初中生物八年級上冊科學(xué)·技術(shù)·社會　動物與仿生公開課

科學(xué)·技術(shù)·社會動物與仿生第一頁，共三十六頁。動物與仿生玲瓏塔寄宿制初級中學(xué)李秀琴第二頁，共三十六頁。學(xué)習(xí)目標(biāo)1、明確仿生學(xué)概念。2、使學(xué)生了解動物神奇的本領(lǐng)以及相關(guān)發(fā)明，提高學(xué)生收集整理信息的能力。3、提高學(xué)生合作意識、展示交流。第三頁，共三十六頁。自主學(xué)習(xí)什么是仿生？科學(xué)家通過對動物的認(rèn)真觀察和研究，模仿動物的某些結(jié)構(gòu)和功能來發(fā)明創(chuàng)造各種儀器設(shè)備，這就是仿生。第四頁，共三十六頁。舉例：動物與仿生合作探究第五頁，共三十六頁。長頸鹿宇航員的抗荷服第六頁，共三十六頁。長頸鹿和“抗荷服”

長頸鹿是目前世界上最高的動物，其大腦和心臟的距離約3米，完全是靠高達(dá)160－260毫米汞柱的血壓把血液送到大腦的。按分析，當(dāng)長頸鹿低頭飲水時(shí)，大腦的位置低于心臟，大量的血液會涌上大腦，使血壓更加增高。但是，世界上沒有一只長頸鹿會在飲水時(shí)得腦充血或血管破裂等疾病而死。原來，是裹在長頸鹿身上的一層厚皮緊緊箍住了血管，限制了血壓，飛機(jī)設(shè)計(jì)師和航空生物學(xué)家依照這一原理，設(shè)計(jì)出一種新穎的“抗荷服”，從而解決了超高速殲擊機(jī)駕駛員在突然加速爬升時(shí)因腦部缺血而引起的痛苦。這種“抗荷服”內(nèi)有一裝置，當(dāng)飛機(jī)加速時(shí)可壓縮空氣，還能對血管產(chǎn)生相應(yīng)的壓力。第七頁，共三十六頁。蜻蜓“美洲獅”直升機(jī)第八頁，共三十六頁。

蜻蜒通過翅膀振動可產(chǎn)生不同于周圍大氣的局部不穩(wěn)定氣流，并利用氣流產(chǎn)生的渦流來使自己上升。蜻蜒能在很小的推力下翱翔，不但可向前飛行，還能向后和左右兩側(cè)飛行，其向前飛行速度可達(dá)72km/小時(shí)。此外，蜻蜒的飛行行為簡單，僅靠兩對翅膀不停地拍打?？茖W(xué)家據(jù)此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)研制成功了直升飛機(jī)。飛機(jī)在高速飛行時(shí)，常會引起劇烈振動，甚至有時(shí)會折斷機(jī)翼而引起飛機(jī)失事。蜻蜒依靠加重的翅痣在高速飛行時(shí)安然無恙，于是人們仿效蜻蜒在飛機(jī)的兩翼加上了平衡重錘，解決了因高速飛行而引起振動這個令人棘手的問題。第九頁，共三十六頁。蝴蝶蝴蝶、人造地球衛(wèi)星，這兩者似乎相差很遠(yuǎn)，但人造地球衛(wèi)星的控溫系統(tǒng)，卻是模擬蝴蝶調(diào)節(jié)體溫的方式設(shè)計(jì)的，你知道為什么呢？人造地球衛(wèi)星第十頁，共三十六頁。蝴蝶翅膀上的鱗片第十一頁，共三十六頁。遨游太空的人造衛(wèi)星，當(dāng)受到陽光強(qiáng)烈輻射時(shí)，衛(wèi)星溫度會高達(dá)200℃；而在陰影區(qū)域，衛(wèi)星溫度會下降至－200℃左右，這很容易損壞衛(wèi)星上的精密儀器儀表。后來，人們從蝴蝶身上受到啟迪。蝴蝶身體表面生長著一層細(xì)小的鱗片，這些鱗片有調(diào)節(jié)體溫的作用。每當(dāng)氣溫上升、陽光直射時(shí)，鱗片自動張開，以減少陽光的輻射角度，從而減少對陽光熱能的吸收；當(dāng)外界氣溫下降時(shí)，鱗片自動閉合，緊貼體表，讓陽光直射鱗片，從而把體溫控制在正常范圍之內(nèi)?？茖W(xué)家為人造地球衛(wèi)星設(shè)計(jì)了一種猶如蝴蝶鱗片般的控溫系統(tǒng)。第十二頁，共三十六頁。螢火蟲冷光燈第十三頁，共三十六頁。螢火蟲發(fā)光的效率非常高，幾乎能將化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為可見光，為現(xiàn)代電光源效率的幾倍到幾十倍。由于光源來自體內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)，因此，螢火蟲發(fā)出來的光雖亮但沒有熱量，也不產(chǎn)生磁場，人們稱這種光為“冷光”。隨著科學(xué)的發(fā)展，螢光的應(yīng)用也越來越廣泛。利用螢光檢查食物中細(xì)菌的含量，在含有易爆性瓦斯的礦井中用螢光燈照明，在彈藥庫中的指示燈、水下作業(yè)的發(fā)光燈，無不用的是螢光。美國的生物化學(xué)家根據(jù)螢火蟲的發(fā)光原理和機(jī)制，提出了電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)原理，它可以解釋腐蝕現(xiàn)象、光合作用等，特別是激光器的開發(fā)利用，因此榮獲1992年諾貝爾化學(xué)獎。第十四頁，共三十六頁。蝙蝠捕食雷達(dá)第十五頁，共三十六頁。蝙蝠和雷達(dá)

