資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
第二單元《仿生》大單元整體教學設(shè)計
教材版本 蘇教版 單元（或主題）名稱 仿生
單元主題 本單元圍繞 “仿生” 這一主題，引導學生了解生物的獨特結(jié)構(gòu)、功能對人類發(fā)明創(chuàng)造的啟示，探索人類如何模仿生物進行技術(shù)創(chuàng)新，培養(yǎng)學生對生物與技術(shù)之間聯(lián)系的認知，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識和科學探究精神。
課標要求 核心概念 地球上生活著不同種類的生物，生物具有區(qū)別于非生物的特征；技術(shù)與工程是依據(jù)科學原理設(shè)計和制造產(chǎn)品、解決實際問題的實踐活動。 學習內(nèi)容 知道一些生物的結(jié)構(gòu)和功能是如何啟發(fā)人類發(fā)明創(chuàng)造的，了解仿生學的概念。 認識常見生物的特殊結(jié)構(gòu)和功能，如蛋殼的拱形結(jié)構(gòu)、海豚的回聲定位等，并理解其在仿生學中的應用。 了解仿生學在日常生活、科學研究、工程技術(shù)等領(lǐng)域的廣泛應用。 學業(yè)要求 能夠舉例說明生物的結(jié)構(gòu)和功能對人類發(fā)明創(chuàng)造的啟示，解釋仿生學的概念。 分析具體生物結(jié)構(gòu)和功能的特點，闡述其與相應仿生應用之間的關(guān)系。 基于對仿生學的理解，嘗試提出一些簡單的仿生設(shè)計思路或改進方案。
教材分析 本單元教材以仿生學為線索，編排了四課內(nèi)容。第一課《生物的啟示》通過呈現(xiàn)大量生物對人類發(fā)明產(chǎn)生啟發(fā)的實例，如魯班根據(jù)茅草發(fā)明鋸子等，讓學生初步感知生物與發(fā)明之間的聯(lián)系，引出仿生學的概念。第二課《蛋殼與拱形建筑》聚焦于蛋殼的拱形結(jié)構(gòu)，深入探究其力學原理以及在建筑領(lǐng)域的應用，引導學生從生物結(jié)構(gòu)特性深入理解仿生學的應用原理。第三課《海豚與聲吶》以海豚的回聲定位功能為切入點，介紹聲吶技術(shù)的原理及應用，進一步揭示生物特性在科學技術(shù)發(fā)明中的重要作用。第四課《我們來仿生》則鼓勵學生運用所學的仿生學知識，開展創(chuàng)意設(shè)計和實踐活動，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力。教材內(nèi)容由淺入深，從感知到理解再到應用，逐步引導學生認識仿生學，符合學生的認知規(guī)律。
學情分析 五年級學生已具備一定科學知識基礎(chǔ)和探究能力，對生物世界充滿好奇，有觀察生物現(xiàn)象的經(jīng)驗，但對生物特征與人類發(fā)明的聯(lián)系認識較淺，抽象思維能力有待提高。理解仿生學原理并將其應用于設(shè)計實踐，對部分學生有難度。學生可能認為生物與科技聯(lián)系不大，學習時難以將已有生物知識與新技術(shù)建立關(guān)聯(lián)，對一些復雜仿生原理理解困難，在實踐設(shè)計中可能受思維局限，創(chuàng)新不足。
