資源簡介

7.海豚與雷達
【課標落實】
1．本單元通過一系列觀察、探究、設計等活動，落實《課程標準》高年級的課程目標。
科學知識：
認識人類與自然資源的關系。
了解技術是人們改造周圍環境的方法，是人類能力的延伸，工程是依據科學原理設計和制造物品、解決技術應用的難題、創造豐富多彩的人工世界的一系列活動。
了解科學技術推動著人類社會的發展和文明進程。
科學探究：
能基于所學的知識，通過觀察、實驗、查閱資料、調查、案例分析等方式獲取事物的信息。
能基于所學的知識，運用分析、比較、推理、概括等方法得出科學探究的結論，判斷結論與假設是否一致。
科學態度：
表現出對事物的結構、功能、變化及相互關系進行研究的興趣。
能大膽質疑，從不同視角提出研究思路，采用新的方法、利用新的材料，完成探究、設計與制作，培養創新精神
科學、技術、社會與環境：
了解人類的好奇和社會的需求是科學技術發展的動力，技術的發展和應用影響著社會發展。
2．本單元學習內容基于《課程標準》課程內容中 “技術與工程領域”的高年級段要求。
3．知道很多發明可以在自然界找到原型，能夠說出工程師利用科學原理創造的實例。并能利用文字與圖案、繪圖或實物，表達自己的創意與構想。
【教材分析】
《海豚與聲吶》是蘇教版科學五年級下冊第2單元《仿生》的第三課。通過前兩課的學習，學生已經初步建立了仿生的概念，了解仿生與仿生物品之間的聯系。在第二課《蛋殼與拱形建筑》中學生習得人類可以通過模仿自然界生物的結構制造仿生物品。在此基礎上，本課是基于仿造自然界中生物原理的一個案例：海豚與聲吶，即人們從海豚在水中的游行和捕食的行為得到啟發，完善了聲吶系統。從而幫助學生進一步了解仿生，建立仿生的概念。
本課教學內容分四個部分：
第一部分，通過人們所做的海豚在水中游行和捕食的實驗，知道海豚的游行和捕食不需要眼睛。
第二部分，做模擬海豚游行和捕食的游戲，感受海豚利用前額（鼻孔）發聲和耳朵接收聲音捕食的情況，了解海豚游行和捕食過程。
第三部分，通過閱讀，了解海豚探路方式以及潛艇、B超、雷達的工作原理。說明海豚、潛艇的聲納、B超的探測利用的是回聲定位，而雷達利用的是無線電波的反射來發現目標、跟蹤目標，它們的原理相似。
【學情分析】
（知識方面）五年級的學生已經具備一定的知識儲備。他們經過前課的學習，學生已經初步建立了仿生的概念，了解仿生與仿生物品之間的聯系，并了解人類可以通過模仿自然界生物的結構而制造仿生物品。但對于我們進行生物原理的仿生雖有了解，但并不清晰，需要進行實例的具體分析加深印象。此外，對于海豚這種生物，學生對海豚回聲定位的原理并不清晰，依靠的是什么，如何進行定位等。很大一部分學生認為是依靠人類聽得到的海豚“叫聲”進行游行和捕食，而不知道海豚是用兩種頻率發聲：一種是人耳聽不到的超聲波，這些超聲波用于獲知水中的魚餌或物體的存在；另一種是次聲波，是人們在水中可聽見的海豚發出的低頻聲音，用于同伴間的交流。
（技能方面）五年級的孩子已經具備較好的交流、協作能力，能較好的展開科學探究，并能運用理性思維對收集到的證據進行比較、分析、歸納、概括等整理加工，并在此基礎上形成種種解釋。
（心理特征）高段的學生隨年齡增長，已經漸漸沉穩,也具有較強的規則意識，有意注意漸漸占優勢，并具備一定的邏輯思維能力。但仍需同直接與感性經驗相聯系。因此，有趣的探究活動仍比較容易引發他們較持久的關注和興趣。
【教學目標】
1．知道什么是超聲波，了解超聲波回聲定位和無線電波反射定位的原理。
2．通過閱讀和對比，發現海豚、潛艇的聲納、B超、雷達相似的工作原理。
3．分工合作，提升團隊合作的意識。
【教學重點】
了解海豚游行以及捕食的原理。
【教學難點】
分工合作，提升團隊合作的意識。
【教學準備】
教師材料：課件和視頻
學生材料：水，實驗盤，方形木塊，一次性塑料杯子、滴管，記錄單
【教學時間】
1課時
【教學過程設計】
一、導入
1．（出示海豚圖片）認識它嗎？
生：海豚
2．今天我們通過一段視頻來了解一下海豚的生活。
3．播放海豚在水中游行和捕食的視頻。
4．在視頻中你看到了什么？
