仿生学论文【推荐12篇】

仿生学通过研究自然界的结构和功能，启发技术创新，推动可持续发展，如何更好地应用于实际呢？以下由阿拉网友整理分享的仿生学论文相关文章，便您学习参考，喜欢就分享给朋友吧！

仿生学论文 篇1

从中学说明文的内容看：如《南州六月荔枝丹》、《蝉》、《眼睛与仿生学》、《语言的演变》、《中国石拱桥》、《死海不死》、《机器人》、《大自然的语言》等等。这些文章既有丰富的知识，又通俗易懂，富有情趣，能激发人们的兴趣。不仅给人以经验和智慧，而且给人以启迪和开拓。因此，说明文教学笔者认为决不能舍弃活生生的丰富多彩的知识本身，片面地就文教文，以致失去了让学生感受知识理趣的机会，而应该是让学生在吸收课文原有知识养料的同时，触类旁通适当地或介绍或引导学生去搜集相关的知识，激发学生进一步思考和研究的兴趣。那么，这样的说明文教学不但能上得扎实生动，而且对于丰富学生知识，开拓学生视野，培养能力、发展智力、陶冶情操更具有深远的意义。

于是，笔者在说明文教学中，运用下面四种教法，来调动学生学习说明文的积极性。

一、运用激发情趣的方法导入课文。

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，笔者上法布尔的《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，笔者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。笔者在教《蜘蛛》一课时，让学生猜谜：“南阳诸葛亮，稳坐中军帐。摆起八卦阵，单提飞来将。”谜面有趣简单，学生很快就猜着了。接着再提两个问题，蜘蛛 笔者一般是采用想象、联想、列图、猜谜和成语等较有情趣的方法来导人课文，以此调动学生学习说明文的积极性。

二、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！于是笔者就采用了生发和拓宽的方法，激发学生的兴趣。比如上《眼睛与仿生学》这一课，在理清该文说明顺序、结构和方法的基础上，介绍了仿生学的知识：在科学技术上，仿生学的产生主要是得到了动物某些特性的启示。现代高精尖的科学技术，如飞机、潜艇、雷达、超声波等无一不是从鸟的翅膀，鱼的流线形，蝙蝠的特异功能研究中得到启示而发明出来的，同时还温习了初中课文《松鼠》。学生兴趣盎然，思路也开阔了。课后，笔者干脆布置学生查阅资料，在了解某种动植物习性的基础上，发挥自己的想像力，写1篇与仿生学有关的科幻式小品文。学生的习作内容丰富多彩，趣味百出，有写绿色与伪装学的，有写跳蚤与生物战的，其中有个学生参考了课文《蝉》中蝉的习性，写了题为《蝉与音响学》，设想了要发明一种像蝉一样大小却能发出无限大声音的袖珍放音机。内容虽近乎荒诞，但却妙趣横生。这样的教学方法不仅大大地激发了学生读写说明文的兴趣，而且丰富了学生的课外知识，并取得明显的教学效果。

三、课内教学与课外研究相结合。

比如笔者教《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，后来笔者还为此开了专题报告会。四、结合课文，参照比较，开阔视野，启迪思维。比如笔者教《死海不死》这篇科技小品，让学生了解了死海的成因和变迁，使他们对海洋产生了浓厚的兴趣。于是笔者趁热打铁，印发了与课文相关的文章《未来海底世界》（选自《中学生之友》）这篇融科学性、文艺性和趣味性为一体的小品文与课文放在一起阅读，在内容上与课文互为补充，写法上又可以参照比较，让学生在学过的课文知识的基础上，比较这类文章的异同，这样不但能了解学生掌握课文知识的情况，而且对丰富学生知识，开阔视野，培养能力，启迪思维都起到很大的作用。同时，因所比较的文章富有趣味性，能引人入胜，这也就调动了学生自学的积极性。

从上述四点教法可以看出，它们在教学上有着重要的作用，笔者初步概括为下列三点：

第一，充分挖掘学生学习说明文的潜力，提高学生学习说明文的效率。这四种方法，都是以说明文的知识性、趣味性来激发学生兴趣为着眼点，这要就要求老师对每篇说明文教学给予精心设计，巧妙构思。它在结合讲析说明顺序——

说明对象——说明方法的基础上扩展教学内容。它既能提高学生思考、研究、想象和读写的训练效率，还能以特有的新意和创造性来引起学生学习的兴趣和快乐。

第二，有利于养成学生的自学能力和自学习惯。这四种方法是依据说明文的知识性、趣味性的特点而设计施教的，它能引导学生最大限度地发挥自己的聪明才智，去作更好的发现：或把课内所学的知识用于新环境，形成能力；或者通过某种变式获得新的知识和能力，使学生既获得课内知识，又领会怎样获得更新知识的方法和途径。

仿生学论文 篇2

论文摘要自然界是最伟大的造型师，其丰富的有机生命形态，有助于塑造造型设计的形式语言，使设计师能从这些精妙的有机生命形态中，获取灵感，以仿生的方式进行发明创造和产品的创新设计。仿生设计的应用，能够强化产品的动态美，突出产品的个性，增加人与产品之间的精神互动，使产品具有意象美和意蕴美。本文主要从仿生学、仿生设计学、仿生设计在工业设计中的应用以及仿生设计的未来等几个方面来阐述仿生，倡导工业设计师在仿生设计学的指导下，创造人、机、自然和谐共生的生存空间。

对设计师而言，自然界丰富的自然生命形态是个取之不尽、用之不竭的设计资料库。这些自然生命形态经历了几百万年的适者生存法则的自然进化后，不仅完全适应自然，而且其进化程度也接近完美。如将其融入新型包装，原来的几何线条将逐渐演变为柔和圆润﹑厚重饱满的有生命的线条，产品被赋予了“动”的神态。而且，仿生设计有利于突出产品的个性，尤其是当今的信息时代，人们对产品设计的要求和过去不同，既注意功能的优良特性，又追求形态的清新、淳朴，同时注重产品的返朴归真和个性。

提倡仿生设计，不但能创造出功能完备、结构精巧、用材合理、美妙绝伦的产品，同时还赋予产品形态以生命的象征，让设计回归自然，增进人类与自然统一。

一、仿生学与仿生设计学

仿生是高科技的代名词，它是指运用尖端的科学技术，来模仿生物的各种官能感觉和思维判功能，更加有效地为人类服务。各国都在不遗余力地加大在仿生学方面的研究。[1]

仿生设计学作为人类社会生产活动与自然界的锲合点，使人类社会与自然达到了高度的统一，正逐渐成为设计发展过程中新的亮点。自古以来，自然界就是人类各种科学技术原理及重大发明的源泉。生物界有着种类繁多的动植物及物质存在，它们在漫长的进化过程中，为了求得生存与发展，逐渐具备了适应自然界变化的本领。人类运用其观察、思维和设计能力，开始了对生物的模仿，并通过创造性的劳动，制造出简单的工具，增强了自己与自然界斗争的本领和能力。

艺术设计领域的仿生设计兼具自然科学和社会科学的特点。首先，它是一种新的途径和方法，具备社会科学的思辨性与形而上学的特点，并与美学、艺术理论等紧密联系。此外，它又具备自然科学的逻辑性、科学性、系统性和实证性，与空气动力学、流体力学、人机工程学等研究相辅相成。最为重要的一点是，它具备艺术科学的属性，是环境科学、生态科学在艺术领域的延伸，也为形态学、语义学、符号学的发展指出了一条新路。[2]

二、仿生在工业设计中的应用

归纳现代工业设计中的仿生，其主要表现在以下几个方面：

1、形态的仿生

形态从其再现事物的逼真程度和特征来看，可分为具象形态和抽象形态。

1）具象形态的仿生

具象形态是比较逼真的再现事物的形态。由于具象形态具有很好的情趣性、可爱性、亲和性、自然性，人们普遍乐于接受，在玩具、工艺品、日用品应用比较多。

2）抽象形态的仿生

抽象形态是用简单的形体反映事物独特的本质特征。是一种虚幻的，不实的形。抽象形态的仿生具有形态高度的简化性和概括性，形态丰富的联想性和想象性，同一具象形态的抽象形态的多样性这三个主要特征。同时在应用于产品开发时，具有生产便捷，产品形态多样化，满足不同层次的顾客等优点。

2、功能的仿生

动植物的某些方面的功能，实际上远远超越了人类自身在此方面的科技成果。生存在自然界中的各种各样的动植物能在各种恶劣复杂的环境中生存与运动，这是因为其运动器官和形体与恶劣复杂环境斗争进化的结果。植物和动物在几百万年的自然进化中，不仅完全适应自然，而且其进化程度接近完美。今天，我们生活在科学技术飞快发展的时代，学习和利用生物系统的优异结构和奇妙的功能，已� [3]

例如，科学家根据蜻蜒的飞行原理研制成功了直升飞机；根据加重的翅痣蜻蜒在高速飞行时安然无恙，人们仿效其在飞机的两翼加上了平衡重锤，解决了因高速飞行而引起振动的棘手问题；又如根据蛙眼原理，科学家利用电子技术制成了雷达系统，能准确快速地识别目标；根据萤火虫100%的光能转化效率原理，人类制成的冷光源，将其发光效率提高十几倍，大大节约了能量。

尽管如此，自然界的动植物千千万万，其许多高超的技能与奥秘人们尚未完全掌握，但可以相信，随着仿生技术的发展，各种仿生发明会源源不断地被应用到人类的生活中来。

3、结构和材料的仿生

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和肌理中也得到不少启发。人们在“仿生制造”中不仅是师法大自然，而且是学习与借鉴他们自身内秉的组织方式与运行模式。有的结构精巧，用材合理，符合自然的经济原则；有些甚至是根据某种数理法则形成的，合乎“以最少材料”构成“最大合理空间”的要求。例如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，这些结构与近代数学家精确计算出来的菱形钝角109°28′和锐角70°32′完全相同，是最节省材料的结构，且容量大、极坚固，令许多专家赞叹不止。人们仿其构造用各种材料制成蜂巢式夹层结构板，强度大、重量轻、不易传导声和热，是建筑及制造航天飞机、宇宙飞船、人造卫星等的理想材料。

因此，工业设计师要积极地关注仿生发明中精巧的结构和奇特的材料，并且巧妙地应用这些结构和材料，结合市场的需求创造出人们需求的产品，同时也要细心的观察自然，提炼自然的精妙，提出更多的构想，为科学家的探索提供更多的思路，从而创造更有价值的仿生成果，为人类创造更加精美更加丰富的产品。

4、界面仿生

要理解界面仿生设计，首先要知道界面。所谓界面，即人机界面，是人与机器进行交互的操作方式，即用户与机器互相传递信息的媒介，其中包括信息的输入和输出。好的人机界面美观易懂、操作简单且具有引导功能，使用户感觉愉快、兴趣增强，从而提高使用效率。

