生命科學OBE案例《海豚與聲吶》設計

◇閔朝花（江蘇：宜興新莊小學）

【學情分析】

本課是蘇教版小學科學五年級下冊第二單元“仿生”的第三課。相比于前一課的結構仿生，本課主要是讓學生進一步了解原理仿生、過程仿生，為學生了解仿生、建立仿生概念奠定基礎。在前兩課的學習基礎上，學生已經初步建立了仿生的概念，知道人類可以通過模仿生物結構發明創造物品，但對于原理仿生卻只有一個模糊的認識。

【教學策略】

本課的教學目標是讓學生通過實驗模擬的過程，認識海豚是怎樣進行活動和捕食的。一般教學是讓學生直接進行海豚捕魚的游戲，但本課在教學中引入OBE 教學理念。為了實現教學目標，我為學生設計了3 個教學環節，使學生的學習目標更為明確，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”以及海豚在真實環境中的活動模擬，讓學生深入理解海豚是怎么樣活動及捕食的，并在學生深入理解的基礎上延伸至生活中的應用，培養學生觀察能力和思考能力。

【OBE設計目標】

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、雷達的工作原理與海豚活動的共同點。

【主要材料準備】

課件、響鈴鼓、眼罩、閱讀材料。

【教學過程】

一、導入新課、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的圖片。

提問：海豚即使被蒙上眼睛，照樣暢游無阻，還能準確捕捉獵物，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：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，初步完成對實驗現象的解釋，引導學生提出猜想，海豚活動依靠的可能不是眼睛，而是耳朵。在激發學生的學習興趣的同時，也為接下來原理的滲透奠定了基礎。

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？下面我們來進行一個小游戲，模擬這一個過程。

1.出示擊鼓傳花規則

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，手拿搖鈴的學生扮作“小魚”，搖晃搖鈴發出聲響；

③“海豚”：聽聲辨位，指出“小魚”的位置。

選取學生活動。

總結：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.談論思考

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

1.思考

小魚幾乎不會發出聲音，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聲的物體傳來的聲音嗎？（出示大山的回聲圖片）

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

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

2.游戲規則

①海豚蒙上雙眼，站于講臺前；

②全班根據鼓聲，隨機傳送“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：看來，不管物體會不會發出聲音，海豚都能通過主動發出聲音、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出聲音的，這個問題讓學生產生了認知沖突。海豚和物體之間怎樣才能有聲音傳遞？大山的回聲讓學生立刻想到海豚主動發聲的方法，隨機的模擬實驗更讓學生體會到這種方法的可行性。最后的總結讓學生形象地認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：根據之前的原理，作為海豚的學生應該怎么做？障礙物怎么做？小魚又應該怎么做？

2.游戲規則

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；

③小魚回應“在這兒”。（小魚需要很緩慢地移動）

選取學生模擬游戲。

3.總結討論

海豚通過發出聲音，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。

【設計意圖】認知海豚捕食的原理采用由分到總的過程，在學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，讓學生在活動中形象地感受過程和原理。

三、回聲定位原理應用

視頻播放：海豚回聲定位原理。

談話：我們已經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習，通過海豚回聲定位，科學家發明了聲吶。聲吶現在被廣泛運用于各種潛艇、水下作業等等。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，學生交流原理。

海豚捕食活動最終是讓學生了解仿生對我們生活的意義重大。以聲吶、B 超、雷達的工作原理與海豚進行比較，進一步理解兩者之間的聯系。

四、總結提升

談話：本節課，我們經歷了海豚捕食的研究過程，發現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明創造。無數的高科技產品其實是科學家通過仿生設計發明出來的。課后查找資料，找一找還有哪些發明是依據了回聲定位原理。

課后思考：你能否發揮想象，發明一種利用回聲定位原理工作的物品。

鼓勵學生根據回聲定位原理自行設計物品，加強對于仿生原理的應用，更滲透工程設計的思想。

五、板書設計

【專家點評】OBE 教育理念是指成果導向教育、能力、目標或者需求導向教育。用教學目標引導教師重視教學設計，主要采用逆向思維方式進行課堂授課，使課堂環節清晰，學生目標明確。本節課亮點在于通過三個模擬實驗，層層遞進，以此實現教學目標。

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

第一步，學生“擊鼓傳花”，聽聲辨位。這一步非常重要，因為下面聯想到海豚，基本原理和“聽聲辨位”類似。那怎樣才能有聲音傳遞？以圖片提示學生：海豚可以主動發聲，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，用學生的學習成果反向設計教學。最后，組織學生模擬大海里的真實情況，既有復雜的周遭環境，又有獵殺環境。在游戲中，學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。新課標強調科學思維，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，由此讓學生了解這些模型的工作原理圖，并進行比較。鼓勵學生課后繼續尋找具有相同工作原理的物體，甚至可以進行自主設計。