資源簡介

單元教學設計
普通高中新課程新教材優質課評選通用技術學科團體比賽
技術助力消防安全——系統及其設計
領隊：
授課：______________________________
技術助力消防安全
單元教學設計
一、單元基本信息
學 科 通用技術 實施年級 高二 設計者
課程標準模塊 通用技術必修 2 第三章“ 系統及其設計”
使用教材 廣東科技出版社
單元名稱 技術助力消防安全
單元課時 5 課時
二、單元教學規劃
1.主題名稱：技術助力消防安全
2.主題概述
依照普通高中通用技術課程標準（2017 年版 2020 年修訂）（以下簡稱課程標準）
分析，“技術助力消防安全 ”單元屬于《技術與設計 2》模塊的第三章“系統及其設計 ” 部分。“技術助力消防安全 ”能通過活動體驗感知消防系統及其子系統、理解系統的概 念及其特性，掌握系統分析的方法，學會設計簡單的系統，探究系統優化的方法等，進 而促進學生技術意識和工程思維的培養。內容選用粵教版《技術與設計 2》教材的“系 統及其設計 ”，主題情境以“長沙電信大廈和南京金盛百貨發生火宅 ”的生活情境為出
發點。
本項目以身邊發生的實際情境出發， 引導學生探究消防系統及其設計， 共設計了 5 個子項目。子項目 1：火情早知道——認識消防自動報警系統；子項目 2：滅火要理性— —分析消防滅火系統；子項目 3：火情我控制——設計消防滅火系統；子項目 4：排煙 優處理——優化消防排煙系統；子項目 5：綜合實踐活動——基于 arduino 消防預警系 統實踐。從而形成了系列學習活動， 能激發學生對消防系統的濃厚興趣， 從而形成學習
本單元內容的最好切入口，同時也為本單元深度學習打下關鍵基礎。
本單元的學習內容涵蓋通用技術學科核心素養的技術意識、工程思維、創新設計和
物化能力五個方面，但較為側重于工程思維。
3.主題內容分析
（1）項目內容結構
(
·
) (
系統的含義
系統的主要特
) (
·
整體性
·
功能性
·
相
關
性
·
環
境適應
性
) (
目
標
及
性
能
指
標
·
設計分析
·
指 定
設
計
方
案
·
方案實施
·
系統優化的意義
·
影響系統的因素
·
系統優化的實現
·
) (
1.
火情早知道
----
認識消防自動報警系統
) (
3.
火情我控制
----
設計消防滅火系統
) (
·
) (
性
) (
·
) (
系統的基本構成
) (
·
) (
系統的思想方法
系統分析的基本方法
) (
4.
排煙優處理
----
優化消防排煙系統
) (
2.
滅火要理性
---
分析消防滅火系統
) (
·
) (
技術助力消防安全
)
（2）項目設計思路
（3）項目內容分析
本單元《系統及其設計》研究的是，我們身邊無處不存在的系統。系統有大有小， 有復雜有簡單。任何系統都有一定的結構、特性和功能。了解系統的基本特性， 有助于 我們運用系統思想方法和系統分析的基本原則，分析影響系統運行和優化的關鍵因素，
指導簡單系統設計，從而增強自身的系統思想和工程思維的能力。
第一節認識系統， 主要通過體驗組裝“消防自動報警系統 ”來認識， 包括系統的普 遍性、含義、特性、分類以及特性等。學生首先接觸系統的概念， 這對學生全面、正確
地認識系統十分重要， 為進一步掌握系統的方法， 用系統的觀點分析問題打下堅實基礎。
第二節系統分析， 主要通過“消防滅火系統的分析 ”，包括“系統分析的基本方法 ”“系
統分析的基本原則 ”，使學生能運用系統的思想方法處理和研究問題。
