第一篇：仿生學(xué)小故事

1．由令人討厭的蒼蠅，仿制成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。已經(jīng)被安裝在宇宙飛船的座艙里，用來檢測(cè)艙內(nèi)氣體的成分。

2．電魚與伏特電池；

3．水母的順風(fēng)耳，仿照水母耳朵的結(jié)構(gòu)和功能，設(shè)計(jì)了水母耳風(fēng)暴預(yù)測(cè)儀，能提前15小時(shí)對(duì)風(fēng)暴作出預(yù)報(bào)，對(duì)航海和漁業(yè)的安全都有重要意義。

4．人們根據(jù)蛙眼的視覺原理，已研制成功一種電子蛙眼。這種電子蛙眼能像真的蛙眼那樣，準(zhǔn)確無誤地識(shí)別出特定形狀的物體。把電子蛙眼裝入雷達(dá)系統(tǒng)后，雷達(dá)抗干擾能力大大提高。這種雷達(dá)系統(tǒng)能快速而準(zhǔn)確地識(shí)別出特定形狀的飛機(jī)、艦船和導(dǎo)彈等。特別是能夠區(qū)別真假導(dǎo)彈，防止以假亂真。

電子蛙眼還廣泛應(yīng)用在機(jī)場(chǎng)及交通要道上。在機(jī)場(chǎng)，它能監(jiān)視飛機(jī)的起飛與降落，若發(fā)現(xiàn)飛機(jī)將要發(fā)生碰撞，能及時(shí)發(fā)出警報(bào)。在交通要道，它能指揮車輛的行駛，防止車輛碰撞事故的發(fā)生。

5．根據(jù)蝙蝠超聲定位器的原理，人們還仿制了盲人用的“探路儀”。這種探路儀內(nèi)裝一個(gè)超聲波發(fā)射器，盲人帶著它可以發(fā)現(xiàn)電桿、臺(tái)階、橋上的人等。如今，有類似作用的“超聲眼鏡”也已制成。

6．現(xiàn)代起重機(jī)的掛鉤起源于許多動(dòng)物的爪子。

7．屋頂瓦楞模仿動(dòng)物的鱗甲。

8．船槳模仿的是魚的鰭。

9．鋸子學(xué)的是螳螂臂，或鋸齒草。

10．嗅覺靈敏的龍蝦為人們制造氣味探測(cè)儀提供了思路。

第二篇：仿生學(xué)小故事精選

螢火蟲

自從人類發(fā)明了電燈，生活變得方便、豐富多了。但電燈只能將電能的很少一部分轉(zhuǎn)變成可見光，其余大部分都以熱能的形式浪費(fèi)掉了，而且電燈的熱射線有害于人眼。那么，有沒有只發(fā)光不發(fā)熱的光源呢 ? 人類又把目光投向了大自然。

在自然界中，有許多生物都能發(fā)光，如細(xì)菌、真菌、蠕蟲、軟體動(dòng)物、甲殼動(dòng)物、昆蟲和魚類等，而且這些動(dòng)物發(fā)出的光都不產(chǎn)生熱，所以又被稱為 “冷光”。

早在 40年代，人們根據(jù)對(duì)螢火蟲的研究，創(chuàng)造了日光燈，使人類的照明光源發(fā)生了很大變化。近年來，科學(xué)家先是從螢火蟲的發(fā)光器中分離出了純熒光素，后來又分離出了熒光酶，接著，又用化學(xué)方法人工合成了熒光素。由熒光素、熒光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充滿爆炸性瓦斯的礦井中當(dāng)閃光燈。由于這種光沒有電源，不會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。

潛水艇 潛水艇是怎能樣發(fā)明的呢？為了讓一種船既能在水面劃，又能在海底游，科學(xué)家觀察到了魚這種動(dòng)物。

魚肚中有一種東西叫魚鰾，里面裝滿了空氣。在魚想潛到水底時(shí)，將魚鰾中的空氣排出，浮力就立刻變小了，魚可自由地沉下水面。而潛水艇中也有一種機(jī)器，里面也裝滿了空氣，將空氣一排出，潛水艇便能沉下水底?？茖W(xué)家是按這個(gè)原理制造的潛水艇。

看，我們?nèi)缃褚呀?jīng)很高級(jí)的潛水艇，原來它們是利用魚鰾原理而做的。是的，生活中若沒有動(dòng)物，人類將會(huì)失去很多發(fā)明的機(jī)會(huì)?？梢哉f，動(dòng)物對(duì)人類生活也有很大的幫助。

電子蛙眼

我從《小愛迪生》這本書中讀到了“青蛙的眼睛”，《小愛迪生》上面說的是“青蛙的眼睛只能夠看見動(dòng)的東西”。我將信將疑，問了一下爸爸。爸爸說：“你還是做一個(gè)試驗(yàn)比較好?！蔽尹c(diǎn)點(diǎn)頭。

首先，我先找來一只青蛙，這只青蛙蹲坐在報(bào)紙上，用它警惕的大眼睛盯著我的一舉一動(dòng)，好像警察監(jiān)視罪犯一樣。它身穿美麗的綠皮襖，好像一個(gè)貴婦人，儀態(tài)端莊。

我先把事先拍死的蒼蠅放到它面前。那只蒼蠅好像在青蛙的眼里消失了，對(duì)這“嗟來之食”無動(dòng)于衷。我拿出了小細(xì)線，將蒼蠅小心翼翼地扎好，然后在它的眼前不停地?fù)u晃。突然，青蛙的注意力不在我身上了，它目不轉(zhuǎn)睛地盯著那只“會(huì)飛”的蒼蠅。沒過一會(huì)兒，只聽“撲”的一聲，青蛙伸出了它長(zhǎng)長(zhǎng)的、粉紅色的舌頭，輕輕一卷，便把蒼蠅卷進(jìn)了肚子里。

這次實(shí)驗(yàn)證明了：青蛙的眼睛只能夠看見動(dòng)的東西，看不見不會(huì)動(dòng)的東西。于是，科學(xué)家們便通過青蛙的眼睛發(fā)明了“電子蛙眼”！后來，這門科學(xué)技術(shù)被稱為“仿生學(xué)”。我還知道科學(xué)家們從蜻蜓身上得到啟示，發(fā)明了飛機(jī)；從火野豬身上得到啟示，發(fā)明了防毒面具??

在這個(gè)世界上，人們都有自己的老師。不過，動(dòng)物們才是我們最好的老師呢！

第三篇：關(guān)于動(dòng)物仿生學(xué)的故事

全球十三大動(dòng)物仿生學(xué):超強(qiáng)攀爬技術(shù)、鴕鳥、蜘蛛、楓樹、毛毛蟲、蝴蝶……這些生物都能帶給我們啟示，接下來為大家分享一篇關(guān)于動(dòng)物仿生學(xué)的故事，希望大家從中有所啟發(fā)。

大自然用了億萬年的時(shí)間創(chuàng)造了無數(shù)的生物，這些生物不但能夠生存，而且完美地適應(yīng)了其所生存的環(huán)境。無論是哪一種生物，它們的身體結(jié)構(gòu)是如此完美，對(duì)人類的生產(chǎn)和生活有著特殊的啟示，尤其是形形色色的動(dòng)物。人類理應(yīng)向動(dòng)物學(xué)習(xí)。

一、貓頭鷹是完美的夜間捕獵者，是鼠類等小型哺乳動(dòng)物的天敵。

它們可以悄無聲息地飛向獵物發(fā)起致命一擊。要知道，老鼠的聽覺、嗅覺等感官及其靈敏，貓頭鷹是如何做到悄無聲息靠近獵物的呢？科學(xué)家對(duì)貓頭鷹的翅膀做了深入的研究。他們發(fā)現(xiàn)貓頭鷹的翅膀及其柔軟，好像天鵝絨一般。這種材質(zhì)的翅膀?yàn)槭裁茨艽蠓冉档驮胍裟?？科學(xué)家們把貓頭鷹翅膀模型放在風(fēng)洞中進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)空氣基本上是貼著翅膀表面流動(dòng)的，這就減小了空氣的振動(dòng)。這種材質(zhì)的翅膀在飛行時(shí)能大幅度減少翅膀后面的空氣擾流，從而大幅度降低噪音。而形狀相同、材質(zhì)不同的翅膀模型放入風(fēng)洞中進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)空氣流經(jīng)翅膀時(shí)不會(huì)緊貼翅膀表面，擾流比較嚴(yán)重，噪音也大。

