第一篇：仿生學(xué)與新材料

仿生學(xué)與新材料

摘要：自然界生物在漫長的進(jìn)化過程中優(yōu)勝劣汰，為了生存、自衛(wèi)、競爭和發(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?；仡櫴澜缥拿魇?，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)測儀，能提前15小時(shí)對風(fēng)暴作出預(yù)報(bào)，對航海和漁業(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)測速儀”可測定飛機(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，改變元件之間聯(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。在漫長的進(jìn)化過程中，生物為了生存、自衛(wèi)、競爭和發(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，值得人們在軍事研究中很好地借鑒。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)本身就是人們在長期向大自然學(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)。他們在確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)生磁場等特點(diǎn)，對于手術(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)非常可觀。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。仿生醫(yī)學(xué)的研究對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.簡明軍事科技發(fā)展史.國防工業(yè)出版社，2005.[4]許書民.設(shè)計(jì)概論.上?？茖W(xué)普及出版社，2005.

第二篇：仿生學(xué)論文：淺談昆蟲與仿生學(xué)

結(jié)課論文

作者： 學(xué)號(hào)： 學(xué)院： 專業(yè)： TEL： EMAIL: 指導(dǎo)老師： 題目：淺談昆蟲與仿生學(xué)

淺談昆蟲與仿生學(xué)

xxx（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院xxx，2xxxxx）

摘 要：在生物界中昆蟲經(jīng)歷了長期的進(jìn)化過程，發(fā)展出了許多與其所處生存環(huán)境相適應(yīng)的器官系統(tǒng)，它們結(jié)構(gòu)獨(dú)特、功能奇異，因此，昆蟲一直是仿生中最重要的對象之一。本文就昆蟲仿生的僅展及熱點(diǎn)，如：昆蟲的形態(tài)仿生、結(jié)構(gòu)仿生、感覺器官仿生、運(yùn)動(dòng)功能的仿生及其他特異能力的仿生進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：昆蟲，仿生，功能

仿生學(xué)(bionics)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)非常可觀。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。無論是在初期抑或是現(xiàn)在，仿生學(xué)主要以昆蟲為對象的仿生研究一直是國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。目前,有關(guān)昆蟲仿生研究的主要方向有：昆蟲的形態(tài)仿生、結(jié)構(gòu)和功能的仿生、感覺器官的仿生、運(yùn)動(dòng)功能的仿生及其他特異能力的仿生等。[1]

一、昆蟲形態(tài)的仿生

昆蟲形態(tài)千差萬別。形態(tài)仿生是早期仿生的主要內(nèi)容，主要應(yīng)用于軍事和航空航天領(lǐng)域，例如：模仿蝴蝶色彩和花紋的軍事偽裝設(shè)施；模仿蜻蜒翅膀上的翅痣在飛機(jī)的兩翼加上平衡重錘，解決飛機(jī)因高速飛行而引起振動(dòng)的棘手問題；模仿蝴蝶翅面上的鱗片隨陽光照射方向自動(dòng)變換角度而調(diào)節(jié)體溫的原理，成功實(shí)現(xiàn)對人造衛(wèi)星由于位置不斷變化而引起溫度驟然變化的控制。另外，一些昆蟲巢穴的形態(tài)結(jié)構(gòu)也是仿生研究的內(nèi)容。在一些大型建筑中，經(jīng)常模仿蜜蜂巢穴的六角形的架構(gòu)設(shè)計(jì)，使建筑物具有高強(qiáng)度力學(xué)支撐結(jié)構(gòu)，既堅(jiān)固、美觀，又節(jié)省建材。

二、昆蟲結(jié)構(gòu)與功能的仿生

由于生存環(huán)境的關(guān)系，一些昆蟲在進(jìn)化過程中形成了非常獨(dú)特的體表微細(xì)結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)為仿生學(xué)家所關(guān)注。例如：大鳳蝶的翅膀顏色是黃、藍(lán)色，但看起來卻是閃閃發(fā)光的綠色。原因乃是布滿在翅膀上的微型小坑對光線的反射，人眼無法將從坑底反射的黃色光與周圍兩次反射的蘭色光區(qū)分開來，從而感覺到的是綠色。研究如何模仿蝴蝶翅膀表面細(xì)微結(jié)構(gòu)開發(fā)新型防偽技術(shù)(如防偽紙幣或信用卡)已成為該領(lǐng)域重要的課題。