生：海豚在水中靈活的游行，捕食。
5．為什么海豚能在水中這么靈活的游行捕食？這節課我們一起來探究一下。
生：通過眼睛觀察周圍環境；發出的聲音進行定位……
［設計意圖：利用海豚圖片直接導入，再結合視頻引導學生聚焦到海豚靈活游行秘密上，通過充分的交流挖掘學生的前概念，為后續的教學奠定基礎。]
二、認識海豚的回聲定位
1．同學們的想法都不一樣。接下來，我們通過幾則資料的閱讀了解一下。
2．（出示閱讀資料）學生閱讀資料。
資料一：
有人曾做過這樣的實驗，在水池里插上36根金屬棒，每排6根，然后把海豚放進去。只見海豚在棒中間游來游去，而絕不會碰到金屬棒。即使把它的眼睛蒙上，它也照樣暢游無阻。如果偷偷地在水池里放進一條小魚，它就會立刻游過去進行捕捉。
資料二：
20世紀60年代，生物學家諾里斯發現，用橡皮蒙住海豚的雙眼，它的活動絲毫不受影響，可把海豚的前額蒙住，它在水下就像瞎子一樣，到處亂撞。顯然，海豚是用前額發出聲波來測定方向的。
資料三：
海豚不同于須鯨，它只有一個鼻孔，另一個鼻孔是封閉的，埋于皮下。聲波就是靠這個封閉的鼻孔發生震動產生的。發聲時，聲波通過頭部額隆，這個額隆就像凸透鏡一樣可以聚焦放大聲波。海豚接收聲波是通過下頜的骨骼組織，將分散的聲波集中傳送至位于下頜后部的內部耳朵，從而感知聲波。
3．從資料中你獲得了什么信息？
生：海豚那么靈活和眼睛無關；是由前額的鼻孔里發出聲波；鼻孔發出了聲波，耳朵接收……
4．交流：人們發現，海豚的音域比較寬廣，可以發出兩種聲音，一種是人耳可以聽見的聲音，一種是人耳聽不到的超聲波。科學家研究發現，海豚是利用超聲波獲知水中的魚餌或物體的存在。
（超聲波：超過人能聽到的最高頻(20000赫茲)的聲波，是人耳不能聽到的聲音。）
5．海豚是怎么利用超聲波在水中靈活游行和捕食呢？
生：前額（鼻孔）發出超聲波，超聲波遇到物體返回，耳朵接收。
6．請你畫出海豚能自如游行的工作原理圖。
7．學生畫原理示意圖。
8．交流學生的原理示意圖，學生講解——聚焦到超聲波以什么形式傳播。
9．超聲波到底以什么樣形式傳播呢？因為超聲波看不見，所以我們用水波來模擬超聲波。
模擬超聲波活動
①用水波模擬超聲波。
②將實驗盤裝水，保持水面平靜。
③將水滴到實驗盤中，觀察水波的變化的情況。
④在水中放入不同的物體（ ， ），再滴水，觀察水波遇到物體時的情況。
⑤畫出示意圖，交流發現。
10．交流發現：水波遇到物體會返回來。物體離波源的距離不一樣，水波返回來的時間也不一樣。遇到不同的物體后水波返回來的波形不一樣。
［設計意圖：因學生對海豚回聲定位的本領并不清晰，因此結合幾則資料讓學生通過資料閱讀進行分析從而了解海豚。此外，借助可視的水波模擬超聲波的活動，將看不見的海豚利用超聲波反射定位的現象轉化為直觀現象，讓學生在活動中形象化地感受過程和原理。同時，增進了學生的研究興趣。]
11．小結：海豚的前額（鼻孔）發出超聲波，超聲波遇到物體返回，進入到海豚的耳朵，海豚通過對接收到的信號進行分析，從而知道前方有無物體，物體的大小、形狀和位置，就能靈活的游行和捕食了。這樣的探路方式稱為回聲定位。
三、搭建海豚探路與仿生物品工作原理上的關系
1．我們已經知道了海豚在水中自如游行和捕食的秘密了。其實人類是很擅于向大自然學習的。人類利用海豚的這項本領做了什么？
生：完善了聲吶系統。
2．聲吶系統被應用在哪些地方？它的原理是什么？ 你能嘗試畫出來嗎？
3．學生畫聲吶系統的原理圖
4．你還知道人類的發明與我們今天介紹的海豚的回聲定位原理相似的？
5．學生交流。
6．介紹B超診斷儀和雷達，學生交流原理。
B超診斷儀：利用回聲定位原理，將超聲波射入人體，通過分析體內組織產生的回聲，探測人體內部是否健康。
雷達：發出電磁波遇到目標時會返回，從而測定目標位置、速度等，為飛機導航。
［設計意圖：切入仿生話題，將雷達、聲納、B超、海豚探路等零散的認知，通過比較分析，找出相似之處，進一步加深對仿生事例兩者之間關系的認知。]
四、拓展——我是小小設計師
