資源簡(jiǎn)介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺(tái)
第二單元《仿生》大單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)
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(dǎo)學(xué)生了解生物的獨(dú)特結(jié)構(gòu)、功能對(duì)人類發(fā)明創(chuàng)造的啟示，探索人類如何模仿生物進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)生物與技術(shù)之間聯(lián)系的認(rèn)知，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)探究精神。
課標(biāo)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)與工程推動(dòng)了人類社會(huì)的發(fā)展。 學(xué)習(xí)內(nèi)容：列舉植物或動(dòng)物的一些有趣特征，了解人類對(duì)生物特征的模仿；知道一些重要的發(fā)明與生物的關(guān)系。 學(xué)業(yè)要求：能描述生物的一些特征，并舉例說明人類對(duì)這些特征的模仿；能基于所學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)利用生物特征解決實(shí)際問題的方案
教材分析 本單元以仿生學(xué)為線索，編排了四課內(nèi)容。《生物的啟示》通過具體事例，如魯班受茅草啟發(fā)發(fā)明鋸，引導(dǎo)學(xué)生初步認(rèn)識(shí)仿生學(xué)概念，感受生物對(duì)人類發(fā)明的啟示。《蛋殼與拱形建筑》聚焦生物結(jié)構(gòu)與建筑的聯(lián)系，以蛋殼為例，讓學(xué)生探究拱形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，理解人類模仿蛋殼結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用。《蝙蝠和雷達(dá)》深入探討生物特殊功能與科技產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)，通過研究蝙蝠回聲定位原理及雷達(dá)的發(fā)明，培養(yǎng)學(xué)生分析問題能力。《我們來仿生》鼓勵(lì)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)，設(shè)計(jì)仿生作品，將知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。教材內(nèi)容由淺入深，從認(rèn)知到實(shí)踐，符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，利于學(xué)生構(gòu)建仿生學(xué)知識(shí)體系。
學(xué)情分析 五年級(jí)學(xué)生已具備一定科學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)和探究能力，對(duì)生物世界充滿好奇，有觀察生物現(xiàn)象的經(jīng)驗(yàn)，但對(duì)生物特征與人類發(fā)明的聯(lián)系認(rèn)識(shí)較淺，抽象思維能力有待提高。理解仿生學(xué)原理并將其應(yīng)用于設(shè)計(jì)實(shí)踐，對(duì)部分學(xué)生有難度。學(xué)生可能認(rèn)為生物與科技聯(lián)系不大，學(xué)習(xí)時(shí)難以將已有生物知識(shí)與新技術(shù)建立關(guān)聯(lián)，對(duì)一些復(fù)雜仿生原理理解困難，在實(shí)踐設(shè)計(jì)中可能受思維局限，創(chuàng)新不足。
單元目標(biāo) 科學(xué)觀念： 學(xué)生能認(rèn)識(shí)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(xué)在改善人類生活、推動(dòng)科技進(jìn)步方面的重要作用，體會(huì)科學(xué)技術(shù)對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響。 科學(xué)思維： 通過分析生物特征與人類發(fā)明的對(duì)應(yīng)關(guān)系，培養(yǎng)邏輯思維能力。 在探究拱形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等活動(dòng)中，發(fā)展基于證據(jù)進(jìn)行推理、分析和歸納的能力。 能運(yùn)用類比、想象等思維方法，設(shè)計(jì)仿生方案，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。 探究實(shí)踐： 經(jīng)歷觀察生物特征、實(shí)驗(yàn)探究結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、調(diào)查仿生實(shí)例等活動(dòng)，提高觀察、實(shí)驗(yàn)、調(diào)查等科學(xué)探究能力。 能在小組合作中設(shè)計(jì)并實(shí)施探究方案，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作和解決實(shí)際問題的能力。 嘗試將所學(xué)仿生知識(shí)應(yīng)用于設(shè)計(jì)制作活動(dòng)，增強(qiáng)實(shí)踐操作能力。 責(zé)任態(tài)度： 激發(fā)對(duì)仿生學(xué)的探究興趣，培養(yǎng)熱愛科學(xué)、勇于探索的精神。 認(rèn)識(shí)到仿生學(xué)發(fā)展對(duì)人類社會(huì)和環(huán)境的雙重影響，樹立合理利用仿生技術(shù)的意識(shí)，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感。
