資源簡介

普 通 高 中 教 科 書
《通用技術》選擇性必修3
工程設計基礎
第一章 工程設計概述
第一節 了解工程
教學設計
教學背景
什么是工程？工程是人類運用技術手段，遵從科學規律，有組織、有計劃地打造具有特定功能物件的實踐活動。物件中的“物”包括非生命體、生命體；物件中的“件”包括軟件、硬件。
工程活動與我們的日常生活息息相關：建筑工程建造出舒適的房屋，讓人類不再風餐露宿；機械工程制造出各種機械，將人類從繁重的體力勞動中解放出來；計算機及軟件工程增強了人類應對繁雜、深奧腦力勞動的能力；通信及網絡工程讓我們可以隔空交流，即時互通語音、文字、圖像信息，縮短了人們之間的心靈距離；交通工程、航空工程為人類創造出高速鐵路、高速公路及空運系統，縮短了旅行時距，將偌大個地球變成了“地球村”；生物工程、人工智能工程、機器人工程......一系列新興工程的成熟與推廣應用，正在改變、引領著我們的現在和未來。
黨的二十大報告指出，要實施科教興國戰略，強化現代化建設人才支撐。工程設計是實現中國式現代化的重要支柱，我們需要培養造就更多大師、戰略科學家、一流科技領軍人才和創新團隊、青年科技人才、卓越工程師、大國工匠、高技能人才。
教學目標：
知識與技能目標:
1.了解工程的概念、分類，理解工程的特性。
2.以工程的理念分析工程的價值和文化內涵。
教學內容分析:
工程設計作為工程活動中最關鍵的內容，其任務是構想、優化被打造物件的功能、形態、細節形狀或其他參數，并用圖紙、文件、表格等有效形式準確無誤地將這些內容逐項表達清楚，用以指導實施打造物件的施工活動。學習工程技術，就是要掌握將設想變成物件的本領，用實用、先進的方法創造具有實際用途的物件，改善人類生存、工作環境，造福人類的現在和未來。
學情分析:
生活在科技迅猛發展的21世紀，同學們有必要了解一些機器人的知識，
通過典型工程案例分析，同學們了解工程發展的簡要歷史和工程分類。結合著名工程師的工程實踐案例，進一步了解工程師工作的特點和職業要求。
通過典型工程設計的分析，同學們理解工程設計的一般過程，并利用“無碳小車”的工程項目制作讓學生親身體驗設計過程。學會編制簡易的工程設計任務書。
將通過實例，同學們介紹現代工程設計中常用的3D建模方法，并讓同學們獲得一次制作實物模型的體驗。
同學介紹工程設計過程中評價和決策的重要性，讓大家初步學會運用決策矩陣、層次分析法、決策樹等工具和方法進行時間管理、質量管理和成本評估等。
教學重難點:
了解工程的概念、分類，理解工程的特性。
以工程的理念分析工程的價值和文化內涵。
教學策略:
本節課教學“學習目標”幫助我們明確章節應該掌握的要點；“案例”通過引入典型工程或事件，讓同學們初步認知工程設計的各個要素；“任務驅動”將知識要點分解為各種小任務，引導同學有的放矢地學習；“立即行動”讓同學們手腦并用，通過親身體驗來理解、掌握與章節有關的知識內容；“探究”為同學們深入探究問題提供了線索；“練習”能幫助同學們檢測和回顧應該掌握的知識。
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:
情景倒入:
老師：本節課我們學習《通用技術》選擇性必修3第一章 工程設計概述第一節 了解工程。
工程是什么？簡單講：工程是人類打造有用物件的活動。科學和技術是保障工程活動獲得預期成果的必要條件。我們通過典型案例分析，可以了解工程發展的簡要歷史，理解工程特性、重要價值和豐富的文化內涵。結合著名工程師的工程實踐案例，引領我們探究工程師的工作特點和職業要求，感受工程團隊精神的重要性。
一、工程的含義與種類
工程是人類運用技術手段，遵從科學規律，有組織、有計劃地打造具有特定功能物件的實踐活動。“工程”一詞最早出現在我國南北朝時期，當時主要指土木工程。我國早期的工程活動的目的，是以滿足人類的生存需要為主。“工程”在中西方的含義有所差別，在西方早期，“工程”與軍事技術相關的建造活動密切相關。英語中的engineering（工程）源于拉丁文ingenium（意指古羅馬軍團的撞墻錘）。
隨著人類生活、生產的發展以及宗教傳播和戰爭的需要，在文明的演變、發展過程中逐漸出現了各具特征的工程活動。其主要經歷了從構木為巢、掘土為穴等知識含量較低的史前工程，后來出現主要以手工作業為主的古代工程，發展到以專業工匠的個人能力與工程學科知識的應用逐漸緊密結合為特征的近代工程，直至以科學知識為先導，工程學科高度分化又趨向綜合集成的現代工程。
