《眼睛与仿生学》课件

• 小结：作者在文章的4-14小节中，采用从简单 到复杂，从一般到特殊的说明顺序，运用举例 子、作比较的说明方法，为我们说明了各种眼 睛的功能及仿生学的意义。
（一）、说明顺序有条不紊。
合理的说明顺序对于说明非常重要，因此 说明文的顺序必须既符合人们认识客观事物的 规律，又符合事物本身固有的特点。人们认识 事物有它的规律性，如由感性到理性，由简单 到复杂；事物和事理本身都有它内在的逻辑关 系，如“一般──特殊”；“整体──部分”； “因──果”；“主──次”；“深──浅”； “大──小”（或相反）。按照这些关系安排 说明顺序，就叫逻辑顺序。
• 今天我们来学习《眼睛与仿生学》，了解一下 眼睛的仿生价值。
• 制导：通过无线电装置，控制和引导导弹 等，使其按一定轨道运行。
• 散射：光线通过有尘土的空气或胶质溶液 等媒质时，部分光线向多方面改变方向的 现象。
• 明察秋毫：比喻目光敏锐，连极细小的事 物都看得清楚。秋毫：秋天鸟兽身上新长 的细毛。
什么是仿生学？
“仿生学”正式诞生于1960年。距今 2300多年前墨子和他的300弟子，花了三年 时间，造了一只“会飞的木鸟”，同时间 希腊阿奇卡也制成一只“机械鸽子”。东 汉时，张衡制成一架能飞数里的“木雕”。 大约一千九百多年前西汉京都长安有人用 大鸟羽制两翼绑在双臂上能飞（滑翔）几 百步。……
对比周围的景物，使 人感知自身运动和位 置状态。确定物体的 距离、形状和相对大 小
某些机器的输入装置 \自动控制系统的传 送器\新型跟踪和发 现系统
“人造眼”
青蛙能敏捷地发现具有 特定形状的运动目标，准 确地确定目标的位置、运 动方向和速度，并能选择 最佳的攻击时刻。
蛙眼
电子蛙眼
展翅翱翔于两三千米 高空的雄鹰，一下子 就能发现地面上宽广
范围内的 一只小兔或小鸡。
鹰眼
电子鹰眼
如果我们能够研制出“电子鹰眼”，就能够大大扩充和提 高飞行员的视野和视敏度。
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， 可以出很快地“计算”它相对于地面的飞行速度。
象鼻虫眼
地速计
蜜蜂的复眼，能够看到太阳偏振光的 振动方向，而这种方向与太阳的位置有 确定的关系。
蜜蜂眼
偏光天文罗盘
蜻 蜓 眼
苍 蝇 眼
复 眼 透 剥去蜻蜓和苍蝇复眼的角膜，放在显微镜下观察，尽管在 镜 角膜前面只放一个目标，但通过角膜却可以看到许许多多个
像。
复眼照相机
不同的眼睛 眼睛的构造或功能
研究的启示
蛙眼
能够敏捷地发现具有 雷达系统、人造卫星
特定形状的运动目标
跟踪系统
单 眼
鹰眼
视野广阔 视敏度高
• 鱼儿在水中有自由来去的本领，人们就模仿 鱼类的形体造船，以木桨仿鳍。相传早在大 禹时期，我国古代劳动人民观察鱼在水中用 尾巴的摇摆而游动、转弯，他们就在船尾上 架置木桨。通过反复的观察、模仿和实践， 逐渐改成橹和舵，增加了船的动力，掌握了 使船转弯的手段。这样，即使在波涛滚滚的 江河中，人们也能让船只航行自如。
四、生物力学──模拟人或动物肌肉的器具。如模仿膝 关节制成的液压模型。做成鲸形状的日本大型远洋货 轮，提高航速百分之二十五。模仿企鹅的特殊运动方 式，制成了深雪上行驶速度达时速50公里的雪地汽车。 模仿袋鼠的运动制成了在沙漠中通行无阻的无轮汽车 ──跳跃机等。
五、生物力能学──如模仿萤火虫把化学能变化光能的 效率几乎达百分之百的优点，制出冷光源，可提高电 能利用效率几倍到几十倍。
自古就有许多中外人士 模仿鸟类飞行试制飞行器， 但都不成功。原因在于不了 解鸟类的形态构造和生理机 能适于飞行的科学原理；又 不了解人不具备飞行的生理 条件，人要上天，必须依靠 机械动力才可能。一直到了 公元1903年美国莱特兄弟发 明了飞机，人类从此实现了 几千年来梦寐以求的飞上天 空的愿望。
