资源简介

5、生物的启示
使用教材及分析
本课选自苏教版科学五年级下册《仿生》单元第 5 课，
在各科学领域和技术快速发展的今天，仿生学的研究和应用得到了极大的关注和蓬勃的发展。它理应成为学生学习的内容。对儿童来说，仿生概念的建立是一个渐进的过程，本课重在向学生介绍仿生的概念，分四个板块观察聚焦探索研讨，首先观察物体的设计与动植物形态结构的相似之处，聚焦蜂巢的形状结构，探究正六棱柱的抗压能力，最后研讨鱼和船、鸟与飞机的对应关系，获得哪些发明启示，也是后续课程开展探究的前提和基础。
学情分析
不少学生在平时生活中已经知道一些生物与日常发明
的对应关系，但是学生缺少观察蜂巢形状的经验，意识不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，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。
教学目标
1.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。
2.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。
3.对仿生设计产生探究的兴趣。
重难点分析
1、认识不同的仿生现象是本课的教学难点。
2、多角度探究蜂巢结构的特点是本课的教学重点。
其原理在于完全相同的多个多边形相互衔接平铺且不留缝隙的，只有正三角形、正方形或正六边形。而在面积相等的情况下，正六边形的周长最短。多边棱柱的棱越多，平均每个棱角承受力就越大，因此六棱柱比三棱柱、四棱柱承受力大。
教学具准备
教师材料：各种蜂巢结构。
学生分组材料：A4 纸、记录单。
教学时间
一课时
技术运用与设计意图
关于多角度探究蜂巢结构的实验，我在本课中呈现的方法是：
1.蜂窝正六边形的密铺问题奥秘。
2.蜂窝正六边形的用料最少奥秘。
3.蜂窝正六边形的抗压能力最强奥秘。
分析实验的本质，通过多媒体运用、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。
教学过程
一、视频导入
蔚蓝的天空中火箭升腾，辽阔的大海中巨轮穿梭。学生自由读小诗，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？
二、操作与探究
教师引导： 自然界的生物有许许多多，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？
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？
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？铁丝网和植物茎上的刺的尖锐部分都能起到保护作用。
分别出示课本 14 页的其他 3 组图片，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。
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？
设计意图：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。
活动 2：有关蜂窝的猜想
出示蜂窝的图片，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。
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？下面我们继续来讨论交流。
设计意图： 阅读资料， 了解蜂巢猜想
活动 3：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
师：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？
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？
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。
设计意图：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
研究二：蜂窝正六边形的用料最少奥秘
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。
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，三种形状的棱柱已经折成， 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。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。
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？
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，认识各种形状的鱼。
人们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？
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？
活动 6： 了解仿生学
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、学生活动手册
许多动物具有与生俱来的特殊本领，你认为可以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
板书设计
5、生物的启示
研究蜂巢形状的奥秘。
蜂巢截面形状 壁长/厘米 内切圆直 径/厘米 4个密铺后有几道壁 4 个密铺后壁的总长度/厘米 抗压能力(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
教学评价
首先要尊重学生。尊重学生——准确制定目标，有效实施教学策略，本课的需求来源于学生探究过程中产生的问题，让他们在亲身经历探究的过程中观察、思考、分析，完善已有的认知。实验过程得出结论，很多因素都会造成实验结果的不确定性，所以需要老师多次实验，对实验进行合理改进，突破重难点，为教学服务。解决教材和实际操作过程中的问题，有效的鼓励学生进行持续性探究。
教学反思与改进
科学教学不仅要学生亲身经历，更须要教师下水探究，才能深入钻研，合理调整，准确把握。我认识到采用有层次、有逻辑的提问方式，引发学生的深入思考，使得学生的关注点聚焦到本课的实验上，激发学生的探究兴趣。提前说明材料特点，难点问题提前铺设，观察点的选择。分析数据，得出结论反馈梳理。实验结束后， 由学生根据自己观察到的现象说出自 己的发现，引导学生分析实验数据，进而完善实验结论多边棱柱的棱越多，平均每个棱角承受力就越大，因此六棱柱比三棱柱、四棱柱承受力大。达成教学目标。解决材料和实际操作过程中的问题，有效的鼓励学生进行持续性探究教学过程落实改性实验后，多边棱柱的棱越多，平均每个
棱角承受力就越大，因此六棱柱比三棱柱、四棱柱承受力大。达到更好的教学效果，落实实验环节。所需材料是很常见的材料，方便易得。

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