《仿生學(xué)與工程應(yīng)用》課程教學(xué)大綱

《仿生學(xué)與工程應(yīng)用》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱仿生學(xué)與工程應(yīng)用Bionicsandengineeringapplication課程編碼CHM422431020開課院部化學(xué)工程學(xué)院課程團隊（未設(shè)置）學(xué)分2.0課內(nèi)學(xué)時32講授32實驗0上機0實踐0課外學(xué)時0適用專業(yè)（公選課組）授課語言中文先修課程課程簡介（任選）《仿生學(xué)與工程應(yīng)用》是一門面向全校本科生開設(shè)的以仿生學(xué)基礎(chǔ)知識以及應(yīng)用領(lǐng)域等教學(xué)內(nèi)容為主的通識教育公共選修課的通識課程，目的是培養(yǎng)工科類高校學(xué)生在工程設(shè)計中創(chuàng)新能力。仿生學(xué)是一門新發(fā)展的交叉學(xué)科，“師法自然”是仿生學(xué)的核心，人類在學(xué)習(xí)、模仿、改造自然中不斷前進，自然界給人們的啟示也正推動現(xiàn)代科技與文明的發(fā)展。仿生學(xué)作為生物學(xué)，數(shù)學(xué)，材料學(xué)和工程技術(shù)科學(xué)的交叉學(xué)科，與自然科學(xué)、人文科學(xué)緊密聯(lián)系，是人類科學(xué)進步與技術(shù)創(chuàng)新的源泉?！斗律鷮W(xué)與工程應(yīng)用》課程以加強學(xué)生能力培養(yǎng)和素質(zhì)教育為主，通過大量的圖文教學(xué)以及視頻動畫，使學(xué)生了解并掌握仿生學(xué)的基本知識，及其在機械、材料、建筑、醫(yī)學(xué)、能源等工程領(lǐng)域的應(yīng)用。通過本課程的教學(xué)和討論，有望豐富學(xué)生的想象力，擴展他們的想象空間，增加他們對大自然的觀察興趣，從而提高同學(xué)們的創(chuàng)新能力和動手能力?！癇ionicsanditsengineeringapplication"isageneralcourseforundergraduatesofthewholeuniversity.Thiscoursemainlyfocusesonthebasicknowledgeofbionicsandapplicationfields,aimingtocultivatetheinnovationabilityofengineeringstudentsinengineeringdesign.Bionicsisanewlydevelopedinterdisciplinarysubject."Learningfromnature"isthecoreofbionics.Humanbeingsareconstantlyadvancinginlearning,imitatingandtransformingnature,andtheinspirationfromnatureisalsopromotingthedevelopmentofmoderntechnologyandcivilization.Bionics,asaninterdisciplinarysubjectofbiology,mathematics,materialsscienceandengineeringtechnologyscience,iscloselyrelatedtonaturalscienceandhumanities.Itisalsoconsideredtobethesourceofhumanscientificprogressandtechnologicalinnovation.Thiscoursefocusesonstrengtheningstudents'abilitytrainingandqualityeducation.Throughalargenumberofgraphicteachingandvideoanimation,studentscanunderstandthebasicknowledgeofbionicsanditsapplicationinmechanical,material,construction,medicine,energyandotherengineeringfields.Throughtheteachinganddiscussionofthiscourse,itisexpectedtoenrichstudents'imagination,expandtheirimaginationspace,increasetheirinterestinobservingnature,andimprovetheirinnovationabilityandpracticalability.