为了认识和分析仿生界面设计，可将其分类为：

1）功能性界面仿生

功能性设计界面接受物的功能信息，操纵与控制物，同时也包括与生产的接口，即材料运用、科学技术的应用等等。这一界面的仿生侧重于功能、结构和材料的仿生，它反映着设计与人造物的协调作用。

2）情感性界面仿生

情感性设计界面即物要传递感受给人，取得与人的感情共鸣。这种感受的信息传达存在着确定性与不确定性的统一。情感把握在于深入目标对象的使用者的感情，而不是个人的情感抒发。设计师“投入热情，不投入感情”，避免个人的任何主观臆断与个性的自由发挥。这一界面的仿生侧重于用形态、色彩、肌理等引发心理情感，体现大自然和谐与共生的精神哲学的仿生设计，它反映着设计与人的关系。

三、未来工业设计中仿生的前景

中国未来的工业设计必须以创意与革新为首要条件，唯有真正好用且务实的商品才能在市场上脱颖而出，让消费者感到贴心且实惠的产品方是企业制胜的绝佳利器。今天，我们生活在科学技术飞速发展的时代，学习和利用生物系统的优异结构和奇妙的功能，已� 许多事实说明，仿生设计学是发展新技术的金钥匙。

总结

综上所述，运用仿生性思维进行设计，不仅创造功能完备、结构精巧、用材合理、美妙绝伦的产品，而且赋予产品以生命的象征，让设计回归自然，增进人类与自然统一。因此，工业设计师要学会师法自然的仿生性设计思维，创造人、自然、机器和谐共生的对话平台。

参考文献

[1]倪海曙《视觉和仿生学》[M]，知识出版社，1985。

仿生学论文 篇3

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， 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� 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、润滑、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

21世纪是各种自然科学高度综合、相互交叉、彼此渗透的时代，仿生学是沟通各学科、行业的桥梁。中国科学院中国现代化研究中心［29］指出，过去500年里，世界上先后发生了5次科技革命，目前，第6次科技革命正向我们走来。从技术角度看，第6次科技革命，可能会以生命科学为基础，融合信息科技和纳米科技，是一次“创生和再生革命”，具体包括仿生、创生、再生的“三生”技术革命，主要涉及生命和再生工程、信息和仿生工程、纳米和仿生工程等［29］。路甬祥院士指出，随着人们对生态环境关心的日益迫切，将引发过程仿生学、能源仿生学等发展［1］。师法自然，石油工程仿生学的建立和发展，不仅顺应时展的潮流，符合科学研究的规律，更满足自身发展的技术需求。“智者千算，天只一算”，实践证明，仿生学能够为石油工业的发展与创新提供更可靠、更灵活、更高效、更经济的技术系统。材料仿生、表面仿生、信息仿生、工程仿生4个研究方向，涵盖了石油工业的绝大多数生产需求，将在功能材料、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，进一步推动石油工业的技术进步。

仿生学论文 篇4

1.有利于有效缓解就业压力。

近年来，全国高校毕业生人数持续增长，从2005—2014年，十年间增长了倍，大学生就业形势日益严峻。就业难问题的产生有我国经济下行压力加大、就业有效需求不足的因素，也有就业结构性矛盾突出、大学生自身就业定位不准确等原因。创业作为一种创造性劳动，本身就是就业的一个方面，创业教育通过培养学生的创业意识、创业思维，提高学生自身的创业技能，使学生具备创业的综合素质，继而让学生更加全面地理解创新创业的作用与价值，拓宽就业视野，确立多元的创业就业观，逐步具备开创事业的素质、知识和能力，变被动就业为主动创业，从而有效地缓解和解除就业的压力。

2.有利于促进大学生全面发展。

随着就业市场由卖方市场转为买方市场，用人单位在就业中的话语权越来越重，地方高校的大学生由于没有国家重点大学等光环的环绕，在求职过程中往往会遇到更多的就业问题。创业教育本身和创新教育密切相关，通过创业教育使大学生既能立足地方高校实际，又能开阔国际化视野，善于发现并及时利用各种新的机遇，把握在不确定环境下发现的机会，从而引领社会变革，顺应世界经济发展趋势，促进自身的长足发展。

3.有利于经济的良性发展。

近年来，我国经济总体上保持平稳，GDP增速一直在发展中国家保持前列。但我们不得不面对的现实是，我国经济增长主要依靠的是政府大量的资金投入和原材料的浪费，创新性高技术产业对经济发展的支撑不足。创业教育通过培养学生的创业意识、创业精神和创业能力并将它们成功转化为社会实践，一方面为高新技术产业和企业输送了大批创新型人才；另一方面这些学生又成为工作岗位的创造者，推动企业朝着创新型趋势发展，从而推动我国经济的快速、协调、良性发展。

4.有利于国家的和谐稳定和社会的文明进步。

创业教育的本质在于促进人的全面发展和培养人的综合素质，对学生开展创业教育，一方面激发学生的创业意识和创业激情，使学生树立正确的择业观念和职业生涯发展方向，有力缓解社会压力，促进社会的和谐稳定；另一方面使学生在走向创业的过程中更加准确地认识自我、定位自己，实现个人的人生价值，做到了人尽其用、人尽其才，有效节约了社会人力成本，推动了社会的发展进步。

二、当前地方高校创业教育存在的问题

当前，虽然地方高校都加强了创业教育力度，但在创业教育过程中仍存在着诸多问题。

1.创业教育理念落后。

当前的创业教育被很多地方高校定义为培养自主创业者，尽管大多数地方高校及其教育者已经意识到了创业教育的重要性，但创业教育的理念相对落后，由此造成的一个误区就是，在地方高校千篇1律地将创业教育的目的局限为培养自主创业者。而实际上，创业教育不仅是教会学生创业的知识和专业技能，更重要的是培养学生对未知事物的探索热情，使学生更深刻地理解他们所生活的世界，以及如何利用自身所掌握的知识和技能来改变这个世界，在实现自我价值的同时为社会的发展作出贡献，是想象力、创造力、洞察力、知识和实践能力的综合运用。

2.创业教育理论研究不足。

我国创业教育发端于上世纪90年代，围绕创业教育的研究也都处在初级阶段。近几年全国高校围绕创业举办了大量的创业大赛、创业论坛等相关创业教育活动，但创业教育仍在不同区域、不同高校间发展不均衡，创业理论研究不深入，相对比较散乱。就大多地方高校而言，目前在机构设置上，大多依靠学工部、就业中心、教研室等开展创业教育和研究，创业课程的开设、创业教育内容、创业教学大纲制定、创业理论与实践结合、创业教育评估机制等都处于初级研究阶段，创业课程体系不健全。同时，由于没有可参照的基于自身实际的教学指导理论，导致创业教育在创业实践过程中存在脱节和缺乏可操作性的问题，犹如纸上谈兵。

3.创业教育模式单一。

目前地方高校的创业教育存在创业模式单一的问题：一是第一课堂教育缺失。开设的创业教育课程大多是选修课，且更多偏向于创业意识的引导和创业意念的培养，对于创业实践真正需要的创业知识、创业能力涉及较少。还有很多高校依托就业与职业生涯规划课程来进行创业教育，所谓创业课程只是就业课程的一个模块或者是占用就业课程若干学时；二是创业教育对象片面化。目前，地方高校进行的创业教育主要针对部分有创业意愿或已经进行创业的学生，创业教育的对象单一，没有形成良好的创业教育氛围；三是以创业活动代替创业教育。很多高校仅仅是通过举办创业大赛、创业讲座、创业论坛、参观企业等活动来进行创业教育，缺乏系统化的理论支撑。

4.创业教育师资队伍缺失。

绝大多数的地方高校都没有专门的创业教育师资队伍，主要依托就业与职业教育、思想政治教育、经济与管理类课程等师资队伍来进行创业教育，师资队伍流动性较大，从事创业教育的老师大多是半路出家，本身缺乏创业理论研究和创业实践，在创业教育过程中也多是照本宣科，缺乏实际操作性，导致学生在创业过程中遇到实际问题时不能够得到很好的指导。

三、地方高校创业教育体系构建

1.转变创业教育理念。

创业教育不仅仅是教育和引导小部分学生去自主创业，其本质在于唤醒每一个学生的创新和创业的意识，挖掘埋藏在学生身上的创业潜能，培养学生在利用所学知识和技能改变环境的同时实现自身的价值。因此，创业教育不仅仅只是面对小部分人，而是应该针对所有学生，要从大一开始就培养学生的创业意识，让学生有意识地去创新，去探索，去尝试，将创业教育融入到专业教育和日常思想政治教育中去，不断完善学生的知识结构，使其在适应未来不断创新的世界的同时来实现自我发展和自我价值。

2.强化师资队伍建设。

师资队伍建设决定着创业教育的效果，高素质的创业教育队伍是开展高质量创业教育的关键。应该不断提高创业教育队伍的职业化和专业化水平，建设一支具备良好专业背景并具有较强实践能力的专业化教师队伍。在目前的师资条件下，可以选派具有一定专业背景的教师参加创新创业类培训来提升教育教学水平，也可以从知名企业、就业创业实习实践基地聘请相关人员来担任创业导师，通过走出去和请进来相结合的方法来充实创业教育师资队伍。另一方面，要建立创新创业教育工作奖励制度，调动广大教职员工参与创业教育的主动性和积极性。

3.完善创业教育教学模式。一要完善创业教育课程。

要按照教育部《普通本科学校创业教育教学基本要求（试行）》文件要求，开设面向全体学生的《创业教育》必修课程，增加创业教育所占比重。教学内容可以包括创业意识引导、创业创新、新企业创建、风险管理、新产品开发、技术创新、产品营销等；二要把创业教育和专业教育进行融合。要根据不同学生专业特点及人才培养目标定位，在专业课程体系中融入创业教育内容，鼓励专业老师开设创业教育类的选修课，强化创业教育在学生中的覆盖面和影响力；三要加强创业教育课程研究。要积极借鉴国内外高校经验，针对地方高校实际情况，深入研究创业教育的内容、方法和途径，促进创业教育教学改革，提高创业教育效果。

4.改革教学管理机制，探索实行创业教育弹性学分制。

在创业类课程中除了参加课堂教学可以获得相应学分外，应当设置弹性学分，例如对在课堂之外从事创业类活动、进行创业实践、开办企业、到企业参观实习等创业实践的学生给予相应的学分，对表现特别突出的学生可直接给予学分，免修相应的选修课程。鼓励学生选修创业相关课程，例如政治学、经济学、社会学、心理学、文化学、组织行为学、管理学、伦理学等，使学生在单纯掌握创业类知识的同时，加强了自身综合素质的培养，使学生更加准确地把握外部环境和经济发展趋势，培养了创新意识和适应未来高速发展的社会的能力。

