仿生学论文
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仿生学论文范文第1篇
摘要：
通过详细介绍仿生学在石油工程领域的发展现状，提出了石油工程仿生学的概念，指出了建立石油工程仿生学的必要性，概括了石油工程仿生学的特点和研究方法，并梳理了其发展趋势。目前，仿生学在钻井、管道、井筒等领域取得了实质性进展。未来石油工程仿生学研究应遵循科学的研究方法，按生物原型阶段、数学模型阶段和工程实现阶段循序渐进地加深研究成果，尽可能避免模仿的复杂性；同时加强在模仿中的创造与创新。石油工程仿生学发展应以生产中的技术需求为根本出发点，以改善现有的或创造崭新的技术系统为目的，有层次、分阶段地开展应用研究，在功能材料、表面性能、信息获取与处理、工程实现等方面为关键技术问题的突破提供创新性解决方案和技术手段，经知识积累、成果转化和工业化应用3个阶段，逐渐形成涵盖勘探、开发、工程的仿生技术体系。
关键词：
仿生学；石油工程仿生学；仿生技术体系；材料仿生；表面仿生；信息仿生；工程仿生
为了适应环境、延续生命，自然界中的生物经过亿万年的进化和优胜劣汰，造就了近乎完美的结构、形态和功能。五彩缤纷的自然界一直是人类产生各种技术思想和发明创造灵感的不竭源泉，从千百年前模仿蜘蛛织网发明渔网，到近代模仿鸟类飞翔发明飞机，再到21世纪模仿鲨鱼皮结构发明鲨鱼皮泳衣，人类一直在向大自然学习，利用仿生原理和思想推动技术进步，对仿生学的使用也从无意识向有意识转变。仿生学是研究生物系统的结构、性状、原理、行为以及相互作用，从而为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的技术科学［1］。自仿生学诞生到20世纪末，科研工作者经过几十年的探索，逐步加深了对仿生学的认识和理解，初步掌握了仿生学研究方法，完成了基础知识的积累。进入21世纪，仿生学的思维和方法迅速渗透到各个学科和行业，研究成果大量涌现，根据发表科学论文数量推断，这一阶段的成果占了总数量的近90％。在这一时期，仿生学在石油工程中也出现了应用案例，不仅利用仿生学理论解决了钻井、管道防护等技术难题，并且对石油工业的技术创新理念和思维也产生了日益重要的影响。本文介绍了仿生学在石油工程领域的一些重要研究成果，在对仿生学在石油工程领域发展历程深入分析的基础上，提出了建立石油工程仿生学的必要性，并概括了石油工程仿生学的研究特点和方法，梳理了其发展方向。
1仿生学在石油工程领域的应用现状
仿生学的本质是模拟生命系统，其学科结合和行业结合的特点促进了优秀的仿生研究成果从科学研究走向生产实践，最终投入实际应用。仿生学和石油工程的交叉在钻井、管道、井筒、油藏等领域也产生了一些研究成果。
1．1钻井领域
1．1．1仿生钻井液井壁稳定问题一直是困扰国内外钻井的难题，水平井比直井的井壁失稳问题更加突出［2］。中国石油大学（北京）根据海洋生物贻贝足丝蛋白的超强黏附能力，研制了仿生强固壁钻井液体系［3］。该技术在聚合物主链上接枝类似贻贝足丝蛋白中的一种关键基团，合成类似贻贝蛋白质的水溶性聚合物。仿生钻井液体系在岩石表面自发固化形成致密且具有黏附性的“仿生壳”，起到维持井壁稳定的作用。试验井现场钻井试验表明，该仿生钻井液体系在抑制钻屑分散、稳定井壁、携屑等方面效果显著［4］。此外，模仿细菌结构开发了含仿生绒囊的钻井液［5］，在钻井过程中无需固相即可暂堵漏失储层。目前，仿生绒囊钻井液已在煤层气欠平衡钻井、空气钻井、防漏堵漏、快速钻进等方面发挥了作用。
1．1．2仿生PDC钻头机械钻速与使用寿命是衡量钻头性能的两个重要指标［6］，聚晶金刚石复合片（PDC）钻头因其出色的切削岩石速度和较长的使用寿命已成为最常用的破岩工具之一。然而，常规PDC钻头依然存在金刚石与硬质合金结合力不足、防黏效果不明显、磨损较快等缺点，为此，吉林大学开展了仿生钻头研究工作，研发的仿生钻头已从最初的单一功能仿生，发展到目前的耦合仿生，钻头性能也由单一的减黏脱附发展到减阻、耐磨、切削效率等指标的综合提升［7－9］。仿生耦合PDC钻头借鉴了竹子中纤维素和木质素的分布方式，牙齿中有机／无机2种不同材料的梯度复合形式，树木的年轮排布，贝壳表面的非光滑形态，以及蝼蛄前足的快速挖掘特点等多种生物特性，并将其进行耦合设计，如图1所示。现场试验表明，仿生耦合PDC钻头比常规PDC钻头钻进速度提高1．5倍，缩短了施工周期，降低了钻井成本。
1．2管道防护
1．2．1仿生水草海底防冲刷技术海底管道是海上石油输送上岸的主要方式［10］，然而，海底复杂流场所引起的海底冲刷造成了管道悬空，给海洋采油安全和海洋环保带来重大风险。由于常规水下抛石、砂包堆垒、混凝土沉排垫等方法效果不理想，中国石油大学（华东）和中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司提出了一种模拟海草黏滞阻尼作用的仿生水草海底防冲刷技术［11，12］，原理如图2所示。当海底水流经过仿生水草时，其流速降低，减小了对海床的冲刷；同时，仿生水草促进海流携沙的沉降淤积，逐渐形成被仿生水草加强的海底沙洲，达到了埋管目的。现场试验表明，防冲刷仿生水草施工1年后泥沙淤积厚度达20～50cm，防护效果良好。该技术在海管悬空治理中得到了大范围推广应用。
1．2．2仿生血小板管道修复技术英国Brinker公司模仿血小板在伤口处凝结的原理，开发了一种管道修复技术［13］。在管道流体中加入Platelets微粒，当其流至裂缝处时，流体压力迫使其进入裂缝，达到阻止泄漏的目的，如图3所示。该技术已应用在BP公司Foinaven油田的注水管道和阿帕奇公司在Forties油田超期服役的原油集输管道上，为管道安全运行发挥了重要作用。
1．3井筒领域
1．3．1仿生泡沫金属防砂技术中国疏松砂岩油藏分布范围广、储量大，开采过程中必须采取防砂措施。根据骨松质的三维立体结构，提出了一种仿生泡沫金属防砂技术［14］。泡沫金属内部为三维孔隙结构［图4（a）］，砂体进入孔隙后沉积在其中，但流通孔道不会被堵死，实现了常规平面防砂到三维立体防砂的转变［图4（b）］。基于仿生泡沫金属的复合防砂管［图4（c）］，由不同孔隙度的多个泡沫金属防砂层、导流层、保护层等组成，该结构不仅扩大了防砂的粒径范围，还保障了防砂管的渗流能力和结构强度。目前，已发展出防砂粒径0．15mm、0．25mm、0．35mm的系列化仿生泡沫金属防砂工具，在油田应用5口井，对于出砂严重的井，防砂效果显著，大幅延长了检泵周期。
1．3．2仿生非光滑表面膨胀锥技术膨胀管作业过程中，膨胀锥与膨胀管内壁间存在巨大的摩擦阻力。为了降低摩擦阻力，提高膨胀锥的耐磨损性能，以穿山甲为仿生对象，模拟其体表的高强度保护鳞片结构，研发了仿生非光滑表面膨胀锥［15］（图5）。仿生膨胀锥变径段采用激光刻蚀、超音速火焰喷涂、离子束沉积等方式进行表面织构蚀刻以及表面硬质涂层涂覆。仿生膨胀锥在中国石油大庆油田进行了4井次的现场试验，结果表明，与传统胀锥相比，仿生膨胀锥降低膨胀压力15％以上，表面无明显磨损痕迹，延长了使用寿命，降低了作业风险。
