資源簡介

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第2節(jié) 像工程師那樣實踐（第1課時）
【核心概念】
13.工程設計與物化
【學習內(nèi)容與要求】
13.2 工程的關鍵是設計
③依據(jù)不同來源的證據(jù)、限制條件等因素，從需求層面優(yōu)化設計方案。
13.3工程是設計方案物化的結(jié)果。
④知道工程需要經(jīng)歷明確問題、設計方案、實施計劃、檢驗作品、改進完善、發(fā)布成果等過程。
【教學目標】
1.科學觀念:知道工程需要經(jīng)歷明確問題、設計方案、實施計劃、檢驗作品、改進完善、發(fā)布成果等過程。
2.科學思維:通過分析、比較、綜合等方法對辦公椅進行優(yōu)化設計，歸納工程實踐的六大環(huán)節(jié)。
3.探究實踐:經(jīng)歷明確問題、設計方案、實施計劃、檢驗作品、改進完善、發(fā)布成果等過程，初步具備技術(shù)與工程實踐的技能，提出辦公椅存在的新問題，并設想對產(chǎn)品進行改進。
4.態(tài)度責任:對創(chuàng)新實踐活動具有好奇心與探究熱情，養(yǎng)成勇于質(zhì)疑、樂于分享、善于實踐的態(tài)度。
【教材分析】本課是七年級上冊第5章第2節(jié)《像工程師那樣實踐》第一課時， 是初中科學教材中首次進行工程實踐的教學。本節(jié)內(nèi)容基于第一節(jié)對 于技術(shù)和工程的了解，由辦公椅的優(yōu)化設計引出工程實踐的問題，引導學生通過了解該項實踐活動，歸納工程實踐一般過程的流程圖。從調(diào)查學生坐椅子時的感受開始,尋找存在的不足,從需求層面開展設計。列舉、分析生活中簡單和復雜的工程，意識到科學對技術(shù)與工程具有指導意義;通過閱讀都江堰程相關材料，體會到技術(shù)與工程創(chuàng)造了人造物，技術(shù)的核心是發(fā)明，工程的核心是建造。
【教學過程】
教學環(huán)節(jié) 教學活動 設計意圖
創(chuàng)設情境，明確問題 在建造公路、鐵路和地鐵時，需要開挖隧道。盾構(gòu)機能夠?qū)崿F(xiàn)全自動開挖隧道，被譽為“世界工程機械之王”，是名副其實的大國重器，反映了一個國家裝備制造業(yè)的水平。 盾構(gòu)機的各個部件都是經(jīng)過工程師們相互配合、共同協(xié)作設計和制造出來的。 那么，工程師是如何進行工程設計的？ 我們?nèi)绾螌W會像工程師那樣實踐？ 引入課題
工程設計的過程： 各種工程產(chǎn)品：自行車、文具盒、投影儀等， 這些都是工程師為了讓人們更好地生活、學習而設計并制造出來的。 工程師們將概念模糊的問題轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨群喚毜慕鉀Q方案，這就是工程設計的過程。 以一把辦公椅的研發(fā)流程為例，讓我們一起走進工程設計。 明確問題 我們坐的椅子不舒適，影響工作效率與身體健康，就會產(chǎn)生需求：希望可以調(diào)節(jié)椅子高度和靠背角度，使它坐起來更舒適。這種需求被稱為工程問題。 圖中選擇： 如何提高椅子的舒適度？ 工程師根據(jù)這些需求開始研發(fā)一款新的辦公椅。經(jīng)過調(diào)研，確定了以下設計要求： ○ 高度調(diào)節(jié)范圍：450～550 mm。○ 傾斜角度調(diào)節(jié)范圍：0°～30°。 ○ 座椅材料：舒適、透氣的網(wǎng)布材料。○ 能承受的最大荷載：150 kg。 設計方案 1. 概念設計。