время нереста издает при помощи плавательного пузыря сильнейший звук, напоминающий звук мотоцикла. Можно себе представить, когда сотни самцов хараки во время нереста заводят свои мотоциклы. Причины обилия и разнообразия на Амазонке "поющих рыб" ученые видят в том, что воды этой реки очень мутные из-за примеси известняков и перегноя. Зрительное общение рыб практически невозможно, поэтому природа и пошла по пути выработки разнообразной акустической сигнализации. Эти особенности строения увеличивают общую поверхность тела, а, следовательно, и его теплоотдачу. То же можно сказать и большие уши слонов, которыми, к тому же, еще можно прекрасно отгонять назойливых насекомых.