5.1 走进制造（第2课时）（导学案）-【上好课】七年级科学下册同步备课系列（浙教版）

5.1 走进制造（第2课时） （导学案） 【学习目标】 1. 掌握智能制造、纳米制造、生物制造等现代技术的特点及应用； 2. 了解中国制造业的成就（如高铁、北斗）及核心技术挑战（如芯片）。 【学习重点】现代制造技术的核心原理及中国制造强国的战略意义 【学习难点】纳米制造、生物制造等前沿技术的抽象概念理解 【自主学习】 阅读教材，完成以下问题： 1.智能制造是具有 、 、 功能的各类制造装备的统称，是 、 和 的集成与融合。如数控机床、工业机器人。 2.3D打印技术是以 为蓝图，通过 控制将 、 、 等材料逐层叠加，最终将蓝图变为实物。 3.纳米制造是研究 结构 、 、 、 等工艺，生产 的结构与器件。纳米制造大大提升了 。 4.生物制造是以 ，或以 ，或以 。包括 工程、 工程、 工程、 工程。 5.人工合成淀粉技术：中国科学家利用 、 和 合成淀粉，无需 ，可能节约耕地资源并助力碳中和。 6.中国制造面临的挑战有哪些？ 7.国家“三步走”战略的内容？ 【课堂探究】 一、智能制造与3D打印 随着社会的进步，制造技术由使用简单工具的手工制造发展为采用复杂机械的机器制造、自动化制造，以及当今信息社会的智能制造、纳米制造、生物制造等先进制造技术与工程。 智能制造 智能制造是具有感知、决策、执行功能的各类制造装备的统称。它是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成与融合。如装有程序控制系统的数控机床，就是一种机电一体化的智能制造设备。 3D打印技术 3D打印技术是智能制造的明珠。它以数字模型文件为蓝图，内装有金属、陶瓷、塑料、沙等“打印材料”。与电脑连接后，通过电脑控制，它可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。 如条件许可，请设计一件具有实用功能、有创意的物品，学习编制3D数字模型打印文件，并利用3D打印机进行打印制造。 3D打印技术应用于制造业与工业应用、医疗健康领域、建筑与基础设施等多个领域。当前3D打印技术已形成覆盖“工业制造—民生服务—前沿探索”的全场景应用生态，2025年全球市场规模预计突破3000亿美元。 二、纳米制造与生物制造 纳米制造 纳米制造主要研究纳米结构生长、加工、改性、组装等制造方法与工艺，以生产纳米尺度的结构与器件。如纳米电动机、纳米机器人、分子光电器件、纳米电路、纳米传感器、纳米智能器件。 纳米尺度 单个原子的直径约0.1-0.5纳米，操控纳米材料就像用乐高积木搭建微缩模型，但每个“积木”只有原子大小。想象用镊子夹起一粒盐，而纳米技术需要夹起的是盐粒的百万分之一。 纳米尺度是原子和分子级别的微小世界，比我们肉眼可见的物体小数百万到数十亿倍。在纳米尺度下，材料的物理、化学性质可能发生巨变。纳米机器人可进入人体修复细胞，纳米涂层能让手机屏幕防刮耐磨。 纳米制造大大提升了制造的精度 生物制造 生物制造是以微生物细胞生产生物制剂，或以酶蛋白为催化剂进行化学品合成，或以生物质为原料合成能源与材料的制造模式，主要包括基因工程、酶工程、细胞工程、发酵工程等新技术。 人工合成淀粉技术 2021年，中国科学家历时6年多，实现了二氧化碳到淀粉的人工合成。这项技术只需要水、二氧化碳和电，不依赖光合作用，被誉为“将是影响世界的重大颠覆性技术”。淀粉人工合成是一种新型生物制造技术，为农业生产、工业生物制造提供了一个新的途径，具有非常重大的推进意义。 如果未来二氧化碳人工合成淀粉的成本能够降低，具有了经济可行性，将会节约耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的负面影响，提高人类粮食安全水平，为实现“碳达峰”和“碳中和”提供了一种新的技术路线。 三、中国制造强国战略 制造业是国民经济的基础，是立国之本、强国之基、兴国之器。从2012年到2021年的十年间，从奋斗者号探测万米深海沟，到C919大型客机成功飞行，再到嫦娥探月、祝融探火、羲和逐日、北斗组网……一大批重大工程引领中国制造业不断攀上新高度。 在一些重要的制造业领域，中国已经具有全球领先的竞争力，如轨道交通、通信装备、输变电装备的制造工程。 实践活动 选择一项全球领先的中国制造技术，从制造技术水平、工程建设情况以及对人们生活、社会发展的影响等方面入手，基于数据与证据进行调查分析，可制作ppt，并向他人介绍你的分析结果。 