資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
5生物的啟示 教學設計
課題 生物的啟示 單元 仿生 學科 科學 年級 五下
學習目標 1、知道蜂巢的結構特點和它的用途。目標解讀：通過對蜂巢結構的學習，知道蜂巢是嚴格的六角柱狀體，并且堅固又省材料。2、探究物體形狀與承受力大小的關系。目標解讀：通過實驗了解到把薄的材料用不同的方式折疊或彎曲，可以提高材料的承受力，而且折疊或彎曲的形狀不同，其承受力也是不同的。3、了解人類從魚類、鳥類身上獲得的啟示。目標解讀：人類依據鳥類和魚類的構造和功能，創造出各種人造物，如飛機和魚雷等。
重點 1、知道蜂巢的結構特點和它的用途。2、探究物體形狀與承受力大小的關系。
難點 探究物體形狀與承受力大小的關系。
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 單元頁蔚藍的天空中火箭升騰靠什么定位它的方向遼闊的大海中巨輪穿梭為什么它能乘風破浪……原來是因為大自然給了人類發明創造的靈感板書課題 閱讀資料 激趣導入
講授新課 活動一：我們身邊的仿生活動二：蜂巢結構 公元4世紀，古希臘數學家佩波斯提出猜想，截面呈六邊形的密鋪（不留空隙，也不相互重疊）的蜂窩巢房，是蜜蜂采用最少量的蜂蠟建造成的。這一猜想被稱為“蜂窩猜想”。 活動三：研究蜂巢形狀的奧秘1.假設蜜蜂用正五邊形建蜂巢，結果會怎樣？結論： 正五邊形無法密鋪，建成的蜂巢會有縫隙。在同種正多邊形中，能密鋪的只有正三角形、正方形、正六邊形2.假設蜜蜂用下面3種面積相等的圖形建蜂巢，計算每種圖形的內切圓（巢口）直徑，以及蜂巢的總長度，并進行排序。數據如下圖所示：綜上得出，正六邊形蜂巢的巢口最大，所用的材料（蜂巢壁的總長度）最小。說明用正六邊形建造蜂巢，不僅可以建造寬敞的巢穴，還能節省材料。3.將3張A4紙分別折成正三棱柱、正四棱柱，比較哪種形狀擠壓能力最強。（1）了解棱柱。 棱柱是幾何學中的一種常見的三維多面體，指上下底面平等且全等，側棱平行且相等的封閉幾何體。若棱柱的底面為n邊形，則該棱柱便稱為n棱柱。如三棱柱就是底面為三角形的棱柱。 棱柱是多面體中最簡單的一種，我們常見的一些物體，如三棱鏡、方磚以及螺栓的頭部，它們都呈棱柱的形狀。（2）測試幾種形狀承受力的實驗。實驗猜想：（ ）紙筒的承受力最大。實驗目的：探究物體形狀與承受力大小的關系。實驗材料：A4紙若干張，雙面膠、科學書若干本。實驗步驟:(1)把A4紙沿橫向分別折成不同形狀的紙筒，立在桌面上。實驗步驟:（2）輕輕地將科學書放到紙筒上（書的中心要對準紙筒中心），逐漸增加科學書的數量，直到紙筒承受不住為止。（3）將實驗結果填在實驗記錄表中。活動四：生活中的蜂巢結構蜂窩結構的優點主要有：承受力強，構造精巧而且節省材料。（1）足球球門的掛網一般采用六邊形結構，在省材料的同時，可以密鋪，還具有一定的穩定性（防止足球打穿），結實耐用還美觀。（2）街道路面在磚的鋪設，也多采用六邊形結構，節省材料，抗壓能力也強。（3）包裝紙箱上的蜂巢結構，可以提高包裝紙的抗壓能力， 同時也能節省不少材料。（4）蜂窩煤設計成蜂窩狀，可以加快空氣流通，擴大煤與氧氣的接觸面積，達到充分燃燒。