資源簡介 蘇教版必修二課程標準解讀“技術與設計2”模塊是在“技術與設計1”模塊的基礎上,對技術與設計過程中所涉及的一些基本問題的進一步深入,其目的是培養學生對技術與設計的思想和方法的理解以及應用技術解決實際問題的能力,使他們具備利用和評價技術的方法和策略,以及受用終身的技術管理能力。模塊內容構成了技術設計過程中特有的、具有廣泛的應用價值和可以有效遷移的思想方法,它遠超出了人們一般意義上的習得性的知識和技能,使對事物的事實認定,上升為指導實踐的規律并滲透在人們處理各種問題的過程中,即對事物的價值認定。一、簡要說明“技術與設計2”模塊共設“結構與設計”、“流程與設計”、“系統與設計”、“控制與設計”等四個主題。盡管從技術角度來看,這4個主題分屬不同的專業,但是這些環節是一個技術設計過程必不可少的基本內容,它們自成體系,相對獨立,但又相互呼應,具有內在的聯系。結構是系統的組成形式,流程是系統按時間順序的描述。被控制的事物和控制裝置本身是一個系統,控制就是對系統狀態所施加的干預。因此,將它們集中放在這一個模塊中進行講述,既能體現出技術與設計的整體性,有能體現出各部分的聯系與側重點,其目的是讓學生從宏觀和微觀兩個層次把握技術與設計的基本內容與思想方法。“結構與設計”強調從力學的角度理解結構、結構的強度和穩定性等問題,關注簡單的結構設計;“流程與設計”強調對流程和流程優化的理解,以及簡單流程和流程改進的設計;“系統與設計”則側重對系統的理解,以及運用系統的思想解決一些生活中問題的設計;“控制與設計”應注重理解控制的涵義和控制的應用,以及生活生產中的簡單控制系統的設計。本課程內容的四個主題之間既有一定的獨立性,又具有一定的關聯性。其中所運用的一些思想與方法:例如,“系統與設計”中整體與部分、獨立與關聯、優化思想與方法;“控制與設計”中的反饋調節方法;“流程與設計”中流程改進的思想等等具有廣泛的應用價值和可遷移性,均可運用在其他主題的一些技術問題的解決中。這些思想與方法使技術與設計由經驗上升到了理性,由單純的展現設計技巧提升到了形成設計的思想和方法。本模塊與“技術與設計1”共同構成了本課程的選修模塊的基礎。二、內容標準及相關活動的說明(一)結構與設計1、了解結構的涵義,能從力學的角度理解結構的概念和一般分類從不同的角度理解結構的涵義與作用:廣義上講,結構是指物體各個組成部分之間的搭配和排列。結構的作用:結構決定了事物的性質和形態。從力學角度的理解:結構是指可承受一定應力的架構形態。結構的作用:結構可以抵抗能引起形狀和大小改變的力。結構的一般分類有:實心結構、框架結構、殼體結構。本標準不要求學生對這三種結構類型的特征進行定性地描述,但應能對生活中常見的簡單結構實例進行歸類,并指出這三種結構的不同應用場合。教學中,教師可用簡單的材料制作的不同結構的物體給學生作演示,也可在課前布置學生自帶材料進行不同結構類型的簡單制作。在我們周圍,有各種各樣不同形狀、不同用途的物體和結構。實心結構如鉛球或磚石、大壩等;框架結構如大橋、自行車、鐵塔等;殼體結構如汽車、建筑工人用的安全帽、氣罐、油罐等。不同的結構類型,具有不同的特征和受力特點。2、能結合1~2種簡單的結構案例,分析結構是如何承受應力的張力或壓力的解釋與說明:當一個構件承擔負載時,就可能受到張力、壓力或扭力的作用。張力(拉力)是拉伸材料的力,組成材料的粒子被拉開;壓力是壓縮材料的力,組成材料的粒子被推近。例:橋墩、房屋的柱子承受壓力;拉索橋的鋼絲承受拉力;一根兩端被托住的梁,受到彎曲力;梯子、大壩承受壓力、剪切力;當大風或冰雪等外力作用在橋上,橋則受到扭力、拉力、壓力等等。對結構承受應力的分析,應根據學生已有的知識水平,分析生活中常見結構的應力,可進行一些定性的分析,不要求學生作進一步的定量分析,不要求畫物體結構的受力圖。3、能通過技術實驗分析影響結構的強度和穩定性的因素,并寫出實驗報告強度概念的解釋與說明:強度是指構件在載荷作用下,抵抗破壞的能力。一個結構的強度取決于它對張力和壓力兩方面的反應能力。