六年級(jí)上冊(cè)下冊(cè) 第12課《認(rèn)識(shí)飛行器》（第二課時(shí)）教學(xué)設(shè)計(jì)

第12課《認(rèn)識(shí)飛行器》（第二課時(shí)）教學(xué)設(shè)計(jì)科學(xué)知識(shí)：知道制造飛行器的過(guò)程中，有很多發(fā)明受到了生物的啟發(fā)。科學(xué)探究：通過(guò)閱讀資料、觀看視頻，知道在自然界中可以找到飛行器發(fā)明的原型。科學(xué)態(tài)度：始終保持對(duì)飛行器的研究興趣?？茖W(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境：了解人類(lèi)的好奇心和社會(huì)的需求是飛行器發(fā)展的動(dòng)力。教學(xué)重點(diǎn)：知道在飛機(jī)的制造過(guò)程中，有很多發(fā)明受到了生物的啟發(fā)。教學(xué)難點(diǎn)：知道在飛機(jī)的制造過(guò)程中，有很多發(fā)明受到了生物的啟發(fā)。教學(xué)過(guò)程：一、回顧舊知識(shí)，聚焦新問(wèn)題1.知識(shí)回顧：提問(wèn)：上節(jié)課我們一起認(rèn)識(shí)了各種各樣的飛行器。你學(xué)到了哪些知識(shí)？【預(yù)設(shè)學(xué)生回答】學(xué)生1：我知道了飛行器分為航天器、航空器和火箭等。學(xué)生2：我知道了飛機(jī)、熱氣球等飛行器屬于航天器，是靠空氣的浮力或空氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的升力而升空飛行的。學(xué)生3：我還知道了飛機(jī)的翼型有助于產(chǎn)生飛行所需的升力。導(dǎo)語(yǔ)：人類(lèi)為了完成飛天的夢(mèng)想，從觀察身邊事物中不斷獲取靈感。飛行器的發(fā)明是從模仿開(kāi)始的。從簡(jiǎn)單模擬形態(tài)，到深入研究功能。制造、發(fā)明出了一代又一代的飛行器。2.聚焦仿生學(xué)導(dǎo)語(yǔ)：大自然是人類(lèi)的老師，有許多科學(xué)家都從中得到啟示，有所發(fā)明、有所創(chuàng)造。出示圖片：蒲公英和降落傘

提問(wèn)：你能看出它們之間的聯(lián)系嗎？【預(yù)設(shè)學(xué)生回答】學(xué)生1：蒲公英和降落傘形態(tài)相近。學(xué)生2：蒲公英可以隨風(fēng)飄揚(yáng)，科學(xué)家根據(jù)這種特性發(fā)明出了降落傘。飛機(jī)在飛行時(shí)一但遇到故障，只要背上降落傘，就可以平安著陸了。小結(jié)：人們通過(guò)研究生物的結(jié)構(gòu)和功能，從而發(fā)明出新的設(shè)備和工具，這就叫做仿生技術(shù)。日常生活中的很多發(fā)明都來(lái)源于自然界的仿生原理，飛機(jī)的設(shè)計(jì)制造也不例外。環(huán)節(jié)意圖：聚焦話題，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。明確仿生學(xué)的概念。二、科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)：了解飛行器中的仿生學(xué)1.聚焦飛機(jī)設(shè)計(jì)中的仿生學(xué)提問(wèn)：發(fā)明飛機(jī)最初的靈感來(lái)源于鳥(niǎo)類(lèi)，你覺(jué)得飛機(jī)的構(gòu)造中哪些和鳥(niǎo)類(lèi)相似呢？請(qǐng)根據(jù)自己已經(jīng)了解的知識(shí)在飛機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖上標(biāo)注出哪部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于鳥(niǎo)類(lèi)。