资源简介

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5生物的启示 教学设计
课题 生物的启示 单元 仿生 学科 科学 年级 五下
学习目标 1、知道蜂巢的结构特点和它的用途。目标解读：通过对蜂巢结构的学习，知道蜂巢是严格的六角柱状体，并且坚固又省材料。2、探究物体形状与承受力大小的关系。目标解读：通过实验了解到把薄的材料用不同的方式折叠或弯曲，可以提高材料的承受力，而且折叠或弯曲的形状不同，其承受力也是不同的。3、了解人类从鱼类、鸟类身上获得的启示。目标解读：人类依据鸟类和鱼类的构造和功能，创造出各种人造物，如飞机和鱼雷等。
重点 1、知道蜂巢的结构特点和它的用途。2、探究物体形状与承受力大小的关系。
难点 探究物体形状与承受力大小的关系。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 单元页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它能乘风破浪……原来是因为大自然给了人类发明创造的灵感板书课题 阅读资料 激趣导入
讲授新课 活动一：我们身边的仿生活动二：蜂巢结构 公元4世纪，古希腊数学家佩波斯提出猜想，截面呈六边形的密铺（不留空隙，也不相互重叠）的蜂窝巢房，是蜜蜂采用最少量的蜂蜡建造成的。这一猜想被称为“蜂窝猜想”。 活动三：研究蜂巢形状的奥秘1.假设蜜蜂用正五边形建蜂巢，结果会怎样？结论： 正五边形无法密铺，建成的蜂巢会有缝隙。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2.假设蜜蜂用下面3种面积相等的图形建蜂巢，计算每种图形的内切圆（巢口）直径，以及蜂巢的总长度，并进行排序。数据如下图所示：综上得出，正六边形蜂巢的巢口最大，所用的材料（蜂巢壁的总长度）最小。说明用正六边形建造蜂巢，不仅可以建造宽敞的巢穴，还能节省材料。3.将3张A4纸分别折成正三棱柱、正四棱柱，比较哪种形状挤压能力最强。（1）了解棱柱。 棱柱是几何学中的一种常见的三维多面体，指上下底面平等且全等，侧棱平行且相等的封闭几何体。若棱柱的底面为n边形，则该棱柱便称为n棱柱。如三棱柱就是底面为三角形的棱柱。 棱柱是多面体中最简单的一种，我们常见的一些物体，如三棱镜、方砖以及螺栓的头部，它们都呈棱柱的形状。（2）测试几种形状承受力的实验。实验猜想：（ ）纸筒的承受力最大。实验目的：探究物体形状与承受力大小的关系。实验材料：A4纸若干张，双面胶、科学书若干本。实验步骤:(1)把A4纸沿横向分别折成不同形状的纸筒，立在桌面上。实验步骤:（2）轻轻地将科学书放到纸筒上（书的中心要对准纸筒中心），逐渐增加科学书的数量，直到纸筒承受不住为止。（3）将实验结果填在实验记录表中。活动四：生活中的蜂巢结构蜂窝结构的优点主要有：承受力强，构造精巧而且节省材料。（1）足球球门的挂网一般采用六边形结构，在省材料的同时，可以密铺，还具有一定的稳定性（防止足球打穿），结实耐用还美观。（2）街道路面在砖的铺设，也多采用六边形结构，节省材料，抗压能力也强。（3）包装纸箱上的蜂巢结构，可以提高包装纸的抗压能力， 同时也能节省不少材料。（4）蜂窝煤设计成蜂窝状，可以加快空气流通，扩大煤与氧气的接触面积，达到充分燃烧。活动五：鱼的身体给我们的启示在鱼的身体内部有一种器官叫作鱼鳔，也就是我们平时所说的水泡。当鱼鳔鼓起来时，浮力增加，鱼就能浮到水面。当鱼鳔瘪下来时，浮力减少，鱼就能沉在水底。当鱼鳔里有一部分空气时，它就能停留在水的中间。科学家从鱼的上浮、下沉中受到了启示，经过多次实验研究，发明了一种能在水中上浮、下沉的船——潜水艇。鱼鳍是大部分鱼类用来游泳和维持身体平衡的重要器官，包括成对的偶鳍和不成对的奇鳍。鱼游动时，胸鳍向鱼体两侧张开，做前后摆时，鱼体前进；一侧胸鳍摆时鱼体不动的一侧转弯；腹鳍相当于陆生动物的后肢，具有协助背鳍、臀鳍维持鱼体平衡和辅助鱼体升降拐弯。