活動五：魚的身體給我們的啟示在魚的身體內部有一種器官叫作魚鰾，也就是我們平時所說的水泡。當魚鰾鼓起來時，浮力增加，魚就能浮到水面。當魚鰾癟下來時，浮力減少，魚就能沉在水底。當魚鰾里有一部分空氣時，它就能停留在水的中間。科學家從魚的上浮、下沉中受到了啟示，經過多次實驗研究，發明了一種能在水中上浮、下沉的船——潛水艇。魚鰭是大部分魚類用來游泳和維持身體平衡的重要器官，包括成對的偶鰭和不成對的奇鰭。魚游動時，胸鰭向魚體兩側張開，做前后擺時，魚體前進；一側胸鰭擺時魚體不動的一側轉彎；腹鰭相當于陸生動物的后肢，具有協助背鰭、臀鰭維持魚體平衡和輔助魚體升降拐彎。人們模仿魚的胸鰭設計了船的雙槳，通過它，可以控制船的前進和改變方向。 魚的尾巴也十分重要，它是魚的推進器，它包括尾桿和尾鰭，尾鰭就是魚尾巴上兩個三角形扁狀的尾巴，魚前進時就利用尾鰭波動水，這時水的反作用力就推動魚前進。人類受到魚尾的啟示，發明了螺旋槳，依靠螺旋槳往返擺動，推動船前進。 活動六：鳥類給我們的啟示1.仿生學。 仿生學是人類模仿生物的結構和功能，創造出各種人造物。這些做法逐漸發展為一門從自然中學習，進而應用到工程技術中的學科。它是一門新型邊緣科學，研究對象是生物體的結構、功能和工作原理，并將這些原理移植于人造工程技術中。該學科的問世，大大地開闊了人類的技術眼界，顯示了巨大的發展潛力，是人類智慧的結晶。2.鳥類給我們的啟示。 隨著現代科學技術的進步，人類發明了高效的施工工具、交通工具和探測工具等。也許你不相信這些發明與鳥類有關。 十九世紀，生物學界對動物的研究取得了豐碩的成果，將成果轉換成產能服務于人類，一個新興的學科——仿生學應運而生。仿生學即模仿利用生物的特征，發明改進落后的工具，提高效率。 對教師所提問題展開回答。分組實驗并記錄 溫故知新勤思考，聚集焦點解新疑。科學探索求真知，名師點撥解疑難。
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板書
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新知導入
蔚藍的天空中
火箭升騰
靠什么定位
它的方向
遼闊的大海中
巨輪穿梭
為什么它能
乘風破浪
……
原來
是因為大自然
給了人類發明創造的靈感
生物的啟示
蘇教版 五年級下
新知講解
一
活動
我們身邊的仿生
尼龍搭扣是由尼龍鉤帶和尼龍絨帶兩部分組成的聯接用帶織物。廣泛應用于服裝、鞋子、背包、帳篷、降落傘、窗簾、沙發套等方面。
尼龍搭扣
蒼耳
吸盤是動物身上一種圓形器官，中間凹陷，吸附在物體上時，凹處形成真空，外受空氣壓力，借以附著于其他物體，不易脫落。如章魚的觸角、雨蛙的足、水蛭的口部和腹部等都有。
吸盤
章魚
依照荊棘的樣子制作而成，其一般與刺鐵絲立柱配套組成刺繩隔離柵，可起到防護的作用。應用于農場、畜牧場刺鐵絲圍欄，養殖刺繩護欄網，園林防護高速公路刺繩圍欄，廠區、礦區等防護網。
刺鐵絲
荊棘
仿生原理
仿生物品名稱
動植物名稱
新知講解
一
活動
我們身邊的仿生
潛艇下潛和上浮的原理跟魚類差不多，魚腹中有一種可充滿氣體的囊狀鰾，其作用類似于潛艇上的壓載水艙，是魚在水中沉浮的主要調節器官。當魚要下沉時，擠出魚鰾中氣體，使身體的重量加重。
