資源簡介

5.生物的啟示
【課標落實】
1．本單元通過一系列案例分析，借助閱讀、討論、探究、游戲等多種方式，了解仿生的含義，落實《課程標準》高年段的課程目標。
科學知識：
知道很多發明可以在自然界找到原型，能夠說出工程師利用科學原理發明創造的實例。
科學探究：
能基于所學的知識，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。
能基于所學的知識，運用分析、比較、推理、概括等方法得出科學探究的結論，判斷結論與假設是否一致。
科學態度：
在尊重證據的前提下，堅持正確的觀點，以事實為依據作出判斷。
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5～6年段要求。
【教材分析】
《生物的啟示》是蘇教版科學五年級下冊第2單元《仿生》的第一課時。通過蜂巢、魚、鳥等常見案例分析仿生現象，了解仿生的含義，認識常見的仿生制品。借助閱讀、討論、探究、游戲等多種方式，解釋生物的形態、結構、功能、活動方式的特點。
本課教學內容分四個部分：第一部分，這是一個導入活動，讓學生通過鐵絲網、吸盤、降落傘、鞋面等常見物品，勾連與自然界生物的聯系，引發仿生概念鏈接。第二部分，通過蜂巢模型的觀察、分析，探究蜂巢六邊形結構的成因，體會自然界的鬼斧神工。第三部分，通過魚類與船的對比，逐步建構仿生概念。最后通過鳥類動物的范例，激發學生體會仿生學的博大精深，引發對仿生學的學習熱情。
【學情分析】
《仿生》是全新的一個單元。絕大多數學生并不了解仿生的概念，但對于仿生的應用并不陌生，他們在生活中知道和使用過多種仿生物品，對這一領域充滿學習的興趣。本課的設計就是從實際事例出發，幫助學生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，從而激發學生的學習興趣，發展學生的創造性思維，同時幫助學生理解仿生概念，提升知識應用能力。
【教學目標】
科學知識：
1．知道物品和動植物形態之間的相似之處。
2．比較巢房，知道正六邊形巢房結構的優點。
3．比較魚和船，知道兩者之間的關聯。
4. 了解鳥與發明創造的關聯。
科學探究：
1. 多角度地探究蜂巢的結構特點，知道蜂巢結構在生活中的應用。
2．對仿生設計產生探究的興趣。
科學態度：
1．在科學探究中，能意識到要用實驗、計算、推演驗證。
2．在科學探究中，樂于嘗試，通過資料查詢、案例分析來得出結論。
科學、技術、社會與環境：
1．認識到科技的發展給人們的生產、生活帶來的便利。
2．結合生活中常見的應用仿生的實例進行研究，尋找其中的原理，并思考是否可以進行改進。
【教學重點】
認識不同的仿生現象。
【教學難點】
多角度探究蜂巢結構的特點。
【教學準備】
教師材料：課件和視頻。
學生材料：鐵絲網局部、塑料吸盤、小降落傘、魔術貼、正三角形、四邊形、五邊形、六邊形卡片、A4紙，記錄卡、筆
【教學時間】
1課時
【教學過程設計】
一、導入新課
1、漁網是怎么發明的？
明確：
伏羲每天到河邊，望著水里魚呀，蝦呀，游來游頭，蹦來蹦去。一天，他躺在河岸上大柳樹下， 無意中看見樹枝上一只蜘蛛在織網，捉蚊子、飛蟲吃。伏羲想：如果做—個像蜘蛛網一樣東西來捉魚捉蝦，不就行了嘛？于是，伏羲歡歡喜喜跑回家，帶著妹妹和孩子們上山割來葛藤，編起了像蜘蛛網一樣網。拿著網到河里捕魚蝦下，一網撒下去，捕魚可更多啦！魚網就是這樣發明的。
2、生物在長期進化的過程中，形成了許多有利于生存的形態結構和生理特點，人們從中獲得很多啟示。
二、新課講授
（一）找物品設計與動植物形態結構的相似之處
1、下面物品的設計與動植物的形態結構有什么相似之處。（展示四幅圖片）
明確：
◆鐵絲網和植物莖上的刺的尖銳部分都能起到保護作用。
◆塑料吸盤和八爪魚的吸盤都呈碗狀，具有吸附功能。
◆尼龍搭扣上的彎鉤和蒼耳果實上的鉤刺都有很強的附著力 。
◆降落傘與帶冠毛的蒲公英種子的整體形狀相似。
◆鋸子與鋸齒草的細齒相似都非常鋒利。
2、你還知道哪些物品的設計是受了動植物的啟示？
預測：
◆王蓮葉子的背面有粗大葉脈和相互交鍺的小葉脈，支撐力很強。英國著名建筑師約瑟很據王蓮葉的葉脈結構，設計建造了一座頂棚跨度很大的展覽大廳，結構輕巧雄偉，經濟耐用。