另外，人們注意到一些甲蟲的體表很少黏附土壤(盡管它們常年生活在土壤和糞堆中)。坦克的履帶和汽車的輪胎以及其他地面作業(yè)機(jī)械容易黏附泥土，既降低功效又縮短使用壽命。通過研究土壤昆蟲(如蜣螂)的體表微觀構(gòu)造，發(fā)現(xiàn)體表的非光滑結(jié)構(gòu)、體液和負(fù)性電位有利于減黏脫附，利用這些特性，進(jìn)行仿生研究，解決地面機(jī)械的土壤黏附問題,開發(fā)出對土壤的黏附大為減少的仿生犁和仿生推土機(jī)鏟等。[2]

三、昆蟲感覺器官的仿生

在嗅覺方面，很多昆蟲具有高度靈敏的嗅覺。昆蟲觸角上分布有不同類型的嗅覺感受器，感受器的類型不同決定了昆蟲對不同化學(xué)物質(zhì)的分辨率。不同的昆蟲嗅覺靈敏度有差異,觸角的結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)是其重要的決定因素。除了高靈敏度以外，昆蟲的嗅覺感受器還具有高分辨率和高度特異性的特點(diǎn)。目前，各國都在加緊研制實(shí)用的仿昆蟲觸角的嗅覺感受器檢測裝置。有的直接將昆蟲觸角與場效應(yīng)管相連組成氣味物質(zhì)檢測系統(tǒng)；有的則仿昆蟲嗅覺感受器排列組合研制復(fù)傳感器(傳感器陣列)。德國和法國科學(xué)家研究嗅覺感受器并將其用于機(jī)器人的嗅覺導(dǎo)航系統(tǒng)。美國加州大學(xué)圣地亞哥分校的的研究人員則通過研究蝗蟲觸角葉接收氣味信號(hào)的特點(diǎn)，提出一種新的網(wǎng)絡(luò)模型，其核心是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)之間可以相互連接形成一個(gè)系統(tǒng)而使他們能識(shí)別比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)更多的信號(hào)。

就聽覺系統(tǒng)而言，聲源定位能力是最顯著的屬性之一，對有些昆蟲來說，這種能力是生死攸關(guān)的。例如，昆蟲(蛾類)“反捕獵”行為，可以聰明地閃避蝙蝠的追捕；神經(jīng)解剖學(xué)研究表明，昆蟲(蛾類)鼓膜耳僅有2個(gè)聽覺感受器細(xì)胞，但能非常靈敏地偵聽出蝙蝠的超聲信號(hào)。因此，模仿昆蟲聽覺結(jié)構(gòu)，研究其對聲發(fā)射、接收、聽信息加工及運(yùn)動(dòng)調(diào)控的感覺神經(jīng)生物學(xué)與神經(jīng)行為學(xué)原理，可望開發(fā)先進(jìn)的“反聲納”裝置。[3]

在視覺方面，盡管昆蟲復(fù)眼結(jié)構(gòu)簡單，但其功能卻是人和哺乳動(dòng)物的單眼所不及。例如：螳螂能在0105s內(nèi)一躍而起，吞下飛行中的小蟲。在如此短的時(shí)間內(nèi)，它需要準(zhǔn)確測出小蟲大小、飛行方向和速度，而螳螂僅靠其1對大復(fù)眼和頸部的一個(gè)本體感受器即可實(shí)現(xiàn)。此外,昆蟲復(fù)眼還能感知偏振光、紫外光等。根據(jù)這些現(xiàn)象和原理，已經(jīng)進(jìn)行了很多成功的仿生應(yīng)用，如：一次可拍攝1329張照片的蠅眼照相機(jī)；仿昆蟲復(fù)眼的先進(jìn)的相控陣?yán)走_(dá)；仿昆蟲復(fù)眼研制成功的空對地速度計(jì)以及偏振光導(dǎo)航儀。實(shí)際上，昆蟲的復(fù)眼本身是一個(gè)精巧的導(dǎo)航控制系統(tǒng)，根據(jù)多年的研究發(fā)現(xiàn)，昆蟲(特別是家蠅)具有快速、準(zhǔn)確地處理視覺信息的能力，能實(shí)時(shí)計(jì)算出前面飛行物的方位與速度，同時(shí)發(fā)出指令控制并校正自己的飛行方向和速度，以便跟蹤和攔截目標(biāo)。對昆蟲復(fù)眼這一定向?qū)Ш较到y(tǒng)的研究已得到廣泛重視。目前，各國都在加緊昆蟲視覺仿生研究，試圖模仿昆蟲復(fù)眼成像機(jī)理以及昆蟲視覺信息處理過程，研制新型靶標(biāo)自動(dòng)制導(dǎo)系統(tǒng)。