單元結(jié)構(gòu)化活動(dòng) 第一階段：感知仿生（《生物的啟示》） 創(chuàng)設(shè)情境，講述魯班發(fā)明鋸等故事，引導(dǎo)學(xué)生思考生物對(duì)人類發(fā)明的啟示，激發(fā)興趣。 組織學(xué)生交流生活中類似例子，初步感知仿生現(xiàn)象，建立生物與發(fā)明的聯(lián)系。 第二階段：結(jié)構(gòu)仿生探究（《蛋殼與拱形建筑》） 觀察蛋殼，猜測(cè)其承受力特點(diǎn)，引發(fā)探究欲望。 開展實(shí)驗(yàn)探究拱形結(jié)構(gòu)承受力，分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論。 展示拱形建筑實(shí)例，探討人類對(duì)蛋殼結(jié)構(gòu)的模仿及優(yōu)勢(shì)。 第三階段：功能仿生學(xué)習(xí)（《蝙蝠和雷達(dá)》） 播放蝙蝠飛行視頻，提出問題引導(dǎo)學(xué)生思考蝙蝠飛行奧秘。 查閱資料了解蝙蝠回聲定位原理，對(duì)比分析雷達(dá)工作原理。 組織小組討論蝙蝠與雷達(dá)關(guān)系，總結(jié)功能仿生特點(diǎn)。 第四階段：綜合仿生實(shí)踐（《我們來仿生》） 回顧前三課知識(shí)，明確仿生設(shè)計(jì)要素。 小組合作確定設(shè)計(jì)主題，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，教師指導(dǎo)完善。 制作展示仿生作品，交流評(píng)價(jià)，總結(jié)收獲。
達(dá)成評(píng)價(jià) 圍繞課時(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo) 課堂表現(xiàn)評(píng)價(jià)：觀察學(xué)生課堂參與度，包括回答問題、小組討論、實(shí)驗(yàn)操作中的表現(xiàn)，評(píng)價(jià)其對(duì)知識(shí)的理解和探究能力。 作業(yè)評(píng)價(jià)：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(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握和應(yīng)用能力。 實(shí)踐作品評(píng)價(jià)：依據(jù)仿生作品設(shè)計(jì)創(chuàng)新性、功能合理性、制作工藝等方面，評(píng)價(jià)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。 單元測(cè)試評(píng)價(jià)：設(shè)計(jì)單元測(cè)試題，涵蓋生物啟示、結(jié)構(gòu)與功能仿生知識(shí)及設(shè)計(jì)應(yīng)用，全面評(píng)價(jià)學(xué)生單元學(xué)習(xí)成果。
第5課時(shí)《生物的啟示》教學(xué)設(shè)計(jì)
一、教學(xué)目標(biāo)
科學(xué)探究能力
學(xué)生能夠主動(dòng)觀察生物的獨(dú)特結(jié)構(gòu)、功能和行為，提出與生物啟示相關(guān)的問題，并通過查閱資料、調(diào)查訪問等方式收集證據(jù)。
針對(duì)特定的生物特征，設(shè)計(jì)并實(shí)施簡(jiǎn)單的探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)控制變量、觀察記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出合理結(jié)論。
能夠運(yùn)用多種方式（如文字、圖表、模型等）表達(dá)探究成果，并與他人進(jìn)行交流討論，在交流中反思和改進(jìn)探究過程。
科學(xué)思維能力
通過對(duì)生物特征與人類發(fā)明關(guān)系的研究，發(fā)展邏輯思維，能夠從具體的生物現(xiàn)象中歸納出一般性的啟示規(guī)律，并運(yùn)用這些規(guī)律進(jìn)行演繹推理。
運(yùn)用類比、聯(lián)想、想象等思維方法，從生物的結(jié)構(gòu)和功能聯(lián)想到實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，提出創(chuàng)新性的仿生設(shè)計(jì)思路，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維。
在面對(duì)不同的仿生觀點(diǎn)和方案時(shí)，能進(jìn)行批判性思考，評(píng)估其科學(xué)性、可行性和創(chuàng)新性，培養(yǎng)科學(xué)批判思維。
科學(xué)素養(yǎng)
了解常見生物的特殊結(jié)構(gòu)和功能，如動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)方式、植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)等，知道這些特征如何為人類的發(fā)明創(chuàng)造提供靈感。
