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《仿生学——开启新技术的钥匙》课程纲要

发布时间: 2019-12-29 11:24 发布单位: 海宁市高级中学 浏览量: 186 【公开】

《仿生学——开启新技术的钥匙》课程纲要

【课程开发人】吴 

   

第一部分  课程说明

1本课程属于知识拓展类的校本课程

2.课程开设的目的和意义

《国务院关于基础教育改革与发展的决定》和《基础教育课程改革纲要》都明确提出,为保障和促进课程对不同地区、学校和学生的要求,要实行国家、地方和学校三级课程管理。国家课程注重的是普适性,很难照顾不同学生的不同需要,而校本课程是以校为开发单位和实施单位的,可以更好地了解学生不同需要,考虑学生的个别差异,满足学生多样化的需要。

《普通高中生物新课程标准》理念关注生物科学素养的提高、倡导探究性学习、注重生物学知识与生活的联系。高中生物国家课程必修模块关注生物学核心内容,选修模块旨在拓展学生生物科技视野,提高学生实践探究能力。开发《仿生学——开启新技术的钥匙》课程是对国家课程的拓展。通过该课程的学习,使学生了解仿生学的内容、原理和方法,指导学生通过开展简单的仿生学研究进一步提高生物科学素养。同时,也增强学生对生物学科的兴趣,深入了解生物交叉学科的精髓,增进学生的STS(科学、技术、社会)精神,以及探究能力、创新思维的发展。

   

第二部分  课程目标

随着科学技术的飞速进步,生物科学与力学、建筑学、医学、工业等多种学科相互渗透,使其研究领域大大扩展。仿生学及其仿生技术就是在这样的形势下发展形成的。仿生学就是一门模仿生物的特殊本领,利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学技术。通过对生物系统的结构与功能的研究,为设计和建造新的技术装置提供新思想、新原理、新方法和新途径。

本课程主要介绍仿生学在农业、工业、医学、武器、建筑等多方面应用和发展的具体实例,及仿生技术的原理、方法技术和手段。通过该课程的学习,开拓生物学科视野,渗透交叉学科思维,使学生了解仿生技术内容、原理和方法,指导进行科学研究与应用。以实现为人类提供最可靠、最精巧、高效而又经济的生物系统的技术系统,造福于人类。

                     

                    一、课程总目标

本课程旨在基于高中生物必修与选修模块的基础上进行适度拓展,在充分关注学生个体发展的同时深化新课程理念(即:生物科学素养的提高、倡导探究性学习、注重生物学知识与生活的联系)的再落实。在该课程的实施过程中,深入发展搜集、分析资料的能力,创新思维与科学探究能力的培养;并在课程实施中渗透STS精神,引导学生关注交叉学科的潜在联系与价值,为培养具备综合化学科思维与能力的创造型人才服务。

   

二、课程具体目标

学生通过仿生学课程的学习,将在以下各方面得到发展:获得仿生学的基础知识,了解并关注这些知识在生活、生产和社会发展中的应用;提高对交叉学科知识中探索未知的兴趣;养成科学态度和科学精神,树立创新意识;认识科学的本质,理解科学、技术、社会的相互关系,逐步形成科学的世界观和价值观;初步学会仿生学研究的一般方法,具有较强的搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、批判性思维的能力、分析和解决实际问题的能力,以及交流与合作的能力;初步了解与仿生学相关的应用领域,为成为具备良好科学素养,发展成为创造型人才打下良好基础。课程的具体目标如下。

    1、知识与技能

       获得仿生学的基本事实、概念、原理等方面的基础知识,知道仿生学和放生技术的主要发展方向和成就,知道仿生学发展史上的重要事件。

       了解防身学知识在生活、生产、科学技术发展、军事、工业等方面的应用。   

       积极参与仿生学科学知识的传播,促进仿生学知识进入个人和社会生活。

    2、过程与方法

阅读仿生学材料,了解仿生学的发展史、仿生技术的实例,感受生物学的魅力。

搜集仿生学资料、信息,开展交流,学会鉴别、选择、运用和分享信息,加深对仿生学与科技以及社会联系的认识。   

尝试根据仿生学原理和研究方法,设计简单的仿生产品,或建立仿生产品设计方案,体验仿生学家的研究工作。

    3、情感态度与价值观

       形成生物体的结构与功能相统一的观点,树立辩证唯物主义自然观,逐步形成科学的世界观。

       关心仿生学与科技发展,对仿生学和技术发展状况有一定的认识,增强振兴中华民族的使命感与责任感。

       认识仿生学的价值,乐于学习,养成质疑、求实、创新及勇于实践的科学精神和科学态度。

       认识仿生学和仿生技术的性质,能正确理解科学、技术、社会之间的关系。

    课程具体目标中的知识与技能、情感态度与价值观、能力三个维度在课程实施过程中是一个有机的整体。

   

第三部分  课程内容

1. 漫谈仿生学(4课时)

1. 探访仿生学的足迹(2课时)

1、            生物的神奇“技能”

2、            祖先对生物的模仿

3、            从生物那儿得到的

4、            谈】你所知道的“仿生

5、            仿生学的诞生

6、            【绘制】仿生学发展史图谱

内容提要:自然界形形色色的生物,都有着怎样的奇异本领?它们的种种本领,给了人类哪些启发?模仿这些本领,人类又可以创造出什么样的奇迹呢?本节先简单介绍了生物的神奇“技能”,再遵循历史的足迹介绍了古今中外人类关于仿生学的思想、发现与发明,生动、完美地演绎了仿生学的发展历史。在活动中,我们又身临其中参与其中,加深了对仿生学及其发展史的感性认识。

