蘇教版（2017秋）小學科學五年級下冊2.8《我們來仿生》課時教案（含練習）

第二單元《仿生》大單元整體教學設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構、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創(chuàng)新，培養(yǎng)學生對生物與技術之間聯(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；技術與工程推動了人類社會的發(fā)展。學習內容：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)明與生物的關系。學業(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；能基于所學知識，設計一個利用生物特征解決實際問題的方案教材分析本單元以仿生學為線索，編排了四課內容?！渡锏膯⑹尽吠ㄟ^具體事例，如魯班受茅草啟發(fā)發(fā)明鋸，引導學生初步認識仿生學概念，感受生物對人類發(fā)明的啟示?！兜皻づc拱形建筑》聚焦生物結構與建筑的聯(lián)系，以蛋殼為例，讓學生探究拱形結構的特點，理解人類模仿蛋殼結構在建筑中的應用?！厄鸷屠走_》深入探討生物特殊功能與科技產品的關聯(lián)，通過研究蝙蝠回聲定位原理及雷達的發(fā)明，培養(yǎng)學生分析問題能力?！段覀儊矸律饭膭顚W生綜合運用所學，設計仿生作品，將知識轉化為實踐，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力。教材內容由淺入深，從認知到實踐，符合學生認知規(guī)律，利于學生構建仿生學知識體系。學情分析五年級學生已具備一定科學知識基礎和探究能力，對生物世界充滿好奇，有觀察生物現(xiàn)象的經驗，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建立關聯(lián)，對一些復雜仿生原理理解困難，在實踐設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構、功能為人類發(fā)明創(chuàng)造提供了靈感，建立生物與技術相互關聯(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，體會科學技術對社會發(fā)展的影響?？茖W思維：通過分析生物特征與人類發(fā)明的對應關系，培養(yǎng)邏輯思維能力。在探究拱形結構特點等活動中，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，設計仿生方案，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。探究實踐：經歷觀察生物特征、實驗探究結構特點、調查仿生實例等活動，提高觀察、實驗、調查等科學探究能力。能在小組合作中設計并實施探究方案，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的意識，培養(yǎng)社會責任感。單元結構化活動第一階段：感知仿生（《生物的啟示》）創(chuàng)設情境，講述魯班發(fā)明鋸等故事，引導學生思考生物對人類發(fā)明的啟示，激發(fā)興趣。組織學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：結構仿生探究（《蛋殼與拱形建筑》）觀察蛋殼，猜測其承受力特點，引發(fā)探究欲望。開展實驗探究拱形結構承受力，分析數(shù)據(jù)得出結論。展示拱形建筑實例，探討人類對蛋殼結構的模仿及優(yōu)勢。第三階段：功能仿生學習（《蝙蝠和雷達》）播放蝙蝠飛行視頻，提出問題引導學生思考蝙蝠飛行奧秘。查閱資料了解蝙蝠回聲定位原理，對比分析雷達工作原理。組織小組討論蝙蝠與雷達關系，總結功能仿生特點。第四階段：綜合仿生實踐（《我們來仿生》）回顧前三課知識，明確仿生設計要素。小組合作確定設計主題，進行方案設計，教師指導完善。制作展示仿生作品，交流評價，總結收獲。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)明關系圖、分析某一仿生產品原理等，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：設計單元測試題，涵蓋生物啟示、結構與功能仿生知識及設計應用，全面評價學生單元學習成果。第8課時《我們來仿生》教學設計教學目標科學探究能力學生能夠通過觀察生物的結構、功能等特征，提出有價值的仿生學相關問題，并能通過查閱資料、調查等方式收集相關信息。針對特定的生物特征，設計并開展簡單的仿生探究實驗，學會控制變量，觀察、記錄實驗現(xiàn)象，分析實驗數(shù)據(jù)，得出合理結論。能運用多種方式（如文字描述、繪制圖表、制作模型等）展示探究成果，并與他人進行交流和討論，在交流中不斷完善探究過程和結果。科學思維能力通過對生物特性與仿生應用的研究，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，并將其應用到仿生設計中。運用類比、聯(lián)想、想象等思維方法，從生物的獨特之處聯(lián)想到實際生活中的需求，提出創(chuàng)新性的仿生設計思路，發(fā)展創(chuàng)造性思維。