理解仿生學(xué)的基本概念和發(fā)展歷程，認(rèn)識(shí)仿生學(xué)在多個(gè)領(lǐng)域（如醫(yī)學(xué)、交通、建筑等）的廣泛應(yīng)用，體會(huì)科學(xué)技術(shù)與生物之間的緊密聯(lián)系。
掌握一些簡(jiǎn)單的仿生設(shè)計(jì)方法和原理，能夠識(shí)別生活中常見的仿生產(chǎn)品，并闡述其仿生的生物原型及原理。
責(zé)任態(tài)度
對(duì)生物與人類發(fā)明之間的奇妙聯(lián)系產(chǎn)生濃厚興趣，激發(fā)探索自然奧秘和追求科學(xué)知識(shí)的熱情。
在探究過程中，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，尊重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和事實(shí)，敢于面對(duì)挫折和失敗，勇于嘗試新的探究方法和思路。
意識(shí)到仿生學(xué)對(duì)推動(dòng)科技進(jìn)步和改善人類生活的重要意義，培養(yǎng)對(duì)科學(xué)技術(shù)的尊重和熱愛，增強(qiáng)為科學(xué)事業(yè)貢獻(xiàn)力量的責(zé)任感。
二、教學(xué)重難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn)
了解不同生物的特殊結(jié)構(gòu)、功能及其對(duì)人類發(fā)明的啟示，建立生物特征與仿生應(yīng)用之間的聯(lián)系。
理解仿生學(xué)的概念，認(rèn)識(shí)仿生學(xué)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例，體會(huì)仿生學(xué)的重要性。
教學(xué)難點(diǎn)
從生物復(fù)雜的特征中提取關(guān)鍵要素，并將其轉(zhuǎn)化為可應(yīng)用的仿生原理，培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)遷移和創(chuàng)新應(yīng)用能力。
引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用仿生學(xué)原理進(jìn)行創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)和實(shí)踐，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。
三、教學(xué)過程
學(xué)習(xí)活動(dòng) 設(shè)計(jì)意圖
（一）情境導(dǎo)入 播放一段精彩的動(dòng)物世界視頻，展示獵豹奔跑、鳥兒飛翔、魚兒游動(dòng)等畫面，在播放結(jié)束后，教師提問：“同學(xué)們，在視頻中我們看到了各種生物獨(dú)特的本領(lǐng)，你們有沒有想過人類的一些發(fā)明可能和這些生物的本領(lǐng)有關(guān)呢？” 組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，鼓勵(lì)學(xué)生分享自己所知道的人類從生物身上獲得啟示的例子，如飛機(jī)與鳥兒、船槳與魚鰭等。 每組選派一名代表發(fā)言，向全班匯報(bào)小組討論的內(nèi)容，教師對(duì)學(xué)生的發(fā)言進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和總結(jié)，引出本節(jié)課的主題 —— 生物的啟示。 通過精彩的視頻展示，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和好奇心，使學(xué)生快速進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。 小組討論為學(xué)生提供了交流和分享的平臺(tái)，讓學(xué)生能夠充分表達(dá)自己的想法，培養(yǎng)學(xué)生的合作學(xué)習(xí)能力和語言表達(dá)能力，同時(shí)也能讓教師了解學(xué)生已有的知識(shí)儲(chǔ)備。 教師的點(diǎn)評(píng)和總結(jié)，自然地引出本節(jié)課的主題，為后續(xù)的教學(xué)內(nèi)容做好鋪墊。
（二）探究活動(dòng) 探究活動(dòng)一：觀察生物的特殊結(jié)構(gòu) 教師給每個(gè)小組發(fā)放一些具有特殊結(jié)構(gòu)的生物標(biāo)本或模型（如貝殼、蜂巢、仙人掌等），讓學(xué)生仔細(xì)觀察這些生物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，包括形狀、紋理、組成部分等。 學(xué)生在觀察過程中，用文字、繪圖等方式記錄下自己觀察到的生物結(jié)構(gòu)特征，并思考這些結(jié)構(gòu)可能具有的功能。 小組內(nèi)交流觀察記錄，討論這些生物結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，嘗試推測(cè)這些結(jié)構(gòu)對(duì)人類的啟示。 探究活動(dòng)二：探究生物的特殊功能 教師展示一些關(guān)于生物特殊功能的圖片或視頻，如電鰻放電、螢火蟲發(fā)光、蝙蝠回聲定位等，引導(dǎo)學(xué)生觀察并思考這些生物特殊功能的原理。 學(xué)生分組，選擇一種生物特殊功能進(jìn)行深入探究，通過查閱資料、小組討論等方式，了解該功能的工作原理和相關(guān)科學(xué)知識(shí)。 