學(xué)生匯報(bào)：【預(yù)設(shè)學(xué)生回答】學(xué)生1：通過(guò)上節(jié)課的學(xué)習(xí)，我知道機(jī)翼翼型的設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于鳥(niǎo)類(lèi)的翅膀。學(xué)生2：小鳥(niǎo)有尾巴，飛機(jī)有尾翼。學(xué)生3：小鳥(niǎo)飛行時(shí)，鳥(niǎo)爪會(huì)蜷縮起來(lái)。飛機(jī)的起落架也是這樣的。學(xué)生4：其實(shí)飛機(jī)的整體形態(tài)和小鳥(niǎo)的身體形狀十分相似。從流線型的頭部，到展開(kāi)的翅膀，到最后平行的尾部形態(tài)，都基本一樣。飛機(jī)的整體形態(tài)設(shè)計(jì)靈感就是來(lái)源于鳥(niǎo)類(lèi)。環(huán)節(jié)意圖：初步了解飛機(jī)設(shè)計(jì)受到了鳥(niǎo)類(lèi)的啟發(fā)。2.了解飛機(jī)中的仿生學(xué)導(dǎo)語(yǔ)：我們從形態(tài)上可以看到飛機(jī)模仿小鳥(niǎo)。那么在飛機(jī)的發(fā)明、制造的過(guò)程中，具體應(yīng)用了哪些仿生技術(shù)呢？我們來(lái)聽(tīng)聽(tīng)同學(xué)們查閱資料后的分享?！绢A(yù)設(shè)學(xué)生回答】飛機(jī)整體形狀和鳥(niǎo)的身體外型學(xué)生1：首先飛機(jī)的整體形態(tài)和小鳥(niǎo)的身體形狀十分相似。從小小的頭部，到展開(kāi)的翅膀，到最后的分開(kāi)的尾部形態(tài)，都基本一樣。飛機(jī)的整體形態(tài)設(shè)計(jì)靈感就是來(lái)源于鳥(niǎo)類(lèi)。海鳥(niǎo)與機(jī)頭的探測(cè)器學(xué)生2：通過(guò)查閱資料，我發(fā)現(xiàn)：機(jī)頭探測(cè)器的設(shè)計(jì)靈感來(lái)自于海鳥(niǎo)。海鳥(niǎo)可以通過(guò)喙部察覺(jué)出空氣中的陣風(fēng)荷載量，并通過(guò)調(diào)節(jié)翅膀的形狀抑制升力。運(yùn)用此原理，新型的空客通過(guò)安裝在機(jī)頭的探測(cè)器可以檢測(cè)風(fēng)力并利用其可移動(dòng)的機(jī)翼表面提高飛行效率。這個(gè)設(shè)計(jì)還可以進(jìn)一步節(jié)能減排。機(jī)身形狀和鳥(niǎo)的身體外型學(xué)生3：我們能很清晰的發(fā)現(xiàn)機(jī)身的形狀模仿的是鳥(niǎo)類(lèi)紡錘形身體外型。在資料中我也查閱到：19世紀(jì)初，英國(guó)科學(xué)家凱利模仿山鷸的紡錘形，找到阻力小的流線型結(jié)構(gòu)，這對(duì)航空技術(shù)的誕生起到了促進(jìn)作用。鳥(niǎo)類(lèi)和機(jī)翼翼型學(xué)生4：在上節(jié)課的學(xué)習(xí)中，我知道了機(jī)翼的翼型就是源自鳥(niǎo)類(lèi)翅膀。法國(guó)生理學(xué)家馬雷在其著作中介紹了鳥(niǎo)類(lèi)的體重與翅膀面積的關(guān)系，而德國(guó)人亥姆霍茲發(fā)現(xiàn)飛行動(dòng)物的體重與身體的限度的立方成正比。根據(jù)鳥(niǎo)類(lèi)飛行結(jié)構(gòu)的原理，人們制造了能夠載人飛行的滑翔機(jī)，機(jī)翼形狀正是其發(fā)自鳥(niǎo)類(lèi)翅膀。蝴蝶與機(jī)翼結(jié)構(gòu)（出示蝴蝶展翅動(dòng)圖）學(xué)生5：今天我在資料上又看到了“蝴蝶與機(jī)翼結(jié)構(gòu)”之間的關(guān)系。蝴蝶華麗的外表也掩飾了其復(fù)雜精細(xì)的翅膀結(jié)構(gòu)。這些翅膀可是它們高效飛行的利器。它們?nèi)彳浀耐饽ず脱軙r(shí)緊時(shí)松，使其能在任何飛行階段都收放自如。同樣，空客工程師已研發(fā)出可以在飛行中自動(dòng)翻轉(zhuǎn)的機(jī)翼。如果可以控制其轉(zhuǎn)動(dòng)，那么飛行效率將得到提高，能耗也會(huì)降低。