跨学科实践11：我国造船技术的发展（课件）-2024-2025学年八年级物理下学期项目化课程案例

目前已发现最古老的船是在距今1万年前的石器时代制造。由于当时没有金属工具，因此当时建造的船非常小，建造方式通常是使用石斧直接在树干上凿出独木舟。到了公元前5000年的时候，波斯湾附近的居民已经开始借用大自然的力量作为船的动力，他们开始制作帆船。又过了约2000年，南岛民族已经掌握了真正的远洋航行技术，他们从台湾开始不断的向南迁徙，最远的足迹到达现在的马达加斯加。而此时远在非洲的古埃及文明也掌握了先进的造船技术，埃及的商人可以在尼罗河上通过船只到达全国各地进行贸易活动。到了公元前1500年，南岛人改进了帆船中帆的样式，由方形发展到性能更优异、操作更简单的蟹爪帆。同时，他们还改进了双体船，开发出机动性更强的支腿船，搭配蟹爪帆开始了远洋穿越，将先进的造船和帆船技术传到世界各地。随着贸易范围的扩张，除了带来商品的交换，也带来了战争。当时的地海沿岸出现了专门靠打劫为生的海上民族。大约在公元前1175年，海上民族开始进攻古埃及，发生了有记载的最早的海战三角洲之战。公元前1000年左右，战争在地中海沿岸经常发生，催生了多种战舰，如桨帆船、两层桨座战船和3层桨座战船。当时的三层桨座战船成为地中海附近海军的标准配备，而此时位于亚洲的南岛人也开始殖民西太平洋和马达加斯加地区，并且连接中国与南亚的贸易。此时中国的造船技术也非常先进，秦代时就能造出长达30米的海船。汉代的造船技术更为进步，船上除碱外还有锚堕，其中楼船是汉朝有名的船型，它的建造和发展也是造船技术交叉的标志。公元3世纪，维京人发明了塑料建造的造船方法。塑料建造的船只是整个中世纪北欧航海的标志。尤其是维京掠夺者的长传，吃水浅、速度快，转向灵活，十分适合远征异地时突西的掠夺活动。到公元6世纪，维京人开始扩张，他们的殖民地遍布欧洲，维京人甚至早在哥伦布发现新大陆的五百多年前就越过拉布拉多海到达北美。公元9世纪，中国的宋代修建了著名的西河闸，是现代船闸的雏形，大大拓宽了内陆航运的范围。此时，难道人的足迹已到达西非？公元10世纪，中国人首次将罗盘用于航海。13世纪，意大利、西班牙、葡萄牙开始根据航海经验制作布兰特海图，这是当时制作最为详细的航海图，为此后的地理大发现提供基础。在亚洲，当时的南岛人开始在新西兰殖民。1405年，郑和开始大规模远洋航海，开启了当时世界上规模最大的远洋航海项目。此时，中国造的船已经开始采用水密舱壁，工艺上采用榫接铁钉加固船板缝隙中填塞捻合物的办法来保证船的坚固性和水密性。整个中世纪，大多数大型船舶都是木质，以帆为动力，人类造船的主要目的还是殖民和贸易。伴随着罗盘、航海图和稳固的造船技术，欧洲人开启了混乱而伟大的大航海时代，又叫地理大发现。15世纪末期，欧洲的大船主要以克拉克帆船、柯克船和盖伦帆船为主。由于从威尼斯的商人手里取得的香料太过昂贵，当时西班牙、葡萄牙、英国等海上强国兴起海上冒险，意图重新建立起香料贸易。葡萄牙率先进行大航海时代的先锋，伴随着哥伦布、伽马和麦哲伦等人的伟大航海，开启了大航海时代。1513年，葡萄牙人首次从欧洲到达中国。1522年，麦哲伦完成了首次环球航行和穿越太平洋。1571年，以西班牙为首的神圣同盟与奥斯曼帝国展开了西方自古典时代以来最大的海战，这是历史上最后一场以桨帆船为主的大型海战。在之后的几十年中，盖仑帆船和战列线战术在海战中的重要性持续上升，取代了蒋帆船在海战中的主力战船地位，开启了风时代。到了1620年，河南工程师德雷贝尔建造了第一艘可航行的潜艇。此时潜艇还是以讲为动力，可在4到5米深的水里航行。