每組選派一名代表，向全班介紹小組探究的生物特殊功能及其原理，其他小組可以提問和補(bǔ)充。 探究活動(dòng)三：分析生物啟示的案例 教師講解一些典型的生物啟示案例，如魯班發(fā)明鋸子、人們根據(jù)荷葉自清潔原理發(fā)明自清潔材料等，詳細(xì)分析生物特征與人類發(fā)明之間的聯(lián)系。 學(xué)生分組，選擇一個(gè)案例進(jìn)行深入分析，從生物的結(jié)構(gòu)、功能出發(fā)，探討人類是如何從中獲得啟示并進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造的，分析發(fā)明創(chuàng)造過程中運(yùn)用的科學(xué)方法和思維方式。 各小組制作分析報(bào)告，以圖表、文字相結(jié)合的形式呈現(xiàn)生物特征、啟示點(diǎn)、發(fā)明成果以及應(yīng)用領(lǐng)域等內(nèi)容。 小組代表展示分析報(bào)告，全班共同討論，總結(jié)生物啟示案例分析的方法和要點(diǎn)。 探究活動(dòng)四：設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的仿生實(shí)驗(yàn) 教師引導(dǎo)學(xué)生回顧前面探究的生物結(jié)構(gòu)、功能及相關(guān)啟示案例，鼓勵(lì)學(xué)生基于某一生物特征，提出一個(gè)關(guān)于仿生應(yīng)用的假設(shè)。例如，假設(shè)根據(jù)壁虎腳的吸附原理，可以設(shè)計(jì)一種更便捷的攀爬工具。 學(xué)生分組，圍繞自己提出的假設(shè)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的仿生實(shí)驗(yàn)方案。方案中要明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)步驟、變量控制以及預(yù)期結(jié)果等內(nèi)容。 小組之間互相交流實(shí)驗(yàn)方案，提出修改建議，完善實(shí)驗(yàn)方案。 各小組按照完善后的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否支持假設(shè)。 探究活動(dòng)五：創(chuàng)意仿生設(shè)計(jì) 教師展示一些創(chuàng)意仿生設(shè)計(jì)作品的圖片或視頻，如模仿鳥巢的建筑、模仿水母的機(jī)器人等，啟發(fā)學(xué)生的設(shè)計(jì)靈感。 學(xué)生獨(dú)立思考，從生物的結(jié)構(gòu)、功能、行為等方面獲取靈感，構(gòu)思一個(gè)具有創(chuàng)意的仿生設(shè)計(jì)方案，可以是一件產(chǎn)品、一種技術(shù)或一個(gè)系統(tǒng)等。 學(xué)生將自己的創(chuàng)意設(shè)計(jì)方案以繪畫、文字描述或簡(jiǎn)單模型的形式呈現(xiàn)出來，并標(biāo)注出仿生的生物原型、設(shè)計(jì)思路和預(yù)期功能。 學(xué)生在小組內(nèi)展示自己的創(chuàng)意設(shè)計(jì)，進(jìn)行交流分享，其他小組成員提出評(píng)價(jià)和改進(jìn)建議，共同完善創(chuàng)意設(shè)計(jì)。 探究活動(dòng)六：調(diào)查生活中的仿生產(chǎn)品 教師布置任務(wù)，讓學(xué)生以小組為單位，通過網(wǎng)絡(luò)搜索、實(shí)地調(diào)查、采訪等方式，調(diào)查生活中的仿生產(chǎn)品。調(diào)查內(nèi)容包括產(chǎn)品名稱、仿生的生物原型、產(chǎn)品特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域以及對(duì)人們生活的影響等。 各小組整理調(diào)查資料，制作成調(diào)查報(bào)告，可以采用圖文并茂的 PPT 形式。 小組代表在全班展示調(diào)查報(bào)告，介紹小組調(diào)查的生活中的仿生產(chǎn)品，分享調(diào)查過程中的發(fā)現(xiàn)和體會(huì)。 全班共同討論，總結(jié)仿生產(chǎn)品在生活中的廣泛應(yīng)用及其重要性，思考仿生學(xué)未來的發(fā)展方向。 通過觀察實(shí)物標(biāo)本或模型，讓學(xué)生直觀地感受生物結(jié)構(gòu)的獨(dú)特之處，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和動(dòng)手操作能力。 記錄觀察結(jié)果和思考結(jié)構(gòu)功能，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)記錄和邏輯思維能力，促使學(xué)生深入思考生物結(jié)構(gòu)與功能的聯(lián)系。 小組交流討論，激發(fā)學(xué)生的思維碰撞，培養(yǎng)學(xué)生的合作學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維，為后續(xù)探究生物對(duì)人類的啟示奠定基礎(chǔ)。 展示豐富的生物特殊功能素材，拓寬學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生對(duì)生物特殊功能的探究興趣。 分組探究培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，讓學(xué)生深入了解生物特殊功能的原理，提高學(xué)生的信息收集和整理能力。 