生命科學(xué)OBE案例《海豚與聲吶》設(shè)計

◇閔朝花（江蘇：宜興新莊小學(xué)）

【學(xué)情分析】

本課是蘇教版小學(xué)科學(xué)五年級下冊第二單元“仿生”的第三課。相比于前一課的結(jié)構(gòu)仿生，本課主要是讓學(xué)生進(jìn)一步了解原理仿生、過程仿生，為學(xué)生了解仿生、建立仿生概念奠定基礎(chǔ)。在前兩課的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，學(xué)生已經(jīng)初步建立了仿生的概念，知道人類可以通過模仿生物結(jié)構(gòu)發(fā)明創(chuàng)造物品，但對于原理仿生卻只有一個模糊的認(rèn)識。

【教學(xué)策略】

本課的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生通過實驗?zāi)M的過程，認(rèn)識海豚是怎樣進(jìn)行活動和捕食的。一般教學(xué)是讓學(xué)生直接進(jìn)行海豚捕魚的游戲，但本課在教學(xué)中引入OBE 教學(xué)理念。為了實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，我為學(xué)生設(shè)計了3 個教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)更為明確，理解更為透徹。本課以“擊鼓傳花”的游戲作為主線，通過游戲中的“聽聲辨位”“傳聲定位”以及海豚在真實環(huán)境中的活動模擬，讓學(xué)生深入理解海豚是怎么樣活動及捕食的，并在學(xué)生深入理解的基礎(chǔ)上延伸至生活中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生觀察能力和思考能力。

【OBE設(shè)計目標(biāo)】

了解海豚依靠回聲定位來活動及捕食；

通過模擬“海豚捉魚”的游戲，感受什么是回聲定位；

體會聲吶、B 超、雷達(dá)的工作原理與海豚活動的共同點。

【主要材料準(zhǔn)備】

課件、響鈴鼓、眼罩、閱讀材料。

【教學(xué)過程】

一、導(dǎo)入新課、聚焦問題

視頻播放：海豚在水中的活動及捕食。

出示海豚在充滿障礙物的水池中行進(jìn)的圖片。

提問：人們在水池里插上金屬棒，海豚游動時不會碰到，這說明什么？

出示蒙眼海豚在充滿障礙物的水池中行進(jìn)的圖片。

提問：海豚即使被蒙上眼睛，照樣暢游無阻，還能準(zhǔn)確捕捉獵物，這說明什么？

討論：海豚在水中活動依靠了它的哪一種感覺器官？

總結(jié)：看來，海豚探路和捕食并非依靠眼睛，而是依靠了其他感覺器官，最有可能是依靠了聽覺。

通過視頻的播放及圖片的展示，初步完成對實驗現(xiàn)象的解釋，引導(dǎo)學(xué)生提出猜想，海豚活動依靠的可能不是眼睛，而是耳朵。在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣的同時，也為接下來原理的滲透奠定了基礎(chǔ)。

二、探究海豚活動及捕食原理

談話：蒙上眼睛的海豚能依靠聽覺辨別小魚的位置嗎？下面我們來進(jìn)行一個小游戲，模擬這一個過程。

1.出示擊鼓傳花規(guī)則

①“海豚”：蒙上雙眼，站于講臺前；

②“小魚”：全班“擊鼓傳花”，鼓聲停止時，手拿搖鈴的學(xué)生扮作“小魚”，搖晃搖鈴發(fā)出聲響；

③“海豚”：聽聲辨位，指出“小魚”的位置。

選取學(xué)生活動。

總結(jié)：海豚能通過聽音辨位的方法確定小魚的位置，聽覺可以幫助海豚辨別獵物。

2.談?wù)撍伎?/p>

你能畫一畫聽聲辨位的原理示意圖嗎？用箭頭表示聲音是怎么在海豚和物體間傳遞的。

“擊鼓傳花”是學(xué)生熟悉的游戲，通過鼓聲來辨別同伴的位置，讓學(xué)生初步了解物體與海豚之間是通過聲音產(chǎn)生聯(lián)系的，海豚依靠聲音知道前方有障礙物，以此來解釋圖中科學(xué)家的實驗，并通過示意圖的方式讓學(xué)生初步感受原理。

1.思考

小魚幾乎不會發(fā)出聲音，海豚怎么才會收到他們傳來的聲音呢？

提示：生活中你聽到過不發(fā)聲的物體傳來的聲音嗎？（出示大山的回聲圖片）

提問：聯(lián)系圖片，海豚可以怎樣做，使物體發(fā)出聲音？（海豚發(fā)出聲音，遇到物體返回）

談話：下面我們再來進(jìn)行一個模擬實驗，邀請一位學(xué)生來扮演“海豚”，模擬海豚傳聲定位。

2.游戲規(guī)則

①海豚蒙上雙眼，站于講臺前；

②全班根據(jù)鼓聲，隨機(jī)傳送“障礙物”和“小魚”；

③鼓聲停止后，海豚分別提問“在哪兒”；

④障礙物拍手，小魚回答“在這兒”；

⑤海豚聽聲定位障礙物和小魚分別在哪兒。

你能畫一畫剛剛海豚辨位的原理示意圖嗎？這一次聲音又是怎樣在海豚和物體間傳遞的？

總結(jié)：看來，不管物體會不會發(fā)出聲音，海豚都能通過主動發(fā)出聲音、接受回聲的方法來判斷物體的位置。

海豚活動依靠聲音的傳遞，但海中的物體大都是不會發(fā)出聲音的，這個問題讓學(xué)生產(chǎn)生了認(rèn)知沖突。海豚和物體之間怎樣才能有聲音傳遞？大山的回聲讓學(xué)生立刻想到海豚主動發(fā)聲的方法，隨機(jī)的模擬實驗更讓學(xué)生體會到這種方法的可行性。最后的總結(jié)讓學(xué)生形象地認(rèn)知海豚傳聲定位的原理。

