生物模仿技术精选(九篇)

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第1篇：生物模仿技术范文

 

生物学科是一门实验性极强的学科，学生除了掌握必要的理论知识外，还应学会如何用理论知识解决实际中的问题，实验教学作为教育教学的有机组成部分，就承载着培养学生这种能力的功能[1-2]。但是受客观条件的限制，学生在有限的时间内不足以做到熟能生巧，也不足以解决其疑惑和满足其兴趣爱好，开放实验室可以充分锻炼学生，培养学生创新意识，提高学生综合素质，有效利用实验室的资源[3]。

 

一、黑龙江大学中俄学院生物技术专业概述

 

(一)黑龙江大学中俄学院的定位

 

黑龙江大学中俄学院是黑龙江大学与俄罗斯新西伯利亚国立大学联合成立的，被教育部列入全国17所国家教育体制改革试点学院之一。学院以先进的教育理念、科学的课程体系为依托，打造“专业+俄语”的对俄高级专业人才培养模式;积极引进新西伯利亚国立大学高水平师资，他们承担学生70%的专业课教学任务;与俄方共同制定个性化人才培养方案，搭建高水平、多层次、宽领域、本硕博一体化人才培养平台[4]。

 

(二)生物基础实验中心与中俄学院的关系

 

中俄学院自2011年开始招生起即招收生物技术专业本科生，由于是以自主招生的形式选拔，因此学生素质非常高。为实现资源共享，生物技术专业的实验课(包括俄方教师承担的实验课)都在生命科学学院的生物基础实验中心开设。生命科学学院作为中俄学院试点的重要组成部分，积极创造条件满足教师的教学需要和学生提高专业技能的需要。

 

(三)生物基础实验中心为中俄学院生物技术专业开设的实验课程

 

生物基础实验中心除承担中俄学院生物技术专业的普通生物学、生物化学、微生物学、细胞生物学、遗传学、分子生物学和细胞工程、植物组织培养等实验教学外，同时也为俄方教师授课提供实验场所及所需设备。

 

二、基于中俄联合培养的创新实验室现有条件

 

2013年、2014年学校连续投入200多万元在生物基础实验中心筹建中俄联合培养创新实验室。该实验室除常规仪器外，还拥有高速冷冻离心机、蛋白纯化系统、DGGE变性梯度凝胶电泳仪系统、真空冷冻干燥机、超声波细胞粉碎仪、梯度PCR仪、凝胶成像系统、空气浴摇床、全自动凯氏定氮仪、分析研磨机、自动电位滴定仪、匀浆机、高压蒸汽灭菌锅、显微互动系统等一大批进口设备。为学生完成毕业论文以及完成自带科研项目或参与教师科研项目提供服务。

 

(一)创新实验室开放的内涵

 

有利于培养学生的实践与创新能力，有利于激发学生学习的积极性与主动性，有利于提高仪器设备的使用效率，有利于促进和提高实验教师和技术人员的水平。

 

(二)基于中俄联合培养的创新实验室开放现状

 

该实验室主要面向中俄学院生物技术专业的本科生、硕士生，2015年第一届本科生(22名)和研究生(3名)已全部顺利毕业。但是，仅限于日常教学和毕业论文的开放，还不足以体现出创新实验室的利用价值和建设宗旨。真正的开放实验室，可以锻炼学生的动手能力和解决实际问题的能力，满足或者激发学生的兴趣，允许跨学科、跨专业，真正经学生手出来一些成果，使学生从中受到完整的科研训练，体会到科学研究的严谨、神圣、奥妙之处。

 

(三)基于中俄联合培养的创新实验室发展趋势

 

中俄学院的人才培养模式是“专业+俄语”，专业是基础，俄语是工具，所以学生迫切希望在专业方面打好基础，既有扎实的理论知识，又有较强的动手能力。那么中俄联合培养创新实验室理应担负起这样的功能，学校也有相应的资助政策。

 

1.实验课内容重复或扩展式开放。学生认为课堂上实验做得不够理想，操作不熟练，数据不够好，可以与任课教师另约时间到开放实验室完成。或者对实验内容有新的想法，新的方案，只要实验的内容、手段、方法合理，实验室具备相应的条件，经申请，就可以在开放实验室实施[5]。

 

2.教师(包括俄方教师)指定课题式开放。教师拟定的题目或者在研科研项目的子课题集中申报公示后，经双向选择，学生可以进入实验室参与其中，以个人或小团队形式，自己查阅资料，制定方案，完成实验，撰写结题报告，答辩合格，方可结题。

 

3.学生自带课题式开放。根据学生所带课题涉及的内容，为学生配备从事相关方向的指导教师，但须拿出完整方案，由教师认定其可行性。实验结束后，需撰写结题报告，答辩合格给予结题。

 

三、基于中俄联合培养的实验室开放模式的构建

 

(一)预约开放

 

需要进实验室的同学，将所需的仪器、试剂、要完成的实验内容填写清楚，包括对仪器的熟悉程度，提前1天在网上预约，平时上课时间或课余时间均可。由中心安排实验员准备好试剂，协调好仪器，其间指导教师可根据情况现场指导或场外指导。不熟悉的仪器，使用前由实验员进行培训，直到能独立正确操作。学生每次实验结束后，需如实填写仪器使用记录，如遇仪器故障，及时与实验员或值班教师联系[6]。

 

(二)定时开放

 

每学期初，将课题汇总上来后，根据学生的实际需要，确定开放时间段和开放频率。学生需要更改时间段或日期，可提出申请。在开放的时间段内，学生可在网上查到每个房间以及仪器的使用情况。

 

(三)保障措施

 

1.客观条件保障。生物基础中心每学期针对新生定期举办常用相关仪器培训班，目的是使学生了解仪器的性能，掌握使用规范，正确操作，培训合格者中心有备案;至于其他年级有兴趣的同学，中心配合学校开展大型仪器培训，合格者由学校发放结业证[7]。因此，无论什么形式的开放，基本条件是具备的。在基础中心网站上可查到开放实验室的房间号、可容纳人数、现有仪器(规格、型号、生产厂家、性能)、值班教师等信息。

 

2.人力配备。中心的实验人员积极参与开放实验室活动，他们都能熟练使用所有的仪器，一般的故障可以自行维修处理;我们也从硕士生中选拨专业能力强、实验技能好、有精力的学生，辅助实验员或教师指导来到开放实验室的本科生。

 

3.制度保障。基础中心鼓励高素质教师从事实验教学，在每两年一次的本科教学业绩评估的院内排名中，教师指导开放项目的数量是其中的加分项。数量充足的师资，是实验室开放层次、开放程度和开放质量的保证。

 

随着实验室开放，进入实验室的人员增多，中心在实验室原有的规章制度基础上，进一步针对实验室开放制定和补充相应的规章制度。明确相关人员的职责，保证开放后的实验室安全、高效地运行。

 

4.成效与问题。中俄联合培养创新实验室自2013

 

年4月开放以来，已有20名学生顺利完成7个项目的结项答辩。在此过程中，学生的动手操作能力得到明显提高，学会了运用现有知识和借鉴文献分析实验中遇到的问题并能独立解决一些实际问题。

 

中俄联合培养创新实验室运行3年多，在不断摸索中渐渐形成了体系，但也发现，开放性实验教学对教师提出了更高的要求。学校应当正视实验教师的地位和作用，为实验教师提供良好的工作环境、学习进修机会，建立有效的奖惩制度，调动教师加入实验教学队伍的积极性，保证师资队伍结构的合理化。

 

实验室开放是实践教学改革的必然趋势，也是实验室管理模式、运行模式改革的大方向。实验室的开放程度已成为反映一所大学实验室管理水平的一个重要标志。在硬件满足要求的情况下，尽可能地在管理上做文章，加强软件方面的建设，做到软硬件同步发展，协调发展，创造宽松的学术思想交流、学科内容交叉、实验技能互补的氛围，为学生掌握专业技能夯实基础，使中俄联合培养创新实验室在培养学生创新创造能力的轨道上实现可持续发展[8]。

第2篇：生物模仿技术范文

关键词：低氧训练；心肌组织；血管生成；血管重建

中图分类号：G804.2 文献标识码：A 文章编号：1007-3612(2010)12-0048-04

Using Hypoxia Training Methods to Establish an Animal Model of Angiogenesis of Atrial Tissue of SD Rats

ZOU Zhibing1，ZHENG Lan2，MAO Shuzhang4

（1.Xiangsi lake College, Guangxi University for Nationalities, Nanning 530008, Guangxi China; 2.Department of Physical Education,

Hunan Normal University, Changsha 410081，Hunan China; 3.Guangxi Economic Management Cadre College, Nanning 530007，Guangxi China）

Abstract:Objective: This paper is to study the hypoxic training on angiogenesis of atrial tissue of SD rats, and establish a model of animal training for angiogenesis of atrial tissue of SD rats. Methods: 60 male SD rats were randomly divided into six groups, 10 rats each, which are normoxic control group, hypoxic living group, normoxic training group, normoxic living hypoxic training group, hypoxic living normoxic training group, and hypoxic living hypoxic training group. Progressive treadmill exercise and hypoxia are used to establish hypoxic training animal model. Using the immunity histochemistry and the microimage analysis to count and check the capillary density、opitical density level、expression area of atrial tissue. Results: It turns out that the CD34 can mark microvascular of atrial tissue very well, and hypoxic training has get a satisfactory result in angiogenesis. Conclusions: We conclude that hypoxic training can be established an animal model of angiogenesis of atrial tissue of SD rats, and it can provide new research ways and means for physiological reconstruction of blood vessels.

