眼睛與仿生學(xué)課件

1、什么是仿生學(xué)？,“仿生學(xué)”正式誕生于1960年。距今2300多年前墨子和他的300弟子，花了三年時(shí)間，造了一只“會(huì)飛的木鳥(niǎo)”，同時(shí)間希臘阿奇卡也制成一只“機(jī)械鴿子”。東漢時(shí)，張衡制成一架能飛數(shù)里的“木雕”。大約一千九百多年前西漢京都長(zhǎng)安有人用大鳥(niǎo)羽制兩翼綁在雙臂上能飛（滑翔）幾百步?！?結(jié)論：仿生學(xué)是在生物科學(xué)與技術(shù)科學(xué)之間發(fā)展起來(lái)的，他的任務(wù)是用生物體結(jié)構(gòu)與功能的原理，去改善現(xiàn)有的或創(chuàng)造新型的機(jī)械系統(tǒng)、儀器設(shè)備、建筑結(jié)構(gòu)和工藝過(guò)程。

2、,自古就有許多中外人士模仿鳥(niǎo)類(lèi)飛行試制飛行器，但都不成功。原因在于不了解鳥(niǎo)類(lèi)的形態(tài)構(gòu)造和生理機(jī)能適于飛行的科學(xué)原理；又不了解人不具備飛行的生理?xiàng)l件，人要上天，必須依靠機(jī)械動(dòng)力才可能。一直到了公元1903年美國(guó)萊特兄弟發(fā)明了飛機(jī)，人類(lèi)從此實(shí)現(xiàn)了幾千年來(lái)夢(mèng)寐以求的飛上天空的愿望。,人類(lèi)飛上天空的例子，說(shuō)明了仿生學(xué)的誕生有它的漫長(zhǎng)歷史，必須在科學(xué)發(fā)達(dá)的前提下才能誕生。仿生學(xué)是一門(mén)新興不久的科學(xué)，是生物學(xué)、數(shù)學(xué)和工程技術(shù)學(xué)邊緣的一門(mén)嶄新學(xué)科。,

3、目前仿生學(xué)已經(jīng)成為現(xiàn)代發(fā)展新技術(shù)的重要途徑。其研究范圍已發(fā)展有： 一、感覺(jué)器官模擬──目前以眼、耳、鼻三種器官為主。已模擬制成了“人造眼”、“電子耳”、“電子鼻”、“電子警犬”等。 二、神經(jīng)元和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬──目前已制成的“人工智能機(jī)”。 三、生物定向和導(dǎo)航──目前已制成的有：模仿蝙蝠的盲人“探路儀”；模仿能感知千分之一溫度變化的響尾蛇“探熱器”；模仿鳥(niǎo)類(lèi)遷飛和魚(yú)、龜、鯨等回游的機(jī)制，以研制導(dǎo)航機(jī)制；模仿

4、蜜蜂“太陽(yáng)羅盤(pán)”和生物種的“偏光羅盤(pán)”，“人工電子蜜蜂”；模仿蚊、蠅等具有天然導(dǎo)航器官──楫翅的“振動(dòng)陀螺儀”，用于高速飛機(jī)和火箭。,四、生物力學(xué)──模擬人或動(dòng)物肌肉的器具。如模仿膝關(guān)節(jié)制成的液壓模型。做成鯨形狀的日本大型遠(yuǎn)洋貨輪，提高航速百分之二十五。模仿企鵝的特殊運(yùn)動(dòng)方式，制成了深雪上行駛速度達(dá)時(shí)速50公里的雪地汽車(chē)。模仿袋鼠的運(yùn)動(dòng)制成了在沙漠中通行無(wú)阻的無(wú)輪汽車(chē)──跳躍機(jī)等。 五、生物力能學(xué)──如模仿螢火蟲(chóng)把化學(xué)能變化光能

5、的效率幾乎達(dá)百分之百的優(yōu)點(diǎn)，制出冷光源，可提高電能利用效率幾倍到幾十倍。 六、醫(yī)學(xué)仿生學(xué)──已制成的有原子動(dòng)力心臟，人工腎，能做出六個(gè)基本動(dòng)作的假手。,中國(guó)女子中長(zhǎng)跑運(yùn)動(dòng)員王軍霞一次次揚(yáng)威世界體壇。王軍霞成功的奧秘何在？究其原因，固然與她的身體素質(zhì)與刻苦訓(xùn)練的精神分不開(kāi)，但更重要的是她采用了科學(xué)的訓(xùn)練方法。據(jù)報(bào)道，馬俊仁教練曾潛心研究過(guò)羚羊奔跑的姿態(tài)，并讓隊(duì)員們?cè)谂懿綍r(shí)進(jìn)行模仿。馬教練這種科學(xué)的訓(xùn)練方法，正是運(yùn)用了仿生學(xué)的原理。