人们模仿鱼的胸鳍设计了船的双桨，通过它，可以控制船的前进和改变方向。 鱼的尾巴也十分重要，它是鱼的推进器，它包括尾杆和尾鳍，尾鳍就是鱼尾巴上两个三角形扁状的尾巴，鱼前进时就利用尾鳍波动水，这时水的反作用力就推动鱼前进。人类受到鱼尾的启示，发明了螺旋桨，依靠螺旋桨往返摆动，推动船前进。 活动六：鸟类给我们的启示1.仿生学。 仿生学是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。它是一门新型边缘科学，研究对象是生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植于人造工程技术中。该学科的问世，大大地开阔了人类的技术眼界，显示了巨大的发展潜力，是人类智慧的结晶。2.鸟类给我们的启示。 随着现代科学技术的进步，人类发明了高效的施工工具、交通工具和探测工具等。也许你不相信这些发明与鸟类有关。 十九世纪，生物学界对动物的研究取得了丰硕的成果，将成果转换成产能服务于人类，一个新兴的学科——仿生学应运而生。仿生学即模仿利用生物的特征，发明改进落后的工具，提高效率。 对教师所提问题展开回答。分组实验并记录 温故知新勤思考，聚集焦点解新疑。科学探索求真知，名师点拨解疑难。
课堂练习 幻灯呈现
课堂小结 通过本课的学习你有哪些收获？
板书
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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新知导入
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
为什么它能
乘风破浪
……
原来
是因为大自然
给了人类发明创造的灵感
生物的启示
苏教版 五年级下
新知讲解
一
活动
我们身边的仿生
尼龙搭扣是由尼龙钩带和尼龙绒带两部分组成的联接用带织物。广泛应用于服装、鞋子、背包、帐篷、降落伞、窗帘、沙发套等方面。
尼龙搭扣
苍耳
吸盘是动物身上一种圆形器官，中间凹陷，吸附在物体上时，凹处形成真空，外受空气压力，借以附着于其他物体，不易脱落。如章鱼的触角、雨蛙的足、水蛭的口部和腹部等都有。
吸盘
章鱼
依照荆棘的样子制作而成，其一般与刺铁丝立柱配套组成刺绳隔离栅，可起到防护的作用。应用于农场、畜牧场刺铁丝围栏，养殖刺绳护栏网，园林防护高速公路刺绳围栏，厂区、矿区等防护网。
刺铁丝
荆棘
仿生原理
仿生物品名称
动植物名称
新知讲解
一
活动
我们身边的仿生
潜艇下潜和上浮的原理跟鱼类差不多，鱼腹中有一种可充满气体的囊状鳔，其作用类似于潜艇上的压载水舱，是鱼在水中沉浮的主要调节器官。当鱼要下沉时，挤出鱼鳔中气体，使身体的重量加重。
潜水艇
鱼
蛋壳呈拱形，跨度大，包括许多力学原理。虽然它只有2毫米的厚度，但是抗压能力非常强。建筑学家模仿它进行了薄壳建筑设计。这类建筑有许多优点：用料少，跨度大，坚固耐用。
薄壳建筑
鸡蛋
蒲公英种子和冠毛组成的整体质量较轻，而冠毛组成的反向伞状结构具有较大的迎风面积，蒲公英种子这种类似于迷你降落伞的结构极其高效，这种高效的飞行机制可以最大限度地降低材料和能源成本。
降落伞
蒲公英
仿生原理
仿生物品名称
动植物名称
科学零距离
尼龙搭扣的由来
尼龙搭扣是一位瑞士发明家发明的，这位发明家叫乔治。他很喜欢带着他的狗去树林里散步。有一次，他带着狗去树林里散步回来，忽然发现狗的身上和他的裤子上都粘满了苍耳，他用放大镜一看，才发现了苍耳身上带有一些小刺，这些小刺粘在有毛的裤子上，就会牢牢得粘住，任你怎么都甩不掉，除非用手拨掉。乔治就利用苍耳的原理，发明了尼龙搭扣。
新知讲解
二
活动
蜂巢结构
公元4世纪，古希腊数学家佩波斯提出猜想，截面呈六边形的密铺（不留空隙，也不相互重叠）的蜂窝巢房，是蜜蜂采用最少量的蜂蜡建造成的。这一猜想被称为“蜂窝猜想”。
蜂巢结构
新知讲解
三