單元目標 科學觀念： 學生能認識到生物的結(jié)構(gòu)、功能為人類發(fā)明創(chuàng)造提供了靈感，建立生物與技術(shù)相互關(guān)聯(lián)的觀念。 理解仿生學在改善人類生活、推動科技進步方面的重要作用，體會科學技術(shù)對社會發(fā)展的影響。 科學思維： 通過分析生物特征與人類發(fā)明的對應關(guān)系，培養(yǎng)邏輯思維能力。 在探究拱形結(jié)構(gòu)特點等活動中，發(fā)展基于證據(jù)進行推理、分析和歸納的能力。 能運用類比、想象等思維方法，設(shè)計仿生方案，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。 探究實踐： 經(jīng)歷觀察生物特征、實驗探究結(jié)構(gòu)特點、調(diào)查仿生實例等活動，提高觀察、實驗、調(diào)查等科學探究能力。 能在小組合作中設(shè)計并實施探究方案，培養(yǎng)團隊協(xié)作和解決實際問題的能力。 嘗試將所學仿生知識應用于設(shè)計制作活動，增強實踐操作能力。 責任態(tài)度： 激發(fā)對仿生學的探究興趣，培養(yǎng)熱愛科學、勇于探索的精神。 認識到仿生學發(fā)展對人類社會和環(huán)境的雙重影響，樹立合理利用仿生技術(shù)的意識，培養(yǎng)社會責任感。
單元結(jié)構(gòu)化活動 活動一：生物啟示大發(fā)現(xiàn)（結(jié)合第一課《生物的啟示》） 活動目標：引導學生發(fā)現(xiàn)生物與人類發(fā)明之間的聯(lián)系，初步感知仿生學概念。 活動過程： 教師展示一系列生物圖片和對應的人類發(fā)明圖片，如鳥與飛機、魚與潛水艇等，讓學生觀察并猜測它們之間的聯(lián)系。 學生分組討論，分享自己所知道的生物對人類發(fā)明的啟示實例，每組選派代表發(fā)言。 教師講解仿生學的概念，讓學生對仿生學有初步的認識。 活動二：探秘蛋殼與拱形（結(jié)合第二課《蛋殼與拱形建筑》） 活動目標：探究蛋殼的拱形結(jié)構(gòu)及其力學原理，理解拱形結(jié)構(gòu)在建筑中的應用。 活動過程： 學生觀察蛋殼的外形，用手捏雞蛋感受其抗壓能力，提出關(guān)于蛋殼結(jié)構(gòu)與抗壓能力關(guān)系的問題。 分組進行實驗，用硬紙板制作不同形狀（拱形、平面等）的結(jié)構(gòu)模型，測試它們的承重能力，記錄實驗數(shù)據(jù)并分析。 教師講解拱形結(jié)構(gòu)的力學原理，展示拱形結(jié)構(gòu)在建筑中的應用實例，學生討論拱形結(jié)構(gòu)在建筑中的優(yōu)勢。 活動三：海豚聲吶之旅（結(jié)合第三課《海豚與聲吶》） 活動目標：了解海豚回聲定位原理和聲吶技術(shù)，認識生物特性與科學技術(shù)的關(guān)聯(lián)。 活動過程： 播放海豚在海洋中活動的視頻，引導學生思考海豚如何在黑暗環(huán)境中定位和捕食，引出回聲定位概念。 學生分組查閱資料，了解海豚回聲定位的具體過程，制作簡單的科普海報展示。 教師講解聲吶技術(shù)的工作原理，對比海豚回聲定位和聲吶技術(shù)，組織學生討論聲吶技術(shù)在不同領(lǐng)域的應用。 活動四：創(chuàng)意仿生設(shè)計秀（結(jié)合第四課《我們來仿生》） 活動目標：運用仿生學知識進行創(chuàng)意設(shè)計，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和實踐能力。 活動過程： 回顧前三課所學的仿生學知識，展示一些優(yōu)秀的仿生設(shè)計作品，啟發(fā)學生的設(shè)計靈感。 學生獨立思考，結(jié)合生活實際需求，構(gòu)思一個基于仿生學原理的創(chuàng)意設(shè)計方案，可以是一件產(chǎn)品、一種技術(shù)或一個系統(tǒng)等。 學生將自己的創(chuàng)意設(shè)計以繪畫、文字描述或簡單模型的形式呈現(xiàn)出來，并在小組內(nèi)進行交流分享，其他小組成員提出評價和改進建議，共同完善創(chuàng)意設(shè)計。最后進行全班展示。