6、仿生學(xué)是一門(mén)新興科學(xué)，前途廣闊，不久的將來(lái)將在生產(chǎn)，生活各個(gè)領(lǐng)域里得到廣泛的運(yùn)用。今天我們來(lái)學(xué)習(xí)《眼睛與仿生學(xué)》，了解一下眼睛的仿生價(jià)值。,制導(dǎo)：通過(guò)無(wú)線電裝置，控制和引導(dǎo)導(dǎo)彈等，使其按一定軌道運(yùn)行。散射：光線通過(guò)有塵土的空氣或膠質(zhì)溶液等媒質(zhì)時(shí)，部分光線向多方面改變方向的現(xiàn)象。明察秋毫：比喻目光敏銳，連極細(xì)小的事物都看得清楚。秋毫：秋天鳥(niǎo)獸身上新長(zhǎng)的細(xì)毛。別具一格：另有一種獨(dú)特的風(fēng)格。,第一部分講的是“研究視覺(jué)仿生的意義”，共有

7、三個(gè)自然段，包括(1)眼的重要；(2)眼的功能；(3)眼睛與仿生學(xué)。第二部分則探討了研究視覺(jué)仿生的成果，又可以分為兩層，第一層講單眼的構(gòu)造與功能，從文章的第四自然段到第九自然段分別講了人眼、蛙眼、鷹眼，第二層則分別以象鼻蟲(chóng)、蜜蜂、蜻蜓和蒼蠅為例講了復(fù)眼的構(gòu)造與功能，從第十自然段到第十四自然段。第三部分則說(shuō)明了仿生學(xué)的定義，任務(wù)、研究范圍和發(fā)展重點(diǎn)。,課文結(jié)構(gòu),,人眼（4-5）,蛙眼（6-8）,鷹眼（9）,人 造 眼,電子蛙眼,電子鷹

8、眼,象鼻蟲(chóng)（10-11）,蜜蜂（12-13）,蜻蜓、蒼蠅（14）,地速計(jì),偏光天文羅盤(pán),復(fù)眼透鏡復(fù)眼照相機(jī),1、(1─3段)概括說(shuō)明研究各種不同構(gòu)造的眼睛的意義。,2、(4─14) 研究情況及成果。,,,,單 眼,復(fù) 眼,3、(15─16自然段)仿生學(xué)研究的意義、范圍和任務(wù)，以及發(fā)展重點(diǎn)。,整體結(jié)構(gòu),（4-14）各種眼睛的功能及仿生學(xué)的意義。,（15-16）說(shuō)明仿生學(xué)的任務(wù)及其發(fā)展重點(diǎn)。,（1-3）眼睛的重要作用及感知外物的基

9、本原理；研究眼睛功能和結(jié)構(gòu)的重要意義。,總,分,總,對(duì)各類(lèi)眼睛的研究及啟示,眼睛是我們認(rèn)識(shí)世界的重要感覺(jué)器官，每天我們通過(guò)眼睛可以看到這個(gè)世界上的萬(wàn)物，甚至通過(guò)眼睛來(lái)感受萬(wàn)物的變化。所以久而久之，我們就認(rèn)為，在大腦中出現(xiàn)的一切，都是通過(guò)眼睛一點(diǎn)不漏的看進(jìn)去的。就好像一部照相機(jī)。那么實(shí)際上，人眼并不是把投射到視網(wǎng)膜上的圖像一點(diǎn)不漏地傳給大腦，而是先對(duì)圖像進(jìn)行信息加工。（選取我們需要的信息）這是人眼不同于照相機(jī)的特殊功能。,對(duì)于這種功能