決定強度的因素:強度取決于形狀,形狀略作改變,強度就會改變;強度還取決于材料以及材料的連接方式,了解應力對不同材料的影響可以幫助我們選擇正確的材料建造堅固的結構。穩定性概念的解釋與說明:穩定性就是結構保持原有平衡狀態的能力。穩定性阻礙翻倒或被移動,是很多結構的重要性質之一。影響結構穩定性的因素主要有:結構的形狀、結構重心位置、結構所受的運動和力等等。例如,人們利用三角形或由三角形組成的多面體來增加結構的穩定性,底面越大、重心越低結構就越穩定。應引導學生通過生活觀察和技術實驗,對簡單結構進行強度與穩定性分析,解釋它的強度高或低、穩定或者不穩定的原因。教師可以引導學生進行實驗,也可以讓學生自己根據生活經驗、興趣愛好和已有條件,自行設計和制作實驗,并得出結論。教師應指導學生對技術實驗與觀察的過程進行記錄,并按照比較規范的格式寫出實驗報告,從而培養良好的實驗作風與習慣。4、能確定一個簡單對象進行結構設計,并繪制設計圖紙,做出模型或原型學生可以根據生活中的需要和個人的愛好,選擇一個設計對象或項目,進行一個實際的設計過程。要注意引導學生養成良好的設計習慣,在設計方案的構思時,應從外觀、重量、大小、強度和穩定性等方面綜合考慮,盡量做到既滿足功能要求又做到輕便、美觀等。還要學會畫草圖,所畫草圖應能清晰地顯示出設計對象的骨架形式、尺寸比例等,然后就草圖的方案與小組同學共同商討,吸取大家智慧,培養協作意識。設計方案確定之后,應繪制出比較規范的設計圖紙(圖紙應含通用的技術符號、精度要求、尺寸標注、文字說明等等),對于簡單的設計對象,可以依據圖紙直接制作出原型,若是比較復雜的結構設計對象,如新居室的衣柜、書柜等,不能在短時間內做出原型,可以因地制宜地選擇材料做出其模型。5、能從技術和文化的角度欣賞并評價典型結構設計的案例技術設計要避免走向功利化的極端。設計不僅僅要從滿足人的物質需求出發,同時需要關注人的審美準則、民族特色、生態文化等精神領域的需要。結構設計的人文色彩尤為濃烈,古今中外,從若干經典的建筑物設計中,我們就可以看到不同時期不同文化背景的烙印。學習結構與設計,需要引導學生學會欣賞和評價經典的、有特色的結構設計的杰作。教師可以通過帶領學生參觀本地的特色建筑,從各類教學資源中篩選有價值的結構設計實例介紹給學生,引導學生學習對作品進行欣賞和評價的角度和方法,比如從”形”“意”“神”等方面來評價等。6、關于活動建議建議1 進行關于結構強度和穩定性測量的實驗。所選結構既要簡單又要能說明問題,實驗過程中,應設計一個表格來記錄實驗數據和結果,并且對所測量的數據進行引導行的解釋與說明。若不具備條件,也可定性描述。建議2 分析典型案例的結構特點。可從所列實例的功能實現,結構的類型和文化特點等角度進行分析評價。建議3 對產生了一定影響的建筑物的坍塌、扭曲或斷裂的事件,進行分析討論,簡要說明該結構所存在的主要技術問題。可以引導學生對此類問題展開討論研究,由于可能涉及的原因或問題比較復雜,故討論的深度不限。(二)流程與設計通過對流程的介紹,使學生理解流程的涵義與流程涉及的各個因素,培養學生優化生活和工作流程的能力,使學生體驗革新的成功感和革新可能帶來的經濟、環境等方面的成果。本主題共有5條標準:1、了解流程的涵義及其對生產、生活的意義在介紹流程的涵義時,應抓住兩個基本點:流程的時序和環節。時序是指隨時間變化的發展經歷;環節是指事件在發展的過程中,總可以依據某種特征或方式把它分解為若干個小的過程。結合生活中的多種實例,具體講解與流程對應的各個環節,使學生充分理解流程,并且要強調流程能產生更大的效益和具有可持續發展性。2、通過對典型的工作流程和生產工藝流程案例的分析,理解流程中的時序和環節的意義,學會閱讀簡單的流程圖可以選擇一個有代表性的流程案例,與學生共同分析,使學生學會閱讀工藝機理不太復雜的流程圖。例 合成氨的生產工藝流程首先利用適當的方法,生產大量合成氨的原料——氮氣、氫氣,氮氣和氫氣的混和氣體在合成塔的6000C高溫、200帕斯卡下,通過催化劑的作用產生氨氣,再通過氨分離器不斷地把生成的氨分離出來,同時未轉化的反應氣體又進入合成塔循環加工。