資源簡介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺
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)與工程推動了人類社會的發(fā)展。 學(xué)習(xí)內(nèi)容：列舉植物或動物的一些有趣特征，了解人類對生物特征的模仿；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，并舉例說明人類對這些特征的模仿；能基于所學(xué)知識，設(shè)計(jì)一個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)識仿生學(xué)概念，感受生物對人類發(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》鼓勵學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)，設(shè)計(jì)仿生作品，將知識轉(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)知識體系。
學(xué)情分析 五年級學(xué)生已具備一定科學(xué)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(yàn)，但對生物特征與人類發(fā)明的聯(lián)系認(rèn)識較淺，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與新技術(shù)建立關(guān)聯(lián)，對一些復(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、推動科技進(jìn)步方面的重要作用，體會科學(xué)技術(shù)對社會發(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，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)仿生知識應(yīng)用于設(shè)計(jì)制作活動，增強(qiáng)實(shí)踐操作能力。 責(zé)任態(tài)度： 激發(fā)對仿生學(xué)的探究興趣，培養(yǎng)熱愛科學(xué)、勇于探索的精神。 認(rèn)識到仿生學(xué)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(zé)任感。
單元結(jié)構(gòu)化活動 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，探討人類對蛋殼結(jié)構(gòu)的模仿及優(yōu)勢。 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，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，交流評價(jià)，總結(jié)收獲。
達(dá)成評價(jià) 圍繞課時(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo) 課堂表現(xiàn)評價(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)，評價(jià)其對知識的理解和探究能力。 作業(yè)評價(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，評價(jià)學(xué)生對知識的掌握和應(yīng)用能力。 實(shí)踐作品評價(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，評價(jià)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。 單元測試評價(jià)：設(shè)計(jì)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(jì)應(yīng)用，全面評價(jià)學(xué)生單元學(xué)習(xí)成果。
第8課時(shí)《我們來仿生》教學(xué)設(shè)計(jì)
教學(xué)目標(biāo)
科學(xué)探究能力
學(xué)生能夠通過觀察生物的結(jié)構(gòu)、功能等特征，提出有價(jià)值的仿生學(xué)相關(guān)問題，并能通過查閱資料、調(diào)查等方式收集相關(guān)信息。
針對特定的生物特征，設(shè)計(jì)并開展簡單的仿生探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)會控制變量，觀察、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出合理結(jié)論。
能運(yùn)用多種方式（如文字描述、繪制圖表、制作模型等）展示探究成果，并與他人進(jìn)行交流和討論，在交流中不斷完善探究過程和結(jié)果。
