单元：第二单元 | 课题：第5课 生物的启示 | 主备教师： 协同教师： | ||||||
1.教学内容 第二部分是对蜂巢形状特征的研究，其中包括三个活动。活动一是阅读资料，了解蜂巢猜想；活动二是通过几种蜂巢形状的对比，让学生意识到正六边形蜂巢结构的优势所在，并从平面拓展到不同立体结构抗压能力的认识；活动三是交流生活中具有蜂巢结构的物体，以及它们的优点。 第三部分是关注仿生产品与仿生对象的关系，即船舶的设计从鱼类身上获得的启示。通过观察和交流，出鱼和船各部分存在的对应关系，分析它们在结构和功能上的相似之处，加深对仿生概念的理解。 拓展学习内容是鼓励学生调查了解：人们在设计飞机时从鸟类身上获得了哪些发明创造的启示。 2.教学目标 认识不同的仿生现象，意识到人类的很多发明创造可以在自然界到原型。 能多角度探究蜂巢结构的特点，知道蜂巢结构在生活中的应用。 对仿生设计产生探究的兴趣。 3.重点与难点 重点：认识不同的仿生现象。 难点：多角度探究蜂巢结构的特点。 4.教学准备 教师材料：各种蜂巢结构、鱼身体的图片和视频。 学生分组材料：A4纸、记录单。 教学过程 一、单元导入 出示课本13页的一首小诗：
学生自由读一读这首小诗，想一想：火箭升空靠什么定位方向？轮船在辽阔的大海中为什么能够乘风破浪？ 教师引导：火箭升空能够定位方向，轮船在大海中航行能够乘风破浪，都是人类向自然界的动物学习的结果。生物具有的功能，迄今比任何人工制造的机械都优越的多。 仿生学，就是要在工程上实现并有效的应用生物功能的一门学科。从今天这节课开始，我们就来学习第二单元，了解探索有关仿生的知识。 二、新课导入 教师引导：自然界的生物有许许多多，人们又从这些生物得到哪些启示，进而运用到工程技术中呢？ 今天这节课，我们就来学习第5课——生物的启示。 板书课题：5.生物的启示 三、学习新课 活动1：人们从动植物的形态结构中获得的启示 生物在长期进化的过程中，形成了许多有利于生物生存的形态结构和生理特点，人们从中获得很多启示。下面请同学们看一看日常生活中的一些物品的设计与动植物的形态结构有什么相似之处？ 出示课本第14页第1组图片，引导学生观察左边荆棘上的刺和右边铁丝网上的尖刺，想一想铁丝网的设计与荆棘在形态结构上有什么相似之处？ 预设： 铁丝网和植物茎上的刺的尖锐部分都能起到保护作用。 荆棘上的刺很尖，分布均匀，扎人很疼，可以很好的保护植物本身；铁丝网上用铁丝布置了一些尖刺，这样可以加强铁丝网的有效性，外来人员很难穿过这样的铁丝网，从而起到防护的作用。 按照同样的方法分别出示课本14页的其他3组图片，引导学生仔细观察，想一想这三组图片中物品的设计与动植物的形态结构有什么相似之处。 预设： 塑料吸盘和八爪鱼的吸盘都呈碗状,具有吸附功能。由章鱼的身体完全吸附在轮船底上发明出塑料吸盘。塑料吸盘可以吸附在平整的墙面上不容易脱落。 尼龙搭扣上的弯钩和苍耳果实上的钩刺都有很强的附着力。苍耳的果实表面上全是倒刺，可以附着在人的衣物或者动物的身上，达到传播植物种子的目的。人们根据苍耳的这一特点发明出了鞋子上的魔术贴。魔术贴分子母两面，一面是细软的纤维，另一面是带有勾刺的弹性纤维。公母相扣，在受到一定横力的情况下，富有弹性的勾被拉直，从绒圈上松掉而打开，然后又恢复原有的勾型，如此反复开合可达一万次之多。这样的魔术贴广泛运用于服装、鞋子、帽子、手套、皮包、沙发、车船坐垫、航空用品、雨披、窗帘、玩具、睡袋、体育运动器材、音响器材、医疗器械、帐篷、小轮车的护套、各类军工产品、电子电线、充电器、陈列用具等等。 降落伞与带冠毛的蒲公英种子的整体形状相似。 蒲公英的种子成熟之后，受到风力的影响，会漂浮在半空中，在风力的作用下飘到很远很远的地方，这样实现了种子的传播。