好设计馆 · 教育线样板 · 初中科学

月球上怎么取土?
——嫦娥五/六号钻取采样系统

课堂教案 · 45 分钟 · 基于好设计馆真实档案与官方设计阐述
适用:初一/初二科学课时:1 课时(45 分钟)课标挂接:力学 · 热学 · 真空环境形态:线上探究 + 动手模拟

01教学目标

  • 知识:知道月球钻取采样要克服真空、温差、月尘三大环境难题;理解"冲-切-排-拨-挤"组合工艺为什么能适应未知月壤。
  • 能力:能通过拆解实验室观察部件结构与官方图纸;能在模拟器中调节参数并解释结果差异。
  • 情感:感受"在未知中设计"的工程思维——不追求破碎能力最强,而追求适应与可靠。

02课堂流程(45 分钟)

导入
3 分钟
提问:「月球上怎么把土取回来?」让学生自由说——钻头?铲子?抓娃娃机?引出"没人去过的地方,怎么知道会遇到什么"。
拆解探究
15 分钟
拆解实验室:学生点开嫦娥钻取系统 → 逐部件看弹窗(它是什么/为什么这样设计/工作原理/关键数据)→ 打开官方图纸(图 5 钻具设计、图 7 双管单袋原理)→ 重点讨论:为什么钻头要做成"双排阶梯"?为什么取芯要用"软袋包覆"而不是直接倒出来?
模拟实验
12 分钟
月球钻取模拟器(互动乐园 → 实验台):全班预设三组参数(高速低冲击 / 中速中冲击 / 低速高冲击),轮流上台调节转速、进给、冲击,观察取芯成功率与卡钻风险。讨论:哪组最稳?为什么"转速不是越高越好"?
设计挑战
10 分钟
设计挑战一「未知岩块」(互动乐园):如果你是工程师,月壤里有 50mm 厚硬岩块,你怎么改钻头?选完方案看 AI 裁判点评,再揭晓官方做法。
总结作业
5 分钟
一句话收获:每人写"嫦娥钻取最难的地方是___,因为___"。布置课后任务:在观展闯关完成嫦娥关卡(答案藏在拆解实验室),或导出一份任务单打印。

03课堂材料与入口

04教师备课提示

  • 课前建议:教师先自己跑一遍模拟器(推荐参数:转速 180 / 进给 8 / 冲击中),并完成嫦娥关卡的 2 道题,熟悉答案位置。
  • 课堂若设备有限:可投影拆解实验室与模拟器,学生分组讨论后由代表上台操作。
  • 延伸话题:嫦娥五/六号取回 260g 与 320g 月壤(破 Luna24 的 170g 纪录)——为什么"保住层序"比"取得多"更重要?可对接地质分层知识。
  • 本页为教育线样板;如需其他馆藏教案(燃气轮机/蛟龙号/模锻压机…),可照此模板扩展。
本教案为教学参考模板,所有事实数据(温差 310℃、600℃ 钻取 50mm Ⅷ级月岩、取芯率 84%+ 等)均来自好设计奖官方设计阐述;活动设计可按班级情况调整。