6-第五章 其它纳米制造技术 2学时-教学设计-wdb

第一篇：6-第五章 其它纳米制造技术 2学时-教学设计-wdb

《纳米与生物制造技术概论》课程教学设计

课 程 编 号：XXXXXX 课 程 名 称：纳米与生物制造技术概论

课程英文名称：NANOMANUFACTURING AND BIO-MANUFACTURING 总 学 时：16讲课学时：16习题课学时：0 实验学时：0上机学时：0 学 分：1.0 开 课 单 位：机电工程学院 机械制造及其自动化系

授 课 对 象：机电工程学院 机械设计制造及其自动化专业，其它相关专业。先 修 课 程：理论力学 材料力学 电子技术 等。开 课 时 间：第四学期

教材与参考书：崔铮．《微纳米加工技术及其应用》高等教育出版社 2005年6月

贾宝贤.《微纳米科学技术导论》化学工业出版社 2007年8月 王国彪．《纳米制造前沿综述》科学出版社 2009年3月

一、课程性质、研究对象及任务

《纳米制造与生物制造技术》是高等工科院校中机械设计制造及其自动化专业的一门专业必修课程，它通过引入创新性的教学理念，在使学生掌握学科前沿的基础上，重点培养学生的创造能力，为学生今后从事纳米制造与生物工程的研究及其它相关工作奠定基础。因此，本课程在机械设计制造及其自动化专业教学计划中占有十分重要的地位。纳米科学是现代科学的前沿，而纳米制造就是将纳米科学的新发现转变为前沿制造技术。纳米制造是实现纳米结构、器件、系统批量化生产的基础，是纳米器件走向宏观世界并得以应用的桥梁，其在信息、材料、环境、能源、生物、医学和国防安全等领域有重要的研究价值和广阔的应用前景。生物制造技术是制造技术与生物医学相结合是国际上发展的新兴交叉方向。《纳米制造与生物制造技术》是机械类专业本科生的专业课必修课程，其目的是使学生掌握纳米制造与生物制造技术的发展前沿、了解纳米制造技术的基本方法与工艺装备、理解生物制造技术的基本原理，进一步提高学生创新思维的水平。

二、教材选择分析

纳米与生物制造技术是机械工程学科发展的前沿，目前相关的专著和教材已有10余种。根据本课程的基本要求和学生的理解能力，本课程选择了上述三门著作作为本课程的参考教材。学生的课程教学中专用教材将根据实际情况以自编讲义为主。

二、教学内容及基本要求

（一）课程的主要章节

各章节的内容如下： 绪

论（2学时）

主要讲授纳米制造和生物制造技术的内涵、国内外的发展现状，在国民经济中的意义和重要作用

主要内容：

 课程的目的和意义

 纳米与生物制造技术实例  国内外的发展现状

重点：课程的目的和意义、纳米与生物制造技术实例 难点：纳米与生物制造技术实例 第一章

（2学时）纳米力学基础

主要讲授纳米制造的基本原理、微纳米力学基本概念、跨尺度模拟及分子动力学仿真基础。

主要内容：

 纳米制造的基本原理分类  微纳米力学的基本概念  分子动力学基本原理

 跨尺度仿真的分类及基本原理  纳米加工的力学仿真系统介绍

重点：微纳米力学的基本概念、分子动力学及跨尺度仿真的基本概念 难点：分子动力学及跨尺度仿真的基本概念 第二章

（3学时）基于AFM的纳米加工技术基础

主要讲授AFM的基本工作原理，检测方法、纳米加工的实例等。

主要内容：

 AFM的基本工作原理

 基于AFM的纳米制造工艺  AFM的加工实例

重点：AFM的基本工作原理、基于AFM的纳米制造工艺 难点：AFM的基本工作原理

第三章（3学时）自组装纳米制造技术

主要讲授分子操纵技术、自组装技术、自上而下的纳米加工技术。

 分子操纵技术原理

 自组装纳米制造工艺技术

 “自上而下”与“自下而上”的纳米制造原理及应用 重点：分子操纵技术原理、自组装纳米制造工艺技术 难点：自组装纳米制造工艺技术 第四章（2学时）其它纳米制造技术概论

主要讲授LIGA技术、纳米压印技术、纳米特种加工技术（电化学原理）。

主要内容：

 LIGA纳米制造技术原理  纳米特种加工技术基本原理

重点：LIGA纳米制造技术原理、纳米特种加工技术基本原理 难点：纳米特种加工技术 LIGA纳米制造技术原理纳米压印技术纳米特种加工技术基本原理时间40分钟15分钟40分钟PPT16页8页16页袁哲俊《纳米科学与技术》11.6 LIGA技术简介1.发展和应用、2.制造微器件的简要过程、3.使用的同步辐射X射线光源LIGA光刻中用的X射线掩膜1.组成、2.制造LIGA工艺的制造技术1.抗蚀光刻胶、2.光刻工艺、3.超精细电铸成型LIGA工艺的扩展1.制造阶梯状微结构、2.加工球形表面的微结构准LIGA工艺11.9