在昆蟲感覺器官仿生(尤其是視覺仿生)方面，國內(nèi)外都給予了高度關(guān)注，目前有2個(gè)熱點(diǎn)：一是試圖研制出對化學(xué)物質(zhì)高度敏感的探測儀器；二是研究昆蟲復(fù)眼電子模型以及聽覺和嗅覺感受器電子模型，并將昆蟲的這類特異的感覺原理用于機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)，以提高機(jī)器人的自主功能水平。

四、昆蟲運(yùn)動(dòng)功能的仿生

昆蟲的運(yùn)動(dòng)功能奇特，形式多樣，有的蠕動(dòng)、有的跳動(dòng)、有的飛行。昆蟲獨(dú)特的飛行機(jī)制一直為仿生學(xué)家所關(guān)注，如：昆蟲的翅與飛行、昆蟲飛行過程中的信號(hào)接收與傳遞、昆蟲的神經(jīng)組織結(jié)構(gòu)及控制機(jī)理等。

上世紀(jì)末,人們提出了微型飛行器(microairvehicle,MAV)概念[4]?！拔⑿蜋C(jī)械飛行蟲”(micromechanicalflyingInsect,MFI)或“蟲型飛機(jī)”(entomopter)就是MAV的一種。由于其體積小,有很好的隱蔽性和機(jī)動(dòng)性，最適于在室內(nèi)或野外小范圍內(nèi)進(jìn)行偵察;也可以攻擊載人飛行器及其它目標(biāo)。將MFI用于氣象數(shù)據(jù)收集、環(huán)境研究等方面，可大大減少費(fèi)用。美國NASA甚至計(jì)劃10年后將蟲型飛機(jī)用于火星探測。MFI的發(fā)展，在未來國家安全和國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)等方面將起至關(guān)重要的作用，正在世界范圍內(nèi)引起極大的關(guān)注。美國國防部國防高級(jí)研究計(jì)劃署(DARPA)從1992年就開始這種飛行器的論證工作，1995年組建了可行性研究小組，1997年撥款3500萬美元制訂一個(gè)為期4年的研制計(jì)劃，開展了一系列的研究，近年來取得重要進(jìn)展。然而，對于MFI或“蟲型飛機(jī)”的研究，若采用傳統(tǒng)的氣動(dòng)布局和飛行方式，可能會(huì)產(chǎn)生升力不足、穩(wěn)定性差和控制困難等一系列問題。而微小昆蟲則是大自然創(chuàng)造的“微型飛行器”，經(jīng)過上億年的進(jìn)化和環(huán)境適應(yīng)，在形態(tài)、運(yùn)動(dòng)方式以及利用“新型”空氣動(dòng)力學(xué)原理等方面,達(dá)到了近乎完美的程度。這是各國發(fā)展MFI技術(shù)加以仿生借鑒的核心。實(shí)際上,昆蟲飛行功能研究(尤其是MFI研究)已經(jīng)成為昆蟲仿生領(lǐng)域最熱烈的前沿方向之一。[5]

除了蟲型飛機(jī)外，昆蟲運(yùn)動(dòng)功能仿生的另一個(gè)方向是制造蟲型機(jī)器人，模仿昆蟲在陸地行走的腿足部結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)原理，研制具有昆蟲足樣行走能力的機(jī)器人或蟲樣蠕動(dòng)的微型機(jī)車。這類機(jī)器人可被用于行進(jìn)到崎嶇不平的山路或其它非平坦地帶(如：地震后墻壁倒塌的廢墟中)執(zhí)行特殊的任務(wù)。

