眼睛与仿生学

六、医学仿生学──已制成的有原子动力心脏，人工 肾，能做出六个基本动作的假手。
• 中国女子中长跑运动员王军霞一次次扬威世界
体坛。王军霞成功的奥秘何在？究其原因，固
今天我们来学习《眼睛与仿生学》， 但更重要的是她采用了科学的训练方法。据报 了解一下眼睛的仿生价值
道，马俊仁教练曾潜心研究过羚羊奔跑的姿态 ，并让队员们在跑步时进行模仿。马教练这种
然与她的身体素质与刻苦训练的精神分不开，
科学的训练方法，正是运用了仿生学的原理。
仿生学是一门新兴科学，前途广阔，不久的将
来将在生产，生活各个领域里得到广泛的运用
。
• 第一部分讲的是“研究视觉仿生的意义”，共有三个
自然段，包括(1)眼的重要；(2)眼的功能；(3)眼睛与 仿生学。 • 第二部分则探讨了研究视觉仿生的成果，又可以分为 两层，第一层讲单眼的构造与功能，从文章的第四自 然段到第九自然段分别讲了人眼、蛙眼、鹰眼，第二 层则分别以象鼻虫、蜜蜂、蜻蜓和苍蝇为例讲了复眼
友穿着黑色连体紧身“鲨鱼皮”泳装，夺得一
枚又一枚奖牌，“鲨鱼皮”泳装的高科技威力
由此受到越来越多人们的青睐。
鸟儿是人类的朋友、春天的使者，也是大
自然的建筑大使。缝叶莺会缝叶成巢，营冢鸟
能造出恒温的巢，燕子会用泥丸垒成巢，骨顶
鸟会造浮巢……最精美的鸟巢就数织布鸟编织 的瓶状巢了，它撕取长条的树状纤维，像织布 工人那样用嘴和脚灵巧地穿针引线，并适时地 打结而成坚固的编巢，如果在编巢时遇到大风
对图像进行信息加工
某些机器的输入装置 自动控制系统的传送器 新型跟踪和发现系统
对比周围的景物，使 人感知自身运动和位 置状态。确定物体的 距离、形状和相对大 小
“人造眼”
青蛙能敏捷地发现具有 特定形状的运动目标，准 确地确定目标的位置、运 动方向和速度，并能选择 最佳的攻击时刻。
蛙
眼
电子蛙眼
展翅翱翔于两三千米 高空的雄鹰，一下子 就能发现地面上宽广 范围内的 一只小兔或小鸡。
是视觉仿生学等。分析说明必须建立在对所说 明的对象科学分类的基础上，因而也必须遵循
分类的规则，即每次分类只能使用一个标准。
课文总结
从仿生学的诞生、发展，到现在短短几十年的 时间内，它的研究成果已经非常可观。仿生学的问世 开辟了独特的技术发展道路，也就是向生物界索取蓝 图的道路，它大大开阔了人们的眼界，显示了极强的 生命力。这篇文章是介绍仿生学这门新兴科学的说明
，织布鸟还会衔一些泥团来“镇风”呢！
鸟巢的艺术让建筑师们浮想联翩，他
们思考着如何借鉴大自然给的建筑灵感
，现在，这种设想已经有些成果了。
2008年北京奥运会的标志性建筑——国
家体育场就是一个“鸟巢”式建筑，结
构的组件相互支撑，形成了网络状的构
架，它就像树枝编织的鸟巢，简洁而典
雅。
• 科学家通过研究大凤蝶发现其翅膀颜色本来是黄
2、下定义。 • 定义是以简练的语言揭示概念内涵的可 靠方法，在本篇课文中使用多次，如下 列几例： （1）、探索人和动物眼睛奥秘的仿生学研 究工作，称为视觉仿生。 （2）、由几十至几万个独立小眼构成的眼 睛，叫做“复眼”。 （3）、具有偏振现象的光叫做偏振光。
3、列数据。
