仿生学小故事

第一篇：仿生学小故事

1．由令人讨厌的苍蝇，仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。已经被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱内气体的成分。

2．电鱼与伏特电池；

3．水母的顺风耳，仿照水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳风暴预测仪，能提前15小时对风暴作出预报，对航海和渔业的安全都有重要意义。

4．人们根据蛙眼的视觉原理，已研制成功一种电子蛙眼。这种电子蛙眼能像真的蛙眼那样，准确无误地识别出特定形状的物体。把电子蛙眼装入雷达系统后，雷达抗干扰能力大大提高。这种雷达系统能快速而准确地识别出特定形状的飞机、舰船和导弹等。特别是能够区别真假导弹，防止以假乱真。

电子蛙眼还广泛应用在机场及交通要道上。在机场，它能监视飞机的起飞与降落，若发现飞机将要发生碰撞，能及时发出警报。在交通要道，它能指挥车辆的行驶，防止车辆碰撞事故的发生。

5．根据蝙蝠超声定位器的原理，人们还仿制了盲人用的“探路仪”。这种探路仪内装一个超声波发射器，盲人带着它可以发现电杆、台阶、桥上的人等。如今，有类似作用的“超声眼镜”也已制成。

6．现代起重机的挂钩起源于许多动物的爪子。

7．屋顶瓦楞模仿动物的鳞甲。

8．船桨模仿的是鱼的鳍。

9．锯子学的是螳螂臂，或锯齿草。

10．嗅觉灵敏的龙虾为人们制造气味探测仪提供了思路。

第二篇：仿生学小故事精选

萤火虫

自从人类发明了电灯，生活变得方便、丰富多了。但电灯只能将电能的很少一部分转变成可见光，其余大部分都以热能的形式浪费掉了，而且电灯的热射线有害于人眼。那么，有没有只发光不发热的光源呢 ? 人类又把目光投向了大自然。

在自然界中，有许多生物都能发光，如细菌、真菌、蠕虫、软体动物、甲壳动物、昆虫和鱼类等，而且这些动物发出的光都不产生热，所以又被称为 “冷光”。

早在 40年代，人们根据对萤火虫的研究，创造了日光灯，使人类的照明光源发生了很大变化。近年来，科学家先是从萤火虫的发光器中分离出了纯荧光素，后来又分离出了荧光酶，接着，又用化学方法人工合成了荧光素。由荧光素、荧光酶、ATP(三磷酸腺苷)和水混合而成的生物光源,可在充满爆炸性瓦斯的矿井中当闪光灯。由于这种光没有电源，不会产生磁场，因而可以在生物光源的照明下，做清除磁性水雷等工作。

潜水艇 潜水艇是怎能样发明的呢？为了让一种船既能在水面划，又能在海底游，科学家观察到了鱼这种动物。

鱼肚中有一种东西叫鱼鳔，里面装满了空气。在鱼想潜到水底时，将鱼鳔中的空气排出，浮力就立刻变小了，鱼可自由地沉下水面。而潜水艇中也有一种机器，里面也装满了空气，将空气一排出，潜水艇便能沉下水底。科学家是按这个原理制造的潜水艇。

看，我们如今已经很高级的潜水艇，原来它们是利用鱼鳔原理而做的。是的，生活中若没有动物，人类将会失去很多发明的机会。可以说，动物对人类生活也有很大的帮助。

电子蛙眼

我从《小爱迪生》这本书中读到了“青蛙的眼睛”，《小爱迪生》上面说的是“青蛙的眼睛只能够看见动的东西”。我将信将疑，问了一下爸爸。爸爸说：“你还是做一个试验比较好。”我点点头。

首先，我先找来一只青蛙，这只青蛙蹲坐在报纸上，用它警惕的大眼睛盯着我的一举一动，好像警察监视罪犯一样。它身穿美丽的绿皮袄，好像一个贵妇人，仪态端庄。

我先把事先拍死的苍蝇放到它面前。那只苍蝇好像在青蛙的眼里消失了，对这“嗟来之食”无动于衷。我拿出了小细线，将苍蝇小心翼翼地扎好，然后在它的眼前不停地摇晃。突然，青蛙的注意力不在我身上了，它目不转睛地盯着那只“会飞”的苍蝇。没过一会儿，只听“扑”的一声，青蛙伸出了它长长的、粉红色的舌头，轻轻一卷，便把苍蝇卷进了肚子里。

这次实验证明了：青蛙的眼睛只能够看见动的东西，看不见不会动的东西。于是，科学家们便通过青蛙的眼睛发明了“电子蛙眼”！后来，这门科学技术被称为“仿生学”。我还知道科学家们从蜻蜓身上得到启示，发明了飞机；从火野猪身上得到启示，发明了防毒面具„„

在这个世界上，人们都有自己的老师。不过，动物们才是我们最好的老师呢！

第三篇：关于动物仿生学的故事

全球十三大动物仿生学:超强攀爬技术、鸵鸟、蜘蛛、枫树、毛毛虫、蝴蝶……这些生物都能带给我们启示，接下来为大家分享一篇关于动物仿生学的故事，希望大家从中有所启发。

大自然用了亿万年的时间创造了无数的生物，这些生物不但能够生存，而且完美地适应了其所生存的环境。无论是哪一种生物，它们的身体结构是如此完美，对人类的生产和生活有着特殊的启示，尤其是形形色色的动物。人类理应向动物学习。

一、猫头鹰是完美的夜间捕猎者，是鼠类等小型哺乳动物的天敌。

它们可以悄无声息地飞向猎物发起致命一击。要知道，老鼠的听觉、嗅觉等感官及其灵敏，猫头鹰是如何做到悄无声息靠近猎物的呢？科学家对猫头鹰的翅膀做了深入的研究。他们发现猫头鹰的翅膀及其柔软，好像天鹅绒一般。这种材质的翅膀为什么能大幅度降低噪音呢？科学家们把猫头鹰翅膀模型放在风洞中进行试验，发现空气基本上是贴着翅膀表面流动的，这就减小了空气的振动。这种材质的翅膀在飞行时能大幅度减少翅膀后面的空气扰流，从而大幅度降低噪音。而形状相同、材质不同的翅膀模型放入风洞中进行试验时会发现空气流经翅膀时不会紧贴翅膀表面，扰流比较严重，噪音也大。