五、昆蟲其他特異能力的仿生

昆蟲的獨(dú)特自衛(wèi)武器的仿生：有些甲蟲在遇到敵害自衛(wèi)時(shí)可噴出致命液體。美國軍事專家受甲蟲噴射原理的啟發(fā)研制出了先進(jìn)的二元化武器。另外，一些發(fā)達(dá)國家正在利用這種甲蟲自衛(wèi)武器原理研制二元化汽油：2個(gè)油箱分儲(chǔ)不能獨(dú)立燃燒的汽油中間體，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)前才混合?；?qū)⑵胀ㄆ突烊肽撤N流體，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)前再用特殊裝置將其分離還原成普通汽油。

昆蟲發(fā)光的仿生：一些昆蟲(如：螢火蟲)可將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成光能,，且轉(zhuǎn)化效率幾乎100%，而普通電燈的發(fā)光效率只有6%。模仿螢火蟲的發(fā)光原理制成的冷光源使發(fā)光效率提高十幾倍，大大節(jié)約了能量。此外，冷光源無論在軍事上還是民用上都具有非常廣闊的用途。仿昆蟲化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能和機(jī)械能也是昆蟲特異能力仿生的一個(gè)重要方向，這在蟲型飛機(jī)的能量供應(yīng)上有非常重要的用途。

昆蟲群體協(xié)作性的仿生：一些社會(huì)性昆蟲，如：螞蟻、蜜蜂等具有其特有的社會(huì)群體協(xié)作性，研究它們的這些群體習(xí)性，有的提出所謂“螞蟻算法”,有的將其原理用于研究MAV和多個(gè)機(jī)器人之間的協(xié)同工作。

綜上所述，昆蟲種群龐大、種類多樣、外形迥異、功能奇特，是極其重要的仿生資源。目前，國際上昆蟲仿生的熱點(diǎn)主要集中在仿昆蟲飛行器研制蟲型機(jī)器人或蟲型飛機(jī)、仿昆蟲觸角感受器開發(fā)生物傳感器、仿昆蟲視覺及其控制機(jī)理進(jìn)行機(jī)器人導(dǎo)航、仿昆蟲表面微結(jié)構(gòu)研制新型脫黏附和防偽技術(shù)、仿昆蟲感覺系統(tǒng)研制聲納Π反聲納裝置等。我國在這些方面雖然都有所涉及，但尚不夠深入，整體水平也有待提高。今后需要大力開展昆蟲仿生資源研究，面對數(shù)以百萬計(jì)的昆蟲種類及其復(fù)雜精妙的結(jié)構(gòu)，昆蟲仿生必然有所選擇，常見的昆蟲易被作為仿生對象，但不太常見功能更為奇特的昆蟲(如：在極端環(huán)境下生活的昆蟲)更是值得開發(fā)的資源。與此同時(shí),要進(jìn)一步開拓仿生研究的新領(lǐng)域，尤其要注重昆蟲特異能力(如：特異的感覺能力、信息處理能力)的仿生。只有通過多學(xué)科的交叉，結(jié)合現(xiàn)代生物學(xué)、工程學(xué)、微電子學(xué)等學(xué)科的研究技術(shù)和方法，加強(qiáng)對昆蟲器官組織和細(xì)胞的生物學(xué)特性、功能及其機(jī)理的基礎(chǔ)研究，深入理解昆蟲各器官系統(tǒng)的生理學(xué)、生物化學(xué)、生物信息學(xué)等生物過程及其相關(guān)功能，才能在比較高的層次上更加有效地進(jìn)行昆蟲仿生。

參考文獻(xiàn)：

[1]仿生學(xué)-百度百科http://baike.baidu.com/view/803.htm [2]程紅,孫久榮,李建橋,任露泉.昆蟲學(xué)報(bào),2002,45(2):175～181 [3]肖占中.世界軍事,1996,(11):64.[4]微型飛行器:像昆蟲那樣飛,遼寧日報(bào),劉洪宇,2011-01-14 [5]微型飛行器-百度百科 http://baike.baidu.com/view/263652.htm