5.更新教学方法手段。

创业教学过程中，要注重学生的参与度与主体意识，可以探索利用问题式、体验式、参与式的教学方式来吸引学生，提高学生理论联系实际的能力和参与教学的积极性与主动性。要注重采用实践教学，采用讲演训练、企业实习、参观访问等方式进行创业体验和基础创业实践，通过实践教学，使学生更为充分地了解外部环境，为合理规划创业目标提供重要参考。

四、结语

仿生学论文 篇5

论文摘要：创造性思维源自于生活、根植于生活，在生活中寻求和激发创造欲望，因此注重培养细致的“洞察力”尤为重要，对于周围环境和生活的敏锐洞察，锤炼并开拓设计思维的创造意识。仅有表达设计意图是不够的，还必须有一定的造型能力和较强的综合艺术修养，因此服装设计师在创作、构思的时候，一方面体现自己鲜明的个性风格，另一方面要对自然生活、社会生活有独到理解，两者互为融洽。

一、造型美的思辨

1.设计的感悟和范畴

服装造型是表现精神方面的思想，源于心灵的意念。这种美使人与服饰和自然处于一种协调、统一、和谐的状态。法国哲学家笛卡尔说过：“这种美不在某一特殊的部分闪烁，而在所有部分总起来看，彼此之间有一种恰到好处的协调和适中，没有一部分突出压倒其他部分，损害全体结构的完美”，也就是说，服装是一种整体美，表现人的气质、心理、个性及人体结构等因素与服装的整体统一性。

2.统一与协调

选择和整理造型设计的形状要素、色彩要素、材料要素、装饰要素，然后将这些要素归纳、结合配合成为统一整体。也就是说将各独立个体的美，采用调和、集中、支配、平衡、律动等手法调和汇集成统一的美，运用于服装上，就是将流行之各要素（服装流行色、款式、质料、花形及各部位的细节）配以首饰、帽鞋、皮包等服饰品和发型、肤色、气质与时代感等因素互为调和而形成服装整体美。

调和实际上是统一内部诸要素中间关系的原则，它意为衔接、协定、一致等，服装诸要素（材料、形状、色彩）都有其特定的特征，调和的作用就是将其特质互相连接并调整到统一的状态。

二、自然、生活与仿生设计

1.吸取于自然生物的造型

当一件模仿生物外形的时装设计出来的时候，许多人在惊叹之余同时亦产生了现代人是否已向原始穴居生活倒退的疑问……

远古时期，人类在为生存而与大自然搏斗时产生了对神灵幻觉的依赖，古老的植物、动物都成为原始人类创造、构想之源泉。古埃及人视圣甲虫、眼镜蛇等动植物为神灵之象征，希腊、古罗马的建筑造型艺术的原形是与月桂树、常青藤等自然界生物相联系的。一直以来，人类的发展历程中，总是把自然界的形态作为首要的艺术造型形态，这就说明了自然界中蕴藏了无穷无尽的美，而服装设计领域也同样如此。从模仿飞燕的燕尾礼服、模仿蝙蝠的蝙蝠衫，到模仿喇叭花的A形喇叭裙，仿照自然界生物造型的时装式样愈来愈受到人们的欢迎。我们把这种模仿设计称为“仿生设计”。“仿生设计”的流行魅力来源有三个方面，一是近年时装界的流行风潮刮起了“生态风”，由于工业化进程给人类带来了生存空间的恶化，自然生态遭到破坏，人类越来越向往以前美好的大自然，于是人们才觉醒应当重视环境保护，表现在服装设计中即形成了以“返璞归真”及“环保休闲”等的生态学的热潮，并逐步已成为时尚的主流。那么设计师在这种思潮和意识的引导下，无疑其灵感来源偏向于从自然界中吸取。

2.仿生装是时代的产物

自然界本身所具有特殊的、深不可测的魅力。仿生造型的艺术设计是在服装的功能形态结构、外部造型、动作，甚至其神态及与环境之统一与协调状况等多方面对生物进行模拟。“仿生设计”的哲学内涵与2l世纪服饰文化发展的内涵不谋而合。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，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“师法自然”与“天人合一”既是中国传统哲学理念的精髓，同时亦是“仿生设计”作为服装设计未来发展的永恒主题。因此可以说服装设计中的仿生设计受到了服装大师们的热仿生设计使得人切身体会到大自然的存在设计应先尽量遵从于自然法则，我们必须向自然界学习，使它和人类的才智融为一体。

三、服装造型的仿生设计

早在我国东汉末年，名医华佗在其创造的《五禽戏》中就开始模仿动物造型设计的人体运动动作，至近代的《大雁气功》更是把仿生学运用得惟妙惟肖。仿生设计首先是从人体运动上开始的，。自然界的动物、植物，社会中的生活、建筑物及立体形状等都是服装造型设计借鉴的对象。孔雀裙、燕尾服、荷叶领、灯笼裤等颇为常见。国际时装大师迪奥推出的“圆屋顶式样”、埃菲尔铁塔式外观以及皮尔。卡丹从中国的飞檐中吸取灵感，设计出耸肩飞袖的造型，这些都是对自然造型特征的模仿。

四、色彩仿生的借鉴

《天工开物》记载：“霄汉之间，云霞异色，阎浮之内，花叶殊形。天重象而圣人则之。以五彩彰施于五色……”大自然美丽的色彩是服装色彩借鉴的最直接来源。成熟的桃子、橘子等水果，饮用的咖啡，大自然的天、海、湖、山、晚霞、原野等自然色彩被设计师灵活地运用于服装色彩的匹配中，于是便有了桃红、橘红、橘黄、土黄、湖蓝、天蓝、茄紫、咖啡色、橄榄绿、玫瑰红等各种色彩或色调，这正是由于人们对于大自然美的热爱和情成了一股极强的诱惑力。同时这亦是对自然界精神内涵的借鉴，情感的互通。

五、服装材料的仿生

服装材料是服装设计的重要因素。其仿生设计可分为两个方面：一是面料仿生。目前仿生面料已达到以假乱真的地步，用自然材质如鸟兽羽毛、植物叶子等直接用于服装设计中，用人造纤维仿制自然纤维织物，如仿真丝，仿裘皮直接用于服装设计中。其二是纹样、肌理的仿生设计。俄国著名设计师扎依采夫将植物叶片纹样缀于男装上，把男性的阳刚与女性的阴柔完美地结合起来。

以式样的柔软化，结构、线条的流畅配以温馨的自然花形，更显成熟之美。还有采用特殊的印染方法(如化学印染、压花)和编织手法都可以表现各种各样不同的自然界美的肌理效果，服装面料的仿生设计得到进一步的发展。

六、文化内涵的体现

体现“天人合一”的整体观念，即“人与自然统一”观点，人是自然界的一部分，《庄子·齐物论》中有论述：“天地与我并生，而万物 形式的限制通过对自然规律的认识转化为表现的自由，最终产生别具一格的艺术品——融入与自然于一体、具有强烈装饰性和美感的艺术品。

另外，我们还可以通过图案中的形式塑造自然因素，塑造成的形象沟通内外和大小环境，将具体的形作为一种表达情形和意蕴知觉的手段，为整个设计增加魅力因素，如中国文化中有特殊含义的梅、兰、竹、菊等自然纹样，我们从造型风格中可体味到与我们相近的东西，那种对美好生活的向往和古朴、纯净的美，西方人往往是难以尽数由衷。近年来，设计界弥漫着一种“回家”的渴望，这股“自然风”针对于现代设计对标准化、机械化的极端追求，人们又发现自己置身于一个陌生而又毫无人情的环境之中，生活不富有生命力的和充满变化的，仅仅只是沉没于平面化的单调中。作为设计师以艺术家的身份融合高科技和人们感情需要，设计要体现协调人的理智和情感，给人以“回归”、“回家”之亲切感，因此造型朴素、符合自然生态规律的设计正好与信息时代的潮流不谋而合，这种以返璞归真的设计潮流使以人为本的设计理念有了更深刻的内涵。

七、中西融合兼收并蓄

努力发扬两种文化优良成分并加以锻炼融合，以求创造出适合信息时代所需的文化理念。运用到服装设计中，吸取中国传统文化中的意境以及它的表现手法，融西方文明中的比例法则、立体观、理性思维方式，这样可以互相为“用”同时面向自然，面向生活，面向当代，面向未来。

对于我国来说，目前正处于工业文明和信息文明甚至农业文明并存的时代，我们仍然需要发展经济建设，现代工业文明的讲究实效、增强科学技术的理性主义和现代主义艺术、追求功能美等观念对于我国时装业的发展有很重要的借鉴作用。

结论

时代艺术设计在处理中西文化关系上应当坚持中西融合，反对任何形式的文化保守主义和文化虚无主义，努力发扬两种文化优良成分并加以锻炼融合，以求创造出适合信息时代所需要的文化理念。

仿生造型设计是以自然界的一切东西作为参考资料，加以提炼成为可以应用到服装上，成为美丽动人的衣装，为人类的服装文明史更添精彩，也是符合社会大众，符合社会潮流的发展，比较贴切消费者的心理，依赖于传统文化的渊源和精湛的工艺艺术的完美协调工业技术支撑，才能做到推陈出新和迎合社会大众的文化心态。

参考文献：

[1]施赖贝尔。羞耻心的文化史。北京：三联书店，1988

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仿生学论文 篇6

关键词：复杂适应性系统；基于智能体建模；经济仿真；Swarm

中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1001-828X（2012）10-0-03

一、引言

自二十世纪五十年代博弈论学科基础和理论体系建立伊始，博弈论就被广泛应用于社会、经济领域，� 在博弈理论发展的同时，另一项加速人类历史发展进程的技术诞生了，那就是计算机科学。随着计算机技术的快速发展，计算机的体积越来越小，运算速度越来越快，功能越来越强，在计算机环境模拟经济系统运行的可能性大大增加。约翰·霍兰于1994年提出了著名的复杂适应性系统理论（Complex Adaptive System，简称CAS），为人们研究经济系统提供了一种重要的思路与方法，该理论同时成为目前经济系统仿真研究的理论基础。在具备了理论基础与技术基础之后，计算机环境下的虚拟经济系统仿真方法成为一种全新的研究手段。以霍兰提出的CAS理论为基础的，基于智能体建模的系统仿真方法成为博弈论研究的有力扩展，用以验证博弈理论的正确性，研究经济系统的演化过程，并推演新的结论。现在，经济仿真方法作为实验经济学的一种研究手段，广泛应用于经济、金融各领域的研究，对于经济系统演化、经济主体特征和政策模拟等领域的研究做出了突出贡献。

二、国外经济仿真研究综述

基于智能体建模的经济仿真方法是随着计算机技术的发展而产生的一种较为前沿的经济理论研究手段。由于国外计算机技术、系统科学等基础理论发展较为成熟，因此对于经济仿真的应用研究成果非常丰富。