潛水艇
魚
蛋殼呈拱形，跨度大，包括許多力學原理。雖然它只有2毫米的厚度，但是抗壓能力非常強。建筑學家模仿它進行了薄殼建筑設計。這類建筑有許多優點：用料少，跨度大，堅固耐用。
薄殼建筑
雞蛋
蒲公英種子和冠毛組成的整體質量較輕，而冠毛組成的反向傘狀結構具有較大的迎風面積，蒲公英種子這種類似于迷你降落傘的結構極其高效，這種高效的飛行機制可以最大限度地降低材料和能源成本。
降落傘
蒲公英
仿生原理
仿生物品名稱
動植物名稱
科學零距離
尼龍搭扣的由來
尼龍搭扣是一位瑞士發明家發明的，這位發明家叫喬治。他很喜歡帶著他的狗去樹林里散步。有一次，他帶著狗去樹林里散步回來，忽然發現狗的身上和他的褲子上都粘滿了蒼耳，他用放大鏡一看，才發現了蒼耳身上帶有一些小刺，這些小刺粘在有毛的褲子上，就會牢牢得粘住，任你怎么都甩不掉，除非用手撥掉。喬治就利用蒼耳的原理，發明了尼龍搭扣。
新知講解
二
活動
蜂巢結構
公元4世紀，古希臘數學家佩波斯提出猜想，截面呈六邊形的密鋪（不留空隙，也不相互重疊）的蜂窩巢房，是蜜蜂采用最少量的蜂蠟建造成的。這一猜想被稱為“蜂窩猜想”。
蜂巢結構
新知講解
三
活動
研究蜂巢形狀的奧秘
1.假設蜜蜂用正五邊形建蜂巢，結果會怎樣？
結論：正五邊形無法密鋪，建成的蜂巢會有縫隙。
新知講解
三
活動
研究蜂巢形狀的奧秘
在同種正多邊形中，能密鋪的只有正三角形、正方形、正六邊形
60°
90°
120°
新知講解
三
活動
研究蜂巢形狀的奧秘
2.假設蜜蜂用下面3種面積相等的圖形建蜂巢，計算每種圖形的內切圓（巢口）直徑，以及蜂巢的總長度，并進行排序。數據如下圖所示：
1.32
4.56
3
1.61
1.86
巢口長度為2.64厘米
蜂巢壁的總長度為
4.56×9=41.04（厘米）
2
1
3
4
5
6
7
8
9
12
19
巢口長度為3厘米
蜂巢壁的總長度為
3×12=36（厘米）
巢口長度為3.22厘米
蜂巢壁的總長度為
1.86×19=35.34（厘米）
新知講解
三
活動
研究蜂巢形狀的奧秘
巢口長度為2.64厘米
蜂巢壁的總長度為
4.56×9=41.04（厘米）
巢口長度為3厘米
蜂巢壁的總長度為
3×12=36（厘米）
巢口長度為3.22厘米
蜂巢壁的總長度為
1.86×19=35.34（厘米）
正三角形
正方形
正六邊形
其中，巢口直徑按從長到短的順序排列：
正六邊形>
正方形>
正三角形
蜂巢壁的總長度按從長到短的順序排列：
正三角形>
正方形>
正六邊形
綜上得出，正六邊形蜂巢的巢口最大，所用的材料（蜂巢壁的總長度）最小。說明用正六邊形建造蜂巢，不僅可以建造寬敞的巢穴，還能節省材料。
新知講解
三
活動
研究蜂巢形狀的奧秘
3.將3張A4紙分別折成正三棱柱、正四棱柱，比較哪種形狀擠壓能力最強。
（1）了解棱柱。
棱柱是幾何學中的一種常見的三維多面體，指上下底面平等且全等，側棱平行且相等的封閉幾何體。若棱柱的底面為n邊形，則該棱柱便稱為n棱柱。如三棱柱就是底面為三角形的棱柱。
棱柱是多面體中最簡單的一種，我們常見的一些物體，如三棱鏡、方磚以及螺栓的頭部，它們都呈棱柱的形狀。
新知講解
三
活動
研究蜂巢形狀的奧秘
（2）測試幾種形狀承受力的實驗。
實驗猜想：（ ）紙筒的承受力最大。