代表介紹和交流環(huán)節(jié)，鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力和溝通能力，促進(jìn)學(xué)生之間的知識(shí)共享和思維碰撞。 通過教師講解典型案例，為學(xué)生提供分析范例，幫助學(xué)生掌握分析生物啟示案例的基本方法和思路。 分組深入分析案例，培養(yǎng)學(xué)生的分析問題和解決問題的能力，讓學(xué)生理解生物特征與人類發(fā)明之間的內(nèi)在聯(lián)系，體會(huì)科學(xué)思維在發(fā)明創(chuàng)造中的應(yīng)用。 制作和展示分析報(bào)告，鍛煉學(xué)生的信息整合能力、表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，同時(shí)通過全班討論，加深學(xué)生對(duì)生物啟示案例的理解。 引導(dǎo)學(xué)生提出仿生應(yīng)用假設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和問題提出能力，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案過程，鍛煉學(xué)生的科學(xué)探究能力、邏輯思維能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用科學(xué)方法驗(yàn)證自己的假設(shè)。 交流和完善實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和溝通能力，使實(shí)驗(yàn)方案更加科學(xué)合理。 實(shí)施實(shí)驗(yàn)和分析結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力和數(shù)據(jù)分析能力，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的完整過程。 展示創(chuàng)意仿生設(shè)計(jì)作品，拓寬學(xué)生的設(shè)計(jì)思路，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造力。 獨(dú)立構(gòu)思和呈現(xiàn)設(shè)計(jì)方案，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、動(dòng)手實(shí)踐能力和表達(dá)能力，將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)中。 小組交流和評(píng)價(jià)改進(jìn)，促進(jìn)學(xué)生之間的思想交流和相互學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，提高學(xué)生的創(chuàng)意設(shè)計(jì)水平。 開展調(diào)查活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)實(shí)踐能力、信息收集和整理能力，讓學(xué)生深入了解仿生學(xué)在生活中的實(shí)際應(yīng)用情況。 制作和展示調(diào)查報(bào)告，鍛煉學(xué)生的資料整合能力、表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，同時(shí)促進(jìn)學(xué)生之間的知識(shí)共享。 全班討論總結(jié)，加深學(xué)生對(duì)仿生學(xué)應(yīng)用和發(fā)展的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的總結(jié)歸納能力和對(duì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的展望能力。
（三）生活應(yīng)用 教師展示一些生活中常見的問題情境圖片，如高樓清潔困難、山區(qū)交通不便、室內(nèi)空氣凈化等。 學(xué)生分組，針對(duì)這些生活問題，運(yùn)用所學(xué)的仿生學(xué)知識(shí)，討論并提出基于生物啟示的解決方案。例如，根據(jù)蜘蛛爬行能力設(shè)計(jì)高樓清潔機(jī)器人，根據(jù)穿山甲挖掘能力設(shè)計(jì)山區(qū)隧道挖掘工具等。 每組選派一名代表，向全班介紹小組提出的解決方案，包括仿生的生物原型、設(shè)計(jì)思路、預(yù)期效果等。 其他小組同學(xué)對(duì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和討論，提出改進(jìn)意見和建議，共同完善解決方案。 展示生活問題情境，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活中的實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的意識(shí)。 分組討論提出解決方案，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，讓學(xué)生將仿生學(xué)知識(shí)應(yīng)用于解決生活問題，提高學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力。 代表介紹和全班評(píng)價(jià)討論，鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力和批判性思維能力，通過交流和完善方案，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。
