【學習目標】

了解盾構機的發(fā)明過程和發(fā)展歷程。

【教學過程】

在教學前，老師引導學生了解有哪些機器設備是模仿自然界的生物創(chuàng)造的（例如飛機、高速列車、潛艇等），并進行分組討論。小組共同思考可以提高同學們的團隊性，使用頭腦風暴的方法引導學生拓寬思路，最后老師在對各小組討論結果進行總結。

老師根據(jù)現(xiàn)實生活中的常見的生活設施，如地鐵等引入隧道。然后詢問大家是否知道修建隧道的機器是什么？然后再引入盾構機，告訴同學們盾構機也是由一種生物進行仿生的。

通過第一部分使同學們了解到人工世界的很多發(fā)明都可以在自然世界中找到原型。

然后詢問同學們知道盾構機是怎么發(fā)明的嗎？

1503年6月，哥倫布第四次航海到南美洲的牙買加。有一種貝殼類的生物-船蛆，毀掉了哥倫布船隊的一半船只。然而這個令人討厭的小家伙，卻為盾構機的發(fā)明帶來了靈感。1818年，法國人馬克?布魯諾爾在造船廠為英國海軍工作期間，他發(fā)現(xiàn)船蛆不僅會在木材上挖洞，還會分泌出一種物質在木頭洞壁上形成鈣質的保護殼，從而防治木頭膨脹擠壓，他發(fā)現(xiàn)這些和在地下挖掘隧道的原理很像，于是就發(fā)明出了盾構機。

通過仿生機械介紹盾構的模型的又來，介紹船蛆是一種什么樣的生物。

模型：多孔手掘式盾構機模型、小鏟子、橡皮泥等，介紹多孔盾構機的大概開挖原理。

1825年,布魯諾爾使用這種盾構機在倫敦泰晤士河下方修建隧道，這個盾構機就像一個底部開了大孔的杯子，把杯底朝前塞進隧道里，工人在杯子內部通過那些大孔施工，掘進的同時工人在后方修建隧道的支撐結構，一邊挖一邊修，過程中由于多次因涌水而被迫中止，直到1841年這條僅僅396米長的隧道才貫通。

引導學生觀察盾構機模型，并使用小鏟子在模型中進行土體的開挖。在進行第一臺盾構開挖時，人們發(fā)現(xiàn)由于前面無法對土體進行水土進行有效支撐容易造成上面塌方。

模型：透明塑料缸，氣球、大米（或其他代替土質類樣本物體）。

引導學生思考如何解決這些前面的土體支撐問題？

老師引導學生將氣球吹入氣體，然后將氣球放置在透明缸邊，在上方蓋上大米等代替土體樣本。

1886年英國人格瑞海德在倫敦地下隧道施工期間就是用了這種方法，在土體的前方沖入壓縮空氣，人在壓縮空氣力工作，這樣就可以實現(xiàn)對前方水土的支撐了。

1896年，英國人普萊斯開發(fā)了一種輻條式刀盤機械化盾構機，這個刀盤可以完全使用機械盾構進行隧道的開挖，開挖的效率大大提高。

同時人們發(fā)現(xiàn)由于進行隧道開挖的時候前方是開敞的，容易發(fā)生事故并且效率低下，20世紀中期，工程師們又想辦法開挖出了一種封閉前方土體開挖的盾構-閉胸式盾構。

閉胸式盾構模型

最后，同學們進行分小組討論，還有哪些自然界的生物我們可以模仿進行發(fā)明，老師再對各小組討論結構進行點評。