1．3．3仿生振动波通讯技术自然界中，沙蝎、大象等动物能感受由固体介质即大地所传导的振动波，据此进行信息传递。受此启发，研发了一种仿生振动通讯技术［16］，该技术在井口安装大功率振动信号发生器作为波源，油管或套管为传输介质，将振动信号传输到井下，井下工具接收到振动信号并进行解调处理，实现地面和井下无线传输，技术原理和振动信号发生器如图6所示。
1．4油藏领域纳米机器人是仿生信息感知和传递的典型代表。纳米级机器人随着注入流体进入油藏中，记录分析油藏压力、温度以及流体形态，并将这些信息储存在随身内存中，之后纳米级机器人从产出流体中被分选出来，进而提供了在油藏旅途中提取的重要信息。沙特石油公司已经对纳米机器人的尺寸进行了评估，对加瓦尔油田阿拉伯－D油藏中的850块岩心进行了分析，得到了孔隙－喉道尺寸分布图，大多数孔隙喉道尺寸大于5μm。为了避免桥堵，纳米机器人的尺寸应为孔隙喉道的约1／4。目前，纳米颗粒注入试验以及软件模拟等工作已在进行中［17－19］。此外，国内外近年来提出了仿生形状记忆聚合物材料（ShapeMemoryPolymer，简称SMP）［20，21］，利用SMP材料能够在转变温度控制下随意变形的特性，设计了结构简单、座封可控的仿生封隔器，座封过程不受井下流体性质影响，胶筒尺寸可定制，并且通过调节SMP的转变温度，可适应不同井下温度，以满足不同井深条件下的完井需求。除了硬件，还出现了“软性”仿生研究成果。例如，中国科学院王守觉院士提出了“仿生模式识别”的概念，将传统模式识别的“区分”事物转变为“认识”事物，使之更接近人类“认识”事物的特性［22］。石油工作者将这一理论应用到了油气管道工况识别中，在样本较少的情况下取得了较高的识别准确率［23］。
2石油工程仿生学发展展望
目前，仿生学虽然已经在石油工程领域取得了一定的研究成果，有些甚至已经在油田现场试验，但仿生学与石油工业的结合依然只是“星星之火”，没有达到燎原之势。为了系统、全面地推动仿生学与石油工程的融合，向自然界寻找推动石油工业进步的灵感和启发，2009年中国石油勘探开发研究院成立了中国第一个石油工程仿生研究部门，开展仿生学在石油工程中的应用研究。
2．1建立石油工程仿生学的必要性经过几年探索，笔者所在的石油工程仿生研究部门开展了仿生泡沫金属防砂、非光滑表面、仿生振动波传输等多项研究，取得了阶段性成果，部分已进入现场应用阶段。总体来说，通过专项研究迅速找到了石油工程和仿生学的结合点，并从最初的研究思路转化为研究成果，成功应用于石油工程现场，解决了油田技术需求。这充分说明了开展石油工程和仿生学的结合研究是合理的、可行的，从长远来看，建立“石油工程仿生学”是非常有必要的。“石油工程仿生学”是借鉴生物系统的结构、原理、功能等特征为石油工程技术难题提供解决方案的应用科学。建立“石油工程仿生学”意味着更加系统地开展仿生学在石油工程领域的应用研究，有利于更有针对性地发掘石油工程的仿生创新源头，有利于更有目的性地开展仿生基础研究，有利于加速仿生学科研成果的应用转化，有利于仿生学思维和方法在石油工程领域的普及与传播，以点带面，促进石油工程与仿生学的全面结合。
2．2石油工程仿生学的研究特点石油仿生学研究可以分为3个阶段：生物原型阶段，数学模型阶段和工程实现阶段。首先研究生物某种功能的实现机制和结构特点；然后研究并简化其结构，抽象出物理模型，进而建立数学模型；最后采用技术手段，制备实物模型，实现对生物系统的工程模拟［24，25］。仿生学作为前沿领域，研究成果大多属探索类，注重理论性和超前性，而石油工程作为应用行业，以现场需求为驱动力，更加注重科研成果的实用性和推广性。因此，在科研实践中，石油工程仿生学应以满足生产中的技术需求为根本出发点，以改善现有的或创造崭新的技术系统为目的，有层次、分阶段地进行单元仿生或多元耦合（协同）仿生［26］研究。同时，石油工程仿生学在模仿生物的特性或功能时，要尽可能避免模仿的复杂性，要在模仿中创造（创新），研究成果与仿生原型并不一定完全相同，以期最快地解决生产实践难题，然后循序渐进地加深研究成果的仿生特性，由研究成果实用化向仿生最优化分阶段推进。根据这一特点，确定了石油工程仿生学研究和应用的2种主要方式：①需求驱动型，在石油工业的科研和生产实践中提出技术问题或功能需求，有针对性寻找并借鉴生物的同类或相似功能，经过可行性研究后开展仿生学三阶段研究工作；②源头驱动型，加强与世界仿生学研究机构之间的交流与合作，密切关注仿生学或生命科学研究的最新成果，找准其与石油工业技术需求的结合点，开展应用研究。笔者研究团队的研究成果充分体现了石油工程仿生学研究特点的适用性，验证了研究方法的合理性与可行性。例如，泡沫金属研发之初采用泡沫镍作为基材，虽然在技术上具有明显优势，但高昂的价格阻碍了推广应用，为此，继续开展研发工作，开发出不锈钢泡沫技术，使其具有了推广应用的条件；仿生非光滑表面膨胀锥技术则是充分借鉴了其他研究机构的成果，优化改进之后应用于膨胀锥，不仅解决了油田生产难题，还促进了仿生研究成果的应用转化；仿生振动波通讯技术则是在原理上借鉴了动物的通讯方式，但在实现过程中通过大幅提高信号发射强度的方式避免了高灵敏度、小信号接收器开发的复杂性，从而在最短时间内实现生产井指令由地面到井下的无线传输。
2．3石油工程仿生学的发展方向
随着石油工程仿生学系统性研究的启动，研究内容体现出了明显的方向性，但研究的深度和广度依然不足。根据石油工业的技术现状、需求和特点，以及仿生学的整体发展水平，未来石油工程仿生学应注重材料仿生、表面仿生、信息仿生和工程仿生4个方面的系统性研究，以点带面，形成涵盖勘探、开发、工程的仿生技术体系。
2．3．1材料仿生材料仿生的目的是仿制天然材料或利用生物学原理设计和制造具有生物功能，甚至是具有真正生物活性的材料。石油工程领域的材料仿生主要分为2类：①在机械、电学、化学、物理等方面具有仿生特性的主体材料，此类材料或在宏观上体现出明显的仿生特征，或通过外场刺激可调控其分子的长度、结构、化学组成、表面形貌等，进而调控材料性能，如轻质高强材料、仿生记忆材料、压电材料、可降解材料等，该类仿生材料主要用来替代石油工业中常用的钢铁、橡胶、陶瓷等，作为其核心功能部件，或作为传感器敏感元件，大幅提升现有材料、工具以及传感器的性能指标；②具有强化、修复、、保护等作用的微观仿生材料，提高现有制剂性能、界面结合效果等，此类仿生材料多以添加剂的方式应用。
2．3．2表面仿生自然界许多生物体的表面结构是非光滑的，无论是陆地、海洋或是天空中的生物，其表面的不同形貌往往都是为适应不同的生活环境经过长期进化而来的，而表面仿生是在仿生对象表面实现类似生物的表面结构，从而表现出更好的表面性能。未来，石油领域的表面仿生多是对机械部件表面进行处理，重点应集中在仿生非光滑表面和仿生浸润性两个方面。加强对不同生物功能表面结构的研究和模仿，将仿生非光滑功能表面应用到大量处于恶劣环境中的设备、管线、平台中，提高运动组件的减阻、耐磨、脱附等性能，以及非动组件的防腐、防垢等特性，延长装备寿命，提高作业效率，降低安全风险；对材料表面进行仿生浸润性处理，使其具有自清洁、亲油、疏油、亲水、疏水等不同浸润性特征组合，从而衍生出新的功能特性。目前正在利用表面仿生技术对前文提到的仿生泡沫金属进行处理，利用低温等离子体表面处理技术，在泡沫金属表面涂覆一层厚度为30～40nm的聚全氟烷基硅氧烷薄膜，使其具有新的表面浸润性特征，根据需要实现疏水、亲水、疏油、亲油等不同特性组合，在工矿、石化、冶金、机械、环保等领域具有广泛的应用前景［27］。