（四）知識(shí)總結(jié) 教師引導(dǎo)學(xué)生回顧本單元所學(xué)的內(nèi)容，包括生物的特殊結(jié)構(gòu)和功能、生物啟示的案例、仿生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、創(chuàng)意仿生設(shè)計(jì)以及生活中的仿生應(yīng)用等方面。 讓學(xué)生以小組為單位，制作一份知識(shí)框架圖或思維導(dǎo)圖，梳理本單元的知識(shí)體系，突出生物特征與仿生應(yīng)用之間的邏輯關(guān)系。 每個(gè)小組推選一名代表，向全班展示并講解小組制作的知識(shí)框架圖或思維導(dǎo)圖，其他小組可以提出補(bǔ)充或修改意見。 教師對(duì)各小組的展示進(jìn)行評(píng)價(jià)，總結(jié)本單元的重點(diǎn)知識(shí)，強(qiáng)調(diào)仿生學(xué)在科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人類生活中的重要作用，幫助學(xué)生完善知識(shí)體系。 回顧所學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生鞏固記憶，強(qiáng)化對(duì)重點(diǎn)知識(shí)的理解，梳理知識(shí)脈絡(luò)。 制作知識(shí)框架圖或思維導(dǎo)圖，培養(yǎng)學(xué)生的歸納總結(jié)能力和知識(shí)整合能力，有助于學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)的知識(shí)體系，提升學(xué)習(xí)效果。 代表展示與交流環(huán)節(jié)，鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，通過小組間的互動(dòng)，進(jìn)一步完善知識(shí)體系，教師的評(píng)價(jià)與總結(jié)加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的整體把握。
四、作業(yè)設(shè)計(jì)
（一）、填空題
1.人們根據(jù)荷葉的（自清潔）功能，發(fā)明了自清潔材料。
2.飛機(jī)的機(jī)翼設(shè)計(jì)模仿了鳥類翅膀的（形狀和結(jié)構(gòu)）。
3.仿生學(xué)是一門模仿生物的（結(jié)構(gòu)）、（功能）等進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造的學(xué)科。
4.雷達(dá)的發(fā)明是受了（蝙蝠回聲定位）的啟示。
（二）、判斷題
1.只有動(dòng)物的特征能給人類發(fā)明提供啟示，植物的特征沒有這種作用。（×）
解析：植物的特征同樣能給人類發(fā)明提供啟示，如魯班根據(jù)茅草發(fā)明鋸子，荷葉啟示人們發(fā)明自清潔材料等。
仿生產(chǎn)品只能應(yīng)用于科技領(lǐng)域，對(duì)日常生活沒有幫助。（×）
解析：仿生產(chǎn)品在日常生活中有廣泛應(yīng)用，如泳衣模仿鯊魚皮膚，尼龍搭扣模仿蒼耳等，給日常生活帶來便利。
所有的仿生設(shè)計(jì)都必須完全模仿生物的結(jié)構(gòu)和功能。（×）
解析：仿生設(shè)計(jì)是在理解生物結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)上，進(jìn)行合理的借鑒和創(chuàng)新，并非完全模仿。
（三）、選擇題
1.下列發(fā)明中，與生物無關(guān)的是（ ）
A. 電子手表 B. 潛水艇（模仿魚鰾） C. 鋸子（模仿茅草）
答案：A
人們模仿蜂巢的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出了（ ）
A. 薄殼建筑 B. 飛機(jī) C. 雷達(dá)
答案：A
下列哪種生物的功能被應(yīng)用于軍事偽裝技術(shù)？（ ）
A. 變色龍 B. 螢火蟲 C. 電鰻
答案：A
以下屬于仿生學(xué)應(yīng)用的是（ ）
A. 利用太陽能發(fā)電 B. 依據(jù)蝴蝶翅膀鱗片調(diào)節(jié)體溫的原理設(shè)計(jì)太空服 C. 用塑料制作玩具
答案：B
（四）、簡(jiǎn)答題
1.請(qǐng)舉例說明一種生物的結(jié)構(gòu)或功能對(duì)人類發(fā)明的啟示，并闡述其原理。
答案：例如，人們根據(jù)壁虎腳的吸附功能發(fā)明了壁虎膠帶。壁虎腳掌上有許多細(xì)小的剛毛，這些剛毛與物體表面產(chǎn)生分子間作用力（范德華力），從而使壁虎能夠在墻壁等垂直表面自由攀爬。受此啟發(fā)，科學(xué)家們研發(fā)出一種模仿壁虎腳掌結(jié)構(gòu)的膠帶，通過微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使膠帶表面產(chǎn)生類似的分子間作用力，實(shí)現(xiàn)物體的粘貼和攀爬功能。
2.簡(jiǎn)述仿生學(xué)對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的重要意義。
