《走進(jìn)制造》課件-浙教版七年級(jí)下冊(cè)科學(xué)

走進(jìn)制造目錄導(dǎo)入01活動(dòng)探索02研討03課外延伸04習(xí)題精煉05導(dǎo)入01當(dāng)你穿上衣服，背上書(shū)包，騎車(chē)來(lái)到學(xué)校；當(dāng)你打開(kāi)書(shū)本，編制程序，遨游于知識(shí)海洋；當(dāng)你坐上火車(chē)，乘上飛機(jī)，穿行于世界各地。你會(huì)發(fā)現(xiàn)，其實(shí)，我們生活在一個(gè)人工制造的世界里。那么，一件件物品是怎么制造的，現(xiàn)在有哪些先進(jìn)的制造技術(shù)，有什么作用？物品的制造過(guò)程一般包含了設(shè)計(jì)、材料準(zhǔn)備、組件制作、組裝和測(cè)試等多個(gè)環(huán)節(jié)。制造技術(shù)：信息技術(shù)：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP）、計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）等，這些技術(shù)使制造過(guò)程更加智能化、高效化；材料技術(shù)：新型材料的研發(fā)、材料的加工和改進(jìn)技術(shù)等，材料技術(shù)的發(fā)展對(duì)于提高制造效率和產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要；工藝與裝備技術(shù)：新型加工方法（如激光加工、3D打印等）、先進(jìn)的裝配和檢測(cè)技術(shù)等。這些技術(shù)使得制造過(guò)程更加精細(xì)化，提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量；管理技術(shù)：涉及制造過(guò)程的計(jì)劃、組織、指揮、協(xié)調(diào)和控制等方面，包括企業(yè)計(jì)劃（ERP）、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、質(zhì)量管理信息系統(tǒng)（QIS）等；系統(tǒng)技術(shù)：將上述各項(xiàng)技術(shù)集成，形成完整的制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、銷(xiāo)售全過(guò)程的優(yōu)化。這包括各種先進(jìn)的集成制造系統(tǒng)，如精益生產(chǎn)（LP）、敏捷制造（AM）、并行工程（CE）；先進(jìn)制造技術(shù)：機(jī)械制造工藝不斷變化和發(fā)展后所形成的制造工藝技術(shù)，包括了常規(guī)工藝經(jīng)優(yōu)化后的工藝，以及不斷出現(xiàn)和發(fā)展的新型加工方法。其主要技術(shù)體系由先進(jìn)成形加工技術(shù)、現(xiàn)代表面工程技術(shù)等技術(shù)構(gòu)成及先進(jìn)制造加工技術(shù)；......等。活動(dòng)探索102一、物品的制造

當(dāng)紙張被你折成紙飛機(jī)、千紙鶴，鐵塊被工人加工成湯匙、冰箱，制造便發(fā)生了。這種將原材料轉(zhuǎn)化為人類(lèi)所需產(chǎn)品的工程技術(shù)就是制造（manufacture）。圖5.1-1利用紙張、鐵塊的制造

制造門(mén)類(lèi)眾多，有電子產(chǎn)品制造、汽車(chē)制造、船舶制造、機(jī)械制造、化學(xué)制造、食品制造、紡織制造、醫(yī)藥制造等細(xì)分領(lǐng)域。制造出的產(chǎn)品創(chuàng)造了一個(gè)人工世界，滿足了人們的衣食住行、學(xué)習(xí)娛樂(lè)、探索未知等各種需求?；顒?dòng)探索102思考與討論：衣服是我們的必需品。圖5.1-2為從棉花到成衣的制造過(guò)程，這一過(guò)程涉及哪些制造技術(shù)？蘊(yùn)含哪些科學(xué)知識(shí)？種植棉花、紡紗、織布、染布、制衣、成衣等制造技術(shù)。棉花種植涉及植物生理學(xué)、遺傳學(xué)、土壤學(xué)等；紡紗涉及機(jī)械工程、材料力學(xué)等；織布涉及紡織工程學(xué)、機(jī)械工程等；制衣、成衣（如染布）涉及物理學(xué)、化學(xué)等。圖5.1-2從棉花到成衣的制造過(guò)程

