Конспект занятия профессия космического биолога (презентация + викторина)

МУНИЦИПАЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ — СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 67

С УГЛУБЛЕННЫМ ИЗУЧЕНИЕМ ОТДЕЛЬНЫХ ПРЕДМЕТОВ

(МАОУ СОШ № 67 г.Екатеринбург)

Конспект интерактивного занятия

«Профессия Космического биолога»

Материал подготовил:

учитель математики,

педагог доп. образования

Волков В.В.

Екатеринбург, 2025

Космическая биология – это междисциплинарная наука, изучающая влияние условий космического пространства на биологические объекты, а также возможности существования жизни вне Земли. Эта область знаний сочетает в себе элементы биологии, физики, химии и астронавтики, чтобы исследовать процессы жизнедеятельности организмов в экстремальных условиях космоса. Цель данного занятия – познакомить учащихся с основами космической биологии, её значением для будущих исследований и перспективами развития этой профессии.

Цель: Формирование представления о профессии космического биолога, её роли в исследовании космоса и возможностях применения знаний в различных областях науки и техники.

Задачи:

1. Ознакомление с основными понятиями и направлениями космической биологии.

2. Рассмотрение влияния космических факторов (невесомость, радиация, микрогравитация) на живые организмы.

3. Изучение методов исследования в области космической биологии.

4. Освещение современных достижений и перспектив развития данной отрасли.

5. Формирование понимания важности междисциплинарного подхода в космических исследованиях.

Это занятие позволит учащимся глубже понять роль космической биологии в современном мире и вдохновит их на изучение наук, связанных с исследованием космоса. Занятие охватывает ключевые аспекты космической биологии, начиная с исторических корней и заканчивая современными достижениями и перспективами развития этой важной научной дисциплины.

Ход занятия:

I. Теоретическая часть (15-20 минут)

Введение. Ведущий приветствует участников и представляет тему занятия. Он объясняет, что на занятии будут рассмотрены следующие вопросы:

1. История космической биологии

1. Краткая история космонавтики: Рассказ о достижениях Константина Циолковского и первых спутниках.

2. Первые животные в космосе: Как эксперименты с животными проложили путь к пилотируемым полетам.

3. Появление космической биологии: Развитие науки, направленной на исследование влияния космоса на жизнь.

2. Воздействие космических факторов на человека и живые организмы.

1. Космическая радиация: Описание природы космического излучения и его влиянии на живые организмы. Рассмотрение методов защиты от радиации.

2. Перегрузки в космосе: Обсуждение краткосрочных и долгосрочных воздействий ускорений на организм космонавтов. Симптомы и последствия перегрузок.

3. Невесомость: Исследование влияния микрогравитации на физиологию человека. Проблемы, возникающие при длительном пребывании в состоянии невесомости, и методы их преодоления.

4. Вакуум: Описывается опасность отсутствия кислорода в космическом пространстве и возможные последствия для организма человека.

3. Современные достижения в области космической биологии.

1. Полученные достижения и их значение для науки.

2. Эксперименты на Международной космической станции (МКС): Возможен показ видеороликов с демонстрацией биологических экспериментов на борту МКС.

4. Основные направления исследований современной космобиологии и перспективы профессии

1. Проведение биотехнологических исследований.

2. Проведение медицинских исследований.

3. Методы современной космической биологии.

4. Профессия космического биолога. Возможные направления развития и задачи на будущее.

II. Интерактивная часть (20-30 минут)

Ведущий предлагает участникам провести викторину "Космос и космическая биология»", заодно проверить, как участники слушали информацию. Это интерактивная игра, которая поможет участникам лучше изучить космическую биологию и влияние космической среды на жизнь.

Игра состоит из нескольких раундов, в каждом из которых участники должны ответить на вопросы, связанные с космосом и космической биологией. Эти вопросы помогут школьникам лучше понять основы астрономии и космической биологии, а также развить интерес к изучению этих тем. Каждый раунд помогает изучать космическую биологию и влияние космической среды на жизнь. Вопросы могут как развлекать, так и обучать, способствуя интересу к науке. Ведущий объясняет правила игры и дает каждому участнику лист бумаги и ручку для записи ответов.

Участники записывают свои ответы на листах бумаги, а ведущий проверяет правильность ответов и объявляет победителя.

Ведущий подводит итоги игры и объявляет общего победителя. Он также может обсудить самые интересные и важные моменты, которые были представлены в игре, и дать участникам возможность задать дополнительные вопросы или поделиться своими мыслями.

