【教学目标】

科学观念：光源，它们自己能发光。物体在发光的过程中需要能量。科学思维：能运用探究结果，针对具体情况说明防霉方法的依据。

探究实践：通过层层递进的模拟海豚听音辨位，从单个声源到发出声音并接收回声，探索并感受回声定位原理的作用。。

态度责任：专注细节，探索思考，在不断的思考与实践中探索和完善回声定位的原理。学会分工合作，提升团队合作的意识。主动融入表演角色，认识模拟游戏的真实性。了解回声定位原理应用于现代医学和国防技术的实例。认识仿生学对科学发明的重要价值。认识仿生学对社会与环境的促进作用。

【教学重点】

了解海豚探路和捕食的原理，建立起回声定位的原理模型。

【教学难点】

通过学生的团队合作，顺利完成多项游戏，并切身感受听音辨位和回声定位的原理。

【教学准备】

教师：课件（海豚生活视频，大山的回声介绍）。道具：木鱼1付，眼罩1个，响铃鼓1个，障碍物2个，定位卡片10张，头饰10个（1个海豚，1个小鱼，6个障碍物）。

学生：实验原理记录纸。

【教学时间】

1课时

【教学过程】

一、导入

         聚焦（预设3分钟）讨论分析海豚探路实验1和实验2。

实验1：人们在水池里插上金属棒，海豚游动时绝不会碰到。这说明了什么？     

预设：海豚的视力很好，很聪明能避开障碍物。

实验2：即使蒙上眼睛，照样畅游无阻，还能准确捕捉猎物。这说明了什么？

预设：捕食和避障与眼睛（视力）无关，可能与听觉等有关。

【设计意图】通过讨论分析实验1和实验2，初步明白海豚探路和捕食捕食依靠眼睛，而是依靠其他感觉器官，很有可能是依靠听觉，听音辨位。由此开启海豚是否能听声音来辨位的探究活动。

二、探索

         海豚回声定位原理

探究活动1：声音可以帮助海豚定位吗？我们用游戏的方式来模拟。

游戏1：蒙眼海豚听音辨位

蒙上眼睛的海豚能够依靠声音辨别方位吗？首先邀请两位主角：海豚和小鱼。扮演蒙眼海豚的同学此时只能怎么做？扮演小鱼的同学应该怎么做？其他同学应该怎么做？

预设：蒙眼海豚只能认真听周围的声音。小鱼需要时不时发出声音。其他同学保持安静，观察探究活动的结果。

是的，蒙眼海豚：侧耳倾听，小鱼游动：发出声音，其他同学：安静观察。

为了让所有同学都参与进来，老师根据大家的想法设计了游戏规则，请大家仔细阅读。

“击鼓传花”规则：

1.海豚：扮演的同学蒙上双眼，立于教室前方。

2.小鱼：音乐响：全班“击鼓传花”，音乐停：传到者化身小鱼，并迅速摇晃响铃鼓，发出声音。

3.海豚：听音辨位，说出小鱼在第几组。

规则明确，游戏开展。（可以重复一次，并请扮演者说说游戏中可以改进的地方。或者采访海豚，能否听出小鱼的游动轨迹。）

【设计意图】通过开展蒙眼海豚听音辨位的游戏，让学生体验听音辨位，充分感受通过声音辨别方位的可行性。

分析与讨论1：听觉/声音可以帮助海豚辨别物体方位吗？预设：确实可以。

现在老师扮演小鱼，你们扮演蒙眼海豚，你们能辨别老师的方位吗？

每位同学化身蒙眼海豚，闭眼转身，老师变换位置，拍手发音，同学听音辨位，用手指出发音物体。

【设计意图】让每个学生都感受到听音辨位。

现在你能画一画听音辨位的原理示意图吗？声音是怎样传到海豚耳朵的？

海豚（耳朵）             物体  

【设计意图】通过开展对听音辨位的分析与讨论，让学生充分感受到声音与方位之间的关联性，认识声音确实可以帮助海豚辨别物体方位。

 

探究活动2：如何听到到金属棒等不发声的物体的声音并辨位？

引入思考：但是金属棒不会发出声响，小鱼正常游动，也几乎不发出声音。海豚是怎么才能听到它们传来的声音呢？

预设：敲击金属棒，使金属棒发声，水流使金属棒发声。

生活中你听过不发声物体传来的声音吗?