難道我們要把飛機(jī)的翅膀粘上天鵝絨嗎？顯然不行。飛機(jī)的翅膀和貓頭鷹的翅膀有很多區(qū)別，照抄照搬顯然是不科學(xué)的。那么貓頭鷹的翅膀還有什么值得模仿的呢？

科學(xué)家又做了一個(gè)對(duì)比試驗(yàn)，讓貓頭鷹和家鴿近距離飛過一層羽毛。家鴿的體型與貓頭鷹相仿，是很好的對(duì)比對(duì)象。試驗(yàn)的結(jié)果是：當(dāng)貓頭鷹飛過這些羽毛時(shí)，羽毛基本是不動(dòng)的；而當(dāng)鴿子飛過這些羽毛時(shí)，羽毛被大幅度的攪動(dòng)。為什么會(huì)有這么大的差別呢？科學(xué)家對(duì)貓頭鷹和鴿子的翅膀形狀進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)貓頭鷹的翅膀邊緣呈鋸齒狀。正是這種特殊的形狀降低了空氣的波動(dòng)，加上特殊的材質(zhì)，從而降低了噪音。基于這一發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家制造了一臺(tái)有著鋸齒狀邊緣的仿生風(fēng)機(jī)。與傳統(tǒng)風(fēng)機(jī)相比，這臺(tái)仿生風(fēng)機(jī)的噪音降低了80%，并且節(jié)約了能源。要知道，從電腦的散熱風(fēng)扇到大型客機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)，從家用電風(fēng)扇到大型中央空調(diào)的散熱器，風(fēng)扇幾乎無處不在。如果這些風(fēng)扇都能換成仿生風(fēng)扇，將大幅度降低噪音和能源消耗，對(duì)節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)人與自然和諧相處都有著不可估量的現(xiàn)實(shí)意義。

二、翠鳥是一種可愛的小型鳥類，以捕食水中的小魚為生。

但我們都知道，水面會(huì)反射太陽的光線。當(dāng)我們俯瞰水面時(shí)會(huì)受到反射光的影響，看不清水下的情況。如果水是流動(dòng)的或水面受風(fēng)的影響而產(chǎn)生波浪，就更加看不清水下的情況。那么翠鳥是如何對(duì)水下的情況“一目了然”的呢？答案就藏在翠鳥的眼睛里。翠鳥的眼睛與人類相比除了大小差別很大外，結(jié)構(gòu)也存在著巨大差異。翠鳥的眼睛里有一種特殊的細(xì)胞，能夠?yàn)V除太陽光中的藍(lán)色光。而太陽光中的藍(lán)光是導(dǎo)致我們看不清水面的主要光線，所以，翠鳥可以輕而易舉的看清水下的情況。而人類的眼睛中沒有這種特殊的細(xì)胞，所以我們看不清水下的情況。

翠鳥眼睛的特殊功能對(duì)我們?nèi)祟愑惺裁磫⑹灸兀?科學(xué)家仿照翠鳥的眼睛制造了一臺(tái)仿生學(xué)攝像機(jī)，這臺(tái)攝像機(jī)除了具有傳統(tǒng)攝像機(jī)的攝像功能外，還有一個(gè)特殊功能，那就是能夠?yàn)V除太陽光中的任何一種光線。顯然，這臺(tái)仿生攝像機(jī)的功能比翠鳥的眼睛還要強(qiáng)大。為了驗(yàn)證這臺(tái)攝像機(jī)的功能，科學(xué)家們做了對(duì)比試驗(yàn)。將傳統(tǒng)攝像機(jī)安放在直升機(jī)上對(duì)波濤洶涌的大海進(jìn)行航拍，得到的圖像很單一，監(jiān)視器上僅僅出現(xiàn)了藍(lán)色的海浪。而將仿翠鳥眼睛攝像機(jī)安放在直升機(jī)上對(duì)同一海域進(jìn)行航拍時(shí)，監(jiān)視器上出現(xiàn)了不一樣的情景：這片海域有兩頭海豚和三頭座頭鯨，其中有一頭是幼鯨。這樣的結(jié)果令科學(xué)家喜出望外。有了這樣的攝像機(jī)，科學(xué)家們就有可能對(duì)鯨類的覓食、遷徙、繁殖等習(xí)性進(jìn)行跟蹤研究，從而保護(hù)這類瀕危物種。這對(duì)維護(hù)海洋的生態(tài)平衡、保護(hù)物種多樣性具有巨大的意義。當(dāng)然，筆者不希望這種高端產(chǎn)品落入日本的捕鯨者手里，否則，后果不堪設(shè)想！

三、兀鷲是世界上最大的食腐鳥類，專門吃死去的動(dòng)物的尸體。

兀鷲可以在空中飛行數(shù)小時(shí)尋找動(dòng)物的尸體而不會(huì)疲憊。其他種類的鳥類要想做到這一點(diǎn)就必須消耗大量的能量，而兀鷲飛行同樣的時(shí)間所消耗的能量卻很少?？茖W(xué)家們通過觀察發(fā)現(xiàn)，兀鷲在飛行時(shí)翅膀幾乎是不動(dòng)的，它們主要是靠上升氣流為其飛行提供足夠的升力。與其說兀鷲是在空中飛行，還不如說兀鷲是在空中滑翔。兀鷲能夠做到這一點(diǎn)，除了兀鷲的翅膀十分寬大外，翅膀的形狀也起到了很大的作用。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，兀鷲在空中飛行時(shí)幾乎不需要振動(dòng)翅膀，這就意味著這種飛行方式幾乎不用消耗能量。這就解釋了兀鷲在空中長(zhǎng)時(shí)間飛行而不會(huì)疲憊的原因。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)。科學(xué)家們制造了一艘仿生小型載人潛艇。這艘潛艇與傳統(tǒng)潛艇的區(qū)別是加裝了仿兀鷲翅膀的結(jié)構(gòu)，類似于飛機(jī)的機(jī)翼。這一看似簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)卻給這艘潛艇提供了相當(dāng)大額外的動(dòng)力，可以使這艘潛艇借助于洋流在海水中“滑翔”。也就是說，在加裝相等的燃料的情況下，仿生潛艇的續(xù)航里程是傳統(tǒng)潛艇的幾倍。這就為科學(xué)家進(jìn)行海洋科研提供了便利。

以前，科學(xué)家們對(duì)某一海域的海底進(jìn)行研究時(shí)，必須先到達(dá)指定海域，然后釋放科研潛艇，而且，必須受時(shí)間的限制。因?yàn)閭鹘y(tǒng)潛艇的續(xù)航里程實(shí)在是有限。為此，科學(xué)家們不得不放棄很多馬上就要觀察到的現(xiàn)象，這對(duì)科研是很大的影響。而新型仿生科研潛艇就完美的解決這一難題。利用這種潛艇進(jìn)行科研不必非要到達(dá)預(yù)定海域，在水下潛行也幾乎不受時(shí)間的限制。這就為某些特殊的海洋科研的開展提供了便利。

比如，利用這種潛艇可以長(zhǎng)時(shí)間地觀察珊瑚礁周邊的生物活動(dòng)情況；可以潛入更深的海里觀察深海生物的活動(dòng)規(guī)律等。這對(duì)人類認(rèn)識(shí)海洋，保護(hù)海洋，開發(fā)利用海洋都有著不可估量的意義。造物主的神奇給人類以巨大的啟迪，仿生學(xué)的研究也才剛剛開始。向動(dòng)物學(xué)習(xí)，我們還有很長(zhǎng)的路要走。

第四篇：眼睛與仿生學(xué)教案[小編推薦]

眼睛與仿生學(xué)教案

一、教學(xué)目標(biāo)

（一）了解課文提及的人和動(dòng)物的眼睛構(gòu)造與功能的特點(diǎn)及其與仿生學(xué)的關(guān)系。

（二）理解本文的說明順序，掌握分類、舉例、比較等說明方法。辨識(shí)分析說明與綜合說明。

（三）領(lǐng)會(huì)說明文語言的科學(xué)性、準(zhǔn)確性。

（四）培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科普讀物的閱讀興趣，使學(xué)生初步具備獨(dú)立閱讀和分析科普讀物的能力。