二、特种精密微加工技术1.电火花加工技术2.电火花线磨削3.超声振动加工技术4.准分子激光加工

2.X射线掩模的制造--1 2.X射线掩模的制造--2 3µm厚的金吸收体中间掩膜制成后，接下来就可以制造正式的工艺掩膜。

正式工艺掩膜的载体薄片可以用铍或者钛膜来制造，右图就是以钛薄膜为载体的正式工艺掩膜制造过程示意图。

第五章（4学时）生物制造技术基础

主要讲授纳米生物学、组织工程概述、有机高分子材料的纳米制造技术、生物芯片、生物传感器。主要内容：  纳米生物学基础

 有机高分子材料的纳米制造技术  生物芯片及生物传感器的制造与应用

重点：纳米生物学基础、有机高分子材料的纳米制造技术 难点：有机高分子材料的纳米制造技术

（二）其它教学环节安排

《纳米制造与生物制造技术》作业，学生完成某一种典型的纳米制造方法综述，撰写读书报告。

（三）考试权重

平时成绩占30%，考试成绩占70%

参考文献：

借过---Micro and nanomanufacturing =;微纳制造 / Jackson, Mark J.科学出版社, 2007 x, 699 p.: TB383/J13 借过---纳米材料与生物技术 杨文胜, 高明远, 白玉白等编著 化学工业出版社 2005 269页, [4] 页图版 Q81/Y27 借过---微纳米加工技术及其应用 崔铮著-崔铮-高等教育出版社 2009 466页 TB383/7/(2)-借过---纳米生物技术;概念、应用和前景(德)C.M.尼迈耶,(美)黑尔金编著 化学工业出版社 2008 410页, [10] 页图版

TB383/N48 借过---微纳米科学技术导论 贾宝贤, 李文卓编著 化学工业出版社 2007 162页 TB383-43/J27

应借---纳米制造前沿综述 王国彪主编-王国彪-科学出版社 2009 346页 TB383/9-应借---纳米科学与技术 袁哲俊编著 哈尔滨工业大学出版社 [等] 2005 526页 TB383/Y92 应借---图解纳米技术(日)川合知二主编 文汇出版社 2004 416页 TB383-64/C90 应借---图解纳米技术的应用(日)川合知二主编 文汇出版社 2004 428页 TB383/C90 应借---微纳米加工技术及其应用 崔铮著 高等教育出版社 2009 466页 TB383/7/(2)

纳米技术新进展 张全勤, 张继文编著 国防工业出版社 2005 xvi, 430页 TB383/Z21 纳米科学与技术导论 刘焕彬, 陈小泉编著 化学工业出版社 2006 229页 TB383/L66 微纳米技术及其应用 李德胜...[等] 编著 科学出版社 2005 x, 285页 TB383/L21

纳米科技概论 沈海军编著 国防工业出版社 2007 x, 262页 TB383/S39 纳米材料学概论 徐云龙, 赵崇军, 钱秀珍编著 华东理工大学出版社 2008 219页 TB383-43/1 纳米科技导论 徐国财主编 高等教育出版社 2005 367页 TB383-43/X74 国外纳米材料技术进展与应用 朱屯, 王福明, 王习东等编著 化学工业出版社 2002 262页 TB383/Z90 纳米材料和纳米结构;国家重大基础研究项目新进展 张立德, 解思深主编 化学工业出版社 2005 456页 TB383/Z17-2 纳米技术手册(美)J.C.米勒...[等]著-米勒-塞拉托-雷普雷萨斯-卡德纳斯-孔达尔-科学出版社 2009 286页

F737.12/1-本书对纳米技术从科学，商业和政治等方面进行了充分的分析和建议，它明确了现代工业与纳米技术的共性，创造性地对政治、法律和商业运作的含意进行了全新注解，并以一种简单易懂的方式深入研究了新兴的纳米技术领域里的复杂问题。

微纳米加工技术及其应用 崔铮著 高等教育出版社 2005 x, 293页 TB383/C98 纳米生物技术学 张阳德主编-张阳德-科学出版社 2009 xvii, 447页 Q81/18/(2)-纳米生物技术学 张阳德编著 科学出版社 2005 xiii, 202页 Q81/Z26 纳米生物技术 姜忠义, 成国祥编著 化学工业出版社 2003 165页 TB383-49/J66 纳米材料的制备与应用技术 李群主编 化学工业出版社 2008 353页 TB383-43/L32 生物纳米技术;来自自然的启示(美)戴维 S.古德塞尔著 化学工业出版社 2007 262页 Q81/G56 纳米科技基础 施利毅[等] 编 华东理工大学出版社 2005 238页 TB383/S550 奇妙的纳米世界 张立德, 李爱莉, 端夫编著 化学工业出版社 2004 188页 TB383-49/Z17 针尖上的计算机;纳米电子学 华中一著 上海科学技术文献出版社 2004 160页 TN103/H79 纳米世界 烨子编著 中国轻工业出版社 2003 纳米材料制备技术 王世敏,许祖勋,傅晶编著 化学工业出版社 2002 296页 TB383/W38 网络·基因·纳米;21世纪的科技革命 曹新, 刘能杰编著 经济管理出版社 2002 234页 N49/C11 纳米世界探秘;英汉对照读物·纳米专辑 江林等译注 北京大学出版社 2001 255页 H319.4:TB383/J49 纳米科技时代;奇迹、财富与未来 曹新，赵振华编著 经济科学出版社 2001 260页 TB383-49/C11

《纳米科学与技术》袁哲俊编著 的 参考文献：

8、微机械与微细加工技术-苑伟政2000.pdf 15、2002-纳米技术及应用-顾宁,付德刚著.pdf 17、2002-纳米科学与技术-刘吉平,郝向阳著.pdf 18、2002-纳米科技探索-薛增泉.pdf 24、2003.4-纳米材料和器件-朱静.pdf

