8 生物的启示 教学设计-2023-2024学年科学六年级下册冀人版

8 生物的启示 教材分析 本节课是在学生认识了蝙蝠与雷达的相似性，知道了生活中的许多发明在自然界中都有对应的原型之后，进一步探究人们在自然界生物的启示下进行的发明创造，掌握仿生的定义，找到仿生产品在自然界中的原型。本节课设置了两项主要活动和一项拓展活动。活动1“苍耳的启示”，引导学生探究苍耳和尼龙粘扣的结构特点，比较二者之间的异同，通过阅读资料了解粘扣的发明过程，知道什么是仿生产品，了解仿生的过程。活动2“各种各样的仿生”，通过搜集资料、分类整理认识生活中常见的仿生产品，并根据产品特点进行分类，了解常见的仿生类型。应用与拓展环节“人工智能与仿生机器人”，目的是引导学生通过查阅资料、制作幻灯片、动手搭建等多种 学情分析 形式了解人工智能与仿生机器人技术，增加学生对了解最新科技发展的兴趣。本节课的教学内容旨在探究中让学生树立实事求是、尊重证据的科学精神，培养学生合作学习、沟通交流、尊重他人、形成集体观点的科学态度。让学生了解什么是仿生，怎样进行仿生，知道人们在生物的启示下进行的发明创造，培养学生亲近自然的情感和勇于创新的科学精神。 在探究蝙蝠捕食原理与雷达工作原理的过程中，学生已经认识到有些科技发明与自然界中生物的特点有相似之处，为本节课的探究奠定了良好的认知基础。学生已经具备一定的实验、观察、探究、总结归纳的能力，具备良好的科学素养，能够与他人合作进行观察、分析和讨论、交流，尊重他人的意见并能与同组同学形成统一的观点，具备一定的搜集资料、整理概括的能力，为本课的探究奠定了良好的能力基础。学生对生活中常见仿生产品的观察有着浓厚的兴趣，为本节课的探究奠定了良好的情感基础。 科学知识目标 1．能说出仿生的定义和仿生产品的发明过程。 2．知道生活中常见仿生产品的特点和主要类型。 科学探究目标 1．能针对自然界中生物的特点与发明创造之间的关系提出可探究的科学问题。 2．通过观察、实验、查阅资料等方式了解仿生、仿生产品的相关信息。 科学态度目标 教学目标 1．对探究仿生的定义、过程、应用等相关知识表现出浓厚的兴趣。 2．能对不同个体进行实验观察，概括仿生的定义。 3．能与他人合作学习、沟通交流，形成集体观点。 科学、技术、社会与环境目标 感受科学发明与自然界中生物之间的联系。 重点 1．认识什么是仿生和仿生产品的发明过程。 2．认识常见仿生产品的特点和主要类型。 难点 1．通过实验、阅读资料、概括总结认识仿生及仿生过程。 2．列举常见的仿生产品，根据其特点进行分类。 教学设计 教学准备 教师准备 教学课件、放大镜等。 学生准备 《学生活动手册》、苍耳种子、尼龙粘扣等。 教学设计 一、新课导入 师：1948年，瑞士工程师乔治跟朋友在山中打猎，身上粘满了一种草籽。后来，他对这些草籽进行了仔细观察和研究，发现草籽身上长着一些带钩的刺，于是乔治仿照草籽的结构，创造出了一种新型搭扣，这就是现在所用的各种粘扣的雏形。 生：倾听、讨论，并思考故事中的草籽和尼龙粘扣之间的联系。 师：观看图片，分析这二者之间有什么关系？让我们一起通过实验进行探究吧！ 设计意图：通过故事激发学生的学习兴趣，再引导学生通过观察图片认识苍耳与尼龙粘扣之间的关系，顺利地引导学生进入新课的学习。 二、自主探究 1．苍耳的启示。 师：仔细观察自己课前寻找的苍耳种子的结构，发现苍耳的秘密。 生：用放大镜观察苍耳种子并说出其结构特点。 师：按照教材的提示进行实验。 实验方法： （1）准备苍耳、羊毛织物、尼龙粘扣和放大镜。 （2）观察苍耳种子和羊毛织物与尼龙粘扣上下两层结构上有什么异同。 （3）将苍耳种子放在羊毛织物上，将尼龙粘扣上下层对齐、按压并平放在桌面。 （4）同时向上拉起苍耳种子和粘扣上层，观察有什么现象。 