《仿生学与工程应用》课程教学大纲

《仿生学与工程应用》教学大纲一、课程基本信息课程名称仿生学与工程应用Bionicsandengineeringapplication课程编码CHM422431020开课院部化学工程学院课程团队（未设置）学分2.0课内学时32讲授32实验0上机0实践0课外学时0适用专业（公选课组）授课语言中文先修课程课程简介（任选）《仿生学与工程应用》是一门面向全校本科生开设的以仿生学基础知识以及应用领域等教学内容为主的通识教育公共选修课的通识课程，目的是培养工科类高校学生在工程设计中创新能力。仿生学是一门新发展的交叉学科，“师法自然”是仿生学的核心，人类在学习、模仿、改造自然中不断前进，自然界给人们的启示也正推动现代科技与文明的发展。仿生学作为生物学，数学，材料学和工程技术科学的交叉学科，与自然科学、人文科学紧密联系，是人类科学进步与技术创新的源泉。《仿生学与工程应用》课程以加强学生能力培养和素质教育为主，通过大量的图文教学以及视频动画，使学生了解并掌握仿生学的基本知识，及其在机械、材料、建筑、医学、能源等工程领域的应用。通过本课程的教学和讨论，有望丰富学生的想象力，扩展他们的想象空间，增加他们对大自然的观察兴趣，从而提高同学们的创新能力和动手能力。“Bionicsanditsengineeringapplication"isageneralcourseforundergraduatesofthewholeuniversity.Thiscoursemainlyfocusesonthebasicknowledgeofbionicsandapplicationfields,aimingtocultivatetheinnovationabilityofengineeringstudentsinengineeringdesign.Bionicsisanewlydevelopedinterdisciplinarysubject."Learningfromnature"isthecoreofbionics.Humanbeingsareconstantlyadvancinginlearning,imitatingandtransformingnature,andtheinspirationfromnatureisalsopromotingthedevelopmentofmoderntechnologyandcivilization.Bionics,asaninterdisciplinarysubjectofbiology,mathematics,materialsscienceandengineeringtechnologyscience,iscloselyrelatedtonaturalscienceandhumanities.Itisalsoconsideredtobethesourceofhumanscientificprogressandtechnologicalinnovation.Thiscoursefocusesonstrengtheningstudents'abilitytrainingandqualityeducation.Throughalargenumberofgraphicteachingandvideoanimation,studentscanunderstandthebasicknowledgeofbionicsanditsapplicationinmechanical,material,construction,medicine,energyandotherengineeringfields.Throughtheteachinganddiscussionofthiscourse,itisexpectedtoenrichstudents'imagination,expandtheirimaginationspace,increasetheirinterestinobservingnature,andimprovetheirinnovationabilityandpracticalability.二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：让学生掌握仿生学的基本知识以及了解仿生学工程应用的基本原理。是2M2目标2：引导学生细致观察自然，培养学生在工程设计上的创新能力。是三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第1章第1章绪论本章重点难点：仿生学的原理，如何应用仿生学////21.11.1仿生学的起源具有优异功能的典型生物，从古至今各个时代人类有意识的仿生活动，不同时代仿生学的发展M10.5讲授//31.21.2仿生学的诞生仿生学的定义，对仿生学的广义理解和狭义理解，仿生学与不同学科的关系、应用技能，适用仪表类型选择M10.5讲授//41.31.3仿生学的要素仿生的动力——人类对仿生的需求，仿生模本、仿生过程需要模拟的对象，仿生成果制品M10.5讲授//51.41.4仿生学与工程应用的关系仿生学与科技创新，如何开展基于仿生学的工程实践，对人类有意义的仿生学的成果M10.5讲授//6第2章第2章昆虫形态结构与仿生本章重点难点：昆虫独有的优异功能，人们学习昆虫进行仿生的研究现状////72.12.1特殊的昆虫结构与形态体表形态结构、翅的色彩花纹与鳞片结构、足的性质、昆虫巢穴与形态结构等M10.5讲授//82.22.2昆虫结构仿生模仿昆虫外部形态结构，构建实用的技术系统或制造产品M11讲授//92.32.3感觉器官仿生昆虫复眼结构的仿生，昆虫嗅觉仿生，昆虫听觉仿生M11讲授//102