資源簡介

《通用技術》必修1第二章
第一節 設計的創造性思維和工程思維
教學設計
教學背景
黨的二十大報告指出，“教育、科技、人才是全面建設社會主義現代化國家的基礎性、戰略性支撐。必須堅持科技是第一生產力、人才是第一資源、創新是第一動力，深入實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略”。
通用技術是一門與科學技術息息相關的學科。回顧人類的發展歷程，從石器時代、青銅時代、蒸汽機時代直到當今的信息時代，技術進步改變著人類的生活和生產方式。我們的生活、工作、生產處處都要用到技術，例如我們手中拿的圓珠筆和鋼筆就是多次技術改造的結果，使我們足不出戶就可以了解世界的電視機也是技術發明的成果。認識技術、善用技術，已成為現代人必須具備的素質。
教學目標：
知識與技能目標:
了解技術設計的一些創造性思組,和工程思維。
了解并掌握幾種思維方式的特點，培養學生正確的思維方式!針對這些應具備的素質在日常生活中不斷的鍛煉自己。
增強學生創新的精神和勇氣，并養成應用優良思維方法解決實際問題的習慣，為以后學習設計打下堅實的基礎。
情感、態度、價值觀目標:
通過了解技術發明與技術革新的關系，增強學生對技術的理解，培養學生對技術應以人為本的理念。
加深對技術的藝術美、技術美及文化性的理解，增強技術設計的道德責任觀念。
3、通過對設計原則的理解，形成全面的、聯系的、發展的技術原則觀。
教學內容分析:
本書的第二章讓同學們了解技術設計學習需要形成的核心素養，學會技術設計中常用的思維方法，通過學習設計的基礎知識，為開展技術設計活動做準備。技術的目的在于改善人類的生活。人類在滿足生活的需求與愿望時，會遇到許多問隨，因此解決問題的程序與方法、探索與實踐成為技術的重要內涵。
學情分析:
　通過前一章的學習，對設計與技術有了一定的認識，對設計一樣自己的作品充滿激情，但對設計的要求還不深入。本課培養學生良好的思維方式，進一步的提升學生學習設計的興趣。
教學重難點:
重點:
1.熟悉并培養正確的思維方式。
2.了解技術設計的一些創造性思組,和工程思維。
難點:
通過學習，靈活運用各種思維方式去解決設計中遇到的難題。
教學策略:
本節課教學主要由教師通過實物圖片和多媒體手段設置學習情境，并加以引導，讓學生在過程中自主探究、自主建構設計原則知識并形成能力。以為主線案例，其他實物和圖片為輔線案例，貫穿教學始終。
教學準備:
展示用的圖片、其他技術產品、多媒體課件。
　　教學過程:
　　情景導入:
老師：本節課我們學習《通用技術》必修1第二章第一節設計的創造性思維和工程思維。
從上空俯瞰，全長55 km的港珠澳大橋宛若蛟龍，蜿蜒騰越于蔚藍的海面上，在離岸20多km處倏忽隱沒，再在6km外騰空而起，連接兩端的小島狀似蠔貝，這優美的“橋——島——隧”結構是創新思維和工程思維的結品。
常見的跨海大橋，都是建造橋墩，架設橋梁。但這種常見的建橋方法，在港珠澳大橋建設中卻行不通。因為大橋靠近香港方向有一條伶仃洋航道，是全球最重要的貿易航道，目前通航等級達10萬t，遠期規劃可通行30萬t油輪。如果采用常見的跨海橋梁的多跨式，就必須要修建一座橋面高度超過80 m，橋塔高度達到200 m的超級大橋。然而，附近的香港機場并不允許有超過88 m的建筑物矗立在它的飛行航線上。與此同時，港珠澳大橋的建設，還必須考慮10%阻水率的要求。伶仃洋是典型的弱洋流海域，每年從珠江口夾雜著大量的泥沙，涌入海洋，大橋的橋墩就像阻擋泥沙的籬笆，超過10%的阻水率，泥沙就可能被阻擋沉積，從而阻塞航道，讓伶仃洋變成一片沉積平原。