美国的ASPEN模型可以说是经济仿真方法应用最早、成就最大的经济系统仿真模型。ASPEN模型是美国Sandia国家实验室开发的基于微观经济主体的经济仿真模型，主体自学习与自适应特性的引入使得该模型对经济系统的模拟更加接近于真实情况。ASPEN模型作为一个政策模拟平台，对美国的财政、金融领域政策的制定提供了重要的参考。

Strader、Lin和Shaw（1998）①对分散式装配供应链的订单执行情况进行了仿真研究，对经济仿真方法在供应链管理领域的应用进行了尝试。Bruun和Luna（1999）②利用开放性的Swarm仿真平台建立了一个用以模拟宏观经济系统运行的仿真模型，并通过该模型对经济的内生增长理论进行了仿真研究。Sapienza（2000）③建立了人工劳动力市场，模拟了不同类型的劳动力在市场中的流动，将经济仿真方法引入到了人力资源研究领域。Corazza（2000）④利用随机非线性动力学系统研究了垄断市场中供给方造假问题，对特定市场结构中的经济主体行为特征进行了研究。Tout和Stender（2001）⑤建立了一个具有适应性的经济仿真模型，研究指出了霍兰提出的遗传算法仿真模型的某些限制，及该模型与博弈论、控制论和进化论之间关系的缺陷，探讨了仿真模型在不同研究领域的适用性问题。Luna和Perrone（2001）⑥在综合了一系列学者在Swarm仿真平台的研究成果基础上，系统地阐述了基于智能体的经济金融仿真模型在Swarm仿真平台上的应用，为Swarm仿真平台的推广和发展奠定了基础。Francesco Luna 和Benedikt Stefannson（2001）⑦编著了一部系统全面的在Swarm仿真平台上进行经济仿真研究的专著，该著作系统论述了基于智能体建模和面向对象设计在经济仿真中的运用，同时也较为详尽地在技术层面上探讨了Swarm仿真平台的应用，并综合了各个领域的Swarm仿真研究成果，成为日后经济仿真研究的重要参考。LeBaron（2002）⑧建立了人工股票市场，将基于智能体的建模运用到了股票市场投资者行为的研究领域，使经济仿真方法的应用逐渐从宏观系统演化层面深入到微观经济主体行为研究层面。Foster（2005）⑨对经济系统的复杂性进行了深层次的探讨，研究指出，对于经济现象的研究不能过于简单，要从系统的整体性和复杂性深入分析经济现象的实质和内在联系。Jeffrey（2006）⑩指出目前的经济仿真研究中的经济变量大都具有排外性，如果要引入某些非经济类变量，通常要以效用函数的方式，基于此种情形，Jeffrey建立了一个用以引入非经济类变量的模型框架，扩展了经济仿真模型中对于非经济类要素变量的应用范围。

三、国内经济仿真研究综述

仿生学论文 篇7

关键词：仿生建筑建筑

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（）出版了一本著作，名为《建筑与仿生学》（ArchitectureandBionic），系统阐明了建筑仿生学的意义，建筑学应用仿生的方法，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（）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、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，使巴黎在世界

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。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（HansScharoun）在柏林设计建造的爱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。

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（AntonioGaudi），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（EeroSaarinen）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（FariburzSahba）在1975—1987年建成的印度德里的母亲庙（MotherTemple）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，它是通过生物千姿百态的后而探讨在建筑上的可能性，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（NerviandBartoli）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，长75m.奈尔维和维特罗西（）于1957年建造的罗马奥运会小宫，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，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中得到启示，创造了一圈丫形支撑体系，使空间结构与建筑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，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，混凝土厚度则为，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。

美国结构工程师富勒（BuckminsterFuller）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（BatonRouge，LA）建造的联合油罐车公司的巨大弯顶，直径达，就是应用晶体结构的原理建造的。1967年富勒和塞道（FullerandSadao）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，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（WilliamGardner）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（FreiOtto）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（VillaSavoye）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（HelioLaboratoryandResearehTower，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 篇8

开放教育下的学生与全日制的学生有所不同，特别是在英语学习过程中，这部分学生更会表现出自己独有的特点。

1、带有明显的旧式英语特点

笔者所谓的旧式英语，主要是指在英语刚刚兴起的时候，特别是在70年代、80年代的时候，基础教育英语教学主要以书面语为主，表现在课堂上就是教师带领大家学生词、翻译、讲语法。目前的成人学生，很多是在这种英语教育环境中接触的英语，他们的学习风格仍然带有明显的旧式英语特点。这些学生愿意通过听讲、背诵等方式学习，重视词汇学 而对于听力则不感兴趣，听的能力很差，甚至有些已经翻译过的短文，如果以听的形式出现，学生也辨别不出来。在这些学员眼中，背单词、学语法、做练习题才是正事。学习就是为了能记住尽可能多的单词，能做练习题。

2、带有明显的成人特点

成人学生不同于全日制学生是由于这些学生都是工作之后又来参加学习的，他们有一定的生活与工作经历，在理解能力、逻辑思维能力等方面比较强，但记忆力比较差。面对善讲的教师，他们的学习动力会比较持久。而全日制的学生往往是头几节课比较认真，一旦新鲜劲过去了，就没有学习动力了。成人学生的自我意识较强，对自己要求也比较严格。在学习过程中，很在意来自外部的评价，乐于接受肯定与表扬。他们乐于并长于进行理解性的知识学

3、带有明显的中华传统文化特点

学习风格不仅与人的性格、生理、心理等因素有关，也与环境有关。对于成人而言，他们中国的很多人是在传统文化的熏陶中成长起来的。例如，尊师爱生，师道尊严，一日为师，终身为父，等等。对这些，学生都很认可。在学生眼里，教师就是知识的权威。而且，成人学生很多都有缺憾感：由于当初没能听从老师的教导，导致升学无望，只能通过函授学习提高学历。他们是带着这样的缺憾感参加成人学习的，因此，对教师很尊重，也知道珍惜学习的机会。这也有弊端，那就是，这样的学生往往缺乏批判性思维，不能批判的接受知识，思维缺乏创造性。

4、带有明显的“被迫性”特点

很多成人学生参加学习都是在晋职、提干、工资等的压力下做出的无奈选择，带有明显的“被迫性”特点。成人的特点也决定他们普遍看中面子，如果在学习时赶不上，或者回答问题经常出错，他们就会焦虑不安。这时候，面对教师的提问，他们往往采取躲避的态度。因此，成人的课堂上，一般教学秩序比全日制的好，学生们都热真听课，但就是师生互动不好。

二、成人学生的学习风格特点的启示

一把钥匙开一把锁，对症下药，量体裁衣，这都是说，要具体问题具体分析。同样，对于开放教育下成人学生的英语教学而言，更要针对成人学生的学习风格特点，采取有针对性的教学对策。

1、课程设置要针对学生弱项

通过前面对成人学生学习风格的分析，我们知道，成人学生在英语学习时也有弱项，那就是对于听力则不感兴趣，听的能力很差，记忆力比较差。针对这些问题，要从英语课程设置、教学大纲的制定以及教材编写等方面力求解决之道。首先，要按照语言习得规律，组织形式多样的教学形式，强调视觉效果。例如，在教材中穿插精美图画或有趣的小故事；其次，针对学生听力弱项，在进行教材设计时，补充英语听说方面的内容，在训练层面，多设计一些交际对话中的选词填空等形式，在学生在做题过程中了解对话语言；最后，有目的的增加单词记忆方面的策略与技巧等内容，让学生学会记忆单词的策略与技巧。

2、教学模式要适应学生学习风格

成人学生特定的学习风格要求教师必须做出教学模式上的适应性变化，在教学方法上教师要尽可能做到灵活多样的，在教学评价上要兼顾不同学生的基础与特点。例如，针对成人学生特点，在重视阅读训练过程中，合理利用多媒体，通过视频材料逐渐加大视觉刺激，让学生不知不觉间就把英语国家的一些积极的文化合理吸收，为听力训练打下伏笔。为了搞好听力教学，教师应以组织活动做铺垫，通过让学生背短文、看英语电影，甚至组织英语沙龙等形式，营造浓厚的英语氛围。

3、教师角色要适应学生学习风格

仿生学论文范文 篇9

关键词：仿真模拟软件；文科；实验教学

中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2015）10-0043-03

长期以来，强调理论教学与课本知识的掌握是高校文科教育的习惯性思维和基本教学模式[1]。然而随着知识经济时代对创新性人才需求的不断增长，以教师为主体的灌输式教学模式已经不能完全适应现代人才的培养需要。实验教学是人文社会学科培养创新型人才的重要实践教学环节，仿真模拟软件作为一种新型的实验教学模式，已成为文科实践教学改革的必然趋势。

一、仿真模拟软件实验教学的内涵

教育部《关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》中明确提出：“要大力加强实验等实践教学环节，推进实验内容和实验模式改革和创新，培养学生的实践动手能力、分析问题和解决问题能力。”近年来，各高校在充分肯定文科实验教学的重要性的基础之上，将文科实验教学纳入人才培养的重要环节。文科实验教学伴随着新理论、新方法在教育领域中的应用逐步成长起来，不仅填补了文科教学手段的空白，而且扩大了文科的研究范围，更使文科的教学手法和研究手法大为改观[2]。

尽管实践教学基地、大学生科研训练等都是大学实践教学的途径，但是这些教学环节都在不同程度上存在“教育面不宽”（如科研训练难以普及到每个人）和“深入度不够”（如类似参观、听讲座的实践环节难以真正接触实际中的问题情境）等问题，因此，仿真式模拟构造“情境认知教学环境”成为必要[3]。现代学习理论认为，求知始于发问或质疑。模拟教学通过让学生持续面对各种典型的情境，培养他们在“例外环境”下的质疑思维以及分析问题与解决问题的能力，使枯燥的学习变得有趣[4]。

仿真模拟软件实验教学是指利用计算机的硬件和软件来模拟真实的实验环境及实验过程，让学生通过在计算机上独立完成实验，达到在有限教学时间内让每个学生独立完成实验的目的[5]。在国际上，最著名的仿真模拟是国际企业管理挑战赛（即GMC），是以一个综合性的计算机模型模拟真实的企业经营环境和公司管理，涉及营销、财务、生产、人才资源、研究与开发等方方面面[6]。在国内，最先由部分高校从国外引进了一些仿真模拟软件开展文科实验教学，取得了一定的效果。如何有效利用软件，使之真正成为教师开展实验教学的助手，使学生能够在实验教学中发挥主观能动性，将仿真模拟实验教学效果最大化成为当前一个重要问题。