难道我们要把飞机的翅膀粘上天鹅绒吗？显然不行。飞机的翅膀和猫头鹰的翅膀有很多区别，照抄照搬显然是不科学的。那么猫头鹰的翅膀还有什么值得模仿的呢？

科学家又做了一个对比试验，让猫头鹰和家鸽近距离飞过一层羽毛。家鸽的体型与猫头鹰相仿，是很好的对比对象。试验的结果是：当猫头鹰飞过这些羽毛时，羽毛基本是不动的；而当鸽子飞过这些羽毛时，羽毛被大幅度的搅动。为什么会有这么大的差别呢？科学家对猫头鹰和鸽子的翅膀形状进行了对比，发现猫头鹰的翅膀边缘呈锯齿状。正是这种特殊的形状降低了空气的波动，加上特殊的材质，从而降低了噪音。基于这一发现，科学家制造了一台有着锯齿状边缘的仿生风机。与传统风机相比，这台仿生风机的噪音降低了80%，并且节约了能源。要知道，从电脑的散热风扇到大型客机的发动机，从家用电风扇到大型中央空调的散热器，风扇几乎无处不在。如果这些风扇都能换成仿生风扇，将大幅度降低噪音和能源消耗，对节约资源、保护环境、促进人与自然和谐相处都有着不可估量的现实意义。

二、翠鸟是一种可爱的小型鸟类，以捕食水中的小鱼为生。

但我们都知道，水面会反射太阳的光线。当我们俯瞰水面时会受到反射光的影响，看不清水下的情况。如果水是流动的或水面受风的影响而产生波浪，就更加看不清水下的情况。那么翠鸟是如何对水下的情况“一目了然”的呢？答案就藏在翠鸟的眼睛里。翠鸟的眼睛与人类相比除了大小差别很大外，结构也存在着巨大差异。翠鸟的眼睛里有一种特殊的细胞，能够滤除太阳光中的蓝色光。而太阳光中的蓝光是导致我们看不清水面的主要光线，所以，翠鸟可以轻而易举的看清水下的情况。而人类的眼睛中没有这种特殊的细胞，所以我们看不清水下的情况。

翠鸟眼睛的特殊功能对我们人类有什么启示呢？ 科学家仿照翠鸟的眼睛制造了一台仿生学摄像机，这台摄像机除了具有传统摄像机的摄像功能外，还有一个特殊功能，那就是能够滤除太阳光中的任何一种光线。显然，这台仿生摄像机的功能比翠鸟的眼睛还要强大。为了验证这台摄像机的功能，科学家们做了对比试验。将传统摄像机安放在直升机上对波涛汹涌的大海进行航拍，得到的图像很单一，监视器上仅仅出现了蓝色的海浪。而将仿翠鸟眼睛摄像机安放在直升机上对同一海域进行航拍时，监视器上出现了不一样的情景：这片海域有两头海豚和三头座头鲸，其中有一头是幼鲸。这样的结果令科学家喜出望外。有了这样的摄像机，科学家们就有可能对鲸类的觅食、迁徙、繁殖等习性进行跟踪研究，从而保护这类濒危物种。这对维护海洋的生态平衡、保护物种多样性具有巨大的意义。当然，笔者不希望这种高端产品落入日本的捕鲸者手里，否则，后果不堪设想！

三、兀鹫是世界上最大的食腐鸟类，专门吃死去的动物的尸体。

兀鹫可以在空中飞行数小时寻找动物的尸体而不会疲惫。其他种类的鸟类要想做到这一点就必须消耗大量的能量，而兀鹫飞行同样的时间所消耗的能量却很少。科学家们通过观察发现，兀鹫在飞行时翅膀几乎是不动的，它们主要是靠上升气流为其飞行提供足够的升力。与其说兀鹫是在空中飞行，还不如说兀鹫是在空中滑翔。兀鹫能够做到这一点，除了兀鹫的翅膀十分宽大外，翅膀的形状也起到了很大的作用。科学家们发现，兀鹫在空中飞行时几乎不需要振动翅膀，这就意味着这种飞行方式几乎不用消耗能量。这就解释了兀鹫在空中长时间飞行而不会疲惫的原因。根据这一发现。科学家们制造了一艘仿生小型载人潜艇。这艘潜艇与传统潜艇的区别是加装了仿兀鹫翅膀的结构，类似于飞机的机翼。这一看似简单的结构却给这艘潜艇提供了相当大额外的动力，可以使这艘潜艇借助于洋流在海水中“滑翔”。也就是说，在加装相等的燃料的情况下，仿生潜艇的续航里程是传统潜艇的几倍。这就为科学家进行海洋科研提供了便利。

以前，科学家们对某一海域的海底进行研究时，必须先到达指定海域，然后释放科研潜艇，而且，必须受时间的限制。因为传统潜艇的续航里程实在是有限。为此，科学家们不得不放弃很多马上就要观察到的现象，这对科研是很大的影响。而新型仿生科研潜艇就完美的解决这一难题。利用这种潜艇进行科研不必非要到达预定海域，在水下潜行也几乎不受时间的限制。这就为某些特殊的海洋科研的开展提供了便利。

比如，利用这种潜艇可以长时间地观察珊瑚礁周边的生物活动情况；可以潜入更深的海里观察深海生物的活动规律等。这对人类认识海洋，保护海洋，开发利用海洋都有着不可估量的意义。造物主的神奇给人类以巨大的启迪，仿生学的研究也才刚刚开始。向动物学习，我们还有很长的路要走。

第四篇：眼睛与仿生学教案[小编推荐]