達成評價 圍繞課時學習目標 課堂表現(xiàn)評價：觀察學生課堂參與度，包括回答問題、小組討論、實驗操作中的表現(xiàn)，評價其對知識的理解和探究能力。 作業(yè)評價：布置課后作業(yè)，如繪制生物特征與仿生發(fā)明關(guān)系圖、分析某一仿生產(chǎn)品原理等，評價學生對知識的掌握和應用能力。 實踐作品評價：依據(jù)仿生作品設(shè)計創(chuàng)新性、功能合理性、制作工藝等方面，評價學生實踐能力和創(chuàng)新思維。 單元測試評價：設(shè)計單元測試題，涵蓋生物啟示、結(jié)構(gòu)與功能仿生知識及設(shè)計應用，全面評價學生單元學習成果。
第7課時《海豚與聲吶》教學設(shè)計
一、教學目標
科學探究能力
能夠通過查閱資料、觀察視頻等方式，收集關(guān)于海豚回聲定位和聲吶技術(shù)的信息，學會整理和分析這些信息。
設(shè)計并進行簡單的模擬實驗，探究聲音在不同介質(zhì)中的傳播特點以及回聲定位的原理，掌握控制變量法在實驗中的應用，準確觀察和記錄實驗現(xiàn)象與數(shù)據(jù)。
能用多種方式（如撰寫報告、制作海報、展示模型等）表達探究成果，并與他人進行交流和討論，根據(jù)反饋改進探究過程。
科學思維能力
通過對海豚回聲定位和聲吶技術(shù)的研究，分析兩者之間的聯(lián)系與區(qū)別，歸納出利用聲音進行定位和探測的一般原理，培養(yǎng)邏輯思維能力。
運用類比、聯(lián)想等思維方法，從海豚的生理特性聯(lián)想到聲吶技術(shù)的發(fā)明與應用，理解仿生學的思維過程，發(fā)展創(chuàng)造性思維。
在探究過程中，對不同的觀點和實驗方案進行批判性思考，評估其合理性與可行性，提升科學批判思維能力。
科學素養(yǎng)
了解海豚的身體結(jié)構(gòu)和回聲定位功能，知道海豚如何利用回聲定位在海洋中導航、捕食和交流。
理解聲吶技術(shù)的工作原理、組成部分及其在軍事、海洋探索、漁業(yè)等領(lǐng)域的廣泛應用。
掌握聲音傳播的相關(guān)知識，包括聲音的產(chǎn)生、傳播介質(zhì)、傳播速度等，明白這些知識與回聲定位和聲吶技術(shù)的關(guān)系。
責任態(tài)度
對海豚與聲吶之間的關(guān)系產(chǎn)生濃厚興趣，激發(fā)探索海洋生物奧秘和科學技術(shù)的熱情。
在探究過程中，培養(yǎng)嚴謹認真、實事求是的科學態(tài)度，尊重實驗數(shù)據(jù)和事實，勇于面對困難和挫折。
意識到仿生學在推動科技進步和人類對海洋認識中的重要作用，增強對科學技術(shù)的熱愛和為科學事業(yè)貢獻力量的責任感。
二、教學重難點
教學重點
探究海豚回聲定位的原理和聲吶技術(shù)的工作原理。
理解海豚回聲定位對聲吶技術(shù)發(fā)明的啟示以及聲吶技術(shù)在不同領(lǐng)域的應用。
教學難點
從物理學角度深入理解聲音在回聲定位和聲吶技術(shù)中的傳播、反射及接收原理，并能清晰闡述海豚回聲定位和聲吶技術(shù)的關(guān)聯(lián)。
培養(yǎng)學生運用所學原理進行創(chuàng)新思考，提出基于聲吶技術(shù)的改進或新應用設(shè)想的能力。
三、教學過程
學習活動 設(shè)計意圖