Key words: hypoxic training; atrial tissue; angiogenesis; revascularizatio

随着低氧训练研究的不断深入，研究者们发现低氧训练除了应用于运动训练提高运动能力之外，还对健身、疾病的治疗也有很大作用。目前,已有关于低氧运动治疗心血管疾病、糖尿病、肥胖、贫血等疾病的研究报道［1］。

临床上促进毛细血管新生的方法主要采用治疗性血管新生疗法，如使用激光进行心肌内血管重建术；给予促血管生长因子；细胞移植；药物治疗等，但这些治疗方法存在一些局限和安全隐患。

研究表明CD34能突出地显示心组织中较小的和不成熟的微血管或单一的内皮细胞，是血管新生研究的一种可靠的标记物质［2］。本研究采用递增负荷跑台运动训练及低氧作为处理因素,建立大鼠低氧训练模型。用CD34抗体标记心肌组织微血管,探讨低氧训练对大鼠心肌组织血管新生的影响，为治疗性血管新生疗法提供新的思路和研究途径。

1 材料与方法

1.1 实验对象及分组 健康雄性2.0月龄Sprague-Dawley大鼠60只,体重约220 g(由中南大学湘雅医学院动物学部提供)。用国家标准啮齿类动物饲料喂养,生活期间室温保持20～23℃,相对湿度45%～55%,每天光照12 h。适应性喂养1周后,随机分为6组：1对照组（正常大气压下的氧含量）、2高住组（低氧环境下居住）、3常练组（常氧条件下训练）、4低住高练组(常氧条件下居住，低氧条件下训练)、5高住低练组（低氧条件下居住，常氧条件下训练）和6高住高练组（低氧条件下居住，低氧、常氧训练交替进行），每组10只。

1.2 运动训练安排 采用杭州立泰科技有限公司PT动物实验跑台，运动组采用10周递增负荷跑台运动训练，每周

投稿日期：2009-10-13

基金项目：国家自然科学基金项目（30671011）资助。通讯作者：郑澜。

作者简介：邹志兵，讲师，硕士，研究方向低氧训练的生理机制。训练6 d，运动量由第1周的速度为15 m/min、持续时间为25 min递增至第10周速度为28 m/min、持续时间为50 min，高住高练低练组与低住高练组每周二、四、六在相当于海拔1 500 m的低氧环境中训练，一、三、五在常氧下训练，训练方案同常氧训练组。

表1 常练组大鼠训练方案（速度×持续时间）

星期一星期二星期三星期四星期五星期六第1周15×2515×2515×2516×2516×2516×25第2周17×2517×2517×2518×2518×2518×25第3周19×3019×3019×3020×3020×3020×30第4周21×3521×3521×3522×3522×3522×35第5周23×4023×4023×4024×4024×4024×40第6周25×4525×4525×4525×4525×4525×45第7周26×4526×4526×4526×4526×4526×45第8周26×5026×5026×5026×5026×5026×50第9周27×5027×5027×5027×5027×5027×50第10周28×5028×5028×5028×5028×5028×50速度：m/min；持续时间：min；跑台坡度：10%。

1.3 低氧处理 采用美国Hypoxico公司的低氧装置，用美国产TOXIRAEPGM-36型氧气监测仪实时监测低氧舱中氧含量的变化，第1周至第7周低氧程度逐周递增，分别为：1 800 m、2 100 m、2 400 m、2 700 m、3 000 m、3 300 m、3 600 m，第7周后保持3 600 m到第10周，所有高住组大鼠全部在低氧舱中居住。

1.4 实验取材 训练方案结束后，每组随机取4只大鼠，用0.4%戊巴比妥钠1 mL/100 g体重麻醉后，将大鼠呈仰卧位固定于手术台上，暴露胸腔；从主动脉胸部近心端插入细塑料管，扎紧固定，缓慢注入1%肝素2 mL；然后快速滴灌250 mL0.85%的生理盐水，迅速剪断后腔静脉；待生理盐水滴完后，换滴50 mL4%多聚甲醛缓冲盐溶液(0.01 M、pH7.4PBS)，快速滴完，整个滴灌时间约30 min；取出整心置同一固定液中固定24 h后，将心脏沿房间隔、室间隔所在平面切开，常规脱水、透明、进蜡、石蜡包埋，用于免疫组织化学标本制作。

1.5 心肌组织CD34免疫组织化学标本制作 石蜡切片脱蜡至蒸馏水；用0.3%H2O2阻断内源性过氧化物酶，用0.3%TritonX-100处理增加标本通透性，用0.01 mol、pH6.0的柠檬酸缓冲液微波修复抗原；羊血清(1∶50)处理标本，减少和消除非特异性染色；分别加一抗(1∶500,兔源CD34单克隆抗体)、二抗(1∶200)、ABC复合物(1∶1∶100)，37℃恒温箱于湿盒内孵育；用终浓度为0.05%DAB-0.03%H2O2的TB显色；镜下控制显色时间，显色时间5～15 min；苏木精衬染，常规脱水、透明，中性树胶封片。用PBS代替一抗作为空白对照。

1.6 微血管密度的计算方法 按照Weinder［3，4］报告的方法进行结果判断，用血管数目的平均数来表示。先在低倍镜（×40）下扫描整个视野的区域，选择其中高阳性物质表达密度区，然后在高倍镜（×200）下计数被抗CD34抗体染成棕色的血管数目，每个染成棕色的血管内皮细胞或血管内皮细胞簇，只要它们和临近的微血管、心肌细胞或其它结缔组织分开，就把它们视为一个微血管。结果用5个200倍视野下的血管数目的平均数来表示。

1.7 微血管灰度水平和表达面积的测试 用SimplePCI图象分析系统对免疫组化阳性产物的灰度和面积进行分析。具体步骤：每张切片在10×40倍镜下选取不相重叠的3个代表性视野，测量阳性产物的面积和灰度值以及所选区域的平均灰度值。

1.8 统计分析 所得数据用SPSS13.0统计软件处理。数据用平均数±标准差表示，各组间显著性差异采用方差分析，组内显著性差异用t检验。显著性水平为α=0.05，P

2 结 果

2.1 大鼠心肌组织CD34免疫组织化学观察结果 大鼠心肌组织血管经CD34免疫组织化学染色呈棕黄色,着色鲜明,血管管腔明显。CD34 的染色定位于血管内皮细胞膜上，呈棕黄色，细胞核呈紫色。微血管的形态不规则，有的新生血管已呈管腔结构（图1D、E、F），有的只见内皮细胞呈条索状或点状分布（图1B、C）。

图1 大鼠心肌组织CD34免疫组织化学染色(×30)2.2 大鼠心肌组织微血管显微图象观察分析结果 请参见(表2)。

表2 心肌组织血管新生免疫组织化学图像分析结果

组别

（group）光密度值

（optical density）阳性物质表达面积

/um2（area）微血管密度个数 /mm2

（capillary density）161.0 543±2.84 8913 657.045±546.71 4537.1 362±1.04 881263.9 778±3.16 1814 181.702±727.66 9468.2 563±2.16 795382.7 932±3.74 15412 364.528±1474.90 078**25.3 422±3.88 158**495.4 952±4.76 10623 855.051±3 319.40 152**#32.0 342±9.54 289**##5102.5 280±3.31 47024 245.952±3 584.27 104**#32.5 342±9.54 289**##6114.6 824±3.93 07429 267.503±4 701.86 546**##35.6 477±4.80 278**## 注：“*”代表与正常对照组比较，“*”P

3 分析与讨论

血管新生(angiogenesis)［5］主要是在原有的毛细血管与/或微静脉基础上通过血管内皮细胞的增殖和迁移,从先前存在的血管处以芽生或非芽生(或称套迭)的形式生成新的毛细血管的过程。影响血管新生的因素有很多，如锻炼、缺血、低氧、肿瘤等一些生理或病理过程，这些过程都能诱发血管的新生。人类生来具有冠状动脉侧支血管,但没有充分的侧支循环。心肌缺血缺氧刺激可以诱导侧支循环的开放和血管新生，改善心肌缺血状态,使冠心病患者得到有效的治疗，对心肌梗塞后微血管的重建也有积极的意义，但缺氧诱导血管新生的程度与低氧浓度、刺激时间的长短、有无运动介入等因素有关。

3.1 低氧与血管生成 本研究发现，单纯低氧组不能显著促进大鼠心肌组织血管的生成，但是有许多CD34染色不是很深，成丝状的血管样结构，还没有形成功能性的血管。这与某些学者的研究结果不相一致，国内有学者［6］观察大鼠在模拟5 000 m高原低氧5 d、15 d和30 d后，心肌毛细血管、血供和心功能变化。发现：急性低氧5 d时，心肌毛细血管未新生，心肌血流量显著增加；随低氧时间的推移，15 d以后，毛细血管增生。郑澜［7］等在低氧训练促进心肌组织微血管体视学研究中表明，仅经低氧处理不能增加大鼠心肌组织微血管密度，低氧中毛细血管密度的增加是因为肌纤维横断面减少，而不是由于血管新生。Olfert［8］等研究发现长期低氧未能增加毛细血管/肌纤维比,毛细血管数量也无增加。产生这些矛盾结果的原因可能与受试对象、低氧程度、低氧时间及低氧时的其它环境等因素有关。

研究发现短期的低氧可诱导大鼠心肌VEGF表达升高,从而促进毛细血管的生成反应，如延长低氧时间,VEGF表达将受到抑制，降低血管生成反应的发生。这是因为机体内由缺氧引发VEGF发生的这一系统存在负反馈调节机制。随着低氧时间的延长，出现了机体对缺氧的习服，反复的缺氧使VEGF对缺氧不敏感，逐步恢复到基础水平,毛细血管不再发生增生。本文研究中低氧试验的时间长达10周，使机体对缺氧产生了习服，因此本文的研究中毛细血管的增生不是很明显。

3.2 运动与血管生成 耐力训练在使心肌代谢能力增长的同时，产生血管生成反应。本研究发现运动训练组心肌组织CD34的蛋白表达丰富，较不运动组和低氧组有显著性差别。对递增负荷耐力训练的研究也表明,心肌组织血管床横断面积的增加主要在于小动脉数量和大血管的管径的增加。进一步研究发现,增加的原因是由于在毛细血管生成的同时,有一部分毛细血管通过“动脉化”途径转变成动脉,从而掩盖了毛细血管的新生这一现象［9］。Tagarakis［10］等的研究认为,运动可使心肌毛细血管密度显著增加。大量文献也表明,毛细血管在运动中发生了生理性或病理性重塑:适宜的运动负荷导致心肌组织中毛细血管数量增多。Leon和Bloor［11］用HE染色用墨汁灌注的方法先后研究了幼年，成年和老年大鼠经游泳训练后心肌毛细血及毛细血管与心肌纤维比值(C:F),得出结果:C:F各年龄组增多，提示毛细血管增多。

较多的研究报道［12］:正常动物在运动条件下VEGFmRNA显著升高,这种条件并不产生明显低氧,说明肌肉收缩时还要其它信号能提高VEGFmRNA。这些信号可由运动中关系血流量的刺激源和/或肌肉运动时负荷导致的机械变化而引起。例如:运动时剪切力的增加可以提高NO水平［13］，而适量的NO可激活VEGF的表达，促进血管新生。机械刺激还可扰乱基底膜中与肝素结合的bFGF,促进VEGF的表达［14］。随着训练时间的延长VEGF对运动的反应削弱，运动诱导的VEGF水平升高可对训练产生适应。