18世纪中期，航海天文钟、六分仪相继被应用，人类也实现了环球航行，无人伤亡，大大鼓舞了探险家的信心。18世纪晚期，欧洲人开启了工业革命，英国人建造了第一艘铁壳船，法国人建造了第一艘可以使用的蒸汽轮船，蒸汽动力开始进入远洋航行。19世纪是船舶发展最快的时期，现代螺旋桨和更高效的蒸汽轮机被发明，蒸汽动力被广泛应用。同时，汽油发动机开始为船只提供动力，船的类型也按用途逐渐细化，出现了铁甲舰、破冰船、内燃机驱动的潜艇以及远洋游轮。造船材料升级为帖和帖木复合材料，白炽灯也开始进入团体内部。地理大发现时期，伴随着新航路的开辟，东西方在文化、贸易之间的联系大大增加，使西方文明扩展至全世界。同时，帝国主义、殖民主义与自由贸易也开始出现。除了正面意义，地理大发现也是一段充满血腥暴力的侵略殖民史。欧洲这个时期的殖民扩张和快速发展，奠定了其超过亚洲繁荣的基础，世界各地的矛盾也在加剧。20世纪开始，欧洲人基本完成了对世界版图的殖民，加上第二次工业革命，电力、蒸汽机、新的材料与物质，特别是炼钢技术的发展，使钢铁的成本降低，为建造体积更大更坚固、动力更强的船提供了工业基础。1906年，英国的无畏号战列舰下水，开启了战列舰时代，同时使船跑得更快的水意被发明。1912年，当时世界上最大的豪华客轮泰坦尼克号沉没，成为历史上最著名的海洋灾难。两次世界大战客观上促进了船舶的发展，用吨位衡量船的大小、成为标准燃气涡轮发动机和可在水下运行的柴油发动机等，更多的技术被应用到军舰或潜艇。1918年，第一艘航母出现。1937年，美国的驱逐舰开始配备雷达，标志着船舶的现代化、信息化。二战期间，航母成为海上霸主。1944年的菲律宾海海战是史上规模最大的航母海战，共涉及24艘航母。伴随着第三次工业革命，我以船提供动力的方式越来越多，燃煤帆船被转化为柴油动力，食用油代替蒸汽。1955年，世界上第一艘核动力潜艇鹦鹉螺号下水。同时，战后各国之间的贸易更加频繁。1956年，第一艘集装箱船出现。20世纪中后期，人类也由探险时代进入探索时代。一般来说，探险时代在17世纪初就基本结束，那时欧洲的船只已经建得足够好，他们的导航员已经足够胜任，几乎可以前往地球上的任何地方。1959年，气垫船、破冰船以及深潜器的出现，让人类可以探索普通船只无法到达的地区。核动力货船也被建造出来，能够在不加油的情况下航行三年以上。此后，各种功能独特的科考船、探测器相继被建造，世界各地加速对海洋的研究，更多新的技、最新的材料被用到造船工业上。进入21世纪，船舶的故事还没有结束。如今人类已能建出长度接近500米的船只。在材料方面，一些较大的船由坚固的轻质金属如铝制成，而较小的船通常由轻质复合材料如玻璃纤维或超强塑料制成。在动力方面，依然以石油为主，但人类也在尝试使用太阳能电池等可再生能源作为能量来源。从木筏、皮艇、独木舟到如今的庞然巨物，现在的船采用更先进的技术和材料建造，能适应更多的活动场景。人类建造传播的历史伴随着人类文明的发展史。 跨学科实践：我国造船技术的发展 ——从古至今的辉煌历程 古代木帆船 现代大型船舶 船是人类伟大的发明，是重要的水上交通运输工具，船的发展史也从某方面体现了人类的科技进步。 项目主题 我国造船与航海方面的成就 项目背景 船是人类伟大的发明，是重要的水上交通运输工具。 下面我们一起来探索我国在造船与航海方面的成就。 古代造船技术的辉煌 秦汉时期：造船业出现第一个高峰，楼船成为水师主力。 唐宋时期：造船业进入成熟期，船舶数量和质量显著提升。 明代：郑和七下西洋，宝船采用福船型，稳定性好，安全舒适 远古时代，我国先民就造出木筏和独木舟，这些船以人力或流水的力量为动力。 