在探究過程中，對不同的仿生方案進行批判性思考，評估其科學性、可行性和創(chuàng)新性，提升科學批判思維能力?？茖W素養(yǎng)深入了解多種生物的特殊結構和功能，知道這些特征如何為仿生學提供靈感，以及在實際應用中的轉化方式。全面理解仿生學的概念、發(fā)展歷程、研究方法和重要意義，認識到仿生學在各個領域的廣泛應用。掌握一些基本的仿生設計方法和原則，能夠識別生活中常見的仿生產品，并闡述其仿生原理。責任態(tài)度對生物與仿生學之間的聯(lián)系產生濃厚興趣，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)成嚴謹認真、實事求是的科學態(tài)度，尊重實驗結果和他人的觀點，勇于面對困難和挫折，不斷追求科學真理。意識到仿生學對推動科技進步、改善人類生活和保護環(huán)境的重要作用，培養(yǎng)對科學技術的尊重和熱愛，增強為科學事業(yè)貢獻力量的責任感。二、教學重難點教學重點了解豐富的生物特性及其對應的仿生應用實例，建立生物與仿生學之間的緊密聯(lián)系。理解仿生學的基本概念、研究方法和應用領域，掌握一些常見的仿生設計思路。教學難點從生物復雜的特性中提煉出關鍵要素，并將其轉化為可操作的仿生設計方案，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力。引導學生運用科學的思維方法和設計原則，進行具有一定創(chuàng)新性和可行性的仿生設計。三、教學過程學習活動設計意圖（一）情境導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。視頻結束后，提問學生：“同學們，在視頻中我們看到了許多奇妙的生物，它們都有著獨特的本領。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？”組織學生進行小組討論，鼓勵學生分享自己所知道的仿生學例子，如飛機與鳥兒、潛水艇與魚等。每組選派一名代表發(fā)言，向全班匯報小組討論的內容，教師對學生的發(fā)言進行點評和總結，引出本節(jié)課的主題——我們來仿生。通過精彩的視頻展示，吸引學生的注意力，激發(fā)學生對生物神奇特性的興趣和好奇心，為學習仿生學奠定情感基礎。小組討論為學生提供交流和分享的平臺，讓學生能夠充分表達自己的想法，培養(yǎng)學生的合作學習能力和語言表達能力，同時也能讓教師了解學生已有的仿生學知識儲備。教師的點評和總結，自然地引出本節(jié)課的主題，為后續(xù)的教學內容做好鋪墊。（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特結構、功能或行為，如壁虎的攀爬能力、荷葉的自清潔功能、蜜蜂的蜂巢結構等。學生分組仔細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、獨特之處以及這種特性可能帶來的實際應用啟發(fā)。小組內交流討論，分享自己對所選生物特性的理解和應用設想，互相啟發(fā)，完善記錄內容。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用設想。其他小組同學認真傾聽，針對介紹內容提出問題、發(fā)表看法或提供補充信息，共同探討這種生物特性背后的科學原理，以及如何將其轉化為仿生應用。教師引導學生結合已有的科學知識，從力學、光學、生物學等多個角度分析生物特性的原理，幫助學生理解生物特性與仿生應用之間的內在聯(lián)系。探究活動三：設計仿生實驗教師提出任務：“同學們，我們已經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，設計一個簡單的仿生實驗，來驗證這種特性在實際應用中的可行性。”學生分組進行實驗設計，討論實驗目的、實驗材料、實驗步驟、變量控制以及預期結果等內容。例如，如果選擇研究荷葉的自清潔功能，可以設計用不同材料表面模擬荷葉結構，觀察水滴在這些表面的滾動和清潔效果。各小組將實驗設計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驗設計思路，其他小組同學提出修改建議，共同完善實驗方案。探究活動四：實施仿生實驗各小組根據(jù)完善后的實驗方案，準備實驗材料，在實驗室或教室中開展實驗。在實驗過程中，小組成員分工合作，嚴格按照實驗步驟進行操作，仔細觀察實驗現(xiàn)象，如實記錄實驗數(shù)據(jù)。教師巡視各小組的實驗進展情況，及時給予指導和幫助，確保實驗安全、順利地進行。實驗結束后，各小組整理實驗數(shù)據(jù)和記錄，分析實驗結果是否與預期相符，思考實驗過程中遇到的問題及解決方法。探究活動五：創(chuàng)意仿生設計教師展示一些優(yōu)秀的仿生設計作品圖片或視頻，如模仿鳥類翅膀的飛行器、仿照海豚外形的潛艇等，啟發(fā)學生的設計靈感。學生獨立思考，從之前研究的生物特性出發(fā)，結合實驗結果和生活實際需求，構思一個具有創(chuàng)意的仿生設計方案，可以是一件產品、一種技術或一個系統(tǒng)等。例如，根據(jù)壁虎的攀爬能力設計一種用于高樓外墻清潔的機器人。學生將自己的創(chuàng)意設計方案以繪畫、文字描述或簡單模型的形式呈現(xiàn)出來，并標注出仿生的生物原型、設計思路、工作原理以及預期效果等內容。