因为本试验常氧训练的方案每个星期采用的都是递增负荷，使运动保持对VEGF的持续刺激，诱导大量的VEGF表达，促进血管的新生。因此本试验结果显示运动训练组有血管新生。

3.3 低氧训练与血管生成 低氧训练使人体承受环境缺氧和负荷缺氧的双重刺激,因此有着比单一训练刺激更高水平的适应。本研究发现，在低氧训练状态下大鼠心肌组织有大量的新生血管生成。这与很多学者的研究结果相吻合：郑澜的研究结果表明［7］低氧运动可使心肌组织以芽生的方式或者非芽生的方式形成新的毛细血管，而通过透射电镜可观察到是以非芽生的血管生成方式为主。陈福刁［15］等研究经过4周的每天12 h的海拔4 000 m慢性间歇低氧训练的大鼠，其心肌毛细血管产生适应性改变。毛杉杉［16］等观察到急性低氧力竭运动可引起心肌毛细血管新生，但属于速发效应。黄丽英［17］等发现每天12 h的海拔4 000 m慢性间歇低氧训练能显著增加心肌组织的微血管。另外研究表明［18］,适度的间歇低氧适应结合运动训练可更好地促进心肌VEGFmRNA的表达,促进心肌血管再生。

同常氧训练一样,随着心肌对低氧运动的适应,VEGFmRNA水平对低氧训练的升高反应减弱。这是因为组织局部缺氧形成的氧梯度,是VEGF表达升高的先决条件。一旦这种氧梯度不存在或消失,VEGF就不会表达或是表达上调的VEGF开始下降［19］，从而使血管生成反应消失。因本试验低氧训练的方案每个星期采用的都是递增负荷，使机体在前一个星期产生的习服，在下一个星期很快就在新的负荷刺激作用下产生不习服，始终使机体的局部缺氧组织产生氧梯度，因此试验结果表明低氧训练组有着丰富的血管新生。

尽管各低氧训练组能显著促进心肌组织的血管新生，但是各低氧组对心肌组织血管新生的影响程度还是略有不同。从各低氧训练组相互比较来看，高住高练低练在血管生成的效果方面优于其他的低氧训练组，而高住低练和低住高练对血管新生的影响差别不大。这可能是高住低练训练法虽然有利于训练强度和量的提高，但是，却分散了低氧与训练的双重刺激强度。低住高练训练法虽然通过缺氧和训练的双重负荷对机体造成一定刺激，但由于缺氧暴露时间短，对缺氧刺激时间不足,对机体的刺激强度也不大。而高住高练低练，既让运动员居住低氧环境中，又同时在低氧环境中进行运动训练，加大了低氧与训练对机体的刺激强度，使机体各个系统产生更深刻的代偿性适应，从而使血管生成的效果更显著。研究结果表明高住低练组与低住高练组相比，微血管密度增加不明显，但微血管染色的程度加深。高住高练低练组与高住低练组、低住高练组相比，微血管增加明显（P

从以上的分析讨论中我们可以得知，低氧训练能很好地促进心肌组织毛细血管的新生，尤其是高住高练低练训练法，血管生成很丰富。因此采用递增负荷跑台运动训练及低氧作为处理因素,建立起来的这种低氧加训练的低氧训练动物模型,能很好地促进心肌组织的血管新生,能为血管的生理性重建提供一个新的研究方法和途径。

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第3篇：生物模仿技术范文

关键词：仿生设计；工业产品设计；前景

仿生设计理念起源于仿生学。这是把生物自然界的特点、原理应用于人类社会，解决人类问题的一门学科。仿生设计本质是对所有事物“形式”、“结构”、“颜色”、“功能”、“声音”等多方面的研究，将新方法新创意运用到设计中去，从而改变改善人们的生活。仿生设计研究的主要类别有形态仿生、功能仿生、结构仿生等。现代仿生设计由于其具有符合人们需求、独特的设计理念得到广泛的运用，而未来仿生设计将会秉承科学可持续的理念，探索和改善人与自然关系，促使人、自然和社会和谐统一，这也是仿生设计的发展趋势与最终目的。

一、仿生设计在工业产品设计中的应用现状

卢吉•科拉尼（德国著名设计师）曾说：“设计应该以大自然生命所呈现的真理为基础”，这句话显示出了自然界蕴含着无限的设计秘诀。而仿生设计就是人们长期研究探索大自然、学习模仿大自然的过程。经过经验的积累，通过科学家仿生学的相关研究理论，将仿生设计加入到工业设计中，以满足人们的精神需求和物质需求。[1]应用于工业产品设计的仿生主要有以下几个方面。

（一）形态仿生。一些设计师在设计过程中会借鉴自然界动植物的形态，从而获得设计的灵感与理念，形态仿生是从自然界汲取生物形态灵感并建立在视觉效应上的设计，让产品更加适应市场需求。小到我们日常的风筝、鼠标———仿造鸟类、老鼠的形体加以进化而成，大到车辆中模仿鲨鱼身体的流线型设计的宝马还有模仿甲壳虫形态设计的大众甲壳虫汽车。而在众多形态仿生设计中，根据不同的仿生方法与仿生程度，可以将形态仿生分为具象形态仿生与抽象形态仿生。[2]（1）具象形态仿生。具象形态仿生，顾名思义，就是直接模仿自然界生物的形象体态，设计出来的工业产品与此生物很相似，人们能直接轻易的辨别出来。当然，具象形态仿生并不是直接简单的仿照，而是运用夸张或者抽象的艺术手法对生物形态的特点进行归纳与概括，引起人们的联想与对产品的好奇心，使设计的新产品不仅要惟妙惟肖，而且要风格独到，具有创意。目前，具象形态仿生的例子更是数不胜数：2008年北京奥运会的鸟巢就是仿照真实的鸟巢而建；蜜蜂的蜂房已经被运用到许多领域，大小相同紧密相连的蜂巢连接在一起，具有节省材料、固定性强、空间占用少的优势，纸浆盒子就是模仿蜂房的构造用以运输包装禽蛋。（2）抽象形态仿生。抽象形态仿生也是模仿自然生物的形态，却不仅仅是直观的模仿，此类仿生无法轻易被认出，但是经过描述解释，人们还是能够迷糊的辨认出所模仿的事物的大致轮廓，这是抽象形态仿生的主要特点。在抽象仿生的过程中，设计者要对模仿的事物进行概括与归纳，充分提取其主要特征，运用各种艺术手法与设计方式对所要模仿的内容进行处理与加工，将其从生物整体抽离出来，保留所模仿事物的特点与神韵，提高艺术美感，增加产品本身的吸引力与创新力。抽象形态防生不局限于模块化，重点在于如何抽象化、抽象到何种程度。[3]例如：LGWD-N12410D滚筒洗衣机就是一款采用了抽象形态仿生设计理念的产品，该机器采用了仿生的鱼尾提升筋，洗衣机运行时提升器就像鱼尾板波动衣物，给予衣物柔和而有力的拍打力，洗净衣物的同时降低磨损度。形态仿生广泛应用于服装、包装、工业以及其他各方面。这类产品易于让人们接受的，同时又具有新奇的吸引力，艺术来源于生活，设计师根据日常观察到的现象与生物特征，加以联想、创新，最终通过模仿与改进制造出别具一格的产品。（3）意象形态仿生。意象形态仿生与具象形态仿生相似，都有对事物表面形态的模仿，但是此类仿生在对具体事物进行模仿的同时，还会赋予产品一种蕴含的含义与意境，人们通过产品的形态，不仅能够猜测出其所模仿的事物，而且可以体察出其中体现出来的内涵，所以，意象形态仿生不仅具有了所模仿生物的外在影子，还会让设计出的产品拥有一种特殊意象或者象征，这是仿生的高级阶段，对设计者的要求也很高，要求设计师不只拥有超凡的设计能力，而且还有多方面的知识及丰富的想象力。如此，设计师才能察觉所设计的产品与所模仿的事物之间的内在联系。例如：前面所提的奥运会“鸟巢”与水立方，两者结合充分体现出了“天圆地方”的中国传统文化理念。再有，文艺复兴时期，人体造像经常成为建筑的装饰，线条刚直的多立克柱往往象征男性，而相对柔美的爱奥尼柱则代表女子，两种柱经常出现于同一建筑中意味着阴阳平衡，天地合一，这些建筑修饰不仅仅使人联想起男女的形象，也代表了男性女性的性格特点，蕴含了特别的含义。

（二）功能仿生。功能仿生就是设计者利用生物的某种功能或者特性来制造工业产品。这需要科学家与设计师两者共同的努力。科学家要充分发挥自己特长，认准自己职能，将各生物的功能结构分析透彻、包括自然有机体的“形”、“色”、“音”、“动”和特征规律，认真研究总结成系统的理论，然后设计者通过掌握这些理论、结合市场需要来发明出实时的工业产品。当代工业产品设计不仅要满足质量与人们的使用需求，还要与人的精神心理相匹配。例如：光感闹钟，这是利用不同色彩具有不同功能，对人们心理产生不同影响的原理制造的。普通的闹钟是利用高分贝急促的声音叫醒人们，而此类产品是模仿天亮时分的色彩变化，利用慢慢变亮的鹅黄色柔光使人们渐渐适应周围环境，从而逐渐苏醒。设计师充分利用了视觉，制作出了符合人们生理要求适应人的生活经验的产品。

（三）结构与材料仿生。自然界生物除却外形和功能可以用于仿生之外，很多事物的结构也具有独特的用处，令人惊叹。例如前面所提到的蜂巢，除却可用于运输包装禽蛋之外，它的菱形结构不仅可以形成内部空间大的效果，并且蜂巢的材质质量轻，而且可以隔音。随着科技进步，人们生活水平的提高，现代生活对科技进步的要求也与日俱增，许多新的科技产品都需要新型材料———仿生材料就是新型材料类型之一。自然界许多生物存在天然材料，明显优于人造材料。科学家及工业产品制造者可以通过研究生物的特点特征，可以制造现在市场需求的材料。例如：人工冷光就是利用萤火虫发光制造。还有一种自清洁玻璃，是利用荷叶表面多尺度结构和表皮生物蜡的存在起到清洁的目的而制成。荷叶表面是由很多密集排列的突起组成，它们之间存在纳米级的微小的空隙，而在此之上还存在更为细小的突起，形成双重的结构突起。水滴在荷叶上极易滚动，与此同时带走尘埃细菌，利用此材料制造超疏水性自清洁玻璃，在冬季，这种自清洁玻璃还有很好的防结冰作用。

