资源简介

5.生物的启示
【课标落实】
1．本单元通过一系列案例分析，借助阅读、讨论、探究、游戏等多种方式，了解仿生的含义，落实《课程标准》高年段的课程目标。
科学知识：
知道很多发明可以在自然界找到原型，能够说出工程师利用科学原理发明创造的实例。
科学探究：
能基于所学的知识，通过观察、实验、查阅资料、调查、案例分析等方式获取事物的信息。
能基于所学的知识，运用分析、比较、推理、概括等方法得出科学探究的结论，判断结论与假设是否一致。
科学态度：
在尊重证据的前提下，坚持正确的观点，以事实为依据作出判断。
能大胆质疑，从不同视角提出研究思路，采用新的方法、利用新的材料，完成探究、设计与制作，培养创新精神。
科学、技术、社会与环境：
了解人类的好奇和社会的需求是科学技术发展的动力，技术的发展和应用影响着社会发展。
2．本课学习内容基于《课程标准》课程内容中“技术与工程领域”的5～6年段要求。
【教材分析】
《生物的启示》是苏教版科学五年级下册第2单元《仿生》的第一课时。通过蜂巢、鱼、鸟等常见案例分析仿生现象，了解仿生的含义，认识常见的仿生制品。借助阅读、讨论、探究、游戏等多种方式，解释生物的形态、结构、功能、活动方式的特点。
本课教学内容分四个部分：第一部分，这是一个导入活动，让学生通过铁丝网、吸盘、降落伞、鞋面等常见物品，勾连与自然界生物的联系，引发仿生概念链接。第二部分，通过蜂巢模型的观察、分析，探究蜂巢六边形结构的成因，体会自然界的鬼斧神工。第三部分，通过鱼类与船的对比，逐步建构仿生概念。最后通过鸟类动物的范例，激发学生体会仿生学的博大精深，引发对仿生学的学习热情。
【学情分析】
《仿生》是全新的一个单元。绝大多数学生并不了解仿生的概念，但对于仿生的应用并不陌生，他们在生活中知道和使用过多种仿生物品，对这一领域充满学习的兴趣。本课的设计就是从实际事例出发，帮助学生了解生物和仿生物品之间的联系，体会仿生学的思维和方法，从而激发学生的学习兴趣，发展学生的创造性思维，同时帮助学生理解仿生概念，提升知识应用能力。
【教学目标】
科学知识：
1．知道物品和动植物形态之间的相似之处。
2．比较巢房，知道正六边形巢房结构的优点。
3．比较鱼和船，知道两者之间的关联。
4. 了解鸟与发明创造的关联。
科学探究：
1. 多角度地探究蜂巢的结构特点，知道蜂巢结构在生活中的应用。
2．对仿生设计产生探究的兴趣。
科学态度：
1．在科学探究中，能意识到要用实验、计算、推演验证。
2．在科学探究中，乐于尝试，通过资料查询、案例分析来得出结论。
科学、技术、社会与环境：
1．认识到科技的发展给人们的生产、生活带来的便利。
2．结合生活中常见的应用仿生的实例进行研究，寻找其中的原理，并思考是否可以进行改进。
【教学重点】
认识不同的仿生现象。
【教学难点】
多角度探究蜂巢结构的特点。
【教学准备】
教师材料：课件和视频。
学生材料：铁丝网局部、塑料吸盘、小降落伞、魔术贴、正三角形、四边形、五边形、六边形卡片、A4纸，记录卡、笔
【教学时间】
1课时
【教学过程设计】
一、导入新课
1、渔网是怎么发明的？
明确：
伏羲每天到河边，望着水里鱼呀，虾呀，游来游头，蹦来蹦去。一天，他躺在河岸上大柳树下， 无意中看见树枝上一只蜘蛛在织网，捉蚊子、飞虫吃。伏羲想：如果做—个像蜘蛛网一样东西来捉鱼捉虾，不就行了嘛？于是，伏羲欢欢喜喜跑回家，带着妹妹和孩子们上山割来葛藤，编起了像蜘蛛网一样网。拿着网到河里捕鱼虾下，一网撒下去，捕鱼可更多啦！鱼网就是这样发明的。
2、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。
二、新课讲授
（一）找物品设计与动植物形态结构的相似之处
1、下面物品的设计与动植物的形态结构有什么相似之处。（展示四幅图片）
明确：
◆铁丝网和植物茎上的刺的尖锐部分都能起到保护作用。
◆塑料吸盘和八爪鱼的吸盘都呈碗状，具有吸附功能。
◆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 。
◆降落伞与带冠毛的蒲公英种子的整体形状相似。
◆锯子与锯齿草的细齿相似都非常锋利。
2、你还知道哪些物品的设计是受了动植物的启示？