人们根据蒲公英的这一特点发明了降落伞。降落伞就是利用空气阻力原理，依靠相对于空气运动充气展开的可展式气动力减速器。广泛的运用于航天航空领域。 除了以上四种物体是受到不同动植物的启发而发明出来的，你还知道哪些物品的设计是受了某些动植物的启示？ 锯子与锯齿草、大跨度建筑屋顶架构与王莲叶、人工冷光与萤火虫的光、风暴预测仪与水母耳、电子蛙眼与蛙眼等。 活动2：有关蜂窝的猜想 出示蜂窝的图片，引导学生观察蜂窝，并读一读旁边的有关“蜂窝猜想”的文字，想一想蜂窝的特点。 预设： 蜂窝的横截面呈正六边形的形状.不留空隙，也不互相重叠，是密铺而成。而且蜂窝的巢房是蜜蜂采用最少量的蜂蜡建造而成的。 蜂窝还有哪些特点？人们又能够从蜂窝的特点中获得哪些启示呢？下面我们继续来讨论交流。 活动2：研究蜂巢形状的奥秘 研究一：蜂窝正六边形的密铺问题奥秘 教师提出问题：大家都知道蜂窝是正六边形的形状，假如蜜蜂不用正六边形，而用正五边形的形状建造蜂巢，结果会怎样呢？ 出示课本15页正五边形的蜂窝和正六边形的蜂窝图片，引导学生观察这两幅图片，想一想正五边形的蜂窝有什么弊端？ 预设： 如果蜜蜂用正五边形来建造蜂窝，那么在蜂巢中就会出现缝隙，不但影响蜂巢的美观，而且影响蜂巢的作用。 用正五边形建造蜂窝行不通，那我们不用正五边形建造蜂巢，用正四边形或者正三角形建造蜂巢行不行呢？ 预设： 在同种正多边形中,能密铺的只有正三角形、正方形、正六边形。 研究二：蜂窝正六边形的用料最少奥秘 假设蜜蜂用下面三种面积相等的图形建造蜂巢，一种是正三边形，一种是正四边形，一种是正六边形，请大家来计算每种图形的内切圆直径以及蜂巢壁的总长度并进行排序。 出示课本15页正三边形、正四边形、正六边形蜂巢的图片，学生观察这三幅图片并且通过计算，得出每种图形的内切圆直径以及蜂巢壁的总长度，并将结果进行排序。 全班交流，讨论得出结论： 这其实是一个很简单的几何问题。假设我们想用相同形状和大小的图形密铺一个平面（使图形不留空隙、也不互相重叠地铺满整个平面），那么只有3种正多边形可以做到：正三边形、正四边形和正六边形。（这里指规则镶嵌）在铺满同等面积的情况下，使用正六边形所需要的周长之和最小。这就不难理解蜜蜂为什么会选择六边形了，因为蜂巢是用蜂蜡做的，而蜜蜂产出蜂蜡是消耗能量的，它们当然希望省些力气——这点小心思就跟打工人想少搬几块砖一样。 研究三：蜂窝正六边形的抗压能力最强奥秘 将A4纸分别折成正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱三种形状，比较哪种形状抗压能力最强。 学生分小组活动，分别用A4纸折成正三棱柱形、正四棱柱形、正六棱柱形三种形状。 全班交流，各小组展示本小组折成的三种形状的棱柱，教师引导：同学们，三种形状的棱柱已经折成，下面我们来比较一下，哪种形状的棱柱抗压能力最强？ 学生分小组活动，比较三种形状的棱柱，哪种形状抗压能力最强。教师巡视，了解学生活动情况，并提醒学生比较三种形状的棱柱的抗压能力的时候所加的要压力有循序渐进，不能一下子加太大的压力。 全班交流，各小组汇报本小组的实验情况以及得出的实验结论。 预设：五年级下册科学教案 在相同条件下三种形状的棱柱中，以正六边形的棱柱形状抗压能力最强。虽然圆柱体抗压能力最强,但在平面密铺的基础上,圆形最终会被挤压成六边形。比较正三棱柱、正四 棱柱、正六棱柱,正六棱柱的抗压能力最强。 教师小结：通过刚才的研究我们发现蜜蜂简直就是一个天然的数学家，他巧妙的规避了其他形状蜂巢的弊端，充分的运用了正六边形蜂巢的优点。 全班交流 假如你是蜜蜂，你会选择哪种形状的蜂巢？为什么？ 