二、難點(diǎn)、重點(diǎn)分析

（一）本文是按什么樣的說明順序進(jìn)行說明的？

分析：本文說明順序是由一般到特殊、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜。視覺仿生的依據(jù)是眼睛，而人們最熟悉、印象最深的，便是人的眼睛。所以，作者從人眼的構(gòu)造與功能及其在仿生學(xué)中的意義談起，然后再談一些動(dòng)物的眼睛及其特殊功能。這樣的說明順序易于為讀者理解。從眼睛的構(gòu)造來說，一般眼睛的構(gòu)造比復(fù)眼要簡(jiǎn)單，所以作者先從一般眼睛談起，然后再介紹復(fù)眼的構(gòu)造及其在仿生學(xué)中的意義。這樣由淺入深地說明事物，符合人們的認(rèn)識(shí)規(guī)律。本文的分析說明基本上有三個(gè)步驟：先說明某種眼睛的某種特點(diǎn)，然后說明仿生學(xué)意義，最后講應(yīng)用及科研情況。眉目很清楚。

課文的整體結(jié)構(gòu)采用的是“總-分-總”的形式。開頭1～3段是引言部分，總提人眼和動(dòng)物眼睛在構(gòu)造和功能上有許多特殊之處，從中得到的啟示對(duì)發(fā)展現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)有重要意義。第4～14段是文章的主體部分，分別介紹了人眼和幾種動(dòng)物眼睛在仿生學(xué)上的作用。這一部分可分為兩個(gè)層次：第一層次（第4～9段），談人眼以及動(dòng)物一般眼睛的研究及其意義；第二層次（第10～14段）談復(fù)眼的研究及其意義。最后第15、16段，概括出仿生學(xué)的定義，指出它的任務(wù)，并介紹了它的研究范圍、類別和發(fā)展重點(diǎn)。

（二）本文語言有什么特色？

分析：本文的語言特色是準(zhǔn)確、嚴(yán)密和簡(jiǎn)明，用詞注意分寸，決不含糊其詞更不任意夸大。比如談到有關(guān)視覺仿生學(xué)的研究成果時(shí)，模仿象鼻蟲眼睛的特殊功能而制成的“地速計(jì)”，根據(jù)蜜蜂的眼睛能看到偏振光的原理而制成的“偏光天文羅盤”，模仿蜻蜓等昆蟲的復(fù)眼的特殊結(jié)構(gòu)而制成的“復(fù)眼透鏡”等，都是已經(jīng)取得成果并已在實(shí)踐中應(yīng)用的，所以說明時(shí)用“制成了”；并且分別用“已”、“已經(jīng)”等表示過去時(shí)態(tài)的副詞，表示這些科研成果已被運(yùn)用在航海、航空、印刷等方面。對(duì)于目前還只取得初步成果的，如“電子位置傳送器”、“電子蛙眼”等，則在“研制成了”后面分別用“進(jìn)一步完善”、“不斷改進(jìn)”這樣的詞語加以補(bǔ)充說明，既肯定了已取得的成功，又表示了還有待繼續(xù)努力改進(jìn)。而目前還處于設(shè)想階段、并未取得多少實(shí)際成效的，如關(guān)于鷹眼視野特別廣闊的特殊功能的研究，文章連用三個(gè)“如果”來加以說明，這就明確告訴讀者，這個(gè)科研項(xiàng)目目前尚處在設(shè)想、探索階段。這樣介紹，如實(shí)地反映了視覺仿生的現(xiàn)狀，符合說明文的科學(xué)性原則。本文還較多地運(yùn)用了術(shù)語。

（三）本課使用了哪幾種說明方法？ 分析：

（1）舉實(shí)例與作比較兩種方法交錯(cuò)運(yùn)用。例如說明“研究、認(rèn)識(shí)眼睛的各種構(gòu)造和功能”，“對(duì)發(fā)展現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)有重要的意義”，就列舉人眼為例。為了說明人眼的仿生學(xué)意義，又把人眼的結(jié)構(gòu)功能與照相機(jī)作比較。說明了人眼的信息加工傳輸功能的仿生學(xué)意義。

又例如為了說明研究、認(rèn)識(shí)眼睛的構(gòu)造功能對(duì)發(fā)展現(xiàn)代科技有重要意義，還以蜻蜓復(fù)眼為例。為了說明蜻蜓復(fù)眼特殊結(jié)構(gòu)功能，又把蜻蜓復(fù)眼與人眼作比較，說明蜻蜓的眼睛沒有人眼的那種眼球，也不能轉(zhuǎn)動(dòng)，而是靠頭部的轉(zhuǎn)動(dòng)朝向物體；接著具體介紹蜻蜓復(fù)眼的構(gòu)造功能，說明復(fù)眼構(gòu)造精巧、功能奇異；接著又與人眼比較，說明復(fù)眼在某些方面為人眼所不及。

舉實(shí)例是為了說明觀點(diǎn)或道理，而作比較則使得實(shí)例更加特征鮮明，更加強(qiáng)了“實(shí)例”說明觀點(diǎn)、道理的作用。

（2）下定義。定義是以簡(jiǎn)練的語言揭示概念內(nèi)涵的可靠方法，在本篇課文中使用多次，如下列五例：

①探索人和動(dòng)物眼睛奧秘的仿生學(xué)研究工作，稱為視覺仿生。②由幾十至幾萬個(gè)獨(dú)立小眼構(gòu)成的眼睛，叫做“復(fù)眼”。③具有偏振現(xiàn)象的光叫做偏振光。

④仿生學(xué)是在生物科學(xué)與技術(shù)科學(xué)之間發(fā)展起來的，它的任務(wù)是用生物體結(jié)構(gòu)與功能的原理，去改善現(xiàn)有的或創(chuàng)造新型的機(jī)械系統(tǒng)、儀器設(shè)備、建筑結(jié)構(gòu)和工藝過程。

⑤太陽光本來是自然光，它的振動(dòng)均勻地分布在各個(gè)方向上。但是當(dāng)它穿過大氣層時(shí)，由于受到大氣分子和塵埃顆粒等的散射，它的振動(dòng)就只分布在某個(gè)方向上，或者在某個(gè)方向上的振動(dòng)占了優(yōu)勢(shì)。這種現(xiàn)象叫做光的偏振現(xiàn)象。

以上五個(gè)定義，按照下定義的方法分為兩類，前三個(gè)屬于一類，叫做“屬加種差定義”，后兩個(gè)屬于另一類，叫做“發(fā)生定義”。（注：這兩種下定義方法的名稱，略知即可。）

（3）列數(shù)據(jù)。在說明人眼從外界獲得的信息比其他感覺器官多時(shí)，采用了列數(shù)據(jù)的方法：“據(jù)研究，從外界進(jìn)入人腦的信息，有百分之九十以上來自眼睛?！?在說明由于受到視野和視敏度的限制，在高空飛行的飛行員單憑肉眼很難發(fā)現(xiàn)和識(shí)別地面目標(biāo)時(shí)，也采用下列數(shù)據(jù)的方法：“例如飛行員在六千米高空作水平飛行時(shí)，飛行員只能看到兩側(cè)八九公里和前方一二十公里狹窄范圍內(nèi)的地面。即使在這個(gè)區(qū)域里，對(duì)比較大的目標(biāo)也不是總能準(zhǔn)確無誤地發(fā)現(xiàn)和識(shí)別的?！边@段話是在舉實(shí)例之中，兼用了列數(shù)據(jù)的方法。

（4）分析與綜合。課文（1～3）段綜合說明眼睛的重要作用、基本功能以及仿生學(xué)意義；（4～14）段則是分析說明眼睛的仿生學(xué)意義，先把眼睛分成“單眼”與“復(fù)眼”，再把“單眼”分成人眼、蛙眼、鷹眼分別加以說明，把“復(fù)眼”分為蜻蜓眼、象鼻蟲眼、蜜蜂眼等分別加以說明；（15～16）段又綜合說明仿生學(xué)的任務(wù)、什么是視覺仿生學(xué)等。分析說明必須建立在對(duì)所說明的對(duì)象科學(xué)分類的基礎(chǔ)上，因而也必須遵循分類的規(guī)則，即每次分類只能使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

（四）說明文的語言要求做到準(zhǔn)確、嚴(yán)密和簡(jiǎn)明，（板書）先完成“思考和練習(xí)”二，然后再從課文中找出一些例句加以說明。分析：

（1）研制成功了一種叫做“生物-電子位置傳送器”的“人造眼”。（2）人們研制成了一種測(cè)量飛機(jī)著陸時(shí)相對(duì)于地面的飛行速度的儀器--地速計(jì)。（3）制成了一種根據(jù)天空偏振光導(dǎo)航的航海儀器--“偏光天文羅盤”。（4）制成了一種新型光學(xué)元件--“復(fù)眼透鏡”。