二、研究框架及设计

（一）理论基础

情境认知理论（Situated Cognition）是20世纪80年代后西方学习理论领域研究的热点，该理论从对学习理论的自身研究反思出发，既满足了学校实践的需求，又顺应了学习理论的发展与丰富。1989 年约翰・西利・布朗、阿伦・柯林斯与保尔・杜吉德联合发表了论文《情境认知与学习文化》，这篇论文系统、完整地论述了情境认知与学习理论[7]。情境认知理论认为：学习的设计要以学习者为主体，内容与活动的安排要与人类社会的具体实践相联通，通过类似人类真实实践的方式来组织教学。该理论强调情境具有线索指引的功能，学习发生在真实的情境或事件中；学习者从事的是与专业学习领域相关的实践；提高学习者的兴趣度、责任感和意义感有利于引发其主动学习的动机[8-9]。

情境认知理论的研究观点为信息技术与课程整合、计算机支持协作学习和虚拟学习共同体的建设等教育技术的新领域提供了理论依据。近些年来的相关研究主要有，赵经成（2003）认为运用现代技术开展仿真模拟实验教学能够有效延伸实验的空间和时间，变被动学 邢振江、徐文涛[（2010）从提高学生综合素质、降低教学成本、促进就业和师生互动四个方面分析了情境教学的效果[11]。张军

征、樊文芳（2012）的研究表明模拟软件能够在创设自主探究学习环境和有效引导探究活动两个方面促进探究性学习[12]。本文根据情境认知理论和相关研究成果，从学习者个体特征、情境模拟的真实性、实践场和调动学习者主动性等方面研究仿真模拟软件在文科实验教学的应用。

（二）研究设计

本研究采用调查问卷的形式，样本取自Y大学人文学院公共管理、社会学和法学三个专业的二年级、三年级、四年级学生（一年级没有开设相关课程），随机发放问卷260份，取得有效问卷229份。

表1 被调查学生基本情况

Y大学人文学院是一个农业院校的纯文科专业学院，其中公共管理专业开设了两门使用仿真模拟软件的实验课程，而法学和社会学两个专业只开设电子政务一门带有实验的课程。因此本次调查选取的样本中公共管理专业的学生比例较高，占到60%。该学院三个专业都是面向文科招生，因此调查中女学生占到近六成，这与该学院男女生比例大致相符。

三、仿真模拟软件应用效果的影响因素分析

（一）模型

二分类logistic回归模型可以描述当各自变量变化时，因变量的发生概率会怎样变化。因变量Y是一个二值变量，取值为Y=1（事件发生）Y=0（事件未发生）；自变量X1，X2，…，Xm；P表示在m个自变量作用下事件发生的概率。建立包含m个自变量的logistic回归模型如下[13]：

（二）变量选取

本文以与传统文科教学方式相比，仿真模拟软件是否取得了更好的教学效果为被解释变量（Y）。依据研究目的最终确定了学生个体特征、情境模拟教学环境的真实性、学习者的主动性和实践场4类13个解释变量（X1，X2，…，X13），见表2。

表2 变量的含义及统计数据

（三）模型估计结果及分析

本文运用统计软件对样本数据进行二分类logistic回归分析，并在回归分析前将待分析的数据逐一组织成SPSS变量的形式。解释变量的筛选策略为“Enter”，表示解释变量全部进入方程，结果见表3。通过模型的回归结果，本文分析如下。

1.学生个体特征对实验教学效果的影响。第一，学生的年级与仿真模拟软件实验教学效果在统计水平上呈显著性负相关。说明低年级学生比高年级学生使用仿真模拟软件的实验教学效果更好。由于该学院所有课程使用的仿真模拟软件均出自同一个开发商，相同的操作平台使学生逐渐产生了厌倦感。第二，学生的计算机操作技能与效果呈负相关，且显著性水平较强。说明能够熟练操作计算机的学生参与实验教学的效果也较好。原因是仿真模拟软件教学是在利用计算机的实验环境中进行的，学生操作计算机的技能影响其使用仿真模拟软件的效果。一些学生不能很好地通过仿真模拟软件来开展实验，并不一定是因为专业知识或是软件的问题，而是不具备相应的计算机操作技能。

2.情境模拟教学环境的真实性对实验教学效果的

影响。第一，软件的仿真度与实验教学效果在统计水平上呈显著性正相关。软件能够全面模拟出现实情境，就会使学习者获得置身于真实困境中的权利和行使在真实困境中寻找解决方法的权利。学习者会感到对解决方法负有责任，而不只是从教师那里得到知识。第二，软件与课堂教学匹配程度与实验教学效果呈显著性正相关。情境认知理论指出为学习者提供的实践情境应当是与其学习领域相关。因此仿真模拟实验教学的设计要与课堂教学相匹配并能体现出教学重点方能发挥出实验教学的效果。第三，软件的实时更新功能和实验教学效果呈显著性正相关。不断变化的社会环境和知识更新，要求软件能够保持顺畅的升级渠道，及时更新才能保障其真实性。

3.学生的主动性对实验教学效果的影响。第一，学生对使用仿真模拟软件的兴趣度与实验教学效果在统计水平上呈显著性正相关。“兴趣是最好的老师”。学生对仿真模拟软件的兴趣越强烈，能够使用软件进行主动的探究性学习，越有利于发挥实验教学理论联系实际的作用。第二，学生对使用仿真模拟软件对找工作的影响与实验教学效果呈显著性正相关。认为仿真模拟软件的学习对找工作有帮助的学生，具有在该情境下学习的主动性，能够取得更好的实验教学效果。实际上，仿真模拟实验教学通过模拟现实工作情境增进了学生对实际工作的了解，对学生就业有很大帮助。因此，让学生认识到仿真模拟教学对增加实践技能和促进就业的意义，将有利于引发学生的主动性。

4.实践场地对实验教学效果的影响。实践场的概念是由教育心理学派学者提出，萨莎・A・巴拉布和托马斯・M・达菲将基于校园环境而创设的实践场理解为“为了达到一种学习目标而设置、创设的功能性学习场所与空间”[14]。调查数据的回归分析结果显示，实验室的环境对实验教学效果的影响不显著。而实验设备与仿真模拟软件的文科实验教学应用效果在统计上呈现正相关，并且显著性水平较强。在仿真模拟实验教学过程中，对实验室计算机的硬件、软件和局域网等均有具体要求。若实验设备不符合要求，将会影响到仿真模拟软件的使用效果。

四、结论与建议

本文利用Y大学的样本数据分析了仿真模拟软件在文科实验教学的应用效果。结果表明，仿真模拟软件在文科实验课的使用效果受到学生计算机操作技能、软件的仿真度、实验教学与理论教学是否能相互配合、学生的学习兴趣以及实验室的设备情况等多种因素的影响。为了更好地发挥仿真模拟软件在文科实验教学的效果，针对调查中的问题提出如下建议。

第一，科学合理地安排文科实验教学课程，将实验课和理论课同等重视。相较理工类课程，文科实验课课时较少。Y大学文科课程实验教学的课时仅为16学时，并且仿真模拟软件的使用多是设置在课程的实验部分，而未单独设课。这说明传统观念对文科课程操作性实验缺乏重视。扩充文科实验课的学时或单独设置实验课程，会更有利于培养学生独立思考、自由发挥、自主学习的能力。从而激发学生的学习兴趣，充分调动学生学习的主动性和积极性。

第二，为提高情境的仿真度，可以尝试校企联合开发仿真模拟软件。学校与软件公司携手开发实验教学仿真模拟软件的好处是，学校和任课教师能够更准确地表述软件需要具有哪些功能与课程及实验教学相匹配，从而保证了文科实验教学的需求；开发商具有软件设计和程序编写的专业技能，从而保证了仿真模拟软件的专业性。

第三，任课教师应让学生认识到通过仿真模拟实验教学的训练能够有效地提升动手能力和创新能力并对今后实际工作有所裨益。

第四，加强文科实验室的规划和建设。受传统“重理轻文”办学思路和模式的影响，一般学校对文科实验室的重视程度和建设经费远不如对理工科。

因此，文科实验室的建设应根据学科的办学规模、专业设置以及教学和科研的需求，对实验室的功能和预期效果进行准确定位和分析[15]，让仅有的资源效益最大化。

参考文献：

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仿生学论文 篇10

关键词仿生、抽象、界面、和谐与共生

前言

自然界到处充满活生生的“优良设计”实例，对设计师而言，是个取之不尽、用之不竭的“设计资料库”。诸如无生命的山川河流，有生命的飞禽走兽，还有多姿多彩的花草树木，除有丰富的造型之外，绚丽的颜色也给人以视觉上的无比享受。这些动植物经历了几百万年的适者生存法则的自然进化后，不仅完全适应自然，而且其进化程度也接近完美。这些自然的“优良设计”，有的机能完备，让人叹服；有的结构精巧，用材合理，符合自然的经济原则；也有的美不胜收，让人爱不释手；有的甚至是根据某种数理法则形成，它合乎“以最少材料”构成“最大合理空间”的要求。这些生物形形色色的奇特本领耐人寻味，使人浮想连翩。我们在赞赏之余，是否能从这些精妙的设计中，获取一些灵感呢？回答是肯定的。

一、历史上的仿生

人类在遥远的岁月似乎就认识到能从自然生态系统中领悟到自身生存、发展、进步的真谛。人类从蒙昧时代进入文明时代就是在模仿和适应自然规律的基础上发展起来的。回顾中国的古文明史，不难看到人们较早就留下了模仿自然生态的痕迹。从远古原始人构筑的人首龙身、人面鸟身等“人心营构之象”，到现实生活中以各种动物形态为原型的实用器皿，如牛形灯、猪、鹰形壶等。从神话传说中人的羽化飞升，到春秋战国时期的鲁班从草叶的齿形边缘中“悟”到了锯的原理等，大量的事例记述了人们对自然生命的外在形态和功能创造性地模仿。

国外亦然，古时人们看到鸟儿在天上自由自在地飞翔，就向往人也能象鸟一样飞上天，于是便用各种方法模仿鸟。经过漫长岁月，从最初的木制飞人发展到今天的超音速飞机，终于实现了人类在蓝天上自由飞翔的梦想。达芬奇被认为是现代仿生学之父。在大约公元1500年，他完成鸟翅模型之后，又画了一系列的无法实现的飞行设备草图。大约400年之后，奥托成功了，他根据鹳的翅膀制造的滑翔机成功地飞行了250米，而且他也取得了"滑翔机之父"的称号。而我们小时侯玩的竹蜻蜓，便是现代直升飞机的趋形。一直以来，许多研究者都在不断尝试把自然界的形态和功能类比的应用于科学。

由此可见人类师法自然思维由来已久，这便促成了仿生学的诞生，仿生学是在生物科学与技术科学之间发展起来的，模仿生物系统的原理来建造技术系统的一门新兴边缘学科。仿生学恰似“桥梁”和“纽带”，连接着生物科学与技术科学。仿生设计则是在仿生学的基础上发展起来的。它以仿生学为基础，通过研究自然界生物系统的优异功能、形态、结构、色彩等特征，并有选择性的在设计过程中应用这些原理和特征进行设计。

