自然界中的科学范文

导语：如何才能写好一篇自然界中的科学，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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一、观察课

观察课是通过让学生观察描述自然事物和自然现象，获取丰富、具体的自然知识，达到培养他们观察、分 析、比较和概括能力的目的。小学自然教材中，低年级的《看一看》、《你怎么知道》、《各种各样的叶》、 《蜗牛》、《金鱼》、《天气》和中年级的《怎样认识物体－－水》、《植物的叶》、《植物的茎》、《太阳 和影子》、《青蛙和蟾蜍》等都属于观察课。

复式班的观察课教学，一般可按如下步骤进行。

（一）动：明确观察目的，提示观察方法和观察重点。教学开始由教师告诉学生观察什么，为什么要观察 ，然后出示小黑板说明观察的步骤和方法并指明观察重点。如上九义教材第四册《蜗牛》一课时，观察方法应 是：①观察蜗牛身体上长着什么？②仔细地看蜗牛各部分是什么颜色？什么形状？（观察重点）③用手摸一摸 蜗牛各部分有什么感觉？④蜗牛怎样爬？⑤蜗牛吃什么？（用菜叶、树叶、食物等分别试一试。）

（二）静：学生分组或个人独立观察。这一步骤要给学生比较长的时间，让学生根据教师提示和板书的要 求认真地进行观察。

（三）动：1．汇报观察结果。引导学生把观察到的结果详细、具体地描述出来，交流观察印象。2．教 师小结。突出重点，系统小结，讲解通过观察应该明确的问题。3．布置作业，提出进一步观察的问题或自学 要求。

（四）静：自动作业，把观察后的结论抄写在作业本或观察记录本上。

二、实验课

实验课是以简单科学实验为主的自然课，它一般是先通过师生的实验，反复再现某种现象，同时进行观察 ，从中发现问题，引起讨论和研究，然后概括结论，最后又用实验进行验证，使学生在亲自实验过程中获取知 识。在小学低年级自然教材中《磁铁游戏》、《沉和浮》、《影子》、《镜子》等和中年级自然教材中《怎样 认识物体－－空气》、《热胀冷缩》、《物体的运动》、《人的消化》、《磁铁》等课，都属于实验课型。

复式班自然实验课的教学，一般有这样几个环节。

（一）动：明确实验目的，讲解演示实验的方法、步骤和注意事项。开始实验前，教师应详细告诉学生本 堂课要做什么实验，为什么要做这个实验，尤其要交待清楚是观察某种现象，还是验证某种假设。

如在教学九义教材第二册《沉和浮》一课实验前，教师要告诉学生实验时要把各种物体一个一个地放入水 中，放一个，观察一个，记录一个，不能把一堆东西一下子全放入水中。

（二）静：学生分组实验。

（三）动：1．学生汇报实验结果。2．用讨论的方法对实验结果进行分析。3．教师小结，讲解通过实 验应该明确什么问题，肯定学生实验的成果或纠正学生不正确的实验。

三、技能训练课

技能训练课是让学生在课内外实践活动中亲自动手，获得必要的科学知识，培养学生各种技能的一种课型 。在小学自然教材中，属于技能训练课型的有：《种大蒜》、《种花》、《叶画》、《各种各样的种子》、《 制作叶的标本》、《种向日葵》、《养蚕》等课。

在小学阶段，技能训练课主要是培养学生栽培、饲养、制作等技能。在复式班可把低、中年级相近的教学 内容统一组合在一节中采用合－－分－－合的结构进行教学。这样可以充分发挥教师的主导作用和学生以高带 低的作用。如低年级《叶画》和中年级《制作叶的标本》这两课就可以安排在同一节课，其教学程序可以这样 安排：

（一）合动（4分钟）：教师展示做好的叶的标本和叶画，激发学习兴趣并提示中年级学生注意制作标本 的程序。

（二）分（15分钟＋15分钟）：低年级先“动”后“静”。“动”时教师示范拼叶画的方法和要求， “静”时让学生用采集来的叶拼摆叶画并用胶水贴在纸上。

中年级：先“静”后“动”。“静”时学生用压制好的叶按要求制作标本。“动”时教师予以检查和指导 。

（三）合动（10分钟）：各年级分别展示自己的作品，引导学生评价作品；教师总结，并选出优秀作品 给予鼓励。

这类课型还可以和另一个年级的语文或数学课搭配，利用学生有较长实际操作的自动作业时间，去突破另 一个年级的教学重点。

四、科学考察课

考察是人们为着一定的目的，到自然界中实地观察和调查研究的一种科学方法。科学考察课就是以此为主 要教学方法的课型。其基本教学模式是：现场考察－－取样分析－－共同研究－－作出结论。小学自然教材中 ，《自然水域中的水是不纯净的》、《水域的污染和保护》、《怎样认识物体－－土壤》、《水·土·植物· 人》、《空气的污染和保护》、《土壤的保护和改良》等课都属于这类课型。

这类课型的教学因需到室外考察取样，在复式班较好的做法之一，就是把各年级有关的教学内容统一在一 起进行，也可结合春游、秋游或课外活动等多种形式进行。上考察课，应主要抓以下几个环节。

（一）做好考察前准备。使学生明确考察目的，向学生传授考察的方法，提出考察的要求和注意事项等。

（二）指导学生进行实地考察。教师既要放手让学生自己进行考察，认真调查研究，收集资料，又要指导 学生运用多种感官和方法，实事求是地进行考察，使他们通过考察获得丰富的感性材料，学到实地考察的本领 。

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（一）自然观的含义

自然观是马克思、恩格斯关于自然界及其与人类关系的总的看法，马恩是自然观的开创者，但后来的理论家也对其进行了发展。自然观是自然辩证法不可或缺的组成部分。认为，人与自然的关系得以发生是要通过实践的，理解人与自然的关系，必须考虑人类社会存在的客观性。“社会是人同自然界的完成了的本质的统一”。事实上，人与自然界的关系不同于动物与自然界的关系，动物只是被动地改造自然，在某种程度上其实是被自然改造了，但人不同于动物，人拥有意识，会对自然界进行符合自己预期的能动改造，使自然界不断被人化。但同时自然界又通过实践活动作用于人及社会，使人、社会自然化，而人对自然界的改造，也使自然具有人化的特点。二者是以实践为中介的统一过程的不可分割的两个方面。

（二）自然观的提出

马克思、恩格斯生活的年代，正是人类的生产力获得极大发展的年代，蒸汽机等先进生产工具的发明及大规模使用，使得人们创造了让自己都为之惊叹的巨大物质财富。那时的人类正“野心勃勃”，忙着“开疆拓土”，尚未意识到无节制的经济活动，必然导致环境问题的出现。但具有先见之明的马恩却看到了隐藏在经济快速发展表象下的巨大环境危机，他们指出在经济发展的同时，必须保持人与自然关系的和谐有序，在这种时代背景上马恩提出了自然观。

二、自然观的主要内容

（一）自然界的层次结构和不断发展

人类对自然界层次结构的认识是随着科学技术的不断进步而发展的，从分子、原子、原子核等其他极其微小的基本粒子，我们的认识在不断加深。现代科学已有的研究表明，自然界中的各种物质，虽然就组成、结构、功能而言，都是相对独立的，但它们都以系统的形式存在，系统有层次的差别，任何层次的物质形态都具有内部结构，都包含决定其性质的各种要素和它们的相互作用，自然界的层次结构是无穷尽的，人们对它们的认识也不会有终结。

（二）人的自然化和自然界的人化

人生活在自然界中，人的生存和发展离不开自然界，我们的自然属性是客观存在的，无法改变，无论何时人都是自然界中的人，是属于自然界的，这即是人的自然化。

与人的自然化相对的就是自然的人化，自然的人化，是人类为了获得更好的发展，对自然界加以改造，使其更加符合人类的发展需要，自然界提供了人发展所需的前提，但是自然界不会主动来满足人的发展需要，人类必须通过劳动实践来获得发展所需的一切。

（三）自然界的相互作用

自然观认为，自然界中的万事万物都是相互联系相互作用的，看似毫无关联的事物，也会存在联系。事物之间存在相互作用，但是我们不能错误的理解为这种相互作用，是一种此消彼长的关系，自然观认为事物间通过相互作用，不是要征服对方，而是通过相互作用这种方式达到双方的和谐统一。