2．3．3信息仿生信息仿生主要是对生物信息获取、大数据处理以及生物间信息沟通、协同等特性的模拟与实现。石油工程领域的信息仿生主要可分为2类：①借鉴生物在信息感知和传递方面的特性，研制新型传感或信息传递装置，提高信号采集的精度、广度及适用范围，此类信息仿生技术可用于油田生产数据的精确采集，以及信息的高效传递，从而提高油田生产状态的实时监测与控制水平；②在信息处理方面借鉴生物的大数据处理机理和方法，提高大数据处理能力和智能化水平，建立决策机制，并将其应用在地震解释、油藏认识、开发方案制定以及油田综合管理等方面，促进油田勘探开发高效运行。
2．3．4工程仿生目前，工程仿生是对生物某种功能的模仿，注重仿生功能的实现，不强调机理相似：①对生物功能的模仿和实现，此类仿生多是受某种生物功能启发，注重结构相似或生物功能的工程实现，体现生物功能的智能性，并能够满足生产实践需求。目前，石油工程领域的控制方式正在由传统的机械方式向自动化和智能化方向转变，在这一转变过程中引入工程仿生，不仅能够优化功能结构和控制方式，还能够促进功能拓展，提高作业效率和便捷化程度。②材料仿生、表面仿生、信息仿生等方面的工程实践方法。现有的诸多仿生学研究成果还局限在实验室环境，在其向工业应用转化的过程中，一方面要解决成果本身的适用性问题，另一方面需要具备切实可行的工程实践手段。
2．4发展展望石油工程与仿生学的结合依然处于初级阶段，大多数研究成果为“形似”仿生。随着生命科学研究水平的提高以及技术手段的完备，生命科学从生物结构、功能、特性等研究，逐渐深入到生命活动规律、发育规律、生命本质、生物之间和生物与环境之间的相互关系等研究。生命科学的发展加深了对生命本质的认识，不仅能够拓宽石油工程仿生研究的广度，更加深了研究深度；反之，石油工程仿生学的发展也使得人们在具体的科研实践中深化了对生物本身及其活动的理解，进一步促进生命科学研究，并将研究成果有形化［28］。此外，电子、材料、控制等学科的技术进步也将促使石油工程仿生研究成果越来越“神似”。石油工程仿生学未来发展大概可以分为3个阶段，即知识积累、成果转化和工业化应用（图7）。2020年前，为知识积累阶段，任何一个学科领域的发展，都需要长期的知识积累，其中既包括仿生学基础理论知识的积累与储备，也包括石油工程仿生学研究人才和研究方法的积累，这一阶段要不断加深对仿生学本质的认识与理解，探索并逐渐形成石油工业与仿生学的结合模式；2020年到2025年为成果转化阶段，对实验室研究成果进行简化和鲁棒研究，使之在性能或功能上能够满足现场应用的要求，形成基本完备的工程实现技术和手段；2025年后，部分研究成果在生产、成本、效率、能耗、作业工艺等方面能够满足大规模工业化应用的要求。2008年提出的仿生井概念是未来石油工程仿生发展的集中体现［17］，代表了未来石油工程仿生研究成果的高度融合。未来的油井会像植物一样“生长”，像植物寻找土壤中湿润的地方一样寻找油气，一旦钻好垂直井（种植井）后，井将会“按自己的方式生长”。一个智能的分支会延伸到一块含油区域，一旦该区域水淹后，就将这个分支“砍掉”，并在另一个含油区域“长出”另一个分支，如此反复。
3结语
仿生学论文范文第2篇
关键词： 仿生建筑 建筑艺术
建筑仿生是一个老课题，也是一种最新的科研趋向，它愈来愈引起人们的注意。因为人类文化从蒙昧时代进入文明时代就是在模仿自然和适应自然界规律的基础上不断发展起来的，直到近现代时期，特别是飞机和潜水艇的发明也都是仿生的科研成果，人们从飞鸟和鱼类的特性中获得启发，取得了史无前例的新成就。建筑同样如此，古代从巢居穴居到各类建筑的出现，无不留下了模仿自然的痕迹。但是，随着工业化的高速发展，使人类的文明发生了异化，反过来破坏了自己的生存环境，也使自己的创作囿困于僵化的机器制品，束缚了创造性，这就是为什么在近几十年来人类重新对仿生学开始重视的原因。
仿生原理在现代科学技术上的应用是非常广泛的，于是就促使了仿生学（Bionics） 这门新兴交叉科学的出现。1960年在美国俄亥俄州召开了第一届仿生学讨论会，在会上共同制定了仿生学的概念，与会人员认为仿生学就是模仿生物系统的原理来建造技术系统，或者使人造系统具有或类似于生物系统特征的一门科学。它的目的是应用模拟的方法来改善现代技术设备并创造新的工艺技术。
在建筑领域方面，仿生的倾向在近几十年来也在不断发展，它的研究意义既是为了建筑应用类比的方法从自然界中吸取灵感进行创新，同时也是为了与自然生态环境相协调，保持生态平衡。自然界是人类最好的老师，人们无时无刻不在从自然界中获得启发而进行有益的创造。仿生并不是单纯地模仿照抄，它是吸收动物、植物的生长肌理以及一切自然生态的规律，结合建筑的自身特点而适应新环境的一种创作方法，它无疑是最具有生命力的，也是可持续发展的保证。1983年德国人勒伯多（J.S.Lebedew）出版了一本著作，名为《建筑与仿生学》（Architecture and Bionic），系统阐明了建筑仿生学的意义，建筑学应用仿生理论的方法，建筑仿生学与生态学的关系，建筑仿生学与美学的关系等等，正式为建筑仿生学奠定了理论基础。加上在此前后，许多有创见的建筑师进行了有关建筑仿生的实践，使建筑仿生学已逐渐形成为一种时代潮流。
其实，人类在建筑技术上所遇到的许多难题，自然界中早已有了类似的解答，因为生物在千万年进化的过程中，为了适应自然界的规律需要不断完善自身的性能与组织，它需要获得高效低耗、自觉应变、新陈代谢、肌体完整的保障系统，从而生物才能得以生存与繁衍。只有这样，自然界才能成为一个整体，才能保持生物链的平衡与延续。当然，人也是大自然中的一员，人类为了生存与发展不仅需要建筑，而建筑也需要适应自然界的规律，否则不仅会破坏自然环境，而且也会毁灭人类自身。
从人与自然界的关系来说，建筑可谓是人的第3层皮肤 （第1层是人的自身皮肤，第2层是衣服），它是人与自然界之间的中介，如何使建筑能适应环境的自然规律，又能适合人类不断发展的需要，这的确是现代文明所提出的新课题。正因为如此，有效寻找和利用自然界生物的成长规律来适应人类社会发展对建筑的需要，这就是建筑仿生学的主要任务。
建筑仿生学的表现与应用方法，归纳起来大致有4个方面：城市环境仿生，使用功能仿生，建筑形式仿生，组织结构仿生。当然，往往也会出现综合性的仿生应用，形成为一种城市与建筑的仿生整体。
在城市环境仿生方面，比较有代表性的例子可以在巴黎的改建规划中明显地看到。早在1853 年时，巴黎塞纳区行政长官欧思曼（G.E.Haussmann）为了执行法国皇帝拿破仑第三的巴黎建设计划，曾对巴黎市区进行了大规模的改建，它不仅要表示对帝国首都的赞美，而且要在城市结构功能上进行改善，使城市交通、环境绿化、居住水平都达到一个新的境界。为了实现这一理想，他的巴黎改建规划在某种程度上就是模拟了人的生态系统而进行规划设计的。例如当时在巴黎东、西郊规划建设的两座森林公园，东郊维星斯公园和西郊布伦公园的巨大绿化面积，就象征着人的两肺，环形绿化带与赛纳河就象是人的呼吸管道，这样就使新鲜空气可以输入城市的各个区域。市区内环形和放射的各种主干与次要道路网就象是人的血管系统，使血流能够循环畅通。这种城市环境仿生思想，不仅在当时已起到了积极的作用，解决了困扰巴黎的城市交通与环境美化问题，使巴黎在世界上成为城市改建的成功范例，而且城市环境仿生理论今后仍然值得借鉴和完善。