III. Подведение итогов (5-10 минут)

Ведущий подводит итоги занятия, обсуждает самые интересные и важные моменты, которые были представлены, и дает участникам возможность задать дополнительные вопросы или поделиться своими мыслями. Даются рекомендации и указания на дополнительные источники информации для углубленного изучения темы.

Приложения:

Приложение 1. Разработка теоретической части занятия (конспект).

Приложение 2. Вопросы с ответами для трех раундов викторины.

Приложение 3. Мультимедийная презентация к занятию.

Приложение 1. Разработка теоретической части занятия (конспект).

Введение в космическую биологию

Космос всегда был и остается одной из наиболее значимых сфер интересов человечества. С самого начала истории освоения космоса человечество стремилось преодолеть земную гравитацию и выйти за пределы атмосферы планеты. Одним из первопроходцев в этой области стал русский ученый Константин Эдуардович Циолковский (1857–1935). Его труды легли в основу современной космонавтики и продолжают оставаться актуальными сегодня.

Циолковский предложил концепцию ракетостроения, благодаря которой стало возможным создание аппаратов, способных достигать космических глубин. Именно его идеи позволили начать отправку спутников за пределы земной атмосферы. Первым таким аппаратом стал советский спутник, запущенный 4 октября 1957 года.

Космическая биология: новый этап исследований

По мере дальнейшего развития космонавтики возникла необходимость в изучении воздействия космических условий на живые организмы. Так появилась новая научная дисциплина — космическая биология, или космобиология. Эта наука занимается исследованием состояния живых существ в условиях космического пространства и определяет перспективы освоения космоса человеком.

Первоначально в космос отправляли животных, начиная с собак. Эти эксперименты дали важные данные о возможности полетов в космос для человека. Позже начались исследования влияния различных космических факторов на организм человека, что позволило разрабатывать методы обеспечения безопасности космических миссий.

Однако полёты в космос сопряжены с негативным воздействием различных динамических факторов на организм человека. Учёные, стремясь обеспечить безопасность космических полётов, столкнулись с несколькими ключевыми задачами.

Первый этап: изучение космической радиации и её воздействия.

Космическая радиация (космическое излучение) представляет собой серьёзную угрозу для живых организмов в космосе. Одной из первоочередных задач является изучение её влияния на здоровье людей и разработка методов защиты от радиации в условиях космического пространства.

Второй этап: анализ перегрузок и их воздействие на организм.

Перегрузки, вызываемые ускорениями в процессе старта и посадки ракет, также оказывают значительное влияние на человека. Они могут вызвать учащение сердцебиения, тошноту, слабость и даже болевые ощущения в суставах и конечностях. Для успешного преодоления этих негативных эффектов крайне важно разработать методы адаптации космонавтов к таким условиям.

Третий этап: исследование невесомости.

Не менее значилем фактором является невесомость. Учёные-медики продолжают искать способы адаптации космонавтов к этому состоянию без потери работоспособности. Невесомость негативно сказывается на сердечно-сосудистой системе, состоянии мышц и общей работоспособности. Для успешного решения этой задачи космонавты проходят специальную подготовку на Земле, а также соблюдают ряд условий в космосе, включая безопасность конструкции аппарата и закрепление предметов.

Четвёртый этап: анализ воздействия вакуума.

Космос представляет собой вакуум, в котором отсутствует воздух. Это связано с тем, что без кислорода человеку становится невозможным дышать, что в конце концов приведёт к асфиксии. Поэтому защита от воздействия вакуума также является критически важной задачей для космической биологии.

Космическая биология как наука

Космическая биология изучает влияние различных факторов космических полётов на живые организмы. Она включает в себя исследование условий существования живых систем в внеземных условиях, возможности жизни на других планетах и принципы построения биологических систем жизнеобеспечения для экипажей космических кораблей. Эта относительно молодая наука активно развивает методы исследования и средства поддержки деятельности человека и животных в условиях космического полета.

Современные достижения в области космической биологии

Одним из значимых открытий XXI века стало нахождение воды на Марсе, что породило гипотезы о возможности существования жизни на этой планете и потенциальной колонизации её землянами. В 2009 году вода была также обнаружена на Луне, где были найдены и такие минералы, как ртуть и серебро. Исследования космоса позволили собрать обширные данные о вероятности существования жизни вне Земли, о механизмах адаптации живых организмов к космическим условиям и о влиянии невесомости на растения и животных.

Работа на Международной космической станции (МКС) способствует созданию инновационных технологий, которые обеспечивают здоровье и работоспособность членов экипажа во время длительных полетов вдали от низкой околоземной орбиты. Информация о воздействии факторов космического полета на организмы человека и животных легла в основу разработки защитных мер, гарантирующих безопасность космических путешествий, включая герметичные кабины, скафандры и средства защиты от радиации.

