《长颈鹿的启示》教案
教学目标：
了解长颈鹿的特征，学习仿生设计的初步知识，学会运用基本形体的对比、均衡、拼接构成等组织原理进行立体设计。
教学重点：
学习初步仿生设计方法，设计长颈鹿的悄悄话一种日常用品或机械。
教学难点：
怎样展开想象和创造，构思设计一个新颖独特的日常用品或机械。
教学过程：
一、导入：
1.提问；你知道动物中那种动物的脖子最长？
2.启发：长颈鹿的长脖子有哪些用处呢？她那与众不同的长脖子在悄悄告诉我们什么？（播放有关长颈鹿活动的录象）
3.引导：请学说尝试生动形象地抓住长颈鹿脖子长的特点。
二、新授
1.讲述仿生学的有关知识——根据某种生物的特征进行设计。
2.学生讨论，想一想生活中还有那些东西也是仿照长脖子的功能进行设计的。
3.简单介绍设计方法，启发学生运用基本形体的对比、组合设计要素进行设计。
4.布置学生进行设计活动的内容与要求。
三、反思评价
1.作品外形是否模仿了长脖子的特点；
2.作品的功能是否明显合理；
3.作品的外观设计是否美观；
4.能说出设计作品的名字吗？能同时关注自己和他人的设计作品吗？
课件23张PPT。长颈鹿的启示 你知道的动物园中哪种动物的脖子最长?欣赏和阅读教材图片 长颈鹿的长脖子和我们
使用的器械和日常用品有哪
些联系?长颈鹿的话： 我的特点？ 脖子长(长达2米） 身上有花 纹世界上最 高的动物
(最高达到 5.3米) 听觉和视觉非常敏锐 长颈鹿特点 四肢细长长脖子是长颈鹿最明显的特点， 它的作用是什么？ 吃到树上的树叶 观察敌情， 自我保护 还有哪些日常用品和器械与长颈鹿的脖子相似呢？ 长颈鹿的话： 找朋友 找 朋 友 --配对游戏 游戏规则：
找外形或者功能相似的“朋友” 谁是我的好朋友？⒈⒉⒊⒌⒋⒍ 谁是我的好朋友？ 那么我们人类使用的器械和日常用品中，还模仿了其他那些生物呢？飞机鼠标椅子潜水艇1432集体阅读小博士 学习生物的长处，将这些长处利用
到人类的生活中去，方便人类的生活。 仿生设计：仿生学研究生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植于工程技术之中，发明性能优越的仪器、装置和机器，创造新技术。如何进行仿生设计一、确立主题：
1.思考你想要设计什么东西（台灯、水管、吊车。。。）。
2.思考你想要针对某种东西的特征和功能进行仿生设计 （长颈鹿）。二、收集资料，观察比较，发现共同点（能够利用到的部位和功能性）。三、针对共同点(外观和功能)组合成便于人类使用的器械或日常用品。作业要求1.作品外形模仿某种生物的特点。
(长颈鹿）
2.作品的功能明显合理。
3.作品的外形设计美观。
欣赏仿生设计作品 欣赏深圳的仿生设计 春茧评 价
互相评价同学的作品,
评出“小设计师”。送给我们的“小设计师” 大自然与我们的生活息息相关 我们应从小学会和大自然交朋友 在生活中---发现美--创造美--表现美的良好习惯。 从小培养自己热爱大自然 长颈鹿的话：课件10张PPT。仿生学长颈鹿与宇航员失重现象 长颈鹿之所以能将血液通过长长的颈输送到头部，是由于长颈鹿的血压很高。据测定，长颈鹿的血压比人的正常血压高出2倍。这样高的血压为什么不会使长颈鹿患脑溢血而死亡呢？这与长颈鹿身体的结构有关。首先，长颈鹿血管周围的肌肉非常发达，能压缩血管，控制血流量；同时长颈鹿腿部及全身的皮肤和筋膜绷得很紧，利于下肢的血液向上回流。科学家由此受到启示，在训练宇航员对，设置一种特殊器械，让宇航员利用这种器械每天锻炼几小时，以防止宇航员血管周围肌肉退化；在宇宙飞船升空时，科学家根据长颈鹿利用紧绷的皮肤可控制血管压力的原理，研制了飞行服——“抗荷服”。抗荷服上安有充气装置，随着飞船速度的增高，抗荷服可以充入一定量的气体，从而对血管产生一定的压力，使宇航员的血压保持正常。同时，宇航员腹部以下部位是套入抽去空气的密封装置中的，这样可以减小宇航员腿部的血压，利于身体上部的血液向下肢输送。 乌龟的龟壳与薄壳建筑
龟壳的背甲呈拱形，跨度大，包括许多力学原理。虽然它只有2 mm的厚度，但使用铁锤敲砸也很难破坏它。建筑学家模仿它进行了薄壳建筑设计。这类建筑有许多优点：用料少，跨度大，坚固耐用。薄壳建筑也并非都是拱形，举世闻名的悉尼歌剧院则像一组泊港的群帆。
蜻蜓与飞机