這就是合成氨的生產流程。在此流程中,氮氣和氫氣的混和、氨的合成、分離、循環這幾個主要生產環節的順序是不可倒置的。生活中,經常有需要讀懂流程圖的場合,簡單的有公共汽車或地鐵線路的上行、下行流程圖;復雜一些的有,當我們參觀發電廠或化工廠,在工廠的中控室會看到一幅生產工藝流程圖,要了解生產情況,就要讀懂這張圖;當我們走進軍營,可能看到一幅作戰流程圖等等。流程圖的表達有多種形式,有圖示、模型表示、動畫演示等等。3、能分析流程設計中應考慮的基本因素,并畫出流程設計的框圖 生產、生活中流程的設計有兩種情況,一種是流程的若干環節是顯性的,也就是事物發展的規律較容易描述,如郵局郵件的分檢流程設計、快餐配送中心的工作流程等;另一種流程的設計要依據事物的內在屬性和規律,需要進行大量的實驗和漫長的探究才能得出的,如合成氨的工藝流程。學生對某一簡單流程設計的分析,應根據事物的內在性質、規律和相關因素,對流程設計的時序和環節線索進行把握。4、能解釋流程的改進與設備、材料等之間的關系,能概括某種簡單生產流程優化過程中所應考慮的主要問題。生活生產中的技術改進或革新,多數出自對已有生產流程的整體改進或者是對其中某一環節的改進,其目的不外乎為了提高工作效益、降低生產成本、節約能耗、保護環境等。在一個流程的設計或優化過程中,應考慮以下幾個問題:材料:不同的材料有不同的加工方法。工藝:不同的產品有不同的工藝要求,流程也不同。設備:生產設備的水平往往決定了流程的自動化水平。人員和資金:人員的技術水平和必要的資金會影響生產的過程、質量和周期,是流程設計必須考慮的主要因素。環境:生產過程與環境的相互作用,是流程設計中應該關注的重要因素,等等。要使學生通過具體的流程案例的分析,進一步理解流程改進的條件。從外部條件來講,是建立在設備和工藝水平提高的基礎上;從內部條件而言,是建立在對流程內在機理的進一步研究的基礎上。流程的改進過程就是優化的過程。例1 銀行儲蓄所顧客存取款的流程原先是人工填單、記賬,保存的是紙質的帳單,自從引入計算機管理系統,改進了存取款的流程,減少了中間環節,提高了工作效率,降低了差錯率。例2 用于建筑結構承重的人造板的研發設計目前我國生產的人造板本身的強度決定了其主要用途是室內裝修、家具制作等,若要將人造板作為建筑結構承重的材料使用,就必須增加人造板的強度,就需要通過研究、改變現有人造板的材料組成結構,改變加工工藝的流程來實現。5、能對生活、生產中的簡單對象進行流程設計或流程的改進設計,并用文字或圖表說明流程設計方案的特點,或者流程的改進方案的優越之處。學生可以結合生活生產中已經存在的、尚有改進的可能的流程進行討論,在指出問題所在的基礎上,提出改進方案,并論證這一方案的可行性。改進的對象的選擇很關鍵,學生理解和改進工業生產中復雜的流程有一定困難,可以結合研究性學習中提出的相關問題進行討論和研究。例1 家用燃氣爐灶在使用過程中熱能的高效利用問題。(分析略)例2 化學課中的”氫氣在氯氣中燃燒”的實驗改進。一般實驗步驟是將氫氣在空氣中點燃,再直接伸入裝有氯氣的容器中,觀察實驗現象。這一實驗的問題是,將點燃的氫氣伸入氯氣瓶中時,會有一定量的氯氣外漏,而外泄的氯氣對人體有強烈的刺激。如何從安全環保的角度改進這一實驗流程?(分析略)6、關于活動建議建議1,通過對比較成熟的流程設計的事例的分析和評價,為進行下一步的流程設計和改進提供準備。建議2,為學生的流程設計提供了若干參考項目,也可根據當地條件另作選擇。(三)系統與設計系統的概念來源于人類長期的社會實踐,運用系統的思想和定性定量相結合的系統方法分析和處理生產和生活中的問題,是大家都可能遇到的。學習和掌握系統的思想并運用系統的方法解決問題,有助于減少處理問題過程中的盲目性,學會對事件的理性分析和科學決策。本主題共有5條標準。1、從應用的角度理解系統的含義系統的概念,看似抽象,其實是很具體的。