.42.4昆虫其它仿生昆虫自卫仿生，昆虫群体协作仿生、昆虫发光仿生M21讲授//11第3章第3章运动仿生与仿生机器人本章重点难点：运动仿生的类型，仿生机器人概念，仿动物步行的机械及其设计，仿动物爬行的机械及其设计，仿动物飞行的机械及其设计，仿动物水中游动的机械及其设计////123.13.1运动仿生与机械设计动物运动方式的概述，运动方式的机械学基础M10.5讲授//133.23.2地面仿生机器人跳跃式仿生机器人，轮式仿生机器人，足式仿生机器人，爬行类仿生机器人M22讲授//143.33.3水下仿生机器人仿鱼水下机器人，仿多足爬行动物水下机器人，仿蠕虫水下机器人M21.5讲授//153.43.4空中仿生机器人仿生鸟，空中水母机器人，微型蜻蜓仿生飞行器M21讲授//16第4章第4章仿生材料与能源工程本章重点：仿生叶片，动植物特殊结构在锂离子电池中应用的优势，能够产生电流的生物与纳米发电机，钻井液中的中的仿生结构应用////174.14.1仿生叶片与人工光合作用仿生叶片结构，利用仿生叶片生产生物燃料，利用仿生共和作用光解水制氢M11.5讲授//184.24.2锂离子电池中的仿生结构细菌仿生与电极材料，仿棕榈树叶结构的锂离子电极材料，仿蚂蚁巢结构的电极材料M11讲授//194.34.3仿生结构与纳米发电机电鳗仿生与可拉伸纳米发电机，水母仿生与摩擦纳米发电机，压电式仿生纳米发电机M11讲授//204.44.4仿生钻井液与石油开采海洋贻贝分泌物与仿生钻井液，蚯蚓分泌物与润滑性，王莲及荷叶结构与仿生钻井液新技术M12讲授//21第5章第5章仿生建筑与生活本章重点难点：仿生建筑的意义，功能性仿生建筑，结构仿生建筑类型，仿生建筑的优势和局限性////225.15.1城市环境仿生仿生建筑的定义与研究意义，城市环境仿生的意义与具体实例M11讲授//235.25.2使用功能仿生功能仿生建筑的类型，功能仿生建筑的具体实例介绍M11讲授//245.35.3建筑形式仿生不同性质的仿生建筑类型：圈式空间，移动结构，甲壳结构等M11讲授//255.45.4组织结构仿生组织结构仿生建筑的实例介绍，仿生建筑的优势和局限性M20.5讲授//26第6章第6章材料仿生与医学工程本章重点难点：常用生物医用仿生材料，医学工程材料的仿生设计原则，血液相容性表面材料的应用、组织工程、药物传输系统及生物医用检测和诊断等生物医学领域的应用////276.16.1生物医用仿生材料的仿生化方法生物医用仿生材料的特点和要求，生物医用仿生材料的应用和发展，生物医用仿生材料的仿生设计原则M10.5讲授//286.26.2血液相容性仿生高分子材料抗生物粘附仿生表面，伪内膜化仿生表面，生物活性仿生表面，液晶态结构仿生表面M11.5讲授//296.36.3仿生技术在组织工程中的应用组织工程材料的仿生设计，仿生技术在皮肤、骨组织、软骨组织及神经组织等组织工程中的应用M11讲授//306.46.4仿生材料的生物医用检测和诊断中的应用医用检测中仿生材料的组成和工作原理，生物传感器，仿生配基亲和色谱M11讲授//31第7章第7章生物体仿生与人造器官本章重点难点：人工组织与人造器官的关键作用，人造大脑的原理，鼻子功能仿生，人造耳的功能实现////327.17.1人造脑蓝脑计划，人造大脑的原理，人造大脑的研究进展M11讲授//337.27.2仿生鼻鼻子结构，鼻子结构仿生，鼻子功能仿生，仿生鼻应用进展M11.5讲授//347.37.3人工耳耳朵结构，基因工程法生成人造耳，人造耳的功能实现M11讲授//357.47.4人造肌肉与皮肤人造肌肉材料选择，人造皮肤功能的实现，人造肌肉与皮肤研究进展M12讲授//36第8章第8章分子仿生与合成分子机器本章重点难点：生物马达工作原理，驱动蛋白仿生体系，分子机器的应用////378.18.1ATP合酶的仿生应用F0F1-ATP合酶：旋转分子马达，ATP合酶组装到人工载体上的仿生研究，仿生微胶囊与ATP合成M22讲授//388.28.2驱动蛋白的活性仿生体系驱动蛋白结构与功能，基于驱动蛋白的活性仿生体系M11讲授//398.38.3功能互锁分子与分子机器分子机器与分子器件，传感器与探针，光能捕获，分子机器与催化剂M11讲授//四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1考勤随机点名、刷卡点名等10%2课堂表现随机检查学生上课精神状态、回答问题情况20%3期末考试1.开卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。2.主要考核学生经过课程学习后是否掌握仿生学基本知识以及工程应用实例的原理，并进一步考察学生是否具备进行独立思考以及较好的创新能力。70%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1考勤10%A-缺勤2次以内。B-缺勤3次及以上且很少参加课堂讨论。2M1课堂表现20%（见试卷评分标准）3M1期末考试70%（见试卷评分标准）4M2考勤10%A-缺勤2次以内。B-缺勤3次及以上且很少参加课堂讨论。5M2课堂表现20%（见试卷评分标准）6M2期末考试70%（见试卷评分标准）评分等级说明：[A,B,C,D,E]=[90-100,80-89,70-79,60-69,0-59];[A,B,C,D]=[90-100,75-89,60-74,0-59];[A,B,C]=[90-100,75-89,60-74,0-59];[A,B]=[80-100,0-79]六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书|仿生学及其工程应用,周祖鹏，刘旭锋，甘良棋