《眼睛与仿生学解读》由会员分享，可在线阅读，更多相关《眼睛与仿生学解读（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 “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。 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
2、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。 什么是仿生学 ？ 仿生学是在生物科学与技术 科学之间发展起来的，他的任务 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。 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
3、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 。 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
4、光源，可提 高电能利用效率几倍到几十倍。 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 。 今天我们来学习眼睛与仿生学， 了解一下眼睛的仿生价值 第一部分讲的是“研究视觉仿生的意义”，共有三个
5、自 然段，包括(1)眼的重要；(2)眼的功能；(3)眼睛与仿 生学。 第二部分则探讨了研究视觉仿生的成果，又可以分为 两层，第一层讲单眼的构造与功能，从文章的第四自 然段到第九自然段分别讲了人眼、蛙眼、鹰眼，第二 层则分别以象鼻虫、蜜蜂、蜻蜓和苍蝇为例讲了复眼 的构造与功能，从第十自然段到第十四自然段。 第三部分则说明了仿生学的定义，任务、研究范围和 发展重点。 课文结构 人眼（4-5） 蛙眼（6-8） 鹰眼（9） 人 造 眼 电子蛙眼 电子鹰眼 象鼻虫（10-11） 蜜蜂（12-13） 蜻蜓、苍蝇（14） 地速计 偏光天文罗盘 复眼透镜 1、(13段)概括说明研究各种不同构造的眼睛的意义。
6、2、(414) 研 究情况及成果 。 一般眼睛 复 眼 3、(1516自然段)仿生学研究的意义、范围和任务，以及发展重点。 整体结构 （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 。 （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。 人眼的两种功能及科技意义 对图像进行信息加工 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
7、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 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。 电子鹰眼 象鼻虫眼 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。 地速计 蜜蜂眼 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。 偏光天文罗盘 蜻 蜓 眼苍 蝇 眼 复眼透镜 剥去蜻蜓和苍蝇复眼的角膜，放在显微镜下观察，尽管在角膜前面只放一个 目标，但通过角膜却可以看到许许多
8、多个像。 其他各种动物眼睛 的功能及科技意义 不同的眼睛眼睛的构造或功能研究的启示 人眼略略 蛙眼 鹰眼 象鼻虫眼 蜜蜂眼 蜻蜓眼 能够敏捷地发现具有 特定形状的运动目标 视野广阔 视敏度高 “天然速度计” 具有特殊的结构，可以 利用太阳偏振光来导航 角膜由许许多多个六角 形的小眼角膜排列构成 雷达系统 人造卫星跟踪系统 电子鹰眼（控制远程激 光制导武器、导弹跟踪 ） 地速计 偏光天文罗盘 复眼透镜 复眼照相机 （一）、说明顺序有条不紊。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
9、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。 （二）、结构安排紧凑合理。（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（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
10、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。 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
11、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（13）段综合说明眼睛的重要作用、基 本功能以及仿生学意义；（414）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；（1516 ）段又综合说
12、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。 课文总结课文总结 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。 鱼儿在水中有自
13、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。 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
14、”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。 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！ 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”。