以昆蟲為食的蝙蝠在不同程度上都有回聲定位系統(tǒng)，因此有“活雷達(dá)”之稱。借助這一系統(tǒng)，它們能在完全黑暗的環(huán)境中飛行和捕捉食物，在大量干擾下運(yùn)用回聲定位，發(fā)出超聲波信號而不影響正常的呼吸。它們頭部的口鼻部上長著被稱作“鼻狀葉”的結(jié)構(gòu)，在周圍還有很復(fù)雜的特殊皮膚皺褶，這是一種奇特的超聲波裝置，具有發(fā)射超聲波的功能，能連續(xù)不斷地發(fā)出高頻率超聲波。如果碰到障礙物或飛舞的昆蟲時(shí)，這些超聲波就能反射回來，然后由它們超凡的大耳廓所接收，使反饋的訊息在它們微細(xì)的大腦中進(jìn)行分析。這種超聲波探測靈敏度和分辯力極高，使它們根據(jù)回聲不僅能判別方向，為自身飛行路線定位，還能辯別不同的昆蟲或障礙物，進(jìn)行有效的回避或追捕。蝙蝠就是靠著準(zhǔn)確的回聲定位和無比柔軟的皮膜，在空中盤旋自如，甚至還能運(yùn)用靈巧的曲線飛行，不斷變化發(fā)出超聲波的方向，以防止昆蟲干擾它的信息系統(tǒng)，乘機(jī)逃脫的企圖。

第十六頁，共三十六頁。烏龜

生物界的各種蛋殼、貝殼、烏龜殼、海螺殼以及人的頭蓋骨等都是一種曲度均勻、質(zhì)地輕巧的“薄殼結(jié)構(gòu)”。這種“薄殼結(jié)構(gòu)”的表面雖然很薄，但非常耐壓。模仿它們殼體在外力作用下，內(nèi)力都沿著整個表面擴(kuò)散和分布的力學(xué)特征，在建筑工程中早已得到廣泛應(yīng)用。天津博物館第十七頁，共三十六頁。悉尼歌劇院第十八頁，共三十六頁。天津博物館