以上各句中帶點(diǎn)的詞語說明都是已經(jīng)取得的成果并已在實(shí)踐中應(yīng)用的。

（5）進(jìn)一步完善這種技術(shù)裝置，將可以用來自動(dòng)控制……選擇……還可以控制……

加點(diǎn)詞語既肯定了已取得的成果，又表示了還有待繼續(xù)努力改進(jìn)，而目前處于設(shè)想階段，并未取得多少實(shí)際成效的。

（6）如果我們能夠研制出一種類似鷹眼的搜索、觀測(cè)系統(tǒng)，就能夠擴(kuò)大和提高飛行員的視野和視敏度。

帶點(diǎn)詞語說明這個(gè)科研項(xiàng)目目前尚在設(shè)想、探索階段。

小結(jié)：（對(duì)照板書）本文交錯(cuò)運(yùn)用了舉例和比較以及分析和綜合的說明方法，突出了事物的特征，提高了說明效果，語言做到了準(zhǔn)確、嚴(yán)密和簡(jiǎn)明，體現(xiàn)了說明文的語言特點(diǎn)。

三、教學(xué)過程設(shè)計(jì)

（一）預(yù)習(xí)指導(dǎo)。詞語辨析：

（1）而是先對(duì)圖像進(jìn)行信息加工。

（2）感覺細(xì)胞把光的刺激轉(zhuǎn)換成一種電信號(hào)。（3）各種構(gòu)造不同的眼睛，功能又有特殊的地方。（4）主要是因?yàn)樗ㄍ埽┯幸浑p機(jī)能優(yōu)異的大眼睛。

（5）從出示給它的各種形狀的物體當(dāng)中，識(shí)別出類似蒼蠅等昆蟲形狀的物體。

（6）而這種方向與太陽的位置有確定的關(guān)系，所以蜜蜂能夠隨時(shí)辨別太陽的方位。

提示：①“信息”，是指眼睛把外界光的刺激，轉(zhuǎn)換成符號(hào)。由于來自外界的刺激，所以符號(hào)是預(yù)先所不知道的。②“信號(hào)”，這里指?jìng)鬟f外界刺激的電波。③“功能”，指眼睛所發(fā)揮的作用。④“機(jī)能”，指眼睛本身的作用和活動(dòng)能力。⑤“識(shí)別”，指從不同的物體中，確認(rèn)出所要找的事物。⑥“辨別”辨認(rèn)出。

注：培養(yǎng)學(xué)生在具體的語境中理解詞義的能力。如“信息”，詞典的解釋是“信息論中指用符號(hào)傳送的報(bào)道”，在①句中不能生硬搬用，抽取“用符號(hào)傳送”這一要點(diǎn)，結(jié)合句中“加工”一詞，改作（把外界光的刺激）“轉(zhuǎn)換成符號(hào)”，學(xué)生便容易理解。

（二）教學(xué)課文。

1．齊讀第1自然段，然后指名回答問題。（1）這段話是圍繞哪個(gè)詞語來寫的？ 提示：“重要感覺器官”。（2）為什么說它“重要”呢？

提示：比其他感覺器官多得多，有些還是其他器官所不能獲得的，有百分之九十以上的信息來自眼睛。（3）這是什么語段？運(yùn)用了什么說明方法？為什么要用這種說明方法？

提示：這是解證關(guān)系的語段，后面兩句是具體說明第一句的，運(yùn)用了“列數(shù)字”的說明方法，有很強(qiáng)的說服力。此外，這段概括地介紹了眼睛的作用，是“綜合”寫法。

2．指名朗讀第2自然段。其余同學(xué)邊聽邊思考下列問題，然后討論。（1）這一段是怎樣介紹眼睛的基本功能的？

提示：先運(yùn)用“綜合”的方法，總的說明眼睛的功能，然后用“分析”的方法，按先后順序說明為什么眼睛有這種功能。

（2）按思考過程來看，一般是先分析，后綜合，可是“再經(jīng)過大腦的綜合分析”，這一句卻把二者的次序調(diào)換了，你怎么理解？

提示：這句話說的不是“思維過程”，而是對(duì)信號(hào)的處理過程。是把源源而來的信號(hào)加以處理（綜合），然后再加以區(qū)別、分類（分析）。3．教師范讀第1、2、3段，每讀一段，由學(xué)生歸納一段的段意，最后歸納第一部分的意思。板書：第一部分： ①眼睛的重要作用。②眼睛的基本功能。③眼睛在仿生學(xué)的意義。

討論：本文的題目是《眼睛與仿生學(xué)》，從扣題來看，對(duì)并列短語作題目的文章，應(yīng)著重介紹兩者的情況，現(xiàn)在只介紹“眼睛”，卻不介紹“仿生學(xué)”。作者為什么要這樣寫呢？

提示：“仿生學(xué)”“屬于一門新興邊緣科學(xué)”，要具體介紹并讓讀者懂得、理解，不是三言兩語便成的，如果過多介紹它，必然使文章又冗長(zhǎng)又枯燥。文章并非沒有扣題，第3段的末尾兩句其實(shí)已扣“仿生學(xué)”的范疇，不過不用“仿生學(xué)”這一術(shù)語罷了。這樣處理，第一、第二部分銜接自然得多了。

4．學(xué)生復(fù)述第4～14段。

提示：要求學(xué)生把眼睛的功能和研究成功或正在研究的新科學(xué)技術(shù)準(zhǔn)確地復(fù)述出來。5．教師把〔思考和練習(xí)〕二的1～4題用投影膠片或小黑板顯示出來，要求學(xué)生在黑板上完成，不能看書，可根據(jù)“復(fù)述”時(shí)的領(lǐng)會(huì)做。做完后再打開書，對(duì)照檢查。

6．齊讀第4、5段。討論下面問題：（1）照相機(jī)的發(fā)明算不算仿生學(xué)的內(nèi)容？

提示：不算。理由是：“（人眼）跟照相機(jī)只是把外界景物的圖像映在照相軟片上不同?！币簿褪钦f，照相機(jī)并沒有從人眼的“功能有特殊的地方”（見第3段）得到啟示去研制出來。（2）文章用照相機(jī)這一事物有什么作用？

提示：先點(diǎn)明人眼與照相機(jī)在光學(xué)系統(tǒng)上類似，是類比說明，點(diǎn)明兩者有可比的條件。用照相機(jī)主要是說明人眼和它不同，是比較說明。（3）又說人眼與照相機(jī)相類似，又說人眼與照相機(jī)不同，這不是矛盾嗎？

提示：人眼與照相機(jī)在光學(xué)系統(tǒng)上相似，但人眼的視網(wǎng)膜與照相機(jī)的軟片功能不同。照相機(jī)的軟片只能把像錄下來，而人眼的視網(wǎng)膜卻能進(jìn)行信息加工。板書：

人眼 對(duì)圖像進(jìn)行信息加工

教師點(diǎn)明：這就是人眼的功能特殊之處。

（4）這種信息加工原理對(duì)“仿生學(xué)”有什么啟示呢？齊讀：“對(duì)于改進(jìn)某些機(jī)器的輸入裝置和自動(dòng)控制系統(tǒng)的傳送器，研制新型跟蹤和發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)，都具有十分重要的參考價(jià)值。” 板書（接上段的板書）：

人眼 對(duì)圖像進(jìn)行信息加工 對(duì)于改進(jìn)輸入裝置和自動(dòng)控制系統(tǒng)的傳送器，研制跟蹤和發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)有十分重要的參考價(jià)值。--說明了人眼與仿生學(xué)的關(guān)系。

（5）提問：人眼還有什么功能特殊的地方？

提示：可以對(duì)比周圍的景物，使人感知自身的運(yùn)動(dòng)和位置狀態(tài)，確定物體的距離、形狀和相對(duì)大小。

7．齊讀第6～第8段，然后討論下列問題：（1）蛙眼的功能特殊的地方是什么？

提示：“對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體簡(jiǎn)直是'明察秋毫'，而對(duì)靜止不動(dòng)的物體卻'視而不見'。”（2）上面這句話所用的說明方法是什么？ A比較 B分類 C引用 D打比方