活动
研究蜂巢形状的奥秘
1.假设蜜蜂用正五边形建蜂巢，结果会怎样？
结论：正五边形无法密铺，建成的蜂巢会有缝隙。
新知讲解
三
活动
研究蜂巢形状的奥秘
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
60°
90°
120°
新知讲解
三
活动
研究蜂巢形状的奥秘
2.假设蜜蜂用下面3种面积相等的图形建蜂巢，计算每种图形的内切圆（巢口）直径，以及蜂巢的总长度，并进行排序。数据如下图所示：
1.32
4.56
3
1.61
1.86
巢口长度为2.64厘米
蜂巢壁的总长度为
4.56×9=41.04（厘米）
2
1
3
4
5
6
7
8
9
12
19
巢口长度为3厘米
蜂巢壁的总长度为
3×12=36（厘米）
巢口长度为3.22厘米
蜂巢壁的总长度为
1.86×19=35.34（厘米）
新知讲解
三
活动
研究蜂巢形状的奥秘
巢口长度为2.64厘米
蜂巢壁的总长度为
4.56×9=41.04（厘米）
巢口长度为3厘米
蜂巢壁的总长度为
3×12=36（厘米）
巢口长度为3.22厘米
蜂巢壁的总长度为
1.86×19=35.34（厘米）
正三角形
正方形
正六边形
其中，巢口直径按从长到短的顺序排列：
正六边形>
正方形>
正三角形
蜂巢壁的总长度按从长到短的顺序排列：
正三角形>
正方形>
正六边形
综上得出，正六边形蜂巢的巢口最大，所用的材料（蜂巢壁的总长度）最小。说明用正六边形建造蜂巢，不仅可以建造宽敞的巢穴，还能节省材料。
新知讲解
三
活动
研究蜂巢形状的奥秘
3.将3张A4纸分别折成正三棱柱、正四棱柱，比较哪种形状挤压能力最强。
（1）了解棱柱。
棱柱是几何学中的一种常见的三维多面体，指上下底面平等且全等，侧棱平行且相等的封闭几何体。若棱柱的底面为n边形，则该棱柱便称为n棱柱。如三棱柱就是底面为三角形的棱柱。
棱柱是多面体中最简单的一种，我们常见的一些物体，如三棱镜、方砖以及螺栓的头部，它们都呈棱柱的形状。
新知讲解
三
活动
研究蜂巢形状的奥秘
（2）测试几种形状承受力的实验。
实验猜想：（ ）纸筒的承受力最大。
实验目的：探究物体形状与承受力大小的关系。
实验材料：A4纸若干张，双面胶、科学书若干本。
实验步骤:(1)把A4纸沿横向分别折成不同形状的纸筒，立在桌面上。
正六棱柱
折出的纸筒要一样高，上下要一样粗；书要轻拿轻放，以减少对纸筒的撞击力；一个纸筒只能做一次实验，不可以重复使用，接头处一定要用双面胶密封接好。
要点提示
新知讲解
三
活动
研究蜂巢形状的奥秘
实验步骤:
（2）轻轻地将科学书放到纸筒上（书的中心要对准纸筒中心），逐渐增加科学书的数量，直到纸筒承受不住为止。
（3）将实验结果填在实验记录表中。
实验记录：
4本书
3本书
正六棱柱
3本书
2本书
下四棱柱
2本书
1本书
正三棱柱
实际测量结果
预计测量结果
纸筒形状
实验结论:（ ）纸筒的承受力最大。
正六棱柱
科学零距离
圆柱形纸筒承受力最大
因为圆柱的底面是圆形，没有角，任何加在上面的重量都会均匀地分布，所以圆柱上的每个点承受力并不大，但其整体能承受比较大的力。而三棱柱、四棱柱、六棱柱都有角，不能把加在上面的重量均匀地分散开，一些点的承受力比较大，因此整体不能承受太大的力。
新知讲解
四
活动
生活中的蜂巢结构
蜂窝结构的优点主要有：承受力强，构造精巧而且节省材料。
（1）足球球门的挂网一般采用六边形结构，在省材料的同时，可以密铺，还具有一定的稳定性（防止足球打穿），结实耐用还美观。
（2）街道路面在砖的铺设，也多采用六边形结构，节省材料，抗压能力也强。
（3）包装纸箱上的蜂巢结构，可以提高包装纸的抗压能力， 同时也能节省不少材料。
（4）蜂窝煤设计成蜂窝状，可以加快空气流通，扩大煤与氧气的接触面积，达到充分燃烧。
新知讲解
五
活动
鱼的身体给我们的启示