三、自然观的中国化

自然观中国化的最新理论成果，无疑是科学发展观。科学发展观是从我国的实际国情出发、总结我国的发展实践、以及借鉴国外发展经验的基础上提出来的全新的发展观。

改革开放以来我国经济社会发展不断进步，但随之而来的环境问题也日益突出，进而导致了环境危机，阻滞了经济社会的发展。虽然，我们也采取了一些补救措施，但是收效不明显，只是“头痛医头，脚痛医脚”的方法，并没有全局的战略。在这样的背景下，我们党结合自然观的基本原理以及具体的国情，提出了科学发展观，为经济社会的可持续发展提供了理论保障，也反映了党及各管理阶层对和态环境问题认识的进一步深化，是对自然观的提升，也是社会发展理论与实践上的创新。

四、自然观的当代启示

（一）必须始终坚持以科学发展观来指导经济建设

随着人类改造自然能力的不断发展，我们获得了巨大的物质财富，但人与自然的关系却日趋紧张，面对如此情况，我们不愿承认但又不得不承认这样一个事实：人类现在的发展是畸形的，不合理的。如果，我们彻底破环了环境，即便有巨大的物质财富在手，也将无处可用。所以，我们应该改变我们的认识，应该把人与自然的和谐统一视为社会进步的重要衡量标准，真正做到科学发展观所倡导的可持续发展，要金山银山，更要绿水青山。

（二）倡导科学健康的消费观和生产观

政治经济学告诉我们，只要人们有需求，市场就会予以满足，但市场是客观的，它不会考虑该以何种方式予以满足，它只知道满足需求，不会考虑其他。我们可以看到，人类对自然的破坏很大程度上就是为了满足自己的需要，人类对自己的最大误解就在于只是在消费领域寻求满足，但这种理解确实是不完整的。我们应当寻求在生产中获得满足，而且的确是可以得到满足的。我们通过参加直接性的生产活动帮助自我实现，根据马斯洛需要层次理论，自我实现是最高层次的自我满足，远超口腹之需的生理需求。我们参加生产活动是一种创造性的生活，而不是被动的接受生活的安排。

同时，由于这种生产是为了满足自我需要，不是为了支撑人们的恶性消费而进行的生产，所以这种生产的结果不会造成人与自然对立，而是会帮助人与自然建立起和谐的关系，人类在这种崭新的关系下会感到满足和幸福。同事，我们也应该大力注重满足自己的精神文化需求，物质需求是基础我们不会加以排斥，但是对精神文化需求的满足更能让人获得良好的情绪体验和情感愉悦。

（三）加快建立和完善社会公平机制

我们要把社会经济发展这块“大蛋糕”做大做好做强，但是无论“蛋糕”多大多好多强，物质守恒能量守恒，总会有人不能得到满足，根源不在“蛋糕”的身上，而是在于我们的社会机制，社会机制的不健全导致了人与人关系的异化。在当今社会，解决人与人之间存在的异化问题的主要途径是建立和完善社会公平机制。我们要努力消除社会分配不公问题，消除经济发展过程中由于少数人过分追求“利益差”，如地方政府为追求经济效益的提升而盲目上马污染大能耗高的项目。这样盲目的行为时常可以听闻，其势必对环境造成破坏。

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关键词： 经济转型新时期 人的生存 路径选择

一、经济转型新时期人类生存遇到的问题

人与自然的和谐统一是一个双向的作用的过程。人对自然的发展趋势有了规划，自然同样也对人的支配权利有了限制和考核，人被自然化，同时自然也被人化，两者共同发展、互利互惠、共生共荣。

（一）人类与生存环境的背离。

生存环境由于历史的演进而改变，人类最初对生态环境的开发是无意识和无目的的。生存是人类首要的追求和向往。从发展的角度看，历史要被翻新，要被创造，那么历史就必须得到重大的变革，而变革的必需品是人类能够生存，必须拥有能够生存和创造的资料。所以人类在历史发展的道路上对自然的依赖油然而生。人类必要的活动和劳作就是靠索取和加工材料来维持人类生产发展和生活，而这些材料是由人类对自然的控制和对自然物的加工、改造而来。从人的成长历程看，生源于自然，存在与发展利用自然，死也归于自然。自然母亲般的怀抱滋养着人类的产生与发展，这是人与自然无法摆脱的关系，也是人类与自然的关系最直接的体现。而人类对自然的选择是出于人类对自然有选择余地的基础之上进行的，只有这样人类才能对这一空间进行更有效的开发。当自然不堪重负，无法承受人类的生存与发展，无法再为人类的生产生活提供必需的消耗材料时，人类就没有了可以选择的余地，自然也就无法进行妥协，人类与自然终将分离，至此人类的生存将受到严重的威胁，眼前的生存环境也将无法保持。人类是自然界中物的主体，却失去了在自然界中的平衡地位。随着理性意识的增强，科技的威力得到显著的发展，人类开始对理性效益产生迷恋。当理性成为主体，理性便与非理性没了区别，人类对自然的索取、否定和支配便是理所应当。在工业科技眼中，地球便没有了其他生命，一切的生存客体成为了人类的资源和利用的对象，人类否定了自然存在，忽视了周围的生存环境，成为了自然界中的主宰，使人类的生存发展变得非理性化，人类与生存环境背离。

（二）人类本身的矛盾。

人类社会的快速发展，使人类对生存的满足逐渐减少，发展的浪潮盖过了人类对生存的需要，科技成为了驾驭和控制自然的理性工具。而技术在给人类带来资本的同时，其带给人类的各种风险也更为具体。在物质得到极大满足时，人与其自身的欲望开始从零无限扩大，从而与自身开始分裂对抗。这种工具理性与技术的联合，确定了人类社会的霸主地位，至此人类开始从满足自身需求的生存时代走向自我矛盾、自我对立批判的时代。

当今人类面临的人口、资源、环境三大问题中，人口是首要问题。资源和环境问题都与人类直接相关，从某种意义上来说，人口问题是其他所有问题的根源。人和自然之间相互作用、相互影响。为了获得更适宜的生存环境，人类不断地向自然界索取资源，满足个人的需要，同时污染环境。自然界也反作用于人类，限制其无休止地开发，以各种灾害来反馈人类。人口的快速增长，人均占有分布不均，人口素质差已对我国生态环境造成巨大压力，因此造成了人与其本身的异化，人本身的创造物与人分离，成为一种外在的异己力量与人相对立，并使人的意识和活动从属于它。这个已经“对象化”的东西取代了人的属性，人本身在寻找问题的根源，但同时又成为了问题的根源，转而对人本身构成否定。人的本体与意识分离，成为了对象的对象，异己的异己。这样他发现了自己与外界的不同，他从与外界的同质同构关系中挣脱出来，他感到自己已不再是外界的一部分，相反神秘莫测的外界对自身构成了威胁，导致人与外界疏离了，人经历了最初的自我异化。

（三）人与其内在规律的不平衡

生存环境涉及人口、资源、社会、经济等领域，它们均具有内在的规律性。人类发展影响环境，环境反作用于人类。当下人类生存所需的天然资料取得异常困难，人类生命受到了直接的威胁，而生命所需的三大要素也同时遭到了不同程度的破坏，此时人类的生命就变得相当脆弱，生产和发展较为困难，就连人类的健康也变得岌岌可危。经济发展必须既遵循经济规律，又遵循生态规律，才能获得长期稳定的发展。不认真考虑其生态效益，违背生态规律，破坏生态平衡，究其根本是人的本体和精神上的对立。人类中心主义始终保持着主客二分的思维方式，在此基础之上把本体和精神主客化，把人与身心对立化，忽略了人与生态规律的整体关系，使人的意识只存在于人与物之间，精神层面没有达到一个可以驱使本体和精神合一的状态。［1］人类对生态规律的轻视，使人类的认识论还停留在弱肉强食、适者生存的时代，主客二分的思维就是导致这些的直接原因，本体达到了极大的发展，而精神思维还没有得到全面的进化，迫使人类对生态自然的凌驾，天性和精神无法同步进行的增长。因此，由于成长不平衡而导致人与自然精神紧张的关系。

二、经济升级转型过程中人类的生存路径选择

经济升级转型是指从一种经济运行状态转向另一种经济运行状态。在这里是指我国由粗放型经济转向集约型经济，由高耗能经济转向低碳经济的一个升级阶段。人类社会对人类生存与自然和谐发展的路径选择是当今的重大决断。