科學(xué)思維能力
通過對生物特性與仿生應(yīng)用的研究，培養(yǎng)邏輯思維能力，能夠從生物現(xiàn)象中歸納出一般性的原理，并將其應(yīng)用到仿生設(shè)計(jì)中。
運(yùn)用類比、聯(lián)想、想象等思維方法，從生物的獨(dú)特之處聯(lián)想到實(shí)際生活中的需求，提出創(chuàng)新性的仿生設(shè)計(jì)思路，發(fā)展創(chuàng)造性思維。
在探究過程中，對不同的仿生方案進(jìn)行批判性思考，評估其科學(xué)性、可行性和創(chuàng)新性，提升科學(xué)批判思維能力。
科學(xué)素養(yǎng)
深入了解多種生物的特殊結(jié)構(gòu)和功能，知道這些特征如何為仿生學(xué)提供靈感，以及在實(shí)際應(yīng)用中的轉(zhuǎn)化方式。
全面理解仿生學(xué)的概念、發(fā)展歷程、研究方法和重要意義，認(rèn)識到仿生學(xué)在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
掌握一些基本的仿生設(shè)計(jì)方法和原則，能夠識別生活中常見的仿生產(chǎn)品，并闡述其仿生原理。
責(zé)任態(tài)度
對生物與仿生學(xué)之間的聯(lián)系產(chǎn)生濃厚興趣，激發(fā)探索自然奧秘和創(chuàng)新發(fā)明的熱情。
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)結(jié)果和他人的觀點(diǎn)，勇于面對困難和挫折，不斷追求科學(xué)真理。
意識到仿生學(xué)對推動科技進(jìn)步、改善人類生活和保護(hù)環(huán)境的重要作用，培養(yǎng)對科學(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)
了解豐富的生物特性及其對應(yīng)的仿生應(yīng)用實(shí)例，建立生物與仿生學(xué)之間的緊密聯(lián)系。
理解仿生學(xué)的基本概念、研究方法和應(yīng)用領(lǐng)域，掌握一些常見的仿生設(shè)計(jì)思路。
教學(xué)難點(diǎn)
從生物復(fù)雜的特性中提煉出關(guān)鍵要素，并將其轉(zhuǎn)化為可操作的仿生設(shè)計(jì)方案，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。
引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)的思維方法和設(shè)計(jì)原則，進(jìn)行具有一定創(chuàng)新性和可行性的仿生設(shè)計(jì)。
三、教學(xué)過程
學(xué)習(xí)活動 設(shè)計(jì)意圖
（一）情境導(dǎo)入 教師播放一段展示大自然中各種神奇生物的視頻，如會變色的變色龍、能發(fā)電的電鰻、善于織網(wǎng)的蜘蛛等。視頻結(jié)束后，提問學(xué)生：“同學(xué)們，在視頻中我們看到了許多奇妙的生物，它們都有著獨(dú)特的本領(lǐng)。你們能想到人類的哪些發(fā)明可能受到了這些生物的啟發(fā)嗎？” 組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，鼓勵學(xué)生分享自己所知道的仿生學(xué)例子，如飛機(jī)與鳥兒、潛水艇與魚等。 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，教師對學(xué)生的發(fā)言進(jìn)行點(diǎn)評和總結(jié)，引出本節(jié)課的主題 —— 我們來仿生。 通過精彩的視頻展示，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生對生物神奇特性的興趣和好奇心，為學(xué)習(xí)仿生學(xué)奠定情感基礎(chǔ)。 小組討論為學(xué)生提供交流和分享的平臺，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)生已有的仿生學(xué)知識儲備。 教師的點(diǎn)評和總結(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 探究活動一：生物特性大發(fā)現(xiàn) 教師給每個小組發(fā)放一些關(guān)于不同生物的資料卡片（包括文字描述、圖片等），資料涵蓋各種生物的獨(dú)特結(jié)構(gòu)、功能或行為，如壁虎的攀爬能力、荷葉的自清潔功能、蜜蜂的蜂巢結(jié)構(gòu)等。 學(xué)生分組仔細(xì)閱讀和觀察資料卡片，從中挑選出一種最感興趣的生物，深入研究其特性，記錄下生物的名稱、獨(dú)特之處以及這種特性可能帶來的實(shí)際應(yīng)用啟發(fā)。 小組內(nèi)交流討論，分享自己對所選生物特性的理解和應(yīng)用設(shè)想，互相啟發(fā)，完善記錄內(nèi)容。 