1954年欧洲“十次小组”（Team10）在荷兰召开预备会时，英国建筑师史密森曾提出一种新的城市形态，称之为“簇群城市”，这也是仿生的成果，它是根据植物生长变化的规律而提出的一种新城市布局思想。他们设想把这种城市主干道设计成三叉形的道路系统，象征着植物“干茎”，使交通流量得以均匀分布。同时把城市“干茎”设计成自由弯曲的分叉系统，并且带有多触角地蔓延扩展的子系统，就象树枝分叉一样，也兼有蛛网状的连接。这样既可避免车流泛滥，也可有利于各区之间的区分与连接。他们预言，这种城市布局一方面能保持现代城市功能的需要，又能重新获得昔日传统城市的自然气息。同时，这种城市是不断生长变化的，也可使城市与建筑物的分布获得有机的组合。目前许多小区的规划设计与“簇群城市”规划思想颇有异曲同工之处。
在建筑使用功能方面的仿生，应用也很普遍，不过表现的形式是多种多样的，只要善于应用类推的方法，就可以从自然界中吸取无穷的灵感，使建筑的空间布局更具有新意。例如芬兰著名建筑师阿尔托设计的德国不莱梅的高层公寓（1958 —1962）的平面就是仿自蝴蝶的原型，他把建筑的服务部分与卧室部分比作蝶身与翅膀，不仅造成内部空间布局新颖，而且也使建筑的造型变得更为丰富。又如勒。柯布西耶在1950—1955年间设计建造的法国朗香教堂的平面就是模拟人的耳朵，象征着上帝可以倾听信徒的祈祷。正是因其平面具有超现实的功能，以致在造型上也相应获得了奇异神秘的效果。类似的情况还有许多，比较著名的如1960—1963年夏朗（Hans Scharoun）在柏林设计建造的爱乐音乐厅内部空间则是仿自乐器内部空间共鸣的效果而建造了这一复杂奇特的形体。1966年由丹下健三在日本山梨县建成的文化会馆是一座新陈代谢派的著名作品，它的平面组合就是仿照植物新陈代谢的功能，设计了一个个垂直的圆形交通塔，内为电梯、楼梯与各种服务设施，所有办公空间则建立其间，这样可以根据需要不断扩建或减少。
建筑的功能往往是错综复杂的，如何有机组织各种功能成为一种综合的整体在自然界中生物也为我们提供了交织组合的范例，它不仅仅是单一功能元素的相加，而是多功能发展过程的综合，因此产生了一个较高发展阶段的新特性。例如人的嘴，不仅能吃饭，又能说话唱歌，还能品尝甜酸苦辣。这种原理应该使建筑师在建筑功能组织中有所启发。当代集中式的建筑倾向已使巨型高层建筑与多功能建筑随处可见，这就要求我们在有限的空间内要高效低耗地组织好各部分的关系，使得这些空间可以适应多种功能。建筑师没有理由在复杂的功能组合中浪费空间和材料，也没有理由不向大自然这位老师学习。
建筑形式的仿生则最为常见，它不仅可以取得新颖的造型，而且往往也能为发挥新结构体系的作用创造出非凡的效果。最早应用仿生形式的近代建筑师是西班牙人高迪（Antonio Gaudi），他在巴塞罗纳设计了许多带有明显动物骨骼形式的公寓建筑，隐喻着这座海滨城市战胜蛟龙的古老传说。例如1904-1906年建的巴特洛公寓和1910年建的米拉公寓均是如此。埃罗。萨里宁（Eero Saarinen）于1958年所作的美国耶鲁大学冰球馆形如海龟，1961年所作的纽约环球航空公司航站楼形如飞鸟，也都是举世瞩目的例子。在1964年丹下健三在东京建造的奥运会游泳馆与球类比赛馆，利用悬索结构仿贝壳体形，使功能、结构与造型达到有机结合，令人耳目一新，成为建筑艺术作品的优秀范例。赖特是一位善于结合自然环境的建筑师，他在1944年设计建造的威斯康星州雅可布斯别墅，就是把住宅仿照地面菌菇类植物进行设计的，给人以自然的形态，达到和环境融为一体的境界。此外，又如萨巴（Fariburz Sahba）在1975 —1987年建成的印度德里的母亲庙（Mother Temple）则是仿自一朵荷花的造型，它表达了圣洁与优美的形象，成为周围环境的主要标志。
建筑形式的仿生是创新的一种有效方法，它是通过研究生物千姿百态的规律后而探讨在建筑上应用的可能性，这不仅要使功能、结构与新形式有机融合，而且还应是超越模仿而升华为创造的一种过程。上述建筑师的作品无疑值得在建筑创作中借鉴的，只要我们善于观察和吸收自然界中千变万化现象的内在规律，我们就能有取之不尽的源泉。遗憾的是也经常会出现一些简单模仿某一形象的作品，如1974年建的京都人脸住宅，还有美国的许多“热狗”快餐店的具象广告式建筑，这些都已背离了建筑仿生的意义，只是一种单纯追求新奇噱头的效果，它既无创新的价值，也不能与周围生态环境取得协调，是一种建筑文化的糟粕，这是需要引以为戒的。
在结构仿生方面，先进的工程师们在近几十年来已取得了非凡的成就，他们比建筑师更善于观察自然界的一切生态规律，已应用现代技术创造了一系列崭新的仿生结构体系。从一滴水珠和一个蛋壳看到了其自由抛物线型曲面的张力与薄壁高强的性能；从一片树叶的叶脉发现了其交叉网状的支撑组织肌理，这些对建筑结构的创新设计都是十分有益的启示。
1947—1949年意大利结构工程师奈尔维和建筑师巴托利（Nervi and Bartoli）设计的意大利都灵展览馆的巨形拱顶就是仿叶脉肌理而建造起来的，混凝土骨架和玻璃格组成的拱顶宽 93.6m，长75m.奈尔维和维特罗西（A.Vitelozzi）于1957年建造的罗马奥运会小体育宫，半圆形弯顶直径60m，内部采用了钢筋混凝土网格的结构系统，就是受葵花的启发，不仅用材经济，受力合理，而且创造了内部装饰新颖的效果。小体育宫的外部则从人类腿骨的受力分析中得到启示，创造了一圈丫形支撑体系，使空间结构与建筑艺术形式的虚实结合达到了完美的统一。1960年奈尔维又建成了罗马奥运会的大体育宫，半圆形弯顶直径达到98.4m，可容纳16000观众，内部采用放射形拱肋的构造形式支撑着上部的混凝土弯顶，顶厚只有6cm.同部看去既象一朵花，也象是密密麻麻的叶脉网，成功地使现代技术与使用功能、装饰艺术达到有机的结合。对比公元120—124年建成的罗马万神庙，半圆形弯顶直径为43.2m，混凝土厚度则为1.2m，这充分说明了建筑技术运用仿生原理所取得的巨大进步。奈尔维既是一位闻名遐迩的结构工程师，也是一位卓越的建筑师，他的创造性在很大程度上就是得益于向自然界学习。
美国结构工程师富勒（Buckminster Fuller）是另一位有创造性的人物。他从自然界中的结晶体与蜂窝的棱形结构中获得启示，创造了一系列惊人的大空间结构作品。1958年他在美国巴吞鲁日（Baton Rouge，LA）建造的联合油罐车公司的巨大弯顶，直径达115.2m，就是应用晶体结构的原理建造的。1967年富勒和塞道（Fuller and Sadao）一起建造的加拿大蒙特利尔国际博览会的美国馆，是一座球体建筑，在当时展览会上极为引人注目。他很可能是模拟一种深海鱼类的网状骨骼和放射虫的组织结构，创造了立体网架的短线弯窿，高度达60m，直径为76.2m，弯窿外部用塑料敷贴，并可启闭，夜间灯光照亮，通体透明，犹如星球落地。
纽约环球航空公司航站楼不仅是外形仿生的著名作品，而且埃罗。萨里宁还和威廉。加德纳（William Gardner）在结构上建造四瓣组合式薄壳，中间有缝隙采光，四瓣薄壳则由下部的丫形柱支撑，这与人的头盖骨的拼合极为相似。航站楼应用这种结构肌理不仅解决了自由曲线造型的难点，而且在结构与形式上又能达到有机的融合，这是值得建筑师们注意的。并不需为了建筑的某种造型就一定要牺牲结构的合理性，相反，有机的结构与新颖的形式可以相互共生。