答案：仿生學(xué)對(duì)人類社會(huì)發(fā)展具有多方面重要意義。在科技領(lǐng)域，它為發(fā)明創(chuàng)造提供靈感，推動(dòng)了航空航天、電子通訊、醫(yī)療等眾多行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新，如飛機(jī)、雷達(dá)等發(fā)明。在日常生活中，仿生產(chǎn)品提高了人們的生活質(zhì)量，像自清潔材料、泳衣等。在環(huán)境保護(hù)方面，仿生學(xué)可幫助設(shè)計(jì)更環(huán)保、可持續(xù)的技術(shù)和產(chǎn)品，減少對(duì)環(huán)境的影響。總之，仿生學(xué)促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，改善了人類生活，推動(dòng)了社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。
3.你認(rèn)為在進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意哪些方面？
答案：在進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)時(shí)，首先要深入了解生物的結(jié)構(gòu)、功能及其原理，確保對(duì)生物特征的準(zhǔn)確把握。其次，要結(jié)合實(shí)際需求和應(yīng)用場(chǎng)景，思考如何將生物的特點(diǎn)轉(zhuǎn)化為實(shí)際可用的設(shè)計(jì)。還要考慮技術(shù)的可行性和成本效益，確保設(shè)計(jì)能夠在現(xiàn)有技術(shù)條件下實(shí)現(xiàn)，并具有一定的經(jīng)濟(jì)合理性。同時(shí)，要注重創(chuàng)新，不能僅僅局限于簡(jiǎn)單模仿，要在借鑒生物特征的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，以滿足不同的需求和提升產(chǎn)品性能。
（五）、科學(xué)探究
假設(shè)你觀察到螞蟻能夠在復(fù)雜的地形上高效地搬運(yùn)食物，并且它們之間通過化學(xué)信號(hào)進(jìn)行溝通協(xié)作。請(qǐng)你基于螞蟻的這些特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一個(gè)關(guān)于小型運(yùn)輸系統(tǒng)的探究實(shí)驗(yàn)，以提高在復(fù)雜地形上的物資運(yùn)輸效率。
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br/>驗(yàn)證模擬螞蟻溝通協(xié)作與適應(yīng)復(fù)雜地形特性的小型運(yùn)輸系統(tǒng)，是否能提高在復(fù)雜地形上的物資運(yùn)輸效率。
實(shí)驗(yàn)材料
小型機(jī)器人：20 個(gè)具備基本移動(dòng)和物資夾持功能的小型機(jī)器人，將其平均分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。
復(fù)雜地形模擬裝置：定制一個(gè)大型沙盤，在其中構(gòu)建多樣化的復(fù)雜地形，如設(shè)置不同高度的山丘（高度范圍 5 - 15 厘米）、寬度不同的溝壑（寬度范圍 3 - 8 厘米）、不同角度的彎道（角度范圍 30° - 90°）等，確保地形具有足夠的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性。
模擬物資：準(zhǔn)備多種不同重量和形狀的模擬物資，如重量為 50 克、100 克、200 克的正方體、球體、圓柱體等形狀的物體，以模擬不同類型的實(shí)際物資。
化學(xué)信號(hào)模擬設(shè)備：為實(shí)驗(yàn)組機(jī)器人配備可釋放特定氣味（模擬螞蟻化學(xué)信號(hào)）的裝置，以及能感應(yīng)這些氣味的傳感器，確保機(jī)器人之間可通過 “化學(xué)信號(hào)” 進(jìn)行信息交互。同時(shí)準(zhǔn)備信號(hào)接收與分析設(shè)備，用于記錄和分析機(jī)器人之間傳遞的 “化學(xué)信號(hào)” 數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)記錄與分析工具：攝像機(jī)、計(jì)時(shí)器、電子秤等，用于記錄機(jī)器人的行動(dòng)軌跡、搬運(yùn)時(shí)間、搬運(yùn)物資重量等數(shù)據(jù)，并使用專業(yè)的數(shù)據(jù)記錄表格和數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與分析。
實(shí)驗(yàn)步驟
實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段
對(duì)所有小型機(jī)器人進(jìn)行調(diào)試，確保其移動(dòng)、夾持等基本功能正常，并記錄每個(gè)機(jī)器人的初始參數(shù)。
在復(fù)雜地形模擬裝置上標(biāo)記起點(diǎn)和終點(diǎn)位置，起點(diǎn)設(shè)置物資存放區(qū)，終點(diǎn)設(shè)置物資卸載區(qū)。
為實(shí)驗(yàn)組機(jī)器人安裝化學(xué)信號(hào)模擬裝置，并根據(jù)螞蟻化學(xué)信號(hào)溝通的原理，編寫相應(yīng)的程序，使其能通過釋放和感應(yīng) “化學(xué)信號(hào)” 實(shí)現(xiàn)信息交互與協(xié)作搬運(yùn)。對(duì)照組機(jī)器人保持原有簡(jiǎn)單搬運(yùn)程序不變。
實(shí)驗(yàn)實(shí)施階段
第一輪實(shí)驗(yàn)：
在物資存放區(qū)放置重量為 50 克的正方體模擬物資。
