資源簡介

2．8 我們來仿生
【課標落實】
1．本單元通過一系列觀察、探究、設計等活動，落實《課程標準》高年級的課程目標。
科學知識：
認識人類與自然資源的緊密關系。
工程是依據科學原理設計和制造物品、解決技術應用的難題、創造豐富多彩的人工世界的一系列活動。
科學探究：
通過觀察、實驗、查閱資料、調查、案例分析等方式獲取事物的信息。
科學態度：
表現出對事物的結構、功能、變化及相互關系進行研究的興趣。
能大膽質疑，從不同視角提出研究思路，采用新的方法、利用新的材料，完成探究、設計與制作，培養創新精神
科學、技術、社會與環境：
了解人類的好奇和社會的需求是科學技術發展的動力，技術的發展和應用影響著社會發展。
2．本課學習內容基于《課程標準》課程內容中“技術與工程領域”的高年段要求。
3．知道很多發明可以在自然界找到原型，能夠在自然界生物與仿生物品間建立聯系。能夠從生物特性中獲得啟示或根據現實的需要設計簡單器具、生產物品或完成任務。
【教材分析】
《我們來仿生》是蘇教版科學五年級下冊第2單元《仿生》的第四課時。通過本單元前三課的學習，學生已經初步建立仿生學的概念，并通過對具體案例的分析，了解生物和仿生物品之間的聯系，體會仿生學的思維和方法。在此基礎上，本課旨在為學生創建仿生設計的平臺，引導學生根據生物結構、功能等特征或從實際生活需要入手，運用仿生學設計簡單器具、生產物品。引導學生將本單元的知識進行吸收融合并內化成自身的知識應用能力，進一步激發學生對于仿生設計的興趣。
本課教學內容分四個部分：第一部分是通過用眼觀察、動腦思考、動手制作等多種形式，研究手臂的結構和功能，再動手自制手臂模型。第二部分通過動物“保護色”游戲，讓學生發現自然界中有些小動物，用其自身與周圍環境融為一體的顏色來保護自己，從而能舉一反三理解迷彩服的設計原理。第三部分是借助六足機器人的仿生案例，通過找尋所仿生物的活動，強化學生的仿生意識。第四部分通過真實情境：器皿的清洗困難，引導學生展開仿生設計。第五部分在前面的鋪墊和模擬練習的基礎上，鼓勵學生嘗試自主設計仿生用品。
【學情分析】
學習本課之前，學生已經逐步建立起仿生的概念。對于生物與仿生物品在結構、原理上的聯系都有所掌握，但又都還停留在了解層面，未能結合仿生學展開具體的實踐，嘗試將自己的創意轉化成仿生產品。通過仿生產品設計的全過程，加深學生對工程和機械設計的體驗，加強學生對工程和機械領域的認知和應用能力。
從學生的年齡結構和心理特征來看，五年級的學生對于感興趣的事物充滿好奇心，有較強的探究欲望，他們總希望能有更多自主思考和實踐的機會。因此，本節課的教學設計盡可能以游戲、活動為主線開展教學，盡可能提供學生自主研究的時、空間，讓學生在自主體驗中，促進其科學知識、探究能力、科學思維的生長。
【教學目標】
科學知識：
1．知道人體手臂的結構和功能。
2．知道仿生物品具有廣泛的用途。
科學探究：
1．能按要求制作手臂的結構模型。
2．能通過閱讀資料和分析，了解一些生活中的仿生產品。
3．能通過對仿生產品的了解和分析，嘗試進行仿生產品的設計。
科學態度：
1．在科學探究中，能意識到要用實驗證明自己的猜想。