• 在说明由于受到视野和视敏度的限制，在 高空飞行的飞行员单凭肉眼很难发现和识 别地面目标时，也采用下列数据的方法： “例如飞行员在六千米高空作水平飞行时 ，飞行员只能看到两侧八九公里和前方一 二十公里狭窄范围内的地面。即使在这个 区域里，对比较大的目标也不是总能准确 无误地发现和识别的。”这段话是在举实 例之中，兼用了列数据的方法。
人类飞上天空的例子，说明了 仿生学的诞生有它的漫长历史，必 须在科学发达的前提下才能诞生。 仿生学是一门新兴不久的科学，是
生物学、数学和工程技术学边缘的
一门崭新学科。
什么是仿生学？
仿生学是在生物科学与技术 科学之间发展起来的，他的任务 是用生物体结构与功能的原理， 去改善现有的或创造新型的机械 系统、仪器设备、建筑结构和工 艺过程。
的构造与功能，从第十自然段到第十四自然段。
• 第三部分则说明了仿生学的定义，任务、研究范围和 发展重点。
课文结构
1、(1─3段)概括说明研究各种不同构造的眼睛的意义。
人眼（4-5）
一般眼睛 2、(4─14) 研 究情况及成果。 复 眼 蛙眼（6-8） 鹰眼（9） 象鼻虫（10-11） 蜜蜂（12-13） 蜻蜓、苍蝇（14）
4、分析与综合。
• 课文（1～3）段综合说明眼睛的4）段则是
分析说明眼睛的仿生学意义，先把眼睛分成“ 单眼”与“复眼”，再把“单眼”分成人眼、
蛙眼、鹰眼分别加以说明，把“复眼”分为蜻
蜓眼、象鼻虫眼、蜜蜂眼等分别加以说明；（
15～16）段又综合说明仿生学的任务、什么
（二）、结构安排紧凑合理。
说明文的基本结构有“总──分──总”“
总──分”、“分──总”三种形式。就文章的主
体部分来说，由于层次之间的关系不同，常见
的有“纵式结构”（层进关系），“横式结构
”（并列关系）和“纵、横合式结构”。通过
分析各自然段的内容，可以归纳出这篇说明文
的结构。
（三）、说明方法恰到好处
• 目前仿生学已经成为现代发展新技术的重要途径。 其研究范围已发展有：
一、感觉器官模拟──目前以眼、耳、鼻三种器官为主 。已模拟制成了“人造眼”、“电子耳”、“电子鼻” 、“电子警犬”等。 二、神经元和神经网络模拟──目前已制成的“人工智 能机”。 三、生物定向和导航──目前已制成的有：模仿蝙蝠的 盲人“探路仪”；模仿能感知千分之一温度变化的响尾 蛇“探热器”；模仿鸟类迁飞和鱼、龟、鲸等回游的机 制，以研制导航机制；模仿蜜蜂“太阳罗盘”和生物种 的“偏光罗盘”，“人工电子蜜蜂”；模仿蚊、蝇等具 有天然导航器官──楫翅的“振动陀螺仪”，用于高速 飞机和火箭。
尾巴的摇摆而游动、转弯，他们就在船尾上
架置木桨。通过反复的观察、模仿和实践，
逐渐改成橹和舵，增加了船的动力，掌握了 使船转弯的手段。这样，即使在波涛滚滚的 江河中，人们也能让船只航行自如。
鲨鱼皮泳衣
菲尔普斯
• 以鲨鱼皮为设计原型的船外壳表面和连体泳衣
。鲨鱼游得快是因为其皮肤上有一层细小的脊
柱形突起，鲨鱼在水中游动的时候，这些突起 能够更有效地使身体周围的水流走，从而减少 阻力，使鲨鱼成为海洋中游泳的佼佼者。奥运 会的游泳比赛中，天才泳星菲尔普斯和他的队
文，为了说明这门新兴科学，作者运用了举例和比较
交错运用，以及分析与综合的说明方法，具体，生动 的生活实例加上本文准确、严密、简明的语言把深奥