著名的德国工业设计师路易吉。科拉尼是仿生设计理论的大力倡导者和实践者，他那蕴藏着人类责任感的设计哲学思想，以及呼吁人类社会与大自然和谐统一的设计观念，都具有极其深刻的划时代意义。他鲜明的仿生设计原理与方法、强烈的造型意念和极具旺盛生命力的设计，成功地影响了后代设计师。

运用仿生性思维进行设计，可作为人类社会生产活动与自然界的锲合点，使人类社会与自然达到高度的和谐统一，仿生设计正逐渐成为工业设计发展的大趋势。

二、现代工业设计中的仿生

现代社会文明的主体是人与机器。人类在这种文明所导致的生态失调状况下开始反思并力求寻找新的出路，建立人与自然、机器的对话平台，共生哲学观强烈地呼吁人与机器、生态自然与人造自然之间合理的建构，创造人类社会与自然高度的和谐。那么，师法自然的仿生设计就是一种良策和新理念。

仿生设计是人们在长期向大自然学习的过程中，经过积累经验，选择和改进其功能、形态，从而来创造更优良的人造物。尤其是当今的信息时代，人们对产品设计的要求和过去不同，既注意功能的优良特性，又追求形态的清新、淳朴，同时注重产品的返朴归真和个性。提倡仿生设计，不但创造功能完备、结构精巧、用材合理、美妙绝伦的产品，同时赋予产品形态以生命的象征，让设计回归自然，增进人类与自然统一。

德国著名设计大师路易吉·科拉尼曾说：“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”。这话道出了自然界是蕴含着无尽设计宝藏的天机。归纳现代工业设计中的仿生，其主要表现在以下几个方面：

1、形态的仿生

形态从其再现事物的逼真程度和特征来看，可分为具象形态和抽象形态。

1）具象形态的仿生

具象形态是透过眼睛构造以生理的自然反应，诚实地把外界之形映入眼睛膜刺激神经后感觉到存在的形态。它比较逼真的再现事物的形态。由于具象形态具有很好的情趣性、可爱性、有机性、亲和性、自然性，人们普遍乐于接受，在玩具、工艺品、日用品应用比较多。但由于其形态的复杂性，很多工业产品不宜采用具象形态。

2）抽象形态的仿生

抽象形态是用简单的形体反映事物独特的本质特征。此形态作用于人时，会产生“心理”形态，这种“心理”形态必需生活经验的积累，经过联想和相象把形浮现在脑海中，那是一种虚幻的，不实的形，但是这个形经过个人主观的喜怒哀乐联想所产生的形变化多端、色彩丰富，这与生理上感觉到的形大异起趣。

归纳起来抽象的仿生形态具有以下特征：

1）形态高度的简化性和概括性

形态高度的简化性和概括性，指的是形态本质的抽象表现。通过对生物形态或非生物形态的科学分析，结合的我们的生活经验，均可证明一切形态的本质都是一种内力的运动变化。这种内力运动变化是产生形态的根据。在研究形态时，设计者从知觉和心理角度有意无意地都把形态的内力运动变化感受为生命活力，再通过形态抽象变化，用点、线、面的运动组合来表现生命活力。因此，形式上表现为简化性，而在传达本质特征上表现为高度的概括性。

这种形式的简化性和特征的概括性，正好吻合现代工业产品对外观形态的简洁性，几何性以及产品的语意性的要求，因此，它大量的应用于现代产品设计。

2）形态丰富的联想性和想象性

抽象仿生形态作用于人时，产生的“心理”形态必需生活经验的积累，经过联想和想象才浮现在脑海中。因此，它充分地释放了人无限想象力。同时因人的生活经验不同，因此经过个人主观喜好联想产生的“心形”也不尽相同，产生形态生命活力的感受自然丰富多彩。

3）同一具象形态的抽象形态的多样性

设计者在对同一具象形态进行抽象化的过程中，由于生活经验、抽象方式方法以及表现手法不同，因此抽象化所得形态有多种。

抽象仿生形态应用于产品开发时，在生产和销售中有以下优点：

1）生产便捷

抽象形态的形式简洁，这吻合了现代工业产品提倡的简练几何外观的特征，因此，对生产设备并没有特殊的要求，开发商可以方便快捷的进行生产，这为各种工业产品的仿生生产提供了无限可能。

2）产品形态多样化

具象形态不胜枚举，抽象后的形态更是不计其数，这为仿生的工业产品形态的多样化提供了选择的可能。

3）满足不同层次的顾客

抽象形态的联想性和想象性充分地释放了顾客的自由想象力，人们不但可以感受到产品形态的有机、可爱、情趣、亲和、运动等特点，同时因联想和想象不同，有的想起自己可爱的小宠物，有的想起一段美好的爱情，有的想起一个老朋友，有的想起一次愉快的旅行等，正所谓仁者见仁，智者见智。顾客从不同的角度感受到仿生形态赋予产品的艺术美感和想象空间，这就更容易满足不同层次的顾客，从而激起他们共同的购买欲望。

4)产品回归自然

抽象仿生形态的本质特征是由内力运动变化而产生的生命活力。这种特征赋予仿生产品以生命的象征，让产品回归自然，建立了人、机器、自然对话的平台，这种共生的哲学观合理地构建人造自然和生态自然之间的和谐，增进了人类和自然的统一。仿生型家具是模仿动物、植物等生物形体制作的家具，其形象十分逼真，以寄托对大自然的依恋之情，此种家具给人以大自然的感觉。

总之，具象仿生停留在模仿生物表层，思想性和艺术性的含量相对低一些；抽象仿生集中于提炼物体的内在本质属性，是一种特殊的心理加工活动，属于高层次思维创造活动，它侧重揭示物体的理念内涵。在现代仿生设计中，高、新、精、尖的工业产品，更适合用抽象仿生。

2、功能的仿生

人们发现，动植物的某些方面的功能，实际上远远超越了人类自身在此方面的科技成果。生存在自然界中的各种各样的动植物能在各种恶劣复杂的环境中生存与运动，这是因为其运动器官和形体与恶劣复杂环境斗争进化的结果。植物和动物在几百万年的自然进化中，不仅完全适应自然，而且其进化程度接近完美。今天，我们生活在科学技术飞快发展的时代，学习和利用生物系统的优异结构和奇妙的功能，已� 许多事实说明，仿生学是发展新技术的金钥匙。

仿生学的思想是建立在自然进化和共同进化的基础上的。仿生学试图在技术方面模仿动物和植物在自然中的功能。这个思想在生物学和技术之间架起了一座桥梁，并且对解决技术难题提供了帮助。通过再现生物学的原理，人类不仅找到了技术上的解决方案，而且同时该方案也完全适应了自然的需要。其目的就是分析生物过程和结构，并将此分析用于未来的设计。

在创造物质文明的过程中，人类常常将生物的某些特性运用到创造发明之中。例如科学家根据蜻蜒的飞行原理研制成功了直升飞机；根据加重的翅痣蜻蜒在高速飞行时安然无恙，人们仿效其在飞机的两翼加上了平衡重锤，解决了因高速飞行而引起振动的棘手问题；又如根据蛙眼原理，科学家利用电子技术制成了雷达系统，能准确快速地识别目标；根据萤火虫100%的光能转化效率原理，人类制成的冷光源，将其发光效率提高十几倍，大大节约了能量。再如仿昆虫单复眼的构造特点，人类造出了大屏幕模块化彩电和复眼照相机；仿狗鼻子嗅觉功能，人类造出了电子鼻可以检测出极其微量的有毒气体等等诸多令人惊叹的创造。

尽管如此，自然界的动植物千千万万，其许多高超的技能与奥秘人们尚未完全掌握，但可以相信，随着仿生技术的发展，各种仿生发明会源源不断地被应用到人类的生活中来。

在创造物质文明过程中，工业设计师该怎样更好利用仿生发明来创造产品呢？首先，要明确科学家或工程师与工业设计师职责的不同，前者解决物与物之间或物体本身整体与部分之间的关系；后者解决物与人之间的关系，即构建人机对话的平台。因此，工业设计师实现产品创造的基础是仿生技术发明的实现。这样，工业设计师就有两种方式来更好地利用仿生发明开发产品：

1）科学家先实现成果，工业设计师结合人类的需求转化为仿生设计

科学家先实现了仿生发明，但由于知识结构的差异，科学家不可能对市场和人的需求有一个全面而准确的定位，就不可能成功将其成果转化为市场所需求的产品，更不可能创造人性化的人机界面。而工业设计师正好能准确地捕捉到市场需求，结合优秀的仿生发明创造出人们所需求的产品，同时构建友好的人机对话平台，从而创造更多有价值的产品。

2）工业设计师先提出设想，科学家择优实现的互动仿生设计

科学家还没有实现某种仿生发明，工业设计师通过对自然现象的细心观察和经验总结，结合对市场需求全面而准确的认识，提出某种产品的构想或概念。科学家择优实现这种仿生技术，这使得工业设计师创造这种仿生产品成为可能。通过工业设计师和科学家的互动，从而创造有价值的产品。

因此，工业设计师要关注最新的仿生成果，同时也要细心的观察自然。

3、结构和材料的仿生

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和肌理中也得到不少启发。人们在“仿生制造”中不仅是师法大自然，而且是学习与借鉴他们自身内秉的组织方式与运行模式。有的结构精巧，用材合理，符合自然的经济原则；有些甚至是根据某种数理法则形成的，合乎“以最少材料”构成“最大合理空间”的要求。这些为人类提供了“优良设计”的典范。

例如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，这些结构与近代数学家精确计算出来的菱形钝角109°28’和锐角70°32’完全相同，是最节省材料的结构，且容量大、极坚固，令许多专家赞叹不止。人们仿其构造用各种材料制成蜂巢式夹层结构板，强度大、重量轻、不易传导声和热，是建筑及制造航天飞机、宇宙飞船、人造卫星等的理想材料。

最新科学研究指出，生物体都是由少数很简单的物质构成的，诸如糖、蛋白质和水之类。生物体的不同部分，从柔韧的皮肤到坚硬的骨骼，性能如此多样，关键在于从原子排列成分子，及从分子组合成纤维，晶体等半成品，在结构上的千差万别，就是由于结构的奇巧精致，形成了各种优越奇特的性能。

解生物体构造的这些奥秘，最直接的目的就是研制新型的“仿生材料”。研究人员模仿鲍鱼壳的微观结构，将铝分子充满在碳化硼分子之间，已初步研制成功新型的陶瓷材料，除了既坚硬又柔软以外，还可以感测并适应周围环境的变化，如果飞机机翼材料具有这种性能，那么遭到损害时能够感知并自行修复。具有和生物机体相同弹性的材料，伸缩自如，能成功地用来制作人工动脉。