生：以小组为单位进行实验。 师：苍耳种子与尼龙粘扣各有什么特点？ 生：苍耳种子表面有很多带钩子的硬刺；尼龙搭扣刺面是硬挺直立、不易变形的钩子，绒面是绒毛纤维。 师：它们在结构上有什么相同点？ 生：都有很多带钩子的刺。 师：这说明二者之间可能有什么联系？ 生：尼龙粘扣可能是模仿苍耳种子的结构特点发明出来的。 师：阅读教材中的相关资料，验证你的猜想。 生：阅读并得出结论。 师：概括你得到的结论。 生：像粘扣这样，通过模仿某一生物的结构、功能、行为等特征，来发明创造新产品的科学方法就是仿生。仿生产品都能够在自然界找到相似的原型。 设计意图：鼓励学生通过实验，更加直观地观察现象，并据此得出结论，增强学生对尼龙粘扣和苍耳种子之间关系的认识。让学生通过阅读教材了解仿生产品的定义，丰富学生的科学知识。 2．了解生活中各种各样的仿生产品。 师：生活中还有哪些情况应用到仿生？以小组为单位进行资料搜集，概括总结。 生：通过观察、走访、阅读、网络搜集等方式发现更多的仿生产品，并与其他同学进行交流。 师：根据仿生产品的不同特点进行分类。 生：分类整理。 师：观察教材中的三幅图，说说这些仿生产品分别模仿的什么生物，再说说它们模仿了生物哪个方面的特点。 生：海豚船是模仿海豚流线型的外形制成的；机械手是模仿人类手的结构制成的；迷彩服是模仿自然界中植物的颜色制成的。 师：仿生可以分为几种类型？仿生有什么作用？ 生：仿生可以分为形态仿生、功能仿生、结构仿生、色彩仿生等。运用仿生方法可创制新的机械，发明现代化识辨仪器，改进通信系统，设计新颖的工艺。 设计意图：引导学生通过多种途径搜集资料，以小组为单位进行分类整理和概括，锻炼学生搜集整理资料、概括总结的能力，激发学生的好奇心。 三、应用与拓展 播放“阿尔法狗”的介绍视频。 师：“阿尔法狗”是第一个击败人类职业围棋选手、战胜围棋世界冠军的人工智能机器人，而在我们生活中还有很多人工智能与仿生机器人的应用，现在就让我们来寻找身边的人工智能吧！ 生：搜集整理资料，选择一个或几个自己感兴趣的方向和主题进行探究。 设计意图：通过“阿尔法狗”的事例燃起学生对科学技术、计算机技术的学习兴趣，鼓励学生用学到的技能探究自己感兴趣的知识，培养学生的科学精神。 四、总结回顾 师：通过本节课的学习，你了解了哪些知识？ 生：用自己的话概括所学知识。 师：你还有哪些想要继续探究的问题？ 生：人工智能还能应用到哪些领域？人工智能目前的发展情况是怎样的？我国人工智能的发展情况处于什么水平？ 设计意图：鼓励学生回顾本节课所学知识，并大胆提出想要探究的科学问题，培养学生不断探究、勇于探索的科学精神。 教学反思 本课引导学生通过观察、分析苍耳与尼龙粘扣之间的相似性，概括出仿生的概念，通过阅读资料，再结合观察探究的结果，学生能很容易地概括出仿生的概念和仿生设计的过程，学生对于了解更多的仿生产品有着非常浓厚的兴趣。在兴趣的驱使下，学生能够细致地观察身边的仿生现象，能对各种仿生产品进行观察，能概括出仿生的主要类型。最后，通过让学生了解人工智能与仿生机器人的发展情况，增强学生对学习科学知识的兴趣。 备课资料 1教学活动设计 新课导入 出示故事：小苍耳去旅行，不愁没有火车票；抓住游人裤脚儿，五湖四海任我游。 师：故事呈现了一种什么现象？ 生：苍耳粘在人们身上到处旅行。 师：苍耳被称为天生的旅行家，那么它是怎么挂到人和动物的身上的？ 生：苍耳能够牢牢地挂在人的衣服和动物的皮毛上。 师：仔细观察苍耳的结构，找出答案。 设计意图：通过故事引出新课，激发学生的探究欲望。 2 相关资料链接 仿生学 仿生是模仿生物系统的功能和行为，来建造技术系统的一种科学方法。它打破了生物和机器之间的界限，将各种不同的系统沟通起来。