结构移植9

“结构移植法”教案
教学目的
1．了解“结构移植”的作用和意义。

2．学会用两条途径进行发明构思。

3．用适量的i范例来加深学生对“结构移植”技法的理解。

4．用师生对话的形式进行发散和收敛思维训练，培养学生的创造思维能力，掌握该发明技法。

教学重点
“结构移植”的内涵与实施步骤。

教学难点
如何“善借”和“巧移”。

教学过程
一、引入课题
中国的鲁班在铁板上依照茅草边缘的细齿形状画出来，打造了世界上第一把锯子；英国的约瑟夫模仿蔷薇刺，发明了铁丝网；法国的莫尼埃从植物根系把松散的土壤抱成一团的现象得到启示，建造了第一座钢筋混凝土大桥；工程师们借鉴乌贼喷水快速推进的结构方式，设计出喷水式推进器；埃及的美尔克里用乌龟壳制造了一种乐器，这个乐器就是小提琴的鼻祖；广东的刘鸿燕同学移植了折扇的结构，发明了“任意角等分仪”，解决了早已被数学家证明仅用圆规和直尺不能三等分已知角的世界难题…。

许多发明创造实际上是形态特征的创造，物体的功能往往是从结构上体现出来的，当某事物的功能与待创造物所需的功能相近时，该结构也许就能满足目标的使用功能。

正是这种相似性的存在，“结构移植”就有了广阔的天地。

结构移植有两条途径：一条是将某种结构移植到另一个具体的事物中；另一条是为解决正在研究的课题。

寻求可以借鉴的结构。

板书：结构移植
二、范例介绍．
【例1】饼与耐克运动鞋
美国俄勒冈州立大学体育教授威廉。

德尔曼在做饭中发
现，用传统的带有一排排小方块凹凸铁板压出来的饼富有弹
性。

他依照做饼的方法，把烤热的橡胶放在这种铁板上压。

当他把压出来的橡胶片钉到他太太的鞋底上时，太太走起来
顿时体验到前所未有的轻松和舒适。

德尔曼教授仅将饼的结
构转移到鞋上，就发明出一种很有弹性又能防潮的运动鞋。

耐克公司购买了此项专利技术，很快就跃升为美国最大的运
动鞋制造厂商。

【例2】鲔鱼和海豚的启示
鲔鱼和海豚都有很好的流线型体型和较高的运动速度，
人们从它们身上获得了许多有益的启示。

鲔鱼的剖面相对厚
度为28％。

风洞和水池试验表明：比28％更大的剖面其摩擦
阻力的降低小于形状阻力的升高；比28％更小的剖面其摩擦
阻力的增加大于形状阻力的减少。

由此可见，鲔鱼的体型是最佳流线体。

人们按照海豚体型改进了船舶的设计，使船的水下部分不再采用刀形，船舶的阻力大幅下降；按海豚的轮廓和比例建造的潜水艇，航速提高了20％以上。

【例3】竹蜻蜓与直升机
竹蜻蜓是我国古代劳动人民发明的一种玩具。

它是用竹片削成螺旋桨形状，中间插一杆子，玩时用手一搓杆子，它就飞上天了。

晋代葛洪写的《抱扑子》一书中“用枣心木为飞车，以牛革结环剑引其机”就是关于当时制造直升飞车的描述。

我国的竹蜻蜓大约在明代传到欧洲，曾引起法国科学院的重视，被称为“中国陀螺”。

飞行家凯利用铁片仿制了一个，竟然可以上升到27米的高度。

1878年，意大利的福拉尼尼造出了第一架“竹蜻蜒”直升机，飞行时间为20秒，高度为12米。

这架直升机有一个严重的缺点就是在飞行中整个机身会打转。

1939年，美籍俄国人西科斯基制造了一架VS-900直升机，被航空界公认为是第一刍实用型直升机。

他对直升机的创造性贡献是在直升机的尾部装上了一个垂直方向旋车的小旋翼，从根本上解决了直升机的打转难题。

当人们看到直升机上一大一小的“竹蜻蜓”使这种飞行器在空中升降、悬停、操纷自如时，无不盛赞这位移植和组合的高手。

【例4】鲍鱼壳的结构
通常，为了增加某种物质的强度，人们的做法是加进去更多的东西，而自然界则不同，它是采用一种更为复杂的结构。

鲍鱼一类的动物可以把简单的材料石自变成坚硬的外壳，是什么原因使碳酸钙的强度增加了几十倍?科学家把鲍鱼壳放在电子显微镜下观察，发现了十分有趣的结构：超薄的碳酸钙板状物由有机的蛋白质层结合在一起，很有规律地排列成类似砖和砂浆的结构。