德国结构工程师奥托（Frei Otto）于1967 年在加拿大蒙特利尔国际博览会上建造的德国馆，象一群帐篷式的建筑物，这是用网索结构仿蜘蛛网形的支撑体系，上面用塑料面层覆盖，造型非常特殊，它可以有利于作为临时性建筑的装卸。1972年的慕尼黑奥运会的体育场馆也运用了这一结构形式。由于他善于使用这种结构类型，因此也有人称他为“蜘蛛人”。这种蛛网形的网索结构后来还发展为帆布张力结构系统，与帐篷形式更为接近。
其实，建筑师中也不乏在结构上应用仿生的例子，勒。柯布西耶早年大量使用的鸡腿柱和框架悬挑的结构系统无疑是从动物腿骨支撑所得到的启示，1931年他在巴黎附近波依西（Poissy）建造的萨伏伊别墅（Villa Savoye）就是这种结构系统的体现，至今仍被人们所称颂。
赖特是众所周知的建筑大师，他早年曾攻读过结构专业，因此能在建筑造型与结构体系的融合方面运用自如。1950 年他设计建造的威斯康星州约翰逊制蜡公司试验楼（Helio Laboratory and Researeh Tower，Racine，Wisc.） 就是仿树状结构特点，把主要支承结构放在建筑中央，四周楼板悬挑，外表形成幕墙，取得了新颖效果。应用同样原理，赖特在1956年还大胆设想了1英里高的摩天楼方案。
仿生学论文范文第3篇
本书提供了一个研究和了解“计算神经系统科学”和“神经工程学”的窗口。本书共分11章，每章都由该领域著名的科学家写成。1-4章介绍了开发生物杂化系统（biohybrid system）所需的原理：1. 生物新技术；2. 计算神经科学的原理；3. 神经形态的电子学设计；4. 神经信号加工的原理。5-7章讨论了界面在单个细胞水平上的生物杂化系统：5. 应用于仿生及生物杂化硬件中的动态钳；6. 生物杂化电路：连接细胞和神经电极的纳米转换器；7. 杂化系统分析：实时系统设计以及神经界面和假肢的原型机。8-11章介绍了界面在宏观物体上的生物杂化系统：8. 仿生的自适应控制算法；9. 用于控制的神经形态硬件；10.用于神经心脏学的生物杂化系统；11. 监测胰岛素需求量的生物电子传感器。书的目录后面有各章节作者的简介及地址；书的末尾有主题索引。
本书主编R. 琼曾获得电子通信工程硕士学位和生物医药工程博士学位，目前是美国佛罗里达国际大学生物工程系及生物医药工程系主任、教授。她的研究兴趣包括生物工程技术、神经损伤或退化的神经运动治疗、仿生硬件开发等。她撰写过相关的论文、书。她是美国女工程师学会的资深成员；美国科学进步协会、电子和电子工程学会、神经系统科学学会、国家精神创伤学会等学术组织的成员。
生物杂化系统是一项跨多种学科的工程，它以生物学为基础，集成了物理学、化学、电子学、医学、计算及计算技术等为一体，将有生命的生物组织与无生命的电控制系统直接连接起来，从生命体中获取信息进行模型计算、诊断、控制，从而达到修复生命体缺陷的目的。
本书适合于生物系、医学院的本科生、研究生、老师、相关的研究工作者及仿生学家等阅读。
刘克玲，退休研究员
(中国科学院过程工程研究所)
仿生学论文范文第4篇
论文内容摘要:在高校艺术设计专业教育中，培养学生的创新精神和实践能力同等重要。创新精神的培养，离不开对知识的广泛接纳和吸收，离不开创造性思维的训练。艺术设计理论教育是培养创新精神的重要途径，在当今大多重技能、轻理论的情况下，加强对艺术设计理论教育的投入，是一项艰巨而又意义深远的工程。
我国1998年8月通过的《中华人民共和国高等教育法》第五条明确规定:“高等教育的任务是培养有创新精神和实践能力的高级专门人才，发展科学技术文化，促进社会主义现代化建设。”因而，当前高校艺术设计教育的任务就是培养有创新精神和实践能力的高级设计人才。“形而上者谓之道，形而下者谓之器”，其中“道”是无形的、本源的物质本身所遵照的运动规律;“器”是有形的、现象的技能、技法等。创新精神和实践能力的关系犹如“道”和“器”，创新精神是实践能力的根本、源泉。创新精神从何而来?它来自于艺术设计理论教育的培养。
一、艺术设计理论教育的任务
1.艺术设计理论概述
艺术设计理论是一门对艺术设计的基础知识、基本问题和基本原理做专门综合探讨的知识体系，主要包含艺术设计史的研究、艺术设计基础理论的研究、设计批评、艺术设计实践理论的研究等内容。艺术设计史的研究包括:通史通论——中外设计史、中外美术史等，专史专论——中外广告史、中外服装史、中外陶瓷史、平面设计史、工业设计史等。艺术设计基础理论的研究包括:设计概论、艺术概论、设计心理学、设计方法学、设计文化学、设计美学、艺术美学、艺术心理学、设计艺术原理等。设计批评是对与设计相关的对象的评价和判断。艺术设计实践理论是针对每一门具体设计专业的专业理论，这种理论不是简单的对技法和工艺的概述，而是对技法和工艺一般规律的总结，是对技法和工艺本质及外延的研究。艺术设计理论是一个综合性的、交叉边缘学科，其知识体系涵盖了哲学、美学、艺术学、心理学、社会学、市场营销学、管理学、生态学、仿生学、人体工学、自然科学等诸多领域;因而，艺术设计理论课程的开设，是拓宽学生知识视野、提高学生综合素质、培养学生创新精神、指导学生设计实践的重要途径。
2.艺术设计理论教育的任务
①艺术设计理论教育是培养科学精神和人文精神的重要途径
李砚祖先生认为艺术设计是“人类为生存而进行的造物活动，是人为实现实用功能价值和审美价值的物化劳动形态。这种造物具有一定的审美属性和精神价值，因而是一种艺术质的造物”。①诸葛凯先生也认为艺术设计的本质是“按照美的规律为人造物的艺术”。②从以上的观点中可以分析出艺术设计的两大要素:“造物”体现的科学精神，造物之“美”蕴含的人文精神。科学精神是人们在长期的科学实践活动中形成的共同信念、价值标准和行为规范的总称，是体现在科学知识中的思想或理念;艺术设计实用功能性决定了它必须要遵循一定的科学原理进行造物，因而科学精神是艺术设计的内涵之一。人文精神是一种普遍的人类自我关怀，表现为对人的价值的维护、追求，对人类遗留下来的各种精神文化现象的珍视。艺术设计具有审美属性和精神价值，体现了其对人文精神的追求和重视。若使科学精神和人文精神很好地融入到艺术设计中、渗透到设计人员的设计理念中，需要合理解决科技发展与文化心理之间的矛盾，需要学习生态学、仿生学、人体工学、自然科学等方面的知识，需要研究历史、哲学、美学、艺术学、社会学、心理学、民族民俗学等相关内容。艺术设计理论知识体系涵盖了自然科学知识和人文知识的方方面面，因而，艺术设计理论教育是树立、培养科学精神和人文精神的重要途径，是使艺术设计真正实现“以人为本”的重要渠道。
②艺术设计理论教育是培养创造性思维的基础
当今时代，一方面人们对艺术设计的物质需要和精神需要越来越多样，另一方面，艺术设计已呈多元化发展趋势，多种风格与流派并存。在这样的时代背景下，若想设计出既符合大众需要又与众不同的艺术作品，需要的是创新精神。创新需要以丰富的知识为基础，艺术设计理论包含艺术设计史知识、艺术设计基础理论知识、设计批评、艺术设计实践理论知识等内容——知识体系庞大而丰富，所以艺术设计理论教育是扩大学生知识面、提高学生理论修养的根本途径。