木筏 商代出现木板船，并发明了风帆。 中山国一号墓木板船模型 木板船 四角帆 三角帆 秦汉时期，船体更加大型化，出现了楼船等，航海活动开始从近海走向远洋。汉武帝时期汉使南航，出访东南亚和印度诸国，标志着海上丝绸之路的开辟。 洛神赋中的楼船 楼船模型 汉武大帝与楼船 海上丝绸之路 隋唐时期，中外商船频繁航行于中国、日本、印度和阿拉伯之间。 宋元时期，罗盘和水密舱开始应用于航海，使得中国帆船可以长年在海上航行，航线已经可以横跨印度洋远抵东非延岸。 水密舱 明永乐三年(1405 年)到宣德八年(1433年)之间，郑和率领船队七次下“西洋”，前后到访过三十多个国家，这是中国古代造船业和航海事业的巅峰时期。郑和航海所使用的船舶都是大型的木质帆船，以风力为动力，其中最大的长148米，宽60米，是当时世界上最大的船舶。 一次载入人民海军史册的会议 1949年4月23日，华东军区海军在江苏泰州白马庙正式成立。张爱萍被任命为新中国第一支海军部队，华东海军的司令员兼政治委员。下午1时30分，张爱萍作为会议的主持者，伴着窗外长江南岸传来的“轰轰隆隆”的炮声，宣布华东军区海军正式创建。 10 “天若有情天亦老，人间正道是沧桑！” 1949年4月23日，中国人民解放军百万雄师过大江，虎虎雄威，气壮山河，将红旗插上了国民党总统府，南京宣告解放！ 同天，国民党将领林遵率国民党海防第二舰队官兵在南京笆斗山江面宣布起义。 毛泽东《中国人民解放军占领南京》 11 “从无到有”——新的考验接踵而至 海军成立之后，摆在张爱萍面前的首要任务是建设一支能打仗的部队。随后，为了补充兵员，在张爱萍的领导下，上海、青岛、福州等地成立了“登记国民党海军人员办事处”，公开刊登的通告中，号召散落在各地的原国民党海军人员前来报到。 为了尽快培养出合格的人民海军部队，1949年8月15日，华东军区海军学校在南京成立，张爱萍担任校长兼政治委员。 12 “旱鸭子”成为中国人民解放军海军司令 1950年1月15日，中央军委正式发出命令“特任命萧劲光为中国人民解放军海军司令”。他与著名爱国将领张学良的胞弟张学思，率先携手创办大连海军学校。此后，他接连组织创办了海军鱼雷快艇学校、海军航空学校、海军炮兵学校等院校，突击培训海军建设所必需的各类军事人才。 13 现代化海军编成及武器装备 中国人民海军已经建设成为由水面舰艇部队、潜艇部队、海军航空兵、海军岸防兵和海军陆战队五大兵种组成的军种，其以航空母舰、新型驱逐舰、新型潜艇、新型战斗机为代表的新一代主战装备，以及与其相配套的新型导弹、鱼雷、舰炮、电子战装备等武器系统陆续交付使用。 现代海军已经发展成为海空一体、近海防御、远海护卫的海上作战装备体系，是西太平洋地区最大规模的海上武装力量。 14 现代造船技术的发展 20世纪以来：造船技术突飞猛进，成为世界第一造船大国。 大型化、高端化转型：从传统船型向高附加值的高端船型转变。 代表性成就：超大型集装箱船、大型LNG船、邮轮等 大型LNG船 邮轮 蛟龙号： 我国第一艘深海载人潜水器，下潜深度7062米 深海勇士号： 国产化程度高，具备深海探测能力 奋斗者号： 下潜深度10909米，达到世界领先水平 我国造船与航海方面的成就 跨学科实践 利用规定的材料，分组制作小帆船，并比较各组小帆船行驶的稳 定性及在相同风力条件下的航行距离 材料：3 个矿泉水瓶，硬纸板，纸，筷子，绳子，胶带等。 要求：小帆船能浮于水面，并在行驶过程中保持稳定。 $$在历史的长河中，总有一些人物和事件以其非凡的勇气和深远的影响，成为后世传诵的佳话。