（一）树立人类与自然和谐发展的生存价值观。

生存价值观是对人类中心主义价值观反思的结果，它承认自然对于人类具有多重价值并要求人类充分认识其价值意义，强调人与自然的依存性和人类对生态环境保护及管理的责任，以生态的合理性为生产生活的价值归宿，建立“人―自然―社会”的整体进化和谐发展的整体价值观。价值观的生态转变有利于我们思维的整体转变，将功利性的价值取向转变为互利性的价值取向，把人类的幸福衡量建立在一个更广阔的平台上。人类合理地改造和利用自然，自然也会给人类以应有的回报。人类不是一个单独的群体，自然界也不是一个霸道的母亲，人与其他物种一样都是自然母亲的孩子，自然界中发生的一切也并不是孤立存在的，事情的发生与结束都是自然界相互作用的结果，人作用于自然界，自然界也作用于人。人是自然界中的一个群体，生存和发展都依赖于自然界，但人并不是自然界的奴隶，人反作用于自然，改造并利用自然，为自身创造更好的生存环境。人类通过理性地思维反作用于自然界，与其他物种相比较，人类理性地分析和计划，是因为人类能够更清楚地认识自然界的本质，可以根据其本质对自然进行改造，达到最终的目的。为了实现全社会价值观的改变，我们应当综合运用多种方式，加大宣传力度，普及教育管理，在全社会范围内树立尊重自然、爱护生态的伦理观念；推进消费观念的更新，抑制过度消费，形成利于环境的绿色消费；以生态价值观指导人类的实践活动，爱惜资源，提高利用率，发挥人的主观能动性，尽可能地减少资源能源的浪费和对环境生态的破坏。

（二）建立和谐的生存模式。

自然界中的一切系统都不是独立或唯一存在的，他们都是处在与其他系统错杂之中，互相有着不可分割的联系，也有不能相容的界限。但是，人类社会庞大的生物圈快速地融入了自然界，不断地对自然界的生产资料进行掠夺来满足人类自身的生产生活，同时众多的资源濒临枯竭，大量废弃的物质残渣落入生物圈，对自然界造成了极大的损害，使自然界的物质失去了整体的循环能力。人类因此面临着“缺氧”的生活，人类的生命体在这一条件下被孤立了。人类难以从剩余的自然界中索取想要得到的生存条件，自然界也难以分解吸收人类所抛弃的残渣，生态平衡无法得到平稳的发展。

1.建立一种生态的价值观。生态价值观需要人类对科学技术及其应用持一种审慎的批判态度，将自然看做人类的朋友，它以人与自然的协调发展、协同进化为出发点和归宿，提倡以适度地利用自然资源取代过度地开发自然资源，以尊重和保护自然代替对自然的占有和征服。科学技术的运用不仅要从人的物质生活出发，而且要考虑到科学技术与生态环境的共生共荣，并注重人的生活的价值和意义的实现。

2.转变经济发展模式，走一条可持续发展的道路。既然是可持续发展，就不再是一意孤行，而是与自然和平相处，是在不破坏自然状态下巧妙利用自然。

3.建立一种生态文明的模式。生态价值观的建立，增长模式的转变，其最终目的就是实现文明的生态转型，从工业文明走向生态文明。“生态文明，是指人类遵循人、自然、社会和谐发展这一客观规律而取得的物质与精神成果的总和；是指人与自然、人与人、人与社会和谐共生、良性循环、全面发展、持续繁荣为基本宗旨的文化伦理形态”。

（三）规律化生产，走可持续发展道路。

生存发展观要求走规律化的发展道路。它转变高消费、高生产、高污染的工业文明生产方式，以生态技术为基础，通过对生产方式和生活方式进行生态化改造，以改善人与自然之间的关系。生态化生产方式是仿效自然生态系统中物质循环的过程进行生产活动的。因为自然和社会的内在规律是使人与自然和谐发展所必须遵守的。［2］任何事物都是自己的规律，自然也是一样，也有一些人类不可触摸的内在原则，人在生存和发展的过程中也需要有自己的规律。自然界是没有废物产生的，一种有机物的排泄物是另一种有机物的食物。再次利用，如此循环，支撑着自然界的万物生生不息。人类的经济活动实质上也是物质转化过程。在这一发展的过程中，人类遇到困难是无法避免的，在自然规律的作用下人不能随意地对自然进行改造和支配。在依赖自然的阶段，人类始终保持被奴役的地位，人类无法向自然索取需要的物质，而往往对自然产生敬畏和崇拜。在人类对自然认识的过程中，人类由依赖转为了征服，由于对自然规律有了深刻的认识，人类才能够对自然更好地利用和支配，只有附和自然，才能使人类的生存和发展进一步提高。人类对社会规律的认识，使人类的生产方式得到了应有的改变，起初人类只能直接向自然索取生产资料，而不顾自然的后果，当这一漫长的历史过程被人类掌握之后，人类才会更有效地对自然进行开发和支配，且不使自然受到破坏。只有对自然和人类社会的演变规律进行了解之后，人类才能与自然走入和谐共生的领域。从发展的角度来看，自然是人类的母亲，人类是自然的工程师，只有这样相互支持和谐的发展才能使人类社会和自然界有更多的可以统一发展的地方。

（四）合理运用科学技术使发展做到又好又快。

人类应以科学发展观为指导，使科学沿着正确健康的方向发展，从而使科学技术造福于全人类的幸福事业。这必然要求我们:转变思想观念，正确认识科技发展的“双刃剑”作用。科学技术极大地促进了人类社会的物质文明、精神文明和政治文明的进步与发展，这是科技给人类带来的积极效应。然而任何事物都有其两面性，生态环境的破坏、人类的生存危机都可以说正是科技的运用不当所带来的恶果。正如爱因斯坦所说:“科学是一种有力的工具，怎样用他而不取决于工具，全取决于人自己。刀子在人类生活上是有用的，但它也能用来杀人。”［3］所以我们的发展应是“又好又快”地发展，合理地利用科技，始终保持科技的良性发展。科技作为人类改造自然的工具，在实践过程中如果使用不当，则会带来极大的负面效应，直接威胁到人类的生存与发展。因此，我们要遵守“又好又快”的发展原则。所谓“又好又快”是指要始终保持科技发展与人类自身的生存与自然环境的协调快速发展，理性地规划科技发展的前景和后果。［4］在当下科技理性占主导地位的今天，我们面临生存的问题，不应该把这种问题的根源归咎于科技。科技只是一种方法论意义上的工具和手段，而人类盲目地利用生产工具对自然进行疯狂的索取，此时人才是最终的破坏者。只要规范人的行为，自律，自控，合理使用科技，那么科技的发展将给人类带来的是“又好又快”的发展，而不是灾祸。

人类实现对自然的和谐统一，这样的和谐是人对自己，人对社会，人对精神和谐的基础，只有人类的物质和生存得到了保障，才有可能实现以人为本、和谐发展的社会理念，保护生态保护自然，这是人类经历了千百年行为的总结。和谐是一切发展的本源。在围绕本源发展的同时，自然允许人类在一定限度内开发利用，来达到人类的需求；而人类也是自然的一员，有权利和义务对自然做出应有的保护和让步，只有自然得到了尊重和权利，才能更好地促进人与自然的和谐发展。

参考文献：

［1］刘福森.生态伦理学的困境与出路.北京师范大学学报.［J］，2008.

［2］何玉宏.构建人与自然和谐发展的生态文明［J］.中国社会学.

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The origin and history of bionic design for garment structure design had been described in this article. Many examples present widest application of bionic design in fashion design. The author expounded that the spirit of “harmony between man and nature” and “learning from nature” has permeated through fashion design.