预设： 假如我是蜜蜂，我会选择建造正六边形的蜂巢。因为正六边形的蜂巢有三大优点：第一，每个蜂房都是密铺的，既不留空隙,也不相互重叠；第二，正六边形的蜂巢用料最少，可以采用最少量的蜂蜡建成最大的蜂巢；第三，正六边形的蜂巢抗压能力最强。虽然圆柱体抗压能力最强,但在平面密铺的基础上,圆形最终会被挤压成六边形。比较正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱,正六棱柱的抗压能力最强。 你还发现哪些物体有蜂巢结构？这种设计有什么好处？ 生活中具有蜂巢结构的物体还有:蜂窝板材、蜂窝填充料、蜂窝底的锅、移动通信的蜂窝状排列,等等。 这种设计的好处是:六边形排列没有缝隙,有效空间最大,所用材料少等。 活动4：人们从鱼的身上得到的启示 出示各种各样的鱼类，引导学生看一看，认识各种形状的鱼。 教师引导：尽管鱼的形状不一，大小不同，种类不同，但是鱼都有一些共同的特点。 鱼类主要靠按节排列于身体两侧的肌肉交替收缩，使体躯与尾鳍左右摆动而前进，其他鳍起平衡与转向作用。 鱼类终生生活在海水或淡水中，大都具有适于游泳的体形和鳍。用鳃呼吸，以上下颌捕食。 人们就是从鱼的这些特点中获得启发，发明出了许许多多的物品。 出示课本16页上面的一组图片，学生观察这组图片，一他们的对应关系，并且想一想人类从鱼的身上获得什么启发？又发明出了怎样的物品？ 预设： 它们的对应关系是: 鱼的鳍对应船的桨和橹,提供前进和转弯的动力。 鱼的流线型身体对应潜艇的外形,减少水的阻力,行进更快更省力。 鱼的骨架在水下能够承受很大的压力,提供整个身体的支撑，人们根据这一特点设计出了船的龙骨。 鱼肚子里的鳔对应潜艇的蓄水舱,通过充气和注水,调节上浮和下沉。 活动5：人类从鸟的身上获得的启示 人类除了从蜜蜂、鱼儿身上获得了很多启示之外，从鸟儿的身上也获得了很多的启发。 出示课本16页的下面两幅图片，学生仔细观察这两幅图片，并且想一想：人类从鸟的身上获得了哪些发明创造的启示？ 人类从鸟类的身上得到了启示，发明了滑翔机。 人类从蝙蝠的身上得到了启示发明了雷达。 鸟类可以在空中自由飞行，这对人类是多么大的吸引和激励啊！400多年以前，意大利人达·芬奇根据对鸟类的观察和研究，设计了扑翼机，试图用脚蹬的动来扑动飞行。后来，经过许多科学家的试验，终于在1903年发明了飞机，实现了几千年来人类渴望飞上天空的理想。 小小的蜂鸟是鸟中的“直升机”，制造具有蜂鸟飞行特性的垂直起落飞机，已经成为许多飞机设计师梦寐以求的愿望。还有科学家从鸽子的视觉发达得到启示，发明了“电子鸽眼”；从猫头鹰眼睛的特殊构造，发明了“夜视仪”；利用鹰的眼睛发明了“电子鹰眼”；从啄木鸟觅食中受到启发，发明了“防震头盔” 活动6：了解仿生学 出示课本16页有关仿生学的概念： 人类模仿生物的结构和功能,创造出各种人造物。这些做法逐渐发展为一门从自然中学习,进而应用到工程技术中的学科——仿生学。 学生读一读这段文字，初步了解什么是仿生学。 教师引导：有关仿生学是一个新兴的科学，仿生学的内容非常广泛。课后，大家可以查阅资料，了解有关仿生学的知识。 板书设计： 第5课 生物的启示 研究蜂巢形状的奥秘 许多动物具有与生俱来的特殊本领，你认为可以从它们身上获得什么启示?进行哪些发明创造? 秃鹫飞得高，能飞上9000米的高空 发明飞机 游泳冠军旗鱼的时速高达113千米 发明火箭 抹香鲸是潜水冠军，能潜入海洋2200米深处 发明潜水艇 尖尾雨燕是飞行冠军，时速可达350千米 发明飞机 | 二次备课 | |||||||
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