   

2. 一起研究仿生学(2课时)

1、            仿生学的概念

2、            仿生学的相关领域

3、            仿生学的研究方法

4、            【参阅】小资料:狗的嗅觉

【扮演】仿生学家:研究嗅敏检测仪的工作原理

内容提要:作为开启新技术钥匙的仿生学究竟是一门怎样的科学?与此相关的领域又有哪些?我们究竟如何科学地开展仿生学研究工作?本节内容向我们揭示了这些问题的答案,并且让我们共同借助仿生学的研究方法真实地开展一回仿生学工作研究。

   

第二章 仿生趣谈与仿生技术

第一节   物理对仿生的启迪(3课时)  

   1生物中的电学现象(1课时)  

揭秘向日葵的向日运动  

深海里的星星点点  

老鼠也能发电?  

造福残疾人的生物电“假手“  

【搜集资料】【开展交流】:你所知道的生物电与仿生  

【人人设计】:生物电仿生产品  

      

       2、生物中的光学现象(1课时)

提高火鸟的产蛋率的秘诀  

光怪陆离,捕到更多的鱼  

教你如何高效诱捕害虫  

你知道吗:蚕宝宝喜欢白光  

【阅读小资料】花开的时节  

共同探究】如何能让荷花在冬天绽放?  

   

    3生物中的力学现象(1课时)  

蛛丝与防弹衣  

鱼、流线体与船  

翅、减振器和飞机  

薄壳建筑的灵感来源  

【搜集资料】【设计产品】生物中还有哪些力学现象呢?根据你的所知,尝试设计(绘制)一款简单的力学仿生产品。

   

第二节    化学对仿生的启示(1课时)

精湛的酿酒工艺

人工生物膜与航天、潜水

强大的人工肌肉

【组间交流】讲述你所知道的化学与仿生学的事例

   

      第三节 人类的飞行之师1课时)

        猫头鹰的启示  

        小小飞虫本领高  

        特殊的通信兵  

        太阳罗盘与天文导航  

【阅读资料】风雨无阻的导航术  

【分析交流】导航术如何体现在仿生学上的,其应用的原理如何?

【绘制图谱】绘制出导航术应用原理的图谱,并加以文字说明。

   

1.杰出的航海家(1课时)

       死鲸鱼的秘密

       别有缘故的鳄鱼泪

       海洋中的火箭

【小资料】章鱼的吸盘

【产品设计】根据小资料,尝试列举章鱼吸盘在仿生技术上的应用,并根据提供的材料设计简单的仿生产品

   

第五节 陆上交通工具的样板1课时)

       大腹便便的速滑能手  

       袋鼠汽车的构想  

       天然的甲马  

       高效率的肌肉发动机  

【小组交流】你所知道的交通工具

【展开分析】分析上述四则趣谈及你所知道的交通工具中运用的仿生学原理

   

第六节 农业中的仿生术1课时)

   微型生物氮肥厂  

   遗传工程师的宏图  

   防治害虫的美人计  

   破译昆虫的语言  

【资料搜集】搜集关于农业中的仿生术资料,开展交流

【方案设计】每组设计一个农业中的仿生技术产品,形成设计方案,进行交流

   

    第七节 异军突起的仿生医学1课时)

肢体再生的奇迹  

神奇的假肢技术  

电子五官科的福音  

巧夺天工的人造器官  

冰墓中等待复活的人体  

【发挥想象】请你大胆展开想象的翅膀,书写一篇关于仿生医学造福人类生活的文章,并开展交流  

   

     第八节 自然界的建筑师1课时)

             蜜蜂胜过了数学家  

             艾菲尔铁塔和骨骼  

             精于计算的植物  

             难以捏破的鸡蛋  

【想象、设计】了解一种生物的结构,根据此结构设计一款仿生建筑模型

   

第九节 仿生学展望(3课时)

             仿生产品展

             仿生学的未来

             设计你的仿生产品

   

期末考核(1课时)

   

      第四部分  实施建议

一、教学建议

(一)学分与学时

本课程为1个学分,共18学时,安排在高二年级进行。

(二)教学设备

多媒体、相应教学器材等

(三)教学方式

     《仿生学——开启新技术的钥匙》教材系师生共同开发,每一节内容均设有学生搜集、介绍资料、设计产品或方案等活动,因此教学方式主要采用教师引导,学生分组合作、组间交流、成果展示或汇报这样的学生自主构建主义的课堂教学模式。

二、评价建议

(一)评价形式

     评价贯穿于整个教学过程中,充分关注学生的学习过程。在评价形式上将过程评价与结果评价、定性评价和定量评价、小组评价与个人评价、自评与互评结合起来进行。在具体的评价过程中采取每个环节有评价、每节课总体评价与期末综合评价相结合的方式。对学生学习的评定及学分的认定采用“课堂活动表现+作业成果质量+考核成绩”按比例折算的方法进行测评,其中,前两项的评价均采用小组互评和个人自评的评价模式。

(二)评价内容

    评价内容主要涉及学生课堂活动中的参与度、提出问题的创新性、分析问题的精准性、设计方案(产品)的合理性,突出课堂学习过程的关注。同时也关注学生在具体的知识与技能方面的提高,重视活动中各种能力方面的进步。

   活动学习评价表

评价指标

       

自评

互评

指导教师评价

  发现问题的能力




  收集资料的能力




 创新思维的能力




  合作沟通的能力




形成方案(产品)

的质量




出勤情况


备注


   

【师资配备】   本校生物教师


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