研發(fā)團隊進行多次設計分析、方案構(gòu)思后，有了初步的概念設計，并繪制了設計草圖，草圖顯示了椅子的整體結(jié)構(gòu)。 2. 具體設計。基于概念設計，研發(fā)團隊進行了詳細設計，如椅子的各部分材料和具體尺寸等。 實施計劃 根據(jù)設計圖，工程師們運用各種技術(shù)，進行一系列工作，制作了原型。 檢驗產(chǎn)品： 測試高度調(diào)節(jié)、傾斜角度調(diào)節(jié)、承重能力和舒適性等方面。 測試結(jié)果表明，原型在其他方面表現(xiàn)良好,但承重能力有所不足。 改進完善： 綜合考慮生產(chǎn)成本和實際需求,選擇更換使用耐受力更強的材料,達到設計承重的標準。 發(fā)布成果： 與供應商合作,選取合適的材料和制造工藝,并制訂生產(chǎn)計劃。完成生產(chǎn)制造后,他們與辦公家具經(jīng)銷商合作,進行一系列的展示、推廣、銷售活動。 注意事項： （1）提出多種方案： 工程實踐中，工程師需要明確問題，通過相互交流和討論，采用頭腦風暴，暢所欲言地提出自己創(chuàng)造性的想法，形成共識。 （2）合理取舍方案： 當面對多種解決方案時，工程師需要評估各種方案的局限性，分析制約因素，做出權(quán)衡與取舍，從中選擇最優(yōu)的問題解決方案。 （3）工程可以很簡單，也可以很復雜。 工程可以很簡單。例如，拉鏈由兩排互鎖的齒和一個滑塊組成，這一簡單結(jié)構(gòu)巧妙地實現(xiàn)了連接或分離兩排齒的功能； 視頻：拉鏈的原理 工程也可以很復雜。如盾構(gòu)機就是由許多部件組成的，涉及多項技術(shù)；筆記本電腦由許多部件組成，涉及電子學、微處理器和計算機軟件等多方面知識這一復雜設備能夠執(zhí)行多項功能。 視頻：盾構(gòu)機工作片段 一個好的工程設計能夠預估現(xiàn)實需求和未來可能出現(xiàn)的問題，減少資源浪費、降低施工成本、保證工程安全穩(wěn)定和延長工程使用壽命。 因此，在進行任何工程建設之前，必須首先進行仔細的論證和細致的規(guī)劃，以確保工程質(zhì)量和效益的最大化。 科學閱讀：都江堰
板書設計
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第2節(jié) 像工程師那樣實踐（第1課時）
核心概念聚焦
1.下列對工程實踐的認識不正確的是（ ）
A.工程是為了滿足我們的需要，設計和使用技術(shù)、解決實際問題和制造產(chǎn)品的活動
B.工程建設最關鍵的環(huán)節(jié)在于設計，設計的好壞直接決定工程的成果
C.工程設計時需要根據(jù)實際情況，克服種種限制和挑戰(zhàn)
D.評估工程時，最主要的是評估項目成本，節(jié)省成本才是硬道理
2.技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)地鐵和公交車上的拉手對身材嬌小的人士不友好，于是設計了通過按下按鈕
可自由調(diào)節(jié)拉手長度的拉手，如圖所示。該設計發(fā)現(xiàn)問題的途徑
是( )
A.收集和分析信息 B.觀察日常生活
C.技術(shù)研究和技術(shù)試驗 D.來自技術(shù)人員的靈感
3.小敏在做課件時發(fā)現(xiàn)鍵盤很臟，里面的灰塵難以清理。于是從吸塵器中得到啟發(fā)，制作一
個小型吸塵器來清理。小敏發(fā)現(xiàn)問題的途徑是（ ）
A.觀察生活 B.科學實驗 C.收集信息 D.技術(shù)試驗
4.工程實踐小組在設計制作簡易潛望鏡(如圖)的活動中，下列做法不正確的是( )
A.在制作之前要先設計方案 B.選擇材料時可考慮生活中的廢舊材料