第三節系統的設計， 主要通過 “消防自動滅火系統 ”的設計，詳細介紹系統設計 的過程和原理， 學生通過消防滅火系統的設計、制作、測試和改進， 初步學會運用系統
設計的方法， 并把系統的而思想方法延伸到生活的具體問題的解決中來， 養成科學分析
的態度和勇于創新精神。
第四節系統的優化， 主要通過“消防排煙系統 ”的優化， 掌握優化的過程、價值和 意義， 并在系統分析的基礎上， 進行系統優化。系統優化既是系統分析的深入， 也是系
統設計的基礎，更是系統設計過程的重要環節，是本章節的重點內容之一。
第五節綜合活動實踐， 主要通過應用場景下的“消防預警系統 ”設計， 學生學習了 前面四節的內容之后， 通過技術探究， 分析影響優化的因素并通過對簡單系統的設計實
現，初步學會簡單系統設計的基本方法，增強系統與工程思維的能力。
4.主題學情分析
高二學生已經掌握了《技術與設計 1》模塊和《技術與設計 2》模塊中結構及其設 計、流程及其設計等相關科學知識， 對技術與設計以及結構與設計已經有了基本的認 識。本章節以身邊的火災情境出發，設置了四個技術問題：（1）如何快速知道火情？ （體驗消防自動報警系統）（2）如何滅火？（分析消防滅火系統）（3）怎么滅火？ （設計消防自動滅火系統）（4）能報警和滅火就解決消防安全問題了嗎？ （優化消防 排煙系統），從生活中的實際問題出發， 激發學生的求知欲， 從而形成學習本單元內容 的最好切入口。學生在項目情境的引導下，學習和掌握《系統及其設計》的內容， 也
為本單元深度學習打下關鍵支撐。
5.開放性學習環境
智慧課堂多媒體教室，希沃白板，微視頻，教學課件，項目學習單，操作說明；
“技術體驗 ”準備：ARDUINO UNO 主板、擴展板*7，火焰/煙霧/溫度/適度傳感器*7， 蜂鳴器*7，繼電器*7，小水泵*7，固定架*7，膠槍*7，打火機/蠟燭*7，9v 電池組合*7， 煙霧產生物（艾柱*7 代替）、紙質房屋模型*7，礦泉水瓶子*7，測試用充電寶*2，儲
水盒*2, 燈泡*7,杜邦線若干。
三、單元學習目標
1.目標確定依據
課程標準中對本章的要求有 2 點：
（1）從技術應用的角度理解系統的含義、基本構成及主要特性，結合實例學會系統 分析的基本方法。
（2）通過技術探究，分析影響系統優化的因素，并通過對簡單系統的設計實踐，初 步學會簡單系統設計的基本方法，增強系統與工程思維的能力。
根據課程標準內容要求，本章承載的學科核心素養主要是“素養 1——工程思維”，
通過教學應達到如下水平：
水平 1——通過常見典型的技術系統案例分析，感知系統和工程現象，理解系統的基 本特性，考察并解釋影響系統的因素；初步經歷系統技術設計的一般過程，進行系統設計
方案的多因素分析，了解比較、權衡、優化系統分析的方法，形成初步的工程意識與思維。
水平 2——結合案例分析，總結歸納系統設計的方法，并能運用系統原理和系統分析 的方法，進行簡單的系統技術設計活動，嘗試解決技術問題；能分析影響系統的因素，并 對系統進行優化。
為落實技術核心素養培養的課程目標，基于課程標準要求，本章四節內容圍繞著“長 沙電信大廈和南京金盛百貨發生火災 ”這一主題情境安排了十四個任務。第一節“認識 系統”以“如何快速知道火情”為情境導入，設計了“認識消防自動報警系統”、“體驗 組裝”和“分析系統特性”三個任務；第二節“系統分析 ”以“如何避免火災損失 ”為 情境導入，設計了“誰來滅火 ”“用什么滅火 ”“怎么滅火 ”三個任務；第三節“系 統的設計 ”以“如何設計消防自動滅火系統 ”為情境導入，設計了“方案設計 ”和 “系統設計 ”“評價與改進 ”三個任務。第四節“系統的優化 ”以“消防滅火以后并 沒有徹底解決安全問題 ”為情境導入， 設計了“分析設計排煙系統 ”和“總結系統優 化的意義和要素 ”“ 展示交流 ”三個任務。最后是“綜合實踐活動 ”以“生活場景中 簡易消防預警系統 ”為情境導入，設計了“消防預警系統制作 ”和“方案展示或實物