二、仿生设计的发展前景

仿生设计具有交叉性、创新性与商业性相结合的特点，结合现代设计的整体趋势，仿生设计未来的发展前景具有三种特点：人文与技术相互融合，宏观与微观齐头并进，自然与人工和谐并存。

（一）人文与技术相互融合。现代仿生设计来源于仿生学和设计学，带有两种学科的特点，所以总体来讲仿生作品可以分为两种类型：一种是偏向于技术层面、注重实用；另一种是偏于自然，注重人文。未来现代仿生设计的发展趋势会呈现适度技术、人文交叉的情景。例如：2015年设计师PedroSanin设计了一款沙漠温情灯，利用了沙子流动的特性，灯光是暖黄色的与细沙相映成辉，充分加入了人文元素，使人感到温暖与安逸。另外，还有新型的松树形、笋形的落地灯的设计，这是一种形态仿生设计，松树、笋形状的设计预示着勃勃生机、节节高升，非常有人文特色（如图1）。

（二）宏观与微观齐头并进。由于当代社会的发展，对仿生设计的需求越来越大，所以仿生设计不再局限于个别领域，而是在许多方面都有运用，把这些仿生原理与建筑学、机器人学、文化、娱乐等领域相结合。还包括文化仿生、产品界面仿生等。宏观与微观应用相结合，未来仿生设计会得到更广更全面的发展。例如，我国发明了一种高智能的仿人机器人，通过预算行为轨迹实现了机器人打乒乓球的突破。

（三）自然与人工和谐并存。现代设计的理念与思想重要的一点就是回归自然，保护自然。注重自然与人的和谐相处，使人类在物质与精神上都能接近自然、回归自然。例如：凯迪拉克Aera概念跑车设计的车门类似翅膀。在汽车设计中除了形态仿生之外，还有色彩防生。有一种丛林色彩汽车，就是因为设计者观察蝴蝶时发现变色蝴蝶，得到启发，运用特殊金属材料加入涂料，所以，从不同角度看汽车会有不同色彩，充分表达了人类向往自然、爱护自然的概念（如图2）。

参考文献：

[1]陈天超，韩松芸.工业设计中仿生设计的应用[J].河南科技，2014（01）：11.

[2]张雅丽.产品形态仿生设计技术研究[J].艺术科技，2014（04）：247.

第4篇：生物模仿技术范文

关键词：建筑仿生学、建筑历史、建筑技术、建筑审美

1、建筑仿生学发展历程回顾

广义上看，人类的科技进步、文化发展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。因此虽然现代意义上的仿生学与建筑仿生学概念是直到20世纪60年代才正式提出的，但是建筑学与仿生学的互相促进却由来已久。

1.1 起源——简单模仿与宗教崇拜

人类最早的建筑形式正是从自然界的生物学习、模仿而来的。人类祖先构木为巢是受树上的鸟巢启发，进而发展成地下架空，楼上居住的防水、防禽兽的干栏建筑。

图1 从构木为巢到干栏式建筑演化图

人们在模仿、学习动植物特性的同时，还对他们不能理解的自然界充满敬畏，从而形成了原始的图腾崇拜。这种崇拜主要通过日常器物上的装饰得以体现，后来也逐步渗透到建筑中，如古埃及的狮身人面像、古希腊的科林斯柱式的忍冬草等。

图2 古埃及狮身人面像与古希腊科林斯柱式柱头

1.2 发展——内化的建筑尺度控制

随着人类生产力的发展和认知世界能力的提高，人们对自然的崇拜逐步转化为对人体自身的抽象与模仿，并发展成人本主义思想。古希腊建筑也形成了以人的尺度为基本参照的柱式形式，雅典伊瑞克先神庙的女郎柱就是最好的体现。

图3 雅典伊瑞克先神庙的女郎柱

文艺复兴时期人本主义思想再度被发扬光大，达·芬奇为绘制的“维特鲁威人”，就是一副以人体为基本尺度的比例图。无独有偶，现代主义大师柯布西耶（Le Corbusier）也有著名的人体尺度图。可见现代主义建筑虽然摒弃了古典建筑的形式，但在以人为建筑的基本尺度方面是一脉相承的。这种传统在一定程度上也可以看做是原始仿生思想的延伸与应用。

图4 达芬奇“维特鲁威人” 图5 柯布西耶人体尺度图

1.3 现代建筑——技术进步与技术美学确立

工业革命使人们认识自然、改造自然的能力得到了巨大提升，带来建筑技术的巨大进步，也冲击着传统的建筑思潮。

力学与生物科学的快速发展，人们尝试用力学的方法分析生物体的力学构成，从而为建筑仿生提供了条件。同时资产阶级新贵们也厌烦了巴洛克、洛可可式繁复浮华的建筑风格，开始寻找新的建筑形式。19世纪末，作为新艺术运动的代表人物，西班牙建筑师高迪（Antonio Gaudi）吸取哥特式建筑的结构特点，结合自然的形式，创造了许多非凡的不规则曲面空间，其代表作圣家族教堂的外形是从植物外形上获得的灵感。高迪设计的贡献不仅在于他完全打破了古典建筑形式，而且还创立了建筑雕塑化造型的手法，这对后来的现代建筑和仿生建筑均产生了重要影响。

图 6 高迪的自然主义建筑

随着新型建造技术和建筑材料技术的成熟，以及一战以后欧洲迫切需要快速建设大量住房的现实，现代建筑运动于上世纪20年代兴起，并迅速确立了一套以功能至上、形式简洁、工业化建造等为主要特点的技术审美精神。这种技术审美为仿生建筑的发展奠定了美学基础。

2、当代建筑仿生学的创立与发展

2.1 仿生学的建立与学科特性

仿生学（Bionics）概念是在1960年由美国的斯蒂尔首先提出，他认为“仿生学是研究以模仿生物系统的方式、或是以具有生物系统特征的方式、或是以类似于生物系统方式工作的系统的科学”。从学科性质上看，仿生学是生物学、数学和工程技术学相互渗透而结合成的一门新兴的边缘科学。根据研究对象和应用领域的不同，仿生学可细分为力学仿生、分子仿生、能量仿生、信息与控制仿生等多个领域。

2.2 现代意义上建筑仿生学

仿生学的诞生很快引起了建筑界的反馈，而20世纪60年代，正是现代建筑受到强烈批判和反思，后现代主义、解构主义、新地域主义、高技派等设计思潮萌发的时期。同时在系统论、复杂科学理论的启发下，生物学、物理学、数学等学科快速发展并互相渗透；而计算机的应用，为材料科学、建筑结构等相关学科提供了模拟显示的强大工具，也使得非线性的仿生建筑设计成为可能。

在此基础上，建筑学与仿生学的相互融合形成建筑仿生学，这一交叉学科是在研究、掌握生物界某些生物体功能组织和形象构成规律的基础上，结合建筑功能、结构、材料、施工的需求，进行综合利用的学科。

当代建筑仿生学较有影响的学术著作当属德国人勒伯多（J.S.Lebedew）在1983年出版的《建筑与仿生学》一书，该书系统地阐述了建筑仿生学的意义，其与生态学、美学等关系，为建筑仿生学的发展提供了理论基础。实践方面，更是涌现了一批先锋建筑师，建成了很多反响强烈的仿生建筑，如埃罗·沙里宁（Eero Saarinen）设计的纽约肯尼迪机场侯机楼、耶鲁大学冰球馆，卡拉特拉瓦（Santiago Calatrava）设计的巴伦西亚天文馆、里昂机场高铁站等。从后现代建筑流派划分上来看，当代仿生建筑由于其往往具有复杂的结构，更多地被归入高技派。

3、建筑仿生学的贡献与影响

当代建筑仿生学的创立对建筑技术进步、建筑材料创新、建筑设计理念与方法，乃至建筑审美的发展都产生了重要的影响。

3.1 对于建筑技术进步的贡献

建筑仿生学对建筑技术进步最直接的影响体现在建筑结构形式的创新上；建筑师和结构工程师通过模拟自然界动植物的力学特征、结构关系，进而创造出新的建筑结构形式，例如悉尼歌剧院的壳体结构是模仿蛋壳的结构形式，日本代代木体育馆的悬索结构是模仿蛛网的结构形式等。

建筑结构仿生不断发展，形成了结构表现主义风格建筑。其代表人物西班牙建筑师卡拉特拉瓦善于以树木、花卉以及人体骨骼等自然形态为依据，创造富有动感的建筑与桥梁结构。他通过模拟生物骨骼的“关节”创造出一些有着特定功能且可活动的建筑构件，作用是改变力的传递方向，使力可以多方向传递，从而创造出可动的建筑。他将巴伦西亚科学城天文馆设计成一只“可开启的眼睛”，天文馆如眼珠一样安放在由混凝土和玻璃构成的眼睛形的框架之下，其中可开合的“眼帘”部分由透明的点式玻璃幕构成，拱形混凝土盖的两端支点为可活动构件，可以使“眼帘”与“眼球”分开，因而建筑呈现不同的状态。

图7 巴伦西亚科学城天文馆“眼睛”开启与闭合两种状态

建筑仿生学促进技术进步的另一个重要体现是在建筑材料的创新方面。例如上世纪70年代德国植物学家巴特洛（Wihelm Barthlott）特发现“荷叶效应”，即荷叶表面并非非常平滑的，而是由许多特殊的微结构组成，这使得水、脏物等仅松散地分布于凹凸不平的叶面上，极易被雨水冲刷干净，因而具有较强的自洁功能。人们根据荷叶的这种特性，研制出具有自洁功能的硅树脂外墙涂料，使建筑外墙可以长时间保持干净，减少清洁成本，延长建筑寿命。

3.2 对建筑设计方法创新

仿生学与建筑学的交叉开拓了设计师的思路，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， 有助于创造出丰富、有机的建筑形态。

埃罗·沙里宁设计的纽约环球航空公司候机楼是建筑形态仿生的典范之作。整幢建筑采用薄壳结构，造型取自鸟类展翼飞翔的态势，建筑室内外都采用了流动曲线的造型，创造了具有动感的形体。飞鸟的形式本身就与航空、飞机存在着一定关联，用飞鸟来隐喻机场在逻辑上存在着某种关联，而建筑本身极具雕塑感的外部造型和高大的内部空间使公众产生丰富的想象。