艺术设计教育不是培养技术工人，而是培养具有理论修养，具备发现问题、分析问题、解决问题的全面发展的人才。所以艺术设计教育不应只传授技法、技能，同时也应传授“道”(即技法之外的艺术设计创新的本质、内涵)，重在授之以“渔”而非“鱼”。 艺术设计理论揭示艺术设计的客观运行规律、总结艺术设计现象背后的本质，因而，艺术设计理论教育是培养创造性思维能力、指导设计实践的基础。
二、艺术设计理论教育的现状
1.对待艺术设计理论不够重视
高校艺术设计专业的学生，甚至是一部分老师，都没有充分认识到艺术设计理论知识的重要性，认为理论可有可无。这与有些人的浮躁、急功近利思想分不开。在艺术设计专业教学活动中，学生更偏爱能够迅速带来设计成果的设计实践课，而艺术设计理论课相对枯燥乏味，不能立即物化出设计成果，较少受到学生的喜欢、重视。事实上，没有艺术理论知识做支撑的艺术设计作品，不过是没有灵魂的视觉元素的简单组合。艺术设计教育，不是仅仅教会学生能创作成果，重要的是教会学生掌握创作成果的方式、方法、规律和内涵等本质性的东西。艺术设计实践课程是教学的显性课程，教给学生的是“形而下”的“器”;艺术设计理论课程培养的是设计师的气质、创造意识和设计的综合素质，教给学生的是“形而上”的“道”，所以应加强学生的理论意识。同时，教师的艺术设计理论意识也有待提高。教师在进行艺术设计实践课程的教学时，可用相关理论知识来指导教学思想和教学方法、充实教学内容，授技的同时，也要传“道”，通过言传身教，培养学生对艺术设计理论知识的重视。
2.艺术设计理论课程设置不大科学
目前高校的艺术设计理论课程体系不够完善，理论课程开设参差不齐，有的高校只开设了设计史、设计概论和中国工艺美术史。科学的艺术设计理论课程体系应该包括:基础理论课，如设计概论、设计心理学、设计美学、设计方法学等;艺术设计史论课，包括通史通论(如中外设计史)和专史专论(如工业设计史、平面设计史);相关的设计批评课程和艺术设计实践理论课程等。
3.授课方法单调
传统的艺术设计理论课一般都是教师讲解，学生听，教学效果较差。现在多媒体引入教学，但是教学方式依然是灌输式的，多媒体成了第二黑板。这一方面是因为教师没有充分利用多媒体的声、光、色的优势，另一方面也因为理论课往往是以合班形式的大班上课，听课人数众多，限制了互动式、灵活式教学手段的实施。另外，多媒体教学依然局限于狭小的教室空间，学生缺乏消化理论知识的身临其境的客观环境条件。
三、艺术设计理论教育的改革措施
1.加强教师队伍的建设
艺术设计理论是一个庞大的知识体系，涉及到方方面面的内容，因此艺术设计理论教育对教师综合素养的要求就相当高。不仅仅是艺术设计理论课教师要具备丰富的理论知识，而且艺术设计实践课老师也同样要具备。由于艺术设计理论教育必须紧密联系设计实践，所以对教师的要求就是双重的:既要懂设计理论知识，又要会从事设计实践活动。专职的艺术设计理论课教师，在专心研究、教授理论知识的同时，也要了解相关的艺术设计实践知识，这样才能更好地深入到艺术设计理论研究的本质问题，避免纸上谈兵的尴尬。专职的艺术设计实践课老师，在掌握和教授设计技能、技法的同时，也要掌握大量的理论知识，不仅仅包括设计实践课的专业理论，也包括基础理论、艺术设计史论及设计批评等。教师队伍是培养人才的核心，只有教师的全面发展，才可能培养出全面发展的人才，所以提高教师素质、建设教师队伍是教育的大计。 转贴于 2.教学方法和内容的改革
艺术设计理论课在教与学的过程中都带有较强的主观性，所以理论课教学在形式上要更为开放与自由，使学生由以前被动的听课变为主动的参与课堂。教学不应只局限于教室范围，可以在适当的时间安排学生到博物馆参观学习，针对现成作品进行理论讲解和分析;也可以针对某一艺术设计理论观点，进行课堂辩论或讨论。教师在授课过程中，不要为理论而理论，艺术设计理论知识要和艺术设计实践紧密结合，要提炼出设计观、美学思想及其对现代设计实践的影响与实用价值，使学生在学习过程中真正体会到理论课程的实用性和指导性。
3.考核方式的改革
艺术设计理论课程最终的考核方式一般是写论文或闭卷笔试。写论文并不能检验学生真正的学习效果，因为历年来的学生论文抄袭现象较严重，很多学生的论文都没有实质性内容;试卷考核方式考查的只是学生的死记硬背能力。所以艺术设计理论课的考核方式需要改革，可以以论文加设计作品或试题加设计作品的方式来考核。论文加设计作品，是在写论文的同时，要学生根据所写论文的论点，设计出能反映论点思想或与论点思想相关的作品，并把作品附在论文后面;试题加设计作品，就是把传统的题型变化一下，把纯文字型的试题，改为根据已知理论来设计相应作品的画图题或者是分析图片作品的分析题。这样，才能真正考核出学生理解、分析、应用理论知识的能力，使学生在运用理论知识的过程中真正体会到艺术设计理论知识的价值。
结语
艺术设计人才的培养关键在于综合素质的培养，而综合素质中很大一块是艺术设计理论修养。设计师不可能都是设计理论家，但只要是在专业设计上有一定成就的设计师，就一定是具备相当理论素养的人。艺术设计理论教育是培养具有创新精神、全面发展的高级专门人才的关键因素，所以我们应抛弃重技能、轻理论的思想，应加强对艺术设计理论教育的重视和投入。
注释:
①李砚祖.工艺美术概论[M].中国轻工业出版社，1999:13.
②诸葛铠.图案设计原理[M].江苏美术出版社，1998:65.
参考文献
[1]曾小红.高等学校艺术设计理论教育初探[J].湘潭师范学院学报(社会科学版)，2006(4).
[2]朱和平，王美艳.谈艺术设计专业理论课程体系的构建[J].当代教育论坛，2007(2).
仿生学论文范文第5篇
【关键词】地理教学教师素质
振兴民族的希望在教育，振兴教育的希望在教师，高素质的教师是有效实施素质教育的重要保证，发展教育事业的关键在于建设一支具有良好思想品德和业务素质的教师队伍。发展我国的地理教育事业，关键在于建设一批具有良好思想品德和业务素质的地理教师队伍。本文从三个方面对地理教师的基本素质问题略加论述。
1.用师德的魅力去感染学生
师德魅力：师德是指教师在从事教育劳动中逐步形成的道德情感，道德行为和道德意识。热爱和献身教育事业，是爱国之情和报国之志的集中表现，是履行师德要求的基本前提，教师的一言一行，一举一动，对学生都有潜移默化的影响。因此，以身作则，为人师表是师德的重要特征，要求学生做到的，自己要先做到，为学生树立榜样。此外，地理教师应以自己对地理教育事业的赤胆忠诚，和对地理学科不懈追求的精神感染学生，带动学生，鼓励学生创新，超越自己，用高尚的情操感染和熏陶学生。有时，教师对学生的一次表扬或一次批评，一次鼓励和一次嘲笑，会影响学生一生的爱好，如讲述人类对地球奥秘和地球上各种地理现象的发生、发展、变化规律，及人类对宇宙的探索新发现，培养学生勇于探究的科学和创造精神，甚至能为影响人生道路的选择奠定基础。因此，只有爱学生，理解学生，才能实现教师的职业价值。
2.不断学习具备扎实的专业知识素养
素质教育的实施对教师的知识、能力结构，以及业务发展都提高了更高、更新的要求，尤其是当前市场人才竞争激烈的教育改革迅速发展，迫使我们必须不断学习，更新知识结构，以适应社会发展需要。清初学者王夫之说过“欲明人者先自明”。要教好学生，教师首先要有扎实的专业素养，这是一个教师的立教之本，地理教师也同样要有准确、丰厚的知识蕴涵，在授课中准确地找出知识点、重点、难点、教育点、能力点，明确目的性、科学性、实践性、艺术性、时效性.。
总体来说要具备以下几点知识面：