（3）對(duì)“就是靠這套本領(lǐng)，青蛙才能準(zhǔn)確地捕食物和逃避敵害，在地球上生存了二百萬年之久”一句的理解，正確的一項(xiàng)是： A．用具體數(shù)字說明青蛙生存時(shí)間的長(zhǎng)久。B．運(yùn)用列數(shù)字的說明方法，說明青蛙眼睛的特殊功能。C．運(yùn)用列數(shù)字的說明方法，說明青蛙的眼睛的重大作用。D．以青蛙生活年代的久遠(yuǎn)，說明青蛙眼睛機(jī)能的優(yōu)異。

提示：答案是D。A強(qiáng)調(diào)“生存時(shí)間的久遠(yuǎn)”，不是本文說明的內(nèi)容。B說“運(yùn)用列數(shù)字的說明方法”來說明蛙眼的特殊功能，也不恰當(dāng)。C同B一樣“運(yùn)用列數(shù)字的說明方法”來說明蛙眼，是不恰當(dāng)?shù)模@也不是說明蛙眼的作用。

（4）蛙眼在仿生學(xué)上有什么啟示？

提示：用到雷達(dá)系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確地把預(yù)定要搜索的目標(biāo)同其他物體分開，同背景分開，提高雷達(dá)系統(tǒng)的抗干擾能力，還可把真假導(dǎo)彈區(qū)分開來。

（5）人眼和蛙眼的結(jié)構(gòu)一樣，為什么先講人眼再講蛙眼，而不先講蛙眼再講人眼呢？

A．因?yàn)椤叭藶槿f物之靈”，按先主要后次要來選材、組材。

B．因?yàn)槿藗儗?duì)照相機(jī)比較熟悉，而看過科教片《保護(hù)青蛙》的人不多。

C．因?yàn)槿搜凼侨藗冏钍煜ぁ⒂∠笞钌畹?，讀者易于理解。D．這樣能由淺入深地說明事物，又符合人們的認(rèn)識(shí)規(guī)律。

提示：答案為C。主要是因人們對(duì)自己的眼睛較熟悉，易于理解。作者這樣選材，符合人們認(rèn)識(shí)事物先認(rèn)識(shí)熟悉的，而后認(rèn)識(shí)陌生的這樣的規(guī)律，但這不是由淺入深的規(guī)律，因?yàn)槿搜叟c蛙眼，無所謂誰淺誰深的問題。A、B離開說明對(duì)象的本質(zhì)，泛泛而談。板書：

8．指定三名學(xué)生分讀“人眼”、“蛙眼”和“鷹眼”中有關(guān)功能的部分，其余學(xué)生邊聽邊思考，參照說明功能的構(gòu)思示意表理解。（見下表）類別 引入的方式 功能的說明 人眼 照相機(jī)--同中求異

鷹眼 人眼遇到的難題 視野廣闊 蛙眼 看科教片--機(jī)能優(yōu)異

從表中可看出：說明相同的內(nèi)容（眼睛的功能特點(diǎn)），運(yùn)用了不同的寫法，因而文章顯得生動(dòng)活潑，枯燥的說明文也能使人讀出滋味來。應(yīng)注意學(xué)習(xí)這樣的手法，寫好說明文。

從表中還可看出：并列說明對(duì)象的橫式結(jié)構(gòu)，不用作者特意說明，讀者將會(huì)把它們的內(nèi)容加以比較，加深印象。9．討論：鷹眼功能特征的說明，用了什么說明方法？作用是什么？對(duì)仿生學(xué)有什么啟示？

提示：①比較說明方法；②舉數(shù)字說明方法；更好地理解鷹眼功能；借助鷹眼功能的啟示，解決人眼所不能解決的難題。雖然“電子鷹眼”和“鷹眼系統(tǒng)”還是在受到啟示階段，但已給問題的解決帶來了希望。10．提問：第10段開頭的那句話，在文章中起什么作用？

提示：起承上啟下的作用：即由對(duì)“一般眼睛”的說明轉(zhuǎn)入到對(duì)“復(fù)眼”的說明，它概括了第10～14段的內(nèi)容。

11．指名學(xué)生朗讀第10段，其余同學(xué)留心聽。然后用投影膠片或小黑板顯示：

__________________因此，復(fù)眼已成為人們極感興趣的研究對(duì)象，給了人們種種有益的啟示。

問：空缺處應(yīng)選用下面的哪一項(xiàng)呢？

A．復(fù)眼跟人眼、蛙眼、鷹眼的結(jié)構(gòu)不同。B．復(fù)眼構(gòu)造精巧，功能奇異。

C．復(fù)眼是由幾千至幾萬個(gè)獨(dú)立小眼構(gòu)成的。D．由于復(fù)眼的每個(gè)小眼都能看到東西。

提示：答案為B。本文的思路是：抓住對(duì)人和各種動(dòng)物眼睛的構(gòu)造與功能的介紹談它們對(duì)仿生學(xué)的啟示。只有B這一項(xiàng)符合。

12．用投影膠片（或小黑板）顯示“象鼻蟲根據(jù)各個(gè)小眼看到同一個(gè)物體的時(shí)間差以及自身在此期間飛過的距離，可以很快地'計(jì)算'出它相對(duì)于地面的飛行速度”。要求學(xué)生不看書，對(duì)這句話提出問題，并加以討論。

可能提出的問題有：

①“計(jì)算”這個(gè)詞語為什么要加引號(hào)？

②象鼻蟲各個(gè)小眼為什么不是同時(shí)看到同一個(gè)物體的？ ③“相對(duì)于地面”中的“相對(duì)”是什么意思？

讓學(xué)生翻開書本，他們馬上可解決第2題“它的眼睛是復(fù)眼，呈半球形，許多小眼排列在曲面上?！苯處熤赋?，這說明象鼻蟲復(fù)眼構(gòu)造的精巧。

對(duì)第1題的解釋是：作者為了說明象鼻蟲復(fù)眼功能的奇異，有意用了擬人手法，這樣才容易把功能特性給仿生學(xué)的啟示通俗易懂地介紹出來，對(duì)第3題，則可解釋為“以（地面）作標(biāo)準(zhǔn)而變化”。

13．提問：蜻蜓和蒼蠅的復(fù)眼有什么功能？根據(jù)這一種功能研制出什么儀器？

提示：“這種復(fù)眼的角膜是由許許多多個(gè)六角形的小眼角膜排列構(gòu)成的”，只放一個(gè)目標(biāo)在角膜前，但“通過角膜卻可以看到許許多多”相同的像。制成了復(fù)眼透鏡。

14．結(jié)合〔思考與練習(xí)〕一，談?wù)劚疚恼f明事物用綜合說明與分析說明的情況。

提示：本文第一部分說明眼睛的重要，它的作用和它與仿生學(xué)的關(guān)系，是綜合說明。第二部分是按橫向排列，分別介紹六種眼睛的情況，和與仿生學(xué)的關(guān)系，是分析說明。第三部分則是綜合全文內(nèi)容，在讀者已有大量感性認(rèn)識(shí)的情況下，提高到理性認(rèn)識(shí)的高度，這又是綜合說明。

在分析每一類眼睛的情況時(shí)，也是有分析，有綜合的。如“人眼”，先分析人眼與照相機(jī)的情況，然后綜合出人眼的特點(diǎn)；又如，先對(duì)蜻蜓的眼睛進(jìn)行由表及里的分析，再綜合出復(fù)眼的定義。

分析說明，能使讀者對(duì)被說明的事物的性質(zhì)、狀態(tài)、原由、作用等有一個(gè)比較具體、深刻的了解。綜合說明，是在分析說明的基礎(chǔ)上進(jìn)行歸納、小結(jié)，使分析說明的內(nèi)容抽象化，使讀者對(duì)被說明的事物有一個(gè)較完整的、較準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。當(dāng)然先分析、后綜合或先綜合、后分析都可以，反正互相配合使用便是。

第五篇：仿生學(xué)與新材料

仿生學(xué)與新材料

摘要：自然界生物在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過程中優(yōu)勝劣汰，為了生存、自衛(wèi)、競(jìng)爭(zhēng)和發(fā)展的需要，強(qiáng)化了許多優(yōu)異的結(jié)構(gòu)和特殊功能，值得人們很好地借鑒并發(fā)揮。仿生學(xué)是指模仿生物建造技術(shù)裝置的科學(xué)，它是在上世紀(jì)中期才出現(xiàn)的一門新的邊緣科學(xué)。仿生學(xué)研究生物體的結(jié)構(gòu)、功能和工作原理，并將這些原理移植于工程技術(shù)之中，發(fā)明性能優(yōu)越的儀器、裝置和機(jī)器，創(chuàng)造新技術(shù)。從仿生學(xué)的誕生、發(fā)展，到現(xiàn)在短短幾十年的時(shí)間內(nèi)，它的研究成果已經(jīng)非?？捎^。仿生學(xué)的問世開辟了獨(dú)特的技術(shù)發(fā)展道路，也就是向生物界索取藍(lán)圖的道路，它大大的開闊了人們的眼界，顯示了極強(qiáng)的生命力。關(guān)鍵詞：仿生學(xué) 仿生設(shè)計(jì) 軍事 能源

