1、第第二二单元单元 仿生仿生 第第 5 5 课课 生物的启示生物的启示 1.教学内容 本课在生物和仿生制品之间建立关联，按照学生认知的逻辑顺序逐渐深入地安排了三部分内容。 第一部分是找物品设计与动植物形态结构的相似之处，让学生对比几组图片，了解生活中的一些物品是人们受动植物形态结构的启示设计出来的，并让学生说说身边更多这样的案例。 第二部分是对蜂巢形状特征的研究，其中包括三个活动。活动一是阅读资料，了解蜂巢猜想；活动二是通过几种蜂巢形状的对比，让学生意识到正六边形蜂巢结构的优势所在，并从平面拓展到不同立体结构抗压能力的认识；活动三是交流生活中具有蜂巢结构的物体，以及它们的优点。 第三部分是关注仿
2、生产品与仿生对象的关系，即船舶的设计从鱼类身上获得的启示。通过观察和交流，找出鱼和船各部分存在的对应关系，分析它们在结构和功能上的相似之处，加深对仿生概念的理解。 拓展学习内容是鼓励学生调查了解：人们在设计飞机时从鸟类身上获得了哪些发明创造的启示。 2.教学目标 认识不同的仿生现象，意识到人类的很多发明创造可以在自然界找到原型。 能多角度探究蜂巢结构的特点，知道蜂巢结构在生活中的应用。 对仿生设计产生探究的兴趣。 3.重点与难点 重点：认识不同的仿生现象。 难点：多角度探究蜂巢结构的特点。 4.教学准备 教师材料：各种蜂巢结构、鱼身体的图片和视频。 学生分组材料：A4 纸、记录单。 教学过程
3、一、单元导入 出示课本 13 页的一首小诗： 蔚蓝的天空中 火箭升腾 靠什么定位它的方向？ 辽阔的大海中 巨轮穿梭 为什么他能乘风破浪？ 原来 是因为大自然 给了人类发明创造的灵感。 学生自由读一读这首小诗，想一想：火箭升空靠什么定位方向？轮船在辽阔的大海中为什么能够乘风破浪？ 教师引导：火箭升空能够定位方向，轮船在大海中航行能够乘风破浪，都是人类向自然界的动物学习的结果。生物具有的功能，迄今比任何人工制造的机械都优越的多。 仿生学，就是要在工程上实现并有效的应用生物功能的一门学科。从今天这节课开始，我们就来学习第二单元，了解探索有关仿生的知识。 二、新课导入 教师引导：自然界的生物有许许多多
4、，人们又从这些生物得到哪些启示，进而运用到工程技术中呢？ 今天这节课，我们就来学习第 5 课生物的启示。 板书课题：5.生物的启示 三、学习新课 活动 1：人们从动植物的形态结构中获得的启示 生物在长期进化的过程中，形成了许多有利于生物生存的形态结构和生理特点，人们从中获得很多启示。 下面请同学们看一看日常生活中的一些物品的设计与动植物的形态结构有什么相似之处？ 出示课本第 14 页第 1 组图片，引导学生观察左边荆棘上的刺和右边铁丝网上的尖刺，想一想铁丝网的设计与荆棘在形态结构上有什么相似之处？ 预设： 铁丝网和植物茎上的刺的尖锐部分都能起到保护作用。 荆棘上的刺很尖，分布均匀，扎人很疼，可
5、以很好的保护植物本身；铁丝网上用铁丝布置了一些尖刺，这样可以加强铁丝网的有效性，外来人员很难穿过这样的铁丝网，从而起到防护的作用。 按照同样的方法分别出示课本 14 页的其他 3 组图片，引导学生仔细观察，想一想这三组图片中物品的设计与动植物的形态结构有什么相似之处。 预设： 塑料吸盘和八爪鱼的吸盘都呈碗状,具有吸附功能。由章鱼的身体完全吸附在轮船底上发明出塑料吸盘。塑料吸盘可以吸附在平整的墙面上不容易脱落。 尼龙搭扣上的弯钩和苍耳果实上的钩刺都有很强的附着力。苍耳的果实表面上全是倒刺，可以附着在人的衣物或者动物的身上，达到传播植物种子的目的。人们根据苍耳的这一特点发明出了鞋子上的魔术贴。魔术
6、贴分子母两面，一面是细软的纤维，另一面是带有勾刺的弹性纤维。公母相扣，在受到一定横力的情况下，富有弹性的勾被拉直，从绒圈上松掉而打开，然后又恢复原有的勾型，如此反复开合可达一万次之多。这样的魔术贴广泛运用于服装、鞋子、帽子、手套、皮包、沙发、车船坐垫、航空用品、雨披、窗帘、玩具、睡袋、体育运动器材、音响器材、医疗器械、帐篷、小轮车的护套、各类军工产品、电子电线、充电器、陈列用具等等。 降落伞与带冠毛的蒲公英种子的整体形状相似。 蒲公英的种子成熟之后，受到风力的影响，会漂浮在半空中，在风力的作用下飘到很远很远的地方，这样实现了种子的传播。人们根据蒲公英的这一特点发明了降落伞。降落伞就是利用空气阻