系統即由相互依賴的若干組成部分結合而成的具有特定功能的有機整體。系統中的各個部分都可被看為該系統的子系統。學生對系統的理解,可以從系統的實例開始。如一臺電冰箱可以看作是一個系統,學校的一間多媒體教室也可看作是一個系統,人體本身同樣是一個復雜而精密的系統。系統的分類:從不同的角度有不同的分類方法,通常有以下幾類分法:自然系統和人造系統實體系統和抽象(概念)系統靜態系統和動態系統開放系統和封閉系統。可對每一類的分類思想及其應用范圍進行一定程度的闡述。2、通過簡單的系統的案例分析,理解系統的基本特性,初步掌握系統分析的基本方法系統的基本特性可從以下幾點來歸納:整體性、相關性、目的性、動態性、環境適應性等。僅從概念來理解系統的特性,是比較抽象的。在教學中,可以引導學生從一、兩個典型系統的案例入手,把握系統的特性,也可以讓學生自己總結出這些特性。系統的特性構成了系統的基本屬性。系統分析的方法就是運用系統的思想和定性定量相結合的方法分析處理問題,整個過程可歸納為闡明問題、分析研究、評價比較三個階段。本標準只要求學生掌握初淺的系統分析的基本方法。需要注意的是,第一,在系統分析的過程中,每個環節不一定一次就順利地完成任務,需要在反饋信息的基礎上反復進行;第二,在系統分析的過程中,要學會與不同角色的人對話,如與實施者、決策者等的對話;第三,對系統分析中的建模問題,在此不作過多要求;第四,學寫簡單的系統分析報告,對系統的分析過程、依據、結論和行動建議進行說明。3、理解系統優化的意義,能結合實例分析影響系統優化的因素為了使系統達到最優的目標所提出的各種解決方法,稱為最優化方法。通常是指在一定人力、物力和財力資源條件下,使經濟效果(如產值、利潤等)達到最大,并使投入的人力和物力達到最小的方法。建筑材料的改進也是一項優化技術,以往建筑物的墻體多采用實心磚,現在采用了空心磚,在保證強度、隔熱隔音效果的同時,節省了材料。但是,對于比較復雜的系統,人們對其特征了解不夠,所以需要運用一定的數學的手段描述它,進而找到合適的解決方案,該過程成為系統建模。以往課程的學習中,我們就曾接觸到數學模型的問題,比如自由落體運動的公式為:—1/2gt2,這就是一個反映物體運動的路程隨時間變化的數學模型。系統建模的目的是要將系統的原型抽象為數學模型,并運用已有的數學方法分析求解得出數學結論,再運用這一結論來解決實際系統中的問題。最優化方法解決問題一般可分為以下幾個步驟:(1)提出需要進行最優化的問題,收集有關資料和數據;(2)建立求解最優化問題的有關數學模型,確定變量,列出有關約束條件,分析模型;(3)選擇合適的最優化方法;(4)求解方程;(5)最優解的驗證和實施。本條標準對第(2)、(4)步驟不作過高要求。4、通過簡單的系統設計案例的分析,初步學會簡單系統設計的基本方法系統設計建立在對系統進行有效分析的基礎上,在學生的學習生活中,系統設計的運用事例比比皆是,例如學校運動會賽事的合理安排等。可以通過對類似系統設計案例的分析,總結和歸納簡單的系統設計的基本方法。大千世界,物質系統千變萬化,雖有一定的規律可循,卻難說有一成不變的模式可供套用。系統的分析和設計是建立在對該事件的內部規律、外部環境(條件)、實現功能等的充分研究的基礎之上的,它是一個不斷完善、不斷改進、不斷優化的過程。優化是系統設計所追求的永恒目標。在對系統設計的案例進行分析的基礎上,可以讓學生總結系統設計的基本原則:基本功能的實現、子系統間關聯與沖突問題的合理解決、效益的最大化、動態調整的實現、人性化設計、戰略性思考(長期性、穩定性等)5、確定一個生活或生產中的簡單對象,根據設計要求完成系統的方案設計要求學生在對前4條標準有所掌握的基礎上,自行完成一項簡單的系統方案設計的任務。在系統設計應考慮的主要問題:(1)系統設計的目的與要求(2)系統的各部分之間的相互聯系與相互作用(3)系統設計方案的優化設計時的基本要求是,首先對所設計的系統進行比較詳細的定性分析,畫出分析簡圖并寫出定性的分析報告,其次,作出系統設計的技術框圖和技術設計報告,再次,根據設計方案嘗試實現這一系統的設計。