蜻蜓通过翅膀振动可产生不同于周围大气的局部不稳定气流，并利用气流产生的涡流来使自己上升。蜻蜓能在很小的推力下翱翔，不但可向前飞行，还能向后和左右两侧飞行，其向前飞行速度可达72公里/小时。此外，蜻蜓的飞行行为简单，仅靠两对翅膀不停地拍打。科学家据此结构基础研制成功了直升飞机。飞机在高速飞行时，常会引起剧烈振动，甚至有时会折断机翼而引起飞机失事。蜻蜓依靠加重的翅膀在高速飞行时安然无恙，于是人们效仿蜻蜓在飞机的两翼加上了平衡重锤，解决了因高速飞行而引起振动这个令人棘手的问题。 为了研究滑翔飞行和碰撞的空气动力学以及其飞行的效率，一个四叶驱动，用远程水平仪控制的机动机翼（翅膀）模型被研制，并第一次在风洞内测试了各项飞行参数。 第二个模型试图安装一个以更快频率飞行的翅膀，达到每秒18次震动的速度。有特色的是，这个模型采用了可变可调节前后两对机翼之间相差的装置。 研究的中心和长远目标，是要研究使用“翅膀”驱动的飞机表现，以及与传统的螺旋推动器驱动的飞机效率的比较等等。蜘蛛与装甲
蜘蛛和装甲 生物学家发现蜘蛛丝的强度相当于同等体积的钢丝的5倍。受此启发，英国剑桥一所技术公司试制成犹如蜘蛛丝一样的高强度纤维。用这种纤维做成的复合材料可以用来做防弹衣、防弹车、坦克装甲车等结构材料。 鲸鱼与潜艇
鲸鱼和潜艇的“鲸背效应” 当代核潜艇能长时间潜航于冰海之下，但若在冰下发射导弹，则必须破冰上浮，这就碰到了力学上的难题。潜舴专家从鲸鱼每隔10分钟必须破冰呼吸一次中得到启迪，在潜艇顶部突起的指挥台围壳和上层建筑方面，作了加强材料力度和外形仿鲸背处理，果然取得了破冰时的“鲸背效应”。 鸟类的蛋具有如此大的承受力,是与它特有的蛋形曲线和科学的结构分不开的.蛋的结构有3层,外层为表皮层,又称闪光层,中层为海绵层,内层为乳头层,不同的鸟类具有不同的3层显微结构. 像鸡蛋那样的薄壳结构是如此的丰富多彩而变化万干,有禽蛋,贝壳,蚌,螺,蜗牛,蟹,鱼子,眼球,头颅,豆荚,种子,果核等等,它们以最合理,最自然,最经济,最有效,最进步,最优美的形式竞相媲美,争放异彩. 鱼、海豚、企鹅——流线品质的最佳化宝马的H2R氢燃料汽车最高时速达300.175公里。无庸置疑，发挥到极至的空气动力学是实现这一高速的关键因素。宝马H2R外型和设计的灵感来自海豚和企鹅的低阻身材。圆鼓的前脸、收起的尾部，极小的正锋面，成就了其0.21的阻力系数。而球的阻力系数则是0.50。
响尾蛇的视力几乎为零，但其鼻子上的颊窝器官具有热定位功能，对0.001摄氏度的温差都能感觉出来，且反应时间不超过0.1秒。即使爬虫、小兽等在夜间入睡后，凭借它们身体所发出的热能，响尾蛇就能感知并敏捷地前往捕食。科学家根据响尾蛇这一奇特功能，研制出现代夜视仪、空对空响尾蛇导弹，以及仿生红外探测器。车身结构，就象哺乳动物的骨骼，支撑着体内的其他部分。对于宝马3系，车身重量约占整车的20%，而人的骨骼占人体重的18%。再以马为例，马的骨骼与其总体重之比达到完美的7~10%，平衡的秘密就在于马骨骼的结构和密度。
总重量/高负重组织结构——以马为鉴的轻质技术仿生学例子
苍蝇与宇宙飞船,令人讨厌的苍蝇，与宏伟的航天事业似乎风马牛不相及，但仿生学却把它们紧密地联系起来了。苍蝇是声名狼藉的“逐臭之夫”，凡是腥臭污秽的地方，都有它们的踪迹。苍蝇的嗅觉特别灵敏，远在几千米外的气味也能嗅到。但是苍蝇并没有“鼻子”，它靠什么来充当嗅觉的呢? 原来，苍蝇的“鼻子”——嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通，内含上百个嗅觉神经细胞。若有气味进入“鼻孔”，这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲，送往大脑。大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同，就可区别出不同气味的物质。因此，苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。仿生学家由此得到启发，根据苍蝇嗅觉器的结构和功能，仿制成一种十分奇特的小型气体分析仪。这种仪器的“探头”不是金属，而是活的苍蝇。就是把非常纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上，将引导出来的神经电信号经电子线路放大后，送给分析器；分析器一经发现气味物质的信号，便能发出警报。这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱内气体的成分。这种小型气体分析仪，也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。利用这种原理，还可用来改进计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。
