7.海豚與雷達【課標落實】1本單元通過一系列觀察、探究、設計等活動，落實課程標準高年級的課程目標。科學知識：認識人類與自然資源的關系。了解技術是人們改造周圍環境的方法，是人類能力的延伸，工程是依據科學原理設計和制造物品、解決技術應用的難題、創造豐富多彩的人工世界的一系列活動。了解科學技術推動著人類社會的發展和文明進程。科學探究：能基于所學的知識，通過觀察、實驗、查閱資料、調查、案例分析等方式獲取事物的信息。能基于所學的知識，運用分析、比較、推理、概括等方法得出科學探究的結論，判斷結論與假設是否一致。科學態度：表現出對事物的結構、功能、變化及相互關系進行研究的興趣。能大膽質疑，從不同視角提出研究思路，采用新的方法、利用新的材料，完成探究、設計與制作，培養創新精神科學、技術、社會與環境：了解人類的好奇和社會的需求是科學技術發展的動力，技術的發展和應用影響著社會發展。2本單元學習內容基于課程標準課程內容中 “技術與工程領域”的高年級段要求。3知道很多發明可以在自然界找到原型，能夠說出工程師利用科學原理創造的實例。并能利用文字與圖案、繪圖或實物，表達自己的創意與構想。【教材分析】海豚與聲吶是蘇教版科學五年級下冊第2單元仿生的第三課。通過前兩課的學習，學生已經初步建立了仿生的概念，了解仿生與仿生物品之間的聯系。在第二課蛋殼與拱形建筑中學生習得人類可以通過模仿自然界生物的結構制造仿生物品。在此基礎上，本課是基于仿造自然界中生物原理的一個案例：海豚與聲吶，即人們從海豚在水中的游行和捕食的行為得到啟發，完善了聲吶系統。從而幫助學生進一步了解仿生，建立仿生的概念。本課教學內容分四個部分：第一部分，通過人們所做的海豚在水中游行和捕食的實驗，知道海豚的游行和捕食不需要眼睛。第二部分，做模擬海豚游行和捕食的游戲，感受海豚利用前額（鼻孔）發聲和耳朵接收聲音捕食的情況，了解海豚游行和捕食過程。第三部分，通過閱讀，了解海豚探路方式以及潛艇、B超、雷達的工作原理。說明海豚、潛艇的聲納、B超的探測利用的是回聲定位，而雷達利用的是無線電波的反射來發現目標、跟蹤目標，它們的原理相似。【學情分析】（知識方面）五年級的學生已經具備一定的知識儲備。他們經過前課的學習，學生已經初步建立了仿生的概念，了解仿生與仿生物品之間的聯系，并了解人類可以通過模仿自然界生物的結構而制造仿生物品。但對于我們進行生物原理的仿生雖有了解，但并不清晰，需要進行實例的具體分析加深印象。此外，對于海豚這種生物，學生對海豚回聲定位的原理并不清晰，依靠的是什么，如何進行定位等。很大一部分學生認為是依靠人類聽得到的海豚“叫聲”進行游行和捕食，而不知道海豚是用兩種頻率發聲：一種是人耳聽不到的超聲波，這些超聲波用于獲知水中的魚餌或物體的存在；另一種是次聲波，是人們在水中可聽見的海豚發出的低頻聲音，用于同伴間的交流。（技能方面）五年級的孩子已經具備較好的交流、協作能力，能較好的展開科學探究，并能運用理性思維對收集到的證據進行比較、分析、歸納、概括等整理加工，并在此基礎上形成種種解釋。（心理特征）高段的學生隨年齡增長，已經漸漸沉穩,也具有較強的規則意識，有意注意漸漸占優勢，并具備一定的邏輯思維能力。但仍需同直接與感性經驗相聯系。因此，有趣的探究活動仍比較容易引發他們較持久的關注和興趣。【教學目標】1知道什么是超聲波，了解超聲波回聲定位和無線電波反射定位的原理。2通過閱讀和對比，發現海豚、潛艇的聲納、B超、雷達相似的工作原理。3分工合作，提升團隊合作的意識。【教學重點】了解海豚游行以及捕食的原理。【教學難點】分工合作，提升團隊合作的意識。【教學準備】教師材料：課件和視頻學生材料：水，實驗盤，方形木塊，一次性塑料杯子、滴管，記錄單【教學時間】1課時【教學過程設計】一、導入1（出示海豚圖片）認識它嗎？生：海豚2今天我們通過一段視頻來了解一下海豚的生活。3播放海豚在水中游行和捕食的視頻。4在視頻中你看到了什么？生：海豚在水中靈活的游行，捕食。5為什么海豚能在水中這么靈活的游行捕食？這節課我們一起來探究一下。生：通過眼睛觀察周圍環境；發出的聲音進行定位設計意圖：利用海豚圖片直接導入，再結合視頻引導學生聚焦到海豚靈活游行秘密上，通過充分的交流挖掘學生的前概念，為后續的教學奠定基礎。二、認識海豚的回聲定位1同學們的想法都不一樣。