①所教学科的知识；②所教学科的相关知识；③广博的社会学、人类学、政治、历史、文学、世界各地风情；④教育科学知识，教育学、心理学、哲学、辩证唯物主义；⑤现代自然科学和技术科学、仿生学，天体物理、地学、化学；⑥影响全球重大自然和社会热点话题，反映我国社会主义建设的新成就；⑦练好三笔字（钢笔字、毛笔字、粉笔字）和三板（板书、板画、板图）等，关注时代对教育的要求。
苏霍姆林斯基曾告诫他当教师的儿子，要求他“每天，毫不含糊地不管是放假还是休息，至少要阅读五页关于无线电、物理学或是相近科学――电子学，仿生学，天体物理，宇宙生物学等学术期刊”。这对所有的教师也是一个很好的建议，我们做教师的要逼着自己毫不含糊的潜化学习，在专业知识的基础上拓宽视野，广泛涉猎，强志博闻，教书育人，在社会主义经济建设和国防建设中，人人都需要具备一定的地理学知识，广大的中学生是祖国的未来和希望，未来的科学家和劳动者在他们中间产生。所以培养全面发展的高素质的人才，向社会展示地理学科的教育价值，是教师义不容辞的责任。
3.勇于探索具备良好的职业才能
凡艺术都有感染力，教学是科学也是艺术，我们的职业规定了教师的主要功能是向学生“传道授业”，怎样传道？怎样授业？怎样使道传的更生动？怎样使业传授的更有效？这就决定于我们教师的教学艺术了。具体体现为语言表达能力和教学方法。
3.1语言表达能力，一个合格的地理教师，必须有较好的语言表达能力，说一口流利的普通话。抑扬顿挫，明析、突出重点、难点、生动、幽默，特别是讲述较枯燥的抽象知识时，如：垂直地带性差异与山地气候以庐山为例：该山属亚热带湿润山地气候，随着高度的增加，气温逐渐降低，气候垂直变化十分明显，正如白居易《大林寺桃花》一诗中所感叹的那样，教师用抑扬顿挫的语气大声朗诵道：“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开。长恨春归无寻处，不知转入此中来。”山地气候特征由此可见一般。
3.2教学方法：教学其目的是要学生变被动学为主动学；变“要我学”为“我要学”、“我爱学”。教师应根据教学实际，给学生提供尽可能的动脑、动手、动口、动笔的机会，热情鼓励学生积极参加教学活动，其目的不是仅仅满足学生的心理要求和活跃课堂气氛，更重要的是要为师生间的信息交流和情感沟通架设桥梁。怎样使学生学得快，更形象，更有趣，更不易忘记？
3.2.1对基本教学方法要掌握。如：讲授、谈话、对比、演示、图式、图表、自学辅导。或选用多媒体现代电化教学，音像，电视，电脑等。
3.2.2对地理教学法要熟练掌握。课堂教学中运用最普遍的教法是讲授法，若老师能生动、形象、幽默的讲解，课堂气氛就会活跃起来，如：在讲“二氧化碳的温室效应”时，可这样讲：“随着现代化工业的发展，工厂给大气的CO2越来越多，伐木工自发而不要计划、不要命地加笃砍伐，使地球肺叶越来越小，人们冬天也能感到春天般的温暖，夏天更有火一样的‘热情’，懒惰的大脑冰川和山岳冰川再也闲不住了，他们融化后注入江河又回到了它的故乡――大海，使大海更加深沉。滨海的港口城市，将演变成水上都市，地球上东方、西方、南方、北方的威尼期会象雨后春笋似的生长……。啊多么富有诗意！其实深思这灾难性的后果，又是多么不可思议呀！”
3.2.3对国外的先进教学方法应有所了解，并能有选择地运用，如：日本中学地学课非常重视专题实践研究，规定了探究活动的内容和要求，“调查地震和断层的关系”，“观察星座和行星”，“根据天气预报制作天气形势图”等等。
仿生学论文范文第6篇
说明文在试卷中所占的比例逐年增大，其难度也在逐年提高。近年来的各地中考题型，出题角度也更侧重于对能力的考查了。不同体裁的文章其特点也各有不同，阅读起来自然也有不同的要求和方法，因此相关的文体知识，对提高阅读能力是至关重要的。那么对于说明文，在实际教学中要教些什么呢？
一、让学生了解说明文的特点
1、概念：说明文是以“说明”为主要表达方式，用来介绍或解释事物的状态、性质、构造、功用、制作方法、发展过程以及内在事理的一种实用文体。
2、与其它文体的区别：议论文以理服人，哲理性是它的主要特点；记叙文以情感人，形象性是它的主要特点；说明文以知授人，知识性是它的主要特点。
3、说明文的分类
事物说明文：如《苏州园林》，说明“务必使游览者无论站在哪个点上，眼前总是一幅完美的图画”的特征。
事理说明文：如《死海不死》，科学的说明了死海不死的原因在于“海水的咸度很高”。
二、教学生把握说明对象和特征
说明对象即文章说明的话题，主要分为两个方面：一是具体事物，包括事物的状态、性质、功能和特征等。二是抽象事理。包括事物的本质，事物内部或事物之间的内在联系。阅读说明文首先要准确地把握说明的对象。从而正确区分事理说明文和事物说明文。大多数的说明文的题目就是说明对象，大多数的事物说明文都在开篇使用中心句点明了事物的说明对象。有的时候，题目没有反映说明对象，那就得认真阅读材料，逐段逐句排队、梳理，追本求源，找出说明的对象。尤其要注意揣摩关键性的语句，如各段的中心句、过渡句以及文章中反复出现的句子等，这样就可以找到说明对象。无论是事物说明文或者是事理说明文，准确地把握说明对象对整篇文章的阅读和理解是至关重要的。
三、运用激趣的方法导入课文
倘若每节说明文教学一开始就能使学生很轻松地进入学习境界，学生就不会觉得学说明文是一种负担，教学效果则会好些。不久前，我上法布尔的《蝉》，课上介绍了蝉的知识，说蝉的俗名叫“知了”古人叫“蜩螗”，它是诗中常见的寓体，还是治病的良药；再由科学家研究蝉的目的，讲到人类与昆虫的关系，介绍了仿生学、鸟儿与飞机、鲸与轮船、蜜蜂与建筑、车轮子与螺旋状……还介绍了作者之所以被誉为“昆虫世界的荷马”，这与他长期对各种昆虫的观察研究是分不开的。同时，我还介绍了观察的要求和作法，又举了习作中不善观察不作思考而闹出的种种笑话。这既有知识性又有趣味性的内容，大大激发了学生学习的兴趣。
四、注意课堂教学的生发，要开拓与课文有联系的知识
因为中学生好奇心强，对新鲜事物比较敏感，只要是新奇的东西，就容易引起他们的关注。学生对学习说明文最厌烦的是老调重弹，所谓“说明对象、说明方法、说明顺序”这些套话，他们一点就熟了，何需我们老师喋喋不休！于是我就采用了生发和拓宽的方法，激发学生的兴趣。
五、课内教学与课外研究相结合
比如我教《向沙漠进军》这一课，在课堂上先引导学生在课文阅读中掌握“改造沙漠、化害为利”的主题，即以此作为点，并印发《绿化沙漠开发沙漠》的通讯报道（《文汇报》1994年3月14日）作为参考，让学生更全面地认识“化害为利”的重要性，进而指导学生课后寻找防止水土流失、搞好生态平衡、治理环境污染等方面的资料。要求学生联系本地实际，以《谈××公害及治理》为题，着重说明一至二种影响生活和生产的公害以及化害为利的情况。由于这样的教学内容既出自课本又超出课本，往往带有基础性、新鲜性和趣味性，所以很合学生的口味，大大增加了学生的主动性，学生个个兴致勃勃、跃跃欲试，后来我还为此开了专题报告会。
仿生学论文范文第7篇
似乎，在我们的心目中，科学家好像每天都很严肃，很少讲话，酷酷的样子，穿着工作服，住在高高的大楼里，从来不停止一大堆数据的计算和身边进行的实验。
其实科学家们也有可爱的一面，他们也像孩子一样经常贴近大自然，那他们的生活是怎样的呢?下面就请昆虫分类学工作者来告诉我们吧!