（一）情境導入 教師播放一段海豚在海洋中自由游動、捕食的視頻，視頻中著重突出海豚在黑暗或渾濁水域中精準定位獵物的場景。播放結(jié)束后，提問學生：“同學們，海豚在這樣復雜的海洋環(huán)境中，沒有良好的視覺條件，卻能如此準確地找到獵物，你們知道它是依靠什么本領(lǐng)做到的嗎？” 組織學生進行小組討論，鼓勵學生大膽猜測海豚定位獵物的方式，引導學生結(jié)合生活中對聲音等知識的了解展開思考。 每組選派一名代表發(fā)言，分享小組討論的猜測結(jié)果。教師對學生的猜測進行簡要點評，不直接給出答案，從而引出本節(jié)課要探究的主題 —— 海豚與聲吶。 通過精彩的視頻展示，吸引學生的注意力，將學生帶入神秘的海洋世界，激發(fā)學生對海豚特殊本領(lǐng)的好奇心和求知欲，為學習新知識營造積極的氛圍。 小組討論為學生提供交流和思考的平臺，培養(yǎng)學生的合作學習能力和獨立思考能力，同時讓教師了解學生對海豚回聲定位的已有認知和想法，以便后續(xù)教學更有針對性。 教師的點評和引出主題，既保護了學生的探究熱情，又自然地過渡到本節(jié)課的教學內(nèi)容，為后續(xù)探究活動做好鋪墊。
（二）探究活動 探究活動一：了解海豚的身體結(jié)構(gòu)與回聲定位 教師展示海豚的身體結(jié)構(gòu)圖片和模型，引導學生仔細觀察海豚的頭部結(jié)構(gòu)，特別是它的口鼻部、耳朵等部位，提問學生：“這些部位可能與海豚的回聲定位功能有什么聯(lián)系呢？” 學生分組討論，結(jié)合圖片和模型，推測海豚身體結(jié)構(gòu)在回聲定位中的作用，例如海豚的前額可能有助于聚焦聲音，耳朵用于接收回聲等。 每組選派一名代表發(fā)言，闡述小組討論的觀點。教師對學生的觀點進行總結(jié)和補充，講解海豚身體結(jié)構(gòu)與回聲定位功能的實際聯(lián)系，如海豚通過頭部的額隆發(fā)出高頻聲音，聲音遇到物體反射回來，由耳朵接收回聲，從而實現(xiàn)定位。 探究活動二：探究聲音傳播的特性 教師講解聲音傳播的基本知識，包括聲音是如何產(chǎn)生的，以及聲音可以在固體、液體和氣體中傳播等內(nèi)容。 學生分組進行聲音傳播實驗： 實驗一：聲音在固體中的傳播：一名學生在桌子一端輕敲桌面，另一名學生將耳朵貼在桌子另一端，感受聲音的傳播，比較與在空氣中聽到聲音的不同。 實驗二：聲音在液體中的傳播：在水槽中放入一個發(fā)聲的小物體（如小鈴鐺），學生將耳朵貼近水槽壁，聽聲音在水中的傳播情況。 實驗三：聲音在氣體中的傳播：敲響音叉，學生在不同距離感受聲音的傳播，觀察聲音大小與距離的關(guān)系。 學生記錄實驗現(xiàn)象，分析聲音在不同介質(zhì)中的傳播特點，如傳播速度、傳播效果等。 各小組匯報實驗結(jié)果和分析，共同總結(jié)聲音傳播的特性：聲音能在不同介質(zhì)中傳播，且在不同介質(zhì)中的傳播速度不同，一般在固體中傳播速度最快，氣體中最慢。 探究活動三：模擬海豚回聲定位實驗 教師引導學生思考如何模擬海豚回聲定位的過程，講解實驗思路：利用超聲波發(fā)生器模擬海豚發(fā)出聲音，用反射物模擬海洋中的物體，用超聲波接收器模擬海豚接收回聲。 學生分組，根據(jù)教師提供的材料（超聲波發(fā)生器、不同形狀的反射物、超聲波接收器、示波器等），設(shè)計并搭建模擬實驗裝置。 學生操作實驗裝置，讓超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波，調(diào)整反射物的位置和角度，觀察超聲波接收器接收到的回聲信號，并通過示波器顯示回聲信號的波形，記錄回聲信號的特點，如時間延遲、強度變化等。 分析實驗數(shù)據(jù)，思考回聲信號與反射物位置、距離之間的關(guān)系，討論海豚如何根據(jù)回聲判斷物體的位置和距離。 各小組匯報實驗結(jié)果和討論結(jié)論，共同總結(jié)海豚回聲定位的原理：海豚發(fā)出的聲音遇到物體反射回來，通過分析回聲的時間、強度等信息，判斷物體的位置、距離、大小等特征。 探究活動四：認識聲吶技術(shù) 教師展示不同類型聲吶設(shè)備的圖片和視頻，如軍事上的反潛聲吶、海洋科考中的測深聲吶、漁業(yè)中的魚群探測聲吶等，介紹聲吶技術(shù)在不同領(lǐng)域的應用場景，讓學生直觀感受聲吶技術(shù)的多樣性和重要性。 