C.按設計圖制作后不能調(diào)整、改進 D.制作時鏡片安放要呈一定角度
5.小科發(fā)現(xiàn)教師辦公室里的燒水壺不能自動上水，且保溫效果不佳，為此小科想設計一款自
動上水燒水壺。以下有關自動上水燒水壺的設計要求中，不合理的是（ ）
A.設計免開蓋自動上水功能 B.具備防干燒功能
C.手柄和壺蓋采用金屬材料 D.壺體本身采用耐高溫、無毒害的材料
6.工程是人運用科學與技術(shù)建造人工物的實踐活動。下列不屬于工程實踐活動的是（ ）
A.調(diào)節(jié)空調(diào)的設定溫度，使環(huán)境溫度更舒適
B.調(diào)節(jié)收納架的重心，增強收納架的穩(wěn)定性
C.增加坐墊和塑料扶手，增強椅子的舒適性
D.增加自動感應模塊，使洗手液能自動出液
7.小科想要自制一個閱讀書架(如圖所示)，完成設計圖后，接下來他就
可以( )
A.動手制作 B.修改完善設計圖 C.測試穩(wěn)定性 D.發(fā)布成果
8.學校里的自行車停放場地小，許多同學亂停亂放，晚來的同學經(jīng)常無法停放自行車。小敏
設計了一個解決方案，為此小敏不需要考慮的是（ ）
A.停放場地的位置 B.設計所需的時間及費用
C.自行車的材質(zhì) D.日常停放的自行車數(shù)量
9.工程實踐小組想設計制作一款減負背包，經(jīng)歷了如下幾個環(huán)節(jié)。下列排序中合理的是( )
①上網(wǎng)收集相關背包的制作方法 ②通過問卷，調(diào)查需求 ③繪制設計圖
④制作產(chǎn)品 ⑤分析檢驗結(jié)果，優(yōu)化設計方案 ⑥對產(chǎn)品進行測試檢驗
A.①②⑥④③⑤ B.①②③⑥④⑤ C.②①③④⑥⑤ D.②①③⑥④
核心素養(yǎng)提升
10.飛檐是指屋檐的檐部向上翹起，是一種考慮室內(nèi)光照和建筑美觀的中國傳統(tǒng)建筑特色，
是我國古代勞動人民智慧的結(jié)晶。圖1為飛檐景觀，圖2示意飛檐光照原理。據(jù)此回答：
圖1 圖2
（1）從室內(nèi)光照的角度考慮，“飛檐”設計的主要目的是 。
A.擴大夏季遮陽的面積 B.擴大冬季采光的面積
C.縮小夏季遮陽的面積 D.縮小冬季采光的面積
（2）某建筑設計師在浙江采用了“飛檐”的設計。若屋頂高度不變，與北京相比，應做
的調(diào)整是 。
①飛檐長度不變，加大飛檐翹起角度 ②飛檐翹起角度不變，縮短飛檐
③飛檐長度不變，縮小飛檐翹起角度 ④飛檐翹起角度不變，加長飛檐
（3）東北地區(qū)的飛檐長度都較短，能夠更好的 。
A.排泄雨水 B.遮陽納涼 C.美觀協(xié)調(diào) D.減少積雪
11.某設計師設計并制作了一款保溫杯墊，實踐步驟包括:①制作保溫杯墊，編寫使用說明書；
②收集信息，選擇合適的保溫杯墊材料和工具，繪制草圖；③發(fā)布保溫杯墊；④根據(jù)測
試結(jié)果進行優(yōu)化；⑤對保溫杯墊進行測試，并結(jié)合評價量表打分；⑥了解已有的保溫杯
墊加熱方式，明確保溫杯墊的驗收標準。
（1）工程實踐的一般過程如下，請將其余序號填到對應的橫線上。
明確問題⑥→設計方案 →實施計劃 →檢驗作品 →改進完善 →
發(fā)布成果③
（2）請完善“簡易保溫杯墊”評價量表。
評價指標 優(yōu)秀 合格 待改進
原料 原材料易得， 且環(huán)保 原材料易得， 不環(huán)保
最高保溫溫度可以維持在50℃ 最高保溫溫度可以維持在30℃ 最高保溫溫度可以 維持在20℃
智能化 可連續(xù)調(diào)節(jié)保溫溫度 可調(diào)節(jié)保溫溫度，但不連續(xù) 無法調(diào)節(jié)保溫溫度