工程師們正在效仿蝴蝶的微毛細(xì)血管翅膀結(jié)構(gòu)，在機(jī)翼設(shè)計(jì)中采用小型可移動(dòng)表面及靈活的內(nèi)部組件，從而提高飛行效率。鷹與機(jī)翼翼尖小翼學(xué)生6：關(guān)于機(jī)翼我還了解到：機(jī)翼翼尖處有一個(gè)小翼（出示圖片）通過(guò)學(xué)習(xí)資料我知道這個(gè)來(lái)源于老鷹等大型鳥(niǎo)類(lèi)。人們通過(guò)長(zhǎng)期觀察自然界大型鳥(niǎo)類(lèi)，比如鷹和隼，發(fā)現(xiàn)它們?cè)陲w行中展開(kāi)翅膀向上偏折翅尖羽毛以減小阻力，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離滑翔。受此啟發(fā)，有專(zhuān)家提出在翼尖加裝短板來(lái)減小誘導(dǎo)阻力的想法。后來(lái)，設(shè)計(jì)師們不斷研究，發(fā)明了翼尖小翼，并將其安裝在運(yùn)輸飛機(jī)上，以減小飛機(jī)的阻力。師：翼尖帶有小翼的飛機(jī)的飛行能力要強(qiáng)一些。但是也不是所有飛機(jī)都是帶有小翼的。為什么呢？我們通過(guò)一段視頻學(xué)習(xí)一下其中的科學(xué)道理（播放視頻1’04）環(huán)節(jié)意圖：了解飛機(jī)中的仿生學(xué)。導(dǎo)語(yǔ)：關(guān)于機(jī)翼的仿生學(xué)同學(xué)們查閱到很多，看來(lái)科學(xué)家在飛機(jī)機(jī)翼方面做了很多研究。那么飛行器在發(fā)明和制造過(guò)程中還遇到了哪些問(wèn)題，科學(xué)家又是怎樣在大自然中受到生物的啟示，解決了飛行問(wèn)題呢？蜻蜓與抗震顫裝置（播放視頻1’31）提問(wèn)1：飛機(jī)在高速飛行時(shí)，常會(huì)引起劇烈震動(dòng)，甚至有時(shí)會(huì)折斷機(jī)翼而引起飛機(jī)失事。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題科學(xué)家受到怎樣的啟示呢？【預(yù)設(shè)學(xué)生回答】：查詢資料中我們看到了相關(guān)問(wèn)題。大自然中，也有昆蟲(chóng)會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似的現(xiàn)象——被譽(yù)為昆蟲(chóng)“飛行之王”的蜻蜓在振翅飛行時(shí)，也會(huì)遇到有害的顫振現(xiàn)象?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)：在蜻蜓前后翅前緣有不透明斑紋，稱(chēng)為翅痣。翅痣對(duì)于蜻蜓的平穩(wěn)飛行有著非常重要的作用。受其啟發(fā)，飛機(jī)設(shè)計(jì)師在機(jī)翼末端的前緣，像打補(bǔ)丁一樣各加了1塊類(lèi)似翅痣的長(zhǎng)方形金屬板，也被稱(chēng)為抗震顫裝置。這樣就解決了機(jī)翼的顫振問(wèn)題。

蒼蠅與導(dǎo)航儀提問(wèn)2：當(dāng)飛機(jī)飛行出現(xiàn)強(qiáng)烈傾斜，失去平衡時(shí)，怎樣能盡快恢復(fù)呢？【預(yù)設(shè)學(xué)生回答】：據(jù)有關(guān)資料記錄，一只小小的蒼蠅可以在1秒內(nèi)轉(zhuǎn)彎6次，并能夠在空中盤(pán)旋、向后飛、翻筋斗、直上直下、停在天花板上?？茖W(xué)家通過(guò)研究蒼蠅楫翅的導(dǎo)航原理，研制成功了一種音叉式振動(dòng)的陀螺儀?？墒癸w機(jī)自動(dòng)停止危險(xiǎn)的滾翻飛行，在機(jī)體強(qiáng)烈傾斜時(shí)還能自動(dòng)恢復(fù)平衡，即使是飛機(jī)在最復(fù)雜的急轉(zhuǎn)彎時(shí)也萬(wàn)無(wú)一失。蝙蝠與雷達(dá)導(dǎo)航

（播放視頻1’30）提問(wèn)3：飛機(jī)是怎樣在夜間完成正常飛行的呢？