演示 ”兩個任務。
2.素養目標要求
（1）技術意識：能根據生活中的消防安全問題情境， 分析進行相關技術選擇的原因， 能運用相關數據進行技術設計。
（2）工程思維：通過體驗組裝消防自動報警系統理解系統及其特性 ; 能運用系統 的分析方法，分析消防滅火系統，形成可能的解決方案；通過設計消防滅火系統，總結 歸納出系統設計的一般方法；通過優化消防排煙系統， 對技術方案進行性能評估與改進。
（3）創新設計：能根據問題解決、考慮人機關系，遵循設計的一般原則和規范， 運用技術語言對消防報警系統、消防滅火系統、消防排煙系統和消防預警系統等進行多 個方案設計，形成一定的創新設計能力。
（4）圖樣表達：能繪制消防報警系統、消防滅火系統、消防排煙系統和消防預警 系統的流程圖、簡單的電路圖、草圖進行表達與交流設計構思。
（5）物化能力：能結合消防安全的技術領域，了解消防報警、滅火、排煙系統的 相關原理， 并能根據方案選擇材料、進行模型的組裝與測試， 撰寫簡單地試驗報告， 對 工具的使用有一定的規范、安全、環保意識， 操作過程中， 形成良好的合作意識和精益 求精的工匠精神。
3.單元學習策略
采用真實情境下大概念引領大項目的項目教學， 采用項目教學和任務驅動教學相結
合的教學策略。
四、單元學習活動
項目活動設計思路
課時 項目 名稱 素養目標 項目情境 項目任務 項目實施 學習資源 項目評價 素養落實
第 1 課時 子項目 1： 火情早知 道 ——認 識消防自 動報警系 統 1.經歷體驗組裝消防自 動報警系統，理解系統 的含義，初步形成系統 的觀念和意識，樹立學 生的技術意識； 2.通過消防自動報警系 統的分析，理解系統的 基本特性，感知系統和 工程現象，培養學生的 工程思維； 3.通過舉例分析和概 括，了解系統的分類， 系統與子系統和元素的 關系，引導學生全面的 認識系統； 通過最近連續發 生的兩起火災新 聞， 請同學們從技 術的角度思考， 如 何快速地知道有 火情？ 體驗組裝消防自 動報警系統 任務一：認識消 防自動報警系統 活動 1：自主學習 ——什么是系統？ 智慧課堂多媒體教 室，微視頻，教學 課件，項目學習單， 操作說明、ARDUINO UNO 主板，火焰傳 感器*7，蜂鳴器*7， 打火機*7，9v 電池 組合*7，杜邦線若 干。 觀看視頻； 合作學習； 觀點發表； 工程思維
任務二：自主學 習體驗組裝 活動 2： 自主學習——消防自動報警系統的軟硬 件學習 （1）火焰傳感器是如何感知火焰的？ （2）和蜂鳴器如何實現自動報警的？ 活動 3：技術體驗——組裝消防自動報警系統 技術體驗； 小組合作； 交流分享；
任務三：分析系 統的特性 活動 4：知識總結——結合組裝體驗， 分析系統的 基本特性 （整體性；功能性；相關性；環境適應性） 小組合作； 觀點發表； 分享展示；
總結與提升 活動 5：知識總結——系統的分類；系統與子系統 和元素的關系 觀點發表； 自評互評師評