探究活動二：探究仿生原理 每組選派一名代表，向全班介紹小組挑選的生物及其特性，以及基于該特性的應(yīng)用設(shè)想。 其他小組同學(xué)認(rèn)真傾聽，針對介紹內(nèi)容提出問題、發(fā)表看法或提供補(bǔ)充信息，共同探討這種生物特性背后的科學(xué)原理，以及如何將其轉(zhuǎn)化為仿生應(yīng)用。 教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合已有的科學(xué)知識，從力學(xué)、光學(xué)、生物學(xué)等多個角度分析生物特性的原理，幫助學(xué)生理解生物特性與仿生應(yīng)用之間的內(nèi)在聯(lián)系。 探究活動三：設(shè)計(jì)仿生實(shí)驗(yàn) 教師提出任務(wù)：“同學(xué)們，我們已經(jīng)了解了一些生物特性及其仿生原理，現(xiàn)在請大家根據(jù)自己感興趣的生物特性，設(shè)計(jì)一個簡單的仿生實(shí)驗(yàn)，來驗(yàn)證這種特性在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。” 學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，討論實(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。例如，如果選擇研究荷葉的自清潔功能，可以設(shè)計(jì)用不同材料表面模擬荷葉結(jié)構(gòu)，觀察水滴在這些表面的滾動和清潔效果。 各小組將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案以圖表或文字的形式記錄下來，并選派一名代表向全班介紹小組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，其他小組同學(xué)提出修改建議，共同完善實(shí)驗(yàn)方案。 探究活動四：實(shí)施仿生實(shí)驗(yàn) 各小組根據(jù)完善后的實(shí)驗(yàn)方案，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料，在實(shí)驗(yàn)室或教室中開展實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，小組成員分工合作，嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 教師巡視各小組的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展情況，及時(shí)給予指導(dǎo)和幫助，確保實(shí)驗(yàn)安全、順利地進(jìn)行。 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，各小組整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和記錄，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否與預(yù)期相符，思考實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題及解決方法。 探究活動五：創(chuàng)意仿生設(shè)計(jì) 教師展示一些優(yōu)秀的仿生設(shè)計(jì)作品圖片或視頻，如模仿鳥類翅膀的飛行器、仿照海豚外形的潛艇等，啟發(fā)學(xué)生的設(shè)計(jì)靈感。 學(xué)生獨(dú)立思考，從之前研究的生物特性出發(fā)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果和生活實(shí)際需求，構(gòu)思一個具有創(chuàng)意的仿生設(shè)計(jì)方案，可以是一件產(chǎn)品、一種技術(shù)或一個系統(tǒng)等。例如，根據(jù)壁虎的攀爬能力設(shè)計(jì)一種用于高樓外墻清潔的機(jī)器人。 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、工作原理以及預(yù)期效果等內(nèi)容。 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價(jià)和改進(jìn)建議，共同完善創(chuàng)意設(shè)計(jì)。 探究活動六：仿生應(yīng)用拓展 教師引導(dǎo)學(xué)生思考仿生學(xué)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，如醫(yī)療、交通、環(huán)保、軍事等，鼓勵學(xué)生討論在這些領(lǐng)域中還可以基于哪些生物特性進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。 學(xué)生分組選擇一個感興趣的領(lǐng)域，通過查閱資料、討論等方式，深入研究該領(lǐng)域中已有的仿生應(yīng)用案例，并嘗試提出新的仿生設(shè)計(jì)思路或改進(jìn)方案。 