第三節(jié) 技術(shù)的未來

江蘇省通州市石港中學(xué)  唐志浩

單擊此處下載1.3 技術(shù)的未來課件

一、備課說明

根據(jù)我校學(xué)生的具體情況和我對(duì)課標(biāo)、教材（蘇教版技術(shù)與設(shè)計(jì)1）的理解，在備課過程中，我對(duì)教材案例等內(nèi)容作了適當(dāng)調(diào)整處理。 1、課本P19頁(yè)《 “無線家庭”一天的“無線生活” 》作為課后作業(yè)。用《英國(guó)“捕獲彩虹”技術(shù)有望讓光線停止》這樣一個(gè)新近發(fā)生的真實(shí)技術(shù)事件作為第一個(gè)案例。這個(gè)案例令人耳目一新，容易吸引學(xué)生的注意，有很多亮點(diǎn)，比較詳細(xì)，學(xué)生容易參與。2、把閱讀材料“月球城市”上升為典型案例，結(jié)合我國(guó)剛發(fā)射成功的嫦娥一號(hào)以及現(xiàn)在世界各國(guó)的探月工程情況，讓學(xué)生在真實(shí)技術(shù)活動(dòng)中體驗(yàn)技術(shù)的現(xiàn)在和未來。在這些真實(shí)案例的分析過程中，更能加深學(xué)生對(duì)技術(shù)的積極情感和理性看待技術(shù)的態(tài)度。3、增加介紹愛因斯坦的生平和發(fā)表《告后人書》的背景，可以讓學(xué)生從科學(xué)家的視角理性看待技術(shù)的兩面性和技術(shù)的未來。

 二、教案

講義——詳 細(xì) 材 料

1、英國(guó)“捕獲彩虹”技術(shù)有望讓光線停止

英國(guó)“捕獲彩虹”技術(shù)有望讓光線停止(圖)

不同波長(zhǎng)的光線能夠被特殊波導(dǎo)的不同位置捕獲，形成彩虹。

據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，英國(guó)科學(xué)家近日稱，他們最近設(shè)計(jì)出一種新型的人造電磁-光學(xué)材料，有望能夠?qū)⒐饩€停滯于其中。在2007年11月15日出版的《自然》雜志上，英國(guó)薩里大學(xué)的物理學(xué)家歐特溫-赫斯與其同事公布了他們的這項(xiàng)最新成果。

　　將運(yùn)行速度為3×10⁸m/s的光截住絕對(duì)是一件壯舉，科學(xué)家們?yōu)榇艘呀?jīng)進(jìn)行了數(shù)年的研究。為了應(yīng)對(duì)這個(gè)挑戰(zhàn)，歐特溫-赫斯與其同事一道設(shè)計(jì)出了一個(gè)理論方法，使用一種屬性由結(jié)構(gòu)而非成份決定的“超材料”將光截留住。

目前，赫斯的設(shè)計(jì)還只停留在理論階段，要真正實(shí)現(xiàn)光的截留，科學(xué)家們就必須努力研發(fā)并使用納米材質(zhì)的“超材料”。盡管這樣一種材料聽起來有些“科幻”，但奇異的“超材料”發(fā)現(xiàn)都是從一些看似不可思議的理論誕生出來的。比如，負(fù)折射率材料從提出到發(fā)現(xiàn)僅用了短短6個(gè)月的時(shí)間。

歐特溫-赫斯表示，一旦光可以被截留住，就將掀起數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存領(lǐng)域的革命。根據(jù)赫斯的理論，可以通過給光子設(shè)置限速，使某些頻率的數(shù)據(jù)傳輸減速，以便其它數(shù)據(jù)通過。這樣一來，就可以提高數(shù)據(jù)處理效率，使因特網(wǎng)具有更大的數(shù)據(jù)容量。由于光學(xué)裝置天生就具有難以置信的高帶寬，因此，截留光的方法使得光子可以被儲(chǔ)存，從而芯片上可以儲(chǔ)存海量數(shù)據(jù)。

慢化光速無論是從理論上還是從實(shí)際應(yīng)用上均是意義非凡。使光子停止，操縱光子以便把信息輸入光子，然后根據(jù)需要再將光子發(fā)往某地以及某時(shí)再發(fā)。這種可能性使人們看到了新一代計(jì)算機(jī)——量子計(jì)算機(jī)的曙光，可以預(yù)見它比目前計(jì)算機(jī)的功能要強(qiáng)大幾千倍。