我們所使用的每一件產(chǎn)品，往往都涉及多項(xiàng)制造技術(shù)與工程產(chǎn)品質(zhì)量、制造效率與制造技術(shù)密切相關(guān)，人們一直在開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的制造技術(shù)，建設(shè)更高效的制造工程?；顒?dòng)探索202

二、現(xiàn)代制造技術(shù)與工程

隨著社會(huì)的進(jìn)步，制造技術(shù)由使用簡(jiǎn)單工具的手工制造發(fā)展為采用復(fù)雜機(jī)械的機(jī)器制造、自動(dòng)化制造，以及當(dāng)今信息社會(huì)的智能制造、納米制造、生物制造等先進(jìn)制造技術(shù)與工程。

智能制造是具有感知、決策、執(zhí)行功能的各類(lèi)制造裝備的統(tǒng)稱。它是先進(jìn)制造技術(shù)、信息技術(shù)和智能技術(shù)的集成與融合。如裝有程序控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，就是一種機(jī)電一體化的智能制造設(shè)備。

圖5.1-4工業(yè)機(jī)器人在制造汽車(chē)

實(shí)踐活動(dòng)：3D打印技術(shù)是智能制造的明珠，它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)（藍(lán)圖），內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、沙等“打印材料”。與電腦連接后，通過(guò)電腦控制，它可以把“打印材料”一層層疊加起來(lái)（通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體）。最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。3D打印在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用，如珠寶、鞋類(lèi)、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工、汽車(chē)、航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)等。

圖5.1-53D打印如條件許可，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一件具有實(shí)用功能、有創(chuàng)意的物品，學(xué)習(xí)編制3D數(shù)字模型打印文件，并利用3D打印機(jī)進(jìn)行打印制造。

3D打印鉆戒活動(dòng)探索202納米制造主要研究納米結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)、加工、改性、組裝等制造方法與工藝，以生產(chǎn)納米尺度的結(jié)構(gòu)與器件。如納米電動(dòng)機(jī)、納米機(jī)器人、分子光電器件、納米電路、納米傳感器、納米智能器件。納米制造大大提升了制造的精度。生物制造是以微生物細(xì)胞生產(chǎn)生物制劑，或以酶蛋白為催化劑進(jìn)行化學(xué)品合成，或以生物質(zhì)為原料合成能源與材料的制造模式，主要包括基因工程、酶工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程等新技術(shù)。圖5.1-6納米機(jī)器人

圖5.1-7生物煉制生產(chǎn)燃料和生物材料基因工程技術(shù)：將重組對(duì)象的目的基因插入載體，拼接后轉(zhuǎn)入新的宿主細(xì)胞，構(gòu)建成工程菌（或細(xì)胞）,實(shí)現(xiàn)遺傳物質(zhì)的重新組合，并使目的基因在工程菌內(nèi)進(jìn)行復(fù)制和表達(dá)的技術(shù)。已廣泛應(yīng)用于醫(yī)、農(nóng)、牧、漁等產(chǎn)業(yè)，甚至與環(huán)境保護(hù)也有密切的關(guān)系。研究成果最顯著的是基因工程藥物，轉(zhuǎn)基因植物的研究也取得了喜人的成果。酶工程技術(shù)：指在一定的生物反應(yīng)器內(nèi)，運(yùn)用酶的催化作用,將對(duì)應(yīng)的原料轉(zhuǎn)化成有用物質(zhì)的技術(shù)，是將酶學(xué)理論與化工技術(shù)結(jié)合而形成的新技術(shù)。酶工程是研究酶的生產(chǎn)和應(yīng)用的一門(mén)新興學(xué)科，其應(yīng)用領(lǐng)域主要波及農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)、能源開(kāi)發(fā)、生命科學(xué)理論研究等。細(xì)胞工程技術(shù)：細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué)的交叉領(lǐng)域，主要利用細(xì)胞生物學(xué)的原理和方法，結(jié)合工程學(xué)的技術(shù)手段，按照人們預(yù)先的設(shè)計(jì)，有計(jì)劃地改變或創(chuàng)造細(xì)胞遺傳性的技術(shù)。包括體外大量培養(yǎng)和繁殖細(xì)胞，或獲得細(xì)胞產(chǎn)品、或利用細(xì)胞體本身。發(fā)酵工程技術(shù)：即微生物工程技術(shù)，生物制藥領(lǐng)域中應(yīng)用最普遍的技術(shù)，通過(guò)控制微生物的培養(yǎng)條件和代謝過(guò)程,使微生物合成所需的目的產(chǎn)物。活動(dòng)探索302