這是我國北方唯一的仿生薄殼式建筑——天津博物館。該館總建筑面積為３．１４萬平方米，網(wǎng)殼的直徑為２００米，高３２米，整個博物館可容納１２，０００人，今春即將開放。天津博物館是一座集文物收藏、保護(hù)、研究、教育及休閑、旅游于一體，囊括天津歷史、館藏文物及民間藝術(shù)品陳列等眾多內(nèi)容的綜合性博物館。其設(shè)計(jì)建造不僅外觀造型獨(dú)特美觀，更在于其建筑結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新及先進(jìn)的功能、合理的布局等。該博物館結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，源于天鵝骨架結(jié)構(gòu)，借助其結(jié)構(gòu)的合理性和可實(shí)施性，通過以表現(xiàn)天鵝展翅高飛的翼部大跨度網(wǎng)殼體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了用最少的材料，建造最大的使用空間的思想。據(jù)介紹，天津博物館投資３億元人民幣，歷經(jīng)兩年時(shí)間，建筑設(shè)計(jì)師以現(xiàn)代浪漫主義的思維觀點(diǎn)，引用仿生原理，以極具震撼力的創(chuàng)作手法，賦予建筑外形和城市景觀以生命活力，從而使天津博物館的外觀與周圍環(huán)境優(yōu)美和諧地融為一體，并成為天津重要的標(biāo)志性建筑。第十九頁，共三十六頁。蜘蛛鋼索第二十頁，共三十六頁。

蜘蛛和裝甲生物學(xué)家對蜘蛛絲的研究發(fā)現(xiàn)，其強(qiáng)度相當(dāng)于同等直徑的鋼絲的5倍。受此啟示，英國劍橋一所技術(shù)公司試制成猶如蜘蛛絲一樣的高強(qiáng)度纖維。利用紡織技術(shù)把這種纖維加以紡織或者做成復(fù)合材料，可以用來作防彈衣、防彈車、坦克裝甲車等的結(jié)構(gòu)材料。第二十一頁，共三十六頁?；ⅥL“奧斯卡”級潛艇(俄羅斯）第二十二頁，共三十六頁。鯨魚和潛艇的“鯨背效應(yīng)”

當(dāng)代核潛艇能長時(shí)間潛航于冰海之下，但若在冰下發(fā)射導(dǎo)彈，則必須破冰上浮，這就碰到了力學(xué)上的難題。潛艇專家從鯨魚每隔10分鐘必須破冰吸一次氣中得到啟迪，在潛艇頂部突起的指揮臺圍殼和上層建筑方面，作了加強(qiáng)材料力度和外形仿鯨背處理，果然取得了破冰時(shí)的“鯨背效應(yīng)”。第二十三頁，共三十六頁。劍魚X-1戰(zhàn)斗機(jī)第二十四頁，共三十六頁。劍魚有個十分典型的流線形身體，體表光滑，上頜長而尖，尾柄強(qiáng)壯有力能產(chǎn)生巨大的推動力。當(dāng)它飛速向前游泳時(shí)，長矛般的長頜起著劈水前進(jìn)作用。以每小時(shí)130公里高速前進(jìn)的箭魚，堅(jiān)硬的上頜能將很厚的船底刺穿！劍魚快速游泳的體型為飛機(jī)設(shè)計(jì)師提供了活生生的設(shè)計(jì)藍(lán)圖。設(shè)計(jì)師仿照箭魚外形，在飛機(jī)前安裝一根長“針”，這根長“針”刺破了高速前進(jìn)中產(chǎn)生的“音障”，這樣超音速飛機(jī)就問世了。高速飛機(jī)的出現(xiàn)，也是仿生學(xué)的一大成功。

第二十五頁，共三十六頁。飛機(jī)突破音障瞬間飛行器在速度達(dá)到音速左右時(shí)，會有一股強(qiáng)大的阻力，使飛行器產(chǎn)生強(qiáng)烈的振蕩，速度衰減。這一現(xiàn)象被俗稱為音障。當(dāng)飛行器突破這一障礙后，整個世界都安靜了，一切聲音全被拋在了身后！