10、的研究，對(duì)于人類(lèi)的科技發(fā)展有許多啟示：對(duì)于改進(jìn)某些機(jī)器的輸入裝置和自動(dòng)控制系統(tǒng)的傳送器，研制新型跟蹤和發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)，都具有十分重要的參考價(jià)值。人眼除了可以對(duì)外來(lái)圖像信息進(jìn)行加工這個(gè)功能外，還具對(duì)比周?chē)木拔?，使人感知自身的運(yùn)動(dòng)和位置狀態(tài)，確定物體的距離、形狀和相對(duì)大小。 這也對(duì)我們有許多啟發(fā)。,人眼------- 信息加工 感知自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，確定物體的距離、形狀和相對(duì)大小,人眼的兩種功

11、能及科技意義,對(duì)圖像進(jìn)行信息加工,對(duì)比周?chē)木拔?，使人感知自身運(yùn)動(dòng)和位置狀態(tài)。確定物體的距離、形狀和相對(duì)大小,,某些機(jī)器的輸入裝置\自動(dòng)控制系統(tǒng)的傳送器\新型跟蹤和發(fā)現(xiàn)系統(tǒng),,“人造眼”,,,青蛙能敏捷地發(fā)現(xiàn)具有特定形狀的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，準(zhǔn)確地確定目標(biāo)的位置、運(yùn)動(dòng)方向和速度，并能選擇最佳的攻擊時(shí)刻。,,,蛙 眼,,電 子 蛙 眼,我是兔子,,展翅翱翔于兩三千米高空的雄鷹，一下子就能發(fā)現(xiàn)地面上寬廣范圍內(nèi)的一只小兔或小雞。,,,鷹

12、 眼,,,如果我們能夠研制出“電子鷹眼”，就能夠大大擴(kuò)充和提高飛行員的視野和視敏度。,,電子鷹眼,象鼻蟲(chóng),象鼻蟲(chóng)眼,,,象鼻蟲(chóng)根據(jù)各個(gè)小眼看到同一個(gè)物體的時(shí)間差以及自身在此期間飛過(guò)的距離，可以出很快地“計(jì)算”它相對(duì)于地面的飛行速度。,,地速計(jì),蜜蜂眼,,,蜜蜂的復(fù)眼，能夠看到太陽(yáng)偏振光的振動(dòng)方向，而這種方向與太陽(yáng)的位置有確定的關(guān)系。,偏光天文羅盤(pán),,,蜻 蜓 眼,蒼 蠅 眼,,,復(fù)眼透鏡,,剝?nèi)ヲ唑押蜕n蠅復(fù)眼的角膜，放在顯微鏡下觀

13、察，盡管在角膜前面只放一個(gè)目標(biāo)，但通過(guò)角膜卻可以看到許許多多個(gè)像。,,從簡(jiǎn)單到復(fù)雜,從一般到特殊,單眼,復(fù)眼,,,,說(shuō)明順序,,,,,,,,,,,由淺入深,由具體到抽象,由一般到特殊,由簡(jiǎn)單到復(fù)雜,一般先說(shuō)明某種眼睛的構(gòu)造或某種特點(diǎn)，然后說(shuō)明其仿生學(xué)意義以及人們得到的啟示。作者通過(guò)這種功能（結(jié)構(gòu)）到應(yīng)用的模式化說(shuō)明，將事理說(shuō)的一清二楚，人們也很容易就理解了。小結(jié)：作者在文章的4-14小節(jié)中，采用從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從一般到特殊的說(shuō)明順序，運(yùn)

14、用舉例子、作比較的說(shuō)明方法，為我們說(shuō)明了各種眼睛的功能及仿生學(xué)的意義。,（一）、說(shuō)明順序有條不紊。 合理的說(shuō)明順序?qū)τ谡f(shuō)明非常重要，因此說(shuō)明文的順序必須既符合人們認(rèn)識(shí)客觀事物的規(guī)律，又符合事物本身固有的特點(diǎn)。人們認(rèn)識(shí)事物有它的規(guī)律性，如由感性到理性，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜；事物和事理本身都有它內(nèi)在的邏輯關(guān)系，如“一般──特殊”；“整體──部分”；“因──果”；“主──次”；“深──淺”；“大──小”（或相反）。按照這些關(guān)系

