生命科学OBE案例《海豚与声呐》设计

◇闵朝花（江苏：宜兴新庄小学）

【学情分析】

本课是苏教版小学科学五年级下册第二单元“仿生”的第三课。相比于前一课的结构仿生，本课主要是让学生进一步了解原理仿生、过程仿生，为学生了解仿生、建立仿生概念奠定基础。在前两课的学习基础上，学生已经初步建立了仿生的概念，知道人类可以通过模仿生物结构发明创造物品，但对于原理仿生却只有一个模糊的认识。

【教学策略】

本课的教学目标是让学生通过实验模拟的过程，认识海豚是怎样进行活动和捕食的。一般教学是让学生直接进行海豚捕鱼的游戏，但本课在教学中引入OBE 教学理念。为了实现教学目标，我为学生设计了3 个教学环节，使学生的学习目标更为明确，理解更为透彻。本课以“击鼓传花”的游戏作为主线，通过游戏中的“听声辨位”“传声定位”以及海豚在真实环境中的活动模拟，让学生深入理解海豚是怎么样活动及捕食的，并在学生深入理解的基础上延伸至生活中的应用，培养学生观察能力和思考能力。

【OBE设计目标】

了解海豚依靠回声定位来活动及捕食；

通过模拟“海豚捉鱼”的游戏，感受什么是回声定位；

体会声呐、B 超、雷达的工作原理与海豚活动的共同点。

【主要材料准备】

课件、响铃鼓、眼罩、阅读材料。

【教学过程】

一、导入新课、聚焦问题

视频播放：海豚在水中的活动及捕食。

出示海豚在充满障碍物的水池中行进的图片。

提问：人们在水池里插上金属棒，海豚游动时不会碰到，这说明什么？

出示蒙眼海豚在充满障碍物的水池中行进的图片。

提问：海豚即使被蒙上眼睛，照样畅游无阻，还能准确捕捉猎物，这说明什么？

讨论：海豚在水中活动依靠了它的哪一种感觉器官？

总结：看来，海豚探路和捕食并非依靠眼睛，而是依靠了其他感觉器官，最有可能是依靠了听觉。

通过视频的播放及图片的展示，初步完成对实验现象的解释，引导学生提出猜想，海豚活动依靠的可能不是眼睛，而是耳朵。在激发学生的学习兴趣的同时，也为接下来原理的渗透奠定了基础。

二、探究海豚活动及捕食原理

谈话：蒙上眼睛的海豚能依靠听觉辨别小鱼的位置吗？下面我们来进行一个小游戏，模拟这一个过程。

1.出示击鼓传花规则

①“海豚”：蒙上双眼，站于讲台前；

②“小鱼”：全班“击鼓传花”，鼓声停止时，手拿摇铃的学生扮作“小鱼”，摇晃摇铃发出声响；

③“海豚”：听声辨位，指出“小鱼”的位置。

选取学生活动。

总结：海豚能通过听音辨位的方法确定小鱼的位置，听觉可以帮助海豚辨别猎物。

2.谈论思考

你能画一画听声辨位的原理示意图吗？用箭头表示声音是怎么在海豚和物体间传递的。

“击鼓传花”是学生熟悉的游戏，通过鼓声来辨别同伴的位置，让学生初步了解物体与海豚之间是通过声音产生联系的，海豚依靠声音知道前方有障碍物，以此来解释图中科学家的实验，并通过示意图的方式让学生初步感受原理。

1.思考

小鱼几乎不会发出声音，海豚怎么才会收到他们传来的声音呢？

提示：生活中你听到过不发声的物体传来的声音吗？（出示大山的回声图片）

提问：联系图片，海豚可以怎样做，使物体发出声音？（海豚发出声音，遇到物体返回）

谈话：下面我们再来进行一个模拟实验，邀请一位学生来扮演“海豚”，模拟海豚传声定位。

2.游戏规则

①海豚蒙上双眼，站于讲台前；

②全班根据鼓声，随机传送“障碍物”和“小鱼”；

③鼓声停止后，海豚分别提问“在哪儿”；

④障碍物拍手，小鱼回答“在这儿”；

⑤海豚听声定位障碍物和小鱼分别在哪儿。

你能画一画刚刚海豚辨位的原理示意图吗？这一次声音又是怎样在海豚和物体间传递的？

总结：看来，不管物体会不会发出声音，海豚都能通过主动发出声音、接受回声的方法来判断物体的位置。

海豚活动依靠声音的传递，但海中的物体大都是不会发出声音的，这个问题让学生产生了认知冲突。海豚和物体之间怎样才能有声音传递？大山的回声让学生立刻想到海豚主动发声的方法，随机的模拟实验更让学生体会到这种方法的可行性。最后的总结让学生形象地认知海豚传声定位的原理。