28、图解纳米---图书馆有 30、纳米科学与技术的新进展

西门子 PLC 西门子PLC编程指令与梯形图快速入门 李若谷-韩敏主编-李若谷-韩敏-电子工业出版社 TP332.3/32 深入浅出西门子S7－300 PLC 西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团 北京航空航天大学出版社 2004 249页 TP332.3/L68 图解西门子S7-200系列PLC入门 郑凤翼编著-郑凤翼-电子工业出版社 2009 295页 TM571.6/9 图解PLC与电气控制入门 张华龙主编 人民邮电出版社 2008 233页 TP332.3/Z140 西门子PLC 200/300/400应用程序设计实例精讲 高强-马丁编著-高强-马丁-电子工业出版社 2009 xvi, 542页 TP332.3/34 西门子PLC与变频器、触摸屏综合应用教程 吴志敏-阳胜峰编著-吴志敏-阳胜峰-中国电力出版社 2009 298页 TM571.6/49 图解西门子S7-300/400系列PLC入门 郑凤翼-张继研编著-郑凤翼-张继研-电子工业出版社 2009 337页 TM571.6/32 西门子PLC常用模块与工业系统设计实例精讲 马丁编著-马丁-电子工业出版社 2009 385页 TM571.6/29 西门子S7-300/400PLC应用案例解析 刘美俊编著-刘美俊-电子工业出版社 2009 x, 353页 TM571.6/27 西门子S7-300/400 PLC控制系统设计与应用 陈章平...[等] 编著-陈章平-清华大学出版社 2009 215页 TM571.6/25 西门子PLC控制技术实践 潘峰-刘红兵编著-潘峰-刘红兵-中国电力出版社 2009 267页 TM571.6/24 西门子系列PLC原理及应用 隋媛媛-廉鸿帅-迟军编著-隋媛媛-廉鸿帅-迟军-人民邮电出版社 2009 276页 TM571.6/23 西门子S7-200/300/400 PLC基础与应用技术 孙承志[等] 编著 机械工业出版社 2009 281页 TM571.6/22 西门子PLC高级培训教程 柴瑞娟...[等] 编著-柴瑞娟-孙承志-孙书芳-陈海霞-人民邮电出版社 2009 363页 TM571.6/19 西门子S7-200 PLC编程及应用案例精选 刘华波等编著-刘华波-机械工业出版社 2009 240页 TM571.6/11 西门子PLC开发入门与典型实例 海心-马银忠-刘树青编著-海心-马银忠-刘树青-人民邮电出版社 2009 292页 TM571.6/12 西门子S7-200 PLC应用100例 杨后川[等] 编著-杨后川-电子工业出版社 2009 X,341页 TM571.6/8 图解西门子S7-200系列PLC入门 郑凤翼编著-郑凤翼-电子工业出版社 2009 295页 TM571.6/9 西门子S7-200系列PLC自学手册 陈忠平[等] 编著 人民邮电出版社 2008 321页 TM571.6/21 西门子S7-300/400PLC工程应用 胡健主编 京航空航天大学出版社 2008 267页 TM571.6/H60 西门子PLC 200/300/400应用程序设计实例精讲 马丁编著 电子工业出版社 2008 xvi, 542页 TP332.3/M05 西门子S7-200 PLC的使用经验与技巧 肖宝兴主编 机械工业出版社 2008 334页 TP332.3/X35 西门子S7系列PLC的应用与维护 刘美俊编著 机械工业出版社 2008 468页 TP332.3/L69 西门子PLC与工业网络技术 吉顺平, 孙承志, 路明等编著 机械工业出版社 2008 xii, 326页 TM571.6/J20 西门子S7-300/400 PLC编程;语句表和结构化控制语言描述(德)Hans Berger著 人民邮电出版社 2008 546页 TP332.3/B39 西门子S7-200系列PLC应用与开发 戴仙金主编 中国水利水电出版社 2007 288页 TP332.3/D13 西门子S7-300/400 PLC编程;梯形图和功能块图描述(德)Hans Berger著 人民邮电出版社 2007 453页 TP332.3/B39-2 深入浅出西门子S7-200 PLC 西门子(中国)有限公司自动化与驱动集团 北京航空航天大学出版社 2007 205页 TP332.3/C04/(3)流行PLC实用程序及设计;西门子S7-200系列 主编罗宇航 西安电子科技大学出版社 2006 347页 TP332.3/L99 西门子PLC编程技术及工程应用 柴瑞娟, 陈海霞编著 机械工业出版社 2006 328页 TP332.3/C20 西门子PLC与工业控制网络应用 高鸿斌, 孔美静, 赫孟合编著 电子工业出版社 2006 x, 273页 TP332.3/G17

别闹了, 费曼先生;科学玩童的故事(美)R·费曼著 三联书店 1997 449页 K837.126.1/F11-3 随驾宝典;新手上路必备 陈实编 中国石化出版社 2005 [13], 413页 U471.1/C55 与车共舞;女性驾驶全攻略 王庆编著 科学出版社 2008 134页 U471.1/W34 教你开好车 李进民编著 机械工业出版社 2005 136页 U471.1/L26 爱车如命;私家车保养与装饰ABC 主编费庆龙, 王莅 天津大学出版社 2005 13, 444页 U472/F36 家装宝典-儿童房 青少年房 主编布阳明, 潘建华 黑龙江科学技术出版社 2006 60页 TU241-64/B98/8 图解交通标识与安全 《图解交通安全标识与安全》编写组编 国防工业出版社 2008 202页 U491.5/F65---二区流通 如此开车最聪明 陈新亚编著-陈新亚-机械工业出版社 2009 122页 U471.1/7-每天点亮一盏灯;世界上对青少年最有益的115条智慧经典 柏拉兔编译 花山文艺出版社 2006 236页, [16] 页图版