【預(yù)設(shè)學(xué)生回答】：大家都知道蝙蝠就是在夜里飛行的，還能捕捉飛蛾和蚊子；而且無(wú)論怎么飛，從來(lái)沒(méi)見(jiàn)過(guò)它跟什么東西相撞。資料中介紹，科學(xué)家就是模仿蝙蝠探路的方法，給飛機(jī)裝上了雷達(dá)。駕駛員從雷達(dá)的熒光屏上，能夠看清楚前方有沒(méi)有障礙物，所以飛機(jī)在夜里飛行也十分安全。貓頭鷹與氣動(dòng)噪聲（播放視頻1’）提問(wèn)4：飛機(jī)起飛和降落時(shí)會(huì)發(fā)出的震耳欲聾的轟鳴聲，人體感覺(jué)很不舒服。這個(gè)問(wèn)題時(shí)又是怎樣解決的呢？【預(yù)設(shè)學(xué)生回答】：通過(guò)資料學(xué)習(xí)我們知道，貓頭鷹擁有鋸齒狀的翅膀以及絨毛狀的腿部羽毛，這有助于貓頭鷹最大限度地減少氣動(dòng)噪聲，使其能夠“悄無(wú)聲息地”捕捉獵物?？茖W(xué)家們嘗試將貓頭鷹“無(wú)聲飛行”的原理運(yùn)用到飛機(jī)上，模仿貓頭鷹羽毛后緣的可伸縮式刷子邊緣及天鵝絨般的起落架涂層，解決了這一問(wèn)題。環(huán)節(jié)意圖：人類(lèi)的需求是飛行器發(fā)展的動(dòng)力。導(dǎo)語(yǔ)：在飛行器制造中，還有很多生物也為飛行器的發(fā)明和改進(jìn)提供了思路。我們?cè)賮?lái)學(xué)習(xí)幾篇資料：（播放語(yǔ)音）噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)與烏賊根據(jù)牛頓第三定律，作用在物體上的力都有大小相等方向相反的反作用力。事實(shí)上，這一原理在海洋生物中也是早就存在的。比如烏賊（墨魚(yú)）、水母的反沖原理。烏賊遭到危險(xiǎn)時(shí)，能從腔內(nèi)噴出一束墨汁，一方面把水的顏色弄深，一方面提供反作用力向前迅速竄逃。飛機(jī)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)的原理也是如此。噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，從前端吸入大量的空氣，燃燒后高速?lài)姵觯诖诉^(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)向氣體施加力，使之向后加速，氣體也給發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)反作用力，推動(dòng)飛機(jī)前進(jìn)。機(jī)身蒙皮與蒙古弓飛機(jī)的機(jī)身是由蒙皮包裹的，然后再將受力傳遞到翼梁和翼肋。同時(shí)，蒙皮的完整性也影響著飛機(jī)整體的氣動(dòng)性能。因此，蒙皮的強(qiáng)度關(guān)系到整架飛機(jī)的結(jié)構(gòu)安全。數(shù)百年前蒙古鐵騎的戰(zhàn)弓引起了設(shè)計(jì)師們的興趣。為適應(yīng)馬上作戰(zhàn)，蒙古弓要做的短小，但又要保證弓的強(qiáng)度。聰明的古人采用了復(fù)合材料的方法，他們用水牛角和鹿腱來(lái)加強(qiáng)弓的強(qiáng)度。設(shè)計(jì)師們由此獲得啟發(fā)，將玻璃纖維與鋁合金相結(jié)合，完成了適應(yīng)現(xiàn)代大飛機(jī)要求的復(fù)合材料。飛機(jī)涂料與鯊魚(yú)皮自適應(yīng)表面的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)是飛機(jī)設(shè)計(jì)具備顯著環(huán)境適應(yīng)性的領(lǐng)域，要從自然界尋找靈感。今天的民用客機(jī)，40%的阻力可歸結(jié)于湍流邊界層。連續(xù)的自適應(yīng)表面可以破壞這層湍流然后消除蒙皮摩擦阻力。拉條（飛機(jī)表面順氣流方向的一行小溝）可以減少4-7%的蒙皮摩擦力。但是拉條很容易損壞，所以是個(gè)重大工程問(wèn)題。不過(guò)，德國(guó)弗勞恩霍夫研究所設(shè)計(jì)了一種涂料，模仿鯊魚(yú)皮并加入了類(lèi)似拉條的小溝，可以用蠟紙版作為飛機(jī)最外側(cè)涂層。該涂料包含納米件，保證它可以抵擋紫外線而改變溫度。研究所表示該涂料應(yīng)用到飛機(jī)上可以每年節(jié)省448萬(wàn)噸燃油。機(jī)艙設(shè)備與荷葉在現(xiàn)在的進(jìn)化階段，荷葉表面的角質(zhì)可以使其表面的雨水滾落并帶走污濁以保持自身的清潔與干燥。這就是“荷花效應(yīng)（the