實驗目的：探究物體形狀與承受力大小的關系。
實驗材料：A4紙若干張，雙面膠、科學書若干本。
實驗步驟:(1)把A4紙沿橫向分別折成不同形狀的紙筒，立在桌面上。
正六棱柱
折出的紙筒要一樣高，上下要一樣粗；書要輕拿輕放，以減少對紙筒的撞擊力；一個紙筒只能做一次實驗，不可以重復使用，接頭處一定要用雙面膠密封接好。
要點提示
新知講解
三
活動
研究蜂巢形狀的奧秘
實驗步驟:
（2）輕輕地將科學書放到紙筒上（書的中心要對準紙筒中心），逐漸增加科學書的數量，直到紙筒承受不住為止。
（3）將實驗結果填在實驗記錄表中。
實驗記錄：
4本書
3本書
正六棱柱
3本書
2本書
下四棱柱
2本書
1本書
正三棱柱
實際測量結果
預計測量結果
紙筒形狀
實驗結論:（ ）紙筒的承受力最大。
正六棱柱
科學零距離
圓柱形紙筒承受力最大
因為圓柱的底面是圓形，沒有角，任何加在上面的重量都會均勻地分布，所以圓柱上的每個點承受力并不大，但其整體能承受比較大的力。而三棱柱、四棱柱、六棱柱都有角，不能把加在上面的重量均勻地分散開，一些點的承受力比較大，因此整體不能承受太大的力。
新知講解
四
活動
生活中的蜂巢結構
蜂窩結構的優點主要有：承受力強，構造精巧而且節省材料。
（1）足球球門的掛網一般采用六邊形結構，在省材料的同時，可以密鋪，還具有一定的穩定性（防止足球打穿），結實耐用還美觀。
（2）街道路面在磚的鋪設，也多采用六邊形結構，節省材料，抗壓能力也強。
（3）包裝紙箱上的蜂巢結構，可以提高包裝紙的抗壓能力， 同時也能節省不少材料。
（4）蜂窩煤設計成蜂窩狀，可以加快空氣流通，擴大煤與氧氣的接觸面積，達到充分燃燒。
新知講解
五
活動
魚的身體給我們的啟示
在魚的身體內部有一種器官叫作魚鰾，也就是我們平時所說的水泡。當魚鰾鼓起來時，浮力增加，魚就能浮到水面。當魚鰾癟下來時，浮力減少，魚就能沉在水底。當魚鰾里有一部分空氣時，它就能停留在水的中間。科學家從魚的上浮、下沉中受到了啟示，經過多次實驗研究，發明了一種能在水中上浮、下沉的船——潛水艇。
新知講解
五
活動
魚的身體給我們的啟示
魚鰭是大部分魚類用來游泳和維持身體平衡的重要器官，包括成對的偶鰭和不成對的奇鰭。魚游動時，胸鰭向魚體兩側張開，做前后擺時，魚體前進；一側胸鰭擺時魚體不動的一側轉彎；腹鰭相當于陸生動物的后肢，具有協助背鰭、臀鰭維持魚體平衡和輔助魚體升降拐彎。人們模仿魚的胸鰭設計了船的雙槳，通過它，可以控制船的前進和改變方向。
新知講解
五
活動
魚的身體給我們的啟示
魚的尾巴也十分重要，它是魚的推進器，它包括尾桿和尾鰭，尾鰭就是魚尾巴上兩個三角形扁狀的尾巴，魚前進時就利用尾鰭波動水，這時水的反作用力就推動魚前進。人類受到魚尾的啟示，發明了螺旋槳，依靠螺旋槳往返擺動，推動船前進。
新知講解
五
活動
魚的身體給我們的啟示
魚骨非常堅固，排列整齊，特別是兩側肋骨粗壯、結實，既支撐了整個身體，又能抵抗水中的壓力。人們在造船時，參考魚的骨骼結構，造出的船甲板平整，船舷下削如刃，船的橫斷面為“V”形（與魚骨橫斷機相似），用來支撐船身，使船更堅固，同時吃水深，抗風浪能力十分強。
新知講解
五
活動
魚的身體給我們的啟示