人类除了自身的进化以外还不断向其他生物学习生存技能，取长补短。这是人类最初级的创造性活动，是人类仿生意识与行为的表现，虽然这些活动直接而朴素，但却是仿生概念得以发展的基础，是现代仿生学与仿生设计起源的雏形。

1 服装仿生设计的起源

20世纪60年代兴起的仿生学是一门模仿生物的特殊本领，利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学。仿生设计是在仿生学（Bionics）的基础上发展起来的一门新兴边缘学科，它不同于一般的设计方法，是以自然界万事万物的“形”、“色”、“音”、“功能”、“结构”等为研究对象，在设计过程中，有选择地应用这些特征、原理进行设计，为设计提供新的思想、方法和途径。

服装的仿生设计是在仿生设计的基础上延伸出来的，它不是对自然界生物外在形态的简单模仿，而是针对服装的整体艺术风格和各造型要素，仿照生物体和生态现象的外形或内部构造、纹理特征、色彩变化等而进行的设计实践活动。工业革命带来了现代科学技术的迅猛发展，机械美学使人类与自然产生了距离，服装的仿生设计仿佛连接人类审美与自然美的“桥梁”和“纽带”。

2 服装造型的仿生设计

服装造型作为服装设计参照的三大要素之一，在服装设计中占有重要的地位。服装造型是借助于人体以外的空间，用面料特性和工艺手段，塑造一个以人体和面料共同构成的立体服装形象。服装的造型分为外造型和内造型，其外造型主要是指服装的外部整体轮廓线，内造型指服装的内部款式造型，包括结构线、省道、领型、袋型、袖型等等。

服装仿生设计的重心，不在于造型上过分地追求与生物形态的形似，而是运用解构思维，将原型的基本构成元素加以拆分、打散，然后重新组合，从而形成全新的设计。仿生服装的设计思维是一种创造性思维，是对自然物种的认识和再创造的过程。

仿生设计在服装外造型的整体表达上并不是追求原型的逼真外形，而在于模仿原型的特征和韵味，结合服装和人体造型的特点，使其成为既有原型特征，又符合人体结构的服装造型。仿生设计的经典之作是设计师克里斯汀・迪奥于1953年推出的郁金香造型服装，是服装造型与仿植物形态完美的结合。他利用把胸向横向发展扩大的方法，并直接与袖子连接起来，肩线像拱门一样呈圆形，腰部收紧，下半身成细长形，整个服装外形很像郁金花的形状，故而得名。

服装的内造型在整个服装造型中也有着不可忽略的作用，通过服装内造型的细节展示出整个服装的设计特点。而在服装造型的细节展示中，仿生设计得到广泛体现的是袖型的设计，例如马蹄袖。马蹄袖最早起源于中国明代，清朝后，人们根据马蹄的外形将箭袖端头设计为斜面，袖口面较长，呈弧形，可以覆盖住手背，称作马蹄袖。马蹄袖的形成，是人们对自然界仔细观察和了解的必然产物。它平时挽起成马蹄形，遇到行礼之时，可方便地将“袖头”翻下来，既具有实用功能，又有很好的装饰效果。袖型是服装中至关重要的一部分，在袖子的设计中运用仿生设计，能够提升整个服装造型的美。

3 现代服装造型的仿生设计

3.1 现代服装造型的仿生设计的灵感来源

现代服装仿生设计艺术的灵感，一方面源自于深邃的历史文化，表达对自然的向往和热爱；另一个方面源自于对现代工业文明的反思。21世纪的设计界弥漫着一股“回归自然”的风潮，各个知识领域都在追根溯源，希望能在自然界中得到启迪。一些设计家们也在很多著作中系统地阐释了自然在设计中所起的作用。他们认为，自然的精髓在于不一致性和多义性，年轻一代的自然倡导者――约翰・罗斯金深受欢迎，他勇于把自然和设计的复杂性融合起来。人们开始更多的意识到自己与自然的关系。人类不是自然地主宰者，所以人的衣食住行都应遵循自然法则。于是仿生设计在服装领域广泛运用。现代的设计师们从自然中寻找灵感以期望达到人与自然，人与社会的高度统一。

3.2 整体造型展示

自然界本身具有特殊的、深不可测的魅力。服装整体造型的仿生设计使人们从服装艺术中充分感受着大自然的魅力。神秘的大自然总能触动设计师的心，给人以心灵的震撼。如水母是一种低等的海产无脊椎浮游动物，其外形像一把透明伞，伞体边缘长着须状条带触手，漂浮在蓝色的海洋里，显得异常美丽。如图 1，仿水母造型设计的服装，整体造型模仿水母伞状的外形；面料采用轻薄的白纱，模仿水母的轻柔、透明的感觉，服装整体与人体的功能、构造结合，就像半透明的水母一样柔美、飘逸，传递了大自然的美。

还有模仿自然界中的昆虫元素的设计作品，如黑色飞蛾。飞蛾将身体掩藏在翅膀下，娇小的头与后背上庞大的翅膀形成了鲜明的对比。设计师很巧妙地抓住了这一造型特点，设计出庞大的披风遮盖全身，与帽子形成巨大的反差，人体在黑色柔软的披风中若隐若现，让人有了更多的想象空间，同时诠释了新哥特主义。

3.3 细节造型展示

建筑艺术也是赋予服装设计师灵感的来源。如澳大利亚悉尼歌剧院的外型犹如即将乘风出海的白色风帆，设计师在服装的领型上注入悉尼歌剧院风帆造型，硬朗的线条搭配较大的银白色金属纽扣，建筑感十足（图 2）。

4 服装仿生设计的文化内涵

服装的“仿生设计”是模仿自然界生物造型、色彩等因素的设计活动，实际是从形式上唤起人们对于自然美感的视觉审美要求，同时还满足人们追求和谐与舒适的心理要求。其主旨是“师法自然”，而21世纪的主题正是回归的主题，提倡人与自然的统一。这种“师法自然”与“天人合一”的思想，既是中国传统哲学理念的精髓，同时亦是服装设计未来发展的主题。

仿生设计思维在服装造型设计中的应用是让我们更好的对自然界中优美的一面进行提炼和加工，服装设计师从对自然界的感性认识中给服装赐予生命的活力。自然界生物的美丽与时尚科技的结合，如连体鲨鱼装。

宇航服的设计灵感也可以来源于仿生设计。科学家从长颈鹿身上受到启示，在宇宙飞船升空时，根据长颈鹿利用紧绷的皮肤可控制血管压力的原理，研制了飞行服――“抗荷服”。 抗荷服在细节造型上安装有充气装置，随着飞船速度的增高，抗荷服可以冲入一定量的气体，从而对血管产生一定的压力，使宇航员的血压保持正常。同时，宇航员腹部以下部位套入抽去空气的密封装置中的，这样可以减少宇航员腿部的血压，利于身体上部的血液向下肢输送。

5 结语

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知识目标：

1、知道机械运动

2、知道参照物，知道运动和静止的相对性．

3、知道匀速直线运动．

能力目标：

1、观察实验能力：能从生活中观察到物体机械运动的实例．

2、思维能力：判定和分析机械运动，结合参照物的知识分析运动和静止的情况．

3、解决实际问题的能力：解释、判定自然界中的运动现象．

情感目标：

1、辩证唯物主义运动观的教育．

2、培养学生科技意识，热爱科学、崇尚科学的思想．

3、利用地球同步卫星的教学渗透爱国主义教育．

教材分析

教材从实例中引出了物体运动的问题，并称物置的变化为机械运动，再推广到自然界的实例中．参照物的概念也是由实例引出，并联系实际分析生活和自然界中的实例，要求学生会联系实际判定已知参照物的情况下物体的运动情况和由运动情况分析所选的参照物．在此基础上，感性的分析了匀速直线运动，并说明物理学研究问题的一种方法，即从简单的问题入手，逐渐深化，最后分析我国发射的地球同步卫星并思考一些问题．

教法建议

尽量不加深课本上的内容，而应当多联系实际，提高学生自主学习能力和由实践中学习的习惯，加深一些物理学习方法的体会．

通过讨论引入新课，引导学生思考问题，并直接界定物理学中的机械运动，对于运动和静止的相对性的学习，应当提出问题，学生讨论，并由此引出参照物的概念，关于参照物的问题要由学生列举实例，学生分析，教师可以做评价，最后总结分析的一般方法．在本内容的教学中可以使用适当的媒体资料，例如可以用课本的配套录像带"运动的相对性"并回答本节的练习．

匀速直线运动的教学，观察和分析课本上的实例，说明这是近似的匀速直线运动，由学生思考生活和自然界中近似的匀速直线运动，加深学生对匀速直线运动的感性熟悉，在此基础上给出定义．定义中只须讲清快慢不变，不宜引入速度的概念．

教学设计示例

教学单元分析

本节教学重点是参照物的教学，关于参照物要求能够由运动情况分析所选择的参照物和知道参照物判定物体的运动情况．

教学过程分析

一，机械运动

讨论引入新课，学生阅读教材的内容和提供的参考资料，阅读问题是：什么叫机械运动；举例说明自然界中的机械运动；课桌、房屋是否做机械运动，为什么；能举出绝对不动的例子吗．

对学生列举的示例可以进行分析，注重讲解的问题：我们把物置的变化叫做机械运动；宇宙是运动的，其中的所以物体都是运动的．

二，参照物

说明日常生活中对一些现象的解释，并进一步引出了参照物的概念，讲解时注重的问题是：通过实例分析，说明不同的人对运动的描述不同，其原因是他们对运动描述所选择的标准不同，我们把被选作标准的物体叫做参照物．