教師講解聲吶技術(shù)的基本工作原理：聲吶設(shè)備通過換能器發(fā)射聲波，聲波在水中傳播，遇到目標物體后反射回來，換能器接收反射波，將其轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過處理后顯示目標物體的相關(guān)信息。 學生分組，用簡單的材料（如小型超聲波傳感器、Arduino 開發(fā)板、電腦等）搭建一個簡易的聲吶模型，模擬聲吶的工作過程。在模型中，超聲波傳感器發(fā)射和接收超聲波，Arduino 開發(fā)板對信號進行處理，通過電腦軟件顯示目標物體的距離信息。 各小組展示并操作自己搭建的聲吶模型，向全班介紹模型的工作原理和實現(xiàn)過程，分享在搭建過程中的收獲和遇到的問題。 探究活動五：對比海豚回聲定位和聲吶技術(shù) 教師引導學生回顧海豚回聲定位和聲吶技術(shù)的原理、工作過程等內(nèi)容，提出問題：“海豚回聲定位和聲吶技術(shù)有哪些相似之處和不同之處呢？” 學生分組討論，從信號發(fā)射、信號接收、定位方式、應用場景等方面對比海豚回聲定位和聲吶技術(shù)，用表格或思維導圖的形式整理兩者的異同點。 每組選派一名代表展示小組整理的結(jié)果，并進行講解。教師對各小組的結(jié)果進行點評和總結(jié)，強調(diào)海豚回聲定位和聲吶技術(shù)在本質(zhì)上都是利用聲音的反射來獲取信息，但在具體實現(xiàn)方式和應用上存在差異，進一步強化學生對兩者關(guān)系的理解。 探究活動六：聲吶技術(shù)的創(chuàng)新應用設(shè)想 教師引導學生思考聲吶技術(shù)在現(xiàn)有應用領(lǐng)域的不足，以及隨著科技發(fā)展可能拓展的新應用領(lǐng)域，鼓勵學生發(fā)揮想象力，提出基于聲吶技術(shù)的創(chuàng)新應用設(shè)想。 學生獨立思考，構(gòu)思一個基于聲吶技術(shù)的創(chuàng)新應用方案，可以是改進現(xiàn)有聲吶設(shè)備的功能，也可以是開拓全新的應用場景，如利用聲吶技術(shù)監(jiān)測地下空洞、設(shè)計智能水下救援聲吶系統(tǒng)等。 學生將自己的創(chuàng)新應用設(shè)想以繪畫、文字描述或簡單模型的形式呈現(xiàn)出來，并標注出設(shè)計思路、工作原理以及預期效果等內(nèi)容。 學生在小組內(nèi)展示自己的創(chuàng)新應用設(shè)想，進行交流分享，其他小組成員提出評價和改進建議，共同完善創(chuàng)新應用方案。 過展示圖片和模型，讓學生直觀地了解海豚的身體結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學生的觀察能力。 小組討論激發(fā)學生的思維，培養(yǎng)學生的邏輯推理能力和合作學習能力，使學生主動思考身體結(jié)構(gòu)與特殊功能之間的關(guān)系。 代表發(fā)言和教師總結(jié)，加深學生對海豚身體結(jié)構(gòu)與回聲定位聯(lián)系的認識，為后續(xù)深入探究回聲定位原理打下基礎(chǔ)。 教師講解為學生提供理論基礎(chǔ)，使學生對聲音傳播知識有初步的認識。 小組實驗讓學生親身體驗聲音在不同介質(zhì)中的傳播，培養(yǎng)學生的動手操作能力、觀察能力和實驗探究能力。 分析實驗結(jié)果和小組匯報，培養(yǎng)學生的邏輯思維能力和表達能力，幫助學生深入理解聲音傳播的特性，為理解回聲定位和聲吶技術(shù)原理做鋪墊。 