7、力原理，依靠相对于空气运动充气展开的可展式气动力减速器。广泛的运用于航天航空领域。 除了以上四种物体是受到不同动植物的启发而发明出来的，你还知道哪些物品的设计是受了某些动植物的启示？ 锯子与锯齿草、大跨度建筑屋顶架构与王莲叶、人工冷光与萤火虫的光、风暴预测仪与水母耳、电子蛙眼与蛙眼等。 活动 2：有关蜂窝的猜想 出示蜂窝的图片，引导学生观察蜂窝，并读一读旁边的有关“蜂窝猜想”的文字，想一想蜂窝的特点。 预设： 蜂窝的横截面呈正六边形的形状.不留空隙，也不互相重叠，是密铺而成。而且蜂窝的巢房是蜜蜂采用最少量的蜂蜡建造而成的。 蜂窝还有哪些特点？人们又能够从蜂窝的特点中获得哪些启示呢？下面我们继续
8、来讨论交流。 活动 2：研究蜂巢形状的奥秘 研究一：蜂窝正六边形的密铺问题奥秘 教师提出问题：大家都知道蜂窝是正六边形的形状，假如蜜蜂不用正六边形，而用正五边形的形状建造蜂巢，结果会怎样呢？ 出示课本 15 页正五边形的蜂窝和正六边形的蜂窝图片，引导学生观察这两幅图片，想一想正五边形的蜂窝有什么弊端？ 预设： 如果蜜蜂用正五边形来建造蜂窝，那么在蜂巢中就会出现缝隙，不但影响蜂巢的美观，而且影响蜂巢的作用。 用正五边形建造蜂窝行不通，那我们不用正五边形建造蜂巢，用正四边形或者正三角形建造蜂巢行不行呢？ 预设： 在同种正多边形中,能密铺的只有正三角形、正方形、正六边形。 研究二：蜂窝正六边形的用料
9、最少奥秘 假设蜜蜂用下面三种面积相等的图形建造蜂巢，一种是正三边形，一种是正四边形，一种是正六边形，请大家来计算每种图形的内切圆直径以及蜂巢壁的总长度并进行排序。 出示课本 15 页正三边形、正四边形、正六边形蜂巢的图片，学生观察这三幅图片并且通过计算，得出每种图形的内切圆直径以及蜂巢壁的总长度，并将结果进行排序。 全班交流，讨论得出结论： 这其实是一个很简单的几何问题。假设我们想用相同形状和大小的图形密铺一个平面（使图形不留空隙、 也不互相重叠地铺满整个平面） ， 那么只有 3 种正多边形可以做到：正三边形、正四边形和正六边形。 （这里指规则镶嵌）在铺满同等面积的情况下，使用正六边形所需要的
10、周长之和最小。这就不难理解蜜蜂为什么会选择六边形了，因为蜂巢是用蜂蜡做的，而蜜蜂产出蜂蜡是消耗能量的，它们当然希望省些力气这点小心思就跟打工人想少搬几块砖一样。 研究三：蜂窝正六边形的抗压能力最强奥秘 将 A4 纸分别折成正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱三种形状，比较哪种形状抗压能力最强。 学生分小组活动，分别用 A4 纸折成正三棱柱形、正四棱柱形、正六棱柱形三种形状。 全班交流，各小组展示本小组折成的三种形状的棱柱，教师引导：同学们，三种形状的棱柱已经折成，下面我们来比较一下，哪种形状的棱柱抗压能力最强？ 学生分小组活动，比较三种形状的棱柱，哪种形状抗压能力最强。教师巡视，了解学生活动情况，并提
11、醒学生比较三种形状的棱柱的抗压能力的时候所加的要压力有循序渐进，不能一下子加太大的压力。 全班交流，各小组汇报本小组的实验情况以及得出的实验结论。 预设： 在相同条件下三种形状的棱柱中，以正六边形的棱柱形状抗压能力最强。虽然圆柱体抗压能力最强,但在平面密铺的基础上,圆形最终会被挤压成六边形。比较正三棱柱、正四 棱柱、正六棱柱,正六棱柱的抗压能力最强。 教师小结：通过刚才的研究我们发现蜜蜂简直就是一个天然的数学家，他巧妙的规避了其他形状蜂巢的弊端，充分的运用了正六边形蜂巢的优点。 全班交流 假如你是蜜蜂，你会选择哪种形状的蜂巢？为什么？ 预设： 假如我是蜜蜂， 我会选择建造正六边形的蜂巢。 因为
12、正六边形的蜂巢有三大优点： 第一，每个蜂房都是密铺的，既不留空隙,也不相互重叠；第二，正六边形的蜂巢用料最少，可以采用最少量的蜂蜡建成最大的蜂巢；第三，正六边形的蜂巢抗压能力最强。虽然圆柱体抗压能力最强,但在平面密铺的基础上,圆形最终会被挤压成六边形。比较正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱,正六棱柱的抗压能力最强。 你还发现哪些物体有蜂巢结构？这种设计有什么好处？ 生活中具有蜂巢结构的物体还有:蜂窝板材、蜂窝填充料、蜂窝底的锅、移动通信基站的蜂窝状排列,等等。 这种设计的好处是:六边形排列没有缝隙,有效空间最大,所用材料少等。 活动 4：人们从鱼的身上得到的启示 出示各种各样的鱼类，引导学生看一看，