明朝时期的郑和下西洋便是这样一段波澜壮阔、意义深远的壮举。它不仅展现了明朝强大的国力和先进的航海技术，更促进了中外文化的交流与融合，为中华文明的传播和全球视野的拓展做出了不可磨灭的贡献。明朝的辉煌与郑和的使命明朝，一个在中国历史上闪耀着独特光芒的朝代，以其强大的国力、繁荣的经济和灿烂的文化著称于世。在这个时代背景下，郑和这位出身宦官却胸怀壮志的航海家被赋予了前所未有的使命，率领庞大的船队远航海外，探索未知的世界，同时展示明朝的威仪与和平友好的外交姿态。七下西洋的壮举。从永乐三年至宣德八年，郑和率领着由数百艘船只、数万名船员组成的大船队，先后七次下西洋，足迹遍布东南亚、南亚、西亚乃至非洲东海岸的众多国家和地区。这一系列的远航，不仅是中国古代航海史上的巅峰之作，也是世界航海史上的奇迹之一。在每一次的航行中，郑和都秉持着和平友好的原则，与沿途各国进行贸易往来、文化交流交流，甚至帮助一些国家平息内乱，解决争端。他带去了明朝的丝绸、瓷器、茶叶等珍贵商品，同时也将外国的香料、宝石、药材等物品带回中国，极大的丰富了中外贸易的品种和数量。此外，郑和还积极传播中华文明，将中国的儒家思想、文字艺术、医学知识等介绍给海外诸国，促进了中外文化的相互理解和尊重。深远的影响。郑和下西洋的壮举，仅加强了中国与周边国家的联系和交往，也为后世留下了宝贵的文化遗产和深刻的历史启示。他展示了明朝强大的国力和先进的航海技术，提高了中国在国际舞台上的地位和影响力。同时，它也促进了中外文化的交流与融合，为中华文明的传播和全球视野的拓展做出了重要贡献。更重要的是，郑和所展现出的和平友好、开放包容的外交理念，对于当今世界的和平与发展仍然具有重要的借鉴意义。郑和下西洋是一段永载史册的辉煌篇章，它不仅是明朝时期中国航海事业的巅峰之作，更是中外文化交流与融合的典范。在纪念这段历史的同时，我们也应该铭记郑和所展现出的勇气、智慧和胸怀，以更加开放包容的心态去面对当今世界的变化与挑战，共同推动人类文明的进步与发展。 中华文明在持续五千多年的发展过程中，积累了丰富的与自然打交道的经验，形成了自己独特的科学技术。在制造领域，早在远古时期，我们的祖先就广泛使用独木舟，合法，并以非凡的勇气和智慧走向海洋。据考证，在船北发明之前，发作为第一种水上运载工具，是新石器时期我国东南部的百越人发明的。我国古代的造船技术长期处于世界领先水平，在明朝发展到了巅峰。造船工厂遍布于全国滨江沿海各地，尤以江苏、福建、湖广、浙江等地最为发达，除民办船厂以外，还有官办船厂，其中最大的船厂有南京的龙江船厂和苏北的清江船厂。得益于发达的水上航运，明朝进出口贸易甚是繁荣，贸易俄曾居世界第一位。明朝水师的规模庞大，当时就已经处于亚洲第一的地位，鼎盛时期更是有接近4000艘的舰船，明代造船技艺到达了巅峰。郑和下西洋所乘坐的郑和宝船长44丈4尺，阔一十八丈，换算成现在的计量单位，大宝船的长与宽约为138米和56米。这样的巨擘不仅盖古所未有，而且达到了19世纪世界目帆船的较高水平。直到80年后，哥伦布乘船去美洲，船队中的圣玛利亚号船长23.66米，船宽7.84米，和郑和宝船的体量相比还是较小的。郑和舰队能够顺利航行，水密隔舱发挥了很大的作用。这是一种安全结构设计，位于船体内由隔仓板分隔出的多间独立舱室，即便是在航行过程中一不小心碰上暗礁，在多个水密隔舱的保护下船，依旧可以保持正常行驶，不会因此沉没。中国是世界上造船历史最为悠久的国家之一，在中国32600公里漫长的海岸线中，华夏文明一直与大海有着密不可分的联系，优秀的造船技术对近现代的造船技术发生了深入的影响。