港珠澳大橋伶仃洋航道段按傳統方法在海面上建設行不通，能不能建到海底里 港珠澳大橋設計團隊從逆向思維中形成了這一創造性的構思。在此基礎上，設計團隊對大橋建設的造價、安全、環保、施工的難易程度，以及對珠江口國家一級保護動物中華白海豚保護區的影響等各種因素進行了系統的分析、比較和權衡，終于形成了港珠澳大橋建設的“橋——島——隧”結構設計方案。
導學思考
據統計，港珠澳大橋的創新項目超過1000個、創造了600多項專利，還突破了10余項世界級技術難題。建議你進一步了解有關創造性思維和工程思維方面的案例。
一、創造性思維
任務
通過案例體悟創造性思維，并嘗試通過實踐活動加以應用。
1.發散思維
創新設計實踐可以嘗試隊我們身邊的事物著手。
實踐
一天，李明同學以家中的自行車作為創新對象進行了認真的觀察和思考:除了金屬和橡膠，自行車能不能改用其他材料制造 除了單人騎用，自行車的結構能不能設計為雙人或多人同時騎用 自行車能不能折疊起來……李明的思路不斷地擴展，腦海中出現了許多形式各異、功能不同的自行車。
同學們，試著展開你的思維翅膀，也參與到自行車的創新設計中，并把你的創新設想和感悟填寫到表2-1中。
表2-1 自行車的創新設想
思考角度 創新設想 感悟
材料 木制自行車、復合材料自行車、塑料自行車……
功能
結構
形態
組合
……
在自行車的創新設想中，我們圍繞自行車的材料、功能、結構等，展開多角度思考，多樣性構思，讓思維不斷地發散。這種大腦在思維時呈現發散狀態的思維模式就是發散思維。
發散思維具有流暢性（靈敏、迅速），變通性（不受約束） ，獨特性(新角度、新觀點、新特點) 等特性，是重要的創新思維方式。
立即行動
人工智能技術應用日新月異。暢想一下，在你的學習、生活中，哪些方面可以應用人工智能技術:展望一下，這些人工智能技術，將會如何改變你的學習和生活。
2.逆向思維
案例
1920年，丹麥哥本哈根大學物理教授奧斯特，通過多次實驗發現存在電流的磁效應。這一發現吸引了許多科學家參與電磁學的研究。英國物理學家法拉第懷著極大的興趣重復了奧斯特的實驗。果然，只要導線通上電流，導線附近的磁針立即會發生偏指，他深深地被這種奇異現象所吸引。他認為電和磁之間必然存在聯系并且能相互轉化，既然電能產生磁場，那么磁場也應能產生電。為了驗證磁產生電這一設想，法拉第做了無數次實驗，但都失敗了，但他堅信，從逆向思考問題的方法是正確的，并堅持繼續實驗。
他設計了一種新的實驗（圖2-2），把一塊條形磁鐵插入一只纏著導線的空心圓筒里，結果導線兩站連接的電流計上的指針發生了微弱的轉動，電流產生了! 1831年法拉第提出了著名的電磁感應定律，并根據這一定律發明了世界上第一臺發電裝置。
法拉第在電與磁的相與轉化的研究中運用了逆向思雛。人類的思維具有方向性，解決向題時，人們習慣按照頭腦的常規的思維路徑去思考，即采用正向思維。然面，有些向題以正向思考卻不易找到正確答案；若運用逆向思雛，則會取得意想不到的效果。逆向思維是擺脫常規思維羈絆的一種創造性思維力式。
實踐
觀察一些日常生活中的物品，嘗試運用逆向思維，產生新的設計創意，把你的新創意填入表2-2中。
表2-2 逆向思維與設計創意
觀察的物品 新的設計創意
拓展學習
在逆向思維中常用到反轉逆向思維法、轉換逆向思維法和缺點逆向思維法。