那個白的東西，就是在突破音障的一瞬間，由于空氣氣流的不均衡攪動產(chǎn)生的，一般情況下是看不到的。第二十六頁，共三十六頁。大白鯊仿鯊魚皮泳衣第二十七頁，共三十六頁。

從科學(xué)的角度看，鯊魚的皮膚不太符合流體力學(xué)的原理，這本應(yīng)使它的游動速度降低。但是，經(jīng)過幾百萬年的進(jìn)化，在鯊魚的皮膚上形成了一層細(xì)小的脊形尖狀突起。當(dāng)鯊魚在水中游動的時(shí)候，會產(chǎn)生渦流和阻力，脊形構(gòu)造的作用就在于，它能夠更加有效地使鯊魚身體周圍的水流走，從而減少阻力。第二十八頁，共三十六頁。啄木鳥新型安全帽

啄木鳥一天可發(fā)出約600次的啄木聲，每啄一次的速度可達(dá)每秒55千米，比空氣中的聲速還快1.6倍。而他的頭部搖動的速度更快，約每小時(shí)2080千米，比射出的子彈還要快1倍多。此時(shí)他的頭部所受到的沖擊力約為所受重力的1000倍。而一輛時(shí)速為56千米的汽車撞在一堵墻上，所受的沖擊力僅為所說重力的10倍，為什么啄木鳥的頭部可以受到那么大的力，卻不會得腦震蕩？第二十九頁，共三十六頁。原來啄木鳥頭部的構(gòu)造與眾不同,它的腦殼非常堅(jiān)硬，周圍還有一層海綿狀的骨骼，里面吸附著很多液體，能起減震作用，頭部兩側(cè)還有強(qiáng)有力的肌肉系統(tǒng)，也能起到防震作用，科學(xué)家由此得到啟示，設(shè)計(jì)了一種新型安全帽，外殼堅(jiān)固，里層柔軟，帽子下部有一個保護(hù)領(lǐng)圈。避免因突然而來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動所造成的腦損傷，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)比一般防護(hù)帽的效果好得多。第三十頁，共三十六頁。總結(jié)通過本節(jié)課學(xué)習(xí)有哪些收貨？一、仿生：科學(xué)家通過對動物的認(rèn)真觀察和研究，模仿動物的某些結(jié)構(gòu)和功能來發(fā)明創(chuàng)造各種儀器設(shè)備，這就是仿生。二、仿生例子：長頸鹿與抗荷服蜻蜓與直升飛機(jī)螢火蟲與冷光燈蝙蝠的回聲定位與雷達(dá)烏龜?shù)凝敋づc薄殼建筑蜘蛛與裝甲鯨魚和潛艇劍魚與飛機(jī)蝴蝶與人造衛(wèi)星鯊魚與游泳衣啄木鳥與新型安全帽第三十一頁，共三十六頁。

達(dá)標(biāo)檢測人類發(fā)明的儀器設(shè)備模仿動物第三十二頁，共三十六頁。人類發(fā)明的儀器設(shè)備模仿動物抗荷服長頸鹿直升飛機(jī)蜻蜓冷光燈螢火蟲雷達(dá)蝙蝠的回聲定位薄殼建筑烏龜?shù)凝敋ぱb甲蜘蛛潛艇鯨魚飛機(jī)劍魚人造衛(wèi)星蝴蝶游泳衣鯊魚新型安全帽啄木鳥

達(dá)標(biāo)檢測第三十三頁，共三十六頁。作業(yè)

課下收集資料,了解更多的仿生學(xué)成果？第三十四頁，共三十六頁。謝謝第三十五頁，共三十六頁。內(nèi)容總結(jié)科學(xué)·技術(shù)·社會動物與仿生。2、使學(xué)生了解動物神奇的本領(lǐng)以及相關(guān)發(fā)明，提高學(xué)生收集整理信息的能力。蝴蝶身體表面生長著一層細(xì)小的鱗片，這些鱗