13、认识各种形状的鱼。 教师引导：尽管鱼的形状不一，大小不同，种类不同，但是鱼都有一些共同的特点。 鱼类主要靠按节排列于身体两侧的肌肉交替收缩，使体躯与尾鳍左右摆动而前进，其他鳍起平衡与转向作用。 鱼类终生生活在海水或淡水中，大都具有适于游泳的体形和鳍。用鳃呼吸，以上下颌捕食。 人们就是从鱼的这些特点中获得启发，发明出了许许多多的物品。 出示课本 16 页上面的一组图片，学生观察这组图片，找一找他们的对应关系，并且想一想人类从鱼的身上获得什么启发？又发明出了怎样的物品？ 预设： 它们的对应关系是: 鱼的鳍对应船的桨和橹,提供前进和转弯的动力。 鱼的流线型身体对应潜艇的外形,减少水的阻力,行进更快更
14、省力。 鱼的骨架在水下能够承受很大的压力,提供整个身体的支撑，人们根据这一特点设计出了船的龙骨。 鱼肚子里的鳔对应潜艇的蓄水舱,通过充气和注水,调节上浮和下沉。 活动 5：人类从鸟的身上获得的启示 人类除了从蜜蜂、鱼儿身上获得了很多启示之外，从鸟儿的身上也获得了很多的启发。 出示课本 16 页的下面两幅图片，学生仔细观察这两幅图片，并且想一想：人类从鸟的身上获得了哪些发明创造的启示？ 人类从鸟类的身上得到了启示，发明了滑翔机。 人类从蝙蝠的身上得到了启示发明了雷达。 鸟类可以在空中自由飞行，这对人类是多么大的吸引和激励啊！400 多年以前，意大利人达芬奇根据对鸟类的观察和研究，设计了扑翼机，试
15、图用脚蹬的动来扑动飞行。后来，经过许多科学家的试验，终于在 1903 年发明了飞机，实现了几千年来人类渴望飞上天空的理想。 小小的蜂鸟是鸟中的“直升机”，制造具有蜂鸟飞行特性的垂直起落飞机，已经成为许多飞机设计师梦寐以求的愿望。还有科学家从鸽子的视觉发达得到启示，发明了“电子鸽眼”；从猫头鹰眼睛的特殊构造，发明了“夜视仪”；利用鹰的眼睛发明了“电子鹰眼”；从啄木鸟觅食中受到启发，发明了“防震头盔” 活动 6：了解仿生学 出示课本 16 页有关仿生学的概念： 人类模仿生物的结构和功能,创造出各种人造物。这些做法逐渐发展为一门从自然中学习,进而应用到工程技术中的学科仿生学。 学生读一读这段文字，初
16、步了解什么是仿生学。 教师引导：有关仿生学是一个新兴的科学，仿生学的内容非常广泛。课后，大家可以查阅资料，了解有关仿生学的知识。 三、学生活动手册 研究蜂巢形状的奥秘。 蜂巢截蜂巢截面面 形状形状 壁长壁长 / /厘米厘米 内切圆内切圆 直径直径/ /厘米厘米 4 4 个密铺后个密铺后 有几道壁有几道壁 4 4 个密铺后壁的个密铺后壁的 总长度总长度/ /厘米厘米 抗压能力抗压能力 ( (书本数书本数) ) 正三角形 4.56 2.64 9 41.04 4 正方形 3 3 12 36 3 正六边形 1.86 3.22 19 35.34 5 我的结论： 许多动物具有与生俱来的特殊本领，你认为可以
17、从它们身上获得什么启示?进行哪些发明创造? 秃鹫飞得高，能飞上 9000 米的高空 发明飞机 游泳冠军旗鱼的 时速高达 113 千米 发明火箭 抹香鲸是潜水冠军， 能潜入海洋 2200 米深处 发明潜水艇 尖尾雨燕是飞行冠军， 时速可达 350 千米 发明飞机 第第 6 6 课课 蛋壳与薄壳结构蛋壳与薄壳结构 1.教学内容 本课从关注蛋壳的结构特征到认识其抗压能力，并以建筑上常用的拱结构为桥梁，发展到认识与蛋壳相似的薄壳结构。本课教学内容分三部分。 第一部分，研究鸡蛋壳的形状特点。这里包括两个活动：一是指导学生观察并描述蛋壳的特点，激发他们的学习兴趣；二是研究蛋壳的精妙之处，通过试着握碎鸡蛋、
18、戳破蛋壳、用蛋壳承载重物，发现蛋壳抗压能力的优势。 第二部分，观察比较蛋壳和拱的外形，认识拱形建筑和建筑上的拱结构，并通过测试拱的承重能力，发现拱也具有抗压能力强的特点。 第三部分，通过阅读了解人们受蛋壳的启示发明了薄壳结构，并在建筑等领域广泛应用。 2.教学目标 尝试用握、戳、承重等方式破坏蛋壳，直观感受蛋壳的稳固。 对比蛋壳和拱形，找出两者之间的关联。 通过承重对比实验，知道拱桥的承重能力大于平桥。 了解拱结构、薄壳结构在建筑等领域的应用。 3.重点与难点 重点：研究蛋壳和拱的承重能力。 难点：研究拱的承重能力。 4.教学准备 教师材料：拱形建筑、薄壳建筑的视频或图片等。 学生分组材料：完
19、好的鸡蛋、蛋壳、铅笔、平板、塑料瓶盖、A4 卡纸等。 教学过程 一、导入新课 同学们，通过上一课的学习我们知道生物在长期进化的过程中，形成了许多有利于生存的形态结构和生理特点，人们从中获得很多启示。这些做法逐渐发展成为一门从自然中学习，进而应用到工程技术中的学科仿生学。 今天这节课，我们继续探究仿生学的有关知识，探究人们从蛋壳中获得怎样的启示？ 板书课题：6.蛋壳与薄壳结构 二、教学新课 活动 1：观察并描述鸡蛋壳的特点 出示一枚鸡蛋，引导学生看一看鸡蛋，从鸡蛋的形状、组成部分等各方面描述鸡蛋。 预设： 鸡蛋是椭圆形结构，从外到内分成三个部分，分别是蛋壳、蛋白、蛋黄。 从颜色上来看，鸡蛋一般红