15、安排說(shuō)明順序，就叫邏輯順序。,寫(xiě)作手法,由于仿生學(xué)是一門(mén)新興科學(xué)，人們一般對(duì)它都比較陌生，所以作者不是先在科學(xué)定義上作文章，而是先介紹人們最熟悉，印象最深的人的眼睛，及其在仿生學(xué)中的意義，然后再說(shuō)明一些動(dòng)物的眼睛及其構(gòu)造和功能。就眼的構(gòu)造來(lái)說(shuō)，一般眼的構(gòu)造比復(fù)眼簡(jiǎn)單，所以作者先從一般眼睛談起，然后再介紹復(fù)眼的構(gòu)造及其在仿生學(xué)中的意義。本文的說(shuō)明順序是由一般到特殊，由簡(jiǎn)單到復(fù)雜。這樣的說(shuō)明順序既便于讀者理解，又符合人們的認(rèn)識(shí)規(guī)律，因此顯

16、得合情合理。,（二）、結(jié)構(gòu)安排緊湊合理。 說(shuō)明文的基本結(jié)構(gòu)有“總──分──總”“總──分”、“分──總”三種形式。就文章的主體部分來(lái)說(shuō)，由于層次之間的關(guān)系不同，常見(jiàn)的有“縱式結(jié)構(gòu)”（層進(jìn)關(guān)系），“橫式結(jié)構(gòu)”（并列關(guān)系）和“縱、橫合式結(jié)構(gòu)”。通過(guò)分析各自然段的內(nèi)容，可以歸納出這篇說(shuō)明文的結(jié)構(gòu)。,（三）、說(shuō)明方法恰到好處1、舉實(shí)例與作比較兩種方法交錯(cuò)運(yùn)用。例如說(shuō)明“研究、認(rèn)識(shí)眼睛的各種構(gòu)造和功能”，“對(duì)發(fā)展現(xiàn)代科學(xué)

17、技術(shù)有重要的意義”，就列舉人眼為例。為了說(shuō)明人眼的仿生學(xué)意義，又把人眼的結(jié)構(gòu)功能與照相機(jī)作比較，說(shuō)明了人眼的信息加工傳輸功能的仿生學(xué)意義。舉實(shí)例是為了說(shuō)明觀點(diǎn)或道理，而作比較則使得實(shí)例更加特征鮮明，更加強(qiáng)了“實(shí)例”說(shuō)明觀點(diǎn)、道理的作用。,2、下定義。定義是以簡(jiǎn)練的語(yǔ)言揭示概念內(nèi)涵的可靠方法，在本篇課文中使用多次，如下列幾例：（1）、探索人和動(dòng)物眼睛奧秘的仿生學(xué)研究工作，稱為視覺(jué)仿生。（2）、由幾十至幾萬(wàn)個(gè)獨(dú)立小眼構(gòu)成的眼睛，叫做“

18、復(fù)眼”。（3）、具有偏振現(xiàn)象的光叫做偏振光。,3、列數(shù)據(jù)。在說(shuō)明由于受到視野和視敏度的限制，在高空飛行的飛行員單憑肉眼很難發(fā)現(xiàn)和識(shí)別地面目標(biāo)時(shí)，也采用下列數(shù)據(jù)的方法：“例如飛行員在六千米高空作水平飛行時(shí)，飛行員只能看到兩側(cè)八九公里和前方一二十公里狹窄范圍內(nèi)的地面。即使在這個(gè)區(qū)域里，對(duì)比較大的目標(biāo)也不是總能準(zhǔn)確無(wú)誤地發(fā)現(xiàn)和識(shí)別的。”這段話是在舉實(shí)例之中，兼用了列數(shù)據(jù)的方法。,4、分析與綜合。課文（1～3）段綜合說(shuō)明眼睛的重要作用、基

19、本功能以及仿生學(xué)意義；（4～14）段則是分析說(shuō)明眼睛的仿生學(xué)意義，先把眼睛分成“單眼”與“復(fù)眼”，再把“單眼”分成人眼、蛙眼、鷹眼分別加以說(shuō)明，把“復(fù)眼”分為蜻蜓眼、象鼻蟲(chóng)眼、蜜蜂眼等分別加以說(shuō)明；（15～16）段又綜合說(shuō)明仿生學(xué)的任務(wù)、什么是視覺(jué)仿生學(xué)等。分析說(shuō)明必須建立在對(duì)所說(shuō)明的對(duì)象科學(xué)分類(lèi)的基礎(chǔ)上，因而也必須遵循分類(lèi)的規(guī)則，即每次分類(lèi)只能使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。,課文總結(jié),從仿生學(xué)的誕生、發(fā)展，到現(xiàn)在短短幾十年的時(shí)間內(nèi)，它的研究成果已經(jīng)非