（1）反轉逆向思維法。這種方法是指從已知事物的相反方向進行思考，是產生技術設計構思的新途徑。事物的相反方向是指從事物的方向、順序、分合、狀態、多少、大小、功能、結構、因果關系等方面作反向思維。
（2）轉換逆向思維法。這是在研究問題時，由于原有解決該問題的手段或方法受阻，而轉換另一種手段或另一角度來思考，以使問題順利解決的思維方法。
（3）缺點逆向思維法。這是一種利用事物的缺點，化被動為主動、化不利為有利的思維方法。
值得注意的是，運用逆向思維必須深刻認識事物的本質，所謂逆向不是簡單的表面的逆向，別人說東我偏說西，而是真正從逆向思考中做出獨到的、科學的、令人耳目一新的成果。
3.聯想思維
案例
尼龍搭扣的發明
一天，工程師梅斯塔爾從野外回家，發現衣服上掛著一些牛蒡子籽實，這些籽實緊緊地附著在衣服上。他覺得很好奇，于是拿到顯微鏡下觀察，結果發現每一個籽實都長看許多小鉤，正是這些小鉤使牛蒡子籽實掛在衣服上掉不下去。受此啟發，他產生了聯想，如果在布條上也安上相似的小鉤，不就可以用作扣帶了嗎 他開始潛心研究這種扣帶，最終把自己的設想變成產品:兩條尼龍帶，一條布滿成千上萬個小鉤，而另一條則是更為細小的絲絨。當兩條尼龍帶合在一起時，就迅速成為一條實用的；扣帶——這就是我們常見的尼龍搭扣（圖2-3）。
工程師梅斯塔爾在對附在衣服上的牛蒡子籽實的觀察、研究中，通過聯想，發明了尼龍搭扣。聯想思維是指人的表象記憶系統中由于某種誘因使不同表象發生聯系的一種思維活動。有人說聯想就像風一樣，擾動著人腦的活動空間，它的“由此及彼，觸類旁通”的特性，常把人的思維引向更深、更廣闊的境地。
拓展學習
在聯想思維中，經常會用到接近聯想、相似聯想、對比聯想、因果聯想、類比聯想。
(1)接近聯想。是指時間上或空間上相互接近的事物之間形成的聯想。
( 2)相似聯想。是指由某一事物或現象想到與它相似的其他事物或現象。相似聯想有原理相似、現象相似、方法相似等。
(3)對比聯想。是指具有相反特征的事物或相互對立的事物之間所形成的聯想。如看到優點就想到缺點，看到大就想到小，看到復雜就想到簡單等。
(4)因果聯想。由于兩個事物有在因果關系而引起的聯想。可以由因想到果，也可以由果想到因。
(5)類比聯想。是通過對一種事物與另一種(類)事物對比而產生的聯想。常見的有形式類比、功能類比等，
實踐
結合自己日常生活中接觸的事物，通過聯想，你能產生哪些新創意 把你的新創意填寫到表2-3中。
表2-3 聯想思維與設計創意
什么事物引起你聯想 通過聯想產生了什么創意
除上面介紹的幾種創造性思維外，還有許多其他思維的方法，同學們可以收集相關的資料進行學習和了解。
拓展學習
定勢思維
定勢思維可以幫助我們在面對新問題時，聯想已有的經驗和方法。但定勢思維往往也會成為思維的墻，阻礙我們思維的靈活性和創造性。
二、工程思維
任務
通過案例體悟工程思維，并在模擬進行的蔬菜大棚自動澆水系統設計中，嘗試運用工程思維處理相關同題。
案例
三峽工程中的工程思維
三峽工程是具有防洪、發電、航運等巨大綜合效益的多目標開發工程，是治理和開發長江的關鍵性骨干工程（圖2-5）。三峽工程的設計和建設體現了工程思維的特點。
（1）科學性。工程設計和施工必須嚴格遵循科學性。倒如:大壩選址要調查地質結構，地質結構要有足夠的穩固性，且歷史上沒發生過大地震等；大壩的選構和高度必須根據歷史上最大洪水的流量來設計；大型輪船必須能順利通航；安裝功率合適的發電機組；設計排沙方案，避免造成庫內河床淤積；通過設計保留魚類通道。這些都需要經過系統考慮，以及科學設計和施工。