2．在科學探究中，能從不同視角提出研究思路，完成探究、設計與制作，培養創新精神。
科學、技術、社會與環境：
1．認識到仿生學給人們的生產、生活帶來的便利。
2．根據生活需要進行研究，并結合仿生學展開思考是否可以改進或生產出仿生學產品。
【教學重點】
通過對仿生產品的了解和分析，嘗試進行仿生產品的設計。
【教學難點】
設計仿生產品的。
【教學準備】
教師材料：課件和視頻。
學生材料：硬紙板、繩子、鉚釘、“保護色”游戲道具。
【教學時間】
1課時
【教學過程設計】
導入新課
人類模仿生物的結構和功能，創造岀各種人造物，如新干線列車、直升機、尼龍搭扣、雷達、安全帽、國家大劇院等。
你還知道哪些仿生物品呢？
預測：
1. 蒼蠅—小型氣體分析儀
2. 螢火蟲—人工冷光
3. 蚊子—無痛針頭
4. 水母—水母耳風暴預測儀
5. 蛙眼—電子蛙眼
6. 蝙蝠—盲人用的超聲探路儀
7. 藍藻的不完全光合器—光解水裝置
8.動物的爪子—起重機的掛鉤
9. 章魚—煙幕彈
10. 鴨蹼—船槳
11. 螳螂臂或鋸齒草—鋸子
12. 蒼耳果實—尼龍搭扣
13. 龍蝦—氣味探測儀
14. 蝴蝶上的鱗片—變色衣服
15. 荷葉—防水衣服
16. 樹葉的排列—悉尼大劇院
17. 魚的沉浮—潛艇
18. 響尾蛇—空對空響尾蛇導彈
我們能不能也像科學家那樣來仿生？
新課講授
（一）模仿手臂的結構和功能
1.跟老師一起做重復運動：伸直手臂，彎曲手臂；……
體會：肌肉、骨骼和關節是怎樣配合工作的？
明確：
手臂運動是肌肉、關節、骨骼共同作用的結果。曲臂時，手臂上側的骨骼肌收縮、鼓起，與此同時下側的骨骼肌伸長、緊繃。伸臂時，手臂下側的骨骼肌收縮、舒展，上側的骨骼肌伸長、緊繃，與曲臂時正好相反。
2.觀察假肢手臂的結構和功能
假肢，也稱“義肢”，是供截肢者使用以代償缺損肢體部分功能的人 造肢體，有上肢假肢和下肢假肢。多用鋁板、木材、皮革、塑料等材料制作，其關節采用金屬部件，現在假肢界主流是鈦合金和碳素纖維材料。
結構如下：
假肢能和正常肢體一樣自由活動嗎？播放視頻。
3.討論：假肢手臂是怎么制造出來的？
明確：假肢手臂是模仿人的手臂外形、結構和功能制造出來的。
4.做一只手臂模型
（1）活動材料：制作手臂的寬窄卡紙、鉚釘、線、膠帶、剪刀等。
（2）制作演示：播放視頻。
（3）動手制作：
①剪兩塊硬紙板，其中一塊是另一塊的兩倍寬。將寬紙板沿長邊對折，將窄紙板的一端剪圓。
②把剪圓的紙板夾在對折紙板的一側，用鉚釘連接，再把“手”固定在對折紙板的另一側。
③用膠帶將兩根等長的繩子的兩端分別固定在兩塊硬紙板上。
④拉動繩子，帶動整個“手臂”運動。
（4）溫馨提示：
硬紙板——長骨（肱骨）
對折的硬紙板——前臂的橈骨和尺骨
鉚釘——關節
繩子——連接上臂與前臂的肌肉
（5）實驗現象：
當我們拉動繩子,可以帶動整個“手臂”運動。前臂可以繞著鉚釘“關節”處上下運動。
（6）實驗結論：
（二）做“保護色”游戲
1、找一找，圖片中的小動物？它們的體色與周圍環境有什么特點？
明確：動物具有與其生活的環境顏色一致或近似的體色，這種顏色叫保護色。自然界里有許多生物就是靠保護色避過敵人，在生存競爭中保存自己。
（1）材料準備：各種小動物、彩筆、剪刀。