图8 纽约环球航空公司候机楼外形及室内空间照片

需要强调，而这一过程并不是简单模仿，而是一个抽象、升华、再表现的创做过程，同时还要注意要使建筑的功能、结构与新形式巧妙结合。

3.3 对建筑审美与思潮的影响

历史唯物主义证明，社会存在决定社会意识。格鲁皮乌斯（WalterGropius）认为“美的观念随着思想和技术的进步而改变”。回顾欧洲建筑史，每一次建筑风格的重大变化，都和建筑技术的进步密切相关，正是由于罗马人掌握了拱券和天然混凝土技术，才创造出了万神庙等建筑，在中世纪是由于骨架券的成熟，才成就了哥特教堂高耸的空间效果。工业革命以来现代建筑的发展，逐渐形成了以突出功能、简洁为特征的技术审美，人们对摩天大楼、类似埃菲尔铁塔一般宏大的钢铁构筑物产生审美认知。

同理，建筑仿生学在促进建筑技术进步的同时，也促成了建筑结构表现主义的诞生，雕塑化的建筑表现的手法更加成熟。人们逐渐欣赏那些富有雕塑感、动感、非线性的建筑形象。本质上讲，这种审美倾向仍然可以视为是现代技术审美的延续与发展。瞬息万变的信息社会促使原本稳固的建筑也追求动感，技术上追求以钢、合金和膜结构等新材料、新结构，来探索轻盈动势的表现。

4、生态建筑——建筑仿生的发展方向

随着生态、可持续发展等理念的深入，建筑设计越来越注重降低能耗、减少碳排放等设计原则，进而产生了基于生物机能仿生的生态建筑设计方法。与结构仿生、形态仿生等单独某个层面的仿生不同，生物机能仿生关注的是生物如何在整体上与自然环境相适应，因此更具有综合性，可以在本质上提高了建筑的环境性能，这与可持续发展思想不谋而合。

马来西亚建筑师杨经文（Ken Yeang）参考生物适应气候环境的特性，提出“生物气候学”的生态建筑设计方法。这一方法在他于上世纪90年代设计的实验性建筑“东京奈良大厦”中得到充分的体现。奈良大厦的整体设计模仿了DNA的双螺旋结构形式，这一概念体现在建筑的“螺旋状竖直绿化”系统中，大厦以螺旋状的结构分层布置着一系列的绿化植被，使各层建筑都能在与绿化空间有机融合，创造小的生态循环。外墙上有根据太阳光线强弱移动遮光板，和根据风荷载而旋转变化的挡风板，这两者仿佛是建筑的一块“皮肤”，以此来节约空调能耗和满足自然采光的需求；同时建筑设有可开闭阀门的通风管将自然风引入建筑内部。建筑上的所有这些可动装置都是由发达的计算机组成的“大脑”控制的，从而使建筑在整体上成为一个可以适应环境的类有机体。整个设计充分利用了当地的自然环境资源，通过主动式与被动式技术的结合达到建筑的环境友好性。

图9 奈良大厦结构图示与模型照片

从发展的角度看，未来的仿生建筑将是生态建筑的一种体现，属于绿色建筑的范畴；仿生技术手段是绿色技术的重要支撑。同时仿生建筑也将是智能建筑，通过各种高科技手段的集成，达到建筑与人、建筑与自然地良性互动。随着技术进步和人们观念的转变，建筑仿生学必然朝着环境生态、经济效益与建筑空间形式有机结合的方向发展，为人类社会的可持续发展做出重要贡献。

参考文献 ：

（1）刘先觉，仿生建筑文化的新趋向[J].世界建筑，1996（4）.

（2）秦佑国，从“HI-SKILL”到“HI-TECH”[J].世界建筑，2002（1）

（3） 戴志中、杨震、熊伟（编），建筑创作构思解析：生态.仿生[M]，北京：中国计划出版社，2006

（4）秦浩，建筑仿生学的数字化设计研究[Z]，浙江大学，2010

（5）邓庆坦、邓庆尧，当代建筑思潮与流派[M]，武汉：华中科技大学出版社，2010

（6）沈伟、张戈，新型网状加劲薄壁屋盖结构体系仿生研究[J]，建筑钢结构进展，2008（10）

（7）《大师》编辑部，杨经文[M]，武汉：华中科技大学出版社，2007

（8）陈志华，外国建筑史（十九世纪末叶以前），北京：中国建筑工业出版社，1997

（9） 《大师》编辑部，圣地亚哥·卡拉特拉瓦的作品与思想[M]， 北京：中国电力出版社， 2006

（10）吕富珣，走向21世纪—建筑仿生学的过去和未来[J]，建筑学报，1995（6）

第5篇：生物模仿技术范文

不可否认，在全球化科技浪潮席卷下，建筑设计正在并将继续以前所未有的速度发展着。很多当代建筑师也正在考虑在其作品中反映当代科技的意义与目的的同时，转变一贯的“机械意象”的坚持，尝试科技、自然、设计的互动发展，运用更有机的手法结合现代科技来传达自己的设计理念，以此形成一个整体循环的设计系统。仿生学的发展无疑为此注入了一股活力。

关于仿生学

所谓“仿生”，顾名思义就是向生物学习、模仿或取得启示，仿造各种生物的优点以用于人类科学技术的创造或改进。仿生学的问世，标志着人们对生物科学的研究进入一个崭新的阶段，也意味着人类文明程度的显著提高。而“建筑仿生学，指在建筑学固有的性能与特点范围内，将现实中自然形态、社会生态的特征与规则合理运用到建筑设计中的一项学科。”它有着多方面和多层次的分类，如结构、外形、功能、材料等，适用领域极为广泛。从国内外建筑仿生设计学的发展情况来看，形态仿生设计和功能仿生设计是目前建筑仿生设计研究应用的重要领域。本论文将着重围绕建筑设计与形态仿生设计的相关内容做进一步的阐述。

建筑形态仿生分析

生物形态反映的是自然届生物存在的一种客观状态，是生物体内在属性的外在表现，对于生物体来说，脱离了自然环境和功能等因素的单纯的形态没有意义。但是对于仿生设计来说，单纯的生物形态本身也具有丰富的借鉴意义和启示作用。

建筑形态仿生设计是指直接从模仿自然生物的形态特征入手，并加以戏剧性和艺术性的效果处理的一种设计手法，是人们在长期向大自然学习的过程中，经过积累经验，在依据原型的基础上发挥创造性思维而创造出更优良、多样化的形态的过程，一般可以从以下几个分类来研究：

1.直接形的仿生

直接形的仿生也指比较形象、逼真地再现事物原来面貌，尤其倾向于对大自然各种各样的看得见，摸得着的实体进行模拟，它给建筑带来新颖的造型和生动的形象，让人们立刻产生对生物的联想，被认为是实现仿生的最直接的方法。它一般比较注重自然形态本身的物理几何构成，传达的主要是生物形态的物理属性，通常具有很好的情趣性、有机性、可爱性，所以在各地少年宫、幼儿园和其他具有特殊使用用途的建筑物上有更明显的体现。

直接形的仿生不等于直接原封不动地照搬自然形态，对具体物象的直接套用，而是要经过适当的处理，使其吻合现代建筑设计的功能和审美需求的形态特点。这是进行直接的具象形态仿生的设计基础。墨西哥建筑师哈维尔・赛诺西设计了一座形如“鹦鹉螺”的小屋，整个外形模仿鹦鹉螺贝壳的形状，在巨大的镶嵌着彩色玻璃墙的房屋内部，到处种满了各种植物和小树，从楼梯盘旋而下的时候感觉就像软体动物趴在植被上，被建筑师本人称为“生物建筑”。

当然，我们也经常会看到一些简单模仿某一形象的作品，大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，又破坏了周围的环境，需要引以为戒。

2.间接意的仿生

所谓“意”即指“心理意象”，也就说事物可以根据不同的需要抽象成不同的程度，可以是对事物的具象的模糊性再现，也可以是高度抽象的模仿性再现，还可以是高度抽象的非模仿性再现。

间接意的形态仿生过程不仅仅只是停留在建筑物的外形设计，而是赋予了建筑物更为深层的含义，让人产生联想与想象，也是在现代建筑仿生设计中用的最多最普遍的一种方法。这种仿生设计不仅能够反映建筑物的艺术造型美，还往往蕴含着机智与深邃的知识内涵，这点无论从古希腊利用多利克柱式体现男性的阳刚，利用爱奥尼克柱式体现女性的柔美，还是到现代的各类千奇百怪的仿生建筑形态设计都能看出来。

此类形态仿生与直接形的仿生最大的不同之处在于它通常具有高度简化的特征，能用点线面的变化组合来表现建筑的美感和神韵，抽象的转换所得的建筑造型韵味、特色十足。意象仿生通过研究生物千姿百态的规律，然后探讨它们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，而且是超越模仿而升华为创造的一种过程。这样也对建筑设计师的审美、综合素养以及创新能力提出了更高的要求。

比如扎哈.哈迪德设计的广州歌剧院，主要受到了河谷概念以及卵石在水中受到侵蚀过程的影响。整个外形设计就像河流中被冲刷平滑的鹅卵石，圆滑的过度贯穿在不同的元素和不同的楼层间，使得流动的感觉在空间内得以延续。这不仅是一次对仿生形态设计的实验，更体现了一种对城市文脉的独特探索，对未来充满了雄心壮志和乐观主义精神。

3.综合的形态仿生

“形者神之质，神者形之用”，所谓综合的仿生即指形与意结合的仿生方法，对一种物态既要模拟它的形体，同时又考虑对其神韵的传达，达到形神兼备的目的。实际上建筑的形态是集功能材料、色彩、肌理等物质要素以及当代科技、文化、艺术等要素于一体的综合的视觉呈现。在真实的建筑设计中，生物的形态模拟和意义的传达往往相互交叉融合，没有明显的界线。

最具代表性的例子莫过于台北101大楼，设计灵感源于竹子，寓意学习和成长。建筑多节式外观，高耸入云，宛如花开般节节登至富贵顶峰，象征生生不息的中国传统建筑意涵，无论形态还是寓意都把竹子这种自然物态的仿生学意义发挥到了极致。