预测：
◆王莲叶子的背面有粗大叶脉和相互交锗的小叶脉，支撑力很强。英国著名建筑师约瑟很据王莲叶的叶脉结构，设计建造了一座顶棚跨度很大的展览大厅，结构轻巧雄伟，经济耐用。
◆水母的耳朵有块小小的听石，能听到正在来临的风暴隆隆声。于是设计了水母耳风暴预测仪，能提前15小时对风暴作出预报，对航海和渔业的安全都有重要意义。
◆萤火虫发出的光不产生热，称为“冷光”。根据萤火虫发光的生理特点，人们研究出人工冷光。
◆在迅速飞动的各种形状的小动物里，青蛙可立即识别出它最喜欢吃的苍蝇和飞蛾，而对其他飞动着的东西和静止不动景物都毫无反应。弄清了蛙眼的原理和结构，人们就发明了电子蛙眼。
（二）对蜂巢形状特征研究
1.资料阅读：蜂窝猜想
公元 4 世纪，古希腊数学家佩波斯提出猜想：截面呈正六边形的密铺（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成的。这一猜想被称为“蜂窝猜想”。
找一找：蜂巢结构有什么主要特点？
明确：正六边形密铺。
2.研究蜂巢形状奥秘
（1）动动手：在正多边形中能密铺的有哪些？
明确：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）假设蜜蜂用正五边形建蜂巢，结果会怎样？
明确：用正五边形建蜂巢，不能密铺，浪费空间和蜂蜡。
（3）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直径，以及蜂巢壁的总长度，并进行排序。（单位：厘米）
明确：
实验结论:
①在面积相等的条件下，正三角形的内切圆直径<正方形的内切圆直径<正六边形的内切圆直径。内切圆的直径越大，蜂巢的容积越大。
②在面积相等的条件下，正三角形的蜂巢壁总长度>正方形的蜂巢壁总长度>正六边形的蜂巢壁总长度。蜂巢壁总长度越小，耗费蜂蜡越少。
4、将 3 张A4 纸分别折成正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱，放上同一种重物，比较哪种形状抗压能力最强。
温馨提示：
◆棱柱需要黏合；
◆棱柱高低相同，统一折长边；
◆缓慢放置重物；
◆放置的重物要一致，大小适宜；
◆将重物置于棱柱上平面的中央。
明确：正六棱柱的抗压能力最强。
5、假如你是蜜蜂，你会选择哪种形状建蜂巢？为什么？
明确：假如我是蜜蜂，我会选择建造正六边形的蜂巢。因为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。
三、交流有蜂巢结构的物体
1、观察这些物体的结构具有怎样的共同点？
明确：蜂巢结构。
2、你还发现哪些物体有蜂巢结构？这种设计有什么好处？
明确：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。
设计好处：六边形排列没有缝隙，有效空间最大，所用材料少。
四、从鱼类身上获得的启示
1、鱼的结构是怎样的，你了解吗？播放视频。
2、船的设计分别借鉴了鱼的哪些特征，找出鱼与船各个部位的对应关系。
明确：
◆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，行进更快更省力；
◆鱼的骨架对应船的龙骨，提供整个身体的支撑；
◆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。
五、拓展：鸟与发明创造
查资料，了解人类从鸟的身上获得了哪些发明创造的启示。
明确：
◆鸟类——滑翔机
◆蝙蝠——雷达
◆蜂鸟——直升机
◆鸽子的视觉发达——电子鸽眼
◆猫头鹰眼睛的特殊构造——夜视仪
◆鹰的眼睛——电子鹰眼
◆啄木鸟觅食——防震头盔
六、解释仿生学
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。
三、课堂小结
通过这节课的学习，我们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。从而对仿生设计产生探究的兴趣。

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