每組選派一名代表，向全班介紹小組在所選領(lǐng)域的研究成果，包括已有的應(yīng)用案例分析、新的設(shè)計(jì)思路或改進(jìn)方案，以及對未來仿生學(xué)在該領(lǐng)域發(fā)展的展望。 全班共同討論各小組的研究成果，教師進(jìn)行總結(jié)和點(diǎn)評，強(qiáng)調(diào)仿生學(xué)在推動各領(lǐng)域發(fā)展中的重要作用，鼓勵學(xué)生關(guān)注仿生學(xué)的前沿動態(tài)。 提供豐富多樣的生物資料，拓寬學(xué)生的視野，讓學(xué)生接觸到更多具有仿生潛力的生物特性，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。 小組自主選擇和研究生物特性，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和獨(dú)立思考能力，使學(xué)生能夠深入挖掘生物特性與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系。 小組內(nèi)交流討論，促進(jìn)學(xué)生之間的思維碰撞，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)的仿生設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。 代表介紹環(huán)節(jié)鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力，同時(shí)讓全班同學(xué)共享各小組的研究成果，拓寬知識面。 提問、討論環(huán)節(jié)激發(fā)學(xué)生的思維活力，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和合作交流能力，促使學(xué)生深入思考生物特性與仿生應(yīng)用的關(guān)系。 教師引導(dǎo)分析，幫助學(xué)生從科學(xué)原理的層面理解仿生學(xué)，提升學(xué)生的科學(xué)思維水平，為后續(xù)的探究活動提供理論支持。 布置實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力和科學(xué)探究能力，讓學(xué)生將理論知識轉(zhuǎn)化為實(shí)際操作。 小組合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、邏輯思維能力和問題解決能力，使學(xué)生學(xué)會運(yùn)用科學(xué)方法驗(yàn)證自己的仿生設(shè)想。 方案介紹和交流環(huán)節(jié)，促進(jìn)學(xué)生之間的相互學(xué)習(xí)，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。 學(xué)生親自實(shí)施實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力，讓學(xué)生在實(shí)踐中體驗(yàn)科學(xué)探究的過程和方法。 教師巡視指導(dǎo)，保證實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和安全性，幫助學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)中遇到的困難，引導(dǎo)學(xué)生正確分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 整理數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力和科學(xué)思維能力，使學(xué)生學(xué)會從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)的仿生設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 展示優(yōu)秀作品，拓寬學(xué)生的設(shè)計(jì)思路，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造力，為學(xué)生的創(chuàng)意設(shè)計(jì)提供參考和啟發(fā)。 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、動手實(shí)踐能力和表達(dá)能力，將所學(xué)的仿生學(xué)知識應(yīng)用于實(shí)際設(shè)計(jì)中。 小組交流和評價(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。 