工程設計與實施已成為人類生產和生活實踐的重要組成部分，人類文明的進步離不開工程活動，現代的社會生活方式與工程設計密切相關。
案例
中國人自己設計的第一條鐵路——京張鐵路
由于清政府閉關鎖國政策的影響，中國近代工程發展較為緩慢。中國鐵路發展的初期，鐵路工程都由外國人設計建造。1905年，清政府籌劃修建京張鐵路（圖1-1），因為英、俄等國爭奪建設權，清政府無法調和，最終只好決定由本國人員組織工程設計。外國工程人員揚言建造這條鐵路的中國工程師恐怕還未“出世”。
1905年，詹天佑被任命為會辦兼總工程師。經過實地勘測和縝密比較，詹天佑選定了比較切合實際的線路走向。雖然這條鐵路地勢險峻，工程艱巨，但詹天佑率領中國工程技術人員和筑路工人精心施工，接連挑戰各種困難并不斷被突破，這條國際上公認“工程艱巨的鐵路”最后僅花費了外國承包商預算五分之一的經費，并在4年內建造完成。
該工程體現了中國工程人員的專業水準和建設能力，為此后中國的工程建設積累了寶貴的經驗，并樹立了良好的信心。
討論
京張鐵路工程的成功建造在20世紀初對于中國鐵路工程起到了什么作用，鐵路工程的發展怎樣推動了社會經濟的發展？
分析
清朝末年修建的京張鐵路具有明顯的近代工程的特征，請查詢相關資料，從工程技術、社會性和項目管理方式等角度分析京張鐵路工程的特點，填入表1-1中。
表1-1 京張鐵路工程的特點
工程特點 京張鐵路工程
科學與技術
經驗知識特征
社會時代性
經濟目的
思考
新的京張鐵路工程已于2015年批準建設，預計耗時4年半完工，其線路最高時速將達到350km/h。如何評價新舊兩條京張鐵路的工程意義？
立即行動
近代工程中相繼出現了土木工程、機械工程、礦冶工程、水利工程、交通工程、電機工程、化學工程、紡織工程等具體工程學科，現代工程中又出現了生物工程、信息工程和環境工程等新興工程學科。請嘗試列舉一些具有代表性的典型工程案例，填入表1-2中。
表1-2 典型工程案例
工程分類 典型工程案例
水利工程
機械工程
生物工程
二、工程的特性
工程活動是人類文明持續進步的推動器，工程與科學、技術之間相互依存、相互影響，工程遵循一定的科學原理，技術是工程設計及工程活動的基本要素。工程活動中，包含了多種技術因素，但也需要考慮非技術因素，比如在城市綠化工程活動中，技術因素不再是工程活動中的難點，需要考慮公眾對工程的接受度。因此，工程有著內在的獨有特性。
（1）集成性。工程需要通過決策、規劃、設計、建設和制造等過程建構一個原本不存在的新事物。這需要集成各種要素、科學認識和技術知識。
（2）綜合性。工程是創造一個自然界原本不存在的事物，需要綜合多方面的因素進行。隨著現代技術的迅速發展，這種創造活動越來越復雜，往往會涉及科學、技術、社會、經濟、政治、生態等多個領域，需要綜合考慮各個因素。
（3）創造性。任何一個工程都會集成各種復雜的要素，要素的復雜性使得每一個工程幾乎都是獨一無二的。在工程活動中，不是簡單照搬以前的活動過程，而是需要根據工程條件的變化進行創造，才能達到工程目標。
（4）科學性和經驗性。工程活動必須建立在遵守科學原理的基礎上，違背科學規律可能導致工程問題甚至工程失敗。工程設計者和實施者在不斷進行的工程活動中積累經驗，已有的經驗知識，可以幫助工程活動更加高效。
（5）社會性。工程是應人類的需要而產生，其社會性是必然的。工程的社會性也使得它必定受到公眾關注，并可能引發社會對工程的各種理解。這些理解不一定科學，但是工程活動尤其是現代大型工程必須在策劃時就需要考慮非技術因素的社會影響，制定必要的應對措施。
（6）效益性和風險性。工程天然具有效益性，或為經濟效益，或為社會效益，或為環境生態效益。工程的實施過程中，其產生的效益具有不確定性，這導致工程具有風險性，而工程的其他特征也可能導致風險。
（7）倫理約束性。工程的最終目標是為了服務社會，造福人類。在應用過程中必須受到道德的監視和約束。
工程的特性存在著動態變化的可能，而同類工程尤其是大型工程在不同時期的個別特性也可能會發生巨大變化。
案例
港珠澳大橋工程
港珠澳大橋（圖1-2）跨越伶仃洋，東接香港，西接珠海和澳門，由中央及