由学生列举实例说明当选不同的参照物时，同一物体的运动的情况，并深入分析选其他参照物时的运动特点．

分析两类实例：已知参照物，判定物体的运动情况；根据描述的运动情况判定选择的参照物．由学生的具体情况可以教师提供参考示例学生分析，也可以发挥学生的创造性，由学生组成小组，自行设计问题，讨论，由教师评价．提供一些参考示例：“天天的日起日落这句话是以什么做参照物的”、“地球同步卫星总是静止在地球的某处上空，这是以什么做参照物”、“以太阳做参照物，地球同步通信卫星的运动情况怎样”、“小小竹排江中游，巍巍青山两岸走”这句歌词中前半句和后半句中所选的参照物各是什么”等．

三，匀速直线运动

观察一些实例，可以提供录相和视频文件、图片让学生思考这些运动的特点，对于基础较好的学生，可以由他们发现其中的共性，总结出匀速直线运动的特点．讲解时，要注重匀速解释成快慢不变，而不要引出速度的概念，使学生形成对匀速的感性熟悉，并说明匀速直线运动是最简单的机械运动，而物理研究问题是从最简单的问题入手的．

对于想想议议中的问题，可以提供学生自然科学中的图片资料，对于基础较好的学生可以在课前就布置查阅资料的预习内容，要求查找关于我国卫星发射的情况和卫星运动的资料．

板书设计

探究活动

【课题】

查阅关于“列车速度”的资料

【组织形式】

学生小组

【参考题材】

1．列车发展的历史，包括我国的发展史和世界的发展史．

2．各个阶段的列车的速度．

3．各个阶段的列车的形式（例如蒸气机到磁悬浮列车）．

4．世界各地区对列车发展的贡献．

【评价方案】

1．网上查阅的资料，列出历史记录．

篇6

关键词：仿生学；产品设计；仿生设计

中图分类号：J524文献标识码：A

自然界中的生物经过亿万年的自然进化，有很多具备了美妙的形态、巧妙的结构和神奇的功能，这为人们解决产品设计工作难题提供了新思路。研究、学习、借鉴自然界中生物体的神奇特性，并把它们应用于产品设计中，改进产品的功能和形态，这已成为国内外的研究热点。仿生学的研究成果被广泛用于军事、医学、制造、航空等方面，与人类的生产、生活、未来发展有着密切关系。

1.仿生学概述

仿生学的标志是一个巨大的积分符号，把解剖刀和电烙铁积分在一起。这个标志的含义不仅显示出仿生学的组成，而且也指出了仿生学的研究途径。仿生学作为一门独立学科，1960年9月诞生于美国。仿生学主要研究自然界中神奇的生物，研究其独特能力和原理，并进行科学模拟试验，然后将得出的结论运用到产品设计和制造中去。仿生学是交叉学科，按研究领域可以大致分为形态仿生、功能仿生、结构材料仿生等等。

2.形态仿生

澳大利亚悉尼歌剧院是一座典型的仿生学建筑，如图1所示，贝壳形屋顶就是最大亮点。歌剧院的主体结构新颖，由3组壳片组成。1959年悉尼歌剧院开工，如何建造这些巨大的异形混凝土壳体，这是施工单位遇到的最大困难。1973年竣工后，立即成为悉尼市地标性建筑。2007年6月被联合国教科文组织评为世界文化遗产。

“鸟巢”是2008年北京奥运会主体育场，由中外著名的建筑设计师合作设计，外观如图2所示，建筑结构特别新颖，立面与结构的组件相互支撑，形成了网络状的构架，就像树枝编织的鸟巢，非常生动。

3.功能仿生

自然生物经过长期进化，不仅完全适应了自然，而且其进化程度接近完美，有一些已超越了人类现有的科技成果。正因为如此，人们才会由衷地感叹大自然造物的鬼斧神工，而研究和借鉴它们的优异结构和奇妙的功能，已经成为技术革新的新方向。

雷达的发明灵感来源于蝙蝠。蝙蝠能在黑夜里捕捉昆虫，从来不会撞上障碍物，这引起了科学家们的好奇心。经过大量研究，科学家发现其中的奥秘，蝙蝠在飞行中发出超声波，并能及时感知该超声波遇到障碍反射的回波，所以它们能成功避开飞行中的障碍物。雷达的发明受此启发，雷达发出的是一种频率更高，能量更大的电磁波。飞机装上雷达，飞行员如同有了千里眼，可以穿透黑夜和云雾，感知眼睛看不到的遥远目标。

昆虫复眼结构独特、功能优异，是重要的仿生对象。复眼结构虽然简单，但是视场大，对运动物体的感应十分灵敏。人眼和普通相机都是使用单个透镜聚焦光线，这种排列能够制造高分辨率图像；而复眼是天然的多孔径光学成像系统，可以产生全景视角，呈现显著的深度感官。科学家受到昆虫复眼结构的启发，成功设计了复眼照相机，半球状相机排列着180个显微透镜，视野达到了160度，能够同时聚焦物体的不同深度。复眼照相机在微型广角监视设备、内视镜等监视技术领域有应用前景。

4.结构和材料仿生

随着仿生学的深入开展，人们不但从外形、功能去模仿生物，而且从生物奇特的结构中得到启发。鲨鱼皮泳衣就是国际游泳界的神话。科学研究表明，鲨鱼皮肤粗糙的V形皱褶能够降低水流阻力，鲨鱼皮泳衣的超伸展纤维表面模仿了鲨鱼皮肤。根据这种特殊构造生产的泳衣富有弹性，另外还在接缝处模仿人类的肌腱，为运动员向后划水时提供额外动力。

蜜蜂蜂巢由一个个排列整齐的六棱柱形小蜂房组成，每个小蜂房的底部由3个相同的菱形组成，蜜蜂为什么要弄这么复杂的结构呢？这引起了科学家的关注。科学研究发现了其中的秘密，蜂巢中菱形的钝角和锐角大小竟然完全符合数学原理，即如何使用最少的材料制造出结实耐用的大房子的要求。蜜蜂筑蜂巢使用了最少的蜂蜡，就能做到蜂巢内部空间最大，结构稳定性最好，真是令人惊叹。

芳纶蜂窝是一种模仿自然界蜜蜂蜂巢结构、经由树脂浸渍的芳纶纤维纸制成的非金属复合材料，图3是芳纶蜂窝结构图，具有重量轻、强度高、抗冲击、耐腐蚀、隔音隔热，阻燃性能好、便于大面积整体成型等优点，被誉为飞机的“瘦身专家”。目前，美国波音公司和欧洲空中客车公司的所有民航客机都已全面使用芳纶蜂窝作为结构材料，主要用于图4中飞机机翼、发动机罩、舱门、地板、行李箱、侧板等。此外，芳纶蜂窝在高速列车、雷达、皮划艇、直升机、无人机也有广泛用途。

美国麻省理工学院科学家丹尼尔.诺塞拉成功研发了“人造树叶”，为解决能源枯竭问题提供了新解决方案。这是一种神奇的太阳能人造树叶，只要有太阳光，它就能将水分解成氢气和氧气，这些气体再被输送到一个分离的燃料电池中储存并发出电力。

自然神奇，创意无限。虽然人类在仿生学研究领域已经取得了大量重要进展，设计、制造了许多优秀的产品，但是神奇的大自然中仍然有无穷的秘密等着我们去探索，例如昆虫的变色隐身、神奇的壁虎、大豆的生物固氮。大豆有着神奇的生物固氮功能，直接吸收空气中的氮气变成植物蛋白造福人类；人们为了提高农产品产量大量生产和使用化肥和尿素，化肥和尿素工业化生产过程复杂，长期使用化肥提高了农业产量，却污染环境。借鉴容易，结合不易，认识自然、模仿自然、超越自然是仿生设计的三重境界。我们只有掌握了相关的专业知识，再经过仔细观察、分析、思考、研究、实验等过程，才能发现自然界的种种神奇之处和内在机理，才能真正找到产品设计、开发的新思路。

参考文献 

[1]戴君惕.奇异的仿生学[M].湖南：湖南教育出版社，1997. 

[2]崔福斋.仿生材料[M].北京：化学工业出版社，2004. 

[3]白莹.仿生建筑造型具象模仿的设计研究[J].包装与设计，2014（1）：105-107. 

[4]王美娜.仿生学的发展为产品设计带来新契机[J].艺术与设计·理论，2010（5）：193-195. 