學生在小組內展示自己的創(chuàng)意設計，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)意設計。探究活動六：仿生應用拓展教師引導學生思考仿生學在不同領域的應用，如醫(yī)療、交通、環(huán)保、軍事等，鼓勵學生討論在這些領域中還可以基于哪些生物特性進行創(chuàng)新設計。學生分組選擇一個感興趣的領域，通過查閱資料、討論等方式，深入研究該領域中已有的仿生應用案例，并嘗試提出新的仿生設計思路或改進方案。每組選派一名代表，向全班介紹小組在所選領域的研究成果，包括已有的應用案例分析、新的設計思路或改進方案，以及對未來仿生學在該領域發(fā)展的展望。全班共同討論各小組的研究成果，教師進行總結和點評，強調仿生學在推動各領域發(fā)展中的重要作用，鼓勵學生關注仿生學的前沿動態(tài)。提供豐富多樣的生物資料，拓寬學生的視野，讓學生接觸到更多具有仿生潛力的生物特性，激發(fā)學生的探究欲望。小組自主選擇和研究生物特性，培養(yǎng)學生的自主學習能力和獨立思考能力，使學生能夠深入挖掘生物特性與實際應用的聯(lián)系。小組內交流討論，促進學生之間的思維碰撞，培養(yǎng)學生的合作學習能力和創(chuàng)新思維，為后續(xù)的仿生設計奠定基礎。代表介紹環(huán)節(jié)鍛煉學生的表達能力，同時讓全班同學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)學生的思維活力，培養(yǎng)學生的批判性思維和合作交流能力，促使學生深入思考生物特性與仿生應用的關系。教師引導分析，幫助學生從科學原理的層面理解仿生學，提升學生的科學思維水平，為后續(xù)的探究活動提供理論支持。布置實驗設計任務，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力和科學探究能力，讓學生將理論知識轉化為實際操作。小組合作設計實驗方案，鍛煉學生的團隊協(xié)作能力、邏輯思維能力和問題解決能力，使學生學會運用科學方法驗證自己的仿生設想。方案介紹和交流環(huán)節(jié)，促進學生之間的相互學習，培養(yǎng)學生的批判性思維和溝通能力，使實驗方案更加科學合理。學生親自實施實驗，培養(yǎng)學生的動手操作能力和實踐創(chuàng)新能力，讓學生在實踐中體驗科學探究的過程和方法。教師巡視指導，保證實驗的科學性和安全性，幫助學生解決實驗中遇到的困難，引導學生正確分析實驗結果。整理數(shù)據(jù)和分析結果，培養(yǎng)學生的數(shù)據(jù)處理能力和科學思維能力，使學生學會從實驗結果中總結經驗，為后續(xù)的仿生設計提供依據(jù)。展示優(yōu)秀作品，拓寬學生的設計思路，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造力，為學生的創(chuàng)意設計提供參考和啟發(fā)。獨立構思和呈現(xiàn)設計方案，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力、動手實踐能力和表達能力，將所學的仿生學知識應用于實際設計中。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，提高學生的創(chuàng)意設計水平。引導學生思考仿生學在不同領域的應用，拓寬學生的視野，培養(yǎng)學生的發(fā)散思維能力，讓學生認識到仿生學的廣泛應用前景。分組研究特定領域的仿生應用，培養(yǎng)學生的自主學習能力、團隊協(xié)作能力和信息整合能力，使學生能夠深入了解仿生學在不同領域的應用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。代表介紹和全班討論，鍛煉學生的表達能力和溝通能力，促進學生之間的知識共享和思想碰撞，激發(fā)學生對仿生學未來發(fā)展的思考和探索欲望。（三）生活應用教師展示一些生活中常見的問題或場景圖片，如室內空氣凈化問題、城市交通擁堵問題、戶外運動裝備的改進等。學生分組，針對這些生活問題或場景，運用所學的仿生學知識，討論并提出基于生物特性的解決方案或創(chuàng)新設計。例如，根據(jù)植物的光合作用原理設計一種室內空氣凈化裝置；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計思路，包括仿生的生物原型、設計理念、預期效果等內容。其他小組同學對方案進行評價和討論，提出改進意見和建議，共同完善解決方案，使其更具可行性和實用性。展示生活問題或場景，引導學生關注生活中的實際需求，培養(yǎng)學生運用科學知識解決實際問題的意識和能力。分組討論提出解決方案，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和團隊協(xié)作能力，讓學生將仿生學知識與生活實際緊密結合，提高學生的知識應用能力。代表介紹和全班評價討論，鍛煉學生的表達能力和批判性思維能力，通過交流和完善方案，培養(yǎng)學生解決實際生活問題的能力，使學生感受到仿生學的實用價值。（四）知識總結教師引導學生回顧本節(jié)課的學習內容，包括生物特性的發(fā)現(xiàn)、仿生原理的探究、仿生實驗的設計與實施、創(chuàng)意仿生設計以及仿生學在生活中的應用等方面。