第三篇：仿生學(xué)研究報(bào)告上傳

《自然界材料構(gòu)筑科學(xué)與創(chuàng)新思維》研究報(bào)告

指導(dǎo)教師: 學(xué)號(hào)：

姓名：

目錄

一、仿生學(xué)概念

二、自己對仿生學(xué)的理解

三、仿生學(xué)的應(yīng)用 1.利用動(dòng)物體的特性（1）利用魚鳥的特點(diǎn)為火車入隧道過程降噪（2）利用鯊魚皮表面的特點(diǎn)進(jìn)行抗菌

（3）利用珊瑚體秘方減少二氧化碳的排放（4）學(xué)習(xí)小生物如何從霧氣中獲取水分 2.利用植物體的特性（1）利用樹沿壓力線重組的特性構(gòu)造輕量化材料

（2）利用葉子的光合作用制造太陽能電池（3）利用荷葉表面的特性制造防雨工具（4）王蓮能夠托起超重物體 3.利用細(xì)胞特性

（1）利用細(xì)胞膜的特性制造去鹽薄膜

四、小結(jié)

一、仿生學(xué)的概念

仿生學(xué)是指人類模仿生物功能，來發(fā)明創(chuàng)造的科學(xué)。它是一門新型邊緣學(xué)科。研究對象是生物體的結(jié)構(gòu)、功能和工作原理，并將這些原理移植于人造工程技術(shù)之中。該學(xué)科的問世，大大開闊了人類的技術(shù)眼界，顯示了巨大的發(fā)展?jié)摿?，是人類智慧的結(jié)晶。

二、自己對仿生學(xué)的理解

仿生學(xué)就是通過理解動(dòng)物的自身特性，以及它們利用這些特性所做出的利于自己生存的本領(lǐng)，再經(jīng)過人類能動(dòng)性的思考，抽象出前所未有的新思想新概念，最后利用聯(lián)系的思想加以應(yīng)用于人類的生活和生產(chǎn)，為人類創(chuàng)造便捷和更有突破的生活方式。我們的生活、生產(chǎn)中不缺乏一些例子。例如，我們平時(shí)最討厭的在空中到處亂飛的蒼蠅，利用蒼蠅的鼻子嗅覺原理可以制作小型的氣體探測儀，利用蒼蠅的楫翅（又叫平衡棒）進(jìn)行模仿，將它制成了“振動(dòng)陀螺儀”，應(yīng)用到了火箭和高速飛機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)駕駛；利用蝙蝠發(fā)出的超聲波可以與障礙物反彈的原理制成了制造出了雷達(dá)，應(yīng)用到了飛機(jī)航空中。螢火蟲腹部的發(fā)光器中的熒光酶的作用下，熒光素在細(xì)胞內(nèi)水分的參與下，與氧化合便發(fā)出熒光，正是利用這樣的原理，創(chuàng)造了日光燈......像這樣仿生學(xué)的例子數(shù)不勝數(shù)。接下來，讓我們具體看一看仿生學(xué)的應(yīng)用。

三、仿生學(xué)的應(yīng)用

1.利用動(dòng)物體的特性

（1）利用魚鳥的特點(diǎn)為火車入隧道的過程降噪

有一名工程師J.R.韋斯特是研究子彈列車項(xiàng)目的一個(gè)成員，由于子彈列車的車頭是圓的，所以每次經(jīng)過山洞的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生一種沖擊波，以至于駛出山洞的時(shí)候會(huì)發(fā)出音爆巨響。所以這個(gè)工程的工程師領(lǐng)隊(duì)就號(hào)召大家想辦法降低子彈列車駛出山洞時(shí)的音量。其中J.R.韋斯特也是一名鳥類愛好者，在研究學(xué)習(xí)中，他觀看了一個(gè)翠鳥的視頻，發(fā)現(xiàn)這種鳥在一種介質(zhì)進(jìn)入另一種不同密度的介質(zhì)（從空氣進(jìn)入水），沒有濺起一絲的水花。于是工程師們從翠鳥的喙上找到了靈感，流線型的長喙從尖端到頭部的直徑是逐漸增大的，潛水時(shí)會(huì)讓水流向身后。通過將子彈頭列車的車頭部分改造成翠鳥鳥喙的形狀，工程組解決了這個(gè)疑難已久的問題：大大降低了音噪，速度也隨之提高了10%,節(jié)省了15%的電力。（2）利用鯊魚皮表面的特點(diǎn)進(jìn)行抗菌