篇7

关键词：仿生；桥梁设计；应用

一、仿生法的涵义

仿生法是人类对自然界生物自身形式或其运动状态进行模仿，利用其相似性来发明创造的一种学科。就目前而言，仿生法已经被应用到很多学科中，包括生物学、化学、工程学等，并在各自领域均发挥了重要的作用。自然界是一切生物的起源地，可以发现，自然界蕴含着宇宙的智慧，也正因如此，自然界中生物的组成结构往往比科学发明更先进。仿生法将自然界的智慧与各个学科相结合，更好的推动了科学的发展。在桥梁设计领域，桥梁设计师把感性层次的的自然智慧转化为可以度量的理性数据，经过总结分析形成一门系统的桥梁学科，以指导桥梁设计人员的桥梁设计工作。

桥梁设计是工程质量的前期保证，一是关系到后期的施工，二是关系到人们的安全使用问题。桥梁设计师作为桥梁设计的主体，对桥梁设计的质量以及安全都起到关键作用，而设计师的设计理念更是对桥梁的外观和结构起到决定性的作用。仿生法作为一门先进的学科，已经被应用到各行各业，并得到了很好的反响，因此，一个具有仿生法理念的桥梁设计师必然会更好地实现桥梁功能与造型的不断创新，这对于推动我国桥梁事业顺利发展具有十分重要的意义。

二、仿生法的理念与实践

经过亿万年的生物进化，各种生命结构已经呈现出非常合理化的状态。它们具有小巧、灵敏、高效的特点，现在很多科学领域都引入了仿生法，仿生法理念为科学领域提供了新的思路和方法、概念，通过对仿生法理念的应用各学科都取得了显著的研究成果。仿生法由于研究角度不同分类也不同，本文从宏观和微观两类来研究仿生法。宏观仿生法主要研究生物体（包括动物、植物、微生物、人类）和自然界物质存在的外部造型、表宏观仿生面纹理、力学构造特点、生物材料性能、生物的运动方式、行为规律、视觉意象等，微观仿生法则研究生物体内部微观系统，重点研究生物体能量转换、内部神经反应机理、信息传递处理和行为调控能力以及适应环境的生存能力等。在工程研究中，主要是研究生命系统中的结构或功能如何应用到工程技术中来实现其价值。通过研究资料分析仿生在工程中应用的可行性，然后建立模型，再通过计算机技术，分析、模拟、仿效生命系统，最后设计、制造出工程结构。

三、仿生法在桥梁设计与优化中的应用

人源于自然，因此从潜意识里对自然有一种难以言说的亲近感和归属感，因此在桥梁设计工作中，很多思路和理念都来自于自然界，如果仔细观察目前的桥梁，可以发现，有些桥梁造型与自然界的某些事物具有惊人的相似性，这也从另外一个角度说明仿生法在桥梁设计中已经占据着重要的地位。仿生法可以分为宏观仿生和微观仿生两大类，同样的，在桥梁设计中亦包含以上两类。然而，不管是宏观仿生还是微观仿生，按照应用来分，均大致可分为三个层面，即功能机理仿生、形态仿生以及结构仿生。

（一）仿生法在桥梁功能机理中的应用

仿生法中研究的生物，主要指的就是自然界中的动植物，而对动植物的机理研究又是仿生法的重要内容之一。机理研究主要研究与动植物相关的力学、动植物的运动形式以及植物的能量转换等。事实上，这类仿生人们很早以前就已经参与研究，例如参照鸟类的翅膀来对飞机两翼进行设计。值得注意的是，科学发明与自然生物之间虽然有很多通性，但是毕竟存在着一定的差异，因此仿生法的发展并不只是一个纯粹模仿的短期过程，而必须经历一个不断纠偏和调整的长期阶段才能达到较为理想的效果。

显而易见，桥梁在使用阶段，桥梁的可靠性和耐久性对桥梁自身的正常使用起着决定性作用，为了确保桥梁使用阶段的质量和安全，在桥梁设计阶段就必须全面考虑到这些影响因素，并寻找出解决方案。研究表明，参照动植物的机理来进行桥梁设计可以有效地解决桥梁设计问题，一个成功案例是德国一所大学的生物研究，研究人员对某种巨型植物的刚度进行试验，发现这种巨型植物能够调整自身的结构和形态来适应外界的压力，于是研究人员得到灵感，将此原理应用于大跨度桥梁的桥墩和桥塔，使得设计出来的桥梁能够很好地协调各个方面的压力，从而发明出有生命特征的大跨度桥梁，对当代桥梁设计的创新起到了很好的推动作用。

（二）仿生法在桥梁形态上的应用

最早的仿生法桥梁设计师对仿生桥梁的设计是一种纯粹的模仿，设计出来的桥梁形象怪异，甚至有些脱离实际，造成施工难度很大，有的根本无法与施工技术相匹配。随着设计人员设计理念的成熟，桥梁设计师渐渐意识到，仿生法在桥梁建筑中的应用，需要立足于实际状况进行设计，脱离实际的形态仿生是完全没有应用价值的，也是完全没有意义的。例如，尽管自然界中很多的生物形态具有很好的仿效价值，然而在实际的桥梁施工中，则很容易面临负荷超重，结构复杂，没有可靠的施工技术等问题，因此在桥梁设计中，必须根据现实需求科学合理地运用仿生法理论，严格分析其可行性，确定其实际可行了之后才能进行桥梁的设计工作。

（三）仿生法在桥梁结构中的应用

如果注意观察，可以发现在生物界中，有许多动物的骨骼结构、植物的外形结构均对桥梁的结构设计有很好的参考作用。另外，随着生物学科的迅速发展，生物知识不断在日常生活中普及，人们也逐渐认识到了自然界中更多的生物结构形态，而这些结构形态无疑为桥梁的结构设计提供了更多的设计思路，如果可以将这些生物结构应用于桥梁结构，则桥梁设计必定会有愈加广阔的发展空间。自然界的生物充满了宇宙的智慧，许多结构均有完美的对称性和实用性，一旦将这些原则恰当地运用到桥梁设计中，那么必定可以设计出低耗能、高质量并拥有美好外观的新型桥梁。

结束语

大自然是一位充满智慧的导师，拥有无穷无尽的知识让人类去挖掘和学习。可以发现，日常生活中各种产品的设计灵感均或多或少受到大自然的启示。同样，桥梁设计中仿生法的应用对于我国桥梁设计的发展将起到不可低估的推动作用，这种新型的设计理念为桥梁设计师们提供了和谐、新颖的设计思路，也是我国“科技强国、创新强国”战略在桥梁事业中的具体实践。

参考文献

[1]高聚福.空间结构仿生工程学的研究[D].天津：天津大学，2012.

[2]马修・韦尔斯.世界著名桥梁设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.35～37.

[3]刘福林. 生物群落结构原型的仿生法模拟[J]. 生态经济，2008，16（7）：151～154.

[4]王书荣. 自然的启示[M]. 上海：上海科学技术出版社，1978.18～21.

篇8

Abstract: Construction and utilization of public space plays a more and more important role in the plan and construction of modern city. It embodies the characteristics of city, and is the ties of human and nature. The use of bionics riches the designing method of city public space, and is the headspring of design innovation. It promotes the use of ecological idea in landscape design, which is significant and has vast potential for future development.