眼睛与仿生学教案

一、教学目标

（一）了解课文提及的人和动物的眼睛构造与功能的特点及其与仿生学的关系。

（二）理解本文的说明顺序，掌握分类、举例、比较等说明方法。辨识分析说明与综合说明。

（三）领会说明文语言的科学性、准确性。

（四）培养学生对科普读物的阅读兴趣，使学生初步具备独立阅读和分析科普读物的能力。

二、难点、重点分析

（一）本文是按什么样的说明顺序进行说明的？

分析：本文说明顺序是由一般到特殊、由简单到复杂。视觉仿生的依据是眼睛，而人们最熟悉、印象最深的，便是人的眼睛。所以，作者从人眼的构造与功能及其在仿生学中的意义谈起，然后再谈一些动物的眼睛及其特殊功能。这样的说明顺序易于为读者理解。从眼睛的构造来说，一般眼睛的构造比复眼要简单，所以作者先从一般眼睛谈起，然后再介绍复眼的构造及其在仿生学中的意义。这样由浅入深地说明事物，符合人们的认识规律。本文的分析说明基本上有三个步骤：先说明某种眼睛的某种特点，然后说明仿生学意义，最后讲应用及科研情况。眉目很清楚。

课文的整体结构采用的是“总-分-总”的形式。开头1～3段是引言部分，总提人眼和动物眼睛在构造和功能上有许多特殊之处，从中得到的启示对发展现代科学技术有重要意义。第4～14段是文章的主体部分，分别介绍了人眼和几种动物眼睛在仿生学上的作用。这一部分可分为两个层次：第一层次（第4～9段），谈人眼以及动物一般眼睛的研究及其意义；第二层次（第10～14段）谈复眼的研究及其意义。最后第15、16段，概括出仿生学的定义，指出它的任务，并介绍了它的研究范围、类别和发展重点。

（二）本文语言有什么特色？

分析：本文的语言特色是准确、严密和简明，用词注意分寸，决不含糊其词更不任意夸大。比如谈到有关视觉仿生学的研究成果时，模仿象鼻虫眼睛的特殊功能而制成的“地速计”，根据蜜蜂的眼睛能看到偏振光的原理而制成的“偏光天文罗盘”，模仿蜻蜓等昆虫的复眼的特殊结构而制成的“复眼透镜”等，都是已经取得成果并已在实践中应用的，所以说明时用“制成了”；并且分别用“已”、“已经”等表示过去时态的副词，表示这些科研成果已被运用在航海、航空、印刷等方面。对于目前还只取得初步成果的，如“电子位置传送器”、“电子蛙眼”等，则在“研制成了”后面分别用“进一步完善”、“不断改进”这样的词语加以补充说明，既肯定了已取得的成功，又表示了还有待继续努力改进。而目前还处于设想阶段、并未取得多少实际成效的，如关于鹰眼视野特别广阔的特殊功能的研究，文章连用三个“如果”来加以说明，这就明确告诉读者，这个科研项目目前尚处在设想、探索阶段。这样介绍，如实地反映了视觉仿生的现状，符合说明文的科学性原则。本文还较多地运用了术语。

（三）本课使用了哪几种说明方法？ 分析：

（1）举实例与作比较两种方法交错运用。例如说明“研究、认识眼睛的各种构造和功能”，“对发展现代科学技术有重要的意义”，就列举人眼为例。为了说明人眼的仿生学意义，又把人眼的结构功能与照相机作比较。说明了人眼的信息加工传输功能的仿生学意义。

又例如为了说明研究、认识眼睛的构造功能对发展现代科技有重要意义，还以蜻蜓复眼为例。为了说明蜻蜓复眼特殊结构功能，又把蜻蜓复眼与人眼作比较，说明蜻蜓的眼睛没有人眼的那种眼球，也不能转动，而是靠头部的转动朝向物体；接着具体介绍蜻蜓复眼的构造功能，说明复眼构造精巧、功能奇异；接着又与人眼比较，说明复眼在某些方面为人眼所不及。

举实例是为了说明观点或道理，而作比较则使得实例更加特征鲜明，更加强了“实例”说明观点、道理的作用。

（2）下定义。定义是以简练的语言揭示概念内涵的可靠方法，在本篇课文中使用多次，如下列五例：

①探索人和动物眼睛奥秘的仿生学研究工作，称为视觉仿生。②由几十至几万个独立小眼构成的眼睛，叫做“复眼”。③具有偏振现象的光叫做偏振光。

④仿生学是在生物科学与技术科学之间发展起来的，它的任务是用生物体结构与功能的原理，去改善现有的或创造新型的机械系统、仪器设备、建筑结构和工艺过程。

⑤太阳光本来是自然光，它的振动均匀地分布在各个方向上。但是当它穿过大气层时，由于受到大气分子和尘埃颗粒等的散射，它的振动就只分布在某个方向上，或者在某个方向上的振动占了优势。这种现象叫做光的偏振现象。

以上五个定义，按照下定义的方法分为两类，前三个属于一类，叫做“属加种差定义”，后两个属于另一类，叫做“发生定义”。（注：这两种下定义方法的名称，略知即可。）

（3）列数据。在说明人眼从外界获得的信息比其他感觉器官多时，采用了列数据的方法：“据研究，从外界进入人脑的信息，有百分之九十以上来自眼睛。” 在说明由于受到视野和视敏度的限制，在高空飞行的飞行员单凭肉眼很难发现和识别地面目标时，也采用下列数据的方法：“例如飞行员在六千米高空作水平飞行时，飞行员只能看到两侧八九公里和前方一二十公里狭窄范围内的地面。即使在这个区域里，对比较大的目标也不是总能准确无误地发现和识别的。”这段话是在举实例之中，兼用了列数据的方法。

（4）分析与综合。课文（1～3）段综合说明眼睛的重要作用、基本功能以及仿生学意义；（4～14）段则是分析说明眼睛的仿生学意义，先把眼睛分成“单眼”与“复眼”，再把“单眼”分成人眼、蛙眼、鹰眼分别加以说明，把“复眼”分为蜻蜓眼、象鼻虫眼、蜜蜂眼等分别加以说明；（15～16）段又综合说明仿生学的任务、什么是视觉仿生学等。分析说明必须建立在对所说明的对象科学分类的基础上，因而也必须遵循分类的规则，即每次分类只能使用一个标准。