鯊魚在茫茫大海中游走，面對著海底形形色色的生物卻不被它們所沾染，是如何做到的呢？是因?yàn)樗鼈儽砻娴钠つw結(jié)構(gòu)。它們的表面附著著一層鋸齒狀物。這層鋸齒狀物是凹凸不平的小鱗甲，它可以避免一些黏液、水藻和藤壺在身體上附著，讓它們失去了了立足之地，也就是讓細(xì)菌無法附著在鯊魚的表面上。醫(yī)院的墻壁正是采用了這種技術(shù)，把這種鋸齒結(jié)構(gòu)鋪在了墻壁上，有效避免了細(xì)菌的附著和滋生。這種方法大大優(yōu)于了利用抗菌或其他的洗液去除細(xì)菌的方式，因?yàn)樵S多細(xì)菌在與這種洗液抗?fàn)幍倪^程中，早已自然選擇出了那些抗藥性的

個(gè)體。所以這個(gè)“墻壁鋸齒化”的方法確實(shí)從根源上解決了這一大難題。

（3）利用珊瑚體的秘方減少二氧化碳的排放

現(xiàn)如今的生產(chǎn)生活已經(jīng)比拼的不僅僅是生產(chǎn)效率的高低，更加考驗(yàn)的是如何綠色低碳的生產(chǎn)。有間美國的水泥制造廠名叫Clara，他們利用了珊瑚體的一些自身特性——能夠大量吸收二氧化碳，變廢為寶。工廠利用這點(diǎn)將大量的二氧化碳其轉(zhuǎn)換成水泥、混凝土等有用的建筑材料，這樣就把平時(shí)生產(chǎn)模式中的方程式進(jìn)行了調(diào)換，原本生產(chǎn) 一噸的建筑材料會(huì)排放一頓的二氧化碳，現(xiàn)在則減少了將近一半的排放量，大大減輕了對環(huán)境的污染程度。（4）學(xué)習(xí)小生物如何從霧氣中獲取水分

生活在納米比亞沙漠的一種小生物，由于在沙漠中能夠在攝取水分而一直存活，沒有消亡。雖然他們沒有新鮮水分可以飲用，但是他們依靠從霧氣中獲取水分的方法，維持著生命。在它翅膀的后側(cè)有部分凸起，這個(gè)突起具有親水的前端和蠟質(zhì)的旁側(cè)，使其具有親水特性，這樣霧氣會(huì)回凝在尖端，然后從旁側(cè)流下直到進(jìn)入嘴中。一些建筑就利用到了它的特性。建筑師把這項(xiàng)科技應(yīng)用到了建筑涂料中，這樣可以將霧氣回收利用，比捉霧網(wǎng)的作用好上10倍！

2.利用植物體的特性

（1）利用樹沿壓力線重組的特性構(gòu)造輕量化材料

樹木通常沿著壓力線自我重組，利用這種結(jié)構(gòu)可以構(gòu)造輕量骨

架，即利用樹木的那種拉伸應(yīng)力，制造齒輪，讓齒輪能夠在一定的自身承受范圍內(nèi)；利用樹脂材料，我們還可以構(gòu)建汽車的骨架，這樣可以使用最少的材料構(gòu)建它，同時(shí)樹脂材料也可以協(xié)助促使橋梁輕量化，建筑鋼筋輕量化，從而獲取最大限量的支撐力。（2）利用葉子的光合作用的方式制造太陽能電池

基于葉子的運(yùn)作方式，葉子通過光合作用對太陽進(jìn)行吸收，太陽能電池正是基于這種將太陽能轉(zhuǎn)換的方式，轉(zhuǎn)換成了電能，利用了這一思想，將葉片的表面轉(zhuǎn)換成電池的表面，太陽能電池的表面擁有吸收陽光的物質(zhì)，這一物質(zhì)仿造了葉片表面，從而合理吸收了太陽能。（3）利用荷葉表面的特性制造防雨工具