人类飞上天空的例子，说明了仿 生学的诞生有它的漫长历史，必须 在科学发达的前提下才能诞生。仿 生学是一门新兴不久的科学，是生 物学、数学和工程技术学边缘的一 门崭新学科。
鸟巢的艺术让建筑师们浮想联翩，他们 思考着如何借鉴大自然给的建筑灵感，现 在，这种设想已经有些成果了。2008年 北京奥运会的标志性建筑——国家体育 场就是一个“鸟巢”式建筑，结构的组件 相互支撑，形成了网络状的构架，它就像 树枝编织的鸟巢，简洁而典雅。
• 科学家通过研究大凤蝶发现其翅膀颜色本来是黄 色和蓝色的，但是，在一般人看起来，它却是绿 色的，这是为什么呢？原来科学家发现在显微镜 下：蝴蝶翅膀上有很多很小的下凹的小坑，小坑 底是黄色的，而坑的斜坡上是蓝色的，当阳光照 射在蝴蝶翅膀上的时候，由于发生光的折射作用， 人眼看到的蝴蝶就是绿色的。根据这个现象，人 们在纸币或信用卡上也设置了许多小坑，这样， 无论假币有多么逼真，都难逃光学设备的“法 眼”。
• 别具一格：另有一种独特的风格。
整体结构
（1-3）眼睛的重要作用及感知外物的基本 原理；研究眼睛功能和结构的重要意义。
（4-14）各种眼睛的功能及仿生学的意义。
（15-16）说明仿生学的任务及其发展重点。
课文结构
1、(1─3段)概括说明研究各种不同构造的眼睛的意义。
人眼（4-5）
人造眼
一般眼睛 蛙眼（6-8）
• 目前仿生学已经成为现代发展新技术的重要途径。其研 究范围已发展有：
一、感觉器官模拟──目前以眼、耳、鼻三种器官为主。 已模拟制成了“人造眼”、“电子耳”、“电子鼻”、 “电子警犬”等。
二、神经元和神经网络模拟──目前已制成的“人工智 能机”。
三、生物定向和导航──目前已制成的有：模仿蝙蝠的 盲人“探路仪”；模仿能感知千分之一温度变化的响尾 蛇“探热器”；模仿鸟类迁飞和鱼、龟、鲸等回游的机 制，以研制导航机制；模仿蜜蜂“太阳罗盘”和生物种 的“偏光罗盘”，“人工电子蜜蜂”；模仿蚊、蝇等具 有天然导航器官──楫翅的“振动陀螺仪”，用于高速 飞机和火箭。
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 列几例： （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。
3、列数据。
• 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。
电子鹰眼（控制远程 激光制导武器、导弹
跟踪）
象鼻虫眼
“天然速度计”
地速计
具有特殊的结构，可
蜜蜂眼
以利用太阳偏振光来 “偏光天文罗盘”
复
导航
眼
蜻蜓眼
角膜由许许多多个六 角形的小眼角膜排列
构成
“复眼透镜”、“复 眼照相机”
• 一般先说明某种眼睛的构造或某种特点，然后 说明其仿生学意义以及人们得到的启示。作者 通过这种功能（结构）到应用的模式化说明， 将事理说的一清二楚，人们也很容易就理解了。
• 本文的说明顺序是由一般到特殊，由简单到复 杂。这样的说明顺序既便于读者理解，又符合 人们的认识规律，因此显得合情合理。
（二）、结构安排紧凑合理。
说明文的基本结构有“总──分──总”“总 ──分”、“分──总”三种形式。就文章的主体 部分来说，由于层次之间的关系不同，常见的 有“纵式结构”（层进关系），“横式结构” （并列关系）和“纵、横合式结构”。通过分 析各自然段的内容，可以归纳出这篇说明文的 结构。
（三）、说明方法恰到好处
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。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。