因此，工业设计师也要积极的关注仿生发明中精巧的结构和奇特的材料，并且巧妙地应用这些结构和材料，结合市场的需求创造出人们需求的产品，同时也要细心的观察自然，提炼自然的精妙，提出更多的构想，为科学家的探索提供更多的思路，从而创造更有价值的仿生成果，为人类创造更加精美更加丰富的产品。

总之，破解生物体结构之谜，研制仿生材料的路还很漫长，目前人类只不过刚刚起步前行，但是仿生材料的应用前途无量，却是绝无疑义的。

4、界面仿生

在现代工业产品设计中，单纯地从形态、功能、结构或材料的某一个方面来仿生是很少见的，更多的是综合形态、功能、结构和材料的多个方面来进行仿生设计，而且还从大自然的生存哲学即和谐与共生的角度进行仿生设计，诸如绿色仿生设计，可持续仿生设计等。这种既从自然界的个体表现形式，又从自然界的总体生存理念的仿生设计，与界面设计的功能性设计和情感性设计是相吻合的，因此，我把这归结为界面仿生设计。

要理解界面仿生设计，首先要知道界面。所谓界面，即人机界面，是人与机器进行交互的操作方式，即用户与机器互相传递信息的媒介，其中包括信息的输入和输出。好的人机界面美观易懂、操作简单且具有引导功能，使用户感觉愉快、兴趣增强，从而提高使用效率。

美国学者赫伯特．西蒙提出：设计是人工物的内部环境(人工物自身的物质和组织)和外部环境(人工物的工作或使用环境)的接合。所以设计是把握人工物内部环境与外部环境接合的学科，这种接合是围绕人来进行的。“人”是设计界面的一个方面，是认识的主体和设计服务的对象，而作为对象的“物”则是设计界面的另一个方面。它是包含着对象实体、环境及信息的综合体，就如我们看见一件产品、一栋建筑，它带给人的不仅有使用的功能、材料的质地，也包含着对传统思考、文化理喻、科学观念等的认知。“任何一件作品的内容，都必须超出作品中所包含的那些个别物体的表象。”分析“物”也就分析了设计界面存在的多样性。

因此，为了认识和分析仿生界面设计，可将其分类为：

1）功能性界面仿生

功能性设计界面接受物的功能信息，操纵与控制物，同时也包括与生产的接口，即材料运用、科学技术的应用等等。这一界面的仿生侧重于功能、结构和材料的仿生，它反映着设计与人造物的协调作用。

2）情感性界面仿生

情感性设计界面即物要传递感受给人，取得与人的感情共鸣。这种感受的信息传达存在着确定性与不确定性的统一。情感把握在于深入目标对象的使用者的感情，而不是个人的情感抒发。设计师“投入热情，不投入感情”，避免个人的任何主观臆断与个性的自由发挥。这一界面的仿生侧重于用形态、色彩、肌理等引发心理情感，体现大自然和谐与共生的精神哲学的仿生设计，它反映着设计与人的关系。

如在计算机的设计中，硬件方面人们逐渐采用多种方式与机器交互，如自然语言接口、计算机支持的协同工作、眼动跟踪、姿势识别、三维输入、表情识别、听觉界面等，进行着功能性方面的界面仿生设计；软件方面广大的软件研制人员开发计算机用户愈为迫切需要的符合“简单、自然、友好、一致”原则的人机界面，即情感性方面的界面仿生设计。

总之，随着计算机广泛应用，它已经变成家喻户晓的商品，可以任意地装在人们的口袋里，用来帮助人们处理日常的办公业务和生活事务，自然的人机界面与和谐的人机环境已逐步变成信息世界关心的焦点。其他产品同样如此。因此，仿生设计使产品有更加完备的功能性界面和更加自然和谐的情感性界面，更好地满足人的需求。

三、未来工业设计中仿生的前景

今天，我们生活在科学技术飞速发展的时代，学习和利用生物系统的优异结构和奇妙的功能，已� 许多事实说明，仿生学是发展新技术的金钥匙。例如研究显示，不远的将来一种仿生电子眼可望诞生。因为科研人员已揭开眼睛是如何看到经大脑“翻译”的图像。他们已发明一种称为“细胞神经网络”的电脑微型集成电路，据此将发明仿生“电子眼”可以用来进行类似视网膜功能的图像处理。又如美国宾夕法尼亚大学医疗中心耳鼻喉科的医生不久将开展“仿生耳”植入手术，让从前失去听力的成人重获听力。再如科研人员以猴子作为人的替身，正在研究人大脑的思维与记忆的生理活动。他们设想，如果仿照人的神经系统，把它运用到电子计算机上去，就有可能诞生具有高级神经活动的生物计算机，那就是仿生学划时代的贡献。所有这些都预示着仿生科技前途似锦，而且仿生科技的探索永无止境。

另一方面，神奇的大自然向人类展示着精妙绝伦的生命形态和绚丽多彩的悦人色彩，同时，大自然还无声地阐释了自然界的生存哲学——和谐与共生。这种和谐的设计哲学呼吁人类社会与大自然之间的高度和谐统一；共生的设计哲学则呼吁着人与机器、生态自然与人造自然之间建立合理的建构，搭建人与自然、机器共生的对话平台。

总结

综上所述，运用仿生性思维进行设计，不仅创造功能完备、结构精巧、用材合理、美妙绝伦的产品，而且赋予产品以生命的象征，让设计回归自然，增进人类与自然统一。因此，工业设计师要学会师法自然的仿生性设计思维，创造人、自然、机器和谐共生的对话平台。

参考文献：

〔01〕《视觉和仿生学》倪海曙主编知识出版社1985

〔02〕《仿生学纵横谈》邵海忠编著江西人民出版社1981

〔03〕《世界现代设计史》王受之编著中国青年出版社2002

仿生学论文 篇11

论文摘要：在语文教学中，激发学生学习的兴趣，培养他们乐于思考的良好习惯；实施民主教学，让学生成为学习语文的主人；引导学生学会运用多种想像和联想；把课内学习与课外活动有机地结合起来。使学生的创新意识通过教学实践而真正转化为创新能力。

《语文课程标准》明确提出：在教学过程中，要“努力开拓学生的视野，注重培养创新精神。”因此。培养学生的创新能力势在必行。

一、激发兴趣，让学生养成“乐”于思考的良好习惯

“兴趣是最好的老师”，是学习语文的内在动力，浓厚的兴趣是促成创新成果产生的前提和保证。在授课时，教师要转变教学观念，不能一味地传授知识，自己唱“独角戏”，应当在教学中运用启发式、讨论式教学，精心设计提问，充分调动起学生学习的积极性，培养他们学习的兴趣。在课堂上，积极引导学生主动去思考，教会学生真正抓住文章的疑点“援疑质理”，这样才能激起学生创新思想的火花，激发他们求知的欲望，让他们在愉快的心境中获得新知，提高分析问题和解决问题的能力。

二、实施民主教学，让学生真正成为学习语文的主人

明确学生是课堂的主人，是教学的出发点和归宿。在课堂上，我们不妨把说话的权利让给学生，把黑板的一块让给学生。实践证明，让学生参与教学活动，一方面能培养学生的实践能力，另一方面能鼓励学生大胆质疑争辩。学生一旦参与教学活动，就能给课堂带来极大的活力。学生创新能力的获得首先在于其自主精神得到尊重和爱护，真正成为学习的主人，而教师的主导作用也只有在民主的氛围中才能发挥得更充分、更有效。

实施民主教学，要允许多种答案并存，教师不能搞“一言堂”。一个问题往往不止一种答案。从不同方面、不同角度思考，答案很可能不尽相同，正所谓“横看成岭侧成峰，远近高低各不同”、“条条大道通罗马”。因此，在教学中，有不少问题完全可以允许多种答案并存，否则，就可能使学生的创新思想受到禁锢。

三、坚持鼓励为主的原则，培养学生学习的自信心

教师在指导学生阅读文章时，要鼓励他们多动脑筋，从各个方面、各个角度提出疑难问题。培养学生质疑的习惯，目的是培养学生发现问题、提出问题的能力，教师应消除学生提问题的疑虑，坚持以鼓励、表扬为主。教学实践证明，学生是善于提出自己的疑惑的，也是能分析判断解决问题的。教师不顾学生对某一问题懂不懂，一味地讲，是对学生的能力缺乏正确的估计，是对学生思维发展的一种压抑。教师鼓励学生质疑，课堂上就会出现“百花齐放，百家争鸣”的局面。

鼓励发表异议。求异创新是一种广开思路、不依常规、寻求变异、多方思考、探求解决问题新途径的创造性思维方式，多端、变异、独创是他的主要特征。我们在教学中，要鼓励学生各抒己见，尤其应鼓励发表与众不同的见解。鼓励学生开动动脑，敢于提出异议，不迷信权威，不迷信书本和老师。

四、悉心引导，让学生学会运用多种想像和联想

爱因斯坦曾经说过：“想像力比知识更重要。因为知识是有限的。而想像力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”从这段话中我们可以领悟到：一个人的知识是静止的、封闭的和有限的，而想像力是运动的、开放的和无限的。因此，教师要想方设法教会学生运用假设想像、补充想像、超前想像、比拟想像等多种想像，使学生的创造性思维火化越来越多地迸发出来。

“联想是从一个事物想到另一个事物的能力。是侧向思维的一种形式”，是发展创造性思维的一种重要手段。教师要引导学生学会运用接近联想、对比联想、类比联想、因果联想等联想形式，让学生打开思路，使思维向纵、横、逆等多向扩散，变单向的直线思维为多向的辐射思维，从而有可能创造出新的形象、新的思想来。

例如读了有关“仿生学”的文章，引导学生展开类比联想：从鱼鳃功能联想到制造类鱼鳃，人们戴上它就可以长期遨游海底：由蝙蝠夜间飞行发出超声波。联想到给盲人安上“超声波收发仪”。可以像常人一样行动自如……

五、课内与课外相结合，使学生的创新能力具有“源头活水”

大语文教育的观点是：“语文的外延与生活的外延相等”，“生活处处有语文”。因此，我们不但要重视课内学习，还要结合教材内容，广泛开展语文课外活动，让学生在课外活动中，开阔视野，丰富知识，增长见闻，培养他们的创新能力。

仿生学论文 篇12

关键词：科技创新；实践平台；建设

培养创新型人才符合建设新型国家的需求，这点符合了国家的战略部署，对国家科技与经济的长远发展意义重大，通过创新的理论及实验教学来培养新型人才[1]。教育部调整了实践教学评估指标，调整的关键内容之一便是重视学生创新，考察并评估创新培养体系与效果，注重创新人才培养体系的构建，不但落实创新人才培育举措，需要着重考察学生参加实践性创新活动中获得的成效及收益等。实践教学需在多个方面进行创新，如教学方法、教学队伍等方面，顶层设计、整合资源，搭建开放式学生科技创新实践平台，系统化培养创新人才，为培养“创新意识、创新能力”的优秀人才而不断努力[2]。