形态仿生对现代建筑形态探索的意义

1.仿生思维提高了概念设计的效率，丰富了建筑造型语言

通常来讲，一个设计的概念决定了设计的方向，利用仿生思维不仅节省了时间，还大大提高了概念设计的质量，丰富了造型语言。大自然丰富的形体结构， 多维的变化层面， 巧妙色彩装饰和图形组织以及它们的生存方式、肢体语言、声音特征、平衡能力为我们人工形态设计提供了新的设计方式和造美法则。有机多层次的结构给建筑设计带来了新的审美标准和多元的造型语汇，建筑师不必参照过去或现在的历史形式和艺术风格，使建筑摆脱了固有的思维模式，拓展了设计的可能性，增加了设计的复杂与趣味性，是设计创新不断的源泉，为城市注入了新的活力。

2.迎合了人们回归自然的精神需求

在没有文字的年代，不仅精神功能需要语言的传承，物质性经验总结也需要语言来表达，于是在这个过程中，作为物质文化的住房形式便以之为媒介与大自然紧密的联系在一起。例如我国云南景颇族和哈尼族的建房歌就深刻的体现了他们早期受自然启示运用仿生学的意识。“看见了野猪拱地学会了挖地基，看见了牛甩尾巴学会了用大刀和斧子，看见了蛇横架在树上学会了架梁子，看见了牛肋骨学会了架椽子……”

利用现实事物建构的口承民俗传说，从最初把客观的人与自然的关系主观化为人神关系，到还原为客观的人与自然、人与人的关系，反映了人们各个时期主体意识的觉悟，它所倡导的社会规范贯彻到人们的日常行为活动中，指导着人们的建房活动等社会实践。随着科技的发展，其精神意义也会不断传承，发挥其效能和影响。

当今的信息时代，人们对设计的要求不同于过去只注意功能的优异领先，而是追求清新、淳朴，注重返朴归真和探讨个性的自律。形态仿生让设计回归自然，赋予设计形态以生命的象征是人类对精神需求所达到的共识。各种生物符合自然生存法则的自身特性的生长机制也让设计师必然考虑设计的灵活与社会属性，以期能更好的达到宜人性的目的。

3.促进自然与技术的结合发展

形态仿生设计是在与技术的相辅相成中得到发展的，设计师每一次灵感的汲取，每一次造型的分析，都需要与之相应的技术支撑。而每一次技术的进步又要求仿生形态的更进一步的纵深发展，促使人们去探索生命的本质意义。自然界中鸟给人类设计的启示应该是最早和最丰富的，从早期受鸟巢启示的树上巢居到架空盖房的“干栏”楼居，再到今天运用高科技的模型手法对生物原型进行定量分析的国家体育场，是人类在与大自然的反复磨合中创造出来的空间结构形态的演进，是技术与自然结合发展的最好证明。而在未来，随着社会和科技的发展，建筑普遍向垂直方向演进，“空中楼阁”的概念似乎与之又不谋而合。“空中楼阁”这几个字的意思原来是用来描写一些不可能实现的事情，或者形容一些幻想中虚构的房屋建筑，利用空间建造超高层的高楼大厦，还会继续发展下去，仿佛又回到了人类居住之初的巢居时代。大自然生物是一个不断进化的过程，建筑空间结构形态也将随着科技的进步，在与自然的紧密结合中实现否定之否定的辨证发展。

结语

当然，我们得承认，所有的仿生设计作品都不可能是形式或结构或材料的单一或简单的仿制，它涉及到多领域、多学科的知识的综合运用和协调。在仿生形态的研究和应用中，应该从具象的形态与结构中探索其特殊的功能结构与形态协调特点，通过对生命系统的构造和工作原理研究，总结出仿生形态的科学规律。

而就目前科学技术发展的水平而言，我们对于自然界的认识还是很肤浅的，这就更需要科技、设计与自然的互动，从自然界中观察吸收一切有用的因素作为创作灵感，同时学习生物科学的肌理并结合现代建筑技术来为建筑创新服务。

第6篇：生物模仿技术范文

关键词：仿生学，建筑设计，功能仿生，

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

引 言：

仿生建筑将生物界的一些生物的组织和形象当作研究对象，在自然界中不断探索合理的科学建造规律，通过多年的潜心研究 ， 对现代建筑的形体结构及功能布局的设计和形成起到促进作用。研究建筑仿生学就是为了从自然界中吸取灵感进行创新，以便与自然生态环境相协调，保持生态的平衡发展。

一．仿生学的内涵

仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学，是上世纪中期出现的一门新的边缘科学。仿生学研究生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植与建筑设计之中，发明性能优越的装置，机器以及仪器，创造新的技术。在短短的几十年里，仿生学从无到有发展迅猛，并且研究成果十分可观。仿生学大大开阔了人们的视界，显示了极强的适应能力，也开辟了独特的技术发展道路即向大自然索取蓝图的道路。

二、在建筑设计中的仿生设计类型

2.1 、形态仿生

在建筑仿生中建筑形态的仿生被称作最常见的仿生方式，人们往往通过观察自然界的生物形态并进行模仿，经过精心的设计创造出许多体貌多变的特殊的建筑形态 。 随着人类社会文明程度的提高，人们可以自己设计创造出许多物品，这些造物信息大多来源于对自然界的模拟、设计以及再创造。随着科学技术的不断进步和人们生活水平的提高，人们在产品设计方面不再只追求产品功能方面的领先，还要追求其自然气息，为迎合现代人的审美需求，国家应大量提倡并实施仿生设计理念，在创新设计的同时融入自然风格，使人们在这个钢筋混凝土的时代也能时刻感受到自然的气息，该策略才能实现环境与人类共生的愿望。人们在大自然的启示下发明了建筑形态仿生，通过对生物的结构和形态的剖析、模仿及应用，将生物体的功能优势和组织结构充分应用到现代建筑中。人们不可以把建筑形态的仿生单纯理解为对生物体的外形的模仿，建筑形态的仿生是建筑设计师们将自然界无与伦比的美丽形态与自己培养的修养和审美相互融合并进行再创造的结果。自然界是人类赖以生存的生活环境，自然界中的生物向人们展示着它们特有的美丽特质，人们把自然界中的生物当作研究和模仿的最佳对象，通过这种模仿可以制造出许多物品，例如生产工具、居住场所等，这种有效途径对实现人类与自然的共生起到促进作用。

2．2、功能仿生

在建筑使用功能方面的仿生。应用也很普遍，表现形式也是多种多样的，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(Alvar Aalto)设计的德国不莱梅高层公寓(1958年～1962年)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，不仅使内部空间布局新颖，而且也使建筑的造型变得更为丰富。建筑的功能往往是错综复杂的，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。如何有机地组织各种功能成为一种综合的整体，自然界生物也为人们提供了交织组合的范例，这使得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，这就要求在有限的空间内要高效低耗地组织好各部分的关系，使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最好的老师学习。

2.3 、概念仿生

相对于前两种类型层次更高，因此就有着更重要的意义。这种建筑仿生现象是针对建筑的某些特性进行研究，找出其更深层次的内在原因，将原因上升为抽象的理论层次，运用这个理论与建筑设计的潜在相似，对具体的建筑设计进行指导。太阳能建筑就是模拟植物把太阳能转化为生物能的原理。将太阳能转化为可再生能源的建筑形式。产生于日本的新陈代谢理论就是看到生物体在生长、繁殖。运动等生命活动过程中不断出现新组织生长，旧机体衰亡的现象而进行理论抽象，又运用到建筑设计中。代表作有丹下健三设计的山梨文化会馆。中国的微排大厦等作品。

2．4、结构仿生

形态万千的自然界生物根据自己不同的构造和存在方式，有着不同的特征，存在不同的体现自身特点的尺度，只要认真研究客观生物实体构造和空间结构形式之间的相似离合度，认清生物体的优化程度和结构限定性，探寻空间结构形式与生物形体和构造之问的内在关系，有利于人们对结构仿生工程的认识，找到一条发展仿生建筑结构新形式的途径。这个结构不仅仅是力学结构，还包括组织原则通过研究生物整体或部分的构造组织方式发现其中建筑某部分的潜在相似进而对其模仿，以创造新的建筑形象或解决新的问题。在结构仿生方面，最著名的还有西班牙工程师圣地亚哥·卡拉特拉瓦(Santiago Calatrava)。他为1992年西班牙塞维利亚国际博览会设计的科威特展览馆，其屋顶是模拟动物关节的自由运动而可自由启闭的结构，夜间屋顶肋架敞开，下面平台上便可进行露天的各种活动，它不仅在结构与功能上能够有机结合，而且也给人以无限的遐想。

三、仿生建筑设计发展趋势

3.1 、标准化

标准化建筑设计是在建筑工程方面建立和实现有关的标准、规范、规则等的过程。建筑标准化的目的是合理利用原材料，促进构配件的通用性和互换性，实现建筑工业化，以取得最佳经济效果。标准化对生物仿生实用性的体现，体现生物适用自然时自我改良形成的标准体，是不断修正和改良的结果。

3.2 、环保节能化

环保节能建筑设计也叫生态建筑设计，是以生态学的原理和方法为基础，以人、建筑 、自然和社会和谐发展为目标，寻求最适合人类生存和发展的生态建筑目标的设计方式。随着我国人口的增加和资源环境的压力不断增加，环保节能已经成为我国经济发展指标中的一项重要任务，而建筑在节能减排、保障环保方面则有着更重要的位置，据国家有关资料显示，我国的建筑能耗非常惊人。在建造和使用过程中直接消耗的能源占全社会总能耗的30％，使用的钢材、水泥等建材的生产能耗占16.7％。两项相加，我国的能源有约一半被建筑消耗了，因此建筑节能也就成为全社会节能工作的重点所在。

3.3 、多维空间化多维空间设计是指应用多维空间的原理对建筑物进行设计改良，使得建筑的空间设计更加合理。多维空间中 “ 维 ” 是一种度量，在三维空间坐标上，加上时间，时空互相联系就构成四维时空 。 现在科学家的理论认为整个宇宙是十一维的，只是人类的理解只能理解到三维。也就是说多维空间概念本身就表示空间的无限性拓展性，即通过人类合理的利用，有用的空间可以为人类提供更大的空间感受。随着人类对自然世界不断的开发利用，人类越来越发现现有空间的有限性，而开发宇宙的多维空间可以为人类开发更大的生存空间，促进人类的发展，现在最主要的多维空间开发观念主要有海洋空间开发和地下空间开发理念等，主要拓展人类尚未开发的空间来实现建筑设计的空间有效利用。