• 由于仿生学是一门新兴科学，人们一般对它都 比较陌生，所以作者不是先在科学定义上作文 章，而是先介绍人们最熟悉，印象最深的人的 眼睛，及其在仿生学中的意义，然后再说明一 些动物的眼睛及其构造和功能。就眼的构造来 说，一般眼的构造比复眼简单，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。
• 人眼除了可以对外来图像信息进行加工这个 功能外，还具对比周围的景物，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。 这也对我们有许多启发。
对各类眼睛的 研究及启示
人眼------- 信息加工 感知自身的运动状态，确定物体的距离、形状和相对大小
人眼的两种功能及科技意义
对图像进行信息加工
鲨鱼皮泳衣
菲尔普斯
• 以鲨鱼皮为设计原型的船外壳表面和连体泳衣。 鲨鱼游得快是因为其皮肤上有一层细小的脊柱 形突起，鲨鱼在水中游动的时候，这些突起能 够更有效地使身体周围的水流走，从而减少阻 力，使鲨鱼成为海洋中游泳的佼佼者。奥运会 的游泳比赛中，天才泳星菲尔普斯和他的队友 穿着黑色连体紧身“鲨鱼皮”泳装，夺得一枚 又一枚奖牌，“鲨鱼皮”泳装的高科技威力由 此受到越来越多人们的青睐。
六、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。
• 中国女子中长跑运动员王军霞一次次扬威世界 体坛。王军霞成功的奥秘何在？究其原因，固 然与她的身体素质与刻苦训练的精神分不开， 但更重要的是她采用了科学的训练方法。据报 道，马俊仁教练曾潜心研究过羚羊奔跑的姿态， 并让队员们在跑步时进行模仿。马教练这种科 学的训练方法，正是运用了仿生学的原理。仿 生学是一门新兴科学，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运用。
电子蛙眼
2、(4─14) 研究情况 及成果。
复眼
鹰眼（9）
电子鹰眼
象鼻虫（10-11）
地速计
蜜蜂（12-13） 偏光天文罗盘
蜻蜓、苍蝇（14） 复眼透镜
3、(15─16自然段)仿生学研究的意义、范围和任务源自文库以 及发展重点。
• 眼睛是我们认识世界的重要感觉器官，每天我 们通过眼睛可以看到这个世界上的万物，甚至 通过眼睛来感受万物的变化。所以久而久之， 我们就认为，在大脑中出现的一切，都是通过 眼睛一点不漏的看进去的。就好像一部照相机。
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。
鸟儿是人类的朋友、春天的使者，也是大自 然的建筑大使。缝叶莺会缝叶成巢，营冢鸟能 造出恒温的巢，燕子会用泥丸垒成巢，骨顶鸟 会造浮巢……最精美的鸟巢就数织布鸟编织的 瓶状巢了，它撕取长条的树状纤维，像织布工 人那样用嘴和脚灵巧地穿针引线，并适时地打 结而成坚固的编巢，如果在编巢时遇到大风， 织布鸟还会衔一些泥团来“镇风”呢！
• 那么实际上，人眼并不是把投射到视网膜上的 图像一点不漏地传给大脑，而是先对图像进行 信息加工。（选取我们需要的信息）这是人眼 不同于照相机的特殊功能。
• 对于这种功能的研究，对于人类的科技发展 有许多启示：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。
课文总结
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，它大大开阔了人们的眼界，显示了极强的生 命力。这篇文章是介绍仿生学这门新兴科学的说明文， 为了说明这门新兴科学，作者运用了举例和比较交错 运用，以及分析与综合的说明方法，具体，生动的生 活实例加上本文准确、严密、简明的语言把深奥难懂 的科学道理表达得深入浅出、通俗易懂。