难懂的科学道理表达得深入浅出、通俗易懂。
• 鱼儿在水中有自由来去的本领，人们就模仿 鱼类的形体造船，以木桨仿鳍。相传早在大
禹时期，我国古代劳动人民观察鱼在水中用
人造眼
电子蛙眼 电子鹰眼 地速计 偏光天文罗盘 复眼透镜
3、(15─16自然段)仿生学研究的意义、范围和任务，以及发展重点。
整体结构
（1-3）眼睛的重要作用及感知外物的基本 原理；研究眼睛功能和结构的重要意义。
（4-14）各种眼睛的功能及仿生学的意义。
（15-16）说明仿生学的任务及其发展重点。
人眼的两种功能及科技意义
“仿生学”正式诞生于1960年。距 今2300多年前墨子和他的300弟子，花 了三年时间，造了一只“会飞的木鸟” ，同时间希腊阿奇卡也制成一只“机械 鸽子”。东汉时，张衡制成一架能飞数 里的“木雕”。大约一千九百多年前西 汉京都长安有人用大鸟羽制两翼绑在双 臂上能飞（滑翔）几百步。……
自古就有许多中外人士模仿鸟类飞行 试制飞行器，但都不成功。原因在于不了 解鸟类的形态构造和生理机能适于飞行的 科学原理；又不了解人不具备飞行的生理 条件，人要上天，必须依靠机械动力才可 能。一直到了公元1903年美国莱特兄弟 发明了飞机，人类从此实现了几千年来梦 寐以求的飞上天空的愿望。
研究的启示 略
雷达系统 人造卫星跟踪系统 电子鹰眼（控制远程激 光制导武器、导弹跟踪） 地速计 偏光天文罗盘 复眼透镜 复眼照相机
鹰眼 象鼻虫眼 蜜蜂眼 蜻蜓眼
（一）、说明顺序有条不紊。
合理的说明顺序对于说明非常重要，因 此说明文的顺序必须既符合人们认识客观事物 的规律，又符合事物本身固有的特点。人们认 识事物有它的规律性，如由感性到理性，由简 单到复杂；事物和事理本身都有它内在的逻辑 关系，如“一般──特殊”；“整体──部分” ；“因──果”；“主──次”；“深──浅”； “大──小”（或相反）。按照这些关系安排 说明顺序，就叫逻辑顺序。
蜜蜂眼
偏光天文罗盘
蜻 蜓 眼
苍 蝇 眼
复 眼 透 镜
剥去蜻蜓和苍蝇复眼的角膜，放在显微镜下观察，尽管在角膜前面只放一个 目标，但通过角膜却可以看到许许多多个像。
其他各种动物眼睛 的功能及科技意义
不同的眼睛 人眼 蛙眼 眼睛的构造或功能 略
能够敏捷地发现具有 特定形状的运动目标
视野广阔 视敏度高 “天然速度计” 具有特殊的结构，可以 利用太阳偏振光来导航 角膜由许许多多个六角 形的小眼角膜排列构成
色和蓝色的，但是，在一般人看起来，它却是绿
色的，这是为什么呢？原来科学家发现在显微镜
下：蝴蝶翅膀上有很多很小的下凹的小坑，小坑 底是黄色的，而坑的斜坡上是蓝色的，当阳光照 射在蝴蝶翅膀上的时候，由于发生光的折射作用 ，人眼看到的蝴蝶就是绿色的。根据这个现象，
人们在纸币或信用卡上也设置了许多小坑，这样
四、生物力学──模拟人或动物肌肉的器具。如模仿 膝关节制成的液压模型。做成鲸形状的日本大型远 洋货轮，提高航速百分之二十五。模仿企鹅的特殊 运动方式，制成了深雪上行驶速度达时速50公里的 雪地汽车。模仿袋鼠的运动制成了在沙漠中通行无 阻的无轮汽车──跳跃机等。
五、生物力能学──如模仿萤火虫把化学能变化光能 的效率几乎达百分之百的优点，制出冷光源，可提 高电能利用效率几倍到几十倍。