第十九篇  眼睛與仿生學

王谷巖

一、作者簡介

王谷巖，1940年11月生，河北省唐山市人。

1965年畢業于中國科學技術大學物理系生物物理專業。

1968年4月至今，在中國科學院生物物理研究所從事科研工作，曾任學術委員會委員、科研處處長、政策與（學科發展）戰略研究室主任。中國科學院生物物理研究所研究員，生物物理學家，國家載人航天工程“神舟”飛船空間生命科學實驗質量管理員，著名生物學家貝時璋院士的助手，細胞重建研究組成員，科普作家。

主要著作有《20世紀生命科學進展》、《生命大揭秘》、《了解生命》、《探索生物電》等。

二、仿生學簡介

“仿生學”這個名詞是1960年9月13日斯蒂爾在美國召開的第一次仿生學討論會上提出的。距今2300多年前墨子和他的300弟子，花了三年時間，造了一只“會飛的木鳥”，同時間希臘阿奇卡也制成一只“機械鴿子”。東漢時，張衡制成一架能飛數里的“木雕”。大約一千九百多年前西漢京都長安有人用大鳥翮制兩翼綁在雙臂上能飛（滑翔）幾百步。……自古就有許多中外人士模仿鳥類飛行試制飛行器，但都不成功。原因在于不了解鳥類的形態構造和生理機能適于飛行的科學原理；又不了解人不具備飛行的生理條件，人要上天，必須依靠機械動力才可能。一直到了公元1903年美國賴特兄弟發明了飛機，人類從此實現了幾千年來夢寐以求的飛上天空的愿望。

　　人類飛上天空的例子，說明了仿生學的誕生有它的漫長歷史，但必須在科學發達的前提下才能誕生。仿生學是一門新興不久的科學，是生物學，數學和工程技術學邊緣的一門嶄新學科。它首先是根據生產實際提出的技術問題，去研究生物系統某一方面的結構和功能特性──生物原型研究。然后，將研究所得生物資料進行數學分析，抽象出它們之間的內在聯系，建立數學模型。從中取得對工程技術所需的資料，用于工程技術。在工程科學的進一步發展中，人們需要向生物界尋找啟發和進行模擬是很自然的，這種努力有廣闊的前景。《眼睛與仿生學》就是一篇介紹有關“仿生學”的科學知識的說明文。

三、課文結構分析

課文可分為三部分。

　第一部分為前三個自然段，分別講的是(1)眼的重要(2)眼的功能(3)眼睛與仿生學，第一部分講的是“研究視覺仿生的意義”。

第二部分則探討了研究視覺仿生的成果，又可以分為兩層，第一層講單眼的構造與功能，從文章的第四自然段到第九自然段分別講了人眼、蛙眼、鷹眼；第二層則分別以象鼻蟲、蜜蜂、蜻蜓和蒼蠅為例講了復眼的構造與功能，從第十自然段到第十四自然段。

文章的第三部分為最后二段，說明了仿生學的定義，任務、研究范圍和發展重點。

　　第一部分：研究視覺仿生的意義（(1)─(3)）（總）

　　第二部分：研究視覺仿生的成果（(4)—(14)）（分）

　　第三部分：仿生學的定義、任務、研究范圍和發展重點（(15)──(16)）（總）

四、說明順序分析

　　由于仿生學是一門新興科學，人們一般對它都比較陌生，所以作者不是先在科學定義上作文章，而是先介紹人們最熟悉，印象最深的人的眼睛，及其在仿生學中的意義，然后再說明一些動物的眼睛及其構造和功能。就眼的構造來說，一般眼的構造比復眼簡單，所以作者先從一般眼睛談起，然后再介紹復眼的構造及其在仿生學中的意義。

　　本文的說明順序是由一般到特殊，由簡單到復雜。這樣的說明順序既便于讀者理解，又符合人們的認識規律，因此顯得合情合理。

　　說明文的基本結構有“總──分──總”“總──分”、“分──總”三種形式。就文章的主體部分來說，由于層次之間的關系不同，常見的有“縱式結構”（層進關系），“橫式結構”（并列關系）和“縱、橫合式結構”。全文共十六個自然段，其段落大意可分別概括為：(1)眼的重要(2)眼的功能(3)眼睛與仿生學(4)人眼的仿生價值之一(5)人眼的仿生價值之二(6)蛙與蛙眼(7)蛙眼的特點(8)蛙眼的仿生價值(9)鷹眼的仿生價值(10)復眼的啟示(11)象鼻蟲與仿生學(12)蜂眼的特點(13)蜜蜂與仿生學(14)蜻蜓和蒼蠅與仿生學(15)仿生學的定義及研究任務(16)仿生學的研究范圍，類別和發展重點。

　　這篇文章的整體結構采用的是“總──分──總”的形式，主體結構即文章的第二部分則采用的是橫式結構。

五、說明方法分析

交錯運用舉例和比較的說明方法是本文在運用說明方法上的特點。

一邊大量地舉出例子，一邊對舉出的例子進行比較，既簡略地介紹了相關事物的共同性，又詳細地說明了它們的不同之處。例如，文章開頭部分以人眼與照相機進行比較，來說明研究各種不同構造的眼睛在仿生學中的意義。通過兩者的比較，著重說明了人眼跟照相機不同的地方：要先對圖像進行信息加工，抽取線段、角度、弧度、運動、色度和明暗對比等包含重要信息的簡單特征，并把它們編制成神經密碼信號，再傳給大腦。同時，人眼還可以對比周圍的景物，使人感知自身的運動和位置狀態，確定物體的距離，形狀和相對大小等。又如，在介紹復眼時，以蜻蜓為例，把它同人眼相比，說明它沒有眼球，不能轉動，靠頭部的轉動朝向物體，表面是一層比較硬的半透明角膜，邊緣與頭部邊緣融為一體。最后概括起來說明，復眼構造的特點是“精巧”；功能的特點是“奇異”，在某些方面的人眼所不及。通過舉例與比較突出了人和動物眼睛的不同特征，給人留下了深刻的印像。

六、語言特點

這篇文章是介紹仿生學這門新興科學的說明文，為了說明這門新興科學，作者運用了準確、嚴密、簡明易懂的語言把深奧難懂的科學道理表達得深入淺出、通俗易懂。