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20. 我们来仿生
课题 20. 我们来仿生 课时 2课时
核心概念 5.生命系统的构成层次；12.技术、工程与社会；跨学科概念：结构与功能、系统与模型。 学习内容与要求 通过手臂模型和折叠活动学习仿生设计；认识形态、结构、功能仿生，提出简单创意。
教学目标 科学观念：知道仿生可从形态、结构或功能等角度展开；理解生物系统各结构协同完成功能。 科学思维：能分析手臂肌肉、骨骼、关节配合，比较自然折叠与技术折叠，按依据分类仿生实例。 探究实践：能制作和调试手臂模型，完成折叠纸模，提出“需求—生物启示—设计方案—测试方法”的仿生创意。 态度责任：乐于创新和合作，尊重生命，注意剪切、绳线和模型安全，认识仿生设计需测试与改进。
重点 通过模型理解结构协同，能提出有原理依据的仿生设计。 难点 从生物整体中提取可迁移的关键机制；区分形态、结构和功能仿生存在交叉。
教学准备 教师：手臂与假肢资料、瓢虫膜翅和折叠技术图片、鱼与船对应图、仿生分类卡。 学生：硬纸板条、纸钉或铆钉、绳子、橡皮筋、吸管、剪刀、胶带、折叠模板、设计记录单。
教学思路 第一课时感受手臂屈伸，观察假肢结构，制作骨骼—关节—肌肉绳模型，通过绳线安装与拉动测试理解结构协同。第二课时观察瓢虫膜翅等折叠，完成可快速收放纸模，比较鱼与船并分类仿生实例，最后提出小型仿生创意。
核心问题/整合内容 核心问题：怎样把生物的形态、结构或功能转化为能解决实际问题的设计？ 整合内容：工程设计、美术折纸、劳动制作、健康（人体结构）、创新教育。
第1课时 模仿手臂结构与功能，制作可动模型
本课时核心问题：骨骼不会自己运动，手臂为什么能屈伸？模型的绳子应怎样安装？
教学环节 教学活动 二次备课
一、身体体验，分析系统 【教师活动与语言】 师：屈臂和伸臂时，上臂前后肌肉有什么变化？肘关节起什么作用？ 师：请围绕“肌肉、骨骼和关节协同”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：一侧肌肉收缩变硬，另一侧放松。 生：骨骼像硬杆，关节让它转动。 【学生活动组织】 触摸自己上臂感受变化，不用力过度。 画屈臂和伸臂的结构关系。 小组把关键证据记录在“手臂系统图”中，准备在全班交流。 【设计意图】从身体感受认识功能由多个结构协同完成。
二、观察假肢，提取设计需求 【教师活动与语言】 师：假肢必须完全像真实手臂吗？哪些功能和连接最关键？ 师：请围绕“仿生手臂结构”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：外形可不同，但要有支撑、转动和驱动。 生：还要轻、牢固、舒适并可控制。 【学生活动组织】 比较生物手臂和机械假肢。 列出模型的功能标准：能弯、能伸、结构牢。 小组把关键证据记录在“手臂模型标准”中，准备在全班交流。 【设计意图】把仿生目标从外形复制转向关键功能和约束。
三、画图制作，建立驱动 【教师活动与语言】 师：绳子固定在关节两侧还是同一侧？拉哪根绳能弯曲，怎样复位？ 师：请围绕“绳线模拟肌肉”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：实验或制作前先检查材料、明确分工和记录方式；操作中一次只改变一个主要条件，及时记录真实现象。 【预设学生回答】 生：两组绳在关节两侧模拟拮抗作用。 生：橡皮筋可帮助回弹，固定点位置影响力和角度。 【学生活动组织】 先画安装图，再用纸板条和纸钉制作骨骼关节。 安装绳线并标“屈肌/伸肌”。 小组把关键证据记录在“手臂模型设计图”中，准备在全班交流。 安全提醒：纸钉端部包好，绳子不绕手指和颈部，剪刀尖不朝人。 【设计意图】通过可操作模型把结构位置与运动功能关联。
四、测试改进，记录问题 【教师活动与语言】 师：模型不能弯、容易卡或关节松，原因可能在哪里？一次改哪个变量？ 师：请围绕“活动范围和稳定性”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：实验或制作前先检查材料、明确分工和记录方式；操作中一次只改变一个主要条件，及时记录真实现象。 【预设学生回答】 生：绳子固定点不合适、拉向错误。 生：关节太紧或太松，骨条碰撞。 【学生活动组织】 按弯曲角度、复位、牢固和操控评价。 选择一项问题改进并复测。 小组把关键证据记录在“手臂模型测试表”中，准备在全班交流。 【设计意图】让制作成为设计—测试—分析—改进的工程循环。
五、解释仿生，认识边界 【教师活动与语言】 师：模型中的纸板、纸钉和绳子分别代表什么？哪些真实结构没有表现？ 师：请围绕“模型代表与局限”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：纸板代表骨，纸钉代表关节，绳代表肌肉或肌腱。 生：没有神经控制、血液和复杂关节面。 【学生活动组织】 完成模型对应表。 用“模型能解释什么、不能解释什么”总结。 小组把关键证据记录在“模型边界卡”中，准备在全班交流。 【设计意图】培养模型意识，避免把简化模型等同真实人体。