Разработка систем жизнеобеспечения для человека в космосе представляет собой одну из ключевых задач космической биологии. Она включает отработку перспективных технологий в условиях космического полета, что позволяет совершенствовать системы медико-биологического обеспечения экипажей. Эти системы охватывают методы и средства профилактики, диагностики и оказания медицинской помощи, а также обеспечение безопасной среды обитания и элементы биологических систем жизнеобеспечения. В рамках медико-биологических исследований изучается функционирование различных систем организма, таких как сердечно-сосудистая и дыхательная, что помогает определить пределы их адаптации к воздействию космических факторов. Также проводятся исследования защитных функций организма, биохимические анализы крови и мочи, а также изучение кроветворных процессов с помощью цитологических и гистологических методов. Генетические исследования, проводимые на растениях и дрозофилах, помогают изучать наследственные признаки, размножение и рост под воздействием факторов космического полета.

Современная космическая биология включает несколько направлений исследований:

Во-первых, важной задачей является решение медицинских и биологических проблем, обеспечивающих комфортные и безопасные полеты космонавтов в космос и на другие планеты. В этом контексте особое внимание уделяется биотехнологическим исследованиям, направленным на разработку и применение Biological Technologies в космических условиях, включая биопроизводство и биомедицинские исследования. Для краткосрочных полетов используются системы жизнеобеспечения с запасами пищи, воды и кислорода, тогда как для длительных экспедиций предполагается внедрение биологических технологий, позволяющих создать замкнутые экосистемы, в которых растения смогли бы производить кислород и пищу.

Во-вторых, медицинские исследования в космической биологии сосредоточены на изучении физиологического состояния организма в условиях космоса с помощью современных медицинских устройств. Например, электроэнцефалографы и электрокардиографы используются для мониторинга состояния различных систем организма. Изучение влияния космической среды на здоровье космонавтов и разработка методов поддержки их здоровья, включая телемедицину, становятся важными задачами.

В-третьих, экзобиология, изучающая возможность существования жизни за пределами Земли, активно исследует природные условия на других планетах и спутниках. Результаты этих исследований указывают на наличие органических систем вне биосферы Земли, и последние открытия подтверждают, что некоторые планеты обладают условиями, способствующими возникновению жизни. Важно проводить сопоставление природных условий различных планет с биологическими проявлениями жизни на Земле в разнообразных климатических условиях.

Современные методы космической биологии включают в себя такие технологии, как генная инженерия и биоинформатика, белковая химия, флуоресцентная и сверхразрешающая микроскопия, молекулярная биология и биохимия. Биотелеметрия, как способ контроля физиологических функций на расстоянии, и методы, использующие животных с встроенными датчиками для оценки состояния космической среды, развиваются с целью улучшения понимания жизни в космосе.

Таким образом, достижения в космической биологии не только решают актуальные задачи этой области, но и оказывают значительное влияние на общее развитие биологии и медицины, содействуя успехам в космической медицине.

Профессия космического биолога (космобиолог)

Российское космическое образование имеет богатую традицию, охватывающую широкий спектр специализированных профессий, таких как астронавты, инженеры-космики, специалисты по управлению космическими миссиями, астрофизики и ракетные инженеры. С ростом космической отрасли на арену вышла новая профессия – космический биолог.

Эта специализация привлекает людей, интересующихся космосом, обладающих научными способностями, увлеченных современными технологиями и склонных к изучению естественных наук. Высокая степень ответственности также является важной чертой, необходимой для успешной работы в этой области.

Космобиолог сочетает элементы как профессии биолога, так и космонавта. Эффективный космобиолог должен обладать исследовательским талантом, хорошо ориентироваться в космической технике и глубоко знать биологическую науку. Основная задача космобиолога заключается в изучении биологических аспектов космоса и влияния космических условий на живые организмы, включая их поведение в условиях невесомости, изменённой гравитации и искусственной атмосферы.

Космобиолог разрабатывает устойчивые экосистемы и системы жизнеобеспечения, которые необходимы для длительных космических перелётов, жизни на орбитальных станциях и потенциальных лунных базах. Результаты его исследований способствуют обеспечению безопасности и поддержанию здоровья космонавтов.

Космобиологи занимаются обширным спектром задач, связанных с исследованием воздействия космической среды на живые организмы. Это включает в себя изучение адаптации биологических систем к космическим условиям, что имеет важное значение для долговременных космических миссий и общего прогресса в области космических исследований.