从萤火虫到人工冷光自从人类发明了电灯，生活变得方便、丰富多了。但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光，其余大部分都以热能的形式浪费掉了，而且电灯的热射线有害于人眼。那么，有没有只发光不发热的光源呢? 人类又把目光投向了大自然。在自然界中，有许多生物都能发光，如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等，而且这些动物发出的光都不产生热，所以又被称为“冷光”。在众多的发光动物中，萤火虫是其中的一类。萤火虫约有1500种,它们发出的冷光的颜色有黄绿色、橙色，光的亮度也各不相同。萤火虫发出冷光不仅具有很高的发光效率，而且发出的冷光一般都很柔和，很适合人类的眼睛，光的强度也比较高。因此，生物光是一种人类理想的光。科学家研究发现，萤火虫的发光器位于腹部。这个发光器由发光层、透明层和反射层三部分组成。发光层拥有几千个发光细胞，它们都含有荧光素和荧光酶两种物质。在荧光酶的作用下，荧光素在细胞内水分的参与下，与氧化合便发出荧光。萤火虫的发光，实质上是把化学能转变成光能的过程。早在40年代，人们根据对萤火虫的研究，创造了日光灯，使人类的照明光源发生了很大变化。近年来，科学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素，后来又分离出了荧光酶，接着，又用化学方法人工合成了荧光素。由荧光素、荧光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充满爆炸性瓦斯的矿井中当闪光灯。由于这种光没有电源，不会产生磁场，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。现在，人们已能用掺和某些化学物质的方法得到类似生物光的冷光，作为安全照明用。
电鱼与伏特电池自然界中有许多生物都能产生电，仅仅是鱼类就有500余种。人们将这些能放电的鱼，统称为“电鱼”。各种电鱼放电的本领各不相同。放电能力最强的是电鳐、电鲶和电鳗。中等大小的电鳐能产生70伏左右的电压,而非洲电鳐能产生的电压高达220伏；非洲电鲶能产生350伏的电压；电鳗能产生500伏的电压，有一种南美洲电鳗竟能产生高达880伏的电压，称得上电击冠军,据说它能击毙像马那样的大动物。电鱼放电的奥秘究竟在哪里?经过对电鱼的解剖研究，终于发现在电鱼体内有一种奇特的发电器官。这些发电器是由许多叫电板或电盘的半透明的盘形细胞构成的。由于电鱼的种类不同，所以发电器的形状、位置、电板数都不一样。电鳗的发电器呈棱形，位于尾部脊椎两侧的肌肉中；电鳐的发电器形似扁平的肾脏，排列在身体中线两侧，共有200万块电板;电鲶的发电器起源于某种腺体，位于皮肤与肌肉之间,约有500万块电板。单个电板产生的电压很微弱，但由于电板很多，产生的电压就很大了。电鱼这种非凡的本领，引起了人们极大的兴趣。19世纪初，意大利物理学家伏特，以电鱼发电器官为模型，设计出世界上最早的伏打电池。因为这种电池是根据电鱼的天然发电器设计的,所以把它叫做“人造电器官”。对电鱼的研究，还给人们这样的启示：如果能成功地模仿电鱼的发电器官，那么，船舶和潜水艇等的动力问题便能得到很好的解决。
水母的顺风耳“燕子低飞行将雨，蝉鸣雨中天放晴。”生物的行为与天气的变化有一定关系。沿海渔民都知道，生活在沿岸的鱼和水母成批地游向大海，就预示着风暴即将来临。水母，又叫海蜇，是一种古老的腔肠动物，早在5亿年前,它就漂浮在海洋里了。这种低等动物有预测风暴的本能，每当风暴来临前，它就游向大海避难去了。原来，在蓝色的海洋上，由空气和波浪摩擦而产生的次声波(频率为每秒8—13次)，总是风暴来临的前奏曲。这种次声波人耳无法听到，小小的水母却很敏感。仿生学家发现，水母的耳朵的共振腔里长着一个细柄，柄上有个小球，球内有块小小的听石，当风暴前的次声波冲击水母耳中的听石时，听石就刺激球壁上的神经感受器，于是水母就听到了正在来临的风暴的隆隆声。仿生学家仿照水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳风暴预测仪，相当精确地模拟了水母感受次声波的器官。把这种仪器安装在舰船的前甲板上，当接受到风暴的次声波时，可令旋转360°的喇叭自行停止旋转,它所指的方向，就是风暴前进的方向；指示器上的读数即可告知风暴的强度。这种预测仪能提前15小时对风暴作出预报，对航海和渔业的安全都有重要意义。