第 2 課時 子項目 2: 滅火要理 性——分 析消防滅 火系統 1.通過消防滅火技術領 域對社會、環境的影響 做出理性分析,形成技 術的敏感性和負責任的 態度,樹立學生的技術 意識。 2.能對消防滅火系統案 憑借一個報警功 能就能解決我們 生活中的火災安 全問題的嗎？ 誰去滅火？ 用什么滅火？ 怎么滅火？ 任務一：案例分 析 活動 1：分析討論滅火執行者（誰去滅火？） 多媒體教室，微視 頻，教學課件，項 目學習單。 分析討論； 發表觀點； 技術意識 工程思維
任務二：案例分 析 活動 2：分析討論滅火介質（用什么滅火？） 分析討論； 發表觀點；
例進行分析與解讀,了 解系統分析的方法和基 本原則。 3.能運用系統分析的方 法針對滅火問題進行要 素分析、方案構思及比 較權衡,培養學生的工 程思維。 任務三：案例分 析 活動 3：分析討論滅火方式（怎么滅火？） 分析討論； 發表觀點；
總結與提升 活動 4：嘗試歸納系統分析的一般過程、原則和方 法 活動 5：分析長沙電信大樓火災事故消防系統可能 性故障 分析討論； 發表觀點； 自評互評師評
第 3 課時 子項目 3： 火情我控 制 ——設 計消防滅 火系統 1.通過經歷消防滅火系 統的設計，總結歸納出 系統設計的一般方法； 2.能運用系統的分析方 法，形成可能的解決方 案或者形成草圖； 3.能通過模擬實驗對消 防滅火系統技術方案進 行性能評估與改進 結合子項目 2，為 了實現自動消防 滅火功能， 需要明 確哪些原理？存 在哪些約束條 件？ 任務一：消防滅 火系統方案設計 活動 1：畫出消防滅火系統的組成和工作流程圖 智慧課堂、項目學 習單*7、操作說明 *7、視頻、課件、 ARDUINO UNO 主板、 擴展板*7，火焰傳 感器*7，繼電器*7， 小水泵*7，杜邦線 若干，固定架*7， 膠槍，打火機*7，9v 電池組合*7，礦泉 水瓶子*7，測試用 充電寶兩個，儲水 盒*2 繪制草圖； 合作學習； 工程思維 創新設計 物化能力
任務二：消防滅 火系統的技術設 計 活動2：合作學習相關技術原理 合作學習；
任務三：消防滅 火系統的測試、 優化、評價與改 進 活動 3：按照設計草圖進行組裝、測試 活動 4：測試問題、尋找優化方法 活動 5：討論消防滅火系統模型評價與改進 活動 6：分組展示項目成果 技術體驗； 小組合作； 交流分享； 自評互評師評
第 4 課時 子項目 4: 排煙優處 理——優 化消防排 煙系統 1. 通過對消防滅火系統 改進的分析與思考，理 解系統優化的意義； 2.通過消防排煙系統的 分析與探究，理解影響 系統優化的因素； 3.通過對防排煙系統這 一具體案例的分析與探 1.能 報 警 能 滅 火 就徹底解決了消 防 安 全 問 題 了 嗎 ？ 為什么要不 斷 地 改 進 與 完 善？ 2.針 對 防 排 煙 系 統， 我們需要從哪 任務一：分析、 設計排煙系統 活動 1：分析、討論，計算出最優化方案 通用技術專用教 室。教學白板、項 目學習單、項目活 動資源、微視頻、 軟件及課件； ARDUINO UNO 主板、 擴展板*7，溫濕度 傳感器*7，杜邦線 小組合作； 交流分享； 工程思維
任務二：總結系 統優化要素 活動 2：總結系統優化的因素和步驟 活動 3：總結系統優化的一般步驟 小組合作； 交流分享；
究，總結歸納出系統優 化的方法; 些方面思考與分 析 ？ 如何實現最 優化？ 任務三：深入優 化系統，展示交 流 活動 4：進行排煙系統優化探究 活動 5：展示過程，分享成果，互相交流； 活動 6：小組代表展示成果，并闡述優化的意義； 若干，面包板或固 定架*7，膠槍，打 火機*7，煙霧產生 物（檀香*7 代替）， 測試用充電寶*7， 紙質房屋模型*7 小組合作； 發表觀點； 交流分享；