引導學生思考實驗設(shè)計，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和科學探究能力，讓學生理解科學實驗的設(shè)計思路。 分組搭建實驗裝置和操作實驗，鍛煉學生的動手能力、團隊協(xié)作能力和解決實際問題的能力。 分析實驗數(shù)據(jù)和討論結(jié)論，培養(yǎng)學生的邏輯思維能力和對科學原理的理解能力，幫助學生深入理解海豚回聲定位的原理。 展示多種聲吶設(shè)備及其應用，拓寬學生的視野，激發(fā)學生對聲吶技術(shù)的興趣，讓學生認識到聲吶技術(shù)在現(xiàn)代社會中的重要地位。 教師講解使學生初步理解聲吶技術(shù)的工作原理，為搭建模型做好知識鋪墊。 分組搭建聲吶模型，培養(yǎng)學生的動手實踐能力、創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力，讓學生通過親身體驗加深對聲吶技術(shù)原理的理解。展示和介紹模型鍛煉學生的表達能力和溝通能力。 通過對比，培養(yǎng)學生的分析歸納能力和邏輯思維能力，讓學生清晰地認識到海豚回聲定位和聲吶技術(shù)之間的聯(lián)系與區(qū)別。 用表格或思維導圖整理異同點，幫助學生系統(tǒng)地梳理知識，提高學生的知識整合能力。 代表展示和教師總結(jié)，加深學生對兩者關(guān)系的理解，使學生對仿生學中生物特性與技術(shù)應用的關(guān)系有更深入的認識。 啟發(fā)學生思考，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和將科學技術(shù)應用于解決實際問題的能力，激發(fā)學生對科學技術(shù)發(fā)展的探索欲望。 獨立構(gòu)思和呈現(xiàn)設(shè)想，鍛煉學生的想象力、創(chuàng)造力和表達能力，將所學的聲吶技術(shù)知識與創(chuàng)新思維相結(jié)合。 小組交流和評價改進，促進學生之間的思想交流和相互學習，培養(yǎng)學生的批判性思維和團隊協(xié)作能力，提升學生的創(chuàng)新能力和方案可行性。
（三）生活應用 教師展示一些生活中與聲吶技術(shù)相關(guān)的實際問題或場景圖片，如港口船只的導航、水下管道的檢測、海洋生物監(jiān)測等。 學生分組，針對這些生活場景，討論聲吶技術(shù)在其中的具體應用方式和優(yōu)勢，分析如果沒有聲吶技術(shù)，這些場景可能會面臨哪些困難。 每組選派一名代表發(fā)言，向全班分享小組討論的結(jié)果，重點闡述聲吶技術(shù)如何解決這些生活場景中的問題，以及聲吶技術(shù)應用帶來的改變。教師進行總結(jié)，強調(diào)聲吶技術(shù)在生活中的重要性，并引導學生思考還有哪些生活場景可以進一步應用或改進聲吶技術(shù)。 通過展示生活場景圖片，讓學生認識到聲吶技術(shù)在生活中的廣泛應用，培養(yǎng)學生用科學眼光觀察生活的習慣，體會科學技術(shù)與生活的緊密聯(lián)系。 小組討論培養(yǎng)學生的合作學習能力和分析問題的能力，加深學生對聲吶技術(shù)應用原理和優(yōu)勢的理解，提高學生運用科學知識解釋生活現(xiàn)象的能力。 代表發(fā)言和教師總結(jié)，強化學生對聲吶技術(shù)在生活中重要性的認識，激發(fā)學生對科學技術(shù)應用于生活的思考和探索欲望，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。