20、、茶色居多,也有白皮鸡蛋。 从大小上来看，鸡蛋一般比鸭蛋小 从形状上来看，鸡蛋稍圆些，鸭蛋椭圆的程度大些。 再出示蛋壳的图片， 引导学生仔细观察蛋壳， 并且通过用眼睛看， 用耳朵听， 用鼻子闻，用手敲一敲等各种方法观察鸡蛋壳的特点。 学生分小组活动，使用各种方法探究鸡蛋壳的特点。 预设： 鸡蛋呈椭球形,外表光滑,表面有细微的气孔,内部有一层薄膜。鸡蛋壳的主要成分是碳酸钙,并不坚硬致密，很容易磕破，只要轻轻一磕鸡蛋就破了。 活动 2：研究蛋壳结构的精妙之处 教师激发学生的兴趣：如此普通、司空见惯的鸡蛋壳又有哪些精妙之处呢？ 问题一：我们能用手把一枚鸡蛋握碎吗？ 教师引导：蛋壳这么薄，平时我们轻轻
21、一磕鸡蛋就破了。那么我们用手握住鸡蛋，使劲的用力，能够把一枚鸡蛋握碎吗？下面请同学们来试一试。 全班分小组活动，每个同学体验用力握住鸡蛋，看能不能把鸡蛋握碎。 全班交流，说一说本小组的活动结果，想一想这是为什么呢？ 因为鸡蛋是椭球形的,用手握鸡蛋时,手部施加的压力能被蛋壳外凸的曲面分散,所以鸡蛋不易握碎。 问题二：哪种情况下的蛋壳不容易被戳破？ 出示课本第 17 页右下方的一组图片，引导学生仔细观察，想一想哪种情况下的蛋壳不容易被戳破呢？ 学生分小组活动按照图片提示的方法进行实验，并且仔细观察实验结果。教师巡视，了解学生活动情况， 并提醒学生注意要比较这个实验结果， 就要让铅笔从同一个高度落下
22、。 全班交流，各小组汇报本小组的活动结果，并且想一想为什么？ 因为蛋壳内附着的一层富有弹性的薄膜所产生的预应力,能拉紧整个蛋壳,增加了蛋壳的抗压能力。 问题三：4 枚鸡蛋能支撑多重的物体？ 教师引导：鸡蛋究竟能承受多大的压力呢？下面我们通过实验来探究。 出示课本 18 页上面的一组图片，学生仔细观察想一想本次实验所需的材料、方法以及注意点。 全班交流，先请学生做出自己的预测，预测一下，4 枚鸡蛋究竟可以承受多少本书的压力，并且把自己的预测结果填写在书上。 实验材料：4 枚鸡蛋、固定鸡蛋的小圆盘、一小块木板、书本若干。 实验方法：将 4 枚鸡蛋立在桌面上(每枚鸡蛋的上下两端用塑料瓶盖固定),在上
23、面放一块平板,然后在木板上依次一本一本的放上书本，看看当放到第几本书的时候，鸡蛋会出现破碎的情况。 实验注意点：在放书本的时候，动作一定要轻，要缓慢，不能用力一扔，更不能使劲的往上一拍。 全班分小组活动， 动手操作这个实验， 仔细观察4枚鸡蛋究竟可以承受多少本书的压力。 全班交流，各小组汇报本小组的实验结果，想一想我们得出的实际结果和自己事先猜测的一样吗？自己是估计多了还估计少了？为什么？ 教师小结：刚刚我们通过自己的实验了解了 4 枚鸡蛋究竟能够承受多大的压力，可能大部分同学都没有预料到 4 枚小小的鸡蛋竟然可以承受那么大的压力。 活动 3：蛋壳结构与拱形结构 出示课本18页中间的两幅图片，
24、 请学生在蛋壳上画一条线,看一看这条线是什么形状的? 预设： 这条线像拱桥。 这条线是拱形的,蛋壳曲面可以看成由无数的拱形拼接而成。 活动 4：测试拱形结构的承重能力 鸡蛋之所以能够承受那么大的压力，与鸡蛋本身的拱形结构是有关系的，那么拱形结构的承重能力究竟怎样呢？下面我们继续通过实验来进行比较。 出示课本 19 页下方的一幅图片，学生观察这幅图片，并读一读旁边的文字，了解本次活动所需的材料、方法以及注意点。 全班交流 实验材料：两张 A4 纸、两个文具盒、签字笔若干等。 实验方法： 用 2 张 A4 卡纸分别做成平桥和拱桥的桥面,分别在平桥和拱桥的桥面上摆放签字笔，看哪一种形状的桥面上摆放的
25、签字笔更多，比较两者的承重能力。 学生分小组活动，按照实验方法进行操作，仔细观察实验现象，得出实验结论。 全班交流，预设： 相比较平桥的桥面而言，拱桥的桥面能够承受的压力更大。因此拱形结构的承重能力比平面结构的承重能力大。 因为拱能把受到的压力向下和向外传递给相邻的部分,如果能抵住外推力,拱就能承受巨大的压力。 活动 5：日常生活中的拱形结构建筑物 教师引导：因为拱形结构的承重能力比较大，因此在日常生活中我们可以看到很多的拱形结构的建筑物。 出示课本 18 页上面的 2 幅图片， 学生观察这 2 幅图片找一找这 2 幅图片中的拱形结构。预设： 图片 1，桥梁桥洞是拱形的，可以承受更大的压力。
