3.海豚和声呐【教材分析】本课是苏教版小学科学五年级第2单元《仿生》的第三课，关注的是仿生学中的一个典型案例：海豚和声呐，即人们从海豚探路和捕食的行为得到启发，发明了声呐装置。如果说蛋壳与拱形研究的是两者在结构上的相似，那么海豚和声呐则是在原理上的相似，因此建立起原理模型是本节课的重点。而海豚和声呐都不是可以真实出现在课堂的研究对象，因此，本节课主要通过模拟海豚探路和捕食来研究海豚回声定位的原理，通过阅读资料，了解回声定位原理的应用。本课主要由三部分组成：通过了解科学家所做的海豚探路和捕食的实验，猜测分析海豚探路和捕食时依靠什么感觉，结果指向海豚探路不需要眼睛，而是可能依赖听觉，进而延伸到探究“声音能帮助海豚定位”的主要问题上来。第二部分，做模拟海豚探路和捕食的游戏，充分感受海豚捕食的情况，第一次为仅依靠听声音来辨别方位，第二次进一步提高难度，不发声的物体，如何实现听音辨位，同时引入回声概念，第三次将大海中的真实情况模拟出来，在既有障碍物，又有猎物的复杂环境中，回声定位原理是否还能奏效。通过切身体会感受，了解海豚的探路和捕食过程，建立起回声定位的原理模型。第三部分，通过阅读资料，了解海豚探路以及潜水艇、B超、雷达的工作原理，画一画他们的原理图。借此说明海豚、潜水艇的声呐、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，它们的原理相同。【学情分析】五年级的学生对于海豚和声呐是比较陌生的，海豚可能在动物园见过，电视上看过，可能会知道海豚的可爱，但是对于海豚的习性，海豚的探路和捕食几乎没有了解。而声呐更是远离日常生活，学生一点也不了解。故本课需要给予学生一些关于海豚的生活习性的图片和视频资源，进行提前熟悉和了解。进而引导学生通过模拟海豚探路和捕食的实验，感受听音辨位和回声定位，建立起回声定位的原理模型，通过阅读分析声呐、B超和雷达等图片、文字等资料，进一步了解回声定位原理的应用，了解他们的原理相似性，从而知道仿生的步骤和意义。【教学目标】[科学知识]知道海豚是依靠回声定位原理来探路和捕食的。了解回声定位需要发出声音，并接收回声，通过回声的特点来进行方位判断。[科学探究]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。[科学态度]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。[科学、社会、技术与环境]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。【教学重难点】[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。[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）。[小组]实验原理记录纸。【教学过程】课前：播放海豚生活短片2-3分钟，了解海豚及其水生生活。与学生交流：关于海豚你还知道哪些？一、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。4
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、探索和研讨：海豚回声定位原理（预设25分钟）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：4
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）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？4
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。三、课堂小结（预2分钟）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。【教学后记】4