研究昆虫的学者们从小就对大自然有着浓厚的兴趣，并更钟情于昆虫。不同于丑陋的蝎子和八只脚的蜘蛛，昆虫就像是大自然的小精灵，它们在阳光下起舞，或是在草丛间歌唱，或是在夜晚打着灯笼寻找同伴。昆虫和人类的生活密切相关，我们上平时吃到的蜂蜜，到目前为止，仍然是人类从自然界找到的最甜的食物。昆虫也为发明家和艺术家提供了发明与创作的灵感，现在设计制造的火星机器人，就模仿了昆虫的样子。如果没有昆虫，我们就见不到美丽的花朵，也吃不到美味的水果。要想了解昆虫的秘密，就要到它们生活的世界里去参观拜访。所以研究昆虫的学者就要到国家级自然保护区，观察昆虫的生活，采集各种昆虫标本。如果同学们到了山清水秀的风景区，也一定不要放过和这些小精灵亲密接触的机会。
怎样区分昆虫
简单讲，昆虫属于节肢动物，但不是所有节肢动物都是昆虫。昆虫的成虫身体由头、胸、腹三部分组成，而且它们都有六条腿，通常有两对翅膀，头部l有一对触角、眼以及一套口器。
昆虫分类学
昆虫分类学工作，主要是将各个阶元按照亲缘关系的远近整理为系统发育树。传统的昆虫分类工作主要是采集昆虫之后做标本，鉴定新种类，并绘图、描述新发现的种类，还会发表文章向全世界公布这一新发现。最后将整个昆虫类群做成发育树。现在，由于分子生物学的发展，专家们也利用比对DNA分子的进化速率来研究昆虫类群的亲缘关系。这就是昆虫分类学的工作。
野外工作
采集昆虫的方法有：网捕法、振落法、诱集法(有光诱、食诱和异性诱集)等。昆虫学家们外出采集要带的工具主要有捕虫网，采集包，GPS仪，高压汞灯和白色幕布。到野外采集昆虫标本分为白天和晚上的工作。
白天，昆虫大部分躲在草丛里，所以要用捕虫网把藏起来的虫虫们赶出来兜在网里，然后找一个阴凉的地方把网中的虫子都挑出来装好，并写好采集时间、采集地点和采集人等信息。有时为了让一些爱乱动的昆虫安静一点，一般会先把网里的昆虫放到毒瓶里麻醉一段时间，毒瓶里装的足对人无害的乙酸乙酯。
晚上采集多用灯诱法。许多昆虫有向光性，飞蛾扑火就是这一习性的体现。找个空旷的地方架好灯和幕布，不一会儿，各种昆虫就赶来聚会了，这样采集就轻松多啦。
实验室工作
采集工作完成，回到实验室，就要根据不同的研究需要整理标本。
有些昆虫需要进行专门的饲养，进行形态学和行为学的研究，由此诞生了新世纪的仿生学。
为了方便研究，需要把部分昆虫标本做成永久针插标本，对其进行鉴定后保存在专门的昆虫标本馆里，以完成对自然界物种的伞面记录。
做针插标本也不难，准备好泡沫塑料板和昆虫针。将昆虫长时间地放到毒瓶里毒死，取出昆虫标本，在它们后背的右上方插入昆虫针，针的上半部分留出1厘米高，固定在泡沫板上，再用几支昆虫针把昆虫的六只足固定，整理成最漂亮的姿势，放置3天自然晾干。然后把用来整姿的昆虫针拆掉，只留下捅在昆虫背上的昆虫针，最后把采集信息写在一张小纸片上，并用昆虫针插在昆虫下方1厘米处。鉴定出昆虫名后，用另一张小纸片写上名字，同样用昆虫针插在采集信息小纸片下方1厘米处。OK，一枚昆虫标本就完成了。
在昆虫采集过程中，稍稍留心就可能有新发现。如果通过后期的鉴定确认自己发现了一种全新的昆虫，那么恭喜你，你为昆虫科学增添了新的知识，你就是一名小科学家了。不过，这样的发现需要写成论文，投到科学类杂志或期刊，通过正式的发表，到时候全世界的昆虫学者都会看到你的发现。
畅游在大自然的怀抱之中，只要你留心观察，就会有意外的发现，因为昆虫世界太精彩，还有很多未解之谜等着我们去揭晓。如果你心动了，那就快快行动吧!
仿生学论文范文第8篇
论文摘要：开展校本课程开发是课程改革的发展要求，也是提高教学质量的有效手段之一。在此认为高中生物校本课程应围绕学生已掌握的课本知识基础，根据学生的实际知识需求、生活需求和环境兴趣进行教学内容的选择和设计，并对三种校本课程类型的内容设计进行较具体的阐述。
目前多数中学开展的高中生物校本课程，宏观来看在内容设置上基本分三类：一是生物科技前沿介绍，如克隆技术、生物芯片、转基因等；二是生物知识和技能拓展，如动物行为、实验设计等；三是属于学科间综合，如酸雨的形成及防治、温室效应、仿生学等属于这范畴。校本课程内容选择上要尊重学生意愿，以整合的方式形成。但从微观层面即实施层面看，教学内容的设计如何满足学生需求仍有待于研究。笔者曾观摩过一节展示课，课题叫《花和花絮》，在短短40分钟时间里，教师借助演示文稿图片，将大学植物解剖学课本中花的结构和分类、花絮的结构和分类内容，完整的讲了一遍。从一朵完全花的构造到不完全花，从周位花、上位花到下位花，从雄蕊的类型、雌蕊的类型到胎座的类型名称；从花絮的结构到分类名称。大学课本上的分类名称都一一告诉，如二强雄蕊、合生心皮雌蕊、侧膜胎座等，一节课下来，中学课本没有的生物名词术语就有二三十个，令人目不暇接。从学生课堂听课情况看，越往后，跟着听的学生寥寥无几。这引起了笔者的思考。那么，在生物校本课程中，教学内容设计到底应注意什么呢？
一、校本课程教学内容的选择和确定遵循的原则
1．切合学生实际知识需求，注重实用性的原则
生物校本课程内容的选择应能促进学生加深对课本原理、重点、难点知识的理解和思维能力的提高，或实验能力的提高，即以学生的需求为考虑的出发点，这种需求既包括学生的知识需求也包括学生兴趣，是二者的整合。应避免知识选择的无目的性，避免大学知识的生搬，避免增加学生心理负担。要让学生感到能学懂，对平时的学习有帮助，有点拨作用。当今的学生，除了上课时随着课程的进展进行知识积累，更重要的是需要时间对知识再加工，形成知识网，并对原理、重点、难点知识深入思考并会应用或迁移。限于背景知识的缺乏，这对学生的能力形成了一定的挑战。如果围绕课本中原理、重点、难点知识以丰富的典型事例再加以佐证或加深拓展，会起到夯实知识基础并适当开阔学生眼界的作用。这样也会与学生的学习实际和高考接轨，因此会迎合学生的需求。而往往中学生物课程中的原理、重点、难点知识，也是牵扯国计民生和学生生活的重要问题，如果教师介绍和引导到位，也应是学生的兴趣点，也是校本课程的整合点。因此，生物校本课程不等同于奥林匹克生物培训班。
2．与学生生活和成长密切相关的原则
学生是处于青春期发育中的人，是成长中的人，校本课程可选择相关内容来满足学生这方面的心理发展需求。如青春期发育与正常性心理和性卫生、平衡饮食与健康、生活中的环保与防病等。这些知识都是学生个体生长发育和生活过程中与自己息息相关的、渴望知道的，符合学生的成长需求，也有助于我们的育人。
3．地域性原则
校本课程具有地域性特点，根据学校所处位置，寻找能激起学生探索欲望的周边环境或地域性的问题。例如某中学地处古城西安的城墙边，护城河水异样的颜色和气味，会触动学生的环保意识，引起探索的欲望，可就此设计探究性课程。又如园林艺术与校园内植物种类的选择，学生健康与校园绿化植物种类等。
二、具体阐述三种校本课程内容的选择和设计
1.对于生物科学科技前沿介绍，内容的设计宜围绕课本原理的应用，选择生物科技典型事例，进行举例和拓展，加强学生对课本原理及应用的理解，拓宽学生眼界。如转录翻译的原理与基因重组技术和转基因等，既加深了学生对转录翻译过程的再理解和记忆，又知道了生物技术对这原理的应用，还向学生展示了更多的应用前景，使学生张开创意想象的翅膀，想象出更多的人需要的基因重组技术产品或转基因产品，起到知识的迁移作用。如从抗虫棉到是否粮食作物也可导入抗虫基因进行育种，从基因工程产品胰岛素到SARS病毒或艾滋病毒的免疫蛋白等。教师在引导时，要着重原理及应用，注意不要过于引导学生拘泥于技术过程的细节，超出学生的知识背景，造成理解的困难，加重学生的心理负担。
2.对于生物知识拓展类，教学设计的内容可选择围绕重点、难点知识的理解和提高上做文章。因为平时限于课堂时间的限制，对于课本上的这些重点难点，学生或只有初步认识，或认识不到位，或感到难以理解。以前面提到的《花与花絮》为例，教学内容设计一定要和所学的知识联系起来，适当拓展深化，尽量避免太多的新的术语出现。例如可选以下作为教学内容：花的构造与果实种子的形成过程的动态想象；花的构造与杂交；花药、花粉的构造与传粉受精及无子果实、单倍体育种；花的构造、花的色彩和传粉的关系及与适应性和进化；花的构造与植物分类等。
3.实验思维能力和技能的提高方面，可做的有很多。如围绕生物实验设计的基本原则（如科学性原则、简便和可操作性原则、单因子变量原则、平行重复原则和设立对照等），选择实验事例，对学生从设计思想、设计步骤，对可能出现的结果和如何下结论等方面的训练，或针对学生设计思想的疏漏处进行探究等。实验事例的选择，应以课本实验为基础，应是学生课本所学的设计思想和设计原则的再应用，这样，达到加深学生的理解，提高实验思维能力，并促进这种能力在新情境下的迁移，从而提高学生的创造能力。对历年高考题和生活中问题的探究，为教师教学内容的选择提供了丰富的事例。
综上所述，生物校本课程绝不是一堆新生物术语的简单堆砌或大学内容的翻版。生物校本课程在内容的选择上应首先考虑学生已有课本知识基础，学生的实际知识需求和生活需求，并以提高学生的科学素养和思维能力、适当开阔眼界为目标。
参考文献：
［1］潘学中.谈校本课程的开发.pep.com.cn/200406/ca471356.htm.