（四）知識總結(jié) 教師引導學生回顧本節(jié)課所學內(nèi)容，包括海豚的回聲定位功能、聲音傳播的特性、聲吶技術(shù)的工作原理、海豚回聲定位和聲吶技術(shù)的對比，以及聲吶技術(shù)的創(chuàng)新應用設(shè)想等方面。 讓學生以小組為單位，制作一份思維導圖或知識框架圖，梳理本節(jié)課的知識體系，突出各知識點之間的邏輯關(guān)系。 每個小組推選一名代表，向全班展示并講解小組制作的思維導圖或知識框架圖，其他小組可以提出補充或修改意見。 教師對各小組的展示進行評價，總結(jié)本節(jié)課的重點知識，強調(diào)海豚與聲吶之間的仿生關(guān)系以及聲吶技術(shù)在科技發(fā)展中的重要意義，幫助學生完善知識體系，鼓勵學生在今后的學習和生活中繼續(xù)關(guān)注仿生學和科學技術(shù)的發(fā)展。 回顧所學內(nèi)容，幫助學生鞏固知識，強化記憶，梳理知識脈絡，加深對本節(jié)課知識的整體理解。 制作思維導圖或知識框架圖，培養(yǎng)學生的歸納總結(jié)能力和知識整合能力，有助于學生構(gòu)建系統(tǒng)的知識體系，提升學習效果。 代表展示與交流環(huán)節(jié)，鍛煉學生的表達能力和團隊協(xié)作能力，通過小組間的互動，進一步完善知識體系，教師的評價與總結(jié)加深學生對知識的整體把握和對科學技術(shù)發(fā)展的認識，激發(fā)學生對科學的興趣和探索精神。
四、作業(yè)設(shè)計
（一）、填空題
海豚通過（額隆）發(fā)出高頻聲音進行回聲定位。
聲音傳播的介質(zhì)有固體、（液體）和氣體。
聲吶技術(shù)是利用（聲波）的反射來探測目標物體的信息。
聲吶設(shè)備中的（換能器）負責發(fā)射和接收聲波。
（二）、判斷題
海豚只能在清澈的海水中利用回聲定位，在渾濁的海水中就無法使用。（×）解析：海豚的回聲定位功能不受海水清澈與否的限制，在各種海洋環(huán)境中都能發(fā)揮作用。
聲吶技術(shù)只能用于海洋領(lǐng)域，在其他領(lǐng)域沒有應用。（×）解析：聲吶技術(shù)除了在海洋領(lǐng)域廣泛應用外，在一些特殊的地質(zhì)探測、水下工程等領(lǐng)域也有應用。
海豚回聲定位和聲吶技術(shù)的原理完全不同。（×）解析：海豚回聲定位和聲吶技術(shù)本質(zhì)上都是利用聲音的反射來獲取信息，原理有相似之處。
（三）、選擇題
聲吶技術(shù)在軍事上主要用于（ ）
A. 氣象預報 B. 反潛探測 C. 導航定位 答案：B
海豚回聲定位發(fā)出的聲音主要是（ ）
A. 超聲波 B. 次聲波 C. 可聽聲 答案：A
聲音在下列哪種介質(zhì)中傳播速度最快？（ ）
A. 空氣 B. 水 C. 鋼鐵 答案：C
以下關(guān)于聲吶的說法正確的是（ ）
A. 聲吶只能發(fā)射聲波，不能接收聲波
B. 聲吶是模仿海豚回聲定位發(fā)明的
C. 聲吶在陸地上也能像在水中一樣準確探測 答案：B
（四）、簡答題
1、聲吶技術(shù)除了在軍事、海洋探索、漁業(yè)方面，還可能在哪些領(lǐng)域有應用？請舉例并簡述原理。
答案：在水下工程領(lǐng)域，比如檢測水下橋梁、大壩等建筑結(jié)構(gòu)的完整性。聲吶設(shè)備發(fā)射聲波，聲波遇到建筑結(jié)構(gòu)的缺陷部位會產(chǎn)生不同的反射信號，通過分析這些反射信號的特征，如強度、頻率變化等，就可以判斷建筑結(jié)構(gòu)是否存在裂縫、空洞等問題。在地質(zhì)勘探領(lǐng)域，用于探測地下隱藏的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和礦產(chǎn)資源。向地下發(fā)射聲波，根據(jù)不同地質(zhì)層或礦體反射回來的聲波特性差異，來推斷地下地質(zhì)構(gòu)造和礦產(chǎn)分布情況。
2、對比海豚回聲定位和聲吶技術(shù)在信號處理方面的異同。
