《材料仿生与思维创新》教学大纲.doc

《材料仿生与思维创新》教学大纲 一、课程基本信息 课程名称（中、英文）： 《材料仿生与思维创新》 （Biomics of Materials and innovative thinking） 课程号（代码）：300003020 课程类别：校公选课 学时： 33 学分：2 二、教学目的及要求 仿生是一种设计思想，通过参考并模仿经过漫长时间考验的自然模式和策略来解决人类面临的难题。随着科学技术的发展，新兴的“仿生学”于1960年正式诞生。它成为生物学、数学、材料学和工程技术科学边缘上的一门崭新学科。对理工科，尤其是材料、高分子、药学或生命等学科的本科生，为了拓展其视野有必要进行仿生的高级科普知识的奠基，引发其浓厚的兴趣。兴趣是最好的老师，对仿生的兴趣将使学生从孤立、局部的思维习惯中跳出来，放开视野，养成丰富的联想。通过本课程的教学和讨论，有望丰富学生的想象力，拓展他们的想象空间，增加他们对五彩缤纷大自然的观察兴趣，从而提高同学们的创新能力。 三、教学内容（含各章节主要内容、学时分配，并红字方式注明重点难点） 概述 （3学时） 简要介绍仿生学研究的内容和材料仿生研究的内容，介绍本课程的目的、意义和要求，本课程的学习方法和讨论模式。 要点： 生命的启示 仿生学的概念，材料仿生与仿生材料 材料仿生研究的内容和分类 材料仿生需要思维开放 课程学习的目的、方法、要求 生命的起源与自组装现象 （6学时） 本章讨论生命的起源，介绍了生命起源的物质基础，并对自组装现象及其在材料仿生领域的应用进行讲解。通过本章的讲解和讨论，鼓励学生独立思考，深入探讨。 概论（1学时） 要点： 生命的意义 生命的重要属性 生命起源的各种学说 2、生命起源的物质基础（3学时） 要点： 生命起源的三个阶段：化学进化、生物进化、物种进化 生命发生的历程及相关证据 米勒实验及其重要意义，对我们的启示（讨论） 3、自组装的意义及其在材料仿生方面的应用（2学时） 要点： 自组装的含义，特点 不同尺度的自组装现象 自组装在材料领域的应用 自组装现象对我们的启示（讨论） 物种进化的物质基础（6学时） 从进化论入手，详细阐述进化论的发展、演化，讨论进化论的物质基础和对材料仿生的意义。介绍对进化论做出突出贡献的科学家，探讨他们的成长和研究之路对我们有何启发。 1、达尔文的进化论与进化树（3学时） 要点： 达尔文生平简介 达尔文进化论思想的形成及启示 拉马克的生平和贡献 进化论的证据和发展 孟德尔的生平和贡献 进化论的发展对我们的启示（讨论） 2、遗传的保守和变异是物种进化的基础（1学时） 要点： 遗传与变异的关系 杂交水稻新品种培育及启示 3、物种进化的宏观过程对材料仿生的启示（2学时） 要点： 具有自清洁功能的材料表面 从壁虎和昆虫的足谈起 仿生的构思与新材料（讨论） 个体发育中组织和器官的结构和功能及仿生应用（6学时） 本章介绍了动物个体发育过程及个体组织和器官的结构和功能，讨论了这些生物现象对材料仿生的启示。通过对本章的学习和讨论，使学生知悉：结构是仿生的基础，功能是仿生的结果；同时启发学生发现问题并提出解决问题的方法。为提高学生以后的科研能力奠定基础。 1、动物个体发育及其相关的仿生研究（1学时） 要点： 发育的基本过程 胚胎干细胞及其在再生医学中的应用 克隆技术 2、人体组织器官的结构与功能及其仿生（2学时） 要点： 骨组织的结构和功能与材料仿生 牙的结构和功能与材料仿生 血管的结构和功能与材料仿生 人体组织器官结构和功能对材料仿生的启示（讨论） 3、动物组织器官的结构与功能及其仿生（3学时） 要点： 蜘蛛丝的仿生 壁虎、蜘蛛等动物和昆虫足的仿生 昆虫翅膀表面的自洁性仿生研究 水黾轻功仿生研究 动物组织器官结构和功能对材料仿生的启示（讨论） 细胞膜与胞外基质的分子生物学特点及其仿生（6学时） 通过对细胞及细胞外基质这些微观功能单位的讲解，自其结构和功能上获得从分子水平仿生材料的启迪。 细胞膜的分子结构功能及仿生应用（4学时） 要点： 细胞膜的结构、化学成分以及功能 仿细胞膜的磷脂化材料 细胞膜受体仿生 微观仿生材料（讨论） 细胞外基质的组成和作用及其仿生（2学时） 要点： 细胞外基质的组成 细胞外基质的作用 仿细胞外基质材料的设计（讨论） 生命物质为材料的设计提供想象的模板（6学时） 从应用角度出发，举例说明生命物质为材料的设计提供想象的模板，在举例中引导同学们思考，并帮助同学们拓展创新思维。 要点： 基因治疗与仿生、创新思维 组织工程学和生物材料从生命物质获得启示 仿生思维已成为药