荷葉“出淤泥而不染”，露珠在上面也呆不住。荷葉為什么能不沾泥土和水？中科院專家分析了荷葉的表面細(xì)微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其表面有許多乳狀突起，這些肉眼看不見的小顆粒，正是“荷花自潔效應(yīng)”的成因，可以讓荷葉不沾染臟東西。于是，專家們模仿了荷葉的表面結(jié)構(gòu)，研制出人工仿生荷葉。仿生荷葉實(shí)際上是一種人造高分子薄膜，該薄膜具有不沾水和不沾油的性質(zhì)。同時(shí)，仿生荷葉還具有類似荷葉的“自我修復(fù)”功能，仿生表面最外層在被破壞的狀況下仍然保持了不沾水和自清潔的功能。這項(xiàng)研究可用于開發(fā)新一代的仿生表面材料和涂料。新型的“仿生荷葉薄膜”可以用于制造防水底片等防水產(chǎn)品。仿生荷葉涂料刷墻將不沾灰塵；同樣，我們也可以應(yīng)用到雨衣或者廚具上，這樣就可以防水防油了。（4）王蓮能夠托起超重物體

王蓮的葉子很大，直徑有2米多，四周向上反卷，像一個(gè)大平底鍋。蓮葉向陽的一面淡綠色，非常光滑；背陰的一面土紅色，密布粗壯的葉脈和很長的刺毛。雖然只是一片巨大的葉子，但它的支撐和承重能力卻極不一般。在一片王蓮葉上，站一名35公斤的少年，它仍能像小船一樣穩(wěn)穩(wěn)地浮在水面上；即使是在葉面上均勻地平鋪一層75厘米厚的細(xì)沙，這個(gè)“大平底鍋”依然紋絲不動(dòng)，決不會(huì)沉入水中。人們通過仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)，這異常強(qiáng)大的力量來自縱橫交錯(cuò)、粗細(xì)不等的葉脈。蓮葉背面有許許多多粗大的呈放射狀的葉脈，之間還有鐮刀形的橫筋緊密聯(lián)結(jié)，構(gòu)成了一種非常穩(wěn)定的網(wǎng)狀骨架。蓮葉較強(qiáng)的承重能力由此而來。

3.利用細(xì)胞特性

（1）利用細(xì)胞膜的特性制造去鹽薄膜

大自然中有很多的凈水需要我們?nèi)コ}，然而現(xiàn)在很多的除鹽方法不是太低效，太復(fù)雜，就是成本高。剛開始我們的方法是用水?dāng)D壓細(xì)胞膜，細(xì)胞膜堵塞，而且發(fā)現(xiàn)這樣的方法太費(fèi)電。而大自然的方法則是優(yōu)雅的，它僅僅利用的是細(xì)胞膜的通透性，由于細(xì)胞膜表面會(huì)有沙漏形的小孔，叫做水孔蛋白。它們能讓水分子通過，而留住離子等溶解質(zhì)。有些公司就開始模仿這種結(jié)構(gòu)制造去鹽薄膜，這樣能夠高效地利用這種結(jié)構(gòu)，徹底分離開水與鹽的離子溶解質(zhì)。

四、小結(jié)

仿生學(xué)是一門新學(xué)科，這門學(xué)科嘗試向自然界中的一些“天才”學(xué)習(xí)和借鑒經(jīng)驗(yàn)，通過聽取他們的一些“建議”，整理他們的建議，形成自己對待事物的新的解決方法。這些動(dòng)物植物甚至是微生物，他們都有著自己的生存規(guī)律，適應(yīng)著復(fù)雜多變的生存環(huán)境。就好比一個(gè)蜂族，它們利用自己的“智慧”，創(chuàng)造出如此精致富有層次感的蜂巢，讓人們相信了動(dòng)物其實(shí)是有它們的天分的，我們不僅僅是那個(gè)最有創(chuàng)造性的群體，很多的突破我們都要依靠低級(jí)的動(dòng)物去給予我們靈感實(shí)現(xiàn)。在這樣的事實(shí)面前我們不得不承認(rèn)在這些低等的動(dòng)植物面前，我們確實(shí)不能像它們一樣，利用自己的特點(diǎn)優(yōu)雅的生存著；更不得不感慨仿生學(xué)這項(xiàng)事業(yè)的偉大，它能為我們帶來的是前所未有的突破，也可能是巨大的精神財(cái)富，讓我們長久安定的存活在這個(gè)藍(lán)色的星球上。相信在這個(gè)新世紀(jì)，人類會(huì)更好地利用生物本身的特點(diǎn)，完善人類的生產(chǎn)生活，使我們這個(gè)星球大大小小的各領(lǐng)域都能夠飛速運(yùn)轉(zhuǎn)起來！

