第5课《生物的启示》教学设计
1.教学内容
本课在生物和仿生制品之间建立关联，按照学生认知的逻辑顺序逐渐深入地安排了三部分内容。
第一部分是物品设计与动植物形态结构的相似之处，让学生对比几组图片，了解生活中的一些物品是人们受动植物形态结构的启示设计出来的，并让学生说说身边更多这样的案例。
第二部分是对蜂巢形状特征的研究，其中包括三个活动。活动一是阅读资料，了解蜂巢猜想；活动二是通过几种蜂巢形状的对比，让学生意识到正六边形蜂巢结构的优势所在，并从平面拓展到不同立体结构抗压能力的认识；活动三是交流生活中具有蜂巢结构的物体，以及它们的优点。
第三部分是关注仿生产品与仿生对象的关系，即船舶的设计从鱼类身上获得的启示。通过观察和交流，出鱼和船各部分存在的对应关系，分析它们在结构和功能上的相似之处，加深对仿生概念的理解。
拓展学习内容是鼓励学生调查了解：人们在设计飞机时从鸟类身上获得了哪些发明创造的启示。
2.教学目标
认识不同的仿生现象，意识到人类的很多发明创造可以在自然界到原型。
能多角度探究蜂巢结构的特点，知道蜂巢结构在生活中的应用。
对仿生设计产生探究的兴趣。
3.重点与难点
重点：认识不同的仿生现象。难点：多角度探究蜂巢结构的特点。
4.教学准备
五年级下册科学教案教师材料：各种蜂巢结构、鱼身体的图片和视频。
学生分组材料：A4纸、记录单。
教学过程
一、单元导入出示课本13页的一首小诗：
蔚蓝的天空中
火箭升腾
靠什么定位它的方向？
辽阔的大海中
巨轮穿梭
为什么他能乘风破浪？
原来
是因为大自然
给了人类发明创造的灵感。
学生自由读一读这首小诗，想一想：火箭升空靠什么定位方向？轮船在辽阔的大海中为什么能够乘风破浪？
教师引导：火箭升空能够定位方向，轮船在大海中航行能够乘风破浪，都是人类向自然界的动物学习的结果。生物具有的功能，迄今比任何人工制造的机械都优越的多。
仿生学，就是要在工程上实现并有效的应用生物功能的一门学科。从今天这节课开始，我们就来学习第二单元，了解探索有关仿生的知识。
二、新课导入
教师引导：自然界的生物有许许多多，人们又从这些生物得到哪些启示，进而运用到工程技术中呢？
今天这节课，我们就来学习第5课——生物的启示。
板书课题：5.生物的启示
三、学习新课
活动1：人们从动植物的形态结构中获得的启示
生物在长期进化的过程中，形成了许多有利于生物生存的形态结构和生理特点，人们从中获得很多启示。下面请同学们看一看日常生活中的一些物品的设计与动植物的形态结构有什么相似之处？
出示课本第14页第1组图片，引导学生观察左边荆棘上的刺和右边铁丝网上的尖刺，想一想铁丝网的设计与荆棘在形态结构上有什么相似之处？
预设：铁丝网和植物茎上的刺的尖锐部分都能起到保护作用。
荆棘上的刺很尖，分布均匀，扎人很疼，可以很好的保护植物本身；铁丝网上用铁丝布置了一些尖刺，这样可以加强铁丝网的有效性，外来人员很难穿过这样的铁丝网，从而起到防护的作用。
按照同样的方法分别出示课本14页的其他3组图片，引导学生仔细观察，想一想这三组图片中物品的设计与动植物的形态结构有什么相似之处。
预设：
塑料吸盘和八爪鱼的吸盘都呈碗状,具有吸附功能。
由章鱼的身体完全吸附在轮船底上发明出塑料吸盘。塑料吸盘可以吸附在平整的墙面上不容易脱落。
尼龙搭扣上的弯钩和苍耳果实上的钩刺都有很强的附着力。
苍耳的果实表面上全是倒刺，可以附着在人的衣物或者动物的身上，达到传播植物种子的目的。人们根据苍耳的这一特点发明出了鞋子上的魔术贴。魔术贴分子母两面，一面是细
软的纤维，另一面是带有勾刺的弹性纤维。公母相扣，在受到一定横力的情况下，富有弹性的勾被拉直，从绒圈上松掉而打开，然后又恢复原有的勾型，如此反复开合可达一万次之多。这样的魔术贴广泛运用于服装、鞋子、帽子、手套、皮包、沙发、车船坐垫、航空用品、雨披、窗帘、玩具、睡袋、体育运动器材、音响器材、医疗器械、帐篷、小轮车的护套、各类军工产品、电子电线、充电器、陈列用具等等。
降落伞与带冠毛的蒲公英种子的整体形状相似。