（3）為了使杯墊適用于更多水杯的保溫，步驟②中，應該收集的信息有 。
創(chuàng)新素養(yǎng)應用
12.我們常常見到在一些草坪上鋪有石板的小路，對于如圖所示的石板小
路鋪設方案，行人行走時可能會出現(xiàn)什么問題？
參考答案
核心概念聚焦
1.D 2.B 3.A 4.C 5.C 6.A 7.A 8.C 9.C
核心素養(yǎng)提升
10.(1)B （2）①② （3）D
11.（1）②①⑤④ （2）原料不易得且不環(huán)保 最高保溫溫度（3）常見水杯的尺寸和材料
創(chuàng)新素養(yǎng)應用
12.行人的步伐難以控制
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第2節(jié) 像工程師那樣實踐
（第1課時）
浙教版 七年級上
創(chuàng)設情境
在建造公路、鐵路和地鐵時，需要開挖隧道。盾構(gòu)機能夠?qū)崿F(xiàn)全自動開挖隧道，被譽為“世界工程機械之王”，是名副其實的大國重器，反映了一個國家裝備制造業(yè)的水平。
盾構(gòu)機的各個部件都是經(jīng)過工程師們相互配合、共同協(xié)作設計和制造出來的。
工程師是如何進行工程設計的？我們?nèi)绾螌W會像工程師那樣實踐？
探究實踐
各種工程產(chǎn)品：自行車、文具盒、投影儀等，
這些都是工程師為了讓人們更好地生活、學習而設計并制造出來的。
工程師們將概念模糊的問題轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨群喚毜慕鉀Q方案，這就是工程設計的過程。
下面以一把辦公椅的研發(fā)流程為例，讓我們一起走進工程設計。
探究實踐
明確問題
我們坐的椅子不舒適，影響工作效率與身體健康，就會產(chǎn)生需求：希望可以調(diào)節(jié)椅子高度和靠背角度，使它坐起來更舒適。這種需求被稱為工程問題。
如何提高椅子的舒適度？
工程師了解到這些需求后，開始研發(fā)一款新的辦公椅。研發(fā)團隊經(jīng)過調(diào)研，確定了以下設計要求：
○ 高度調(diào)節(jié)范圍：450～550 mm。 ○ 傾斜角度調(diào)節(jié)范圍：0°～30°。
○ 座椅材料：舒適、透氣的網(wǎng)布材料。○ 能承受的最大荷載：150 kg。
√
探究實踐
設計方案
1. 概念設計。研發(fā)團隊進行多次設計分析、方案構(gòu)思后，有了初步的概念設計，并繪制了設計草圖，草圖顯示了椅子的整體結(jié)構(gòu)。
探究實踐
2. 具體設計。基于概念設計，研發(fā)團隊進行了詳細設計，如椅子的各部分材料和具體尺寸等。
詳細設計
探究實踐
堅固的底盤結(jié)構(gòu)
鋼制的氣壓棒
增加滑輪
精致的座椅腳
主要部件：
探究實踐
實施計劃
根據(jù)設計圖，工程師們運用各種技術(shù)，進行一系列工作，制作了原型。
探究實踐
檢驗作品
研發(fā)團隊在工作環(huán)境下對原型實物進行測試，包括高度調(diào)節(jié)、傾斜角度調(diào)節(jié)、承重能力和舒適性等方面。測試結(jié)果表明，原型在其他方面表現(xiàn)良好，但承重能力有所不足。
測試產(chǎn)品
探究實踐
改進完善
針對測試發(fā)現(xiàn)的問題，為達到設計承重的標準，綜合考慮生產(chǎn)成本和實際需求，研發(fā)團隊最終選擇更換使用耐受力更強的材料，并重新進行了測試。
發(fā)布成果
根據(jù)原型測試和改進的結(jié)果，研發(fā)團隊準備進行生產(chǎn)制造。他們與供應商合作，選取合適的材料和制造工藝，并制訂了生產(chǎn)計劃。完成生產(chǎn)制造后，他們與辦公家具經(jīng)銷商合作，進行一系列的展示、推廣、銷售活動。