大山会发出声音吗？

预设：不会。

请你观看以下视频中的现象，想想大山为什么也发出声音了？

预设：人发出的声音遇到大山返回了。

因此，海豚也可以怎样做，使得金属棒发出回声？

预设：海豚主动发出声音，通过金属棒的回声来辨别。

游戏2：蒙眼海豚的传声定位。

蒙眼海豚主动呼叫障碍物，障碍物要发出回声，扮演障碍物的同学应该怎么做？

预设：听到海豚的呼叫，立即发声回应海豚，模拟产生回声。

“击鼓传花”规则：

1.海豚：蒙眼，循环呼叫：在哪？

2.音乐响：全班（安静）随机传输2个球，听到海豚呼叫，拿球者立刻发声回应：在这！

3.音乐停：举球起立，听到海豚呼叫，发声回应：在这！

4.海豚：听音辨位，说出小鱼在第几组。

规则明确，游戏开展。（可以重复一次，并请扮演者说说游戏中可以改进的地方。）

【设计意图】通过引入不发出声音的障碍物，让学生进一步陷入思考：不发声的物体如何传来声音？顺势介绍日常生活中的回声现象，让学生意识到通过主动发声，可以让障碍物传来回声，并将其应用到游戏2中，通过游戏2的模拟，进一步感受海豚通过主动发声，接收回声，再辨别方位的过程。

 

分析与讨论2：海豚是怎样主动出击，判断位置的？（建立模型，请学生在黑板画一画原理图）    

海豚              物体

    

物体不发出声音，海豚能不能探测到方位？能

现在，无论是小鱼还是障碍物，无论物体有没有发出声音，海豚都能通过主动发出声音，同时接收物体的回声来判断方位了。

【设计意图】通过讨论与分析，让学生能建立起海豚通过主动发声，接收回声来定位的原理模型，清晰的展现回声定位的原理图。

探究活动3：发出声音，接收回声能帮助海豚应对复杂的海洋环境吗？

大海中还有很多障碍和杂音干扰。海豚能依靠这个原理模型，穿越障碍，夺取响铃鱼吗？

游戏3：穿越障碍，夺取响铃！

根据之前的原理，海豚应该怎么做？障碍物怎么做？响铃鱼应该怎么做？

预设：海豚应该不断重复发出声音：在哪里？障碍物和响铃鱼都需要立即回复：在这里！

规则：

1.海豚：频繁主动发出声音：在哪里？

2.障碍物：立即回应海豚：在这里！（按老师放置在地上的定位卡片定点站立，静止不动）

3.响铃鱼：立即响铃回应海豚。（可小范围缓慢游动，但最终需要被捉到）

规则明确，游戏开展。（可以重复一次，并请扮演者说说游戏中的感受或可以改进的地方。）

 

分析与讨论3：海豚通过发出声音，接收回声，辨别众多的障碍物，从而能在障碍物之间自由穿梭，而不被撞到。

这告诉我们通过主动发出声音，接收回声 ，能不能帮助海豚定位？

这个原理模型就是回声定位。

【设计意图】通过开展模拟真实海洋中，既有障碍物，又有猎物的游戏，让学生充分感受和运用回声定位原理，进一步加强对建立起的回声定位模型的感受和认识。

三、原理应用及分析：回声定位原理的应用及仿生（预设10分钟）

揭示原理：详细介绍海豚探路的原理及其应用。

海豚探路的启示：

海豚在水里能够发出一种人耳听不见的声波，声波遇到物体后会反射回来，被海豚的耳朵接收，海豚就能确定物体的形状、大小和位置。

根据海豚回声定位的原理，科学家发明了声呐，现在，声呐已被广泛应用于各种舰艇、水下作业和渔业勘测等。

潜艇的声呐系统也应用了回声定位原理。那么你能分析潜艇是如何探测并驶出海沟的吗？

漆黑的深海，潜艇驶入了一道狭窄的海沟，两侧都是高耸的海底山脉。潜艇能依靠声呐驶出海沟吗？潜艇怎么做？海沟两侧怎么回应？

预设：潜艇不断重复发出声波，海沟两侧立即发出回声。

【设计意图】通过分析潜艇声呐系统的探路，感受声呐定位和海豚定位的原理是相同的，为下一步回声定位原理的应用以及仿生的内涵做铺垫。

回声定位原理的应用及仿生学：

除了声呐，科学家还发明了B超和雷达，阅读资料，你能画出声呐，B超和雷达的原理图吗？

画图并揭示都是同样的回声定位原理。

你们觉的声呐、B超和雷达等人造仪器都是仿照谁制成的？预设：海豚。

像这样通过仿照生物原理，应用于工程设计的学科就是什么？预设：仿生学。

【设计意图】通过资料介绍和画图，学生了解海豚与声呐、B超和雷达的原理是一样的，进一步认识到这些探测仪器都是基于对海豚的研究，仿照生物原理制成的，顺势引入仿生的概念。

 

四、研讨小结

         回顾我们这节课，我和同学们一起经历了海豚探路的观察研究，经历了回声的原理探究，建立起了海豚探路回声定位的原理模型，还一起了解了回声定位原理的实践应用，而这样的四个过程，正是科学家开展仿生学研究的过程。

无数高科技产品就是通过仿生，设计发明出来的。希望同学们也能仔细观察身边的动植物，未来通过仿生制造出对人类有益的产品。

【设计意图】通过回顾总结一节课的探究历程，引入仿生学研究的四个过程，给学生呈现出一个清晰的脉络，有助于学生对仿生的内涵认知，感受仿生给人类生活带来的科技进步是巨大的，是有重大价值和意义的。

四、拓展        

生活中还有哪些设备和技术是仿照自然界生物创造发明出来的？

 

【板书设计】

海豚和声呐

回声定位

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