在鱼的身体内部有一种器官叫作鱼鳔，也就是我们平时所说的水泡。当鱼鳔鼓起来时，浮力增加，鱼就能浮到水面。当鱼鳔瘪下来时，浮力减少，鱼就能沉在水底。当鱼鳔里有一部分空气时，它就能停留在水的中间。科学家从鱼的上浮、下沉中受到了启示，经过多次实验研究，发明了一种能在水中上浮、下沉的船——潜水艇。
新知讲解
五
活动
鱼的身体给我们的启示
鱼鳍是大部分鱼类用来游泳和维持身体平衡的重要器官，包括成对的偶鳍和不成对的奇鳍。鱼游动时，胸鳍向鱼体两侧张开，做前后摆时，鱼体前进；一侧胸鳍摆时鱼体不动的一侧转弯；腹鳍相当于陆生动物的后肢，具有协助背鳍、臀鳍维持鱼体平衡和辅助鱼体升降拐弯。人们模仿鱼的胸鳍设计了船的双桨，通过它，可以控制船的前进和改变方向。
新知讲解
五
活动
鱼的身体给我们的启示
鱼的尾巴也十分重要，它是鱼的推进器，它包括尾杆和尾鳍，尾鳍就是鱼尾巴上两个三角形扁状的尾巴，鱼前进时就利用尾鳍波动水，这时水的反作用力就推动鱼前进。人类受到鱼尾的启示，发明了螺旋桨，依靠螺旋桨往返摆动，推动船前进。
新知讲解
五
活动
鱼的身体给我们的启示
鱼骨非常坚固，排列整齐，特别是两侧肋骨粗壮、结实，既支撑了整个身体，又能抵抗水中的压力。人们在造船时，参考鱼的骨骼结构，造出的船甲板平整，船舷下削如刃，船的横断面为“V”形（与鱼骨横断机相似），用来支撑船身，使船更坚固，同时吃水深，抗风浪能力十分强。
新知讲解
五
活动
鱼的身体给我们的启示
依据鱼类的形状发明了鱼雷，制造了鱼雷快艇和驱逐舰。鱼雷是一种水中武器。它可以从舰艇、飞机上发射，它发射后可以自己控制航行方向和深度，遇到舰船，只要一接触就可以爆炸。用于攻击敌方水面舰船和潜艇，也可以用于封锁港口和狭窄水道。鱼雷雷身形状似柱形，头部呈半圆形，以避免航行对阻力太大。它的前部为雷头，装有炸药和引信；中部为雷身，装有导航及控制装置；后部为鱼尾，装有发动机和推进器等动力装置。鱼雷的动力系统能源分别为燃气和电力等。
新知讲解
六
活动
鸟类给我们的启示
1.仿生学。
仿生学是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。它是一门新型边缘科学，研究对象是生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植于人造工程技术中。该学科的问世，大大地开阔了人类的技术眼界，显示了巨大的发展潜力，是人类智慧的结晶。
新知讲解
六
活动
鸟类给我们的启示
2.鸟类给我们的启示。
随着现代科学技术的进步，人类发明了高效的施工工具、交通工具和探测工具等。也许你不相信这些发明与鸟类有关。
十九世纪，生物学界对动物的研究取得了丰硕的成果，将成果转换成产能服务于人类，一个新兴的学科——仿生学应运而生。仿生学即模仿利用生物的特征，发明改进落后的工具，提高效率。
客机的飞机翅膀末端上翘是模仿海鸥、鹰等鸟类初级飞羽向上翘起（使得鸟类在气流中飞行非常平稳），增加飞机在气流中飞行的稳定性。
新知讲解
六
活动
鸟类给我们的启示
飞机的副翼是模仿鸟类起飞降落转弯时，翅膀的角度控制飞行高度和转弯。战斗机模拟游隼的翅膀，副翼能大角度的变换使战斗更加快速、灵活。
新知讲解
六
活动
鸟类给我们的启示
涡轮发动机前端的进气口加装锥体是模仿隼科鸟类鼻孔内控制进气量的锥体（使空气分流，减缓高速气流对肺部的冲击），解决高速飞行气流过快，空气进入量过多，油气比不合理，影响发动机功率的问题。
飞机的起落架是模仿长腿鸟类跑步加速起飞，减速跑步降落停止。稳定地控制飞机的起飞和降落。可以说飞机与鸟类仿生学密不可分。
新知讲解
六
活动
鸟类给我们的启示
风镐是一种高效的破拆工具，可以击碎岩石、混凝土和沥青路面等。你可能想不到风镐与啄木鸟之间的关系。啄木鸟的鸟喙以每秒400多米的速度啄木，把木质完全击碎。风镐就是模拟啄木鸟啄木，用高压气推动风镐活塞，带动镐头以啄木鸟的啄木速度撞击坚硬的物体，高速度产生神奇的力量，击碎坚硬的物体自然不在话下。
诸如此类的例子举不胜举。看似毫不相干的事物，用仿生学充当媒介，把鸟类的功能和人类的需求连在一起。深入地研究鸟类，探究尚未发现的奥秘。