引導(dǎo)學(xué)生思考仿生學(xué)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，拓寬學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力，讓學(xué)生認(rèn)識到仿生學(xué)的廣泛應(yīng)用前景。 分組研究特定領(lǐng)域的仿生應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和信息整合能力，使學(xué)生能夠深入了解仿生學(xué)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。 代表介紹和全班討論，鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力和溝通能力，促進(jìn)學(xué)生之間的知識共享和思想碰撞，激發(fā)學(xué)生對仿生學(xué)未來發(fā)展的思考和探索欲望。
（三）生活應(yīng)用 教師展示一些生活中常見的問題或場景圖片，如室內(nèi)空氣凈化問題、城市交通擁堵問題、戶外運(yùn)動裝備的改進(jìn)等。 學(xué)生分組，針對這些生活問題或場景，運(yùn)用所學(xué)的仿生學(xué)知識，討論并提出基于生物特性的解決方案或創(chuàng)新設(shè)計(jì)。例如，根據(jù)植物的光合作用原理設(shè)計(jì)一種室內(nèi)空氣凈化裝置；模仿螞蟻的群體協(xié)作方式優(yōu)化城市交通管理系統(tǒng)。 每組選派一名代表，向全班介紹小組提出的解決方案或設(shè)計(jì)思路，包括仿生的生物原型、設(shè)計(jì)理念、預(yù)期效果等內(nèi)容。 其他小組同學(xué)對方案進(jìn)行評價(jià)和討論，提出改進(jìn)意見和建議，共同完善解決方案，使其更具可行性和實(shí)用性。 展示生活問題或場景，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活中的實(shí)際需求，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)知識解決實(shí)際問題的意識和能力。 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)知識與生活實(shí)際緊密結(jié)合，提高學(xué)生的知識應(yīng)用能力。 代表介紹和全班評價(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)際生活問題的能力，使學(xué)生感受到仿生學(xué)的實(shí)用價(jià)值。
（四）知識總結(jié) 教師引導(dǎo)學(xué)生回顧本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括生物特性的發(fā)現(xiàn)、仿生原理的探究、仿生實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施、創(chuàng)意仿生設(shè)計(jì)以及仿生學(xué)在生活中的應(yīng)用等方面。 讓學(xué)生以小組為單位，制作一份思維導(dǎo)圖或知識框架圖，梳理本節(jié)課的知識體系，突出生物與仿生學(xué)之間的聯(lián)系，以及仿生學(xué)的研究方法和應(yīng)用領(lǐng)域。 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(dǎo)圖或知識框架圖，其他小組可以提出補(bǔ)充或修改意見。 教師對各小組的展示進(jìn)行評價(jià)，總結(jié)本節(jié)課的重點(diǎn)知識，強(qiáng)調(diào)仿生學(xué)的重要意義和學(xué)習(xí)價(jià)值，幫助學(xué)生完善知識體系，鼓勵學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)和生活中繼續(xù)探索仿生學(xué)的奧秘。 回顧學(xué)習(xí)內(nèi)容，幫助學(xué)生鞏固知識，強(qiáng)化記憶，梳理知識脈絡(luò)，加深對仿生學(xué)的理解。 制作思維導(dǎo)圖或知識框架圖，培養(yǎng)學(xué)生的歸納總結(jié)能力和知識整合能力，有助于學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)的知識體系，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，進(jìn)一步完善知識體系，教師的評價(jià)與總結(jié)加深學(xué)生對知識的整體把握，激發(fā)學(xué)生對仿生學(xué)的持續(xù)學(xué)習(xí)興趣。
四、作業(yè)設(shè)計(jì)
（一）、填空題
1.仿生學(xué)是模仿生物的結(jié)構(gòu)、功能等特性來研制（新技術(shù)）或新產(chǎn)品的科學(xué)。
2.荷葉的（自清潔）功能啟發(fā)人們發(fā)明了自清潔材料。
3.人類模仿鳥類的飛行原理發(fā)明了（飛機(jī)）。