B821-49/B83 比尔·盖茨给青少年的11条准则 宿春礼编 石油工业出版社 2006 211页 B848.4-49/S85-3 青少年趣味电子小制作50例 张晓东著 国防工业出版社 2002-TN--在中小学开展以电子小制作为主要内容的课外电子技术活动，长期以来，一直深受青少年的喜爱和欢迎。这项十分有趣的课外科技活动，注重实践，让学生动手动脑，在活动中培养学生的主动性和创造性，有助于发挥学生的创造性思维。

环华最新装潢百科-儿童房·青少年房 吴宗锦著 北屋出版事业股份有限公司 1983 176页 TU238/6038 汽车保险与交通实用手册 张永恪编著 法律出版社 2007 287页 D922.284/Z26---中国城乡交通网地图集 西安地图出版社 2007 302页 F512.99-64/X02-2/(7)---家庭汽车专用;中国交通及旅游地图册 福建省地图出版社 2006 251页 K992.9/F69/(2)---通用中国交通地图册 湖南地图出版社 2004 209页 F512.99-64/H62 房屋安全手册;防火·防盗·交通安全·保险(联邦德国)黑布根(Hebgen,H.)著 中国建筑工业出版社 1991 195页 TU234-62/H39

第二篇：美术教案- 纸盒包装设计(2学时)-教学教案

教学方法：欣赏、讲解和手工制作相结合。

一、教学目的

1、通过教学使学生了解纸盒包装的形式、作用、特点和要求。

2、学习绘制和装饰纸盒的方法，提高设计能力。

二、教学重点和难点

1、重点：盒面的装饰和配色。

2、难点：纸盒的结构设计。

三、教具与学具准备

1、教具：各种结构的纸盒包装设计样品、素描纸、浆糊、剪刀、尺、水彩颜色等。

2、学具：素描纸、尺、圆规、塑料水彩笔、水彩颜色等。

四、教学步骤

本课按排为二节课，第一课时主要介绍纸盒包装的作用、特点和形式。并要求学生在纸盒展开图上构思盒面装饰的铅笔稿。

第二课时讲解盒配色特点和涂色方法，指导学生进行纸盒面的配色，并完成作业。第一课时：

一、组织教学：检查学具，按定情绪。

二、课前谈话导入新课。

（一）包装设计的作用：

同学们，当你们走进商店购物时，你一定会被那设计精巧的包装所吸引。的确，好的包装设计能吸引购买者的注意，能传达商品信息激发产品的销路。特别是当今，由于生产力 的发展，商品在销售市场中引起了激烈的竞争。因此，包装的外形能否直接抓住顾客的注意力，直接关系到产品的销量。

（二）包装设计的特点：

商品的“外衣”就是设计家为它设计的“商品包装”，一个好的包装具有哪些特点呢？

1、包装既能保护商品，便于储藏、运输、携带，也能美化生活。例如：课本范图-----“毛巾包装”既方便携带，又美观精致。“火锅包装”便于开启。

2、鲜明地标明商标的名称、其形状易读、易辨、易记。例如：课本“电子系列包装”、石英电子钟商标的名称简易、明确，封面构图易辨，购买者一看便知道是“钟”的包装。

3、包装的外观造型要具有独特的风格，使购物者有新鲜感。例如：课本“糖果包装”和“食品包装”。

4、与同类商品在市场上竞争时，具有比较鲜明的识别标志具有独特的风格。

5、能刺激购买者的购买欲。

6、色彩的处理要与商品的品质、类别、分量互相配合，达到统一与调和的效果。

（三）包装设计的形式：

商品包装的形式 很多，有纸袋、纸贴等。其中以纸盒最为普及。纸盒设计分为结构设计和装潢设计，两者结合才能产生完美的艺术效果。

1、结构设计：

常见的纸盒在结构形式上，大致分为：六面体、圆柱体和多面体数种。其中以六面体形式的纸盒应用最多。

2、装潢设计：

文字、图形、标志、色彩是装潢设计中的四大形式要素。

a.盒面装饰一般以文字为主，纹样为辅，两者互相结合。我们应掌握好各种字体的写法，字体要书写得正确美观。文字既可作设计标志用，也可作说明用。甚至在一件包装设计中完全用文字表现，也能朴素无华地突出重点。b.纸盒装饰的图形要和商品内容一致，发挥摄影、抽象造型、装饰纹样、结构设计等手段，也可用绘画方法表现。中国的包装应该体现中国的民族色、地方物色，如用中国画，中国书法，使我们 的包装设计具有民族风格。

c.标志的设计既要使人有记忆感，容易辨认，容易记住，还要有联系感，商标与产品之间要有联系，使人看后产生联想。

d.在现代消费市场上，商品包装设计中的色彩效果，具有提高商品销路的决定作用。因此，盒面装饰应色调统一明快，引人注意。成功的色彩应用，能给消费者留下极深的第一视觉印象，从而产生购买的欲望。

第三篇：5-第四章 自组装纳米制造技术_讲稿

[1] 崔铮.微纳米加工技术及其应用（第二版）.北京：高等教育出版，2009.5 [2] 王国彪.纳米制造前沿综述.北京：科学出版社，2009.3

31引言

“自上而下”与“自下而上”纳米制造技术

当前的纳米制造技术广义上可分为“自上而下”和“自下而上”两类。自上而下的方法是指从宏观对象出发，对宏观材料或原料进行加工，完成纳米尺度结构特征的制造。主要涉及的技术包括切割、刻蚀以及光刻等。“自上而下”的加工方式，其最小可加工结构尺寸最终受限于加工工具的能力：光刻工具或刻蚀设备的分辨能力等。

