第十九篇  眼睛与仿生学

王谷岩

一、作者简介

王谷岩，1940年11月生，河北省唐山市人。

1965年毕业于中国科学技术大学物理系生物物理专业。

1968年4月至今，在中国科学院生物物理研究所从事科研工作，曾任学术委员会委员、科研处处长、政策与（学科发展）战略研究室主任。中国科学院生物物理研究所研究员，生物物理学家，国家载人航天工程“神舟”飞船空间生命科学实验质量管理员，著名生物学家贝时璋院士的助手，细胞重建研究组成员，科普作家。

主要著作有《20世纪生命科学进展》、《生命大揭秘》、《了解生命》、《探索生物电》等。

二、仿生学简介

“仿生学”这个名词是1960年9月13日斯蒂尔在美国召开的第一次仿生学讨论会上提出的。距今2300多年前墨子和他的300弟子，花了三年时间，造了一只“会飞的木鸟”，同时间希腊阿奇卡也制成一只“机械鸽子”。东汉时，张衡制成一架能飞数里的“木雕”。大约一千九百多年前西汉京都长安有人用大鸟翮制两翼绑在双臂上能飞（滑翔）几百步。……自古就有许多中外人士模仿鸟类飞行试制飞行器，但都不成功。原因在于不了解鸟类的形态构造和生理机能适于飞行的科学原理；又不了解人不具备飞行的生理条件，人要上天，必须依靠机械动力才可能。一直到了公元1903年美国赖特兄弟发明了飞机，人类从此实现了几千年来梦寐以求的飞上天空的愿望。

　　人类飞上天空的例子，说明了仿生学的诞生有它的漫长历史，但必须在科学发达的前提下才能诞生。仿生学是一门新兴不久的科学，是生物学，数学和工程技术学边缘的一门崭新学科。它首先是根据生产实际提出的技术问题，去研究生物系统某一方面的结构和功能特性──生物原型研究。然后，将研究所得生物资料进行数学分析，抽象出它们之间的内在联系，建立数学模型。从中取得对工程技术所需的资料，用于工程技术。在工程科学的进一步发展中，人们需要向生物界寻找启发和进行模拟是很自然的，这种努力有广阔的前景。《眼睛与仿生学》就是一篇介绍有关“仿生学”的科学知识的说明文。

三、课文结构分析

课文可分为三部分。

　第一部分为前三个自然段，分别讲的是(1)眼的重要(2)眼的功能(3)眼睛与仿生学，第一部分讲的是“研究视觉仿生的意义”。

第二部分则探讨了研究视觉仿生的成果，又可以分为两层，第一层讲单眼的构造与功能，从文章的第四自然段到第九自然段分别讲了人眼、蛙眼、鹰眼；第二层则分别以象鼻虫、蜜蜂、蜻蜓和苍蝇为例讲了复眼的构造与功能，从第十自然段到第十四自然段。

文章的第三部分为最后二段，说明了仿生学的定义，任务、研究范围和发展重点。

　　第一部分：研究视觉仿生的意义（(1)─(3)）（总）

　　第二部分：研究视觉仿生的成果（(4)—(14)）（分）

　　第三部分：仿生学的定义、任务、研究范围和发展重点（(15)──(16)）（总）

四、说明顺序分析

　　由于仿生学是一门新兴科学，人们一般对它都比较陌生，所以作者不是先在科学定义上作文章，而是先介绍人们最熟悉，印象最深的人的眼睛，及其在仿生学中的意义，然后再说明一些动物的眼睛及其构造和功能。就眼的构造来说，一般眼的构造比复眼简单，所以作者先从一般眼睛谈起，然后再介绍复眼的构造及其在仿生学中的意义。

　　本文的说明顺序是由一般到特殊，由简单到复杂。这样的说明顺序既便于读者理解，又符合人们的认识规律，因此显得合情合理。

　　说明文的基本结构有“总──分──总”“总──分”、“分──总”三种形式。就文章的主体部分来说，由于层次之间的关系不同，常见的有“纵式结构”（层进关系），“横式结构”（并列关系）和“纵、横合式结构”。全文共十六个自然段，其段落大意可分别概括为：(1)眼的重要(2)眼的功能(3)眼睛与仿生学(4)人眼的仿生价值之一(5)人眼的仿生价值之二(6)蛙与蛙眼(7)蛙眼的特点(8)蛙眼的仿生价值(9)鹰眼的仿生价值(10)复眼的启示(11)象鼻虫与仿生学(12)蜂眼的特点(13)蜜蜂与仿生学(14)蜻蜓和苍蝇与仿生学(15)仿生学的定义及研究任务(16)仿生学的研究范围，类别和发展重点。

　　这篇文章的整体结构采用的是“总──分──总”的形式，主体结构即文章的第二部分则采用的是横式结构。

五、说明方法分析

交错运用举例和比较的说明方法是本文在运用说明方法上的特点。

一边大量地举出例子，一边对举出的例子进行比较，既简略地介绍了相关事物的共同性，又详细地说明了它们的不同之处。例如，文章开头部分以人眼与照相机进行比较，来说明研究各种不同构造的眼睛在仿生学中的意义。通过两者的比较，着重说明了人眼跟照相机不同的地方：要先对图像进行信息加工，抽取线段、角度、弧度、运动、色度和明暗对比等包含重要信息的简单特征，并把它们编制成神经密码信号，再传给大脑。同时，人眼还可以对比周围的景物，使人感知自身的运动和位置状态，确定物体的距离，形状和相对大小等。又如，在介绍复眼时，以蜻蜓为例，把它同人眼相比，说明它没有眼球，不能转动，靠头部的转动朝向物体，表面是一层比较硬的半透明角膜，边缘与头部边缘融为一体。最后概括起来说明，复眼构造的特点是“精巧”；功能的特点是“奇异”，在某些方面的人眼所不及。通过举例与比较突出了人和动物眼睛的不同特征，给人留下了深刻的印像。

六、语言特点

这篇文章是介绍仿生学这门新兴科学的说明文，为了说明这门新兴科学，作者运用了准确、严密、简明易懂的语言把深奥难懂的科学道理表达得深入浅出、通俗易懂。