（2）定向性。工程思維是指工程對象是特定的，工程的時間、地點是指定的。
（3）求解的非唯一性。工程的設計和施工可以有多種方案備選。倒如，三峽工程設計和驗工過程中都需要有多種方案和多個隊伍，經評估投標確定采用哪個方案和哪個施工隊。
（4）價值性。工程思維有明確的價值目標，其中包括社會價值目標、經濟價值目標、生態價值目標等。
（5）集成性和綜合統籌性。工程活動是許多技術要素和非技術要素的集成，工程是一個系統的概念。三峽工程在設計和施工過程中，除技術要素外，還有許多非技術要素要綜合考慮。
（6）矛盾性和協調性。在科學思維中，不允許在科學理論體系內部出現邏輯矛盾。但在工程中，卻常常不得不面對“相互矛盾的要求”。
（7）可靠性要求和“容許誤差”的限度。三映工程在設計和施工過程中，必須考慮施工質量和各部分的可靠性。認真挑選施工單位、監理單位和驗收單位，定出各種構件的允許誤差和施工誤差是的最大允許值等。
（8）工程風險。必須考慮工程帶來的風險。
由上面的案例分析可知，工程思維中的許多特點，是其他思維方式沒有的。
三峽工程是巨大的系統工程，工程的設計和建設要考慮多方面的因素，如防洪減災、蓄水抗旱、水道通航、水力發電、地質結構、泥沙石污物淤積、氣候生態變化、魚類通道、移民搬遷、地震預防、安全防范、潰壩風險等，這些因素相互聯系、相互影響，有些是目標一致的，有些則是相互沖突、相互矛盾的。如何處理這些多樣性、復雜性的問題!從案例中我們可以看到，三峽工程設計者對工程的科學性、經濟價值、社會價值，以及對自然環境、生態和人文社會的影響等要素進行了系統的分析，對工程的可靠性、工程風險等進行了評估，并采取了可靠的保證預防措施。
對一些相互影響、相互沖突的問題，在系統分析的基礎上比較、權衡尋找出合適的平衡點，進行科學決策。例如，三峽大壩的建設高度涉及多種相互影響、又相互沖突的因素，即大壩建設得越高，其蓄水調控能力就越大，防洪效果就越好，但上游被淹沒的土地就越多，生態破壞就越大，人口搬遷也越多，還牽涉大量難以遷移的歷史古跡。設計者經過分析、比較、權衡，最后把三峽大規設計為最大規高181m，水庫正常警水位高程 175m這樣的大壩高度和水庫蓄水位高程，既保證了庫容需求，保證了發電需求，又減少了對生態的破壞。
三峽工程設計和建設體現了以系統分析、比較權衡為核心的籌劃性思維——工程思維。工程思維被廣泛應用于處理設計問題、工程問題，也是通用技術的核心素養。
拓展學習
創造性思維可以產生許多創新技法，如設問法、類比法、聯想組合法、主體附加法。請你通過上網或查閱資料，進一步了解這些技法，并試運用其中一種創新技法，進行一項創新設計的構思。
討論、思考、形成小論文。
每位同學組織一篇小作文，可以從不同的方面進行展開。
完成后，與同學們進行討論、分享。
課后作業
L.試以對一種物品進行創新設計為例，簡述在創新設計的過程中你是怎樣運用發散思維和收斂思維的。
2.應用發散思維，思考空的礦泉水瓶有哪些用途
3.請上網或查閱資料，了解“魯班發明鋸子”“愛迪生發明電燈”“蝙蝠和雷達的發明”“弗萊明發明青霉素藥”“屠呦呦團隊發明青蒿素藥”等事例，從通用技術核心素養的角度分析，這些事例中的設計、發明和革新者們有哪些方面值得你學習

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