自下而上的方法是指从微观世界出发，通过控制原子、分子和其它纳米对象，制造期望的纳米结构、器件和系统。主要包括自组装和通过工具辅助对不同的纳米尺度对象进行纳米操作。上一讲介绍的原子、分子操纵即属于纳米操作。这一讲主要介绍自组装纳米制造技术。

自组装（self-assembly）

自组装是一个非常广义的概念，任何一种由独立个体自发地形成一个组织、结构或系统的过程都可以称之为自组装。它是通过各种类型的相互作用力将各种结构单元组织在一起的，是自然界中广泛存在的现象。

不同尺度的自组装系统

自组装系统的尺度范围广，可以是微观的、介观的或宏观的，小到原子核，大到宇宙天体，均存在广义上的自组装现象，如图。

静态自组装和动态自组装 自组装可分为两大类：

静态自组装（S）是指那种在全部或者局部范围内平衡的体系，它不需要消耗能量。在静态自组装中，形成有序的结构是需要能量的，但是组装结果处在能量极小或最小状态，一旦形成，它就非常稳定，目前大多数关于自组装的研究都是这一类型。如原子、离子和分子晶体，相分离和离子层状聚合物，自组装单层膜，胶质晶体，流体自组装等。

动态自组装（D）发生机制必须在系统消耗外界能量的情况下才能发生，一旦有能量的散失，形成的结构或系统中的各个单元之间就会有相互作用产生而被破坏。如生物细胞，细菌菌落，蚁群和鱼群，气象图，太阳系，星系等。动态自组装的研究尚处于萌芽阶段。纳米制造意义上的自组装

由来

大自然在上亿年间通过自组装和自构建方式，从分子水平上创造了世间复杂万物。而分子这一最基本的构建单元与目前最小可加工的结构相比至少小一个数量级，所以纳米加工技术的最终发展是分子水平的自组装技术。如果把分子自组装看作是一种微纳米结构加工手段，则从分子水平出发构建纳米结构是一种自下而上的加工方式，它彻底颠覆了传统的自上而下的加工理念。

将分子自组装作为一种微纳米结构的加工手段的研究最初都是由从事化学和生物学研究的人开展的，因为与分子自组装相关的分子反应与合成本来就是传统化学与生物学的研究领域。在过去的十多年中，化学与生物学研究工作者成功开发了自组装单层膜系统（SAM），合成了碳纳米管（CNT），将DNA双螺旋分子结构应用于非生物学纳米系统，以及将纳米球组装成二维或三维准类晶体结构，等等。但在过去，从事分子自组装研究与从事自上而下微纳米加工技术研究是两个互不相干的领域。一方面是因为传统微纳米加工技术相当成熟，完全能够满足各种微纳米结构的研究与生产需要；另一方面是因为分子自组装技术远远不如传统微纳米加工技术完善，根本无法与传统微纳米加工技术相匹敌。因此，所有关于分子自组装加工技术的研究仍然局限于化学实验室里。进入纳米技术时代，形势发生了根本变化。随着加工尺度的缩小，传统纳米加工技术的成本越来越高。这时分子自组装加工技术越来越显示出它的优越性。作为一种补充的或替代的纳米加工技术受到微纳米加工业界的关注。

分子自组装技术起源于化学的和生物学，我们不准备从化学和生物学角度详细阐述自组装的原理，而是从微纳米加工的角度考察自组装方式制作纳米结构的特点、能力和局限性，了解自组装技术作为一种微纳加工技术的可行性和潜在的应用领域。

当前与微纳米制造相关的自组装技术根据自组装过程中结构单元的尺寸范围将静态自组装分为三类：

分子自组装、纳米结构单元自组装（纳米粒子自组装）、介观与宏观尺度结构单元自组装（微元件自组装）。纳米制造意义上的自组装一般具有如下特征：

1）由个体集合形成整体组织或系统的过程是自发的、自动的。自发意味着一旦条件满足，个体组装成整体的过程自然起始；自动意味着在组装过程中不需要人为干涉进程。因此，自组装是个体之间相互作用的结果。

2）组成整体组织或系统的个体必须能够自由运动或迁移。只有个体能够自由运动才能发生个体之间的相互作用，才能有自组装过程的发生，所以分子或微观粒子的自组装一般是在液体环境中或固体表面发生。

3）自组装形成的整体组织或系统是个体相互作用的热力学平衡或能量平衡的结果。在平衡条件下，个体之间保持等距离和长程有序周期分布，而不是随机聚集。

3.2分子自组装（molecular self-assembly），分子自组装是指分子在平衡条件下，通过分子间非共价键力的作用自发地结合成稳定的分子聚集体的过程。像纳米晶、SAMs、双脂肪层、胶束、相分离的嵌段共聚物的形成都是属于这一类。分子自组装的基础是非共价键作用，其中心是分子识别。在利用自组装技术制备纳米结构时，它利用弱的和较小方向性的非共价键，如氢键、范德瓦耳斯力和弱的离子键协同作用把原子、离子或分子连接在一起构筑出一个纳米量级的结构；通过分子识别，使其具有预期特定功能。根据不同类型的作用力（静电吸引、亲水亲油性、范德瓦耳斯力、氢键、配位键等），又可以将分子自组装分成多种类型。其中最常见的是氢键作用力，即通过氢键将不同分子链接成不同分子结构系统。氢键是一种非共价键，其键合力只有共价键力的1/20。非共价键结合一般在常温常压条件下进行，所以晶体生长不属于纳米加工意义上的自组装。层层自组装（Layer-by-Layer self-assembly, LBL）——一种典型的分子自组装。