二、課程目標序號代號課程目標OBE畢業(yè)要求指標點任務(wù)自選1M1目標1：讓學(xué)生掌握仿生學(xué)的基本知識以及了解仿生學(xué)工程應(yīng)用的基本原理。是2M2目標2：引導(dǎo)學(xué)生細致觀察自然，培養(yǎng)學(xué)生在工程設(shè)計上的創(chuàng)新能力。是三、課程內(nèi)容序號章節(jié)號標題課程內(nèi)容/重難點支撐課程目標課內(nèi)學(xué)時教學(xué)方式課外學(xué)時課外環(huán)節(jié)1第1章第1章緒論本章重點難點：仿生學(xué)的原理，如何應(yīng)用仿生學(xué)////21.11.1仿生學(xué)的起源具有優(yōu)異功能的典型生物，從古至今各個時代人類有意識的仿生活動，不同時代仿生學(xué)的發(fā)展M10.5講授//31.21.2仿生學(xué)的誕生仿生學(xué)的定義，對仿生學(xué)的廣義理解和狹義理解，仿生學(xué)與不同學(xué)科的關(guān)系、應(yīng)用技能，適用儀表類型選擇M10.5講授//41.31.3仿生學(xué)的要素仿生的動力——人類對仿生的需求，仿生模本、仿生過程需要模擬的對象，仿生成果制品M10.5講授//51.41.4仿生學(xué)與工程應(yīng)用的關(guān)系仿生學(xué)與科技創(chuàng)新，如何開展基于仿生學(xué)的工程實踐，對人類有意義的仿生學(xué)的成果M10.5講授//6第2章第2章昆蟲形態(tài)結(jié)構(gòu)與仿生本章重點難點：昆蟲獨有的優(yōu)異功能，人們學(xué)習(xí)昆蟲進行仿生的研究現(xiàn)狀////72.12.1特殊的昆蟲結(jié)構(gòu)與形態(tài)體表形態(tài)結(jié)構(gòu)、翅的色彩花紋與鱗片結(jié)構(gòu)、足的性質(zhì)、昆蟲巢穴與形態(tài)結(jié)構(gòu)等M10.5講授//82.22.2昆蟲結(jié)構(gòu)仿生模仿昆蟲外部形態(tài)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建實用的技術(shù)系統(tǒng)或制造產(chǎn)品M11講授//92.32.3感覺器官仿生昆蟲復(fù)眼結(jié)構(gòu)的仿生，昆蟲嗅覺仿生，昆蟲聽覺仿生M11講授//102.42.4昆蟲其它仿生昆蟲自衛(wèi)仿生，昆蟲群體協(xié)作仿生、昆蟲發(fā)光仿生M21講授//11第3章第3章運動仿生與仿生機器人本章重點難點：運動仿生的類型，仿生機器人概念，仿動物步行的機械及其設(shè)計，仿動物爬行的機械及其設(shè)計，仿動物飛行的機械及其設(shè)計，仿動物水中游動的機械及其設(shè)計////123.13.1運動仿生與機械設(shè)計動物運動方式的概述，運動方式的機械學(xué)基礎(chǔ)M10.5講授//133.23.2地面仿生機器人跳躍式仿生機器人，輪式仿生機器人，足式仿生機器人，爬行類仿生機器人M22講授//143.33.3水下仿生機器人仿魚水下機器人，仿多足爬行動物水下機器人，仿蠕蟲水下機器人M21.5講授//153.43.4空中仿生機器人仿生鳥，空中水母機器人，微型蜻蜓仿生飛行器M21講授//16第4章第4章仿生材料與能源工程本章重點：仿生葉片，動植物特殊結(jié)構(gòu)在鋰離子電池中應(yīng)用的優(yōu)勢，能夠產(chǎn)生電流的生物與納米發(fā)電機，鉆井液中的中的仿生結(jié)構(gòu)應(yīng)用////174.14.1仿生葉片與人工光合作用仿生葉片結(jié)構(gòu)，利用仿生葉片生產(chǎn)生物燃料，利用仿生共和作用光解水制氫M11.5講授//184.24.2鋰離子電池中的仿生結(jié)構(gòu)細菌仿生與電極材料，仿棕櫚樹葉結(jié)構(gòu)的鋰離子電極材料，仿螞蟻巢結(jié)構(gòu)的電極材料M11講授//194.34.3仿生結(jié)構(gòu)與納米發(fā)電機電鰻仿生與可拉伸納米發(fā)電機，水母仿生與摩擦納米發(fā)電機，壓電式仿生納米發(fā)電機M11講授//204.44.4仿生鉆井液與石油開采海洋貽貝分泌物與仿生鉆井液，蚯蚓分泌物與潤滑性，王蓮及荷葉結(jié)構(gòu)與仿生鉆井液新技術(shù)M12講授//21第5章第5章仿生建筑與生活本章重點難點：仿生建筑的意義，功能性仿生建筑，結(jié)構(gòu)仿生建筑類型，仿生建筑的優(yōu)勢和局限性////225.15.1城市環(huán)境仿生仿生建筑的定義與研究意義，城市環(huán)境仿生的意義與具體實例M11講授//235.25.2使用功能仿