结 语：

建筑仿生是多方面的，也是综合性的，合理运用仿生原理，可帮助人们创造性地设计出新颖和适应生态环境的建筑形式。同时，仿生建筑学暗示着人们必须遵循和注意许多自然界的规律，它告诉人们建筑仿生应该注意环境生态、经济效益与形式新颖的有机结合。建筑仿生的创新更需要学习和发挥新科技的特点，要做到这一点，从事建筑行业的设计师必须善于应用类推的方法，从自然界中观察吸收一切有用的因素作为创作灵感，同时学习生物科学的机理并结合现代建筑技术来为建筑创新服务。建筑仿生学是新时代的一种潮流，它必将促进建筑工业的不断发展，成为建筑创新的源泉和保证环境生态平衡的重要手段。

参考文献：

[1]戴志中，杨震，熊伟．建筑创作构思解析：生态·仿生[M]．北京：中国计划出版社，2006．

第7篇：生物模仿技术范文

一、初任教师生态适应的意义

1.初任教师生态适应的内涵

在不同教师文化的指导下，初任教师的生态适应也有着不同的涵义。在技术理性与工具理性的话语下，教师被视为“技术熟练者”，教师的专业发展就是掌握教育理论、熟练应用技能。初任教师的生态适应被视为国家、社会、学校在有形无形中制定的“教师”角色应达到的要求与规范，而初任教师则努力将自己塑造成为他人眼中所认定的“教师”，并由学校领导与指导老师构成权威代表，客观地测量初任教师的知识掌握与技能应用是否达到要求，以此来评判初任教师的适应程度。

随着对技术理性与工具理性的批判，把教师视为“反思性实践家”的呼声越来越高，这是对“技术熟练者”的包容与超越，是把教师界定为高度专业化的职业。教师的专业发展在于实践性知识的生成与积累，教师成为一份高度专业化的职业。初任教师的生态适应被界定为能够不断学习并掌握教育领域的专业知能，不断丰富教育专业精神，能够应用专业知能对教学经验与问题情境进行分析，并养成对教学日常生活反思的习惯。

20世纪80年代以后，把教师作为“一个人”的教师文化逐渐替代了将教师作为“技术”或“实践”，这是对“反思性实践家”的包容与超越。教师作为“一个人”是把教师界定为高度个性化与专业化的职业，教师不再是不带情感的专业知能储存体，而把教师看作是一个独特的个人，有其生命经验，有其自我认同，有自己对教育、教学的认知、情感与价值[1]。教师的“自我”与“个性”是专业发展的重要因素。初任教师的生态适应被界定为能够重视自己以前的、现在的日常生活与教育生活经验，把自己在日常生活、课堂教学、研究实践等活动中发生过的和正在发生的事件撰写下来，作为自己独特的生活史。对自己的生活史进行省察与反思，挖掘生活史与教育千丝万缕的关系，在此基础上不断改进自己的教育实践，构建自己的教育生活。

生物体的生态适应是生物与环境相互作用的结果，人类与其他生物的差别在于人类具有思维意识，能够发挥主观能动性，积极主动地适应甚至改造客观环境。所以初任教师的生态适应不是被动甚至被迫的低层次适应，而应该充分尊重初任教师，帮助其发挥巨大潜力，深层次地适应环境。将教师视为“技术熟练者”的教师文化追求将初任教师打磨成能用、好用的工具，并以单一的规格规范要求所有教师，完全忽视教师的个性、情感、尊严以及内在需要，这样的适应只能是被动、低层次适应。把教师视为“反思性实践家”是把教师专业发展实践化、专业化却没有个性化，缺乏对教师个人经验、个人生活、个人理想的尊重。而把教师视为“一个人”，是把初任教师带回到生活与自我的土壤中，以每个初任教师独特的日常生活、教学生活和自我经验为背景，探究教师的适应发展。同时，激发初任教师的自我专业发展意识，只有意识水平的提高才能将教师从被动的适应中解放。所以笔者认为，初任教师主动、深层次的生态适应必须在把教师视为“一个人”的文化理念指导下，尊重初任教师的独特生活史，激发初任教师的主观能动性，以自由、个性的姿态去适应环境。

2.初任教师生态适应的意义

纵观教师专业发展的整个过程，初任时期的专业发展至关重要。首先，初任教师的生态适应将直接决定其是否能够继续成为一名教师，直接影响着初任教师的留任率。在遭到“现实冲击”时，如果凭借自己的专业知能难以解决问题，又无法获得外界的支持与帮助，最可能引发的就是初任教师专业动机的减弱，产生强烈的职业焦虑感与无助感，严重者会选择离职。

其次，初任教师的生态适应是教师未来专业发展的基础，它将影响初任教师今后成长为什么样的教师。如果在初任时期能够顺利并深层次适应，发展自己的专业知能，丰富自己的专业情感与信念，并将自己独特的个人生活史与教育生活有机融合，对今后的专业发展十分有利。反之，若问题的阴影和不利因素不断积累，必然会阻碍后期的专业发展。

第三，初任教师对环境的适应并非是单向被动的，而是双向主动的。作为一个学校师资队伍的一部分，初任教师生态适应的质量将影响整个师资队伍的建设与发展，进而影响到整个学校的教学质量。受初任教师影响最大的莫过于其教授的学生、管理的班级，初任教师顺利、深层次的适应能够提高其教学能力、完善知识结构、激发教学热情、改善教学管理，必然能够更好地引导学生学习，促进德智体美劳全面发展。反之，学生将成为第一受害者。

二、初任教师生态适应的过程

在生态适应的过程中，生物体会遭受到环境的胁迫。环境胁迫是指环境对生物体所处的生存状态产生的压力，随着压力的加强，有机体将经历四个演变阶段，预警阶段—抗性阶段—耗尽阶段—再生阶段[2]。整个过程可以被概括为：压力的增加导致生物体原有的功能不稳定，功能开始增加抗性，如果压力持续增加超过极限，会给生物体带来伤害，甚至死亡，所以只有中度的环境胁迫才有利于生物体的进化发展。

根据教师职业发展理论，初任教师的生态适应过程也可以分为四个阶段，第一阶段为“蜜月”阶段，初任教师体会到做教师的乐趣，新的工作生活带来的新鲜感和初为人师的喜悦感使初任教师专业动机高涨，乐于从教。

第二阶段是遇到“现实冲击”阶段，所谓“现实冲击”，一般是指在师范教育阶段所形成的教育理想在严峻、残酷的日常课堂生活现实面前的彻底破灭[3]。这时初任教师会遇到各种复杂又难以应付的问题，如维持课堂纪律、激发学生动机、处理个别差异、评价学生作业等。这让初任教师开始怀疑自己的任教能力，感到专业知识与能力的不足，引发职业焦虑和无助感。

第三阶段是“设法应付”阶段，初任教师主动或者被迫采取一系列行动应对问题，如把学到的理论知识与教学实际作一定程度的结合，求教于有经验的教师或者自己在教学实践中不断“试误”、“做中学”、“反思”来补充缺乏的基本专业知识和基本教学能力。

第四阶段是“适应成功或失败”阶段，问题的解决有利于减轻和消除初任教师的职业焦虑和无助感，恢复初任教师的信心，提高初任教师的专业动机，为将来的专业发展奠定基础。如果问题解决失败会导致初任教师的专业动机下降，一个最严重的后果就是离职。

三、初任教师生态适应的方式

1.关注以往的学习经历

在“一个人”的教师文化下，因为性格、气质、学识、经历、学历等方方面面的不同，造就了一个个鲜活而特殊的教师个体。每个个体都有自己的生活史，初任教师生活史的起点应该追溯到其作为学习者的学习经历。当初任教师还是学生的时候，无意识中以非教师职业定向的形式形成了较为稳固的教育信念，具备了一些“直觉式”的“前科学”知识，对初任教师正式执教后的教育观念、执教能力有潜在影响[4]。如果初任教师在自己学习阶段有过有意义学习、自主学习的经历，并对此持有积极肯定的态度，执教后初任教师更倾向于引导学生开展有意义的学习；初任教师也常常会效仿原来钦佩热爱的教师。这些潜在形成的教育观念相对稳定，初任教师在学习、尝试、接受新的教育观念和教育行为时，这些实际存在的教育观念可能成为过滤新观念的筛子，对新观念的学习、新技能的获得产生或好或坏的影响。师范学习生涯对于初任教师更是意义重大，叶澜教授等将尚处于师范学习时期的“准”教师纳入其“自我更新”取向的教师专业发展历程，将此阶段命名为“虚拟关注”阶段，认为高等师范学生是在虚拟的教学环境中获得知识经验，对教育理论和教师技能进行学习、训练，并获得对自我专业发展反思的萌芽[4]。通过回望学习经历，初任教师挖掘出过去的学习经历与现在教育生活千丝万缕的联系，更好地剖析反省自我，更坦然地面对自我。而且过去的学习经历能够也应该成为教师专业发展的宝贵财富，因为这有利于初任教师换位思考，站在学生的角度思考：我的教育观念和行为是否合理？是否有利于学生发展？如果我是学生，我会不会接受？

2.以叙事研究反思教学实践

叙事研究是记录教师教学生活、促进教师专业发展的重要途径。苏霍姆林斯基说过：“我建议每一位教师都来写教育日记。教育日记并不是什么对它提出某些格式要求的官方文献，而是一种个人的随笔记录，在日常工作中就可以记。这些记录是思考和创造的源泉。那种连续记了10年、20年甚至30年的教师日记，是一笔巨大的财富。每一位勤于思考的教师，都有他自己的体系、自己的教育学修养。”教育日记实际上就是一种常见的叙事形态，通过叙事研究，初任教师将真实经历的教育事件用自己的声音讲述出来，声音中包含初任教师的教育信念、思想历程、知识结构等等，讲述的是融入初任教师主观经验的事件。对于研究者而言，初任教师的叙事让人看到教育生活的复杂性，找出困扰初任教师的教学难点、重点。这些丰富而真实的研究素材，也是探索教师缄默知识与专业成长的有效切入点。对于初任教师而言，这是进行自我反思、自我探究最真实、最熟悉的教学案例。传统的理论学是将教学问题从真实的教育情境中抽离，加以概念化、理论化，造成教育实践与理论的隔离。初任教师对于亲身经历的事件是最熟悉、最有感触的，通过对问题情境的叙述将教育研究放回到实践的土壤，唤醒初任教师思索探究的动机与热情，维护初任教师研究反思的主体地位。在对案例事件的回忆叙述中不断反思，重新建构自己的知识与观念，以自我接纳的态度查漏补缺、完善自我。