探究實踐
迭代升級：
可變形躺椅
多功能按摩椅
世界上最舒服的椅子
探究實踐
工程實踐中，工程師需要明確問題，通過相互交流和討論，采用頭腦風暴，暢所欲言地提出自己創(chuàng)造性的想法，形成共識；當面對多種解決方案時，工程師需要評估各種方案的局限性，分析制約因素，做出權(quán)衡與取舍，從中選擇最優(yōu)的問題解決方案。
工程
實踐
探究實踐
工程實踐的一般過程：
明確問題
設計方案
實施計劃
檢驗作品
改進完善
發(fā)布成果
探究實踐
調(diào)查同學坐椅子的感受，找出存在的問題，并提出適合在教室使用的改進設想，畫出設計草圖。
實踐活動
寫出你的改進設想，并畫出設計草圖。課后同學間交流。
探究實踐
工程可以很簡單。例如，拉鏈由兩排互鎖的齒和一個滑塊組成，這一簡單結(jié)構(gòu)巧妙地實現(xiàn)了連接或分離兩排齒的功能。
探究實踐
工程也可以很復雜。如盾構(gòu)機就是由許多部件組成的，涉及多項技術(shù)；筆記本電腦由許多部件組成，涉及電子學、微處理器和計算機軟件等多方面知識這一復雜設備能夠執(zhí)行多項功能。
筆記本電腦及內(nèi)部設計
探究實踐
一個好的工程設計能夠預估現(xiàn)實需求和未來可能出現(xiàn)的問題，減少資源浪費、降低施工成本、保證工程安全穩(wěn)定和延長工程使用壽命。因此，在進行任何工程建設之前，必須首先進行仔細的論證和細致的規(guī)劃，以確保工程質(zhì)量和效益的最大化。
探究實踐
都江堰
戰(zhàn)國后期，李冰在岷江上主持修建了都江堰。都江堰是中國古代水利工程的杰出典范，被譽為水利工程奇跡。
科學閱讀
都江堰全景
探究實踐
都江堰工程示意圖
都江堰由渠首和灌溉網(wǎng)兩大系統(tǒng)構(gòu)成。渠首建于岷江之中，分為魚嘴、飛沙堰、寶瓶口三個主體工程。
探究實踐
魚嘴將岷江分為內(nèi)江和外江，內(nèi)江用于灌溉，外江用于分洪。內(nèi)江窄而深，外江寬而淺。枯水期，江水六成流入內(nèi)江，四成從外江流走；豐水期，江水四成流入內(nèi)江，六成從外江流走。
寶瓶口是在內(nèi)江下游人工開鑿出的出水山口，引水入渠，灌溉農(nóng)田。
探究實踐
都江堰是我國古代勞動人民的智慧結(jié)晶。2200 多年來，都江堰一直在防洪、灌溉、水運等多方面發(fā)揮作用，這在世界水利建設史上是獨一無二的。
都江堰
都江堰工程示意圖
遷移應用
1.在工程設計中,確定設計方案后緊接著的步驟是( )
A.需求分析 C. 采購與資源準備
B. 詳細設計 D. 項目交付
B
2.如圖所示是一款具有殺菌功能的床鋪除塵機器人。下列關于該機器人的設計分析和評價中不正確的是( )
A.操作簡單，使用方便，主要考慮了人的因素
B.有殺菌除塵功能，符合設計的實用原則
C.能識別床鋪的邊沿，不會掉落，考慮到了環(huán)境的因素
D.因在床鋪上使用，設計時機器人的機身高度不受限制
B
遷移應用
3.小明準備制作一個如圖所示的木梯，從結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性角度分析，下列立柱與橫檔的連接結(jié)構(gòu)中，合理的是（ ）
A
4.作為工程師的你，用一張A4紙設計一個載重量大的船，需要解決哪些技術(shù)難題？ 。
紙船的形狀、檢測載重量的方法，等
板書設計
第2節(jié) 像工程師那樣實踐（第1課時）
工程實踐的一般過程:
謝謝
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