诱导纳米结构单元（胶体颗粒、纳米线、纳米管等）组装

主要是依靠外场力（如重力、外加电场、磁场以及结构单元之间的毛细管力）或者空间限域（模板）等的作用，将纳米尺度的结构单元如胶体颗粒、纳米线、纳米管自组装形成有序的结构。

介观或宏观尺度（微米—毫米）的结构单元自组装

和第二类自组装过程非常相似，都是利用外电场来组装各种结构单元的。但是由于这类结构单元的尺寸相对较大，其所使用的外场力通常都是集中在毛细管作用力上。

后面两类自组装与前面的分子自组装有明显的区别，因为后面两类是依赖于重力场、外加电磁场、空间限域、磁场、毛细管力等相互作用来直接组装各个结构单元形成预期的结构，甚至也可以通过改变结构单元之间的相互作用力来控制获得的结构。后面两类自组装还包括基于形状识别的流体自组装、磁场诱导组装和模板辅助自组装。

可控自组装

尽管自然界中广泛存在自组装过程，但纳米加工自组装过程应当是可控的，而且自组装的结果应当导致某种纳米结构的形成。

动态自组装

虽然当前对自组装的大多数理解主要来自于对静态系统的研究，但是总的来说，最大的挑战同时也是最大的机会，都得依赖于对动态系统的研究。动态自组装是一种在非平衡体系下的自组装过程，也就是说只能在有能量消耗的时候才能组织在一起，不管是在活体细胞体系里面还是在适当的结构或材料中的实际应用方面，动态自组装都是非常重要的。动态自组装经常被用于研究自发发展的空间有序结构体系，这种体系通常都是二维或准二维的，包括反应-扩散体系、沙堆，等等。虽然扩散到三维体系还是相当困难的，但是对动态自组装过程的理解和扩大它的潜在应用范围还是必要的。

在动态自组装过程的理解方面，哈佛大学G.M.Whitesides研究小组做出了突出的贡献。他们研究了在液相-空气界面上，利用永磁体旋转产生的磁场作用，使毫米尺寸的磁性圆盘形成一个动态的图案结构。

美国加利福尼亚大学的Yan等人用对流辅助的动态自组装过程得到了表面有结状的网绳形和褶皱的蜂巢状多孔沸石膜。如图所示，该工作将自组装的结构单元尺寸降到了纳米尺度，该技术具有非常诱人的应用前景。

目前对于动态自组装的认识还是处于一个萌芽期，还需要更深入的理论和实验研究，特别是对于生物方面的研究目前还相对较少，但是动态自组装固有的特点决定了它在未来的纳米材料制备、生物技术领域等方面将有广阔的应用前景。

小结

目前分子自组装或其他自组装技术作为一种微纳米加工技术手段还是处于初级阶段，大多数自组装结构呈现二维准晶格阵列结构。即使是二维准晶格阵列，要实现大面积长程有序还是相当困难的。在大多数情况下，自组装必须与传统微纳米加工技术相结合，即所谓“自下而上与自下而上相结合”，以保证自组装的结构有实用价值。这种与传统为纳米加工技术相结合的方式是目前以至未来自组装技术进入主流微纳米加工技术领域的主要方式。同时，自组装也必须走出化学与生物学实验室，与传统微纳米加工技术相结合，并被传统微纳米加工业界所接受。

第四篇：其它简单机械教学设计

其它简单机械

一、教材分析

本节教材是在学生学习了杠杆知识的基础上，进一步认识定滑轮、动滑轮，并通过观察和对比的方法探究滑轮和滑轮组的特点、作用，学会按要求组装滑轮组。激发学生继续探索各种简单机械的兴趣，产生利用简单机械改善劳动条件的愿望。

从学生角度看，通过前面的学习探究，已经认识了杠杆及其分类，知道了杠杆的平衡条件及其作用；具备了一定的观察、动手能力，了解了探究的基本过程，乐意参与探究活动。本节探究的是另外一种简单机械——滑轮，多数学生在生活中看到过滑轮，但没有仔细观察和研究。本节的探究，可以让学生认识定滑轮、动滑轮，区别定滑轮、动滑轮的作用，学会组装滑轮组，激发学生对实践中的简单机械的产生好奇心，进一步认识科学技术对人类社会发展的作用。

二、教学目标设定

知识与技能：

1.认识定滑轮、动滑轮。

2.知道定滑轮、动滑轮、滑轮组的作用。3.会根据要求使用和组装滑轮组。

过程与方法：

1.经历探究定滑轮、动滑轮工作特点的过程，进一步掌握使用观察、对比来研究问题的方法。

2.经历组装滑轮组的过程，学会按要求组装滑轮组的方法。

情感、态度与价值观：

1.关心生产、生活中有关滑轮的实际使用；对实践中的滑轮工作特点具有好奇心；具有利用简单机械改善劳动条件的愿望。

2.认识科学技术对人类社会发展的作用。

3.通过探究活动，培养学生积极参与和互相配合的协作精神。教学重点：探究定滑轮和动滑轮的作用

认识定滑轮、动滑轮，区别定滑轮、动滑轮的作用，是学习滑轮组的基础。新教材更为关注的是学生的生活体验和实验探究，所以本节教学的重点是探究定滑轮和动滑轮的作用。

教学难点：探究滑轮组的作用

对于滑轮组的绕绳方法学生难于掌握，绳子段数的判断及动力与阻力之间的关系难以理解，所以探究滑轮组的作用，则是教学的难点。

三 教学方法：

小组合作自主探究法、多媒体辅助、跟踪练习

滑轮和滑轮组在我们的生活中应用广泛，同时也是滑轮的有关知识也是功、机械效率部分的基础。多数学生在生活中看到过滑轮，但没有仔细观察和研究。所以要让学生通过分组探究形成对滑轮有一个正确、全面的认识。整个探究活动将以教师为主导，学生为主体，充分发挥学生的主动性和创造性，培养学生的创新精神和实践能力。在探究中帮助学生进一步掌握使用观察、对比来研究问题的方法。