（四）说明文的语言要求做到准确、严密和简明，（板书）先完成“思考和练习”二，然后再从课文中找出一些例句加以说明。分析：

（1）研制成功了一种叫做“生物-电子位置传送器”的“人造眼”。（2）人们研制成了一种测量飞机着陆时相对于地面的飞行速度的仪器--地速计。（3）制成了一种根据天空偏振光导航的航海仪器--“偏光天文罗盘”。（4）制成了一种新型光学元件--“复眼透镜”。

以上各句中带点的词语说明都是已经取得的成果并已在实践中应用的。

（5）进一步完善这种技术装置，将可以用来自动控制……选择……还可以控制……

加点词语既肯定了已取得的成果，又表示了还有待继续努力改进，而目前处于设想阶段，并未取得多少实际成效的。

（6）如果我们能够研制出一种类似鹰眼的搜索、观测系统，就能够扩大和提高飞行员的视野和视敏度。

带点词语说明这个科研项目目前尚在设想、探索阶段。

小结：（对照板书）本文交错运用了举例和比较以及分析和综合的说明方法，突出了事物的特征，提高了说明效果，语言做到了准确、严密和简明，体现了说明文的语言特点。

三、教学过程设计

（一）预习指导。词语辨析：

（1）而是先对图像进行信息加工。

（2）感觉细胞把光的刺激转换成一种电信号。（3）各种构造不同的眼睛，功能又有特殊的地方。（4）主要是因为它（蛙）有一双机能优异的大眼睛。

（5）从出示给它的各种形状的物体当中，识别出类似苍蝇等昆虫形状的物体。

（6）而这种方向与太阳的位置有确定的关系，所以蜜蜂能够随时辨别太阳的方位。

提示：①“信息”，是指眼睛把外界光的刺激，转换成符号。由于来自外界的刺激，所以符号是预先所不知道的。②“信号”，这里指传递外界刺激的电波。③“功能”，指眼睛所发挥的作用。④“机能”，指眼睛本身的作用和活动能力。⑤“识别”，指从不同的物体中，确认出所要找的事物。⑥“辨别”辨认出。

注：培养学生在具体的语境中理解词义的能力。如“信息”，词典的解释是“信息论中指用符号传送的报道”，在①句中不能生硬搬用，抽取“用符号传送”这一要点，结合句中“加工”一词，改作（把外界光的刺激）“转换成符号”，学生便容易理解。

（二）教学课文。

1．齐读第1自然段，然后指名回答问题。（1）这段话是围绕哪个词语来写的？ 提示：“重要感觉器官”。（2）为什么说它“重要”呢？

提示：比其他感觉器官多得多，有些还是其他器官所不能获得的，有百分之九十以上的信息来自眼睛。（3）这是什么语段？运用了什么说明方法？为什么要用这种说明方法？

提示：这是解证关系的语段，后面两句是具体说明第一句的，运用了“列数字”的说明方法，有很强的说服力。此外，这段概括地介绍了眼睛的作用，是“综合”写法。

2．指名朗读第2自然段。其余同学边听边思考下列问题，然后讨论。（1）这一段是怎样介绍眼睛的基本功能的？

提示：先运用“综合”的方法，总的说明眼睛的功能，然后用“分析”的方法，按先后顺序说明为什么眼睛有这种功能。

（2）按思考过程来看，一般是先分析，后综合，可是“再经过大脑的综合分析”，这一句却把二者的次序调换了，你怎么理解？

提示：这句话说的不是“思维过程”，而是对信号的处理过程。是把源源而来的信号加以处理（综合），然后再加以区别、分类（分析）。3．教师范读第1、2、3段，每读一段，由学生归纳一段的段意，最后归纳第一部分的意思。板书：第一部分： ①眼睛的重要作用。②眼睛的基本功能。③眼睛在仿生学的意义。

讨论：本文的题目是《眼睛与仿生学》，从扣题来看，对并列短语作题目的文章，应着重介绍两者的情况，现在只介绍“眼睛”，却不介绍“仿生学”。作者为什么要这样写呢？

提示：“仿生学”“属于一门新兴边缘科学”，要具体介绍并让读者懂得、理解，不是三言两语便成的，如果过多介绍它，必然使文章又冗长又枯燥。文章并非没有扣题，第3段的末尾两句其实已扣“仿生学”的范畴，不过不用“仿生学”这一术语罢了。这样处理，第一、第二部分衔接自然得多了。

4．学生复述第4～14段。

提示：要求学生把眼睛的功能和研究成功或正在研究的新科学技术准确地复述出来。5．教师把〔思考和练习〕二的1～4题用投影胶片或小黑板显示出来，要求学生在黑板上完成，不能看书，可根据“复述”时的领会做。做完后再打开书，对照检查。

6．齐读第4、5段。讨论下面问题：（1）照相机的发明算不算仿生学的内容？

提示：不算。理由是：“（人眼）跟照相机只是把外界景物的图像映在照相软片上不同。”也就是说，照相机并没有从人眼的“功能有特殊的地方”（见第3段）得到启示去研制出来。（2）文章用照相机这一事物有什么作用？

提示：先点明人眼与照相机在光学系统上类似，是类比说明，点明两者有可比的条件。用照相机主要是说明人眼和它不同，是比较说明。（3）又说人眼与照相机相类似，又说人眼与照相机不同，这不是矛盾吗？

提示：人眼与照相机在光学系统上相似，但人眼的视网膜与照相机的软片功能不同。照相机的软片只能把像录下来，而人眼的视网膜却能进行信息加工。板书：

人眼 对图像进行信息加工

教师点明：这就是人眼的功能特殊之处。

（4）这种信息加工原理对“仿生学”有什么启示呢？齐读：“对于改进某些机器的输入装置和自动控制系统的传送器，研制新型跟踪和发现系统，都具有十分重要的参考价值。” 板书（接上段的板书）：