1.引言

早在遠(yuǎn)古時(shí)期，人類就從自然生態(tài)系統(tǒng)中領(lǐng)悟到自身生存、發(fā)展和進(jìn)步的真諦，蒙昧?xí)r代進(jìn)入文明時(shí)代就是在模仿和適應(yīng)自然規(guī)律的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。回顧世界文明史，人們很早就留下了模仿自然生態(tài)的痕跡，人首龍身、羽化飛升等大量事例記述了人們對(duì)自然生命形態(tài)和功能創(chuàng)造性的模仿。

人類師法自然思維由來已久，這便促成了仿生學(xué)的誕生。仿生學(xué)是研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以為工程技術(shù)提供新的設(shè)計(jì)思想及工作原理的科學(xué)，屬于生物科學(xué)與技術(shù)科學(xué)之間的邊緣學(xué)科，其目的就是分析生物過程和結(jié)構(gòu)，并將結(jié)果用于未來的設(shè)計(jì)。

仿生學(xué)思想是建立在自然進(jìn)化和共同進(jìn)化基礎(chǔ)上的，人類所從事的技術(shù)就是為使其達(dá)到互相間的協(xié)調(diào)，而模擬生物適應(yīng)環(huán)境的功能無疑是一個(gè)好途徑，恰似“橋 梁”和“紐帶”，連接著生物科學(xué)與技術(shù)科學(xué)[1]。人們向生物系統(tǒng)索取設(shè)計(jì)藍(lán)圖，使軍事、化工、機(jī)械、建筑等科學(xué)領(lǐng)域發(fā)生了根本性的變化，新事物層出不窮：從雪 地行走的企鵝，人們發(fā)現(xiàn)了越野汽車；利用六角形結(jié)構(gòu)蜜蜂窩，生產(chǎn)出了蜂窩材料；從青蛙突出的眼睛，制造電子蛙眼；由令人討厭的蒼蠅，仿制成功一種十分奇特的小型氣體分析儀。已經(jīng)被安裝在宇宙飛船的座艙里，用來檢測(cè)艙內(nèi)氣體的成分；仿照水母耳朵的結(jié)構(gòu)和功能，設(shè)計(jì)了水母耳風(fēng)暴預(yù)測(cè)儀，能提前15小時(shí)對(duì)風(fēng)暴作出預(yù)報(bào)，對(duì)航海和漁業(yè)的安全都有重要意義。根據(jù)蝙蝠超聲定位器的原理，人們還仿制了盲人用的“探路儀”，這種探路儀內(nèi)裝一個(gè)超聲波發(fā)射器，盲人帶著它可以發(fā)現(xiàn)電桿、臺(tái)階、橋上的人等。如今，有類似作用的“超聲眼鏡”也已制成。

在工業(yè)化進(jìn)程加速的基礎(chǔ)上，仿生學(xué)已被廣泛應(yīng)用到社會(huì)生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面，仿生學(xué)的相關(guān)設(shè)計(jì)開始占據(jù)舉足輕重的地位，人們由此得出仿生設(shè)計(jì)學(xué)（Bionics Design）[2]。仿生設(shè)計(jì)學(xué)是在仿生學(xué)和設(shè)計(jì)學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興學(xué)科，它與原有的仿生學(xué)成果應(yīng)用不同，是以自然界萬事萬物的“形”“色”“音” “功能”“結(jié)構(gòu)”等為研究對(duì)象，同時(shí)結(jié)合仿生學(xué)的研究成果，為設(shè)計(jì)提供新的原理和方法。從某種意義講，仿生設(shè)計(jì)學(xué)可以說是仿生學(xué)的延續(xù)和發(fā)展，作為人類社 會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)與自然界的契合點(diǎn)，正逐漸成為設(shè)計(jì)發(fā)展過程中新的亮點(diǎn)。2.仿生學(xué)的研究范圍

仿生學(xué)的研究范圍非常廣闊主要包括：力學(xué)仿生、分子仿生、能量仿生、信息與控制仿生等。

力學(xué)仿生，是研究并模仿生物體大體結(jié)構(gòu)與精細(xì)結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)性質(zhì)，以及生物體各組成部分在體內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)和生物體在環(huán)境中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。例如，建筑上模仿貝殼修造的大跨度薄殼建筑，模仿股骨結(jié)構(gòu)建造的立柱，既消除應(yīng)力特別集中的區(qū)域，又可用最少的建材承受最大的載荷。軍事上模仿海豚皮膚的溝槽結(jié)構(gòu)，把人工海豚皮包敷在船艦外殼上，可減少航行揣流，提高航速。

分子仿生，是研究與模擬生物體中酶的催化作用、生物膜的選擇性、通透性、生物大分子或其類似物的分析和合成等。例如，在搞清森林害蟲舞毒蛾性引誘激素的化學(xué)結(jié)構(gòu)后，合成了一種類似有機(jī)化合物，在田間捕蟲籠中用千萬分之一微克，便可誘殺雄蟲。

能量仿生，是研究與模仿生物電器官生物發(fā)光、肌肉直接把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能等生物體中的能量轉(zhuǎn)換過程。信息與控制仿生，是研究與模擬神經(jīng)元與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、以及高級(jí)中樞的智能活動(dòng)等方面生物體中的信息處理過程。例如,根據(jù)象鼻蟲視動(dòng)反應(yīng)制成的“自相關(guān)測(cè)速儀”可測(cè)定飛機(jī)著陸速度。根據(jù)鱟復(fù)眼視網(wǎng)膜側(cè)抑制網(wǎng)絡(luò)的工作原理，研制成功可增強(qiáng)圖像輪廓、提高反差、從而有助于模糊目標(biāo)檢測(cè)的—些裝置。已建立的神經(jīng)元模型達(dá)100種以上，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造出新型計(jì)算機(jī)。模仿人類學(xué)習(xí)過程，制造出一種稱為“感知機(jī)”的機(jī)器，它可以通過訓(xùn)練，改變?cè)g聯(lián)系的權(quán)重來進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而能實(shí)現(xiàn)模式識(shí)別。此外，它還研究與模擬體內(nèi)穩(wěn)態(tài)，運(yùn)動(dòng)控制、動(dòng)物的定向與導(dǎo)航等生物系統(tǒng)中的控制機(jī)制，以及人-機(jī)系統(tǒng)的仿生學(xué)方面。我們可以從不同的角度多方面研究仿生學(xué)的原理與方法，更好的應(yīng)用仿生法。3.仿生學(xué)的應(yīng)用

3.1仿生學(xué)在軍事上的應(yīng)用

隨著時(shí)代發(fā)展與變化，軍事仿生設(shè)計(jì)越來越受到人們的關(guān)注。在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過程中，生物為了生存、自衛(wèi)、競(jìng)爭(zhēng)和發(fā)展的需要，逐漸形成了許多優(yōu)異的結(jié)構(gòu)和特殊功能，值得人們?cè)谲娛卵芯恐泻芎玫亟梃b。軍事仿生學(xué)就是模 仿生系統(tǒng)的原理來建造先進(jìn)軍事裝備技術(shù)系統(tǒng)或者使人造軍事裝備技術(shù)系統(tǒng)具有或類似于生物系統(tǒng)特征的一門科學(xué)。隨著人類科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，軍事仿生學(xué)的研究 范圍越來越廣泛，已經(jīng)滲透到與軍事相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域，只要生物界具有的優(yōu)異之處而軍事裝備上又很需要的，都值得軍事研究人員去揣摩、模仿。