接下來，我們通過幾則資料的閱讀了解一下。2（出示閱讀資料）學生閱讀資料。資料一：有人曾做過這樣的實驗，在水池里插上36根金屬棒，每排6根，然后把海豚放進去。只見海豚在棒中間游來游去，而絕不會碰到金屬棒。即使把它的眼睛蒙上，它也照樣暢游無阻。如果偷偷地在水池里放進一條小魚，它就會立刻游過去進行捕捉。資料二：20世紀60年代，生物學家諾里斯發現，用橡皮蒙住海豚的雙眼，它的活動絲毫不受影響，可把海豚的前額蒙住，它在水下就像瞎子一樣，到處亂撞。顯然，海豚是用前額發出聲波來測定方向的。資料三：海豚不同于須鯨，它只有一個鼻孔，另一個鼻孔是封閉的，埋于皮下。聲波就是靠這個封閉的鼻孔發生震動產生的。發聲時，聲波通過頭部額隆，這個額隆就像凸透鏡一樣可以聚焦放大聲波。海豚接收聲波是通過下頜的骨骼組織，將分散的聲波集中傳送至位于下頜后部的內部耳朵，從而感知聲波。3從資料中你獲得了什么信息？生：海豚那么靈活和眼睛無關；是由前額的鼻孔里發出聲波；鼻孔發出了聲波，耳朵接收4交流：人們發現，海豚的音域比較寬廣，可以發出兩種聲音，一種是人耳可以聽見的聲音，一種是人耳聽不到的超聲波。科學家研究發現，海豚是利用超聲波獲知水中的魚餌或物體的存在。（超聲波：超過人能聽到的最高頻(20000赫茲)的聲波，是人耳不能聽到的聲音。）5海豚是怎么利用超聲波在水中靈活游行和捕食呢？生：前額（鼻孔）發出超聲波，超聲波遇到物體返回，耳朵接收。6請你畫出海豚能自如游行的工作原理圖。7學生畫原理示意圖。8交流學生的原理示意圖，學生講解聚焦到超聲波以什么形式傳播。9超聲波到底以什么樣形式傳播呢？因為超聲波看不見，所以我們用水波來模擬超聲波。模擬超聲波活動用水波模擬超聲波。將實驗盤裝水，保持水面平靜。 將水滴到實驗盤中，觀察水波的變化的情況。在水中放入不同的物體（ ， ），再滴水，觀察水波遇到物體時的情況。畫出示意圖，交流發現。10交流發現：水波遇到物體會返回來。物體離波源的距離不一樣，水波返回來的時間也不一樣。遇到不同的物體后水波返回來的波形不一樣。設計意圖：因學生對海豚回聲定位的本領并不清晰，因此結合幾則資料讓學生通過資料閱讀進行分析從而了解海豚。此外，借助可視的水波模擬超聲波的活動，將看不見的海豚利用超聲波反射定位的現象轉化為直觀現象，讓學生在活動中形象化地感受過程和原理。同時，增進了學生的研究興趣。11小結：海豚的前額（鼻孔）發出超聲波，超聲波遇到物體返回，進入到海豚的耳朵，海豚通過對接收到的信號進行分析，從而知道前方有無物體，物體的大小、形狀和位置，就能靈活的游行和捕食了。這樣的探路方式稱為回聲定位。三、搭建海豚探路與仿生物品工作原理上的關系1我們已經知道了海豚在水中自如游行和捕食的秘密了。其實人類是很擅于向大自然學習的。人類利用海豚的這項本領做了什么？生：完善了聲吶系統。2聲吶系統被應用在哪些地方？它的原理是什么？ 你能嘗試畫出來嗎？3學生畫聲吶系統的原理圖4你還知道人類的發明與我們今天介紹的海豚的回聲定位原理相似的？5學生交流。6介紹B超診斷儀和雷達，學生交流原理。B超診斷儀：利用回聲定位原理，將超聲波射入人體，通過分析體內組織產生的回聲，探測人體內部是否健康。雷達：發出電磁波遇到目標時會返回，從而測定目標位置、速度等，為飛機導航。設計意圖：切入仿生話題，將雷達、聲納、B超、海豚探路等零散的認知，通過比較分析，找出相似之處，進一步加深對仿生事例兩者之間關系的認知。四、拓展我是小小設計師1我們知道海豚的回聲定位本領已經運用到許多領域，人們也還在做各種嘗試。今天，讓我們也做個小小設計師，運用海豚的本領嘗試設計一個物品，解決我們生活遇到的一些問題。2學生交流。3學生畫設計圖并展示交流。設計意圖：通過學生根據回聲定位原理自行設計物品，一方面加強了對仿生認識與應用，另一方面也滲透了工程設計意識。這個環節只要學生設計及解釋合理即可。【板書設計】7.海豚與聲吶回聲定位物體耳朵前額(鼻孔)海 豚 【知識要點】1.海豚從前額（鼻孔）發出超聲波，遇到物體返回，進入到耳朵進行分析，從而知道前方有無物體，物體的大小、形狀和位置，即回聲定位。2.B超診斷儀利用回聲定位原理，雷達利用電磁波定位。導入新課【課堂流程圖】認識海豚的回聲定位搭建海豚探路與仿生物品工作原理上的關系拓展我是小小設計師