四 重难点的突破：

首先创设情境，激发学生好奇心，使学生趁着兴趣、带着问题，想办法利用一个滑轮用两种方法把钩码提上来。努力让学生摸索着完成任务。教师给予充分肯定，增强他们的自信心。接着引导学生观察滑轮轴是否移动，认识定滑轮和动滑轮，进一步探究定滑轮和动滑轮的特点。

在知道了定滑轮和动滑轮工作特点后，鼓励学生发扬创新精神，大胆地将定滑轮和动滑轮组合起来，为了降低难度，先从最简单的一个定滑轮和一个动滑轮开始，组合中会出现两种组合方式。鼓动他们继续探究滑轮组的作用，为了保证时间，集中精力，各小组选其一探究。

对于绳子段数的判断及动力与阻力之间的关系的学习，可以以一种滑轮组为例进行受力分析。一定要讲清为什么选择动滑轮为分析对象。通过受力分析不但能理解绳子段数的判断，还能根据分析列出受力的关系式，为滑轮组机械效率的教学做好铺垫。

几个探究活动结束之后，引导学生“反思”，滑轮是变形的杠杆，从理论分析定滑轮不省力、动滑轮省一半力的道理。

五 当堂达标教学模式运用

这一节课的内容，学生对生活中的情景比较熟悉，但是对其原理还是陌生的。要想提高课堂效率，使更多的同学能够达到教学目标中的要求，应该充分的调动学生积极性、增强学生的切身体会，然后辅以讲解，最后还要针对本节课的知识点制定达标测试以巩固和检验学生的学习情况。小组合作探究，然后总结交流为主要模式。

六 板书设计

13.5 其它简单机械

一、定滑轮和动滑轮

1、定滑轮：滑轮轴固定不动

特点：不省力不省距离，但可以改变拉力的方向

F=G

2、动滑轮：滑轮轴随物体一起运动

特点：能省一半的力，但不能改变用力方向且费距离

F=1/2G 或 F=1/2(G+G动)

二、滑轮组

特点：能省力，又能改变用力方向

F=1/nG 或 F=1/n(G+G动)

费距离：

s=nh 2

第五篇：《机制制造技术基础》项目教学设计案例

《机制制造技术基础》项目教学设计案例

一、项目设计

1、项目设计思路

机制制造技术是一项综合的生产技术，对于一名机电技术人员应该能够读懂图纸，会制定加工工艺、编写加工程序，合理地选择机床及刀夹具的使用，操作维护机床并加工出合格的零件，确保安全生产。本项目让学生独立完成普通车床操作与维护，使学生综合运用以上知识解决问题，全面学习机床加工技术知识，以提高学生在实际工作过程中综合分析与解决问题的能力。

2、项目名称

卧式普通车床（以CA6150为例）

3、项目任务

分解成如下表工作任务 任务序号

任务名称

任务一

卧式车床结构及机床一级保养

任务二

卧式车床操控及机床一级保养实习训练

任务三

卧式车床附件及工件装夹

任务四

卧式车床附件及工件装夹实习训练

任务五

卧式车床操作及工件装夹和一级保养综合练习

任务六

项目课题考核

二、项目目标：

1、基础素养教育目标 德育目标：培养学生吃苦耐劳、乐于奉献、节能环保的良好习惯，增强团结协作、拼搏竞争、爱岗敬业的意识。

核心能力目标：增强学生自学能力、分析问题与解决问题能力、与人交流能力和创新能力。

2、专业素养教育目标 1）专业知识目标 学生应会机械制图、金属切削原理、金属材料与热处理、机床夹具、机械制造、等相关知识。2）专业技术目标

学会车床的操作，保养，工件装夹与安全生产技术等。3）专业能力目标

一、掌握卧式车床的主要部件及其功用

二、掌握机床的传动

三、掌握机床的典型机构

四、掌握工件装夹与车床附件

三、项目实施方案

1、工作任务分析

任务一：卧式车床结构及机床一级保养 掌握卧式车床的主要部件及其功用，机床的传动，机床的典型机构，任务二：卧式车床操控及机床一级保养实习训练

纵向进给，横向进给，快进，快进，变速换挡，手动，自动等。机床一级保养

任务三：卧式车床附件及工件装夹 附件的结构，特点，并根据被加工材料、形状、精度和表面粗糙度合理的选择工件装夹方法。任务四：卧式车床附件及工件装夹实习训练

对加工工件进行加工工艺分析，确定加工工序和设计加工路线，确定工件装夹方法。任务五：卧式车床操作及工件装夹和一级保养综合练习熟练掌握车床操作及工件装夹和一级保养。任务六：项目课题考核