仿生設(shè)計(jì)在軍事上的成功應(yīng)用有很多例子。如貓的眼睛與夜視儀。漆黑的夜晚，貓能清楚地觀察老鼠的一舉一動(dòng)并敏捷地抓住它，其原因在于貓眼的視網(wǎng)膜上具有圓 錐細(xì)胞和圓柱細(xì)胞，圓錐細(xì)胞能感受白晝普通光的光強(qiáng)和顏色，圓柱細(xì)胞能感受夜間的光覺。一般只能在白天活動(dòng)的動(dòng)物如鳥、雞等，它們的視網(wǎng)膜中常常只有圓錐 細(xì)胞；而另一些只能在夜間活動(dòng)的動(dòng)物如貓頭鷹，其視網(wǎng)膜上只有圓柱細(xì)胞。此外，貓眼還有一個(gè)特點(diǎn)，在它感受弱光時(shí)，瞳孔能夠隨著光的不同強(qiáng)度而自動(dòng)調(diào)整。所以，陽光很強(qiáng)時(shí)，你會(huì)看到貓瞇著它的雙眼，瞳孔已縮小成直線般的細(xì)縫，保證只讓少量的光線進(jìn)入瞳孔內(nèi)。而在光線十分微弱的晚上，瞳孔又能放大呈圓形，以 便保證在黑暗中也能看清楚各種物體。軍事科學(xué)家們便模仿貓眼的奧妙研制出了大有用處的微光夜視儀。這就是軍事仿生學(xué)。世界上有許多軍事發(fā)明，也都是科學(xué)家在探 索動(dòng)物奧秘中得到啟迪而設(shè)計(jì)、發(fā)明的。例如：蝴蝶與衛(wèi)星控溫系統(tǒng)。位于太空的人造地球衛(wèi)星，在受到陽光的強(qiáng)烈照射時(shí)，衛(wèi)星表面溫度會(huì)高達(dá)2000度；而在 陰影區(qū)域，衛(wèi)星表面溫度會(huì)下降至零下200℃左右，很容易烤壞或凍壞各種儀器儀表，這曾使航天科學(xué)家傷透了腦筋。后來，科學(xué)工作者從蝴蝶身上受到啟迪，原 來在蝴蝶體表生長(zhǎng)著一層細(xì)小的鱗片，有著調(diào)節(jié)體溫的作用。每當(dāng)陽光直射、氣溫上升時(shí)鱗片自動(dòng)張開，以調(diào)整陽光照射的角度，從而減少對(duì)熱能的吸收；而當(dāng)外界氣溫下降時(shí)，鱗片自動(dòng)閉合，緊貼體表，讓陽光直射鱗片，從而把溫度控制在正常范圍內(nèi)。科學(xué)家為人造地球衛(wèi)星設(shè)計(jì)了一種猶如蝴蝶鱗片般的控溫系統(tǒng)。

仿生設(shè)計(jì)在軍事上的成功應(yīng)用，推動(dòng)了軍事科技的發(fā)展。在當(dāng)今信息時(shí)代，人們對(duì)設(shè)計(jì)的要求和過去不同，既注意功能的優(yōu)良特性，又追求形態(tài)的清新、淳樸，同時(shí)注重個(gè)性[3]。而仿生設(shè)計(jì)本身就是人們?cè)陂L(zhǎng)期向大自然學(xué)習(xí)的過程中，經(jīng)過積累經(jīng)驗(yàn)，選擇和改進(jìn)其功能、形態(tài)，從而來創(chuàng)造更優(yōu)良的人造物。所以，運(yùn)用仿生性思維進(jìn)行軍事方面設(shè)計(jì)，不僅創(chuàng)造功能完備、結(jié)構(gòu)精巧、用材合理、美妙絕倫的軍事化及軍需化物品，而且以生命的象征，讓設(shè)計(jì)回歸自然，增進(jìn)人類與自然和諧統(tǒng)一。

仿生設(shè)計(jì)在軍事上的應(yīng)用有著巨大的潛力和發(fā)展前景，隨著科學(xué)的高速發(fā)展和人們對(duì)自然界認(rèn)識(shí)的不斷提高，將會(huì)有更多的仿生發(fā)明應(yīng)用于軍事科技領(lǐng)域。兩個(gè)領(lǐng) 域的結(jié)合將使軍事研究向著更為科學(xué)和完美的方向發(fā)展，為軍事研究開辟新的空間；同時(shí)，仿生設(shè)計(jì)也擁有了更廣泛的用武之地，為其自身進(jìn)一步發(fā)展壯大奠定了基礎(chǔ)。

3.2仿生學(xué)在新能源上的應(yīng)用

2008年8月Angewandte Chemie雜志報(bào)道了澳大利亞莫納什大學(xué)的利昂·斯皮西亞、羅賓·布里姆布來可比和安妮特·可羅，澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）的格哈德·斯偉格斯和美國(guó)普林斯頓大學(xué)的查爾斯·迪斯莫克斯共同開發(fā)了由一層涂層和維持植物光合作用的基本化學(xué)物質(zhì)——錳組成的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可模擬植物的光合作用，為利用陽光將水分解成氫和氧開辟了一條新途徑。此項(xiàng)技術(shù)突破有望革新制氫工藝，從而利用太陽光大規(guī)模生產(chǎn)清潔的綠色能源——?dú)錃狻９夂献饔檬侵参?、藻類和某些?xì)菌利用葉綠素，在可見光的照射下，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，并釋放出氧氣的生化過程。對(duì)于生物界的幾乎所有生物來說，這個(gè)過程是賴以生存的關(guān)鍵，而在面臨能源和環(huán)境瓶頸的今天，這一過程中的能量轉(zhuǎn)換也為人類提供了極其重要的啟示。由于自然光譜的吸收率等原因，光合作用在多數(shù)植物中效率非常低，通常均低于0.5%。在人工設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，研發(fā)人員借鑒其光反應(yīng)與電子傳遞的機(jī)制，并提高通量轉(zhuǎn)化的效率，使其適于太陽能的轉(zhuǎn)化利用。事實(shí)上，在上述模擬光合作用的研究取得突破前，微生物制氫的已經(jīng)成為了研究熱點(diǎn)。自然界已發(fā)現(xiàn)有類似甲烷菌的制氫菌，但其菌種繁育不如甲烷菌那樣簡(jiǎn)單。若能建立合適的菌種群落，制造氫氣也會(huì)像制造沼氣一樣得到大規(guī)模應(yīng)用。

模擬光合作用制氫或者微生物制氫過程正是仿生學(xué)“向自然學(xué)習(xí)”的思想典型。20世紀(jì)40年代以來，工程技術(shù)領(lǐng)域中出現(xiàn)了調(diào)節(jié)理論，人們開始在一般意義上把生物與機(jī)器進(jìn)行類比，認(rèn)識(shí)到二者包含自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。此后，科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐完全證實(shí)了生物和機(jī)器在許多問題上的共同之處。而控制論則把生物科學(xué)和工程技術(shù)從理論上聯(lián)系起來，成為在原理上溝通生物系統(tǒng)與技術(shù)系統(tǒng)的橋梁，奠定了生物與機(jī)器在控制與通信方面進(jìn)行類比的科學(xué)理論基礎(chǔ)。之后，斯蒂爾提出了仿生學(xué)的研究理念。自上個(gè)世紀(jì)末以來，人們認(rèn)識(shí)到大約35億年的生命演化與協(xié)同進(jìn)化過程優(yōu)化了生物體宏觀與微觀結(jié)構(gòu)，形態(tài)與功能具有無可比擬的優(yōu)越性，仿生學(xué)也因此顯示出巨大的生命力。

從研究模式上看，仿生學(xué)作為模仿生物建造技術(shù)裝置的科學(xué)，是一門新興的邊緣科學(xué)，研究生物體的結(jié)構(gòu)、功能和工作原理，并將這些原理移植于工程技術(shù)之中，發(fā)明性能優(yōu)越的儀器、裝置和設(shè)備，創(chuàng)造新技術(shù)。模擬光合作用制氫過程的例子很好地詮釋了這一點(diǎn)。在植物的光合作用中，錳參與幾種酶系統(tǒng)。由于錳 可以在正二價(jià)和正四價(jià)兩種化合價(jià)之間轉(zhuǎn)換，所以主要在氧化還原和電子轉(zhuǎn)移中發(fā)揮作用。這一思想為斯皮西亞等人的研究提供了啟發(fā)。他們?cè)诖_定錳簇是植物利用水、二氧化碳和陽光制造碳水化合物和氧氣的中心樞紐后，開發(fā)出這種人造錳簇，并利用這些分子的能力將水分解成氫和氧。研究者將一層質(zhì)子導(dǎo)體――Nafion薄膜覆蓋在一個(gè)電極上，形成一層僅幾微米厚的聚合體膜，這層聚合體膜充當(dāng)錳簇的載體。錳在正常情況下不溶解于水，但可以和Nafion薄膜小孔中的催化劑結(jié)合，形成不易分解的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，當(dāng)水到達(dá)此催化劑時(shí)，在陽光的照射下便發(fā)生氧化反應(yīng)。