В России карьера космобиолога может принимать различные формы, включая такие должности, как ассистент исследователя, научный сотрудник, старший научный сотрудник, и руководитель лаборатории или института. Космобиологи находят применение своим знаниям и навыкам в научных институтах, космических агентствах, университетах, исследовательских центрах, международных научных проектах и коммерческих организациях.

Перспективы профессии космобиолога

С развитием технологий и методов исследования космоса природа работы космобиологов будет меняться. Новые технологии откроют доступ к глубококосмическим миссиям, экзопланетам и другим объектам, где может существовать жизнь. Автоматизированные системы и беспилотные миссии смогут осуществлять эксперименты и сбор данных на удаленных планетах. Искусственный интеллект и анализ данных позволят обрабатывать большие объемы информации и делать прогнозы о возможности существования жизни в космосе.

Прогресс в области нанотехнологий и создания новых материалов будет способствовать разработке научных инструментов для космоса. Развитие международных космических программ и открытие новых лабораторий создаст больше возможностей для сотрудничества. Внедрение биотехнологий позволит разрабатывать устойчивые биосистемы для будущих космических миссий и колонизации других планет.

Приложение 2. Вопросы для трех раундов викторины

Вопросы первого раунда:

1. Как называется наша галактика?

(Ответ: Млечный путь)

2. Какой планетой считается "красной планетой"?

(Ответ: Марс)

3. Что такое микрогравитация, и как она влияет на человека в космосе?

(Ответ: Микрогравитация — это состояние, при котором сила тяжести почти не ощущается. Она влияет на человека, вызывая изменения в мышцах и костях, а также может ухудшать здоровье.)

4. Какая самая большая планета в Солнечной системе?

(Ответ: Юпитер)

5. Каково основное условие для существования жизни, которое исследуется на других планетах?

(Ответ: Наличие воды в жидком состоянии.)

6. Какой космический аппарат первым доставил человека на Луну?

(Ответ: Аполлон 11)

7. Назовите одно из первых открытий о жизни на других планетах, сделанное с помощью космических телескопов.

(Ответ: Открытие экзопланет, находящихся в обитаемой зоне вокруг других звезд.)

8. Что такое астероидный пояс, и где он находится?

(Ответ: Астероидный пояс — это область между орбитами Марса и Юпитера, в которой располагаются множество астероидов.)

9. Какие организмы действительно выжили в условиях космоса, и почему это важно для науки?

(Ответ: Некоторые микробы, такие как бактерии, могут выживать в космосе, поскольку их изучение помогает понять, как жизнь может выжить в экстремальных условиях.)

10. Каков принцип работы спутников, которые используются для изучения Земли и других планет?

(Ответ: Спутники используют разные инструменты и технологии, такие как камеры, радары и спектрометры, для сбора данных о поверхности, атмосфере и климате.)

Вопросы второго раунда:

1. Как звали первую женщину, которая совершила полет в космос, и в каком году это произошло?

Первая женщина, совершившая полет в космос, – Валентина Терешкова. Она полетела в космос 16 июня 1963 года на космическом корабле "Восток-6".

2. Что такое микрогравитация, и как она влияет на рост растений и развитие животных в космосе?

Микрогравитация – это состояние, при котором сила тяжести значительно уменьшена, что создаёт условия почти невесомости. В таких условиях у растений нарушается привычное направление роста – корни и стебли могут расти в любом направлении, что затрудняет ориентацию, а у животных наблюдаются изменения в поведении, метаболизме и развитии, включая ломкость костей и уменьшение мышечной массы.

3. Какое значение имеет исследование экстремофилов (организмов, живущих в крайне неблагоприятных условиях) для понимания возможной жизни на других планетах?

Исследование экстремофилов помогает ученым понять, какие формы жизни могут выжить в условиях, существующих на других планетах, таких как высокая радиация, экстремальные температуры и кислотные среды. Эти организмы служат моделью для поиска жизни в экстремальных условиях, например, на Марсе или в ледяных лунках спутников Юпитера и Сатурна.

4. Назовите одно из крупномасштабных исследований, проведенных на Международной космической станции, связанное с медициной или биологией.

Одним из значительных исследований является экспедиция «Biomax», в рамках которой изучалось влияние микрогравитации на клеточные и молекулярные процессы, включая рост и деление клеток, что имеет важные последствия для понимания рака и клеточной терапии.

5. Как космическое пространство влияет на иммунную систему человека?

Долгосрочное пребывание в космосе может ослабить иммунную систему, приводя к повышенной восприимчивости к инфекциям. Исследования показали, что в условиях микрогравитации активность Т-клеток может снижаться, что затрудняет эффективное реагирование организма на патогенные микроорганизмы.

6. Какие методы ученые используют для изучения влияния космических условий на микробы и другие микроорганизмы?