Lotus

Effect）”。荷葉的這種特性激發(fā)了人們?cè)跈C(jī)艙設(shè)備涂層設(shè)計(jì)上的靈感。這種涂層可以使水分以滾珠的形式流走并同時(shí)去除污物。這樣就提高了飛機(jī)的清潔度，同時(shí)還能省水，減重，降耗并減少碳排放。此靈感已經(jīng)在空客飛機(jī)上的衛(wèi)生間得到了應(yīng)用。在未來(lái)，座位和地毯的材料也很可能被這樣設(shè)計(jì)。列陣飛行與大雁在自然界中，大雁遷徙時(shí)會(huì)列陣集體飛行以節(jié)省能量并增加飛行距離。列陣飛行時(shí)，領(lǐng)頭雁的翅膀會(huì)產(chǎn)生漩渦狀氣流，其后的雁就會(huì)因此得到額外的升力，也就是說(shuō)會(huì)省力。機(jī)翼也可以有同樣的效果，稱(chēng)之為“尾渦”。軍用飛機(jī)經(jīng)常利用列陣飛行減少能耗。目前，客運(yùn)噴氣式飛機(jī)出于安全考慮，還沒(méi)有使用這種方法。環(huán)節(jié)意圖：飛機(jī)在發(fā)明和制造中，很多設(shè)計(jì)可以在自然界找到原型。3.參考仿生學(xué)設(shè)計(jì)飛行器①談話：通過(guò)學(xué)習(xí)仿生學(xué)，對(duì)于你們自己設(shè)計(jì)和制作一種飛行器有什么啟發(fā)？【預(yù)設(shè)學(xué)生回答】學(xué)生1：我覺(jué)得做好飛行器首先要觀察和研究鳥(niǎo)類(lèi)或昆蟲(chóng)等飛行動(dòng)物的的特點(diǎn)，可以獲取更多靈感。學(xué)生2：制作飛行器的材料應(yīng)該選用材質(zhì)輕的，易于飛行。學(xué)生3：設(shè)計(jì)和制作的飛行器要具備飛行動(dòng)力。學(xué)生4：我想可以設(shè)計(jì)帶有平衡棒的飛行器使飛行狀態(tài)更平穩(wěn)。②設(shè)計(jì)：談話：結(jié)合前面你對(duì)飛行器的了解，你想設(shè)計(jì)什么樣的飛行器？【預(yù)設(shè)學(xué)生回答】學(xué)生1：我想設(shè)計(jì)一款直升機(jī)。學(xué)生2：我想利用仿生學(xué)設(shè)計(jì)一款飛行器。布置任務(wù)：在你設(shè)計(jì)的的飛行器中，參考了哪些仿生學(xué)的知識(shí)？請(qǐng)將設(shè)計(jì)圖畫(huà)在記錄單上。③交流：導(dǎo)語(yǔ)：讓我們來(lái)看看同學(xué)們的設(shè)計(jì)圖，聽(tīng)聽(tīng)他們的想法吧。【預(yù)設(shè)學(xué)生回答】學(xué)生1：我設(shè)計(jì)的飛行器是未來(lái)飛機(jī)。我畫(huà)的這個(gè)飛行器四個(gè)角度的樣子：正面、背面、下面、以及落地時(shí)的狀態(tài)。機(jī)頭部分安裝雷達(dá)，進(jìn)行飛行安全探測(cè)。機(jī)翼選擇旋翼，在底部也安裝了一個(gè)螺旋槳，增加飛行動(dòng)力和升力。在這里我參考了蜻蜓的飛行方式和蝙蝠的探路方式等仿生學(xué)知識(shí)。學(xué)生2：我設(shè)計(jì)的飛行器是升級(jí)版“竹蜻蜓”。首先增加了飛翼的數(shù)量，提高升力。再有，下面安裝了氣球，通過(guò)氣球內(nèi)氣體噴射時(shí)產(chǎn)生的反沖力，增加飛行器的推力。參考了烏賊的反沖原理。學(xué)生3：我設(shè)計(jì)的飛行器是超級(jí)風(fēng)箏。整體仿昆蟲(chóng)的造型。“觸角”是探測(cè)雷達(dá)。尾部增加振動(dòng)陀螺儀，參考蒼蠅的“平衡棒”原理。學(xué)生4：我設(shè)計(jì)的是水母飛行器

。整體仿水母的造型。上面材質(zhì)輕薄，類(lèi)似于飛行衣。減輕飛行重力，通過(guò)下面的