蒲公英的种子成熟之后，受到风力的影响，会漂浮在半空中，在风力的作用下飘到很远很远的地方，这样实现了种子的传播。人们根据蒲公英的这一特点发明了降落伞。降落伞就是利用空气阻力原理，依靠相对于空气运动充气展开的可展式气动力减速器。广泛的运用于航天航空领域。
除了以上四种物体是受到不同动植物的启发而发明出来的，你还知道哪些物品的设计是受了某些动植物的启示？
锯子与锯齿草、大跨度建筑屋顶架构与王莲叶、人工冷光与萤火虫的光、风暴预测仪与水母耳、电子蛙眼与蛙眼等。
活动2：有关蜂窝的猜想
出示蜂窝的图片，引导学生观察蜂窝，并读一读旁边的有关“蜂窝猜想”的文字，想一想蜂窝的特点。
预设：
蜂窝的横截面呈正六边形的形状。不留空隙，也不互相重叠，是密铺而成。而且蜂窝的巢房是蜜蜂采用最少量的蜂蜡建造而成的。
蜂窝还有哪些特点？人们又能够从蜂窝的特点中获得哪些启示呢？下面我们继续来讨论交流。
活动2：研究蜂巢形状的奥秘
研究一：蜂窝正六边形的密铺问题奥秘
教师提出问题：大家都知道蜂窝是正六边形的形状，假如蜜蜂不用正六边形，而用正五边形的形状建造蜂巢，结果会怎样呢？
出示课本15页正五边形的蜂窝和正六边形的蜂窝图片，引导学生观察这两幅图片，想一想正五边形的蜂窝有什么弊端？
预设：
如果蜜蜂用正五边形来建造蜂窝，那么在蜂巢中就会出现缝隙，不但影响蜂巢的美观，而且影响蜂巢的作用。
用正五边形建造蜂窝行不通，那我们不用正五边形建造蜂巢，用正四边形或者正三角形建造蜂巢行不行呢？
预设：
在同种正多边形中,能密铺的只有正三角形、正方形、正六边形。
研究二：蜂窝正六边形的用料最少奥秘
假设蜜蜂用下面三种面积相等的图形建造蜂巢，一种是正三边形，一种是正四边形，一种是正六边形，请大家来计算每种图形的内切圆直径以及蜂巢壁的总长度并进行排序。
出示课本15页正三边形、正四边形、正六边形蜂巢的图片，学生观察这三幅图片并且通过计算，得出每种图形的内切圆直径以及蜂巢壁的总长度，并将结果进行排序。
全班交流，讨论得出结论：
这其实是一个很简单的几何问题。假设我们想用相同形状和大小的图形密铺一个平面（使图形不留空隙、也不互相重叠地铺满整个平面），那么只有3种正多边形可以做到：正三边形、正四边形和正六边形。（这里指规则镶嵌）在铺满同等面积的情况下，使用正六边形所需要的周长之和最小。这就不难理解蜜蜂为什么会选择六边形了，因为蜂巢是用蜂蜡做的，而蜜蜂产出蜂蜡是消耗能量的，它们当然希望省些力气——这点小心思就跟打工人想
少搬几块砖一样。
研究三：蜂窝正六边形的抗压能力最强奥秘
将A4纸分别折成正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱三种形状，比较哪种形状抗压能力最强。
学生分小组活动，分别用A4纸折成正三棱柱形、正四棱柱形、正六棱柱形三种形状。
全班交流，各小组展示本小组折成的三种形状的棱柱，教师引导：同学们，三种形状的棱柱已经折成，下面我们来比较一下，哪种形状的棱柱抗压能力最强？
学生分小组活动，比较三种形状的棱柱，哪种形状抗压能力最强。教师巡视，了解学生活动情况，并提醒学生比较三种形状的棱柱的抗压能力的时候所加的要压力有循序渐进，不能一下子加太大的压力。
全班交流，各小组汇报本小组的实验情况以及得出的实验结论。
预设：在相同条件下三种形状的棱柱中，以正六边形的棱柱形状抗压能力最强。虽然圆柱体抗压能力最强,但在平面密铺的基础上,圆形最终会被挤压成六边形。比较正三棱柱、正四
棱柱、正六棱柱,正六棱柱的抗压能力最强。
教师小结：通过刚才的研究我们发现蜜蜂简直就是一个天然的数学家，他巧妙的规避了其他形状蜂巢的弊端，充分的运用了正六边形蜂巢的优点。
全班交流
假如你是蜜蜂，你会选择哪种形状的蜂巢？为什么？
预设：
假如我是蜜蜂，我会选择建造正六边形的蜂巢。因为正六边形的蜂巢有三大优点：第一，每个蜂房都是密铺的，既不留空隙,也不相互重叠；第二，正六边形的蜂巢用料最少，可以采用最少量的蜂蜡建成最大的蜂巢；第三，正六边形的蜂巢抗压能力最强。虽然圆柱体抗压能力最强,但在平面密铺的基础上,圆形最终会被挤压成六边形。比较正三棱柱、正四棱柱、正六棱柱,正六棱柱的抗压能力最强。