生功能仿生建筑的類型，功能仿生建筑的具體實例介紹M11講授//245.35.3建筑形式仿生不同性質(zhì)的仿生建筑類型：圈式空間，移動結(jié)構(gòu)，甲殼結(jié)構(gòu)等M11講授//255.45.4組織結(jié)構(gòu)仿生組織結(jié)構(gòu)仿生建筑的實例介紹，仿生建筑的優(yōu)勢和局限性M20.5講授//26第6章第6章材料仿生與醫(yī)學(xué)工程本章重點難點：常用生物醫(yī)用仿生材料，醫(yī)學(xué)工程材料的仿生設(shè)計原則，血液相容性表面材料的應(yīng)用、組織工程、藥物傳輸系統(tǒng)及生物醫(yī)用檢測和診斷等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用////276.16.1生物醫(yī)用仿生材料的仿生化方法生物醫(yī)用仿生材料的特點和要求，生物醫(yī)用仿生材料的應(yīng)用和發(fā)展，生物醫(yī)用仿生材料的仿生設(shè)計原則M10.5講授//286.26.2血液相容性仿生高分子材料抗生物粘附仿生表面，偽內(nèi)膜化仿生表面，生物活性仿生表面，液晶態(tài)結(jié)構(gòu)仿生表面M11.5講授//296.36.3仿生技術(shù)在組織工程中的應(yīng)用組織工程材料的仿生設(shè)計，仿生技術(shù)在皮膚、骨組織、軟骨組織及神經(jīng)組織等組織工程中的應(yīng)用M11講授//306.46.4仿生材料的生物醫(yī)用檢測和診斷中的應(yīng)用醫(yī)用檢測中仿生材料的組成和工作原理，生物傳感器，仿生配基親和色譜M11講授//31第7章第7章生物體仿生與人造器官本章重點難點：人工組織與人造器官的關(guān)鍵作用，人造大腦的原理，鼻子功能仿生，人造耳的功能實現(xiàn)////327.17.1人造腦藍腦計劃，人造大腦的原理，人造大腦的研究進展M11講授//337.27.2仿生鼻鼻子結(jié)構(gòu)，鼻子結(jié)構(gòu)仿生，鼻子功能仿生，仿生鼻應(yīng)用進展M11.5講授//347.37.3人工耳耳朵結(jié)構(gòu)，基因工程法生成人造耳，人造耳的功能實現(xiàn)M11講授//357.47.4人造肌肉與皮膚人造肌肉材料選擇，人造皮膚功能的實現(xiàn)，人造肌肉與皮膚研究進展M12講授//36第8章第8章分子仿生與合成分子機器本章重點難點：生物馬達工作原理，驅(qū)動蛋白仿生體系，分子機器的應(yīng)用////378.18.1ATP合酶的仿生應(yīng)用F0F1-ATP合酶：旋轉(zhuǎn)分子馬達，ATP合酶組裝到人工載體上的仿生研究，仿生微膠囊與ATP合成M22講授//388.28.2驅(qū)動蛋白的活性仿生體系驅(qū)動蛋白結(jié)構(gòu)與功能，基于驅(qū)動蛋白的活性仿生體系M11講授//398.38.3功能互鎖分子與分子機器分子機器與分子器件，傳感器與探針，光能捕獲，分子機器與催化劑M11講授//四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細節(jié)總評占比1考勤隨機點名、刷卡點名等10%2課堂表現(xiàn)隨機檢查學(xué)生上課精神狀態(tài)、回答問題情況20%3期末考試1.開卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。2.主要考核學(xué)生經(jīng)過課程學(xué)習(xí)后是否掌握仿生學(xué)基本知識以及工程應(yīng)用實例的原理，并進一步考察學(xué)生是否具備進行獨立思考以及較好的創(chuàng)新能力。70%五、評分細則序號課程目標考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1考勤10%A-缺勤2次以內(nèi)。B-缺勤3次及以上且很少參加課堂討論。2M1課堂表現(xiàn)20%（見試卷評分標準）3M1期末考試70%（見試卷評分標準）4M2考勤10%A-缺勤2次以內(nèi)。B-缺勤3次及以上且很少參加課堂討論。5M2課堂表現(xiàn)20%（見試卷評分標準）6M2期末考試70%（見試卷評分標準）評分等級說明：[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59];[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59];[A,B,C]=[90-100,75-89,60-74,0-59];[A,B]=[80-100,0-79]六、教材與參考資料序號教學(xué)參考資料明細1圖書|仿生學(xué)及其工程應(yīng)用,周祖鵬，劉旭鋒，甘良棋