人眼 对图像进行信息加工 对于改进输入装置和自动控制系统的传送器，研制跟踪和发现系统有十分重要的参考价值。--说明了人眼与仿生学的关系。

（5）提问：人眼还有什么功能特殊的地方？

提示：可以对比周围的景物，使人感知自身的运动和位置状态，确定物体的距离、形状和相对大小。

7．齐读第6～第8段，然后讨论下列问题：（1）蛙眼的功能特殊的地方是什么？

提示：“对运动的物体简直是'明察秋毫'，而对静止不动的物体却'视而不见'。”（2）上面这句话所用的说明方法是什么？ A比较 B分类 C引用 D打比方

（3）对“就是靠这套本领，青蛙才能准确地捕食物和逃避敌害，在地球上生存了二百万年之久”一句的理解，正确的一项是： A．用具体数字说明青蛙生存时间的长久。B．运用列数字的说明方法，说明青蛙眼睛的特殊功能。C．运用列数字的说明方法，说明青蛙的眼睛的重大作用。D．以青蛙生活年代的久远，说明青蛙眼睛机能的优异。

提示：答案是D。A强调“生存时间的久远”，不是本文说明的内容。B说“运用列数字的说明方法”来说明蛙眼的特殊功能，也不恰当。C同B一样“运用列数字的说明方法”来说明蛙眼，是不恰当的，这也不是说明蛙眼的作用。

（4）蛙眼在仿生学上有什么启示？

提示：用到雷达系统，可以准确地把预定要搜索的目标同其他物体分开，同背景分开，提高雷达系统的抗干扰能力，还可把真假导弹区分开来。

（5）人眼和蛙眼的结构一样，为什么先讲人眼再讲蛙眼，而不先讲蛙眼再讲人眼呢？

A．因为“人为万物之灵”，按先主要后次要来选材、组材。

B．因为人们对照相机比较熟悉，而看过科教片《保护青蛙》的人不多。

C．因为人眼是人们最熟悉、印象最深的，读者易于理解。D．这样能由浅入深地说明事物，又符合人们的认识规律。

提示：答案为C。主要是因人们对自己的眼睛较熟悉，易于理解。作者这样选材，符合人们认识事物先认识熟悉的，而后认识陌生的这样的规律，但这不是由浅入深的规律，因为人眼与蛙眼，无所谓谁浅谁深的问题。A、B离开说明对象的本质，泛泛而谈。板书：

8．指定三名学生分读“人眼”、“蛙眼”和“鹰眼”中有关功能的部分，其余学生边听边思考，参照说明功能的构思示意表理解。（见下表）类别 引入的方式 功能的说明 人眼 照相机--同中求异

鹰眼 人眼遇到的难题 视野广阔 蛙眼 看科教片--机能优异

从表中可看出：说明相同的内容（眼睛的功能特点），运用了不同的写法，因而文章显得生动活泼，枯燥的说明文也能使人读出滋味来。应注意学习这样的手法，写好说明文。

从表中还可看出：并列说明对象的横式结构，不用作者特意说明，读者将会把它们的内容加以比较，加深印象。9．讨论：鹰眼功能特征的说明，用了什么说明方法？作用是什么？对仿生学有什么启示？

提示：①比较说明方法；②举数字说明方法；更好地理解鹰眼功能；借助鹰眼功能的启示，解决人眼所不能解决的难题。虽然“电子鹰眼”和“鹰眼系统”还是在受到启示阶段，但已给问题的解决带来了希望。10．提问：第10段开头的那句话，在文章中起什么作用？

提示：起承上启下的作用：即由对“一般眼睛”的说明转入到对“复眼”的说明，它概括了第10～14段的内容。

11．指名学生朗读第10段，其余同学留心听。然后用投影胶片或小黑板显示：

__________________因此，复眼已成为人们极感兴趣的研究对象，给了人们种种有益的启示。

问：空缺处应选用下面的哪一项呢？

A．复眼跟人眼、蛙眼、鹰眼的结构不同。B．复眼构造精巧，功能奇异。

C．复眼是由几千至几万个独立小眼构成的。D．由于复眼的每个小眼都能看到东西。

提示：答案为B。本文的思路是：抓住对人和各种动物眼睛的构造与功能的介绍谈它们对仿生学的启示。只有B这一项符合。

12．用投影胶片（或小黑板）显示“象鼻虫根据各个小眼看到同一个物体的时间差以及自身在此期间飞过的距离，可以很快地'计算'出它相对于地面的飞行速度”。要求学生不看书，对这句话提出问题，并加以讨论。

可能提出的问题有：

①“计算”这个词语为什么要加引号？

②象鼻虫各个小眼为什么不是同时看到同一个物体的？ ③“相对于地面”中的“相对”是什么意思？

让学生翻开书本，他们马上可解决第2题“它的眼睛是复眼，呈半球形，许多小眼排列在曲面上。”教师指出，这说明象鼻虫复眼构造的精巧。

对第1题的解释是：作者为了说明象鼻虫复眼功能的奇异，有意用了拟人手法，这样才容易把功能特性给仿生学的启示通俗易懂地介绍出来，对第3题，则可解释为“以（地面）作标准而变化”。

13．提问：蜻蜓和苍蝇的复眼有什么功能？根据这一种功能研制出什么仪器？

提示：“这种复眼的角膜是由许许多多个六角形的小眼角膜排列构成的”，只放一个目标在角膜前，但“通过角膜却可以看到许许多多”相同的像。制成了复眼透镜。

14．结合〔思考与练习〕一，谈谈本文说明事物用综合说明与分析说明的情况。

提示：本文第一部分说明眼睛的重要，它的作用和它与仿生学的关系，是综合说明。第二部分是按横向排列，分别介绍六种眼睛的情况，和与仿生学的关系，是分析说明。第三部分则是综合全文内容，在读者已有大量感性认识的情况下，提高到理性认识的高度，这又是综合说明。