4.仿生設(shè)計(jì)需要考慮生物特性、實(shí)際需求和（科學(xué)原理）等因素。
（二）、判斷題
1.只有動物的特性可以用于仿生學(xué)研究，植物的特性沒有仿生價(jià)值。（×）
解析：許多植物的特性也具有重要的仿生價(jià)值，如荷葉的自清潔功能、竹子的結(jié)構(gòu)等都為仿生學(xué)提供了靈感。
仿生學(xué)的發(fā)明創(chuàng)造都是直接模仿生物的外形。（×）
解析：仿生學(xué)不僅模仿生物外形，更重要的是模仿生物的結(jié)構(gòu)、功能、行為等內(nèi)在特性。
仿生實(shí)驗(yàn)的結(jié)果一定能直接應(yīng)用到實(shí)際生活中。（×）
解析：仿生實(shí)驗(yàn)結(jié)果通常需要進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化，考慮成本、技術(shù)可行性等多種因素后，才可能應(yīng)用到實(shí)際生活中。
（三）、選擇題
1.以下發(fā)明中，與仿生學(xué)無關(guān)的是（ ）
A. 電燈 B. 雷達(dá)（模仿蝙蝠回聲定位） C. 尼龍搭扣（模仿蒼耳）
答案：A
人們模仿蜂巢的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了（ ）
A. 薄殼建筑 B. 潛艇 C. 飛機(jī)
答案：A
下列哪種生物的特性可用于開發(fā)新型的水下探測設(shè)備？（ ）
A. 蝙蝠的回聲定位 B. 海豚的聲吶系統(tǒng) C. 蝴蝶的翅膀顏色
答案：B
在仿生設(shè)計(jì)中，首先要做的是（ ）
A. 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 B. 尋找生物原型 C. 制作設(shè)計(jì)模型
答案：B
（四）、簡答題
1.簡述仿生學(xué)的研究方法和一般流程。
答案：仿生學(xué)的研究方法通常包括觀察生物特性、提出仿生問題、查閱相關(guān)資料、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究、設(shè)計(jì)仿生產(chǎn)品或技術(shù)等。一般流程為：先觀察自然界中生物的獨(dú)特結(jié)構(gòu)、功能、行為等特性，從中發(fā)現(xiàn)可以借鑒的地方并提出問題；接著查閱資料了解相關(guān)的科學(xué)原理和已有研究成果；然后通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證生物特性在實(shí)際應(yīng)用中的可行性，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果；最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論和實(shí)際需求，設(shè)計(jì)出具有實(shí)用價(jià)值的仿生產(chǎn)品、技術(shù)或系統(tǒng)。
2.舉例說明一種生物特性及其在仿生學(xué)中的應(yīng)用，并闡述其仿生原理。
答案：例如，壁虎具有在垂直墻壁上自由攀爬的能力。在仿生學(xué)中，科學(xué)家模仿壁虎腳掌的微觀結(jié)構(gòu)，研制出了一種具有類似吸附功能的材料，可用于制造攀爬設(shè)備等。其仿生原理是壁虎腳掌有許多細(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），從而實(shí)現(xiàn)吸附。仿生材料通過模仿壁虎腳掌的微觀結(jié)構(gòu)，使材料表面產(chǎn)生類似的分子間作用力，達(dá)到吸附和攀爬的效果。
3.你認(rèn)為仿生學(xué)對人類社會的發(fā)展有哪些重要意義？
答案：仿生學(xué)對人類社會發(fā)展具有多方面重要意義。在科技領(lǐng)域，它為創(chuàng)新提供了豐富的靈感來源，推動了眾多行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，如航空航天、醫(yī)療、電子等領(lǐng)域。在生活方面，仿生產(chǎn)品的出現(xiàn)改善了人們的生活質(zhì)量，例如自清潔材料、高性能運(yùn)動裝備等。在環(huán)境保護(hù)方面，仿生學(xué)有助于開發(fā)更環(huán)保、可持續(xù)的技術(shù)和產(chǎn)品，減少對自然資源的依賴和對環(huán)境的破壞。此外，仿生學(xué)還促進(jìn)了不同學(xué)科之間的交叉融合，培養(yǎng)了人們的創(chuàng)新思維和科學(xué)探索精神，為解決人類面臨的各種問題提供了新的思路和方法。
（五）、設(shè)計(jì)一個實(shí)驗(yàn)，探究不同形狀的翅膀?qū)︼w行器飛行距離的影響（基于鳥類翅膀的仿生研究）
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br/>探究基于鳥類翅膀仿生的不同形狀翅膀?qū)︼w行器飛行距離產(chǎn)生何種影響，從而明晰鳥類翅膀形狀與飛行性能的關(guān)聯(lián)，為飛行器的仿生設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