在能源和環(huán)境領(lǐng)域，這一技術(shù)顯示了仿生技術(shù)的巨大應(yīng)用潛力和價(jià)值。初步測(cè)試表明，此催化劑連續(xù)使用3天之后還有活性，由此分解出來的氫氣和氧氣可以在燃料電池中結(jié)合成水，產(chǎn)生電力供住宅和電動(dòng)車全天24小時(shí)使用，且不排放碳而是排放水。雖然此系統(tǒng)的效率還有待提高，但研究者可以不斷地從自然界中學(xué)習(xí)，使之更為高效，從而使氫這一能效高且沒有碳排放的綠色清潔能源為未來社會(huì)所用。

生物體的電子傳遞過程在能源仿生技術(shù)上的另一重點(diǎn)研究領(lǐng)域是生物發(fā)光。生物發(fā)光和光合作用都是“電子傳遞”現(xiàn)象，而從某個(gè)角度上看，生物發(fā)光可以看作是光合作用的逆反應(yīng)。光合作用是綠色植物吸取環(huán)境中的二氧化碳和水分，在葉綠體中，利用太陽光能合成碳水化合物，同時(shí)放出氧氣。光能從水分子上釋放電子，并把電子加到二氧化碳上，產(chǎn)生碳水化合物，這是一個(gè)還原過程。光合作用把光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能，而生物發(fā)光是電子從熒光素分子上脫下來和氧化合，形成水，產(chǎn)生光。生物發(fā)光是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變成光能。生物光作為冷光源，具有效能高、效率大、不發(fā)熱、不產(chǎn)生其它輻射、不會(huì)燃燒、不產(chǎn)生磁場(chǎng)等特點(diǎn)，對(duì)于手術(shù)室、實(shí)驗(yàn)室、易燃物品庫房、礦井以及水下作業(yè)等，都是一種安全可靠的理想照明光源。通過模仿發(fā)光生物把一種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量，制造冷光板使其不需要復(fù)雜的電路和電力，就能白天吸收太陽光，晚上再將光能釋放。人們先是從發(fā)光生物中分離出純熒光素，后來又分離出熒光酶?，F(xiàn)在已能人工合成熒光素，這就使人類模仿生物發(fā)光，創(chuàng)造一種新的高效光源——冷光源成為可能。然而，人們對(duì)于螢火蟲等發(fā)光機(jī)制的研究仍然有待深入。如果將光合作用和生物發(fā)光機(jī)制在仿生學(xué)框架下同時(shí)加以研究，就有可能在能量利用的電子傳遞現(xiàn)象中取得進(jìn)展，從而實(shí)現(xiàn)能源利用更為巨大的進(jìn)步。

從仿生學(xué)的誕生、發(fā)展，到現(xiàn)在短短幾十年的時(shí)間內(nèi)，研究成果已經(jīng)非?？捎^。仿生學(xué)的問世開辟了獨(dú)特的技術(shù)發(fā)展道路，也就是向生物界索取藍(lán)圖的道路，它大大開闊了人們的眼界，顯示了極強(qiáng)的生命力，在能源技術(shù)上的應(yīng)用潛力也極其巨大，有助于破解人們所面臨的能源瓶頸問題，同時(shí)解決石化能源等所帶來的環(huán)境問題。

3.3仿生學(xué)在醫(yī)學(xué)的應(yīng)用

醫(yī)學(xué)仿生學(xué)包括人工臟器的研制、生物醫(yī)學(xué)圖像識(shí)別以及醫(yī)學(xué)信號(hào)的分析處理等。此外，還在研究建筑仿生、農(nóng)業(yè)仿生等。美國(guó)科學(xué)家宣布，他們將活細(xì)胞和硅化電路相結(jié)合，創(chuàng)造出他們表示可使醫(yī)學(xué)技術(shù)革命化的“仿生學(xué)晶片”。伯克利的加州大學(xué)研究人員宣布，他們成功地把人類的組織細(xì)胞裝置在電腦晶片的小室內(nèi)。帶領(lǐng)這項(xiàng)研究的一位教授魯賓斯基說：“這是以硅為基本成份的晶片，跟任何電腦或電子裝置使用的晶片類同。我相信它是真正的仿生學(xué)晶片。” 研究人員表示，這是人類活細(xì)胞首次被電腦訊號(hào)控制?？茖W(xué)家透過指揮微小的裝置打開或關(guān)閉細(xì)胞，希望有一天能命令癌細(xì)胞自行打開，容許有害的力量侵入，從而自我毀滅。

醫(yī)學(xué)仿生學(xué)——已制成的有原子動(dòng)力心臟，人工腎，能做出六個(gè)基本動(dòng)作的假手，仿生學(xué)是一門綜合科學(xué)，需要生物學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、生物物理學(xué)、生物化學(xué)、控制論、數(shù)學(xué)、電子學(xué)、通訊、航空、航海、醫(yī)學(xué)等等許多科學(xué)工作者進(jìn)行合作，去解決各自需要解決的問題。仿生學(xué)是一門新生的科學(xué)，前途廣闊，不久的將來將在生產(chǎn)、生活各個(gè)領(lǐng)域里得到廣泛的應(yīng)用。目前醫(yī)學(xué)仿生學(xué)研究的重點(diǎn)是“感覺器官的模擬”、“神經(jīng)元和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模擬”。在仿生高分子，我認(rèn)為比較具有前沿研究的，一個(gè)是在醫(yī)用材料里面，比如說仿生骨的研究，已經(jīng)很多進(jìn)入臨床狀態(tài)，四川大學(xué)李玉寶教授做的仿生的羥基磷酸鈣人造骨，作為脊椎骨治療腰椎盤突出取得比較好的成績(jī)。仿生醫(yī)學(xué)的研究對(duì)解決目前器官供需的嚴(yán)重不平衡應(yīng)該有所幫助。4.結(jié)束語

德國(guó)著名設(shè)計(jì)大師路易吉·科拉尼曾說：“設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)應(yīng)來自誕生于大自然的生命所呈現(xiàn)的真理之中”，道出了自然界是蘊(yùn)含著無盡設(shè)計(jì)寶藏的天機(jī)。在現(xiàn)今科學(xué) 技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，學(xué)習(xí)和利用生物系統(tǒng)的優(yōu)異結(jié)構(gòu)和奇妙的功能，已經(jīng)成為技術(shù)革新和技術(shù)革命的一個(gè)新方向。未來仿生“電子眼”、仿生“電子神經(jīng)系統(tǒng)”的誕生，將是仿生學(xué)劃時(shí)代的貢獻(xiàn)。所有這些都預(yù)示著仿生科技前途似錦，而且仿生科技的探索永無止境。

另一方面，大自然向人類展示著精妙絕倫的生命形態(tài)和絢麗多姿的悅?cè)松?，同時(shí)，大自然還無聲地闡釋了自然界的生存哲學(xué)——和諧與共生。這種和諧的設(shè)計(jì)哲學(xué)呼吁人類社會(huì)與大自然之間的高度和諧統(tǒng)一，共生的設(shè)計(jì)哲學(xué)則呼吁著人與機(jī)器、生態(tài)自然與人造自然之間合理的建構(gòu)。因此，設(shè)計(jì)師要學(xué)會(huì)師法自然的仿生性設(shè)計(jì)思維，創(chuàng)造人、自然、機(jī)器和諧共生的對(duì)話平臺(tái)[4]。仿生設(shè)計(jì)的應(yīng)用有著巨大的潛力和發(fā)展前景，隨著科學(xué)的高速發(fā)展和人們對(duì)自然界認(rèn)識(shí)的不斷提高，將會(huì)有更多的仿生發(fā)明應(yīng)用科技領(lǐng)域。參考文獻(xiàn)

[1]于帆，陳嬿.仿生造型設(shè)計(jì).華中科技大學(xué)出版社，2005.[2]智一君惕.仿生學(xué)與現(xiàn)代化.湖南教育出版社，1985.[3]王建成.簡(jiǎn)明軍事科技發(fā)展史.國(guó)防工業(yè)出版社，2005.[4]許書民.設(shè)計(jì)概論.上海科學(xué)普及出版社，2005.