三、從制造大國(guó)邁向制造強(qiáng)國(guó)

制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，是立國(guó)之本、強(qiáng)國(guó)之基、興國(guó)之器。從2012年到2021年的十年間，從奮斗者號(hào)探測(cè)萬(wàn)米深海溝，到C919大型客機(jī)成功飛行，再到嫦娥探月、祝融探火、羲和逐日、北斗組網(wǎng).....一批重大工程引領(lǐng)中國(guó)制造業(yè)不斷攀上新高度。在一些重要的制造業(yè)領(lǐng)域，中國(guó)已經(jīng)具有全球領(lǐng)先的競(jìng)爭(zhēng)力，如軌道交通、通信裝備、輸變電裝備的制造工程。

中國(guó)高鐵5G通信

特高壓輸電

圖5.1-9中國(guó)制造

實(shí)踐活動(dòng):選擇一項(xiàng)全球領(lǐng)先的中國(guó)制造技術(shù)，制造技術(shù)水平、工程建設(shè)情況以及對(duì)人們生活、社會(huì)發(fā)展的影響等方面入手，基于數(shù)據(jù)與證據(jù)進(jìn)行調(diào)查分析，并向他人介紹你的分析結(jié)果。中國(guó)高鐵技術(shù)在世界上處于世界領(lǐng)先水平。建造高鐵涉及到的關(guān)鍵技術(shù)有：軌道技術(shù)：高鐵軌道通常采用無(wú)縫焊接的長(zhǎng)鋼軌，以減少列車(chē)行駛時(shí)的震動(dòng)和噪音，并提高運(yùn)行平穩(wěn)性；列車(chē)技術(shù)：高鐵列車(chē)采用流線型設(shè)計(jì)以減少空氣阻力，使用輕量化材料以降低重量，配備高性能的制動(dòng)系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)以確保安全和高效運(yùn)行；信號(hào)與控制系統(tǒng)：高鐵系統(tǒng)依賴先進(jìn)的信號(hào)技術(shù)和調(diào)度控制系統(tǒng)來(lái)確保列車(chē)的安全運(yùn)行和高效調(diào)度。這些系統(tǒng)包括列車(chē)自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)、調(diào)度集中系統(tǒng)等；橋梁與隧道技術(shù)：在地形復(fù)雜的區(qū)域，高鐵建設(shè)需要跨越河流和山谷，或者穿越山脈，這就需要先進(jìn)的橋梁和隧道工程技術(shù)；供電系統(tǒng)：高鐵列車(chē)通常采用電力驅(qū)動(dòng)，因此需要建立可靠的供電系統(tǒng)，包括變電站、高壓輸電線路和接觸網(wǎng)等；減震降噪技術(shù)：為了減少高鐵對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，采用了多種減震降噪技術(shù)，如軌道減震器、聲屏障等;智能化技術(shù)：現(xiàn)代高鐵系統(tǒng)越來(lái)越多地融入智能化技術(shù)，如自動(dòng)駕駛、智能調(diào)度、健康監(jiān)測(cè)等，以提高運(yùn)營(yíng)效率和安全性；......等。活動(dòng)探索302當(dāng)今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局，我國(guó)在制造技術(shù)與工程方面也面臨諸多新挑戰(zhàn)。如芯片制造、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、極小徑銑刀(直徑約0.01mm）、超精密拋光工藝、掃描電子顯微鏡等關(guān)鍵制造技術(shù)落后于世界發(fā)達(dá)國(guó)家。為突破卡脖子技術(shù)，推動(dòng)我國(guó)從制造大國(guó)邁向制造強(qiáng)國(guó)，國(guó)家制定了實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)“三步走”戰(zhàn)略，如圖5.1-10所示。圖5.1-10中國(guó)實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)“三步走”戰(zhàn)略03研討1.物品的制造有哪些領(lǐng)域？電子產(chǎn)品制造、汽車(chē)制造、船舶制造、機(jī)械制造、化學(xué)制造、食品制造、紡織制造、醫(yī)藥制造、機(jī)器制造、自動(dòng)化制造、智能制造、納米制造、生物制造等。04課外延伸科學(xué)閱讀