生物具有的功能比迄今为止任何人工制造的机械都优越得多，仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。 生物体的结构与功能在机械设计方面给了人类很大的启发，科学家运用仿生的方法创制了很多新的机械，发明了现代化的识辨仪器，改进了通信系统，设计了新颖的工艺并研制了很多人工脏器等。如现代的飞机、极地越野汽车、雷达系统的电子蛙眼、航海的声呐系统、航空建造工程的蜂窝结构、人工肾及人工心脏等，都是仿生的应用。 仿生学颠覆了人们对生物的看法 苍蝇，是细菌的传播者，可是苍蝇的楫翅（又叫平衡棒）是“天然导航仪”，人们模仿它制成了“振动陀螺仪”，这种仪器已经广泛地应用在火箭和高速飞机上，实现了自动驾驶。苍蝇的眼睛是一种“复眼”，由3000多只小眼组成，人们模仿它制成了“蝇眼透镜”。“蝇眼透镜”是由几百或者几千块小透镜整齐排列组合而成的，用它作为镜头可以制成“蝇眼照相机”，一次就能照出千百张相同的相片，这种照相机现在已经广泛地用于印刷制版和大量复制电子计算机的微小电路，大大地提高了工作效率和质量。 人们根据蛙眼的视觉原理，成功研制了一种电子蛙眼，这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样，准确无误地识别出特定形状的物体。把电子蛙眼装入雷达系统后，雷达抗干扰的能力就大大提高了，这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形状的飞机、舰船和导弹等，特别是能够区别真假导弹，防止以假乱真。不仅如此，电子蛙眼还被广泛地应用在机场及交通要道上。在机场，电子蛙眼能被用来准确地监视飞机的起飞与降落，若发现飞机将要发生碰撞，能及时发出警报；在交通要道，电子蛙眼能指挥车辆的行驶，防止车辆碰撞事故的发生。 仿生学的优秀案例 1．现代起重机的挂钩模仿的是许多动物的爪子。 2．屋顶的瓦楞结构模仿的是动物的鳞甲。 3．船桨模仿的是鸭的蹼。 4．锯子模仿的是螳螂臂或锯齿草。 5．尼龙粘扣的发明来自苍耳属的植物。 6．嗅觉灵敏的龙虾为人们制造气味探测仪提供了思路。 7．壁虎的脚趾对制造能反复使用的粘性录音带提供了思路。 8．贝类用它的蛋白质生成的胶体非常牢固，这样的胶体可应用在从外科手术的缝合到补船等一切事情上。 9．防水衣服模仿的是荷叶。 10．潜水艇模仿的是鱼的沉浮。 11．人们根据章鱼的特点发明了烟雾弹。 12．人们根据蛋壳的结构发现了拱形能承受更大的力量。 13．飞机在飞行时可以避免产生剧烈的抖动是根据蜻蜓的身体结构改善的。 14．能变色的衣服模仿的是蝴蝶翅膀上的鳞片。 3课后活动方案 ［活动主题］ 仿生设计体验。 ［活动目标］ 运用仿生学概念进行设计。 ［活动过程］ 1．了解仿生设计在生活中的应用。 （1）穿山甲椅子。 这款由设计师 Uriel Serrano 带来的穿山甲椅子有着穿山甲般的外形，不仅仅易于收放折叠，更是借用了穿山甲外壳的原理：极好地保护自己，令使用者可以隔离外部的喧嚣。每个穿山甲独处椅中配有无线上网、电源插座、箱包锁、甚至一个闹钟以确保你不会错过你的飞行。 （2）创意文具。 通过提取小动物造型和姿态特质，将其与产品的功能性巧妙结合，从而打破常规文具产品冷淡沉闷的感受。 2．发现生活中的仿生实际事例。 3．设计应用仿生原理的新工具，并用设计图的形式表现出来。 4．与同学们进行交流、分享，交换意见、取长补短。 ［活动总结］ 生活中的许多地方都需要创新设计，而自然界中的生物能够给我们很多启示，大胆思考，设计更多的实用工具来便利、美化我们的生活。 设计意图：鼓励学生了解更多的事例，开拓思维，大胆想象，设计更多的实用工具，鼓励学生树立投身科学发明的意愿。 学科网（北京）股份有限公司 $$