在机加工车间里进行车床实操训练，熟练正确按要求完成车床操作及工件装夹和一级保养，并符合安全规程。考核分：不合格，合格，优秀。

2、项目实施计划与时间分配 项目 任务

知识、技术、能力 学生活动

教师活动

学时

任务一

卧式车床的主要部件及其功用，机床的传动，机床的典型机构

学生分组讨论，组长进行总结，组内成员相互提问，选一代表回答教师提问

视频课件

教师积极引导学生思考。课 时

任务二

纵向进给，横向进给，快进，快进，变速换挡，手动，自动等。机床一级保养

学生分组练习，分析结构，学会车床操控及机床一级保养。

指导学生操作，强调安全。做好检查记录。课 时

任务三

附件的结构，特点，并根据被加工材料、形状、精度和表面粗糙度合理的选择工件装夹方法。

学生分组讨论，组长进行总结，组内成员相互提问，选一代表回答教师提问 视频课件

教师积极引导学生思考。课 时

任务四

根据被加工材料、形状、精度和表面粗糙度合理的选择工件装夹方法。

学生以小组为单位讨论零件的加工工艺，根据被加工材料、形状、精度和表面粗糙度合理的选择工件装夹方法。

指导学生操作，强调安全。做好检查记录。课 时

任务五

熟练掌握车床操作及工件装夹和一级保养。

每位学生都能够独立车床操作及工件装夹和一级保养。

演示 巡回指导 辅导答疑课 时

任务六

项目课题考核

熟练正确按要求完成车床操作及工件装夹和一级保养，并符合安全规程。考核分：不合格，合格，优秀。自主探究机床的工作原理，工作特点，独立完成工件装夹和一级保养。

实操演示 现场指导 安全指导

做好实操过程的检查和评价工作课 时

3、项目实施组织过程 1）课题实施准备

卧式车床8台，机床维护常用工具8套。2）组建学习小组

把全班学生划分成若干个学习小组，每六人一组，选出小组负责人。学习小组同学共同讨论相互协作完成每一个项目任务。3）安全教育

组织学生学习安全文明生产知识，机床的安全操作规程，生产实习的安全保护措施，提高学生的安全生产意识和设备的维护保养知识，确保人身安全和设备安全。4）执行项目任务

由教师向各学习小组分配任务，学生通过相互讨论、查阅资料、归纳分析、共同学习、团结协作完成工作任务。在教师的指导下完成车床操作及工件装夹和一级保养，并符合安全规程。5）小组总结

每位学生逐一介绍项目过程中的心得体会，总结成绩和不足之处，整理所学知识和掌握的技能，提出疑难问题在组内共同讨论解决。学习小组负责人对本组每位同学的学习情况进行点评，充分肯定同学所取得的成绩，指出不足，将考核结果打分记录，对小组中存在的疑难问题统一记录反馈给教师。6）教师点评与总结

教师充分发挥主导作用，对学生完成的各种工艺文件、仿真加工的作业和实操进行检查评判，认真记录学生在项目执行过程中的各项成绩，汇总学生在执行项目任务中存在的疑难问题和掌握不熟练的操作技能。针对存在的问题进一步的加强指导，逐一解决，在解决问题时注重分析、归纳和启发，注重培养学生创造性思维的培养。

四、项目评价

项目评价是一项过程评价，以促进学生的全面发展为目的，以学生完成项目的情况来评判学生学习效果。通过对学生完成工作任务的全面考核，对学的情感、态度和行为作出全面评价。通过评价既能来检查学生专业知识掌握情况和综合素质的的发展情况又能激发学生的积极性和竞争意识，有利于学生的全面发展。项目评价包括自评、小组间互评评价和教师评价三部分，运用多方式、多角度、多层面的评价机制能够全面的考查学生的综合素质。以下为评价表的参考表。自我评价表 工作任务名称

车床操作及工件装夹和一级保养

合作小组成员

对自己完成任务评价

1.优秀

2.良好

3.一般

4.不满意

对自己完成任务过程的反思

在情感态度方面总结

理论知识的学习方法

项目完成的思路、方法和步骤

项目完成过程中遇到的问题和讨论解决的方法

自己感到成功的地方和需要改进的地方以及自己的体会等

项目学习总结

小组评价表 项目任务

评价等次

学习目标的制定的准确性

项目学习方案的设计

学习的积极性和主动性

选择合适的信息渠道收集所需的专业信息的能力

运用专业知识解决实际问题的能力

项目任务完成情况

团结协作能力

可改进的地方

对改进的建议

教师对学生的评价表 姓名

班级

学号

项目名称

活动时间

评价内容

评价指标

评分标准

得分

德 育 培 养

职业道德

优秀3分、良好2分、一般1分

工作态度

积极3分、较积极2分、一般1分

团队合作能力 突出5分、较强4分、一般3分

人际交流能力

突出5分、较强4分、一般3分

敬业精神与责任感

优秀4分、良好3分、一般2分

知 识 能 力

科学、严谨、务实的学习态度

端正3分、良好2分、一般1分

学习方法运用

科学5分、基本合理4分、一般3分

新知识、新方法新技术的学习

成绩突出4分、主动3分、一般2分

理论联系实际的能力

能力突出8分、良好7分、一般6分

获取、分析和处理信息的能力

熟练8分、良好6分、一般5分

知识的综合应用能力

正确熟练10分、正确8分、一般6分

自主学习与合作探索的能力

能力突出5分、较强4分、一般3分

实 践 能 力

安全文明生产意识

安全意识强3分、较强2分、一般1分

环保节约的意识

环保意识强3分、较强2分、一般1分

组织管理能力

能力突出3分、较突出2分、一般1分

科学实验能力

能力突出5分、较突出4分、一般3分

实践操作能力

熟练10分、较强8分、一般6分

质量管理和控制的能力

能力强5分、较强4分、一般3分

创新意识和创造能力

成果突出5分、较强4分、一般3分

设备仪器的使用保养

主动3分、听从指挥2分、一般1分

评价人

合计得分