在分析每一类眼睛的情况时，也是有分析，有综合的。如“人眼”，先分析人眼与照相机的情况，然后综合出人眼的特点；又如，先对蜻蜓的眼睛进行由表及里的分析，再综合出复眼的定义。

分析说明，能使读者对被说明的事物的性质、状态、原由、作用等有一个比较具体、深刻的了解。综合说明，是在分析说明的基础上进行归纳、小结，使分析说明的内容抽象化，使读者对被说明的事物有一个较完整的、较准确的认识。当然先分析、后综合或先综合、后分析都可以，反正互相配合使用便是。

第五篇：仿生学与新材料

仿生学与新材料

摘要：自然界生物在漫长的进化过程中优胜劣汰，为了生存、自卫、竞争和发展的需要，强化了许多优异的结构和特殊功能，值得人们很好地借鉴并发挥。仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学，它是在上世纪中期才出现的一门新的边缘科学。仿生学研究生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植于工程技术之中，发明性能优越的仪器、装置和机器，创造新技术。从仿生学的诞生、发展，到现在短短几十年的时间内，它的研究成果已经非常可观。仿生学的问世开辟了独特的技术发展道路，也就是向生物界索取蓝图的道路，它大大的开阔了人们的眼界，显示了极强的生命力。关键词：仿生学 仿生设计 军事 能源

1.引言

早在远古时期，人类就从自然生态系统中领悟到自身生存、发展和进步的真谛，蒙昧时代进入文明时代就是在模仿和适应自然规律的基础上发展起来的。回顾世界文明史，人们很早就留下了模仿自然生态的痕迹，人首龙身、羽化飞升等大量事例记述了人们对自然生命形态和功能创造性的模仿。

人类师法自然思维由来已久，这便促成了仿生学的诞生。仿生学是研究生物系统的结构和性质以为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学，属于生物科学与技术科学之间的边缘学科，其目的就是分析生物过程和结构，并将结果用于未来的设计。

仿生学思想是建立在自然进化和共同进化基础上的，人类所从事的技术就是为使其达到互相间的协调，而模拟生物适应环境的功能无疑是一个好途径，恰似“桥 梁”和“纽带”，连接着生物科学与技术科学[1]。人们向生物系统索取设计蓝图，使军事、化工、机械、建筑等科学领域发生了根本性的变化，新事物层出不穷：从雪 地行走的企鹅，人们发现了越野汽车；利用六角形结构蜜蜂窝，生产出了蜂窝材料；从青蛙突出的眼睛，制造电子蛙眼；由令人讨厌的苍蝇，仿制成功一种十分奇特的小型气体分析仪。已经被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱内气体的成分；仿照水母耳朵的结构和功能，设计了水母耳风暴预测仪，能提前15小时对风暴作出预报，对航海和渔业的安全都有重要意义。根据蝙蝠超声定位器的原理，人们还仿制了盲人用的“探路仪”，这种探路仪内装一个超声波发射器，盲人带着它可以发现电杆、台阶、桥上的人等。如今，有类似作用的“超声眼镜”也已制成。

在工业化进程加速的基础上，仿生学已被广泛应用到社会生产、生活的各个方面，仿生学的相关设计开始占据举足轻重的地位，人们由此得出仿生设计学（Bionics Design）[2]。仿生设计学是在仿生学和设计学的基础上发展起来的一门新兴学科，它与原有的仿生学成果应用不同，是以自然界万事万物的“形”“色”“音” “功能”“结构”等为研究对象，同时结合仿生学的研究成果，为设计提供新的原理和方法。从某种意义讲，仿生设计学可以说是仿生学的延续和发展，作为人类社 会生产活动与自然界的契合点，正逐渐成为设计发展过程中新的亮点。2.仿生学的研究范围

仿生学的研究范围非常广阔主要包括：力学仿生、分子仿生、能量仿生、信息与控制仿生等。

力学仿生，是研究并模仿生物体大体结构与精细结构的静力学性质，以及生物体各组成部分在体内相对运动和生物体在环境中运动的动力学性质。例如，建筑上模仿贝壳修造的大跨度薄壳建筑，模仿股骨结构建造的立柱，既消除应力特别集中的区域，又可用最少的建材承受最大的载荷。军事上模仿海豚皮肤的沟槽结构，把人工海豚皮包敷在船舰外壳上，可减少航行揣流，提高航速。

分子仿生，是研究与模拟生物体中酶的催化作用、生物膜的选择性、通透性、生物大分子或其类似物的分析和合成等。例如，在搞清森林害虫舞毒蛾性引诱激素的化学结构后，合成了一种类似有机化合物，在田间捕虫笼中用千万分之一微克，便可诱杀雄虫。

能量仿生，是研究与模仿生物电器官生物发光、肌肉直接把化学能转换成机械能等生物体中的能量转换过程。信息与控制仿生，是研究与模拟神经元与神经网络、以及高级中枢的智能活动等方面生物体中的信息处理过程。例如,根据象鼻虫视动反应制成的“自相关测速仪”可测定飞机着陆速度。根据鲎复眼视网膜侧抑制网络的工作原理，研制成功可增强图像轮廓、提高反差、从而有助于模糊目标检测的—些装置。已建立的神经元模型达100种以上，并在此基础上构造出新型计算机。模仿人类学习过程，制造出一种称为“感知机”的机器，它可以通过训练，改变元件之间联系的权重来进行学习，从而能实现模式识别。此外，它还研究与模拟体内稳态，运动控制、动物的定向与导航等生物系统中的控制机制，以及人-机系统的仿生学方面。我们可以从不同的角度多方面研究仿生学的原理与方法，更好的应用仿生法。3.仿生学的应用

3.1仿生学在军事上的应用

随着时代发展与变化，军事仿生设计越来越受到人们的关注。在漫长的进化过程中，生物为了生存、自卫、竞争和发展的需要，逐渐形成了许多优异的结构和特殊功能，值得人们在军事研究中很好地借鉴。军事仿生学就是模 仿生系统的原理来建造先进军事装备技术系统或者使人造军事装备技术系统具有或类似于生物系统特征的一门科学。随着人类科学技术的进步，军事仿生学的研究 范围越来越广泛，已经渗透到与军事相关的各个领域，只要生物界具有的优异之处而军事装备上又很需要的，都值得军事研究人员去揣摩、模仿。