1.谈话

大海中有很多障碍物，海豚能依靠这个原理模型，穿越障碍，捕捉到猎物吗？

我们再进行一次模拟游戏，看看海豚在充满障碍物的情况下怎样捕捉猎物。

提问：根据之前的原理，作为海豚的学生应该怎么做？障碍物怎么做？小鱼又应该怎么做？

2.游戏规则

①海豚蒙眼一边快速移动，一边喊“在哪儿”；

②障碍物立刻拍手回应；

③小鱼回应“在这儿”。（小鱼需要很缓慢地移动）

选取学生模拟游戏。

3.总结讨论

海豚通过发出声音，接受回声，辨别障碍物和猎物，从而穿越障碍物，捕捉猎物。通过主动发出声音，接受回声，帮助海豚定位，这种原理模型就叫作回声定位。

【设计意图】认知海豚捕食的原理采用由分到总的过程，在学生一步步了解回声定位的过程后，通过真实模拟海洋中既有障碍物又有猎物的活动，让学生充分运用回声定位原理，模拟海豚躲避障碍物捕食的行为，让学生在活动中形象地感受过程和原理。

三、回声定位原理应用

视频播放：海豚回声定位原理。

谈话：我们已经知道了海豚在水中游走和捕食的秘密了，人类非常擅于向大自然学习，通过海豚回声定位，科学家发明了声呐。声呐现在被广泛运用于各种潜艇、水下作业等等。你能试着说一说声呐的工作原理吗？

提问：你还知道人类有哪些发明与我们今天介绍的海豚回声定位原理相似的？

介绍B超诊断仪和雷达，学生交流原理。

海豚捕食活动最终是让学生了解仿生对我们生活的意义重大。以声呐、B 超、雷达的工作原理与海豚进行比较，进一步理解两者之间的联系。

四、总结提升

谈话：本节课，我们经历了海豚捕食的研究过程，发现了海豚回声定位的秘密，也了解到人类通过海豚的启示有了一系列的发明创造。无数的高科技产品其实是科学家通过仿生设计发明出来的。课后查找资料，找一找还有哪些发明是依据了回声定位原理。

课后思考：你能否发挥想象，发明一种利用回声定位原理工作的物品。

鼓励学生根据回声定位原理自行设计物品，加强对于仿生原理的应用，更渗透工程设计的思想。

五、板书设计

【专家点评】OBE 教育理念是指成果导向教育、能力、目标或者需求导向教育。用教学目标引导教师重视教学设计，主要采用逆向思维方式进行课堂授课，使课堂环节清晰，学生目标明确。本节课亮点在于通过三个模拟实验，层层递进，以此实现教学目标。

本节课学生需要知道什么？又要渗透怎样的科学理念？如何实现这一目标？教师是这样进行设计的：首先，科学家是怎样研究的？通过对实验现象的分析猜测，海豚探路捕食是依靠了什么原理？结果指向海豚探路不需要视觉，依靠听觉。听觉怎么产生？这时候就想到主动发声探路的方式：回声定位。如何让学生体会这一原理？上课时，教师对回声定位活动进行了再创造，对活动进行层次化。

第一步，学生“击鼓传花”，听声辨位。这一步非常重要，因为下面联想到海豚，基本原理和“听声辨位”类似。那怎样才能有声音传递？以图片提示学生：海豚可以主动发声，对方被动回声。这时引入回声的概念，是教师对于教材的再开发，用学生的学习成果反向设计教学。最后，组织学生模拟大海里的真实情况，既有复杂的周遭环境，又有猎杀环境。在游戏中，学生深入体会回声定位模型，并将此模型通过书面的形式建立起来。新课标强调科学思维，而第一个思维就是建模。模型具有广泛性、普遍性、类似性。

生活中是否有类似的模型？声呐、B 超等就是类似模型，由此让学生了解这些模型的工作原理图，并进行比较。鼓励学生课后继续寻找具有相同工作原理的物体，甚至可以进行自主设计。