依據魚類的形狀發明了魚雷，制造了魚雷快艇和驅逐艦。魚雷是一種水中武器。它可以從艦艇、飛機上發射，它發射后可以自己控制航行方向和深度，遇到艦船，只要一接觸就可以爆炸。用于攻擊敵方水面艦船和潛艇，也可以用于封鎖港口和狹窄水道。魚雷雷身形狀似柱形，頭部呈半圓形，以避免航行對阻力太大。它的前部為雷頭，裝有炸藥和引信；中部為雷身，裝有導航及控制裝置；后部為魚尾，裝有發動機和推進器等動力裝置。魚雷的動力系統能源分別為燃氣和電力等。
新知講解
六
活動
鳥類給我們的啟示
1.仿生學。
仿生學是人類模仿生物的結構和功能，創造出各種人造物。這些做法逐漸發展為一門從自然中學習，進而應用到工程技術中的學科。它是一門新型邊緣科學，研究對象是生物體的結構、功能和工作原理，并將這些原理移植于人造工程技術中。該學科的問世，大大地開闊了人類的技術眼界，顯示了巨大的發展潛力，是人類智慧的結晶。
新知講解
六
活動
鳥類給我們的啟示
2.鳥類給我們的啟示。
隨著現代科學技術的進步，人類發明了高效的施工工具、交通工具和探測工具等。也許你不相信這些發明與鳥類有關。
十九世紀，生物學界對動物的研究取得了豐碩的成果，將成果轉換成產能服務于人類，一個新興的學科——仿生學應運而生。仿生學即模仿利用生物的特征，發明改進落后的工具，提高效率。
客機的飛機翅膀末端上翹是模仿海鷗、鷹等鳥類初級飛羽向上翹起（使得鳥類在氣流中飛行非常平穩），增加飛機在氣流中飛行的穩定性。
新知講解
六
活動
鳥類給我們的啟示
飛機的副翼是模仿鳥類起飛降落轉彎時，翅膀的角度控制飛行高度和轉彎。戰斗機模擬游隼的翅膀，副翼能大角度的變換使戰斗更加快速、靈活。
新知講解
六
活動
鳥類給我們的啟示
渦輪發動機前端的進氣口加裝錐體是模仿隼科鳥類鼻孔內控制進氣量的錐體（使空氣分流，減緩高速氣流對肺部的沖擊），解決高速飛行氣流過快，空氣進入量過多，油氣比不合理，影響發動機功率的問題。
飛機的起落架是模仿長腿鳥類跑步加速起飛，減速跑步降落停止。穩定地控制飛機的起飛和降落。可以說飛機與鳥類仿生學密不可分。
新知講解
六
活動
鳥類給我們的啟示
風鎬是一種高效的破拆工具，可以擊碎巖石、混凝土和瀝青路面等。你可能想不到風鎬與啄木鳥之間的關系。啄木鳥的鳥喙以每秒400多米的速度啄木，把木質完全擊碎。風鎬就是模擬啄木鳥啄木，用高壓氣推動風鎬活塞，帶動鎬頭以啄木鳥的啄木速度撞擊堅硬的物體，高速度產生神奇的力量，擊碎堅硬的物體自然不在話下。
諸如此類的例子舉不勝舉。看似毫不相干的事物，用仿生學充當媒介，把鳥類的功能和人類的需求連在一起。深入地研究鳥類，探究尚未發現的奧秘。
課堂練習
1、（ ）是人類模仿生物的結構和功能，創造出各種人造物。
一、填空
2、把薄的材料用不同的方式折疊或彎曲，可以提高材料的（ ）。
仿生學
承受力
課堂練習
1、蜂窩結構的優點主要有：承受力強，構造精巧，但浪費材料。（ ）
二、判斷對錯
2、直升機是模仿鳥類設計出來的。（ ）
×
√
課堂練習
三、選擇題
1、鋪設一個平面，消耗最少的材料的平面圖形是（ ）。
A.正方形
B.正三角形
C.正六邊形
C
課堂練習
三、選擇題
2、下列空間結構中，（ ）的抗壓能力最強。
A.正方體
B.正六棱柱
C.正三棱柱
B
課堂小結
通過本課的學習你有哪些收獲？
板書設計
生物的
啟示
折疊