粵港澳三地政府共同出資興建。從1983年香港的建筑師胡應湘提出動議到2009年
項目開工歷時26年，造價超過1 000億人民幣，2018年10月24日正式通車，全長55km，是世界最長的跨海大橋工程，被贊為“現代世界七大奇跡之一”
它將連起世界最具活力經濟區城，促進香港、澳門、珠海三地經濟社會一體化。作為橋梁建設史上里程最長、投資最多、施工難度最大的跨海橋梁項目，港珠澳大橋的建設在工程的實踐性、涉及三地的工程復雜性和風險性等方面均無先例可循。
思考
港珠澳大橋曾經在2011年因環評問題而停工一年，后經過專家論證，重新修改工程的設計方案，預計港珠澳大橋香港段工程造價預算將上升55%，這反映了工程的哪些特性？
分析
請從你生活的地區選擇一個典型工程，分析工程的特性，以及工程特性的形成原因。
三、工程的價值和文化內涵
人類的工程活動過程就是一個創造和提升價值的過程，工程通過特有的建造活動滿足了需求方的訴求，也形成了工程的價值。一項工程總是具有多種價值，如經濟價值、政治價值、生態價值、國防價值等。
工程不僅具有實用價值，也具有人文價值，實用價值顯示了工程的實用性，人文價值體現出工程的品位，反映出工程的人文內涵。人們對于工程在生活方式、行為方式、思維方式等方面達成的長期共識形成了工程活動的文化內涵。例如，一條貨物運輸通道建立在一個風景秀美的地區，那么這條通道還可以作為旅游觀光線路，這改變了人們的生活方式。對一個工程的需求來說，工程蘊含了它的精神和思想，體現了相應的歷史傳統，也具有對應的文化內涵。
案例
青藏鐵路工程
青藏鐵路（圖1-3）是世界上海拔最高、在凍土上路程最長的高原鐵路工程，是中國21世紀四大工程之一，被譽為“天路”，是世界鐵路建設史上的一座豐碑。一期工程從青海省西寧市到格爾木市長約846km。二期工程于2001年6月開工，2006年7月1日建成通車運營，工程總投資330億元，其中環保投資近20億元，工程活動中創造了多項世界之最。
為保護青藏高原脆弱的生態環境，列車所有廢水、污物均統一收集，統一排放，橋梁建設考慮動物遷徙通道。青藏鐵路推動西藏進入鐵路時代，密切了西藏與內陸的時空聯系，拉動了青藏帶的經濟發展，西藏地區的GDP也從2000年的118億元增長到2015年的1 026億元。
青藏鐵路是幾代中國人的夢想，孫中山先生在他的《建國方略》中就規劃過“西北鐵路”“高原鐵路”等七大鐵路系統，中華民國時期也曾先后組團勘測甘青鐵路。一個重大工程，不僅要考慮其經濟價值，而且要考慮其生態價值、社會價值、藝術價值，不僅要考慮其眼前的價值，還要考慮其長遠的價值、歷史價值，這些都會讓工程對社會產生重大影響。
討論
青藏鐵路二期工程在建設過程中的環保投入占總經費的6.1%，表面上看起來，這與我們思維習慣中的工程活動的追求經濟價值的取向相矛盾。同時，青藏鐵路目前所產生的直接經濟效益與它的投入差別較大，請從工程的價值角度討論工程設計的選擇性和妥協性。
探究
青藏鐵路從中華民國時期就有需求，它蘊藏著國家和民族融合的需要，請結合青藏鐵路工程的歷史傳承，以工程注重長遠發展的特點和工程建成后對社會的發展促進角度來探究該工程含有的豐富文化內涵。
立即行動
請根據從本節課程學到的知識和方法，以3人為一個小組，在自己的家鄉尋找一個工程項目，分析它的工程特性、工程價值及工程的文化內涵。
課后作業
習 題
1．人類的工程活動總體可以劃分為＿＿＿＿＿＿＿ 個階段。
2．選擇題：港珠澳大橋的環評風波體現了工程的（ ）特性。
A．建構性和實踐性 B．集成性和創造性
C．科學性和經驗性 D．社會性和風險性
3．判斷題：工程活動是中性的，可以不包含任何文化內涵。 （ ）
4．簡答題：
青藏鐵路作為影響巨大的工程活動，請結合工程特性和工程價值分析青藏鐵路的宏觀意義。
板書設計
第一章 工程設計概述
第一節 了解工程
一、工程的含義與種類
二、工程的特性
三、工程的價值和文化內涵
教學反思
通用技術
選擇性必修3
工程設計基礎
普 通 高 中 教 科 書
主 編 劉瓊發
副 主 編：李 榕 周衛星 朱美健 席春玲
本 冊 主 編：王華權
本冊副主編：周 嘉
編 寫 人 員：
周 熙 周 嘉 王華權 柯 力　林 敏 陸 超
廣東教育出版社
廣東科技出版社

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