关键词： 仿生设计；城市开放空间；生态设计；可持续发展

Key words: bionic design；city public space；eco-design；sustainable development

中图分类号：TU984.11+3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）03-0083-01

0 引言

城市公共空间是城市环境的重要组成部分。随着城市文明的不断发展和城市居民生活质量的提高，人们对城市建设有了越来越高的要求，而囊括了所有供城市居民日常生活和社会生活公共使用的城市公共空间的设计则是城市设计的重中之重。设计师们从自然界中汲取灵感，以求通过模仿大自然的设计过程来解决环境所面临的问题。

1 仿生设计

自然界是人类科技进步的源泉。自然界的生物在漫长的进化过程中，为了自身的生存与发展，逐渐进化出适应自然界变化的各种本领。为了使人类更优雅地生存在地球上，设计师们开始尝试向自然界中的其他物种学习，听取他们设计上的建议。仿生设计便由此应运而生。仿生设计是以自然界万物为设计源，以其“形”、“色”、“音”、“功能”、“结构”等为研究对象，有选择地在设计过程中对这些特征原理进行综合、利用及改进，为设计提供新的思想、新的原理、新的方法及途径，以实现人类社会和自然的和谐统一。

2 仿生设计在城市开放空间中的应用形式

我国早在原始社会就有了仿生学的雏形，如古人们模仿飞禽学会了筑巢，由此躲避野兽的袭击；模仿鱼类学会了造船，由此取得水上运输的自由，等等。仿生设计发展到今天，更是在多个领域都有了突飞猛进的发展。仿生设计的源物体为自然界中的一切物种，包括人类自身。而涉及景观领域的仿生设计，主要有以下几种形式：

2.1 形态仿生 形态仿生是对具有美感的生物体的线条、形态、色彩等的直观模仿或对意境的提炼和升华。它用一种直白的方式蕴含自然哲理，表达出对自然的向往。由于具象形态容易表现情趣性、亲和性、自然性，直观地对自然对象的外观进行再现和模仿，可以传达出浓厚的情趣感和亲和力。故多应用于一些景观小品中来营造活动的氛围。如居住小区中用苗木修剪造型而成的鸟类、动物形象， 用石材等制作的人物塑像，以动植物形态塑造的园林小品等。

2.2 材料仿生 材料的仿生，就是通过对生物组成、形态、结构的研究和分析，研制出具有一定功能的人工材料，使之与周围环境协调。城市环境中最简单也最常见的一种就是仿木、仿竹、仿石材料的运用，能给人朴实、自然的感觉，可缓解人们因工作而引起的疲劳与压力，还能达到良好的视觉效果。

2.3 结构仿生 结构仿生是建筑仿生学中一个成熟的分支学科， 也是运用最为广泛的。结构仿生通过研究生物整体或部分的构造组织方式，对其力学结构和组织原则进行模仿，以解决问题。例如城市广场中常用的张拉膜结构，其灵感便是来自于昆虫轻盈的翅膀通过张拉产生力学美这一自然现象。

2.4 功能仿生 功能仿生是从功能出发，对生物的形态和结构、群落的生理机能或自然力的作用规律进行模仿。生物模拟学家Benyus认为“我们必须具备一种与这些生物体更相近的能力，那就是找到一个方法，减少材料用量，那种我们所用的材料，然后加上设计。”例如，人们模仿萤火虫的发光原理制成的冷光源可将发光效率提高十几倍，大大节约了能量；模拟自然界水体自净的过程来实现景观中水生系统的自我净化等等。

2.5 布局空间仿生 对空间布局的仿生常融合了形态、材料、结构和功能等多项仿生设计，使空间布局具有优美的构图、强烈的逻辑、完整的结构，并能够表达一个明确的主题。例如成都活水公园利用“鱼水一家”这一自然生态原理，在外形上采用了仿鱼形设计，为世人展示了模拟与再现自然环境对污水净化处理的全过程。

3 仿生设计运用于城市公共空间设计的意义

“想象要设计一个春天，想象一切和谐编排，想象那些时机、那些巧合，完全没有上对下的法则规律，或政策，或气候变迁草案，每年都这样发生。有很多争奇斗艳……空气里充满爱，有很多盛大的开场。而这些生物体，他们全都井然有序。”这是Benyus在TED演讲中描述的自然界，在这一描述中我们看到了人类所追求的和谐。大自然给我们的灵感是不会枯竭的，我们要向自然界中的生物学习如何与我们的生活环境和谐相处。仿生学的发展为我们提供了这一契机，它丰富了设计的形式语言，成为设计创新的源泉，促使生态理念运用于景观设计的更深层次。

4 仿生设计在城市公共空间设计中的发展前景

生态环境的不断恶化，使绿色未来、节能经济成为大势所趋。随着时代的变迁，环境的变化，人类逐渐发现生物界能够教给我们很多东西，仅仅认识这些生灵是不够的，与它们共处一室，不仅是为了研究，而是要从它们那里学到东西，以能够应用到人类的生活中，这可能帮助全球能源问题，减少浪费，提高能源的可持续性利用。德国著名设计大师路易吉·科拉尼说：“设计的基础应来自诞生于大自然的生命所呈现的真理之中。”自然给设计的启示不应仅仅只是视觉上的，环境系统中的仿生更重要的是研究自然生态系统如何维持自己，使人造环境具有与自然环境一样出色的功能。城市公共空间设计应将这些自然造物法则穿插运用，最大化的为人们营造接近自然的户外环境。当前人们都在追求低碳生活，但我国的城市共空间设计中还存在着许多关于环保节能方面的阻碍，但这可能是短暂的，随着材料、技术和设计水平的不断发展与提高，随着仿生设计的不断渗透，相信未来的城市公共空间一定会为人们追求低碳生活开辟更加广阔的道路。

5 结语

社会是不断发展进步的，环境的好坏可以做为衡量发展的标尺。通过向大自然学习，设计师可以模仿自然系统，不断设计出更高效的社会环境。

参考文献：

[1]申益春.论仿生形态设计在景观设计中的应用[J].规划师,2007,6：95-97.

篇9

关键词：硅；氧化剂；粗硅制取；Ellindham图

文章编号：1005－6629(2008)03－0072－03中图分类号：G633.8 文献标识码：B

硅是无机非金属的主角，是地壳的基本骨干元素，是一种重要的半导体材料。在中学阶段，以碳和元素周期律知识为基础，向学生简要介绍硅及其典型化合物二氧化硅的相关知识，扩大学生的知识面，培养学生科学素养，是非常必要的。

但在这一部分教学时，教师和学生始终存在一些疑问，下面就对这些疑问进行探讨，谈谈笔者的观点。

1对硅在自然界中存在状态的探讨

疑问：教材[1]146页第一自然段第二行：“在常温下，硅的化学性质不活泼，……”；145页第二节第一自然段第二行：“在自然界中，没有游离的硅，只有以化合态存在的硅，……”；既然在常温下，硅的化学性质不活泼，为什么自然界中没有游离态的硅单质？

探讨：

基态时,硅的原子电子组态为：Si:[Ne] 3s23p2, 硅原子价层3s、3p轨道有电子占据,能级相近的3d空轨道可以参加成键作用, 因d轨道参加成键, 除形成sp3d和sp3d2等杂化轨道外, 还使Si-O等类型化学键因pπ-dπ作用而大大增强[2]。

表1硅化学键的键长和键能[2]

由表1可以看出键能（E）的关系：E(Si-O)>> E(Si-Si)

自然界中硅的主要存在形式硅酸盐，主要是以[SiO4]4－基团组成， 在[SiO4]4－基团中，Si除以sp3杂化轨道和4个氧原子按四面体方向形成4个σ键外，Si原子的dx2-y2和O原子的p轨道相互叠加，由O原子提供电子成键，如图1(a)所示， 同时Si原子的dz2轨道也可和O原子的pπ轨道互相叠加，由O原子提供电子成键，如图1(b)所示。 由于这种pπdπ的作用,使Si-O键增强，键长缩短，键能增加。在硅酸盐中, Si-O键的平均键长为162pm，比Si和O的原子半径和(113pm+74pm=187pm)短25pm[2]。

图1 [SiO4]4-中的pπdπ配键(每种只示出一个)

(a)pπdx2-y2， (b) pπdz2， 注：引自文献[2]

在地壳形成时温度很高，且硅与氧具有高亲和力[3]，能够生成更为稳定的Si-O四面体结构，因此，丰度仅次于氧的硅单质在自然界中就并不存在了。即自然界中不存在由Si-Si键连接的纯硅单质, 而基本上是以更为稳定的Si-O键结合的硅酸盐的形式存在[2]。

2 对硅与强碱反应的探讨

疑问：教材[1]146页第一自然段第二行：“在常温下，硅的化学性质不活泼，除氟气、氢氟酸和强碱外，硅不跟其他物质，如……等反应”；硅与强碱溶液反应，氧化剂是何物？

探讨：

硅与强碱溶液反应氧化剂的常见观点见表2。

表2 硅与强碱溶液反应的一些不同观点

文献[6] [7][11]介绍了一些实验事实，下面是对实验事实的分析：

表3 硅与强碱溶液反应的实验事实分析

从实验事实可以看出，常温下，纯水与硅不反应，只有在600℃时，硅与水才反应，观点三将硅与水在常温下的反应分成条件不同的两个反应显然是不对的。只有无水加热状态下, 硅可与强碱反应，OH－作氧化剂。

该反应可分成两个半反应, 见表4：

表4 在碱性溶液条件下H(Ⅰ)-(0)和Si(IV) -(0)

电对的半反应及标准电极电势[8]

