7.海豚与雷达

【课标落实】

1．本单元通过一系列观察、探究、设计等活动，落实《课程标准》高年级的课程目标。

科学知识：

认识人类与自然资源的关系。

了解技术是人们改造周围环境的方法，是人类能力的延伸，工程是依据科学原理设计和制造物品、解决技术应用的难题、创造丰富多彩的人工世界的一系列活动。

了解科学技术推动着人类社会的发展和文明进程。

科学探究：

能基于所学的知识，通过观察、实验、查阅资料、调查、案例分析等方式获取事物的信息。

能基于所学的知识，运用分析、比较、推理、概括等方法得出科学探究的结论，判断结论与假设是否一致。

科学态度：

表现出对事物的结构、功能、变化及相互关系进行研究的兴趣。

能大胆质疑，从不同视角提出研究思路，采用新的方法、利用新的材料，完成探究、设计与制作，培养创新精神

科学、技术、社会与环境：

了解人类的好奇和社会的需求是科学技术发展的动力，技术的发展和应用影响着社会发展。

2．本单元学习内容基于《课程标准》课程内容中 “技术与工程领域”的高年级段要求。

3．知道很多发明可以在自然界找到原型，能够说出工程师利用科学原理创造的实例。并能利用文字与图案、绘图或实物，表达自己的创意与构想。

【教材分析】

《海豚与声呐》是苏教版科学五年级下册第2单元《仿生》的第三课。通过前两课的学习，学生已经初步建立了仿生的概念，了解仿生与仿生物品之间的联系。在第二课《蛋壳与拱形建筑》中学生习得人类可以通过模仿自然界生物的结构制造仿生物品。在此基础上，本课是基于仿造自然界中生物原理的一个案例：海豚与声呐，即人们从海豚在水中的游行和捕食的行为得到启发，完善了声呐系统。从而帮助学生进一步了解仿生，建立仿生的概念。

本课教学内容分四个部分：

第一部分，通过人们所做的海豚在水中游行和捕食的实验，知道海豚的游行和捕食不需要眼睛。

第二部分，做模拟海豚游行和捕食的游戏，感受海豚利用前额（鼻孔）发声和耳朵接收声音捕食的情况，了解海豚游行和捕食过程。

第三部分，通过阅读，了解海豚探路方式以及潜艇、B超、雷达的工作原理。说明海豚、潜艇的声纳、B超的探测利用的是回声定位，而雷达利用的是无线电波的反射来发现目标、跟踪目标，它们的原理相似。

【学情分析】

（知识方面）五年级的学生已经具备一定的知识储备。他们经过前课的学习，学生已经初步建立了仿生的概念，了解仿生与仿生物品之间的联系，并了解人类可以通过模仿自然界生物的结构而制造仿生物品。但对于我们进行生物原理的仿生虽有了解，但并不清晰，需要进行实例的具体分析加深印象。此外，对于海豚这种生物，学生对海豚回声定位的原理并不清晰，依靠的是什么，如何进行定位等。很大一部分学生认为是依靠人类听得到的海豚“叫声”进行游行和捕食，而不知道海豚是用两种频率发声：一种是人耳听不到的超声波，这些超声波用于获知水中的鱼饵或物体的存在；另一种是次声波，是人们在水中可听见的海豚发出的低频声音，用于同伴间的交流。

（技能方面）五年级的孩子已经具备较好的交流、协作能力，能较好的展开科学探究，并能运用理性思维对收集到的证据进行比较、分析、归纳、概括等整理加工，并在此基础上形成种种解释。

（心理特征）高段的学生随年龄增长，已经渐渐沉稳,也具有较强的规则意识，有意注意渐渐占优势，并具备一定的逻辑思维能力。但仍需同直接与感性经验相联系。因此，有趣的探究活动仍比较容易引发他们较持久的关注和兴趣。

【教学目标】

1．知道什么是超声波，了解超声波回声定位和无线电波反射定位的原理。

2．通过阅读和对比，发现海豚、潜艇的声纳、B超、雷达相似的工作原理。

3．分工合作，提升团队合作的意识。

【教学重点】

了解海豚游行以及捕食的原理。

【教学难点】

分工合作，提升团队合作的意识。

【教学准备】

教师材料：课件和视频

学生材料：水，实验盘，方形木块，一次性塑料杯子、滴管，记录单

【教学时间】

1课时

【教学过程设计】

一、导入

1．（出示海豚图片）认识它吗？

生：海豚

2．今天我们通过一段视频来了解一下海豚的生活。

3．播放海豚在水中游行和捕食的视频。

4．在视频中你看到了什么？

生：海豚在水中灵活的游行，捕食。

5．为什么海豚能在水中这么灵活的游行捕食？这节课我们一起来探究一下。

生：通过眼睛观察周围环境；发出的声音进行定位……

［设计意图：利用海豚图片直接导入，再结合视频引导学生聚焦到海豚灵活游行秘密上，通过充分的交流挖掘学生的前概念，为后续的教学奠定基础。]