◆水母的耳朵有塊小小的聽石，能聽到正在來臨的風暴隆隆聲。于是設計了水母耳風暴預測儀，能提前15小時對風暴作出預報，對航海和漁業的安全都有重要意義。
◆螢火蟲發出的光不產生熱，稱為“冷光”。根據螢火蟲發光的生理特點，人們研究出人工冷光。
◆在迅速飛動的各種形狀的小動物里，青蛙可立即識別出它最喜歡吃的蒼蠅和飛蛾，而對其他飛動著的東西和靜止不動景物都毫無反應。弄清了蛙眼的原理和結構，人們就發明了電子蛙眼。
（二）對蜂巢形狀特征研究
1.資料閱讀：蜂窩猜想
公元 4 世紀，古希臘數學家佩波斯提出猜想：截面呈正六邊形的密鋪（不留空隙，也不相互重疊）的蜂窩巢房，是蜜蜂采用最少量的蜂蠟建成的。這一猜想被稱為“蜂窩猜想”。
找一找：蜂巢結構有什么主要特點？
明確：正六邊形密鋪。
2.研究蜂巢形狀奧秘
（1）動動手：在正多邊形中能密鋪的有哪些？
明確：在同種正多邊形中，能密鋪的只有正三角形、正方形、正六邊形。
（2）假設蜜蜂用正五邊形建蜂巢，結果會怎樣？
明確：用正五邊形建蜂巢，不能密鋪，浪費空間和蜂蠟。
（3）假設蜜蜂用下面3種面積相等的圖形建蜂巢，計算每種圖形的內切圓直徑，以及蜂巢壁的總長度，并進行排序。（單位：厘米）
明確：
實驗結論:
①在面積相等的條件下，正三角形的內切圓直徑<正方形的內切圓直徑<正六邊形的內切圓直徑。內切圓的直徑越大，蜂巢的容積越大。
②在面積相等的條件下，正三角形的蜂巢壁總長度>正方形的蜂巢壁總長度>正六邊形的蜂巢壁總長度。蜂巢壁總長度越小，耗費蜂蠟越少。
4、將 3 張A4 紙分別折成正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱，放上同一種重物，比較哪種形狀抗壓能力最強。
溫馨提示：
◆棱柱需要黏合；
◆棱柱高低相同，統一折長邊；
◆緩慢放置重物；
◆放置的重物要一致，大小適宜；
◆將重物置于棱柱上平面的中央。
明確：正六棱柱的抗壓能力最強。
5、假如你是蜜蜂，你會選擇哪種形狀建蜂巢？為什么？
明確：假如我是蜜蜂，我會選擇建造正六邊形的蜂巢。因為正六邊形的蜂巢有三大優點：第一，每個蜂房都是密鋪的，既不留空隙，也不相互重疊；第二，正六邊形的蜂巢用料最少，可以采用最少量的蜂蠟建成最大的蜂巢；第三，正六邊形的蜂巢抗壓能力最強。雖然圓柱體抗壓能力最強，但在平面密鋪的基礎上，圓形最終會被擠壓成六邊形。比較正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱，正六棱柱的抗壓能力最強。
三、交流有蜂巢結構的物體
1、觀察這些物體的結構具有怎樣的共同點？
明確：蜂巢結構。
2、你還發現哪些物體有蜂巢結構？這種設計有什么好處？
明確：蜂窩板材、蜂窩填充料、蜂窩底的鍋、移動通信基站的蜂窩狀排列，等等。
設計好處：六邊形排列沒有縫隙，有效空間最大，所用材料少。
四、從魚類身上獲得的啟示
1、魚的結構是怎樣的，你了解嗎？播放視頻。
2、船的設計分別借鑒了魚的哪些特征，找出魚與船各個部位的對應關系。
明確：
◆魚的鰭對應船的槳和櫓，提供前進和轉彎的動力；
◆魚的流線型身體對應潛艇的外形，減少水的阻力，行進更快更省力；
◆魚的骨架對應船的龍骨，提供整個身體的支撐；
◆魚肚子里的鰾對應潛艇的蓄水艙，通過充氣和注水，調節上浮和下沉。
五、拓展：鳥與發明創造
查資料，了解人類從鳥的身上獲得了哪些發明創造的啟示。
明確：
◆鳥類——滑翔機
◆蝙蝠——雷達
◆蜂鳥——直升機
◆鴿子的視覺發達——電子鴿眼
◆貓頭鷹眼睛的特殊構造——夜視儀
◆鷹的眼睛——電子鷹眼
◆啄木鳥覓食——防震頭盔
六、解釋仿生學
人類模仿生物的結構和功能，創造出各種人造物。這些做法逐漸發展為一門從自然中學習，進而應用到工程技術中的學科 —— 仿生學。
三、課堂小結
通過這節課的學習，我們認識不同的仿生現象，意識到人類的很多發明創造可以在自然界找到原型。能多角度探究蜂巢結構的特點，知道蜂巢結構在生活中的應用。從而對仿生設計產生探究的興趣。

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