此外，利用它可開發(fā)將不可見的紅外線轉(zhuǎn)換為肉眼可識(shí)別的可見光的技術(shù)、減少通信系統(tǒng)中的噪音以及研制性能更好的視頻顯示和夜視裝置等。

2、背景：愛因斯坦（1879～1955）

德裔美國(guó)科學(xué)家 。1879 年3月14日生于德國(guó)烏耳姆鎮(zhèn)的一個(gè)小業(yè)主家庭，自幼喜愛音樂。愛因斯坦在量子論、分子運(yùn)動(dòng)論、相對(duì)論等物理學(xué)的三個(gè)不同領(lǐng)域取得了歷史性成就，特別是狹義相對(duì)論的建立和光量子論的提出，推動(dòng)了物理學(xué)理論的革命。

1939年，愛因斯坦獲悉鈾核裂變及其鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的發(fā)現(xiàn)，在匈牙利物理學(xué)家利奧·西拉德推動(dòng)下，上書羅斯?？偨y(tǒng)，建議研制原子彈，以防德國(guó)占先。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束前夕，美國(guó)在日本廣島和長(zhǎng)崎兩個(gè)城市上空投擲原子彈，愛因斯坦對(duì)此強(qiáng)烈不滿。戰(zhàn)后，他為開展反對(duì)核戰(zhàn)爭(zhēng)的和平運(yùn)動(dòng)和反對(duì)美國(guó)國(guó)內(nèi)法西斯危險(xiǎn)，進(jìn)行了不懈的斗爭(zhēng)。

1955年4月，彌留之際的愛因斯坦簽署了《羅素——愛因斯坦宣言》 ，呼吁人們團(tuán)結(jié)起來，防止新的世界大戰(zhàn)爆發(fā)。愛因斯坦不僅是一位偉大的科學(xué)家，還是一位和平主義者。他目睹了兩次世界大戰(zhàn)中對(duì)人類文明的摧殘，認(rèn)為和平是人類的首要問題。

3、閱讀：“月球城市”　　

中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)自遠(yuǎn)在新近出版的《院士展望二十一世紀(jì)》一書中撰文認(rèn)為，人類將于2005年在月球建立裝備加壓艙、發(fā)電設(shè)備、生活必需品和月球表面活動(dòng)車等，使月球成為一個(gè)龐大、穩(wěn)固而功能齊全的“天然空間站”；2010年將建立設(shè)備齊全的永久性居住地，研究人員可在月球表面滯留幾星期，以開展生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)和天文觀測(cè)；2015年將在月球建立小型的永久居住的月球基地；2020年將在月球興建實(shí)驗(yàn)工廠、農(nóng)場(chǎng)等，使月球的“地球村”自給自足，逐步建立“月球城市”。　　

21世紀(jì)，人類有可能在“月球城市 ”中建立全球性、并聯(lián)式的太陽(yáng)能發(fā)電廠，并且通過傳輸為地球提供長(zhǎng)期、穩(wěn)固的能源。同時(shí)，人類還將從月球土壤和月球巖石中提取金屬、氧和其他氣體資源、甚至水，利用月球上的弱重力、高真空和超純凈的條件，研制和生產(chǎn)地球上極難獲得的新型材料等。

4、中國(guó)探月計(jì)劃

一、階段

中國(guó)探月工程首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)自遠(yuǎn)介紹“嫦娥一號(hào)”是我國(guó)發(fā)射的最遠(yuǎn)距離的衛(wèi)星，距地球的平均距離是38萬公里，而在這之前，我國(guó)發(fā)射的最遠(yuǎn)距離的衛(wèi)星離地面4萬公里。

經(jīng)過10年的醞釀，最終確定我國(guó)整個(gè)探月工程分為“繞”、“落”、“回”3個(gè)階段。

1） 第一期繞月工程在2007年10月24日發(fā)射探月衛(wèi)星“嫦娥一號(hào)”，對(duì)月球表面環(huán)境、地貌、地形、地質(zhì)構(gòu)造與物理場(chǎng)進(jìn)行探測(cè)。