實(shí)驗(yàn)材料
輕木與薄塑料片：用于制作飛行器的翅膀，因其質(zhì)地輕盈，便于飛行器飛行，且能較好模擬鳥類翅膀的輕薄特性。
剪刀：裁剪輕木和薄塑料片，以制作出不同形狀的翅膀。
膠水：將輕木和薄塑料片粘貼固定，確保翅膀結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。
細(xì)線：可用于調(diào)整飛行器重心或連接部件。
小型電機(jī)（帶螺旋槳）：為飛行器提供飛行動力。
電池盒與電池：為小型電機(jī)供電。
卷尺：精確測量飛行器的飛行距離。
不同形狀翅膀的模板：如長而窄的翅膀、短而寬的翅膀、三角形翅膀等，確保制作的翅膀形狀標(biāo)準(zhǔn)且具有可比性。
實(shí)驗(yàn)步驟
制作飛行器模型
根據(jù)不同形狀翅膀的模板，用剪刀將輕木裁剪成相應(yīng)的骨架形狀，再用薄塑料片覆蓋在骨架上，使用膠水粘貼牢固，制作出多種形狀的翅膀，如長而窄的翅膀、短而寬的翅膀、三角形翅膀等。確保每個翅膀的材質(zhì)、厚度完全一致，以控制變量。
將制作好的不同形狀翅膀分別安裝在相同規(guī)格的飛行器主體上，飛行器主體需安裝好小型電機(jī)、電池盒和電池，保證飛行器除翅膀形狀外，其他條件均相同。
測試準(zhǔn)備
選擇一個寬敞、平坦且無明顯氣流干擾的場地，如學(xué)校操場。
在場地一端設(shè)置起飛點(diǎn)，在起飛點(diǎn)放置一個固定支架，將飛行器放置在支架上，調(diào)整飛行器位置，使其保持水平。
進(jìn)行測試
為飛行器安裝電池，啟動小型電機(jī)，待螺旋槳轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，輕輕釋放飛行器，使其自由飛行。
待飛行器落地后，使用卷尺從起飛點(diǎn)開始，沿飛行器飛行方向測量到飛行器落點(diǎn)的直線距離，記錄該距離數(shù)據(jù)，此為該形狀翅膀飛行器的一次飛行距離。
對每種形狀的翅膀飛行器，重復(fù)上述操作 5 次，記錄每次的飛行距離數(shù)據(jù)。這是為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具可靠性。
更換翅膀形狀并重復(fù)測試
依次更換不同形狀翅膀的飛行器，按照上述測試步驟，分別進(jìn)行 5 次飛行距離的測量，并記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)。
變量控制
飛行器主體：使用相同規(guī)格的飛行器主體，包括相同的質(zhì)量、尺寸、重心位置等，確保除翅膀形狀外，飛行器本身的其他因素不會對飛行距離產(chǎn)生影響。
動力系統(tǒng)：采用同一型號的小型電機(jī)、電池盒和電池，保證每次實(shí)驗(yàn)提供的動力相同。每次實(shí)驗(yàn)前，檢查電池電量，確保電量充足且一致。
實(shí)驗(yàn)環(huán)境：選擇在同一地點(diǎn)、相近時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，避免因不同場地的氣流、風(fēng)向、地面狀況等環(huán)境因素差異對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾。若實(shí)驗(yàn)當(dāng)天天氣不穩(wěn)定，如風(fēng)力較大，則暫停實(shí)驗(yàn)，選擇天氣平穩(wěn)的時(shí)段進(jìn)行。
翅膀材質(zhì)與制作工藝：使用相同的輕木和薄塑料片制作翅膀，且制作過程中保證翅膀的厚度、骨架結(jié)構(gòu)等完全一致，僅改變翅膀的形狀。
預(yù)期結(jié)果
長而窄的翅膀：可能使飛行器飛行距離較遠(yuǎn)。因?yàn)檫@種形狀類似于一些擅長遠(yuǎn)距離飛行的鳥類翅膀，在飛行時(shí)能產(chǎn)生較小的空氣阻力，有利于飛行器保持較長距離的飛行。預(yù)計(jì)其平均飛行距離在 [X1] 米左右。
短而寬的翅膀：或許會使飛行器飛行較為靈活，但飛行距離相對較短。短而寬的翅膀能提供較大的升力，但空氣阻力也較大，不利于長距離飛行。預(yù)計(jì)其平均飛行距離在 [X2] 米左右，且 [X2]<[X1]。
三角形翅膀：飛行距離可能介于長而窄翅膀和短而寬翅膀之間。三角形翅膀的空氣動力學(xué)特性較為特殊，其產(chǎn)生的升力和阻力與前兩者不同。預(yù)計(jì)其平均飛行距離在 [X3] 米左右，且 [X2]<[X3]<[X1]。
通過對不同形狀翅膀飛行器飛行距離數(shù)據(jù)的分析，可清晰了解不同形狀翅膀?qū)︼w行器飛行距離的影響，為基于鳥類翅膀的飛行器仿生設(shè)計(jì)提供有力的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
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