1.談話

大海中有很多障礙物，海豚能依靠這個原理模型，穿越障礙，捕捉到獵物嗎？

我們再進(jìn)行一次模擬游戲，看看海豚在充滿障礙物的情況下怎樣捕捉獵物。

提問：根據(jù)之前的原理，作為海豚的學(xué)生應(yīng)該怎么做？障礙物怎么做？小魚又應(yīng)該怎么做？

2.游戲規(guī)則

①海豚蒙眼一邊快速移動，一邊喊“在哪兒”；

②障礙物立刻拍手回應(yīng)；

③小魚回應(yīng)“在這兒”。（小魚需要很緩慢地移動）

選取學(xué)生模擬游戲。

3.總結(jié)討論

海豚通過發(fā)出聲音，接受回聲，辨別障礙物和獵物，從而穿越障礙物，捕捉獵物。通過主動發(fā)出聲音，接受回聲，幫助海豚定位，這種原理模型就叫作回聲定位。

【設(shè)計意圖】認(rèn)知海豚捕食的原理采用由分到總的過程，在學(xué)生一步步了解回聲定位的過程后，通過真實模擬海洋中既有障礙物又有獵物的活動，讓學(xué)生充分運用回聲定位原理，模擬海豚躲避障礙物捕食的行為，讓學(xué)生在活動中形象地感受過程和原理。

三、回聲定位原理應(yīng)用

視頻播放：海豚回聲定位原理。

談話：我們已經(jīng)知道了海豚在水中游走和捕食的秘密了，人類非常擅于向大自然學(xué)習(xí)，通過海豚回聲定位，科學(xué)家發(fā)明了聲吶。聲吶現(xiàn)在被廣泛運用于各種潛艇、水下作業(yè)等等。你能試著說一說聲吶的工作原理嗎？

提問：你還知道人類有哪些發(fā)明與我們今天介紹的海豚回聲定位原理相似的？

介紹B超診斷儀和雷達(dá)，學(xué)生交流原理。

海豚捕食活動最終是讓學(xué)生了解仿生對我們生活的意義重大。以聲吶、B 超、雷達(dá)的工作原理與海豚進(jìn)行比較，進(jìn)一步理解兩者之間的聯(lián)系。

四、總結(jié)提升

談話：本節(jié)課，我們經(jīng)歷了海豚捕食的研究過程，發(fā)現(xiàn)了海豚回聲定位的秘密，也了解到人類通過海豚的啟示有了一系列的發(fā)明創(chuàng)造。無數(shù)的高科技產(chǎn)品其實是科學(xué)家通過仿生設(shè)計發(fā)明出來的。課后查找資料，找一找還有哪些發(fā)明是依據(jù)了回聲定位原理。

課后思考：你能否發(fā)揮想象，發(fā)明一種利用回聲定位原理工作的物品。

鼓勵學(xué)生根據(jù)回聲定位原理自行設(shè)計物品，加強(qiáng)對于仿生原理的應(yīng)用，更滲透工程設(shè)計的思想。

五、板書設(shè)計

【專家點評】OBE 教育理念是指成果導(dǎo)向教育、能力、目標(biāo)或者需求導(dǎo)向教育。用教學(xué)目標(biāo)引導(dǎo)教師重視教學(xué)設(shè)計，主要采用逆向思維方式進(jìn)行課堂授課，使課堂環(huán)節(jié)清晰，學(xué)生目標(biāo)明確。本節(jié)課亮點在于通過三個模擬實驗，層層遞進(jìn)，以此實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

本節(jié)課學(xué)生需要知道什么？又要滲透怎樣的科學(xué)理念？如何實現(xiàn)這一目標(biāo)？教師是這樣進(jìn)行設(shè)計的：首先，科學(xué)家是怎樣研究的？通過對實驗現(xiàn)象的分析猜測，海豚探路捕食是依靠了什么原理？結(jié)果指向海豚探路不需要視覺，依靠聽覺。聽覺怎么產(chǎn)生？這時候就想到主動發(fā)聲探路的方式：回聲定位。如何讓學(xué)生體會這一原理？上課時，教師對回聲定位活動進(jìn)行了再創(chuàng)造，對活動進(jìn)行層次化。

第一步，學(xué)生“擊鼓傳花”，聽聲辨位。這一步非常重要，因為下面聯(lián)想到海豚，基本原理和“聽聲辨位”類似。那怎樣才能有聲音傳遞？以圖片提示學(xué)生：海豚可以主動發(fā)聲，對方被動回聲。這時引入回聲的概念，是教師對于教材的再開發(fā)，用學(xué)生的學(xué)習(xí)成果反向設(shè)計教學(xué)。最后，組織學(xué)生模擬大海里的真實情況，既有復(fù)雜的周遭環(huán)境，又有獵殺環(huán)境。在游戲中，學(xué)生深入體會回聲定位模型，并將此模型通過書面的形式建立起來。新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)科學(xué)思維，而第一個思維就是建模。模型具有廣泛性、普遍性、類似性。

生活中是否有類似的模型？聲吶、B 超等就是類似模型，由此讓學(xué)生了解這些模型的工作原理圖，并進(jìn)行比較。鼓勵學(xué)生課后繼續(xù)尋找具有相同工作原理的物體，甚至可以進(jìn)行自主設(shè)計。