好设计里的科学
蛟龙号载人潜水器海试画面
图片来源:新华网公开报道图片
初一科学 · 学生互动学习页

好设计里的科学

跟随“蛟龙号”进入深海,完成一次科学探究和工程设计挑战。

深海环境 压强与材料 水声通信 五大构成
学习任务

你是一名深海装备设计师

今天的任务不是背资料,而是回答一个真实工程问题:如果要把3个人安全送到7000米深海,设计师必须先解决什么?

请先想一想:压力、氧气、黑暗、通信、方向控制,哪一个最让你担心?为什么?

?
写下判断后,第1关会自动点亮。
案例认识

蛟龙号是一台把人送进深海的工程系统

先看几条可以核对的事实。后面做判断时,要尽量用事实作为证据。

7000m最大设计下潜深度
7062m2012年实测最大下潜深度
3人最多搭载作业人员
12h+极端环境下连续作业能力

先练一下:下面哪一句是“事实”?

互动实验

拖动深度,看看压力怎样变化

这里用近似值帮助理解:海水越深,物体受到的压强越大。7000米深海大约有700个大气压。

海面 0m 3000m 7000m

深度控制

当前深度0 m
约等于大气压1 个

思考:如果外壳材料不够强,潜水器会发生什么?如果外壳无限加厚,又会带来什么新问题?

科学拆解

蛟龙号为什么要这样设计?

耐压结构

深海压力从四面八方压向潜水器,外壳必须足够强。

钛合金材料

材料要兼顾强度、重量和耐腐蚀,不能只追求“厚”。

水声通信

水下普通无线电和光传播受限,声波更适合传递信息。

悬停控制

稳定停在水中,才能更安全地观察、采样和测绘。

评价方法

好设计不只是“好看”

请用“五大构成”看一个设计。初一阶段重点看科技、人本和文化,也可以尝试加入艺术和商业。

科技构成

突破了什么科学或技术难题?

艺术构成

外形、颜色、识别度有什么价值?

人本构成

它为谁服务?怎样保证安全和体验?

商业构成

能否带动应用、产业和持续价值?

文化构成

它承载了怎样的时代意义?

给蛟龙号做一个课堂版五维评价

科技5
艺术3
人本4
商业3
文化5
峰值维度:科技、文化。请为高分找证据。
即时小测

检查一下你是否抓住了关键

1. 为什么深海潜水器不能只把外壳做得特别厚?

2. 水下远距离通信更常用哪种方式?

3. “悬停控制”的主要价值是什么?

4. 判断一个设计好不好,最好怎么做?

内部小程序

深海采样挑战

控制潜水器下潜、采样、上浮。目标是在氧气和电量耗尽前,采到至少2份样品并安全回到海面。

3500m 中层
6200m 样品区

任务控制台

深度0 m
压力1 个
氧气100%
电量100%
样品0 / 3
状态待命
提示:深度越大,压力越大;采样需要到达6000米以下,但每次操作都会消耗氧气和电量。
作品任务

设计你的“蛟龙号2.0”

只改一个地方。不要只写“更先进”,要说清楚你解决了什么问题,用到了什么科学依据。

点一个方向可以先生成作品草稿,再改成你自己的想法。

今日挑战:让潜水器在海底更稳 限制条件:只能改一个系统,并说明它和压力、材料、通信或控制中的哪一个有关。
作品成熟度 0%
写清楚真实问题
提出具体改进
说出科学关键词
解释为什么有效
填写后可以保存到当前浏览器。刷新页面后仍可继续修改。
学习成果卡

我的深海好设计成果

完成上面的任务后,这里会自动汇总你的学习结果。可以截图、打印或作为课堂提交依据。

1. 我的风险判断

还没有填写。

2. 我的压强实验发现

还没有拖动压强实验。

3. 我的五维评价

还没有完成评价证据。

4. 我的蛟龙号2.0方案

还没有形成方案。

建议先完成5个闯关任务,再提交成果卡。