当今世界正经历百年未有之大变局，我国在制造技术与工程方面也面临诸多新挑战，如芯片制造、航空发动机、极小径铣刀、超精密抛光工艺、扫描电子显微镜等关键制造技术落后于世界发达国家。 为突破卡脖子技术，推动我国从制造大国迈向制造强国，国家制定了实现制造强国“三步走”战略，如图所示。 【自我测评】 例1.智能制造的核心特征是什么（ ） A. 完全依赖人工操作完成生产 B. 仅使用传统机械完成重复性任务 C. 集成了感知、决策、执行功能的制造系统 D. 通过生物技术直接合成工业产品 例2.纳米制造的主要研究方向是什么（ ） A. 利用微生物细胞生产生物制剂 B. 通过程序控制实现全自动化生产 C. 在纳米尺度加工、组装结构与器件 D. 使用高温熔炼技术合成金属材料 例3.中国实现制造强国“三步走”战略中，第二步（到2035年）的目标是（ ） A. 制造业综合实力进入世界制造强国前列 B. 制造业大国地位更加巩固 C. 全面超越所有发达国家，成为全球唯一制造强国 D. 初步解决“卡脖子”技术问题 例4.以下哪项属于中国当前面临的“卡脖子”技术挑战（ ） A. 高铁制造技术 B. 芯片制造技术 C. 纺织机械制造技术 D. 北斗卫星导航技术 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 5.1 走进制造（第2课时） （导学案） 【学习目标】 1. 掌握智能制造、纳米制造、生物制造等现代技术的特点及应用； 2. 了解中国制造业的成就（如高铁、北斗）及核心技术挑战（如芯片）。 【学习重点】现代制造技术的核心原理及中国制造强国的战略意义 【学习难点】纳米制造、生物制造等前沿技术的抽象概念理解 【自主学习】 阅读教材，完成以下问题： 1.智能制造是具有感知、决策、执行功能的各类制造装备的统称，是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成与融合。如数控机床、工业机器人。 2.3D打印技术是以数字模型文件为蓝图，通过电脑控制将金属、陶瓷、塑料等材料逐层叠加，最终将蓝图变为实物。 3.纳米制造是研究纳米结构生长、加工、改性、组装等工艺，生产纳米尺度的结构与器件。纳米制造大大提升了制造的精度。 4.生物制造是以微生物细胞生产生物制剂，或以酶为催化剂合成化学品，或以生物质为原料生产能源与材料。包括基因工程、酶工程、细胞工程、发酵工程。 5.人工合成淀粉技术：中国科学家利用二氧化碳、水和电合成淀粉，无需光合作用，可能节约耕地资源并助力碳中和。 6.中国制造面临的挑战有哪些？ 芯片制造、航空发动机、极小径铣刀、超精密抛光工艺、扫描电子显微镜等关键制造技术落后于世界发达国家。 7.国家“三步走”战略的内容？ 第一步（到2025年）：制造业大国地位更加巩固。 第二步（到2035年）：综合实力进入世界制造强国前列。 第三步（新中国成立一百年时）：制造业综合实力领先世界。 【课堂探究】 一、智能制造与3D打印 随着社会的进步，制造技术由使用简单工具的手工制造发展为采用复杂机械的机器制造、自动化制造，以及当今信息社会的智能制造、纳米制造、生物制造等先进制造技术与工程。 智能制造 智能制造是具有感知、决策、执行功能的各类制造装备的统称。它是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成与融合。如装有程序控制系统的数控机床，就是一种机电一体化的智能制造设备。 3D打印技术 3D打印技术是智能制造的明珠。它以数字模型文件为蓝图，内装有金属、陶瓷、塑料、沙等“打印材料”。与电脑连接后，通过电脑控制，它可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。 如条件许可，请设计一件具有实用功能、有创意的物品，学习编制3D数字模型打印文件，并利用3D打印机进行打印制造。 3D打印技术应用于制造业与工业应用、医疗健康领域、建筑与基础设施等多个领域。当前3D打印技术已形成覆盖“工业制造—民生服务—前沿探索”的全场景应用生态，2025年全球市场规模预计突破3000亿美元。 二、纳米制造与生物制造 纳米制造 纳米制造主要研究纳米结构生长、加工、改性、组装等制造方法与工艺，以生产纳米尺度的结构与器件。如纳米电动机、纳米机器人、分子光电器件、纳米电路、纳米传感器、纳米智能器件。 纳米尺度 单个原子的直径约0.1-0.5纳米，操控纳米材料就像用乐高积木搭建微缩模型，但每个“积木”只有原子大小。