Ученые проводят эксперименты с микробами на борту Международной космической станции, используя специальные приборы, которые поддерживают рост микроорганизмов и отслеживают изменения в их генетическом составе, метаболизме и способности к патогенезу.

7. В каком проекте осуществлялись исследования влияния долгосрочного пребывания в космосе на психическое здоровье астронавтов?

В проекте «Human Research Program» NASA проводились исследования, направленные на оценку психологического здоровья астронавтов, включая стресс, взаимодействие в команде и адаптацию к условиям длительных миссий, таких как на Марсе.

8. Какое количество кислорода необходимо для дыхания человека в условиях космоса, и как его получают на космических станциях?

Для поддержания жизни один человек нуждается в около 0,84 кг кислорода в день. На Международной космической станции кислород производится путем электролиза воды (H2O), разделяющего воду на кислород и водород, а также может поступать из резервуаров.

9. Назовите два основных аспекта, исследуемых при изучении космической биологии, которые могут помочь в будущих колонизациях других планет.

Ученые исследуют влияние микрогравитации на физиологические изменения организмов и устойчивость различных форм жизни к космической радиации. Эти аспекты критически важны для понимания того, как живые существа смогут адаптироваться и выжить в условиях других планет.

10. Какие возможности для исследования жизни на Марсе предоставляет анализ проб, взятых с поверхности планеты, и какие организмы могут быть обнаружены в этих условиях?

Анализ образцов с поверхности Марса позволит ученым искать биомаркеры и остатки микробной жизни, таких как бактерии и археи, которые могли существовать в прошлом, когда планета имела условия, подходящие для жизни. Это исследование может дать ключ к пониманию потенциальной жизни на планете.

Вопросы третьего раунда:

Третий раунд – обсуждение перспектив космической биологии может быть не только увлекательным, но и познавательным.

1. Что такое космическая биология и чем она занимается?

Космическая биология изучает жизнь во Вселенной, включая возможности существования живых организмов на других планетах, адаптацию жизни к условиям космоса и влияние космической среды на биологические процессы.

2. Какие условия необходимы для существования жизни на других планетах?

Для существования жизни необходимы такие условия, как наличие воды (в жидком состоянии), подходящая температура, наличие кислорода или других энергетических источников, а также защита от радиации.

3. Какие экзопланеты считаются наиболее перспективными для поиска жизни?

Экзопланеты, находящиеся в «зоне Goldilocks» (обитаемой зоне) своих звезд, где температура позволяет существовать воде в жидком виде, такие как Проксима Центавра b или планеты системы TRAPPIST-1, считаются наиболее перспективными.

4. Как космические миссии помогают нам понимать условия для жизни на других планетах?

Космические миссии, такие как марсоходы и спутники, собирают данные о составе атмосферы, температуре, наличии воды и других факторов, исследуя, могут ли они поддерживать жизнь.

5. Почему изучение экстремофилов на Земле важно для космической биологии?

Экстремофилы – это организмы, которые могут выживать в очень жестких условиях, таких как высокая температура или радиация. Изучение их помогает ученым понять, как жизнь может адаптироваться к условиям на других планетах.

6. Каковы потенциальные риски для человеческого организма при длительном пребывании в космосе?

Длительное пребывание в космосе может привести к ухудшению состояния костей и мышц, изменениям в зрении, а также к проблемам с иммунной системой из-за воздействия радиации и отсутствия гравитации.

7. Как современные технологии помогают в поиске внеземной жизни?

Использование телескопов, спектроскопов и других инструментов позволяет ученым анализировать атмосферу экзопланет и обнаруживать потенциальные биосигналы, такие как метан или кислород.

8. Каковы этические вопросы, связанные с возможным открытием внеземной жизни?

Этические вопросы могут включать в себя обсуждение защиты найденных экосистем, возможности вмешательства в них и назначения статуса прав для внеземных форм жизни.

9. Что такое «следы жизни», и как мы можем их искать на других планетах?

Следы жизни могут включать в себя химические вещества, структуры или изменения в геологии, которые указывают на наличие живых организмов. Мы можем искать их через анализ поверхности планеты, а также с помощью проб на наличие органических веществ.

10. Какое будущее ждет космическую биологию и исследования внеземной жизни?

Будущее космической биологии обещает быть захватывающим, с новыми миссиями на Марс, исследованиями луны Европы и других ледяных лун, а также с развитием технологий для более глубокого изучения космоса, что может привести к новым открытиям о жизни вне Земли.

Приложение 3. Мультимедийная презентация к занятию.
профессия космический биологPPTX / 12.41 Мб