答案：相同點在于兩者都需要對反射回來的信號進行處理，以獲取目標物體的信息，如位置、距離等。不同點是海豚依靠自身高度進化的聽覺和神經(jīng)系統(tǒng)處理回聲信號，這種處理是基于生物本能和生理結(jié)構(gòu)，其信號處理系統(tǒng)高度集成且適應生物生存需求。而聲吶技術(shù)通過電子設(shè)備和算法對反射的聲波信號進行處理，信號處理過程更依賴于電子技術(shù)和計算機編程，能夠更精確地分析信號的各種參數(shù)，并且可以根據(jù)不同的應用場景進行針對性的算法優(yōu)化。
3、如果要提高聲吶技術(shù)在深海探測中的準確性，你認為可以從哪些方面進行改進？
答案：首先，可以改進聲吶的發(fā)射和接收裝置。采用更先進的材料和設(shè)計，提高換能器的性能，使其能發(fā)射更穩(wěn)定、更強的聲波信號，并更靈敏地接收反射回來的微弱信號。其次，優(yōu)化信號處理算法。考慮深海復雜的環(huán)境因素，如溫度、壓力對聲波傳播的影響，通過算法對信號進行更精準的校正和分析，去除干擾信號，提高目標信號的分辨率。再者，增加聲吶的探測頻段。不同頻段的聲波在深海中的傳播特性不同，使用多頻段探測可以獲取更全面的目標信息，從而提高探測準確性。最后，提高聲吶設(shè)備的抗干擾能力。通過采用屏蔽技術(shù)、濾波技術(shù)等，減少深海中其他噪音源對聲吶信號的干擾。
（五）、科學探究題
題目：設(shè)計一個實驗探究不同頻率的聲波在海水中傳播時能量衰減的規(guī)律，以此為基礎(chǔ)思考對聲吶技術(shù)頻率選擇的影響。
答案：
實驗目的：探究不同頻率的聲波在海水中傳播時能量衰減的規(guī)律，為聲吶技術(shù)選擇合適的頻率提供依據(jù)。
實驗材料：超聲波發(fā)生器（可發(fā)出不同頻率聲波）、聲波接收器、功率計、海水水槽（模擬海水環(huán)境）、計時器、不同長度的聲波傳播管道（用于改變傳播距離）。
實驗步驟：
將超聲波發(fā)生器、聲波接收器安裝在海水水槽中，確保二者位置相對固定，且聲波傳播路徑在海水中。連接功率計到聲波接收器，用于測量接收到的聲波能量。
設(shè)置超聲波發(fā)生器發(fā)出頻率為 f1 的聲波，開啟超聲波發(fā)生器和計時器，讓聲波在海水中傳播一段固定距離 L1 （通過聲波傳播管道控制），用功率計測量并記錄此時接收到的聲波功率 P1 。
保持其他條件不變，僅改變超聲波發(fā)生器發(fā)出聲波的頻率，依次設(shè)置為 f2 、f3 …… 重復上述步驟，分別記錄不同頻率 fn 下對應的接收功率 Pn 。
改變聲波傳播距離，如設(shè)置為 L2 、L3 ……，重復上述實驗過程，記錄不同傳播距離下，各頻率聲波對應的接收功率。
變量控制：
保持海水水槽中的海水性質(zhì)穩(wěn)定，包括溫度、鹽度等，每次實驗前測量并記錄海水的溫度、鹽度，確保其在實驗誤差范圍內(nèi)保持一致。
固定超聲波發(fā)生器和聲波接收器的相對位置和方向，保證聲波傳播路徑不變。
使用相同的功率計測量聲波功率，避免因測量儀器不同導致的誤差。
預期結(jié)果：隨著傳播距離的增加，不同頻率聲波的能量（以功率表示）都會衰減。高頻聲波在相同傳播距離下，能量衰減可能比低頻聲波更快。通過分析實驗數(shù)據(jù)，可以得出不同頻率聲波在海水中傳播時能量衰減與頻率、傳播距離的關(guān)系。基于此結(jié)果，在聲吶技術(shù)用于深海探測時，如果需要探測較遠的目標，可能選擇相對低頻的聲波，以減少能量衰減，保證信號能夠有效傳播并被接收；如果對目標的分辨率要求較高，可能需要綜合考慮，在能量衰減可接受的范圍內(nèi)選擇相對高頻的聲波，因為高頻聲波能提供更詳細的目標信息。
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