20、?？捎^。仿生學(xué)的問(wèn)世開(kāi)辟了獨(dú)特的技術(shù)發(fā)展道路，也就是向生物界索取藍(lán)圖的道路，它大大開(kāi)闊了人們的眼界，顯示了極強(qiáng)的生命力。這篇文章是介紹仿生學(xué)這門(mén)新興科學(xué)的說(shuō)明文，為了說(shuō)明這門(mén)新興科學(xué)，作者運(yùn)用了舉例和比較交錯(cuò)運(yùn)用，以及分析與綜合的說(shuō)明方法，具體，生動(dòng)的生活實(shí)例加上本文準(zhǔn)確、嚴(yán)密、簡(jiǎn)明的語(yǔ)言把深?yuàn)W難懂的科學(xué)道理表達(dá)得深入淺出、通俗易懂。,魚(yú)兒在水中有自由來(lái)去的本領(lǐng)，人們就模仿魚(yú)類(lèi)的形體造船，以木槳仿鰭。相傳早在大禹時(shí)期，我國(guó)古代勞動(dòng)人民觀

21、察魚(yú)在水中用尾巴的搖擺而游動(dòng)、轉(zhuǎn)彎，他們就在船尾上架置木槳。通過(guò)反復(fù)的觀察、模仿和實(shí)踐，逐漸改成櫓和舵，增加了船的動(dòng)力，掌握了使船轉(zhuǎn)彎的手段。這樣，即使在波濤滾滾的江河中，人們也能讓船只航行自如。,鯊魚(yú)皮泳衣,菲爾普斯,以鯊魚(yú)皮為設(shè)計(jì)原型的船外殼表面和連體泳衣。鯊魚(yú)游得快是因?yàn)槠淦つw上有一層細(xì)小的脊柱形突起，鯊魚(yú)在水中游動(dòng)的時(shí)候，這些突起能夠更有效地使身體周?chē)乃髯?，從而減少阻力，使鯊魚(yú)成為海洋中游泳的佼佼者。奧運(yùn)會(huì)的游泳比賽中，天才

22、泳星菲爾普斯和他的隊(duì)友穿著黑色連體緊身“鯊魚(yú)皮”泳裝，奪得一枚又一枚獎(jiǎng)牌，“鯊魚(yú)皮”泳裝的高科技威力由此受到越來(lái)越多人們的青睞。,鳥(niǎo)兒是人類(lèi)的朋友、春天的使者，也是大自然的建筑大使?？p葉鶯會(huì)縫葉成巢，營(yíng)冢鳥(niǎo)能造出恒溫的巢，燕子會(huì)用泥丸壘成巢，骨頂鳥(niǎo)會(huì)造浮巢……最精美的鳥(niǎo)巢就數(shù)織布鳥(niǎo)編織的瓶狀巢了，它撕取長(zhǎng)條的樹(shù)狀纖維，像織布工人那樣用嘴和腳靈巧地穿針引線，并適時(shí)地打結(jié)而成堅(jiān)固的編巢，如果在編巢時(shí)遇到大風(fēng)，織布鳥(niǎo)還會(huì)銜一些泥團(tuán)來(lái)“鎮(zhèn)風(fēng)”呢

23、！,鳥(niǎo)巢的藝術(shù)讓建筑師們浮想聯(lián)翩，他們思考著如何借鑒大自然給的建筑靈感，現(xiàn)在，這種設(shè)想已經(jīng)有些成果了。2008年北京奧運(yùn)會(huì)的標(biāo)志性建筑——國(guó)家體育場(chǎng)就是一個(gè)“鳥(niǎo)巢”式建筑，結(jié)構(gòu)的組件相互支撐，形成了網(wǎng)絡(luò)狀的構(gòu)架，它就像樹(shù)枝編織的鳥(niǎo)巢，簡(jiǎn)潔而典雅。,科學(xué)家通過(guò)研究大鳳蝶發(fā)現(xiàn)其翅膀顏色本來(lái)是黃色和藍(lán)色的，但是，在一般人看起來(lái)，它卻是綠色的，這是為什么呢？原來(lái)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在顯微鏡下：蝴蝶翅膀上有很多很小的下凹的小坑，小坑底是黃色的，而坑的斜坡上