仿生设计在军事上的成功应用有很多例子。如猫的眼睛与夜视仪。漆黑的夜晚，猫能清楚地观察老鼠的一举一动并敏捷地抓住它，其原因在于猫眼的视网膜上具有圆 锥细胞和圆柱细胞，圆锥细胞能感受白昼普通光的光强和颜色，圆柱细胞能感受夜间的光觉。一般只能在白天活动的动物如鸟、鸡等，它们的视网膜中常常只有圆锥 细胞；而另一些只能在夜间活动的动物如猫头鹰，其视网膜上只有圆柱细胞。此外，猫眼还有一个特点，在它感受弱光时，瞳孔能够随着光的不同强度而自动调整。所以，阳光很强时，你会看到猫眯着它的双眼，瞳孔已缩小成直线般的细缝，保证只让少量的光线进入瞳孔内。而在光线十分微弱的晚上，瞳孔又能放大呈圆形，以 便保证在黑暗中也能看清楚各种物体。军事科学家们便模仿猫眼的奥妙研制出了大有用处的微光夜视仪。这就是军事仿生学。世界上有许多军事发明，也都是科学家在探 索动物奥秘中得到启迪而设计、发明的。例如：蝴蝶与卫星控温系统。位于太空的人造地球卫星，在受到阳光的强烈照射时，卫星表面温度会高达2000度；而在 阴影区域，卫星表面温度会下降至零下200℃左右，很容易烤坏或冻坏各种仪器仪表，这曾使航天科学家伤透了脑筋。后来，科学工作者从蝴蝶身上受到启迪，原 来在蝴蝶体表生长着一层细小的鳞片，有着调节体温的作用。每当阳光直射、气温上升时鳞片自动张开，以调整阳光照射的角度，从而减少对热能的吸收；而当外界气温下降时，鳞片自动闭合，紧贴体表，让阳光直射鳞片，从而把温度控制在正常范围内。科学家为人造地球卫星设计了一种犹如蝴蝶鳞片般的控温系统。

仿生设计在军事上的成功应用，推动了军事科技的发展。在当今信息时代，人们对设计的要求和过去不同，既注意功能的优良特性，又追求形态的清新、淳朴，同时注重个性[3]。而仿生设计本身就是人们在长期向大自然学习的过程中，经过积累经验，选择和改进其功能、形态，从而来创造更优良的人造物。所以，运用仿生性思维进行军事方面设计，不仅创造功能完备、结构精巧、用材合理、美妙绝伦的军事化及军需化物品，而且以生命的象征，让设计回归自然，增进人类与自然和谐统一。

仿生设计在军事上的应用有着巨大的潜力和发展前景，随着科学的高速发展和人们对自然界认识的不断提高，将会有更多的仿生发明应用于军事科技领域。两个领 域的结合将使军事研究向着更为科学和完美的方向发展，为军事研究开辟新的空间；同时，仿生设计也拥有了更广泛的用武之地，为其自身进一步发展壮大奠定了基础。

3.2仿生学在新能源上的应用

2008年8月Angewandte Chemie杂志报道了澳大利亚莫纳什大学的利昂·斯皮西亚、罗宾·布里姆布来可比和安妮特·可罗，澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）的格哈德·斯伟格斯和美国普林斯顿大学的查尔斯·迪斯莫克斯共同开发了由一层涂层和维持植物光合作用的基本化学物质——锰组成的系统。该系统可模拟植物的光合作用，为利用阳光将水分解成氢和氧开辟了一条新途径。此项技术突破有望革新制氢工艺，从而利用太阳光大规模生产清洁的绿色能源——氢气。光合作用是植物、藻类和某些细菌利用叶绿素，在可见光的照射下，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气的生化过程。对于生物界的几乎所有生物来说，这个过程是赖以生存的关键，而在面临能源和环境瓶颈的今天，这一过程中的能量转换也为人类提供了极其重要的启示。由于自然光谱的吸收率等原因，光合作用在多数植物中效率非常低，通常均低于0.5%。在人工设计的系统中，研发人员借鉴其光反应与电子传递的机制，并提高通量转化的效率，使其适于太阳能的转化利用。事实上，在上述模拟光合作用的研究取得突破前，微生物制氢的已经成为了研究热点。自然界已发现有类似甲烷菌的制氢菌，但其菌种繁育不如甲烷菌那样简单。若能建立合适的菌种群落，制造氢气也会像制造沼气一样得到大规模应用。

模拟光合作用制氢或者微生物制氢过程正是仿生学“向自然学习”的思想典型。20世纪40年代以来，工程技术领域中出现了调节理论，人们开始在一般意义上把生物与机器进行类比，认识到二者包含自动调节系统。此后，科学研究和生产实践完全证实了生物和机器在许多问题上的共同之处。而控制论则把生物科学和工程技术从理论上联系起来，成为在原理上沟通生物系统与技术系统的桥梁，奠定了生物与机器在控制与通信方面进行类比的科学理论基础。之后，斯蒂尔提出了仿生学的研究理念。自上个世纪末以来，人们认识到大约35亿年的生命演化与协同进化过程优化了生物体宏观与微观结构，形态与功能具有无可比拟的优越性，仿生学也因此显示出巨大的生命力。

从研究模式上看，仿生学作为模仿生物建造技术装置的科学，是一门新兴的边缘科学，研究生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植于工程技术之中，发明性能优越的仪器、装置和设备，创造新技术。模拟光合作用制氢过程的例子很好地诠释了这一点。在植物的光合作用中，锰参与几种酶系统。由于锰 可以在正二价和正四价两种化合价之间转换，所以主要在氧化还原和电子转移中发挥作用。这一思想为斯皮西亚等人的研究提供了启发。他们在确定锰簇是植物利用水、二氧化碳和阳光制造碳水化合物和氧气的中心枢纽后，开发出这种人造锰簇，并利用这些分子的能力将水分解成氢和氧。研究者将一层质子导体――Nafion薄膜覆盖在一个电极上，形成一层仅几微米厚的聚合体膜，这层聚合体膜充当锰簇的载体。锰在正常情况下不溶解于水，但可以和Nafion薄膜小孔中的催化剂结合，形成不易分解的稳定结构，当水到达此催化剂时，在阳光的照射下便发生氧化反应。