26、图片 2，南京紫金山下灵谷寺景区内有一座无梁殿也是利用拱形结构建造而成的。 除了书上列举的拱形结构的建筑物之外，你还见过哪些拱形建筑或建筑上的拱结构? 预设： 常见的拱形有:拱门、牌坊、城堡、水渠、宫殿等。著名的建筑有法国的凯旋门、中国的赵州桥、古罗马水渠等。 活动 6：认识薄壳结构 学生自由读一读课本 19 页的“薄壳结构”这段文字资料，初步了解薄壳结构的特点及应用。 薄薄的鸡蛋壳之所以能承受很大的压力,是因为蛋壳曲面可以看成由无数的拱拼接而成的,能够把受到的压力分散到蛋壳的各个部分。人们从蛋壳中得到启示,发明了薄壳结构。薄壳结构具有优越的受力性能,且轻便省料,因此在建筑中被广泛使用。 出示
27、课本 19 页的国家大剧院、悉尼歌剧院两幅图片，学生观察这两幅图片，了解这两幅图片中的“薄壳结构”。 预设： 中国国家大剧院，是新“北京十六景”之一的地标性建筑，位于北京市中心天安门广场西，人民大会堂西侧，由主体建筑及南北两侧的水下长廊、地下停车场、人工湖、绿地组成。中国国家大剧院由法国建筑师保罗安德鲁主持设计，国家大剧院外观呈半椭球形，东西方向长轴长度为 212.20 米，南北方向短轴长度为 143.64 米，建筑物高度为46.285 米，占地 11.89 万平方米，总建筑面积约 16.5 万平方米，其中主体建筑 10.5万平方米。 悉尼歌剧院的外型犹如即将乘风出海的白色风帆由 10 块大“
28、海贝”组成，与周围景色相互呼应，最高的那一块高达 67 米。高低不一的尖顶壳，外表用白格子釉瓷铺盖，在阳光照映下，既像竖立着的贝壳，又像两艘巨型白色帆船，飘扬在蔚蓝色的海面上，故有“船帆屋顶剧院”之称。那贝壳形尖屋顶，是由 2194 块每块重 15.3 吨的弯曲形混凝土预制件，用钢缆拉紧拼成的，外表覆盖着 105 万块白色或奶油色的瓷砖。据设计者晚年时说，他当年的创意其实是来源于橙子。正是那些剥去了一半皮的橙子启发了他。歌剧院白色屋顶是由一百多万片瑞典陶瓦铺成，并经过特殊处理，因此不怕海风的侵袭，屋顶下方就是悉尼歌剧院的两大表演场所：音乐厅和歌剧厅。 除了建筑,你还见过哪些薄壳结构的物品? 预
29、设： 安全帽也是有拱形结构构成的，如果有重物从上面掉下来，安全帽就可以承受重物的压力，从而避免人的头部受伤。 野营的帐篷是圆顶形的，支搭简单，携带方便，重量轻，承重大，适合一般的休闲旅行使用。 三、课堂总结 今天这节课，我们探究了鸡蛋的作用，了解了薄壳结构的特点，知道蛋壳结构也是一种拱形结构，拱形结构能够承受很大的压力，古今中外很多的建筑物都是由拱形结构建造而成的。课后，请同学们继续观察我们周围的物品，看看哪些建筑物或者物品中使用到了拱形结构。 四、学生活动手册 科学阅读。 薄壳结构薄壳结构 在自然界中， 一些植物的种子外壳、 动物的蛋壳和各种贝壳， 都是天然的薄壳结构。它们用很少的材料获得无
30、比坚硬的外壳，以抵御外界的侵袭。 以蛋壳为例，通常情况下，蛋壳厚度只有 0.38 毫米。这么薄的蛋壳，简直不堪一击。然而，蛋壳的形状可以增大它的承受力，凸出向外的曲面能把压力分散。特别是当它均匀受力时，抗压性就更强了，远不是看上去的那么脆弱。 人类从蛋壳这样的天然壳体中受到启发，利用混凝土以及其他合金材料的可塑性，将各种形式的薄壳结构运用到大跨度的建筑中。这些薄壳结构的建筑能够达到力学设计的基本要求用料少，抗压能力强。 寻找生活中的薄壳结构建筑或物品，把它们的照片贴在下面，或把它们的样子画在寻找生活中的薄壳结构建筑或物品，把它们的照片贴在下面，或把它们的样子画在下面。下面。 第第 7 7 课课
31、 海豚与声呐海豚与声呐 1.教学内容 本课关注的是仿生学中的一个典型案例：海豚与声呐，即科学家从海豚在海里游动和捕食的行为得到启发，发明了声呐。如果说蛋壳与薄壳结构是结构上的相似，那么，海豚与声呐则是工作原理上的相似。本课教学内容分三部分。 第一部分，通过了解科学家所做的海豚游动的实验，知道海豚游动和捕食时离不开嘴巴和耳朵。 第二部分，做模拟海豚游动和捕食的游戏，感受海豚利用嘴巴和耳朵捕食的情况，了解海豚游动躲避障碍物和捕食的过程。 第三部分，通过阅读了解海豚探路的原理，以及声呐、B 超、雷达的工作原理。说明海豚、声呐、B 超利用的是回声定位，而雷达利用的是无线电波的反射来发现目标、跟踪目标，