二、认识海豚的回声定位

1．同学们的想法都不一样。接下来，我们通过几则资料的阅读了解一下。

2．（出示阅读资料）学生阅读资料。

资料一：

有人曾做过这样的实验，在水池里插上36根金属棒，每排6根，然后把海豚放进去。只见海豚在棒中间游来游去，而绝不会碰到金属棒。即使把它的眼睛蒙上，它也照样畅游无阻。如果偷偷地在水池里放进一条小鱼，它就会立刻游过去进行捕捉。

资料二：

20世纪60年代，生物学家诺里斯发现，用橡皮蒙住海豚的双眼，它的活动丝毫不受影响，可把海豚的前额蒙住，它在水下就像瞎子一样，到处乱撞。显然，海豚是用前额发出声波来测定方向的。

资料三：

海豚不同于须鲸，它只有一个鼻孔，另一个鼻孔是封闭的，埋于皮下。声波就是靠这个封闭的鼻孔发生震动产生的。发声时，声波通过头部额隆，这个额隆就像凸透镜一样可以聚焦放大声波。海豚接收声波是通过下颌的骨骼组织，将分散的声波集中传送至位于下颌后部的内部耳朵，从而感知声波。

3．从资料中你获得了什么信息？

生：海豚那么灵活和眼睛无关；是由前额的鼻孔里发出声波；鼻孔发出了声波，耳朵接收……

4．交流：人们发现，海豚的音域比较宽广，可以发出两种声音，一种是人耳可以听见的声音，一种是人耳听不到的超声波。科学家研究发现，海豚是利用超声波获知水中的鱼饵或物体的存在。

（超声波：超过人能听到的最高频(20000赫兹)的声波，是人耳不能听到的声音。）

5．海豚是怎么利用超声波在水中灵活游行和捕食呢？

生：前额（鼻孔）发出超声波，超声波遇到物体返回，耳朵接收。

6．请你画出海豚能自如游行的工作原理图。

7．学生画原理示意图。

8．交流学生的原理示意图，学生讲解——聚焦到超声波以什么形式传播。

9．超声波到底以什么样形式传播呢？因为超声波看不见，所以我们用水波来模拟超声波。

模拟超声波活动

①用水波模拟超声波。

②将实验盘装水，保持水面平静。  

③将水滴到实验盘中，观察水波的变化的情况。

④在水中放入不同的物体（   ，  ），再滴水，观察水波遇到物体时的情况。

⑤画出示意图，交流发现。

10．交流发现：水波遇到物体会返回来。物体离波源的距离不一样，水波返回来的时间也不一样。遇到不同的物体后水波返回来的波形不一样。

［设计意图：因学生对海豚回声定位的本领并不清晰，因此结合几则资料让学生通过资料阅读进行分析从而了解海豚。此外，借助可视的水波模拟超声波的活动，将看不见的海豚利用超声波反射定位的现象转化为直观现象，让学生在活动中形象化地感受过程和原理。同时，增进了学生的研究兴趣。]

11．小结：海豚的前额（鼻孔）发出超声波，超声波遇到物体返回，进入到海豚的耳朵，海豚通过对接收到的信号进行分析，从而知道前方有无物体，物体的大小、形状和位置，就能灵活的游行和捕食了。这样的探路方式称为回声定位。

三、搭建海豚探路与仿生物品工作原理上的关系

1．我们已经知道了海豚在水中自如游行和捕食的秘密了。其实人类是很擅于向大自然学习的。人类利用海豚的这项本领做了什么？

生：完善了声呐系统。

2．声呐系统被应用在哪些地方？它的原理是什么？ 你能尝试画出来吗？

3．学生画声呐系统的原理图

4．你还知道人类的发明与我们今天介绍的海豚的回声定位原理相似的？

5．学生交流。

    6．介绍B超诊断仪和雷达，学生交流原理。

B超诊断仪：利用回声定位原理，将超声波射入人体，通过分析体内组织产生的回声，探测人体内部是否健康。

雷达：发出电磁波遇到目标时会返回，从而测定目标位置、速度等，为飞机导航。

［设计意图：切入仿生话题，将雷达、声纳、B超、海豚探路等零散的认知，通过比较分析，找出相似之处，进一步加深对仿生事例两者之间关系的认知。]

四、拓展——我是小小设计师

1．我们知道海豚的回声定位本领已经运用到许多领域，人们也还在做各种尝试。今天，让我们也做个小小设计师，运用海豚的本领尝试设计一个物品，解决我们生活遇到的一些问题。

2．学生交流。

3．学生画设计图并展示交流。

［设计意图：通过学生根据回声定位原理自行设计物品，一方面加强了对仿生认识与应用，另一方面也渗透了工程设计意识。这个环节只要学生设计及解释合理即可。]