3.在模仿中构建实践性知识

初任教师进入新的工作环境后，往往会对他人进行模仿，使自己的行为、观念、动作、语言等发生变化，与他人相似。在自然界中，这是一种生物对另一种生物的拟态。对他人的模仿实际是初任教师向模仿对象借鉴、学习行之有效的实践性知识。教师是一份实践性很强的职业，许多研究表明，学习教育理论多年的学士甚至硕士，在实际教学中的表现往往没有中师毕业却工作多年的老教师出色，可见实践少、经验少是初任教师最大的弱点。通过观察模仿向他人“借”经验、“借”知识与技能，使自己尽快存活、融入环境是一种有效的方法。“师徒结对”就是让初任教师在向指导教师的模仿中取长补短、尽快获得生存适应必须的实践性知识。初任教师会对自己的指导教师进行全方位的借鉴模仿，从外显的教学行为到内隐的学生观、教育观、教学活动观，甚至是日常的为人处事方式，似乎模仿的相似程度越高，“借”的越多，越能成功适应新环境。实践证明，这的确能让初任教师对教育教学工作的各个环节尽快熟悉和掌握。但初任教师常常也有这样的困惑：为什么模仿来的方法与策略解决不了自己的问题？因为初任教师犯了拿来主义的错误，模仿不是简单机械、亦步亦趋，不能只要步骤而忽视背后的理念文化，更不能丢弃个性、东施效颦。模仿是对他人经验的反思，需要探究行为背后的支持理念和个中缘由，需要与自己的观念行为进行调试，融入自己的个性风格，在此基础上获得的实践性知识才能真正属于自己。教师作为主体，积累实践性知识的一般过程是：主体面对问题情境采取行动，根据行动的结果不断反思。重新框定问题，更新观念，再次指导行动。可见形成实践性知识有四要素：信念、主体、问题情境、行动中反思，四要素是一个整体，背后有丰富的故事。[6]初任教师如果想要“借”，就必须把它打包，从整体上了解这个故事，洞悉指导教师教学行为背后的反思过程和教育理念，在自我分析和自我反思的基础上找出自己与指导教师之间的差距，不断调整自己的知识结构与行为技能，并在实践中不断练习巩固，这样才能真正将他人的经验“为我所用”，成为自己的实践性知识。

4.深层次的理论学习

刚刚结束了职前教师教育，踏上工作岗位的1～3年是初任教师进行深层次理论学习的黄金时期。在四年教育理论的浸润下，初任教师拥有一定的理论基础，接触了不少前沿的教育思想，特别是近年教师队伍中硕士、博士毕业生的加入，带来了更强的教育科研力量。皮亚杰认为：主体对事物的认识依赖于主体指向事物的活动。可见对教育理论的学习不仅包括对书本知识的苦思冥想、潜心钻研，还包括在理论的指导下去实践、去行动。相较于老教师而言，初任教师扎实的理论学习和广阔的理论视野是一种优势，成为正式教师后的教育实践是升华教育理论的最好契机。用这些名家学者归纳总结的理论知识指导自己的思想行为，防止产生违背教育本质的不良观念与行为。同时在教学活动中温习实践这些教育理论，以探索者的姿态深入理解论证，在主客观交互作用中发挥职前教育的功效，延续职前教育的学习。

参考文献

[1] 魏建培主编.教师学基础.北京：清华大学出版社，2011.

[2] 曹凑贵主编.生态学概论.北京：高等教育出版社，2006.

[3] Veenman，S.Perceived problem of beginning teachers.Review of educational research，1984，vol.54，no.2，p.143.

第8篇：生物模仿技术范文

【关键词】生态滤池；污水处理；蚯蚓生态滤池

随着水污染问题的日益严峻，污水治理技术正逐步成为国际国内的研究热点之一。在污水的处理系统中应用人工设计组合的微生态系统，可以有效提高污水处理的效率，同时生态滤池污水处理技术的发展和应用在污水的回收和利用方面表现出良好的发展空间，正逐渐发展为污水处理的主要趋势。文章主要针对生态滤池的主要应用形式，对生态滤池的特点及优越性进行探讨。

1、生态滤池的概念及其应用特点

生态滤池（MEEF）是利用水生微生物和人工填料上的生物膜形成的模仿自然生态系统来进行污水净化的一种水处理技术，污水中的颗粒物主要通过人工填料进行过滤，生物膜与微生物主要负责污水中的可溶性污染物。这种生态滤池污水处理技术实际上是模仿天然的生态系统，利用各种生态关系来进行水中污染物的处理和净化，是一个半自然生态系统。我国的很多城市和地区广泛存在着突发性的暴雨径流现象，其污染程度要远低于生活污水，如果采用集中治理的方式难免会遇到技术和经济上的双重难题，而采用生态污水处理技术就可以轻松实现污水的净化处理。生态滤池污水处理技术作为一种新兴的净水技术，逐渐地在城镇生活污水处理工艺中得到广泛的应用。通过对生态滤池进行合理的设计，可以通过微生物和人工填料的协同作用，对污水进行有效的处理，去除污染物的同时也可以较大程度上减少污水中的颗粒物，是一种全新概念上的污水处理工艺。

2、生态滤池污水处理技术应用

生态滤池污水处理技术是模仿自然生态系统的原理，运用工程学手段对污水进行回收和利用，将水的自然循环与人工组织机构形成统一的平衡系统，为城镇生活污水的社会循环控制，减少人类活动对自然循环的干涉都能起到良好的效果，各种形式的生态滤池污水处理技术正广泛地应用于生态工程系统中。

2.1蚯蚓生态滤池技术

在污水处理反应器中引入蚯蚓，利用蚯蚓的生物降解可以有效延长和扩展污水中的生物代谢链，通过多种人工调控方式，对生态系统进行合成与分解的调控干涉。蚯蚓可以分解滤床有机污染物，还能够清通滤床的堵塞物，促进含氨物质的硝化与反硝化作用。滤池中采用的填料主要有锯末、粮食壳、煤渣、石英砂等，通过蚯蚓的生物活动可以轻松实现颗粒物的物理过滤、有机物分解和污泥的稳定化。蚯蚓微生物生态滤池在近几年发展起来的一种新型生态污水处理技术，其处理工艺出水水质能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准（GBl8918-2002）》二级标准，污泥的排放量也大幅度减少，水资源的回收利用程度提高，不仅在经济上节省了工程开支，工艺流程也相对简单，运行起来管理方便、维护简单，尤其适用于中小城镇生活污水的处理与回用。

2.2稳定塘技术

稳定塘技术处理污水在我国的应用历史比较久，早在20世纪50年代，我国就开始采用这一技术处理污水。二级生物处理废水的造价比较高，相比之下，稳定塘处理技术体现出了明显的成本优势，能耗也进一步降低，便于管理。据相关部门统计，我国稳定塘处理能力每年都在逐步增长，是城市污水处理量的主要贡献力量。在一些边远城市，比如新疆、满洲里等，稳定塘技术更是成为了污水处理的主力。稳定塘处理废水的能力不仅仅体现在生活污水方面，对工业废水也有较好的处理效果。目前为止，石油、纺织、造纸等污染比较严重的行业都纷纷引入了稳定塘技术，稳定塘利用稀释沉淀、生物降解和水生植物等作用在工业废水净化方面取得了良好的效果。

2.3污水土地处理技术

污水土地处理技术在实践应用中有着较好的前景，但是依然存在一些难以突破的瓶颈问题，比如存在较强的选择性，对气候条件的依赖性较强等。中科院沈阳应用生态研究所与北京市环境保护科学研究院、天津市环境保护科学研究院等单位在中国科学院与国家环保局的支持和组织下，积极调研考察了我国废水污染的现状及治理现状，钻研和吸取了一些发达国家治理废水的经验教训，提出土地处理代替二级处理并同时去除污水中氮、磷的技术路线，这种处理污水的思路突破了三级处理的局限，出水质量大幅提高。污水土地处理技术在近几年的实践应用中发挥了很大的作用，目前已经建立起系统化的土地处理分类体系和辅助设计系统，在全国许多地方都有成功的示范工程。该项技术在废水净化原水给水处理等方面都将有巨大的利用前景。

3、生态滤池污水处理技术发展趋势展望

随着科学技术的飞速发展和人们环保理念的日趋加强，污水生态处理技术也迎来了飞速发展的黄金期，在未来，生态方法处理污水技术主要将向着两个方向发展：几种污水生态处理技术通过并联或者参数优化处理，以期解决北方寒冷地区终年运行的问题；或者采用多种物理的化学的生物的处理方法强化处理系统。这里提到的物理处理法包括了吸附法、离心法、重力法等，化学处理法指的是氧化、离子交换、凝絮等方法，生活处理法主要指活性污泥法、SBR和BSAR等。在污水处理这一领域，我国起步时间较晚，但是快速增长的经济背后带来了严重的环境污染，目前国外在污水处理工艺发展相对成熟。20世纪80年代约翰·托德有史以来第一次将活性污泥法和湿地有机地结合起来，创造性提提出了“living　technology”，这是污水处理史上一项重大的突破。该技术包含了Solar　aquatic　system　（SAS），Living　machine等多种形态。SAS强调依托于太阳能，借助各种动植物和微生物共同构建污水净化系统。Living　machine在SAS系统的基础上增加了生态流化床。Living　technology技术具有操作性强，节省能源，便于控制的特点，最重要的是Living　technology技术有效地集合了综合湿地和活性污泥法的处理特点，大幅提高了污水处理效率。

天然河湖水在我国的分布并不广泛，随着人们对生活景观要求的日益提高，水景需求量直线上升。要想保持水景的长期的清澈度，就要投入一定的人力财力进行后期维护，要定期补充新鲜水源。传统补充水景用水主要依靠自来水，但是这一方法与节约用水的政策导向背道而驰，中水作为补充水成为未来的主要发展趋势。人工湖治理方法方面，传统的治理方法比如引水换水、循环过滤等，这些都不能从根本上解决问题，living　technology作为一种先进的污水处理系统，可以从宏观和微观两个层面，大幅提高景观污水处理效率，提高景观水回收效率。

参考文献

第9篇：生物模仿技术范文

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.