32、它们的原理相同。 2.教学目标 知道什么是超声波，了解超声波回声定位和无线电波反射定位的原理。 通过阅读和对比，发现海豚探路、声呐、B 超、雷达的工作原理。 在“海豚捉鱼”的游戏活动中，进一步认识模拟活动的特点。 分工合作，提升团队合作意识。 3.重点与难点 重点：了解海豚活动以及捕食的工作原理。 难点：团队合作，完成游戏。 4.教学准备 教师材料：相关视频和图片。 学生分组材料：游戏头饰。 教学过程 一、导入新课 通过上节课的学习，我们了解了蛋壳与拱形建筑，知道人类从蛋壳结构中获得启发，建造出了各种各样的拱形结构的建筑物，比如拱桥、澳大利亚悉尼歌剧院、紫金山脚下灵谷寺内的无梁殿。 今天这节课
33、，我们来探讨人类从海豚身上获得的启发。 板书课题：7.海豚与声呐 二、学习新课 活动 1：海豚畅游无阻的奥秘 出示课本 20 页上面的两幅图片，教师引导：人们在水池里插上金属棒,海豚游动时绝不会碰到;即使被蒙上眼睛,照样畅游无阻,还能准确捕捉猎物。 这是什么原因？说明了什么？ 科学家的实验是让海豚在插满金属棒的水池中游动。从左图上看,海豚能够在插满金属棒的水池中自如游动;从右图中看,海豚即使被蒙上眼睛,仍然能够在水池中自如游动。 这个实验说明,海豚探路不是依靠视觉。 提出疑问：海豚探路不是依靠视觉，那是靠什么呢？ 活动 2：模仿海豚用嘴巴和耳朵相配合捕捉小鱼 教师引导：海豚是依靠嘴巴和耳朵相互
34、配合，才能在插满金属棒的水池中游动，绝不会碰到金属棒，还能准确捕捉猎物。下面我们来做一个游戏，模仿海豚怎样用嘴巴和耳朵相配合捕捉小鱼的。 出示课本 20 页下面一幅插图，学生观察这幅插图并读一读上面的文字，初步了解游戏的内容与方法。 游戏方法： 1.在一块空地上画一个大圈,45 人一组,一人蒙上眼睛扮演海豚,其余同学扮演小鱼。 2.“海豚”一边快速移动一边说“小鱼”,“小鱼”们只能在圈内脚跟碰脚尖地移动,并且都要发声回应。 3.“海豚”捉到“小鱼”后,互换角色,继续游戏。 游戏设计说明： 在这个游戏中,蒙上扮演海豚同学的眼睛是为了避免学生看见“小鱼”的位置,也是模拟在海中游动的海豚;扮演海豚的
35、同学说“小鱼”模拟的是海豚发出超声波;扮演“小鱼”的同学发出回应声模拟的是反射回的超声波;扮演海豚同学的快速移动和扮演小鱼同学的慢速移动模拟的是海豚与小鱼的游动速度差别。 学生分小组活动，按照活动方法及要求进行游戏，边游戏边体会海豚是怎样用嘴巴和耳朵相配合捕捉小鱼的。 教师小结：通过刚才这个游戏，我们初步了解了海豚在夜间飞行，依靠尾巴和耳朵相配合来捕捉小鱼的。那么人类根据海豚这一特点，从中获得什么启发呢？ 活动 3：海豚探路的启示 出示课本 21 页“海豚探路”的图片，学生观察这幅图片，进一步体会海豚的耳朵和嘴巴是如何相配合捕捉小钱鱼的。 学生自由读一读课本 21 页“海豚探路的启示”这段文字
36、，学生认真的读一读，进一步了解海豚的耳朵和嘴巴是怎样相互配合探路的。 海豚在水里能够发出一种人耳听不见的声波,声波遇到物体后会反射回来,被海豚的耳朵接收,海豚就能确定物体的形状、大小和位置。海豚采用的这种方法叫回声定位。 出示课本 21 页雷达和潜水艇以及 B 超诊断仪的图片，学生观察这几幅图片并读一读对应的文字，进一步了解这三种物体工作的原理是怎样的？ 预设： 雷达， 通过天线发出无线电波， 无线电波遇到障碍物后就会反射回来， 显示在荧光屏上，这样就可以测定目标的方向、距离、大小等等。因为无线电波不受天气等条件的影响，所以雷达广泛应用于军事、地形测绘、气象观测、航行保障等领域。 潜水艇的声呐
37、系统，利用声波对水下目标进行探测、定位、识别、导航等等。 B 超诊断仪，利用回声定位原理,通过发射超声波射入人体,通过分析体内组织产生的回声，探测人体内部是否健康。 讨论问题：雷达、声呐、B 超诊断仪的工作原理和海豚探路有什么相似之处呢？ 相同之处： 海豚、声呐、B 超、海豚都属于回声定位的工作原理。某些动物能通过口腔或鼻腔把从喉部发出超声波,利用反射回的声波来定向,这种空间定向的方法称为回声定位。声呐是利用水中声波进行探测、 定位和通信的电子设备。 雷达将电磁波以定向方式发射至空间,借由接收空间内存在物体所反射的电磁波,可以计算出该物体的方向、高度及速度.并且可以探测物体的形状,以地面为目标
38、的雷达可以探测地面的精确形状。 不同之处： 海豚发出的是超声波，超声波碰到物体后反射回来被海豚的耳朵接收。 雷达发出的是无线电波，无线电波遇到障碍物后反射回来显示在荧光屏上。 声呐发出的是声波，声波碰到障碍物会反射回来，显示在荧光屏上。 B 超诊断仪发出的是超声波，超声波反射回来，显示在荧光屏上。 三、课堂总结 今天这节课，我们探索了海豚探路的秘密，知道人类根据海豚探路的秘密发明了雷达、声呐和 B 超诊断仪等物体，他们的工作原理都与海豚探路的原理相似。课后，同学们可以查阅资料，了解更多的有关海豚探路的秘密。 四、学生活动手册 画出声呐、B 超诊断仪和雷达的工作原理示意图。 声呐声呐 B B 超