课堂练习
1、（ ）是人类模仿生物的结构和功能，创造出各种人造物。
一、填空
2、把薄的材料用不同的方式折叠或弯曲，可以提高材料的（ ）。
仿生学
承受力
课堂练习
1、蜂窝结构的优点主要有：承受力强，构造精巧，但浪费材料。（ ）
二、判断对错
2、直升机是模仿鸟类设计出来的。（ ）
×
√
课堂练习
三、选择题
1、铺设一个平面，消耗最少的材料的平面图形是（ ）。
A.正方形
B.正三角形
C.正六边形
C
课堂练习
三、选择题
2、下列空间结构中，（ ）的抗压能力最强。
A.正方体
B.正六棱柱
C.正三棱柱
B
课堂小结
通过本课的学习你有哪些收获？
板书设计
生物的
启示
折叠
弯曲
实验
验证
我们身边的仿生
荆棘——刺丝
本课思维导图
蜂巢
结构
提高材料的承受力
章鱼——吸盘
苍耳——尼龙搭扣
蒲公英——降落伞
鱼——潜水艇
鸟类——飞机
特点
六角柱状体
坚固
省材料
球门网
地面铺设
包装纸箱
蜂窝煤
应用
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5 生物的启示
一、填空题
1、仿生产品主要是根据生物的（ ）和（ ）设计的。
2、吸盘的发明是受到（ ）的启示。
3、在同种正多边形中，能密铺的只有（ ）形、（ ）形和（ ）形。
二、判断题
1、六边形的蜂巢抗压性最强。（ ）
2、体育工作者认真研究青蛙在水中的运动姿势，总结出了一套游泳动作——蛙泳。（ ）
3、尼龙搭扣是受到苍耳种子钩刺的启发而发明的。（ ）
4、蜂窝猜想是古希腊数学家亚里士多德提出的。（ ）
三、选择题
1、传说鲁班上山时，不小心被一种边缘有齿的草叶划破了手指，鲁班从而受到启发，发明了（ ）。
A．斧头 B．锯子 C．镰刀
2、降落伞的发明是受到（ ）的启示。
A．蘑菇 B．蒲公英种子 C．苍耳果实
3、我国研制的“神舟五号”载人航天飞船上安装的照相机，一次能拍上千张清晰的照片，这种相机是模仿（ ）制成的。
A．蝙蝠的眼 B．青蛙的眼 C．苍蝇的眼
4、下列产品中，（ ）不是模仿动物的形态结构制成的。
A．雷达 B．课桌 C．轮船
5、下列说法中，符合科学道理的是（ ）。
A．生物是有限的，仿生产品将会越来越少
B．生物是发展变化的，仿生产品将会越来越多
C．生物的种类不会变化，所以仿生产品的种类也是不会变化的
四、综合分析
船舶的发展在很多方面都应用了仿生学，请根据你掌握的知识回答下列问题。
1.船底的龙骨结构，是我国古代的一项重大发明，不但能使船更加坚固，而且使其抗御风浪的能力大大增强，对世界船舶结构的发展产生了深远影响。船的龙骨结构是根据（ ）的骨骼受到启发而发明的。
2.船桨能划水，使船行驶得更快，这是受到（ ）的启发；船舵能控制船的行进方向，这是受到了（ ）的启发。
A．鱼的胸鳍 B．鱼的背鳍 C．鱼的腹鳍 D.鱼的尾鳍
3.潜艇的形状是依照（ ）的身体形状制造的。
4.潜艇能在水中实现上浮和下沉是受到了什么启发？
五、材料分析
在显微镜下，蝴蝶的彩色翅膀其实是由许多小鳞片组成的。这些小鳞片会随阳光的照射方向自动变换角度，从而调节体温。科学家们受蝴蝶的启发，将人造卫星的控温系统制成了对温度敏感的百叶窗样式，随温度变化可调节窗的开合，保持了人造卫星内部温度的恒定，解决了航天事业中的一个大难题。
如果人造卫星内部温度较低，控温系统的扇叶会（ ）
A．闭合成一个平面
B．调整角度，使扇叶与太阳光垂直
C．调整角度，使扇叶与太阳光平行
5 生物的启示
答案及解析
一、
1、构造 功能
2、章鱼
3、正三角 正方 正六边
二、
1、√ 2、√ 3、√ 4、×
三、
1、B 2、B 3、C 4、B 5、B
四、
1、鱼
2、A D
3、鱼
4、受到鱼鳔的启发
五、
B 解析：扇叶与太阳光垂直时，获取热量最大，人造卫星内部升温最快。
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