教学案例：了不起的仿生技术

        经过四/五年的科学课程学习，学生已初步形成科学素养。本课是在前边的基础上，进一步培养学生科学素养。学生对荷叶、蜗牛己有所观察。但他们对荷叶和荷叶效应等之间有什么关系并不了解，对什么是仿生学，更是不知道。这些对学生来讲都是难点。要采用适当的教学方法，指导学生开展问题探究。

        知道人们可以从动植物身上得到某些启示，模仿它们的形态结构，创造出人造物。

        多角度地探究蜂巢的结构特点，知道蜂巢结构在生活中的应用。

        通过探究认识一些物品的设计与动植物的形态结构有相似之处。进而研究蜂巢结构的奥秘，明白仿生结构的好处。

        培养学生的想象能力和创造能力，运用创造性想象和“原型启示法”提出一些小发明的思路。

       知道人们可以从动植物身上得到某些启示，模仿他们的结构，创造出人造物。

        探究蜂巢形状的奥秘，明白仿生结构的好处。

       教学课件；矩道小学科学软件XR虚拟教学系统。

        桌面VR设备；正三角形、正四边形、正五边形、正六边形的硬卡纸若干；A4纸3张；课本；矩道小学科学软件XR虚拟教学系统。

1.出示PPT上的不沾水的荷叶图片。

莲是一种生长在池塘或沼泽里的植物，地下茎与根长在淤泥里，细长的秆向上露出水面，长出圆圆的荷叶和花。大家都知道，又大又圆的荷叶很难沾上水。（大部分的植物主要靠叶子进行光合作用。如果叶子上面有水或者脏东西，光合作用就会受影响。下雨的时候，落在荷叶上的雨滴会冲走脏东西，这样荷叶就能一直保持干净了。）

2.出示PPT上不易沾异物的蜗牛壳图片。

蜗牛属于贝类，生活在陆地上。生活在水中的贝类通过鳃呼吸，而蜗牛是用肺呼吸的。另外，蜗牛在感到危险的时候，会躲进蜗牛壳里。到了冬天，它们会用一层膜把蜗牛壳的入口封起来，开始冬眠。当然，它们也有很活跃的时候，在梅雨季节里，它们就会很活跃，会到处啃树叶。它们在脏树叶或泥泞地上爬来爬去，但即使是这样，大家也很少看见过脏兮兮的蜗牛壳吧？

3.那么荷叶为什么不沾水呢？蜗牛壳为什么不沾脏东西呢？

1.利用虚拟仿真实验室软件观察荷叶、蜗牛壳的微观结构。

放大荷叶的表面，我们可以看到上面有许多非常小的突起，其直径大约只有1毫米的百分之一。在这些突起的上面，还有许多更小的突起，其直径只有较大突起的几百分之一。有了这么多的突起，水分很难沾到叶子上，所以叶子的表面很难被打湿。

蜗牛壳的表面，我们可以看见壳的表面有许多褶皱和沟槽，褶皱的直径大约为1毫米的百分之一，沟槽的直径大约为1毫米的十分之一。在肉眼看不见的凹凸之间，覆盖一层薄薄的水。所以，和水不相容的油类就沾不到壳上，下雨的时候，污垢会随雨水滚落。

2.建立仿生物品与动植物之间的关系

人们模仿荷叶的这一结构，制造出了类似的布料，这种布料可用来制作不沾水的衣服和雨伞等。

人们仿照蜗牛壳的结构，制造出了建筑用瓷砖等物。人们把瓷砖的表面制作成容易沾水的结构，形成薄薄的一层水膜，这样即使有灰尘粘在上面，也能被雨水冲刷掉。

3.总结：生物在长期进化的过程中，形成了许多有利于生存的形态结构和生理特点，人们从中获得很多启示。

1.蜂窝猜想

利用虚拟实验软件观察蜂巢的形状。

交流观察结果。

公元4世纪，古希腊数学家佩波斯提出猜想：截面呈正六边形的密铺(不留空隙，也不相互重叠)的蜂窝巢房，是蜜蜂采用最少量的蜂蜡建成的。这一猜想被称为“蜂窝猜想”。

2.假设蜜蜂用正五边形建蜂巢，结果会怎样？

分发正三角形、正四边形、正五边形、正六边形的硬卡纸到各组，各组尝试拼接。

得出结论：在同种多边形中，能密铺的只有正三角形、正四边形、正六边形。

3.假设蜜蜂用三种面积相等的图形建蜂巢，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。

得出结论：①在面积相等的条件下，正三角形的内切圆直径<正方形的内切圆直径<正六边形的内切圆直径。内切圆的直径越大，蜂巢的容积越大。②在面积相等的条件下，正三角形的蜂巢壁总长度>正方形的蜂巢壁总长度>正六边形的蜂巢壁总长度。蜂巢壁总长度越小，耗费蜂蜡越少。

4.将A4纸折成正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱，比较哪种形状抗压能力最强。

得出结论：有六角柱组成的结构可以将侧面受到的力和上面受到的力分散，所以很难被破坏。

5.交流：假如你是蜜蜂，你会选择哪种形状建蜂巢？为什么？

你还发现哪些物体有蜂巢结构？这种设计有什么好处？

用虚拟仿真软件展示蜂窝三明治结构模型。

        讨论交流，还有哪些物品的设计是手里动植物的启示。

了不起的仿生技术

蜂巢猜想

不留空隙

使用的材料更少

结实的形状

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