彎曲
實驗
驗證
我們身邊的仿生
荊棘——刺絲
本課思維導圖
蜂巢
結構
提高材料的承受力
章魚——吸盤
蒼耳——尼龍搭扣
蒲公英——降落傘
魚——潛水艇
鳥類——飛機
特點
六角柱狀體
堅固
省材料
球門網
地面鋪設
包裝紙箱
蜂窩煤
應用
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5 生物的啟示
一、填空題
1、仿生產品主要是根據生物的（ ）和（ ）設計的。
2、吸盤的發明是受到（ ）的啟示。
3、在同種正多邊形中，能密鋪的只有（ ）形、（ ）形和（ ）形。
二、判斷題
1、六邊形的蜂巢抗壓性最強。（ ）
2、體育工作者認真研究青蛙在水中的運動姿勢，總結出了一套游泳動作——蛙泳。（ ）
3、尼龍搭扣是受到蒼耳種子鉤刺的啟發而發明的。（ ）
4、蜂窩猜想是古希臘數學家亞里士多德提出的。（ ）
三、選擇題
1、傳說魯班上山時，不小心被一種邊緣有齒的草葉劃破了手指，魯班從而受到啟發，發明了（ ）。
A．斧頭 B．鋸子 C．鐮刀
2、降落傘的發明是受到（ ）的啟示。
A．蘑菇 B．蒲公英種子 C．蒼耳果實
3、我國研制的“神舟五號”載人航天飛船上安裝的照相機，一次能拍上千張清晰的照片，這種相機是模仿（ ）制成的。
A．蝙蝠的眼 B．青蛙的眼 C．蒼蠅的眼
4、下列產品中，（ ）不是模仿動物的形態結構制成的。
A．雷達 B．課桌 C．輪船
5、下列說法中，符合科學道理的是（ ）。
A．生物是有限的，仿生產品將會越來越少
B．生物是發展變化的，仿生產品將會越來越多
C．生物的種類不會變化，所以仿生產品的種類也是不會變化的
四、綜合分析
船舶的發展在很多方面都應用了仿生學，請根據你掌握的知識回答下列問題。
1.船底的龍骨結構，是我國古代的一項重大發明，不但能使船更加堅固，而且使其抗御風浪的能力大大增強，對世界船舶結構的發展產生了深遠影響。船的龍骨結構是根據（ ）的骨骼受到啟發而發明的。
2.船槳能劃水，使船行駛得更快，這是受到（ ）的啟發；船舵能控制船的行進方向，這是受到了（ ）的啟發。
A．魚的胸鰭 B．魚的背鰭 C．魚的腹鰭 D.魚的尾鰭
3.潛艇的形狀是依照（ ）的身體形狀制造的。
4.潛艇能在水中實現上浮和下沉是受到了什么啟發？
五、材料分析
在顯微鏡下，蝴蝶的彩色翅膀其實是由許多小鱗片組成的。這些小鱗片會隨陽光的照射方向自動變換角度，從而調節體溫。科學家們受蝴蝶的啟發，將人造衛星的控溫系統制成了對溫度敏感的百葉窗樣式，隨溫度變化可調節窗的開合，保持了人造衛星內部溫度的恒定，解決了航天事業中的一個大難題。
如果人造衛星內部溫度較低，控溫系統的扇葉會（ ）
A．閉合成一個平面
B．調整角度，使扇葉與太陽光垂直
C．調整角度，使扇葉與太陽光平行
5 生物的啟示
答案及解析
一、
1、構造 功能
2、章魚
3、正三角 正方 正六邊
二、
1、√ 2、√ 3、√ 4、×
三、
1、B 2、B 3、C 4、B 5、B
四、
1、魚
2、A D
3、魚
4、受到魚鰾的啟發
五、
B 解析：扇葉與太陽光垂直時，獲取熱量最大，人造衛星內部升溫最快。
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