（2）游戲規則：
①分組給螞蚱、蝴蝶、菜青蟲、青蛙等小動物 卡片涂上顏色，并剪下來。 　　
②選一條樹叢邊的小路，各組將小動物卡片沿 途放在其中。 　　
③以正常速度走過這條小路，比一比哪個小組 做的卡片被發現得最少。 　
④重走一遍這條小路，你能發現更多的小動 物卡片嗎？
（3）討論：游戲中的各種行為代表什么？
明確：
小動物卡片——生活在樹叢中的小動物
以正常速度走過這條小路——不經意的觀察狀態
重走一遍小路——仔細的觀察狀態
（4）游戲提示：
◆卡片可不能被其他物體遮蓋。
◆做好游戲分工：A組放置卡片，B組和C組搜尋；B組放置卡片，A組和C組搜尋；……
◆在指定活動區域活動，聽從指揮，遵守紀律。
（5）游戲記錄
（6）游戲結論：
動物的保護色能幫助動物躲避敵人，保存自己。
2、迷彩服是作訓服的一種基本類型。“迷彩”是由綠、黃、茶、黑等顏色組成不規則圖案的一種新式保護色。黃綠色的迷彩服是叢林迷彩，用于陸軍夏作訓服。荒漠迷彩，用于陸軍冬作訓服。藍色的迷彩服是海洋迷彩，用于海軍陸戰隊。
（1）這三種迷彩服分別在什么環境中不易被發現？請連線。
（2）迷彩服是模仿什么制成的？
明確：動物的保護色原理。
（三）科學閱讀：六足機器人
1.六足機器人可以輕松跨越森林、沙地、 沼澤等特殊路面，能夠從事工程勘測、反恐防暴、軍事偵察等難度較大或具有危險性的工作。這跟什么有關？
明確：六足。
2.觀看視頻，觀察機器人行路有什么特點？
明確：六足機器人總是以三條足為一組，以三角形支架結構交替前行。
3.閱讀短文回答：六足機器人是模仿什么發明的？
明確：工程師借鑒昆蟲的三角步態在穩定性、機動性等方面的優勢， 設計并制造了六足仿生機器人。
4.介紹竹節蟲：
竹節蟲，形狀細長似竹節，綠色或褐色。有3對足， 在爬行時總是以三條腿為一組，以三角形支架結構交替前行，可以輕松跨過障礙物，可以隨時隨地停息下來。
（四）觀察錐形瓶與燒瓶
1.觀察錐形瓶與燒瓶有什么特點？
明確：內大口小。
2.用普通刷子清洗它們時會有什么不方便？
明確：普通刷子無法將其內部清洗干凈。
3.根據錐形瓶與燒瓶特點，你能從生物中找尋靈感設計個仿生工具解決這個難題嗎？
預測：
河鲀又叫氣鼓魚，它有個本領：一遇到驚嚇，身體就會迅速脹大好幾倍，以嚇退天敵。技術人員從中受到啟示，發明了一種像河鲀那樣形狀可變的試管刷子：擠壓手柄， 使刷頭膨大。
（五）設計一種仿生產品
仔細觀察周圍的生物，思考它們能給你什么啟示。試著模仿一種生物的形態、結構或功能，設計一種產品。
1.設計流程
（1）選擇一種你熟悉的生物；
（2）說出該生物的形態、結構或功能特點；
（3）由某一點出發，思考可以應用在何處。
2.活動手冊
仿照示例，觀察身邊的生物，設想仿生兩件物品。
課堂小結
本節課，我們在前幾課學習的基礎上，通過仿生學習和仿生實踐，學以致用，嘗試模仿一種生物的形態、結構或功能，設計一種產品。發揮團隊合作意識，共同完成游戲任務。
【板書設計】
8．我們來仿生
保護色 迷彩服
竹節蟲 六足機器人 仿生產品
河豚 仿生刷

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