提升與總結 活動 7：實現系統的優化意義 小組合作； 交流總結； 自評互評師評
第 5 課時 子項目 5: 綜合實踐 活動—— 基于 arduino 消防預警 系統實踐 1、技術意識 :歷經系統 分析過程進行具體設計； 形成對“消防滅火 ”技 術的正確認識。 2、物化能力 :在材料和 其加工過程中，具有基 本的安全、環保意識； 能根據設計要求進行簡 單的項目制作。 3、工程思維 :在進行制 作時能多因素分析，全 面思考問題；在完成作 品的基礎上進行評價及 優化。； 通過前面幾個子 項目課堂活動體 驗了消防預警及 滅火系統分析-設 計-優化的過程后， 完成一個應用于 家庭廚房中的簡 易消防預警系統 的制作活動 任務一：制作消 防預警系統 活動 1：分組完成消防預警系統制作 通用技術專用教 室。教學白板、項 目學習單、項目活 動資源、微視頻、 軟件及課件； Arduino 主板*7、 煙霧傳感器*7、火 焰傳感器*7、蜂鳴 器*7、繼電器*7、5V 電源線*7、杜邦線 若干、輔材若干(測 試：打火機，檀香， 燈泡) 技術體驗； 實踐操作； 小組合作； 工程思維 創新設計 物化能力
任務二：展示與 評價 活動 2：方案展示，實物演示 活動 3：總結與評價 小組合作； 交流總結； 自評互評師評
粵教版高中通用技術必修《技術與設計 2》第三章
五、單元持續性評價設計
需要評價 的活動 評價目標 評價任務 評價標準 評價方式
第一課時 （活動 1） 診斷評價 對火災新聞的了解， 對消防 自動報警系統的組成部分 的了解程度，進行診斷評 價。 對身邊的火災的了解程度、 如何防范火情進行診斷評 價。 現場生成結 果
第一課時 （活動 2） 評價過程 對消防自動報警系統的軟 件和硬件原理進行合作學 習。 能否正確組裝消防自動報 警系統，實現自動報警功 能。 現場操作演 示結果
第一課時 （活動 4） 評價過程 結合組裝體驗， 分析系統的基 本特性， 小組合作， 分享與展 示結果。 組裝過程中遇到什么困難， 如何解決困難， 小組分工合 作完成任務的過程產生評 價。 現場分享展 示
第二課時 （活動 1 活動 2、 活動 3） 評價過程 對討論的結果進行評價， 討 論分析誰去滅火、用什么滅 火、如何滅火等問題。 分析系統的過程中， 小組合 作討論任務的過程產生評 價。 現場分享展 示
第二課時 （活動 4、 活動 5） 評價結果 歸納系統分析的一般過程； 對火災事故的可能性故障 進行分析。 能否分析出系統分析的一 般過程；能否對火災的可能 性故障進行分析。 課中即時呈 現結果
第三課時 （活動 1） 評價結果 畫出消防滅火系統的組成 和工作流程圖。 能否正確畫出消防滅火系 統的組成和工作流程圖。 現場生成結 果和流程圖
第三課時 （活動 2） 評價過程 對消防滅火系統的相關技 術原理進行合作學習。 能否正確繪制草圖， 實現消 防滅火系統的功能。 現場生成結 果
第三課時 （活動 3 活動 4） 評價過程 繪制草圖、 組裝測試，分析 優化消防滅火系統。 能否正確設計并實現消防 滅火系統的功能。 現場分享展 示
第三課時 （活動 8） 評價結果 對消防滅火系統模型進行 評價和改進， 分組展示項目 成果。 能否完成項目， 實現消防滅 火系統的設計。 當堂討論；分 享演示；評價 結果
第四課時 （活動 1） 評價過程 分析討論，計算出最優方 案。 能否設計消防排煙系統， 并 分析最優方案， 對合作分析 的過程進行評價。 方案展示