1分层次开放型学生科技创新实践平台建设路线

开放式创新型的实验教学中心

开放式是实验教学中心为学生搭建科技创新活动基地，免费向学生开放，让学生自觉运用实验教学中心投入科学实验当中。创新型即实验教学设备的种类及构成，引导教师的素质及数量，开展教学，培育高素质创新人才，它构成了创新教育体系非常重要的一环。可较好地培育优秀创新人才，树立全部学生良好的创新意识，掌握较高的创新能力。创新型在各实验教学中心资源使用下服务创新型人才培养工作。为让实验教学中心更好地处于开放当中，学校提供投资及体制改革等的协助，制定了具体的管理政策。如强化考核实验室开放工作，将实验室开放作为学院绩效考核的一项指标而纳入其中；在核对实验室岗位数量中，将实验室开放系数提升到一个较高标准；研制并投入使用“实验室综合管理系统”，让实验室在开放状态纳入管理当中。学生在采用开放式创新实验之后，理论结合了实践，课内结合了课外，巩固了学生所学知识，把握许多学科知识及技能，更关键的是发散了学生创新思维，让他们具备了创新意识，主动参与其中。

搭建实验教学“大平台”

实验教学中心的建设不但要表现在规模上，还要体现在收益上。所以，我们搭建了实验教学“大平台”，它的特点表现在下述几个方面：（1）从功能上看，实验教学理念先进，仪器设备科学先进，将资源较好地整合到一起，达到统筹规划系统的效果，资源共享，无论是管理体制，还是运行机制，均符合创新人才培养提出的需求。（2）从种类上看，建立了按照大类区分的实验教学平台，很大范围上覆盖了相同学科，各专业学科相近的学生进行通用性实验教学活动。（3）从效益上看，满足培养方案的规定，调动了学生创新激情及欲望，培养创新型实践型人才，获得最大效益[3]。将实验教学改革作为教学的着手点，搭建了创新型实验教学平台。学校教学理论和实践结合在一起，围绕能力养成，开展分层次实验教学；教学内容逐步吸收科研及创新的创新成果，让实验项目处于更新状态；注重现代技术的引入，优化实验教学方法；教学比较广的范围覆盖，多次开采实验。且学校紧抓质量工程，深化改革。（4）从规模上看，具备了充足的实验教学场地及设备的支持，能够进行大范围的学生创新活动，实验课程教学、培训等。

树立新的观念

促进中心建设领导者一定要具有超前意识，认清目标；中心搭建了全体学生课外科技创新活动的平台，引导学生参与创新活动，中心在后续发展方向上要集中于创新基地建设。在此种主导机制影响下，学生创新意识与实践能力得到增强，科技创新活动取得了非常不错的成效：（1）学生科研立项。每年许多人参与学生科研立项。（2）大学生科技训练计划。由指导教师对项目作出申请带领学生完成项目，每年学生参与人数众多。（3）工程创新训练。各学院结合专业特征，自主开展不同类型的科技创新活动，形成了不同类型的品牌，如鸡蛋撞地球、创业计划大赛等，每年参与的学生人数众多。学生创新意识促使实验教学中心较好地构建，为实验室开放添加了新的元素；中心在创新活动服务中较好地照应学生创新活动获得了双赢的效果。

2分层次开放型学生科技创新平台内涵式建设

软件平台建设归属内涵式建设，表现为提升质量的特点，通过一些政策及制度的执行，使硬件投资获得最大的效益；内涵式建设是推动实验室稳定发展的路径[4]。

组织机构与开放运行模式

创新平台，执行2个等级的管理：一个是学院管理；另外一个是学校管理，中心担负校师资处、信通学院的责任，下面是实验室管理员及学生科技社团等。学生科技创新实验室吸收先进的图书馆管理方式，全天候向学生开放，学生能够及时进入到实验室，开展实验项目，科技创新平台在经费及实验仪器等上提供协助，让学生受益范围更广，促进了学生高效合理的学习方式，所以，硬件平台在内容及时间上均处于开放状态。实验室管理形式，“轮换值班制”，同时结合了学生骨干代管；在工作期间，交由实验室管理员值班，在假日时间内，学生科技社团负责管理。学生通过刷卡，进入及离开实验室，交给“实验室综合管理系统”统计学生的信息，并做出记录，及时监督及控制实验室运转。

链条式实践类公共选修课程体系

实践类公共选修课及学生科技创新平台逐步策划，同时投入开设当中，目的在于培养学生实践能力及创新能力。这些课程包括“校园DV”策划与制作、“控制模型制作与训练”及“SOPC技术与应用”。尤以“电子制作”归入到工程训练中心当中，“单片机”培训讲座等一些竞赛活动并未归入到教学计划中，这些课程包括了从大一到大三学年，将着眼点定位在培养学生兴趣上，将实践融入到拓展当中，在科技赛事指导下，建立对外开放的链条式教学体系。课程特点突出，课程和创新实验室彼此之间相互支持；课程主题是学生科技创新；课程多是实践；课程结合竞赛；课程有一定的趣味性及知识性，对转变教师教学方式与学生学习方式上具有突出的作用。（1）构建链条式实践类公共选修课程群。实践类公共选修课的开设主要是为了培养学生的创新及实践能力。（2）模块化课程内容设置课程使用了模块化的训练方式，各门课程均设置了若干制作项目，当完成其中一方面，便达到了课程要求。（3）开放式课程实施模式，因为学生作业负担比较繁重，较少有时间参与到选课休息当中，课程选用了开放式的实施模式，不对上课时间做出硬性规定，让学生自由主动地完成课程。（4）课程变竞赛实践课每年考核不易把控，以“课程与竞赛相结合”为思想指导，课程结束之后，组织开展相关科技竞赛；以竞赛的形式调动学生学习热情；且以竞赛成绩为准，公平公正地考核学生学习成绩效果。（5）从课程实践成效上看，链条式实践选修课程从推出以来，备受学生喜爱。选课的学生非常多，课程已经生成品牌效应[5]。课程于秋季组织开展了选课大会，以全校不同专业学生为对象，开展课程咨询服务，有很多学生踊跃采与，氛围激烈，会后，实验中心接待了许多报名人员，尤以大一新生人数更是较多使创新教育受益范围更广。

打造多元化师资队伍

培养学生科技社团

自觉与实践相结合，要求学生发现及解决、验证暑期社会实践问题。专业教师引导尚未解决的问题。解决实际中的问题，增添社团的活力，培育社团广泛的群众基础。从科技竞赛入手，暑期社会实践为学科竞赛提供了广阔的空间。学校每年开展各类竞赛，如程序设计大赛、创业大赛等，每年组织学生参加国家举办的“挑战杯”刨业大赛等活动。激发他们强烈的参与热情，以激活社团动力。由运行机制入手，健全科技社团体制。首先，学校对科技杜团活动提供引导意见，切实注重科技社团。其次，健全社团指导教师奖励及肯定机制。要求专业教师提供必要的指导。将社团教师工作和教评定职称、评优等结合起来。再次，制定社团评定机制。让所有学生均自愿加人科技社团中。最后，逐步健全激励机制。敢于让课外科技活动做得不错的学生免修一些课程，以物质形式奖励科技竞赛中获奖的学生。出色的学生科技社团，一般会培养出优秀的创新人才。在该中心大力扶持下，学生科技社团逐步进步，当前建成的团队包括“E唯协会”、“信通科协”。要求协会应热爱自己的专业，多次投入实践当中，创新电子，为他们提供专门的创新实验室，配置了日常中经常使用的电子器件及仪器设备等，全部交给委员自行管理。且借助各类活动，如技术培训、学科竞赛等，采用社团形式，以点带面逐步渗透到创新教育受益上，让他们变成学生电子科技创新的汇聚地。经过多年的建设，“E唯”常年注册会员非常多，本协会被赋予了“全国优秀学生社团”的称号。

3分层次开放型学生科技创新实践平台的运行

创新平台当前已经投入运行，是本校规模比较庞当运行效率最高的载体平台，无论是规模上，还是管理上，均趋近国内标准。搭建科技创新实践平台之后，该教学环境向公众开放，为学生提供的部分器材、机位是不收取费用的。平台的运营方式、管理模式、运行模式，这些均是摆在高校面前的难题。平台向全校开放，每年接纳的学生课外创新人数接近50000万次，公共开设了创新课程5门，每年招收的学生在1200多名，总共课时510；总共担负家级大学生创新创业计划30项，参与到国家及省级创新竞赛32项，从中获得奖项520项，公共参加学生3000余人；尤以在全国大学生电子设计竞赛中，组织700人参加比赛，参加比赛的人数在全国范围内是最多的；最终获得国家一级奖项3项，二等奖9项，省级奖75项；在竞赛引导下，让大学生创业层面更为广泛，受到政府组委部门的高度认可。学生科技创新平台处于开放运行当中。我们支持的方式是，吸收图书馆管理模式中净化部分，全天候均处于开放当中，开放时间从早上的8点起，到晚上的10点，我们将其称之为计划外开放；但“模电”、“数电”等都是实验当中不可缺少的课程，也就是计划内开放。从中不难看到，相比计划内开放，计划外开放更加复杂，需安排专业教师提供引导，进行必要的管理。本中心配置了此种类型的实验室7个，安排5名教师提供引导，并予以管理。本院创建了科技创新的岗位，为学生提供引导便利。指导学生科技创新的岗位。一些实验室交给学生社团，由学生自行管理，室内设置了工作台与不同类型的测试仪器，学生科协设置值班员岗位，全天候均处于开放状况。此外，我们支持，科技创新实践平台的存在是为了给出色的学生科技创新团队提供载体及平台，如小型可控潜水艇团队、智能楼宇控制团队等，实验室为他们提供了固定的机位与具体的条件。如此团队能较好地承袭特色项目，受到国家组委会高度赞扬，不断积累，打造学校良好形象。因为现阶段加盟科技创新学生人群变得越来越多，为调起学生科技创新的欲望，本年度实行“课外导师制”，将志愿及符合条件的教师组织起来，免费为学生提供引导，该举措的实施，凸显辐射示范作用，获得了非常不错的效果。

4结束语

搭建学生科技创新实践平台，培育创新型人才这是一项庞大且系统的工作，引导学生进行科技变革，需要教师拓宽自身知识层面，掌握良好的工程实践能力，且教师还要甘于奉献自己的事业。搭建科技创新平台，创新培养模式、革新教学手段，让学生更好地参与科技创新实践活动，投入更多的时间及精力，不断地进行探索，培养优秀的学生人才，促使学校发展，适应社会对创新性人才的需求，这是各教师应切实担起此项职责。

参考文献：

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