同時(shí)啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組各 5 個(gè)機(jī)器人，記錄它們從起點(diǎn)出發(fā)搬運(yùn)物資到終點(diǎn)的時(shí)間、搬運(yùn)路徑（通過攝像機(jī)記錄后分析）以及成功搬運(yùn)的物資數(shù)量。
每次搬運(yùn)完成后，將機(jī)器人和物資復(fù)位到起點(diǎn)，重復(fù)上述操作 10 次，取平均值作為該輪實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
第二輪實(shí)驗(yàn)：
更換模擬物資為重量 100 克的球體，重復(fù)第一輪實(shí)驗(yàn)的步驟，記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)。
第三輪實(shí)驗(yàn)：
使用重量 200 克的圓柱體模擬物資，再次重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)過程并記錄數(shù)據(jù)。
第四輪實(shí)驗(yàn)：
調(diào)整復(fù)雜地形模擬裝置，增加地形難度，如增高山丘高度、加寬溝壑寬度等。
放置重量 100 克的正方體模擬物資，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，記錄機(jī)器人在更復(fù)雜地形下的搬運(yùn)時(shí)間、路徑及成功搬運(yùn)數(shù)量等數(shù)據(jù)。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理與分析階段
使用攝像機(jī)記錄的視頻，通過專業(yè)軟件分析機(jī)器人的行動(dòng)軌跡，統(tǒng)計(jì)其在復(fù)雜地形中選擇的路線長(zhǎng)度、遇到障礙的次數(shù)以及繞過障礙的方式等信息。
根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的數(shù)據(jù)，計(jì)算每組機(jī)器人每次搬運(yùn)物資的平均時(shí)間。
利用電子秤記錄每次搬運(yùn)物資的實(shí)際重量，分析不同組機(jī)器人搬運(yùn)不同重量物資的能力。
將所有數(shù)據(jù)整理到預(yù)先設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)記錄表格中，運(yùn)用數(shù)據(jù)分析軟件（如 Excel、SPSS 等）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的數(shù)據(jù)，判斷基于螞蟻特點(diǎn)設(shè)計(jì)的小型運(yùn)輸系統(tǒng)是否能提高在復(fù)雜地形上的物資運(yùn)輸效率。
變量控制
機(jī)器人相關(guān)變量：保持實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組機(jī)器人的硬件規(guī)格、尺寸、動(dòng)力系統(tǒng)等物理參數(shù)完全一致，確保機(jī)器人自身性能不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生干擾。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)機(jī)器人進(jìn)行定期檢查和維護(hù)，保證其性能穩(wěn)定。
地形相關(guān)變量：每次實(shí)驗(yàn)前，確保復(fù)雜地形模擬裝置的地形設(shè)置完全相同，包括山丘高度、溝壑寬度、彎道角度等地形參數(shù)。若需要改變地形難度進(jìn)行特定實(shí)驗(yàn)，需明確記錄地形改變的具體參數(shù)，并在后續(xù)數(shù)據(jù)分析中考慮該因素的影響。
物資相關(guān)變量：對(duì)于每種重量和形狀的模擬物資，確保其物理特性一致。如相同重量的正方體模擬物資，其邊長(zhǎng)、材質(zhì)密度等參數(shù)保持不變，避免因物資本身差異影響機(jī)器人的搬運(yùn)效率。
環(huán)境相關(guān)變量：實(shí)驗(yàn)應(yīng)在相對(duì)穩(wěn)定的室內(nèi)環(huán)境中進(jìn)行，控制環(huán)境溫度、濕度、光照等因素基本保持恒定，減少環(huán)境因素對(duì)機(jī)器人運(yùn)行和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾。
預(yù)期結(jié)果
在搬運(yùn)相同重量和形狀的模擬物資時(shí)，實(shí)驗(yàn)組機(jī)器人由于能夠通過模擬化學(xué)信號(hào)進(jìn)行溝通協(xié)作，在選擇搬運(yùn)路徑、繞過障礙以及協(xié)同搬運(yùn)等方面表現(xiàn)更優(yōu)，因此完成搬運(yùn)任務(wù)的平均時(shí)間應(yīng)短于對(duì)照組，且成功搬運(yùn)的物資數(shù)量可能更多。
隨著模擬物資重量的增加，對(duì)照組機(jī)器人可能因協(xié)作困難，導(dǎo)致搬運(yùn)效率大幅下降，而實(shí)驗(yàn)組機(jī)器人憑借模擬螞蟻的協(xié)作機(jī)制，搬運(yùn)效率下降幅度相對(duì)較小。
在地形難度增加的情況下，實(shí)驗(yàn)組機(jī)器人通過模擬螞蟻根據(jù)化學(xué)信號(hào)調(diào)整行動(dòng)的方式，能更好地適應(yīng)復(fù)雜地形，其搬運(yùn)效率相比對(duì)照組下降幅度更小，甚至可能保持相對(duì)穩(wěn)定。
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