这种结构能使它在受力时层与层之间可相对移动，可像金属一样发生形变，吸收撞击时的能量，使强度增加几十倍。

鲍鱼壳内的有序结构为我们提供了一个崭新的样板，只要能把现有的‘陶瓷材料强度增加5倍，就会产生一代优于现在任何东西的新材料。

美国的研究人员已开发出一种碳化硼陶瓷与铝混合的材料，其中铝起着类似鲍鱼壳中有机蛋白质层的作用。

这种复合材料将是陶瓷发动机、喷气发动机的涡轮叶片和坦克装甲的绝好材料。

三、阐明定义
通过这几个实例，我们对结构移植的概念应该有了基本的了解。

那么，什么叫结构移植呢?
板书：定义——．把一个领域的结构移植。

到另一领域中，导致出创新成果的方法．
四、描述步骤
我们知道，应用移植法有两条途径，结构移植同样也有两条途径。

板书：
第一条途径：将现有的结构移植于具体事物，列出现有结构的特征．列出该结构产生的具体功能，列出需要这些功能的事物，提出具体的结构移植方案，检验移植后的效果
第二条途径：为解决问题寻找可借鉴的结构，
明确创造目标的关键问题，列出能解决这些问题的现有结构，提出具体的结构移植方案，检验移植后的效果
五、师生讨论
师：20世纪十大科技发明排序调查中，人们司空见惯的拉链赫然排在第一位。

发明拉链的初衷是为了取代鞋带，随后人们陆续将其移植到帽、衣、裤、袋、包等物品上。

美国医生H·史栋创造性地将拉链移植到外科手术上，开创了“皮肤拉链缝合术”；使胰脏病患者的康复率从10％提高到90％以上。

同样道理．你们认为洗衣机的下水蛇形管可以移植到什么物品上?
生：现有一种饮料吸管的中部就有一小段蛇形管，它可以作任意角度的弯曲。

利用这个具有角度和长度可自由变化的结构犍征，我们还可以设计出折叠伞套、折叠水桶、折叠水壶、折叠贮钱器、风箱式简易帐篷等新产品。

师：很好!我们应当有意识地培养自己的观察和分析能力，生活中许多物品的结构及生物结构是值得我们借鉴的。

人们模仿蜂巢制造出强度高、自重轻的夹层结构；根据蛋壳、贝壳的弯曲表面发明了建筑上的薄壳结构。

由此可见，向生物索取启迪是获取创新成果的一条捷径。

生：为什么生物界有众多美妙的结构?我们在运用结构仿生时应注意哪些问题7 师：自然界中的成功之物按“适者生存”的法则经受了亿万年的锤炼，有着恰到好处的结构和奇特的功能，而失败者则早已绝迹。

因此，现存的生物均有合理的外形和结构特征。

在运用结构仿生时，一般不考虑生物的物质构成和内在机理，而是把重点放在研究其结构特点和利用上。

六、课堂小结
1．结构移植是借用现有物品或生物界的结构达到创新目的。

2．许多发明实际上是创造物体的形状和结构，而物体的形状和结构往往影响甚至决定物品的使用功能。

当某事物的功能与待创造物体所需的功能相近时。

其构造就有可能成为移植的对象。

3．我们可为解决问题寻找可移植的结构，也可为一种新的结构寻找可拓展的空问。

4．结构移植一般不考虑原结构的内在机理，重点应放在研究其结构特点及如何巧妙运用上。

七、布置作业(参考答案)
1．杠杆的结构可移植到哪些物品上? (省力机构、计量器具、反向运动机构等) 2．尼龙搭扣的结构能_否移植到球的上面? (长毛的高尔夫球)
3．老虎的舌头上有很多粗糙尖锐的刺，用以剔食骨头上的残肉，这种结构可否借鉴? (刷子、木工锉等)
4．宇航员在太空中行走时需要一条可软可硬的安全绳索可移植．什么物品的结构? (索杆)
5．猫头鹰飞行时几乎无声，原因在于翅膀边缘及后缘的羽毛呈锯齿形，这种形状可移植在什么物品上? (隐形飞机及其他与气流运动相关的物品)。