《生物的启示》研究课例

常州大学附属小学   孙金花

本课是以小学科学苏教版五年级下册第二单元《仿生》的第一课《生物的启示》。在小学科学课程体系中，学生前期已对各类生物的基本特征、生活习性等有了一定认识。

生活中，从仿生学的实际应用，如飞机的机翼模仿鸟翼、雷达借鉴蝙蝠的回声定位等，能发现生物为人类的技术创新提供了大量灵感。教材虽有所涉及，但不够系统全面。本课旨在整合更多实例，深入探究生物特性如何启发人类进行发明创造，拓宽学生视野，培养学生从自然现象中挖掘科学原理的能力。

本课的亮点是从结构与功能关联的视角来研读和审辩与生命系统相关的学习内容，站在更宏观的高度，拓宽师生教学与思维发展的窄面，指向“生命系统的构成层次”核心概念，设计了三个实验活动，利用航天器上的仿生学现象贯穿全课，用学习进阶的理念将前后知识打通，并且引导学生在深度体验的基础上感悟结构特征与功能作用的奇妙关系，从而建构核心概念，培养核心素养。

教学年级：小学三年级

教学时长：40 分钟

【情景呈现】

一、情景导入

1．视频（返回舱划破天空。）：视频中裹着烈火急速落地的是什么？

2. 出示图片：着陆以后的返回舱！提问：这与我们生活中什么物体有相似之处？有怎样的相似之处？

3. 引出课题：返回舱里装载着航天员、实验样本和数据记录设备等极其重要的人与物，为什么科学家们要在返回舱这么关键的地方设计蜂巢结构？它有什么好处？

【任务要求】

二、提出任务：研究蜂巢之谜

【科学探索】

三、科学探究

实验探究一：蜂窝形状之谜

提问：假如蜜蜂不用正六边形，而用其他的形状，如：正三角形、正方形、正五边形、圆形来建造蜂巢，结果会怎样呢？请同学们组内合作，按照任务一的要求，摆一摆，看一看。

小结：在多种图形中,能密铺的只有正三角形、正方形、正六边形。

实验探究二：蜂巢抗压之谜

追问：从“密铺”问题看，正三角形、正方形、正六边形都可以密铺，所以，蜂巢结构也不是非要选择正六边形，那为什么蜜蜂最终还是选择了它呢？蜂巢结构的抗压能力如何呢？

视频展示实验要求：

实验步骤：①拿起一个纸筒，直立轻放在桌面。

②将KT板支架的红色区域对准纸筒中心，然后把科学书一本一本往上放，直到纸筒承受不住而倒塌。

③记录纸筒的承重本数：总本数-1。

④其他形状的纸筒，按以上要求重新操作、记录。

⑤比一比承受力的大小，依次是         ＞         ＞        

学生实验、交流、汇报：正六棱柱＞正四棱柱＞正三棱柱

实验探究三：蜂窝用料之谜

追问：正六边形抗压优势明显，但建筑是需要材料的。如果能用较少的材料，建造出更宽敞的窝，这样的设计想必更有优势。

假设蜜蜂用4个面积相等（都是9平方厘米）的下面三种图形建造蜂巢，如下图所示，哪种更符合“用料更少，面积更大”呢？

小结：用正六边形建造蜂巢，不仅可以建造宽敞的巢穴，还能节省材料。

归纳概念：人类模仿生物的结构和功能，创造出各种人造物，进行仿生。这些做法逐渐发展为一门从自然中学习，进而应用到工程技术中的学科 —— 仿生学。

【科学技术与应用】

四、运用拓展

1. 出示图片：中国航天器材（长征系列火箭外壳，卫星的温度调节装置，“天眼”相机）和生物（乌贼、蝴蝶、复眼）的图片，连一连，并说一说这些航天设计与动植物的形态结构有什么相似之处？

2. 拓展：航天器上的仿生如此之多，更可况我们每日接触的衣物、生活用品呢！生活中，你还知道哪些模仿生物的物品呢？

3. 课后作业：

1. 请你用“         （人造物）是从         （自然物）身上得到启示，可以         。”这样的句式来说一说。

例如：飞机机翼从鸟的翅膀中得到启示，飞机可以轻松起飞。

潜艇从鱼类中获得启示，它具有流线型的外形，可以上浮，下沉。

2. 你还能从自然界中的哪些生物的结构或功能特点中获得启示？说一说或画一画你的仿生创意。