2） 第二期工程時(shí)間定為2007年至2010年，目標(biāo)是研制和發(fā)射航天器，以軟著陸的方式降落在月球上進(jìn)行探測(cè)。具體方案是用安全降落在月面上的巡視車、自動(dòng)機(jī)器人探測(cè)著陸區(qū)巖石與礦物成分，測(cè)定著陸點(diǎn)的熱流和周圍環(huán)境，進(jìn)行高分辨率攝影和月巖的現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)或采樣分析，為以后建立月球基地的選址提供月面的化學(xué)與物理參數(shù)。

3） 第三期工程時(shí)間定在2011至2020年，目標(biāo)是月面巡視勘察與采樣返回。其中前期主要是研制和發(fā)射新型軟著陸月球巡視車，對(duì)著陸區(qū)進(jìn)行巡視勘察。后期即2015年以后，研制和發(fā)射小型采樣返回艙、月表鉆巖機(jī)、月表采樣器、機(jī)器人操作臂等，采集關(guān)鍵性樣品返回地球，對(duì)著陸區(qū)進(jìn)行考察，為下一步載人登月探測(cè)、建立月球前哨站的選址提供數(shù)據(jù)資料。此段工程的結(jié)束將使我國(guó)航天技術(shù)邁上一個(gè)新的臺(tái)階。

二、目標(biāo)

繞月探測(cè)工程將完成以下四大科學(xué)目標(biāo)：

一、獲取月球表面三維立體影像，精細(xì)劃分月球表面的基本構(gòu)造和地貌單元，進(jìn)行月球表面撞擊坑形態(tài)、大小、分布、密度等的研究，為類地行星表面年齡的劃分和早期演化歷史研究提供基本數(shù)據(jù)，并為月面軟著陸區(qū)選址和月球基地位置優(yōu)選提供基礎(chǔ)資料等。

二、分析月球表面有用元素含量和物質(zhì)類型的分布特點(diǎn)，主要是勘察月球表面有開發(fā)利用價(jià)值的鈦、鐵等14種元素的含量和分布，繪制各元素的全月球分布圖，月球巖石、礦物和地質(zhì)學(xué)專題圖等，發(fā)現(xiàn)各元素在月表的富集區(qū)，評(píng)估月球礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用前景等。

三、探測(cè)月壤厚度，即利用微波輻射技術(shù)，獲取月球表面月壤的厚度數(shù)據(jù)，從而得到月球表面年齡及其分布，并在此基礎(chǔ)上，估算核聚變發(fā)電燃料氦-3的含量、資源分布及資源量等。

四、探測(cè)地球至月球的空間環(huán)境。月球與地球平均距離為38萬公里，處于地球磁場(chǎng)空間的遠(yuǎn)磁尾區(qū)域，衛(wèi)星在此區(qū)域可探測(cè)太陽(yáng)宇宙線高能粒子和太陽(yáng)風(fēng)等離子體，研究太陽(yáng)風(fēng)和月球以及地球磁場(chǎng)磁尾與月球的相互作用。

5、世界其他國(guó)家的探月工程情況

（1）美國(guó)重返月球

　　1972年12月，美國(guó)的“阿波羅”17號(hào)飛船對(duì)月球進(jìn)行了最后一次考察，此后登月競(jìng)賽的狂熱便驟然降溫。耗資巨大的“阿波羅”計(jì)劃完成后，月球探測(cè)陷入低迷狀態(tài)。直到1994年，美國(guó)宇航局(NASA)發(fā)射了“克萊門汀號(hào)”環(huán)月探測(cè)器，除了測(cè)繪月球地貌，還對(duì)月面元素的分布與含量進(jìn)行探測(cè)，并發(fā)現(xiàn)在月球南極可能存在水。1998年1月，美國(guó)又發(fā)射了“月球勘探者”，它同樣發(fā)現(xiàn)在月球兩極的盆地底部可能蘊(yùn)涵固態(tài)水。由于水的存在意味著人類在月球上生存的基本條件已經(jīng)具備，伴隨這一發(fā)現(xiàn)而來的是美國(guó)重返月球計(jì)劃。