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粵教版高中通用技術必修《技術與設計 2》第三章
第四課時 （活動 2 活動 3） 評價過程 對系統優化的因素和步驟 進行合作分組合作學習。 合作學習過程中的分工合 作，交流和分享。 當場生成結 果
第四課時 （活動 4 活動 5 活動 6） 評價結果 對排煙系統優化探究后分 享展示成果， 并闡述優化的 意義等進行評價。 小組代表展示成果， 對成果 進行評價。 分享演示；評 價結果
第五課時 （活動 1） 評價過程 對消防預警系統的制作過 程進行評價。 從學生技術體驗、實踐操作和 小組合作的過程進行評價。 課中即時呈 現結果
第五課時 （活動 2 活動 3） 評價結果 對設計消防預警系統的方 案展示和實物演示結果進 行評價。 能否設計出合理的方案和 實現消防預警系統的功能 進行評價。 分享演示；呈 現結果
第五課時 （作業） 綜合評價 單元自我評價與測試 分維度、測試題 課后評價與 練習
六、單元作業設計
層次 習題 知識點 核心素養 水 平 答案
A 組 1.什么是系統？ 系統的含義 工程思維 1 略
2.系統具有 , , , 特性。 系統的特性 工程思維 1 功能性；整體 性；相關性； 環境適應性。
3.系統分析的基本方法有哪些？ 4.系統分析的基本原則有哪些？ 系統分析； 工程思維 略
5.系統優化的意義是( ) A.實現系統最優化 B.改善系統的環境 C.調整系統的結構 D.改變系統的特征 系統優化 工程思維 1 A
6.小張發現自己騎車特別費力， 于是， 他對 自行車的各個組成部分進行分析和研究， 從 車圈到輪胎， 從鏈條到腳蹬， 最后排除了故 障，下列選項與此案例無關的是（ ）。 A. 小張考慮到了自行車系統的相關性 B．小張從新對自行車進行了設計 C．小張對自行車系統進行了優化 D．小張對自行車系統進行了整體性分析 系統的基本 特性；系統 優化 工程思維 2 B
B 組 7.請設計并制作一個三葉形（或者香蕉形） 回旋鏢（飛去來器） 系統的設計 創新設計 工程思維 2 略
8.在田忌賽馬的故事中， 田忌用哪種方案贏 了齊王？從系統優化的角度分析田忌為什 么能取勝？ 系統的優化 工程思維 2 略
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粵教版高中通用技術必修《技術與設計 2》第三章
七、單元教學反思
在核心素養背景下的真實情境下大概念引領大項目的大單元設計教學活動中。本單 元的大項目是 “技術助力消防安全 ”，通過學生身邊發生的火災事故， 引發學生對消防 安全系統的探究和思考。學生體驗了“消防自動報警系統 ”和經歷了分析設計“消防滅 火系統 ”，以及“優化消防排煙系統 ”和應用場景下的“消防預警系統 ”的實踐等系列 實踐體驗活動， 學生體驗了系統及其設計的過程， 增強了實踐操作能力， 培養了工程思
維。
真實情境下大概念引領大項目的大單元設計， 采用系列任務及問題串的形式引導學 生將理論知識應用于生活實踐， 深化了他們對系統及其設計的內涵以及單元重要內容的 理解， 初步培養了學生的工程思維， 提高學生的技術意識、創新設計、圖樣表達和物化 能力等核心素養的育人目標， 同時也提高了學生團隊協作能力， 很好的完成了立德樹人
的基本目標。

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