我國(guó)古代紡織技術(shù)

我國(guó)古代紡織技術(shù)的發(fā)展可以追溯到新石器時(shí)代。當(dāng)時(shí)人們使用手工紡紗器將棉花、亞麻、蠶絲等纖維材料加紗線，然后通過(guò)手工織機(jī)將紗線織成布匹。紡車(chē)是以毛、棉、麻、絲等纖維材料為原料，通過(guò)人力驅(qū)動(dòng)機(jī)械，利用旋轉(zhuǎn)抽絲的工藝制造線或紗的設(shè)備。紡車(chē)通常有一個(gè)用手或腳驅(qū)動(dòng)的輪子和一個(gè)紗錠。中國(guó)古代紡紗工具分手搖紡車(chē)、腳踏紡車(chē)、大型水力紡車(chē)等類(lèi)型。紡車(chē)、織布機(jī)等制造技術(shù)促進(jìn)了我國(guó)古代紡織業(yè)的發(fā)展。1972年，沉睡了千年的馬王堆漢墓得以重見(jiàn)天日。出土文物素紗襌（音

dān

）衣，“薄如蟬翼，輕如浮煙。”它長(zhǎng)128cm，袖長(zhǎng)190cm，質(zhì)量49g，折疊后可以放入火柴盒中，被譽(yù)為西漢紡織業(yè)的一大代表作。圖5.1-3清代紡車(chē)04課外延伸人工合成淀粉技術(shù)

2021年，中國(guó)科學(xué)家歷時(shí)6年多，實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的人工合成。這項(xiàng)技術(shù)只需要水、二氧化碳和電，不依賴光合作用，被譽(yù)為“將是影響世界的重大顛覆性技術(shù)”。淀粉人工合成是一種新型生物制造技術(shù)，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)生物制造提供了一個(gè)新的途徑，具有非常重大的推進(jìn)意義。如果未來(lái)二氧化碳人工合成淀粉的成本能夠降低，具有了經(jīng)濟(jì)可行性，將會(huì)節(jié)約耕地和淡水資源，避免農(nóng)藥化肥等對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，提高人類(lèi)糧食安全水平，為實(shí)現(xiàn)”碳達(dá)峰”和”碳中和”提供了一種新的技術(shù)路線。圖5.1-8人工合成淀粉

今天你學(xué)到了什么呢？走進(jìn)制造物品的制造這種將原材料轉(zhuǎn)化為人類(lèi)所需產(chǎn)品的工程技術(shù)就是制造。有電子產(chǎn)品制造、汽車(chē)制造、船舶制造、機(jī)械制造、化學(xué)制造、食品制造、紡織制造、醫(yī)藥制造等細(xì)分領(lǐng)域?，F(xiàn)代制造技術(shù)與工程制造技術(shù)由使用簡(jiǎn)單工具的手工制造發(fā)展為采用復(fù)雜機(jī)械的機(jī)器制造、自動(dòng)化制造，以及當(dāng)今信息社會(huì)的智能制造、納米制造、生物制造等先進(jìn)制造技術(shù)與工程。從制造大國(guó)邁向制造強(qiáng)國(guó)