　　2004年1月，美國(guó)總統(tǒng)布什發(fā)表講話，提議最早2015年，最晚不超過2020年讓美國(guó)宇航員重返月球，并開始在月球建立科研基地，為下一步將人送上火星甚至更遠(yuǎn)星球做準(zhǔn)備。布什不忘提及，月球上的資源豐富，其土壤含有各種元素，這可以被用于制造飛船燃料和維持人類的地外生存。

　　2006年12月，美國(guó)宇航局公布了“全球探索戰(zhàn)略”和“月球基地計(jì)劃”的初步構(gòu)想。將于2014年開始實(shí)施的“月球探索戰(zhàn)略”列舉了月球探索的各種理由，其中包括需要維持人類在月球的生存，該戰(zhàn)略同時(shí)要求促進(jìn)國(guó)際合作及為探索火星和其他星球做準(zhǔn)備。

　　在2007年3月發(fā)布的探索戰(zhàn)略框架計(jì)劃書中，美國(guó)宇航局指出，月球不僅是我們最近的“天然空間站”，還是人類探索火星以及更遠(yuǎn)宇宙的理想前哨。在月球表面的極端環(huán)境下，運(yùn)輸工具、維持生命所需的居住系統(tǒng)和高級(jí)機(jī)器人技術(shù)都能得到實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)，這將為日后人類登陸更遙遠(yuǎn)天體提供豐富的經(jīng)驗(yàn)。

2008年10月，美國(guó)宇航局將用同一枚運(yùn)載火箭同時(shí)發(fā)射兩顆月球探測(cè)衛(wèi)星———“月球勘察軌道飛行器”和“月球弧坑觀測(cè)與測(cè)向衛(wèi)星”。它們將前往月球的兩極尋找適合建造月球基地的位置。

　　完成初步觀測(cè)后，美國(guó)宇航局還將在2010年派遣類似火星漫步者的機(jī)器人，在初步選定的位置著陸，實(shí)地進(jìn)行勘測(cè)。通過勘測(cè)兩極，科學(xué)家需要確定月球上的氫元素儲(chǔ)備，是否可以從月球土壤中提取生命所需的氧，以及隕石坑里的水。2016年之前，還將有多個(gè)無人駕駛月球探測(cè)飛船連續(xù)升空，其目的都是為宇航員重返月球打基礎(chǔ)。

　　美國(guó)宇航局計(jì)劃，如果所有的前期準(zhǔn)備工作就緒，在2020年開始月球基地的建造工作。

　　首先派遣一支由4人組成的小隊(duì)登月，每次任務(wù)一周左右，直到維持生命所需的基本設(shè)施安裝齊全。整個(gè)初級(jí)建造階段持續(xù)4年，到2024年將建成一個(gè)具有基本功能的基地，讓科學(xué)家輪換駐扎在月球。每次的時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月。到2027年，宇航員就能乘坐帶有氧氣艙的月球車離開基地，前往月球表面更遠(yuǎn)的地方探險(xiǎn)。

（2）俄羅斯要載人登月
　　1959年9月14日，前蘇聯(lián)的無人登月器“月球2號(hào)”成為第一個(gè)到達(dá)月球的人造物體。進(jìn)入21世紀(jì)后，俄羅斯重新開啟探月旅程，宣布在2025年前將宇航員送上月球。

（3）日本月亮女神
　　 在繆斯A墜毀月球、“月球-A”計(jì)劃胎死腹中后，2007年9月中旬，比原定計(jì)劃推延了5年的日本月亮女神探月器總算順利升空，飛向月球。

（4）印度有爭(zhēng)議中的探月計(jì)劃
　　 在進(jìn)行了7年的規(guī)劃和準(zhǔn)備后，印度將在2008發(fā)射首個(gè)月球探測(cè)器，成為繼俄羅斯、美國(guó)、日本和中國(guó)后第5個(gè)進(jìn)行月球探索的國(guó)家。

（5）歐洲欲在月球建基因庫(kù)
　　 歐洲希望在月球上建立一個(gè)“諾亞方舟”，將地球物種的基因存儲(chǔ)起來，當(dāng)?shù)厍蛟庥龊藨?zhàn)爭(zhēng)危機(jī)或小行星撞擊時(shí)，人類的生命可以得到延續(xù)。