39、诊断仪超诊断仪 B 型超声诊断仪的基本工作原理超声波是一种超出人耳听力范围的声波，发射频率在 2 万赫兹以上，通过人体组织后反射回来显示在荧光屏上，形成很多亮暗不一的光点，构成一幅切面图像来诊断疾病。 雷达雷达 科学阅读。 蝙蝠与回声定位蝙蝠与回声定位 蝙蝠的视力很弱，但是听觉很灵敏。实验证明，蝙蝠主要靠听觉来发现昆虫。蝙蝠在飞行的时候， 喉内发出超声波。 超声波能够像波浪一样向前推进， 遇到物体就被反射回来，形成根据物体性质不同而产生不同声音特征的回声。蝙蝠能够用耳朵接收这种回声，并根据回声的频率、音调、声音间隔等特征，确定物体的性质和位置，判断探测目标是昆虫还是障碍物，以及距离它有多远。蝙
40、蝠的这种探测目标的方式，叫作回声定位。 蝙蝠利用回声定位来捕捉昆虫，其灵活性和准确性是非常惊人的。有人统计，蝙蝠在几秒时间内就能捕捉到一只昆虫，一分钟可以捕捉十几只昆虫。蝙蝠还能从杂乱无章的充满噪声的回声中检测出某一特殊的声音，然后迅速进行分析和辨别，以区别反射声波的物体是昆虫还是石块，或者更精确地判断是可食昆虫还是不可食昆虫。蝙蝠回声定位的精确性和抗干扰能力，对于人们研究提高雷达的灵敏度和抗干扰能力，有着重要的参考价值。 第第 8 8 课课 我们来仿生我们来仿生 1.教学内容 在前几课学习的基础上，通过仿生学习和仿生实践，指导学生学以致用，尝试模仿一种生物的形态、结构或功能，设计一种产品。
41、第一部分是通过用眼观察、动脑思考、动手制作等多种形式，研究手臂的结构和功能。这是本课的重点内容，先了解自己的手臂是如何动作的，再与假肢手臂进行比较，发现两者在结构和功能方面的相似之处，最后自己动手做一只手臂模型。 第二部分做“保护色”游戏。让学生发现自然界的有些小动物，用其自身与周围环境融为一体的颜色来保护自己，从而理解各种迷彩服的设计是为了与环境融为一体，避免被发现。 第三部分是阅读，了解六足机器人的仿生案例。 第四部分提出锥形瓶与烧瓶清洗问题，介绍了一种有创意的仿生设计。 第五部分是亲自动手设计仿生物品。在前面的铺垫和模拟练习的基础上，鼓励学生尝试设计仿生用品。 2.教学目标 能按要求制作
42、手臂的结构模型。 通过阅读资料和分析，了解一些生活中的仿生产品。 发挥团队合作意识，共同完成游戏任务。 尝试进行仿生设计。 3.重点与难点 重点：通过对仿生产品的了解和分析，尝试进行仿生产品的设计。 难点：设计仿生产品。 4.教学准备 教师材料：课件。 学生分组材料：制作手臂的宽窄卡纸、铆钉、线、胶带、小动物卡片。 教学过程 一、导入新课 通过前几节课的学习，我们了解了生物在长期进化的过程中，形成了许多有利于生存的形态结构和生理特点，人们从这些动植物的形态结构和生理特点中获得很多启示，如根据鸟类飞行的特点发明了飞机，根据蛋壳的结构造出了拱形结构的建筑，根据海豚探路的特点发明了雷达，可以这样说，
43、日常生活中我们有许多发明的灵感都来源于自然界的动植物。 今天这节课，我们也来试一试仿生。 板书课题：8.我们来仿生 一、教学过程 活动 1：模仿手臂的结构和功能 观察肌肉、骨骼和关节是怎样配合工作的 提出要求：做手臂伸直和弯曲的动作，仔细观察肌肉、骨骼和关节是怎样配合工作的。 学生分小组活动，按照要求做手臂伸直和弯曲的动作，并且观察在手臂伸直和弯曲的过程中，右上肢是怎样运动的，并且在运动时，用左手按住右上肢的不同部位，感受右上肢不同部位的变化，思考肌肉、骨骼、关节是怎样配合工作的。 全班交流，预设： 人或动物任何一个动作的产生，都不是一块骨骼肌收缩、舒张完成的，而是多组肌群在神经系统的调解下，
44、骨、关节和肌肉的协调配合完成的：骨骼肌接受神经传来的刺激，会收缩，牵引着它所附着的骨，绕着关节运动，从而产生各种动作。屈肘时，肱二头肌收缩，肱三头肌舒张。伸肘时，肱三头肌收缩，肱二头肌舒张。 通过弯曲和伸直手臂活动， 我们知道人体各种活动都是由肌肉收缩带动骨骼运动而实现的， 附着在骨头上的肌肉总是成对的在一起工作， 一个收缩， 另一个就舒张。 由此可见，在运动中骨骼、关节和肌肉是互相配合完成运动的。 教师小结：通过右手的弯曲和伸直这两个动作，我们可以发现，一个简单的动作，需要我们的骨骼、肌肉和关节三者相互配合才能完成，缺少其中的任何一个，都不能完成伸直和弯曲手臂这一简单的动作。 活动 2：观察