1．我們知道海豚的回聲定位本領已經運用到許多領域，人們也還在做各種嘗試。今天，讓我們也做個小小設計師，運用海豚的本領嘗試設計一個物品，解決我們生活遇到的一些問題。
2．學生交流。
3．學生畫設計圖并展示交流。
［設計意圖：通過學生根據回聲定位原理自行設計物品，一方面加強了對仿生認識與應用，另一方面也滲透了工程設計意識。這個環節只要學生設計及解釋合理即可。]
【板書設計】
7.海豚與聲吶
回聲定位
(
物體
) (
耳朵
) (
前額(鼻孔)
)
海 豚
【知識要點】
1.海豚從前額（鼻孔）發出超聲波，遇到物體返回，進入到耳朵進行分析，從而知道前方有無物體，物體的大小、形狀和位置，即回聲定位。
2.B超診斷儀利用回聲定位原理，雷達利用電磁波定位。
(
導入新課
)【課堂流程圖】
(
認識海豚的
回聲定位
)
(
搭建海豚探路與仿生物品工作原理上的關系
) (
拓展——我是
小小設計師
)(共15張PPT)
蘇教版小學科學五年級下冊第二單元 仿生
3.海豚與聲吶
導入
它是誰？
有人曾做過這樣的實驗，在水池里插上36根金屬棒，每排6根，然后把海豚放進去。只見海豚在棒中間游來游去，而絕不會碰到金屬棒。即使把它的眼睛蒙上，它也照樣暢游無阻。如果偷偷地在水池里放進一條小魚，它就會立刻游過去進行捕捉。
認識海豚的回聲定位
資料一
20世紀60年代，生物學家諾里斯發現，用橡皮蒙住海豚的雙眼，它的活動絲毫不受影響，可把海豚的前額蒙住，它在水下就像瞎子一樣，到處亂撞。顯然，海豚是用前額發出聲波來測定方向的。
認識海豚的回聲定位
資料二
海豚不同于須鯨，它只有一個鼻孔，另一個鼻孔是封閉的，埋于皮下。聲波就是靠這個封閉的鼻孔發生震動產生的。發聲時，聲波通過頭部額隆，這個額隆就像凸透鏡一樣可以聚焦放大聲波。海豚接收聲波是通過下頜的骨骼組織，將分散的聲波集中傳送至位于下頜后部的內部耳朵，從而感知聲波。
認識海豚的回聲定位
資料三
海豚的前額（鼻孔）、耳是如何配合工作的，請畫出原理示意圖。
認識海豚的回聲定位
思 考
認識海豚的回聲定位
實驗步驟：
1.用水波模擬超聲波。
2.將實驗盤裝水，保持水面平靜。
3.將水滴到實驗盤中，觀察水面的變化情況。
4.在水中分別放入物體（ ， ），再滴水，觀察水波遇到物體時的情況。
5.畫出示意圖，交流發現。
模擬超聲波活動
方形木塊
滴管
杯子
認識海豚的回聲定位
實驗步驟：
1.用水波模擬超聲波。
2.將實驗盤裝水，保持水面平靜。
3.將水滴到實驗盤中，觀察水面的變化情況。
4.在水中分別放入物體（ ， ），再滴水，觀察水波遇到物體時的情況。
5.畫出示意圖，交流發現。
模擬超聲波活動
認識海豚的回聲定位
認識海豚的回聲定位
我的發現：
海豚從前額（鼻孔）發出超聲波，遇到物體返回，進入到耳朵進行分析，從而知道前方有無物體，物體的大小、形狀和位置，即回聲定位。
搭建海豚探路與仿生物品工作原理上的關系
潛水艇的聲吶系統利用聲波對水下目標進行探測、識別等。
海豚利用超聲波確定物體的大小、形狀和位置。
搭建海豚探路與仿生物品工作原理上的關系
利用回聲定位原理，將超聲波射入人體，通過分析體內組織產生的回聲，探測人體內部是否健康。
B超診斷儀
搭建海豚探路與仿生物品工作原理上的關系
發出電磁波遇到目標時會返回，從而測定目標位置、速度等，為飛機導航。
雷達
測速雷達
氣象雷達
拓展
運用海豚回聲定位的本領嘗試設計一個物品，解決我們生活遇到的一些問題
我是小小設計師
一、填空題
1.海豚在水里發出_____ ，遇到物體后反射回來，被海豚的耳朵接受，海豚就能確定物體的_____、 _____ 、 _____ ，這種方法叫做__________ 。
2. B超診斷儀利用__________原理，而雷達利用_________進行定位。
超聲波
大小
形狀
位置
回聲定位
回聲定位
電磁波《海豚與聲吶》實驗記錄單
姓名：
1.海豚探路原理圖
2.將觀察到的現象畫出來。
3.潛艇的聲吶系統原理圖

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