第四篇：生物奧秘與仿生學(xué)心得

生物奧秘與仿生學(xué)心得

大一上學(xué)期我選修了生物奧秘與仿生學(xué)這門課，這是一門有意思的學(xué)科，老師帶領(lǐng)我們探索生命的奧秘與科學(xué)。在這門課上我們學(xué)習(xí)到了很多知識(shí)，并且感悟到了除了科學(xué)知識(shí)以外的對生命的體會(huì)。隨著生產(chǎn)的需要和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，從20世紀(jì)50年代以來，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到生物系統(tǒng)是開辟新技術(shù)的主要途徑之一，自覺地把生物界作為各種技術(shù)思想、設(shè)計(jì)原理和創(chuàng)造發(fā)明的源泉。人們用化學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)以及技術(shù)模型對生物系統(tǒng)開展著深入的研究，促進(jìn)了生物學(xué)的極大發(fā)展，對生物體內(nèi)功能機(jī)理的研究也取得了迅速的進(jìn)展。此時(shí)模擬生物不再是引人入勝的幻想，而成了可以做到的事實(shí)。生物學(xué)家和工程師們積極合作，開始將從生物界獲得的知識(shí)用來改善舊的或創(chuàng)造新的工程技術(shù)設(shè)備。生物學(xué)開始跨入各行各業(yè)技術(shù)革新和技術(shù)革命的行列，而且首先在自動(dòng)控制、航空、航海等軍事部門取得了成功。于是生物學(xué)和工程技術(shù)學(xué)科結(jié)合在一起，互相滲透孕育出一門新生的科學(xué)——仿生學(xué)。

我們的科學(xué)家們以極大的興趣研究生物界奇妙的功能，模仿生物的特殊本領(lǐng)為現(xiàn)代科學(xué)服務(wù)。而我們更從中看到上帝創(chuàng)造萬物中的無窮智慧。宇宙是一本敞開的書，一切被造的生物也是上帝向世人敞開的一本書。我們用慣了“大自然”這個(gè)名詞，也用慣了生物“本能”這個(gè)詞，其實(shí)這些詞并不恰當(dāng)，凡物不是“自然”而成，生物也不是生成就有“本能”。上帝借著這本人人可讀的敞開的書向我們說明，他是創(chuàng)造主。走獸、飛鳥、魚，雖然不會(huì)說話，但你若能去問、去思考，問許許多多的為什么，它們必會(huì)向你說明，是上帝的手作成這一切。科學(xué)家——不論生物學(xué)家、植物學(xué)家、動(dòng)物學(xué)家、微生物學(xué)家、醫(yī)學(xué)家、化學(xué)家無一不在研究這本敞開的書，他們探究這些奧秘，為了造福人類，我們探究奧秘，更要認(rèn)識(shí)上帝。

這門課帶領(lǐng)我們探索了大自然的奧秘，感受了生物與生物之間的聯(lián)系，讓我們感受到宇宙的無窮與奇妙，讓我們更加明白人知識(shí)大自然的一部分，還有更多的生物與我們共存，并且，我們需要它們依賴它們，從而豐富我們的生活，讓大自然和諧，美好。

第五篇：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。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所說明的對象科學(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量飛機(jī)著陸時(shí)相對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)”，這里指傳遞外界刺激的電波。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“仿生學(xué)”有什么啟示呢？齊讀：“對于改進(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 對圖像進(jìn)行信息加工 對于改進(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：“對運(yùn)動(dòng)的物體簡直是'明察秋毫'，而對靜止不動(dòng)的物體卻'視而不見'?！保?）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“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)?，這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φ障鄼C(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“一般眼睛”的說明轉(zhuǎn)入到對“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：抓住對人和各種動(dòng)物眼睛的構(gòu)造與功能的介紹談它們對仿生學(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'出它相對于地面的飛行速度”。要求學(xué)生不看書，對這句話提出問題，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“相對于地面”中的“相對”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。