45、假肢手臂的结构 出示课本 22 页的假肢手臂的结构图，引导学生看一看，了解假肢手臂的结构。 讨论：我们的手臂由哪些部分组成？ 我们的手臂由骨头、关节、肌肉、神经、血管、筋腱等组成，他们之间有一定的联系。 假肢，也称“义肢” ，是供截肢者使用以代偿缺损肢体部分功能的人造肢体，有上肢假肢和下肢假肢。多用铝板、木材、皮革、塑料等材料制作，其关节采用金属部件，现在假肢界主流是钛合金和碳素纤维材料。义肢指人造肢体，用来取代肢体的功能障碍(不论暂时性或永久性)，或是用来掩饰肢体伤残。与义体(如假鼻子、假发)最大的不同，在于义肢的功能性较强，且单指上下肢而言。 活动 3：做一只手臂模型，研究手臂是怎样工作的
46、 教师引导：我们的手臂究竟是怎样工作的呢？下面我们来做一只手臂模型，研究手臂是怎样工作的。 出示课本 22 页下面 4 幅插图，学生观察这 4 幅插图，并且读一读制作手臂模型的步骤文字，初步了解制作手臂模型所需的材料、方法、步骤以及注意点。 全班交流 制作所需材料：硬纸板、剪刀、铆钉、胶带、绳子等等。 制作方法步骤： 1.剪两块硬纸板,其中一块是另一块的两倍宽。将宽纸板沿长边对折,将窄纸板的一端剪圆。 2.把剪圆的纸板夹在对折纸板的一侧,用铆钉连接,再把“手”固定在对折纸板的另一侧。 3.用胶带将两根等长的绳子的两端分别固定在两块硬纸板上。 4.拉动绳子,带动整个“手臂”运动。 学生分小组活动
47、，小组成员合作完成手臂模型的制作活动。 全班交流，各小组展示本小组制作完成的手臂模型，看看还有什么需要改进的地方，各小组继续改进完善本小组制作的手臂模型。 模型各部分分别代表的是什么？ 预设： 硬纸板代表长骨；对折的硬纸板代表前臂的桡骨和尺骨；铆钉代表关节；绳子代表连接上臂与前臂的骨骼肌肉。 教师引导：我们的手臂模型已经做好，下面我们就通过手臂模型的活动来探究手臂是怎样工作的？ 学生分小组活动，引导手臂模型做各种各样的活动，仔细观察手臂是怎样工作的。 全班交流，指生说一说手臂是怎样工作的？ 预设： 通过手臂模型的活动，我们发现骨骼、关节和肌肉在活动中是互相配合，协同作用的。 教师小结：骨骼、关
48、节和肌肉组成了人体的运动系统，他们互相配合，使身体进行各种运动。其中骨骼支持人体的运动，是人体运动的基础；关节是骨与骨之间能够活动的连接，使骨骼的运动更加灵活；肌肉附着在骨骼上，通过收缩带动骨骼，产生运动，为人体运动提供了动力。 活动 4：做“保护色”游戏 出示军人的迷彩服，引导学生看一看，想一想迷彩服在军事活动中有哪些作用？ 迷彩服是由绿、黄、茶、黑等颜色组成不规则保护色图案用于伪装的服装。迷彩服要求它的反射光波与周围景物反射的光波大致相同，不仅能迷惑敌人的目力侦察，还能对付红外侦察，使敌人现代化侦视仪器难以捕捉目标。 教师引导：下面，我们就来做一做“保护色”游戏。 出示“保护色”游戏的要求
49、： 1.分组给蚂蚱、蝴蝶、菜青虫、青蛙等小动物卡片涂上颜色,并剪下来。 2.选一条树丛边的小路,各组将小动物卡片沿途放在其中。 3.以正常速度走过这条小路,比一比哪个小组做的卡片被发现得最少。 4.重走一遍这条小路,你能发现更多的小动物卡片吗? 学生读一读具体的游戏要求，并且观察下面的两幅图片，初步了解本次游戏的要求以及方法。 教师详细讲解游戏要求：小动物卡片代表生活在树丛中的小动物;以正常速度走过这条小路代表不经意的观察状态;重走一遍小路,代表仔细的观察状态。 学生分小组活动，制作小动物卡片并且沿途放在小路的各个地方，引导同学们去寻找这些小动物，看一看哪个小组做的卡片被发现的最少。 全班交流
50、，说一说活动的收获，比一比哪个小组做的卡片被发现的最少，想一想这是为什么？ 预设： 小动物卡片跟周围环境颜色最相近的，不容易被发现。小动物卡片颜色跟周围环境颜色相差太大的，很容易被发现。 出示课本 23 页下面的一幅环境图片以及三种迷彩服的图片，引导学生看一看，想一想这三种迷彩服分别在什么环境中不易被发现。 预设： 左上方黄绿色的迷彩服是丛林迷彩,用于陆军夏作训服。 中间的是荒漠迷彩,用于陆军冬作训服。 右上方蓝色的迷彩服是海洋迷彩,用于海军陆战队。 教师小结：迷彩服是作训服的一种基本类型。“迷彩”是由绿、黄、茶、黑等颜色组成不规则图案的一种新式保护色。迷彩服要求它的反射光波与周围景物反射的光
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