第2课时 研究生物折叠并提出仿生创意
本课时核心问题：怎样借鉴生物的收放结构，让大面积物体便于携带和展开？
教学环节 教学活动 二次备课
一、观察折叠，明确需求 【教师活动与语言】 师：瓢虫膜翅、棕榈叶和花苞的折叠解决了什么问题？ 师：请围绕“瓢虫膜翅与植物叶片”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：展开面积大，收起体积小。 生：还能保护薄弱结构并快速打开。 【学生活动组织】 比较展开与折叠状态。 提炼“大面积—小体积—快速收放—保护”需求。 小组把关键证据记录在“折叠功能表”中，准备在全班交流。 【设计意图】从自然现象提取可迁移的工程功能。
二、按图制作，理解折痕系统 【教师活动与语言】 师：为什么同样的折痕若方向错了就不能顺利收放？折痕之间怎样协同？ 师：请围绕“峰线和谷线”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：实验或制作前先检查材料、明确分工和记录方式；操作中一次只改变一个主要条件，及时记录真实现象。 【预设学生回答】 生：峰线和谷线方向共同决定立体运动。 生：一个折痕错误会卡住整个系统。 【学生活动组织】 按模板制作快速折叠纸模。 反复展开收拢，记录面积和厚度变化。 小组把关键证据记录在“折叠模型记录”中，准备在全班交流。 安全提醒：折纸边缘保持整齐，工具刀步骤由教师完成。 【设计意图】体验结构系统中的局部—整体关系和精确制作。
三、对应分析，鱼与船 【教师活动与语言】 师：船体从鱼身上可能借鉴哪些特征？鱼鳍、鱼鳔和流线型分别对应什么技术需求？ 师：请围绕“形态、结构和功能借鉴”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：实验或制作前先检查材料、明确分工和记录方式；操作中一次只改变一个主要条件，及时记录真实现象。 【预设学生回答】 生：流线型减小水阻。 生：鳍启发方向控制，鱼鳔启发浮沉调节。 【学生活动组织】 完成生物特征与船舶结构连线。 说明实际船舶还需材料、动力和安全设计。 小组把关键证据记录在“鱼—船对应图”中，准备在全班交流。 【设计意图】把多特征综合仿生与单一外形相似区分开。
四、分类归纳，认识仿生类型 【教师活动与语言】 师：鸟巢体育场、蝙蝠与雷达、莲叶与防水面料分别主要借鉴什么？类型会不会交叉？ 师：请围绕“形态、结构、功能仿生”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：可分别归为结构、功能和表面结构/功能仿生。 生：分类是从主要角度，实际常交叉。 【学生活动组织】 小组分类并为每项写依据。 比较不同分类方案，接受有证据的合理差异。 小组把关键证据记录在“仿生类型表”中，准备在全班交流。 【设计意图】通过分类整合全单元实例，并培养非绝对化思维。
五、创意设计，表达测试方案 【教师活动与语言】 师：选择校园生活中的一个问题，哪种生物本领可能提供启示？怎样验证设计有效？ 师：请围绕“从需求到仿生方案”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：实验或制作前先检查材料、明确分工和记录方式；操作中一次只改变一个主要条件，及时记录真实现象。 【预设学生回答】 生：模仿荷叶设计易清洁表面。 生：模仿折叠叶设计可收纳遮阳棚，并测试展开时间和稳定性。 【学生活动组织】 完成“问题—生物—特征/原理—草图—材料—测试”创意卡。 同伴从科学依据、可行性、价值和安全评价。 小组把关键证据记录在“仿生创意卡”中，准备在全班交流。 【设计意图】以完整链条推动创新，防止只画奇特外形。
课堂练习
1. 把生物特性应用于解决技术问题的研究称为（ ）。A.分类学 B.仿生学 C.气象学 D.天文学
2. 手臂模型中的纸板、纸钉和绳子可分别模拟什么？
3. 生物折叠结构给工程设计带来哪些启示？
4. 形态仿生、结构仿生和功能仿生可以完全分开吗？为什么？
5. 写出一个仿生创意的五个基本要素。
参考答案：1.B；2.骨骼、关节、肌肉或肌腱；3.大面积结构可快速展开、折叠后体积小并保护薄弱部分；4.不能完全分开，实际产品常同时借鉴形态、结构和功能，分类取主要角度；5.实际问题、生物对象、关键特征/原理、设计方案、测试方法（还可含材料和限制）。
板书设计 20. 我们来仿生 仿生不是照搬：需求→生物特征/原理→设计→测试改进 手臂系统：骨骼支撑＋关节转动＋肌肉驱动 折叠：展开面积大、收纳体积小、快速保护 类型：形态仿生 / 结构仿生 / 功能仿生（可交叉） 创意要有科学依据、可行测试和社会价值
教学反思

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