从电对标准电极电势可以看出理论上在碱性条件下H2O可作氧化剂氧化Si；从实验事实四分析，产生H2的量不决定于NaOH的量，从实验上也说明碱性条件下H2O可作氧化剂氧化Si，所以笔者支持观点四，此反应氧化剂是H2O，NaOH仅作催化剂。

在298K时硅与水反应在热力学上是可能的，但由于反应活化能较高故要使该反应发生，有如下方法：一是给体系加热，提供能量， 越过活化能（事实一）； 二是加入催化剂（OH－），改变反应途径，降低活化能[9]。

3 对粗硅制取反应的探讨

疑问： 教材[1] 146页第三自然段第二行：“在工业上，用炭在高温下还原二氧化硅的方法可制得含有较少杂质的粗硅。SiO2+2C Si+2CO”，为什么反应生成的是CO，而不是常见的CO2？

探讨：

1.假设反应为SiO2+C＝Si+CO2，则：

rG =[fG(CO2)+fG(Si)]－[fG(SiO2)+fG

(C)]

=(－394.4+0)－(－805.0+0)=410.6kJ>0kJ, 常温下，反应不能自发发生。

经计算：rH =465.89 kJ；rS =184.79 J・K-1

根据rG=H-TS2521.18K时，该反应才可能发生。

2.假设反应为SiO2+2C＝Si+2CO，则：

rG =[fG(CO) ×2+fG (Si)]－(fG (SiO2)+fG (C))

=[(-137.3)×2+0]-(-805.0+0×2)=530.4kJ>0 kJ, 常温下，反应也不能自发发生。

同理计算，根据rG =H-TS1766.88 K时，该反应才可能发生。即当温度超过1766.88K时，反应按生成Si和CO方式进行。

经以上近似计算，在高温条件下这两个反应都能进行。但生成Si和CO的反应比生成Si和CO2的反应易进行，因生成Si和CO的温度较生成Si和CO2低754.3K。在Ellindham图（图2）中 “2C +O22CO”线先于“C+O2CO2”线低于“Si+O2SiO2”线，也可得出该结论。

图2 Ellindham的氧化物生成吉布斯自由能与温度的关系图

注： 1)引自文献[10]， 引用图形时将无关部分除去；

2)图中m表示熔点；×表示相变

所以将SiO2跟C的反应写成SiO2+2C=Si+2CO更能合乎实际反应事实。

参考文献：

[1] 人民教育出版社化学室.全日制普通高级中学教科书（必修）化学第一册[M],北京：人民教育出版社,2003:145-146.

[2] 周公度.碳和硅结构化学的比较[J] .大学化学,2005,20(4):1-3.

[3] [英]C・A・皮尔斯.华东师范大学化学系翻译组译,硅化学及其应用[M],上海：上海教育出版社, 1984:6.

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篇10

关键词：建筑设计；审美；文化内涵

下文主要讲述了建筑设计和审美活动都是文化创新活动、审美与建筑设计的文化冲突与差异、审美与建筑设计文化融合以及文化的创新推动了建筑设计的创新。

一?建筑设计和审美活动都是文化创新活动

（一）建筑设计是人们为了追逐生活的高质量而出现的，建筑设计的观念和理念都与审美息息相关。为人类创造舒适的居住环境是建筑设计的目的，也是建筑设计的追求，建筑设计的原则追求和谐发展的目标，更是审美观的具体体现形式。建筑设计是人对自然环境有目的地进行改造，人们对于自然界的态度是建筑设计的重点，要保障建筑设计和审美活动相融合，完成建筑设计和审美活动的艺术统一。

（二）建筑设计的理念就是帮助人们改善传统的“冬冷夏热”的感觉，使人们无论什么时间呆在居民楼里面都感受不到外面的不适气候，建筑设计的理念是根据不同地域的不同气候特点，有目的地进行设计和建造的，建筑设计的目的就是为了改善当地居民居住的环境，比较潮湿、多雨、气温高的地区，建筑设计的特点就是为了防潮、透气和通风，一些地区的虫类比较多，建筑设计的特点就为了防止害虫侵袭，人们为了改造自身赖以生存的环境，才出现了建筑设计，在不断实践的过程中，不断地完善建筑设计，建筑设计由原来仅仅带有目的性转向带有审美观念的设计。

（三）建筑审美观念与建筑设计是分不开的，都是人类为了更加高质量、更加舒适的生活所进行的文化创新活动，而且所有生物的居住环境，都是根据生物自身的特点建造的，比如说动物的居住环境都是动物为了安全和温饱而建造的，一般都是占据有利的地理环境就容易满足，不追求美与不美，美丽与奢华都是人类这种高级动物的一种思想和态度，建筑设计的美观不是与生俱来的，也不是自身造就的，而是通过人类丰富的心理活动和积极的生活态度衍变而来的，建筑设计的艺术美是否高于自然环境的美，只有靠人类自身来做评判，而建筑设计的本身则没有这这么多的悬念，人们认为建筑设计的艺术美凌驾于自然美之上，艺术美就比自然美要美很多。

（四）建筑设计的艺术美是人的感性生活造就的，同时也是人类心灵的理性参与，使自然物能够塑造成非自然的美，能够使自然界中本身存在的东西制造成自然界原本不存在的事物，使自然界中的事物能够有用处，建筑设计的成果也是人类文明不断进步和完善的标志，建筑设计给自然界中的事物赋予了价值，使自然界中的事物更加人性化，建筑设计冲破了自然界的束缚，完成了艺术与实用相结合的完美理念，通过人类的智慧和想象创造出属于人类的有价值的艺术成果。

二?审美与建筑设计的文化冲突与差异

（一）建筑设计在某种程度上，是社会发展和人类文明进步的重要标志。建筑设计是在文化背景中和社会条件下产生的，建筑设计具有很强的历史性和代表性，建筑设计的特点还融合了民族性，不同民族历史发展历程也会不同，每个民族都有自己独特的文化背景和成果，建筑设计的文化内涵和审美就存在冲突和差异，建筑设计是将不同民族的不同文化内涵融入到设计里面，使建筑设计成为代表这个民族独一无二的文化成果，是不同民族精神文明与物质文明的结晶，不同民族的文化冲突和差异造成了建筑风格与审美的文化冲突和差异，受不同民族生产力发展的制约，建筑设计的理念和人的审美观念，代表的历史背景不同，文化内涵就不能够相融合。

（二）民族历史发展的独特性，决定了建筑设计独特的特点，建筑设计的特点和风格其实就是不同民族在历史衍变过程中的动态变化，是不同民族的亲身实践，审美和建筑设计都有民族性的特征，都代表了不同民族的民族精神和文化内涵。当外来民族的文化侵入本地风俗时，区域文化的特色就会拧成一股绳，一致地排外，避免不同的文化内涵相融合，审美与建筑设计产生了文化冲突和差异，不同民族崇尚的文化心理是不同的，审美观念也会有所不同，审美理想和审美趣味就会产生冲突和差异。

三?审美与建筑设计文化融合

审美与建筑设计，是将不同的专业知识技能有效地融合在一起并且合理的应用到审美与建筑设计的具体体现，建筑设计的专业有材料学、建筑学、物理学、哲学、社会学、历史学、心理学、化学、地质学等等，这些专业的特点和风格不一，建筑设计的风格特点都是这些不同的专业相互融合、相互借鉴、取长补短的过程中实现的，建筑设计的实用性、艺术性、合理性、科学性是这些专业能够相互容纳的原因，建筑设计的审美观与建筑设计的实用性的功能有很大的关联性。所有专业的不同风格和特点都是紧紧围绕建筑设计的理念和实用性的特点服务的。

四?文化的创新推动了建筑设计的创新

文化不断发展的过程造就了建筑设计在不同地域、不同时代、不同民族的表现形式。文化的不断创新和改善推动了建筑设计的不断创新和发展，文化的演变过程与建筑设计的演变过程是相辅相成的。

结语：建筑设计的风格往往反映人的心理特征和人的感性特征，建筑设计是一种创新文化活动，是为了改善大多数人的生存环境，使自然界中的事物能够得到充分的利用，建筑设计和审美实现了实用性与艺术性相结合，使人类文明和社会发展的象征。

参考文献：

[1] 盛忠谊 .湖南工业大学包装设计艺术学院. 论建筑设计与审美中的文化机制.院校风采.总第204期2010.04.01

[2]毛桂平.广东省科技干部学院.谈住宅小区的建筑策划设计与审美机制.实录与创意.2008.07.14.