想象用镊子夹起一粒盐，而纳米技术需要夹起的是盐粒的百万分之一。 纳米尺度是原子和分子级别的微小世界，比我们肉眼可见的物体小数百万到数十亿倍。在纳米尺度下，材料的物理、化学性质可能发生巨变。纳米机器人可进入人体修复细胞，纳米涂层能让手机屏幕防刮耐磨。 纳米制造大大提升了制造的精度 生物制造 生物制造是以微生物细胞生产生物制剂，或以酶蛋白为催化剂进行化学品合成，或以生物质为原料合成能源与材料的制造模式，主要包括基因工程、酶工程、细胞工程、发酵工程等新技术。 人工合成淀粉技术 2021年，中国科学家历时6年多，实现了二氧化碳到淀粉的人工合成。这项技术只需要水、二氧化碳和电，不依赖光合作用，被誉为“将是影响世界的重大颠覆性技术”。淀粉人工合成是一种新型生物制造技术，为农业生产、工业生物制造提供了一个新的途径，具有非常重大的推进意义。 如果未来二氧化碳人工合成淀粉的成本能够降低，具有了经济可行性，将会节约耕地和淡水资源，避免农药、化肥等对环境的负面影响，提高人类粮食安全水平，为实现“碳达峰”和“碳中和”提供了一种新的技术路线。 三、中国制造强国战略 制造业是国民经济的基础，是立国之本、强国之基、兴国之器。从2012年到2021年的十年间，从奋斗者号探测万米深海沟，到C919大型客机成功飞行，再到嫦娥探月、祝融探火、羲和逐日、北斗组网……一大批重大工程引领中国制造业不断攀上新高度。 在一些重要的制造业领域，中国已经具有全球领先的竞争力，如轨道交通、通信装备、输变电装备的制造工程。 实践活动 选择一项全球领先的中国制造技术，从制造技术水平、工程建设情况以及对人们生活、社会发展的影响等方面入手，基于数据与证据进行调查分析，可制作ppt，并向他人介绍你的分析结果。 当今世界正经历百年未有之大变局，我国在制造技术与工程方面也面临诸多新挑战，如芯片制造、航空发动机、极小径铣刀、超精密抛光工艺、扫描电子显微镜等关键制造技术落后于世界发达国家。 为突破卡脖子技术，推动我国从制造大国迈向制造强国，国家制定了实现制造强国“三步走”战略，如图所示。 【自我测评】 例1.智能制造的核心特征是什么（ ） A. 完全依赖人工操作完成生产 B. 仅使用传统机械完成重复性任务 C. 集成了感知、决策、执行功能的制造系统 D. 通过生物技术直接合成工业产品 【答案】C 【解析】A.智能制造强调自动化与智能化，与“完全依赖人工”矛盾。故A错误； B.传统机械属于机械化制造，未体现智能技术的集成。故B错误； C.智能制造是“感知、决策、执行功能的集成与融合”，如数控机床。故C正确； D.生物技术合成属于生物制造领域，与智能制造无直接关联。故D错误。 故选C。 例2.纳米制造的主要研究方向是什么（ ） A. 利用微生物细胞生产生物制剂 B. 通过程序控制实现全自动化生产 C. 在纳米尺度加工、组装结构与器件 D. 使用高温熔炼技术合成金属材料 【答案】C 【解析】A.微生物生产属于生物制造（如发酵工程）。故A错误； B.程序控制自动化是智能制造的特征，如工业机器人。故B错误； C.纳米制造的核心是研究纳米尺度的结构与器件，如纳米机器人。故C正确； D.高温熔炼是传统材料加工技术，与纳米制造无关。故D错误； 故选C。 例3.中国实现制造强国“三步走”战略中，第二步（到2035年）的目标是（ ） A. 制造业综合实力进入世界制造强国前列 B. 制造业大国地位更加巩固 C. 全面超越所有发达国家，成为全球唯一制造强国 D. 初步解决“卡脖子”技术问题 【答案】A 【解析】A.第二步（到2035年）目标为“综合实力进入世界制造强国前列”。故A正确； B.这是第一步（到2025年）的目标。故B错误； C.表述过于绝对，战略未提“唯一强国”，且需持续发展。故C错误； D.解决“卡脖子”技术是贯穿三步的长期任务，并非第二步专属目标。故D错误； 故选A。 例4.以下哪项属于中国当前面临的“卡脖子”技术挑战（ ） A. 高铁制造技术 B. 芯片制造技术 C. 纺织机械制造技术 D. 北斗卫星导航技术 【答案】B 【解析】A.中国高铁技术全球领先，非“卡脖子”领域。故A错误； B.教材指出芯片制造等关键技术落后于发达国家，需重点突破。故B正确； C.纺织机械技术成熟，中国在相关领域具备竞争力。故C错误； D.北斗卫星导航是中国自主研发的先进技术，已实现全球组网。故D错误。 故选B。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$