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，突出生物與仿生學之間的聯(lián)系，以及仿生學的研究方法和應用領域。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，總結本節(jié)課的重點知識，強調仿生學的重要意義和學習價值，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)探索仿生學的奧秘?；仡檶W習內容，幫助學生鞏固知識，強化記憶，梳理知識脈絡，加深對仿生學的理解。制作思維導圖或知識框架圖，培養(yǎng)學生的歸納總結能力和知識整合能力，有助于學生構建系統(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，教師的評價與總結加深學生對知識的整體把握，激發(fā)學生對仿生學的持續(xù)學習興趣。四、作業(yè)設計（一）、填空題1.仿生學是模仿生物的結構、功能等特性來研制（新技術）或新產品的科學。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）。4.仿生設計需要考慮生物特性、實際需求和（科學原理）等因素。（二）、判斷題1.只有動物的特性可以用于仿生學研究，植物的特性沒有仿生價值。（×）解析：許多植物的特性也具有重要的仿生價值，如荷葉的自清潔功能、竹子的結構等都為仿生學提供了靈感。仿生學的發(fā)明創(chuàng)造都是直接模仿生物的外形。（×）解析：仿生學不僅模仿生物外形，更重要的是模仿生物的結構、功能、行為等內在特性。仿生實驗的結果一定能直接應用到實際生活中。（×）解析：仿生實驗結果通常需要進一步改進和優(yōu)化，考慮成本、技術可行性等多種因素后，才可能應用到實際生活中。（三）、選擇題1.以下發(fā)明中，與仿生學無關的是（）

A.電燈B.雷達（模仿蝙蝠回聲定位）C.尼龍搭扣（模仿蒼耳）答案：A人們模仿蜂巢的結構特點，設計出了（）

A.薄殼建筑B.潛艇C.飛機答案：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在仿生設計中，首先要做的是（）

A.進行實驗驗證B.尋找生物原型C.制作設計模型答案：B（四）、簡答題1.簡述仿生學的研究方法和一般流程。

答案：仿生學的研究方法通常包括觀察生物特性、提出仿生問題、查閱相關資料、進行實驗探究、設計仿生產品或技術等。一般流程為：先觀察自然界中生物的獨特結構、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的科學原理和已有研究成果；然后通過實驗來驗證生物特性在實際應用中的可行性，分析實驗結果；最后根據(jù)實驗結論和實際需求，設計出具有實用價值的仿生產品、技術或系統(tǒng)。2.舉例說明一種生物特性及其在仿生學中的應用，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。在仿生學中，科學家模仿壁虎腳掌的微觀結構，研制出了一種具有類似吸附功能的材料，可用于制造攀爬設備等。其仿生原理是壁虎腳掌有許多細小的剛毛，這些剛毛與物體表面產生分子間作用力（范德華力），從而實現(xiàn)吸附。仿生材料通過模仿壁虎腳掌的微觀結構，使材料表面產生類似的分子間作用力，達到吸附和攀爬的效果。3.你認為仿生學對人類社會的發(fā)展有哪些重要意義？

答案：仿生學對人類社會發(fā)展具有多方面重要意義。在科技領域，它為創(chuàng)新提供了豐富的靈感來源，推動了眾多行業(yè)的技術進步，如航空航天、醫(yī)療、電子等領域。在生活方面，仿生產品的出現(xiàn)改善了人們的生活質量，例如自清潔材料、高性能運動裝備等。在環(huán)境保護方面，仿生學有助于開發(fā)更環(huán)保、可持續(xù)的技術和產品，減少對自然資源的依賴和對環(huán)境的破壞。此外，仿生學還促進了不同學科之間的交叉融合，培養(yǎng)了人們的創(chuàng)新思維和科學探索精神，為解決人類面臨的各種問題提供了新的思路和方法。（五）、設計一個實驗，探究不同形狀的翅膀對飛行器飛行距離的影響（基于鳥類翅膀的仿生研究）實驗目的探究基于鳥類翅膀仿生的不同形狀翅膀對飛行器飛行距離產生何種影響，從而明晰鳥類翅膀形狀與飛行性能的關聯(lián)，為飛行器的仿生設計提供依據(jù)。實驗材料輕木與薄塑料片：用于制作飛行器的翅膀，因其質地輕盈，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，確保翅膀結構穩(wěn)固。細線：可用于調整飛行器重心或連接部件。小型電機（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準且具有可比性。實驗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、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、電池盒和電池，保證飛行器除翅膀形狀外，其他條件均相同。測試準備選擇一個寬敞、平坦且無明顯氣流干擾的場地，如學校操場。在場地一端設置起飛點，在起飛點放置一個固定支架，將飛行器放置在支架上，調整飛行