在能源和环境领域，这一技术显示了仿生技术的巨大应用潜力和价值。初步测试表明，此催化剂连续使用3天之后还有活性，由此分解出来的氢气和氧气可以在燃料电池中结合成水，产生电力供住宅和电动车全天24小时使用，且不排放碳而是排放水。虽然此系统的效率还有待提高，但研究者可以不断地从自然界中学习，使之更为高效，从而使氢这一能效高且没有碳排放的绿色清洁能源为未来社会所用。

生物体的电子传递过程在能源仿生技术上的另一重点研究领域是生物发光。生物发光和光合作用都是“电子传递”现象，而从某个角度上看，生物发光可以看作是光合作用的逆反应。光合作用是绿色植物吸取环境中的二氧化碳和水分，在叶绿体中，利用太阳光能合成碳水化合物，同时放出氧气。光能从水分子上释放电子，并把电子加到二氧化碳上，产生碳水化合物，这是一个还原过程。光合作用把光能转变成化学能，而生物发光是电子从荧光素分子上脱下来和氧化合，形成水，产生光。生物发光是将化学能转变成光能。生物光作为冷光源，具有效能高、效率大、不发热、不产生其它辐射、不会燃烧、不产生磁场等特点，对于手术室、实验室、易燃物品库房、矿井以及水下作业等，都是一种安全可靠的理想照明光源。通过模仿发光生物把一种形式的能量转换成另一种形式的能量，制造冷光板使其不需要复杂的电路和电力，就能白天吸收太阳光，晚上再将光能释放。人们先是从发光生物中分离出纯荧光素，后来又分离出荧光酶。现在已能人工合成荧光素，这就使人类模仿生物发光，创造一种新的高效光源——冷光源成为可能。然而，人们对于萤火虫等发光机制的研究仍然有待深入。如果将光合作用和生物发光机制在仿生学框架下同时加以研究，就有可能在能量利用的电子传递现象中取得进展，从而实现能源利用更为巨大的进步。

从仿生学的诞生、发展，到现在短短几十年的时间内，研究成果已经非常可观。仿生学的问世开辟了独特的技术发展道路，也就是向生物界索取蓝图的道路，它大大开阔了人们的眼界，显示了极强的生命力，在能源技术上的应用潜力也极其巨大，有助于破解人们所面临的能源瓶颈问题，同时解决石化能源等所带来的环境问题。

3.3仿生学在医学的应用

医学仿生学包括人工脏器的研制、生物医学图像识别以及医学信号的分析处理等。此外，还在研究建筑仿生、农业仿生等。美国科学家宣布，他们将活细胞和硅化电路相结合，创造出他们表示可使医学技术革命化的“仿生学晶片”。伯克利的加州大学研究人员宣布，他们成功地把人类的组织细胞装置在电脑晶片的小室内。带领这项研究的一位教授鲁宾斯基说：“这是以硅为基本成份的晶片，跟任何电脑或电子装置使用的晶片类同。我相信它是真正的仿生学晶片。” 研究人员表示，这是人类活细胞首次被电脑讯号控制。科学家透过指挥微小的装置打开或关闭细胞，希望有一天能命令癌细胞自行打开，容许有害的力量侵入，从而自我毁灭。

医学仿生学——已制成的有原子动力心脏，人工肾，能做出六个基本动作的假手，仿生学是一门综合科学，需要生物学、生理学、心理学、生物物理学、生物化学、控制论、数学、电子学、通讯、航空、航海、医学等等许多科学工作者进行合作，去解决各自需要解决的问题。仿生学是一门新生的科学，前途广阔，不久的将来将在生产、生活各个领域里得到广泛的应用。目前医学仿生学研究的重点是“感觉器官的模拟”、“神经元和神经网络的模拟”。在仿生高分子，我认为比较具有前沿研究的，一个是在医用材料里面，比如说仿生骨的研究，已经很多进入临床状态，四川大学李玉宝教授做的仿生的羟基磷酸钙人造骨，作为脊椎骨治疗腰椎盘突出取得比较好的成绩。仿生医学的研究对解决目前器官供需的严重不平衡应该有所帮助。4.结束语

德国著名设计大师路易吉·科拉尼曾说：“设计的基础应来自诞生于大自然的生命所呈现的真理之中”，道出了自然界是蕴含着无尽设计宝藏的天机。在现今科学 技术飞速发展的时代，学习和利用生物系统的优异结构和奇妙的功能，已经成为技术革新和技术革命的一个新方向。未来仿生“电子眼”、仿生“电子神经系统”的诞生，将是仿生学划时代的贡献。所有这些都预示着仿生科技前途似锦，而且仿生科技的探索永无止境。

另一方面，大自然向人类展示着精妙绝伦的生命形态和绚丽多姿的悦人色彩，同时，大自然还无声地阐释了自然界的生存哲学——和谐与共生。这种和谐的设计哲学呼吁人类社会与大自然之间的高度和谐统一，共生的设计哲学则呼吁着人与机器、生态自然与人造自然之间合理的建构。因此，设计师要学会师法自然的仿生性设计思维，创造人、自然、机器和谐共生的对话平台[4]。仿生设计的应用有着巨大的潜力和发展前景，随着科学的高速发展和人们对自然界认识的不断提高，将会有更多的仿生发明应用科技领域。参考文献

[1]于帆，陈嬿.仿生造型设计.华中科技大学出版社，2005.[2]智一君惕.仿生学与现代化.湖南教育出版社，1985.[3]王建成.简明军事科技发展史.国防工业出版社，2005.[4]许书民.设计概论.上海科学普及出版社，2005.