教學中應注意,對于學生的系統設計,兩種設計方式都應認可,一種是對一個簡單的系統進行設計,另一種是運用系統的思想和方法對某一對象進行設計。6、關于活動建議建議 分析典型的系統設計案例,由學生作出評價,為自己將要進行的系統設計奠定基礎。例 戰國時期的秦國太守李冰父子主持修建了都江堰工程,這一偉大水利工程巧妙地將分洪、引水和排沙結合起來,使各部分組成一個整體,實現了防洪、灌溉、行舟、漂木等多種功能,至今該工程仍在發揮著重大的經濟效益,是我國古代水利建設的一大杰出成就。(四)控制與設計通過對控制系統中控制的目標、控制的過程和控制的機理等的理解,有助于學生運用簡單的控制方法解決現實生活中遇到的相關問題,發展學生良好的邏輯思維品質。學習本主題的主要目的在于使學生從思想和方法的角度對控制和控制設計有基本的了解,本主題共有6條標準:1、理解控制的含義及其在生產和生活中的應用人們按照自己的意愿改變條件,使事物向著期望的目標發展,就形成了控制。控制在生活和生產中的應用非常廣泛,如公共場所的紅外線自動出水龍頭裝置、紅外自動烘手機、銀行的自動取款機、農田節水灌溉的自動控制、樓宇防盜控制、十字路口紅綠燈自動控制、煉鋼爐的溫度控制、合成氨合成塔的壓力控制、精確制導武器等等。教學中,可以引導學生根據自己的生活經驗,列舉控制應用的例子,并說明自己對它們的理解。2、分析典型的案例,了解手動控制、自動控制,熟悉簡單的開環控制系統和閉環控制系統的基本組成和簡單的工作過程控制是為了達到人們所期望的目標。一個控制過程的實現,往往要經過若干個環節,這些環節就構成了一個系統,所以我們把它看作是一個控制系統。從不同的角度,對控制系統有不同的分類。本標準要求學生通過具體的實例,區分哪些是自動控制哪些是手動控制,哪些是開環控制哪些是閉環控制,說清楚簡單的開環控制和閉環控制系統的基本組成,以及它們是如何實現控制的。例1 給游泳池換干凈水(使用普通的手動進水閥門)游泳池清掃干凈后,為了給游泳池注水,工作人員要打開進水的閥門,直到發現泳池的水注滿了,工作人員就會關閉進水閥。這是一個需要人工干預的簡單控制系統,也就是手動控制系統,工作過程也很簡單。例2 全自動洗衣機全自動洗衣機是將洗衣的洗滌、漂凈、脫水三大步驟,按照多個開關信號的邏輯關系一步步地往下執行。使用者只要事先設定好時間,把臟衣服放進去,洗衣粉備足,水管接好,啟動洗衣機的洗衣按鈕,最后等聽見洗衣結束的鈴聲,取出已經甩干的衣服就完成了。它是一個自動的開環控制系統。教師可以引導學生從他們喜聞樂見、容易接受的簡單控制事例的工作過程的分析出發,使學生明白控制系統的類型、組成以及它們是如何工作的。3、能畫出一個簡單的閉環控制系統的方框圖,理解其中的控制器、執行器等環節的作用,熟悉反饋環節的作用控制系統的方框圖是控制系統工作過程的基本圖示,本標準要求學生能畫出簡單的閉環控制系統的方框圖。學生應能列舉生活中所見所聞的閉環控制系統,簡要敘述其工作過程,要能通過對閉環控制系統與開環控制系統的工作過程的比較,指出各自的優越性是什么。在本主題中,限于學時以及高中學生現有的知識水平,對控制系統中的控制器、執行器、傳感機構和被控對象等環節只限定于一般性的理解,不作進一步的要求,不去探討其內部的工作過程,只需把它們看作黑箱,了解其輸入和輸出之間的關系就可以了。需要強調的是,這里所討論的帶有反饋環節的閉環控制系統的主要特點是以減少誤差的負反饋方式來達到控制目的的,正反饋控制問題在此不作研究,對于簡單的開環控制、單回路負反饋控制系統以外的其他控制方式在此不作討論。4、能結合案例找出影響簡單控制系統運行的主要干擾因素,并作分析在控制系統的設計中,對干擾因素的分析是重要的。確定一個系統的控制方案的前提,往往是建立在對影響系統穩定的干擾因素分析的基礎上。例 樓宇水塔的水位控制的干擾因素分析分析:影響水塔水位的干擾因素主要有:水塔的出水流量、水面蒸發的水量、水塔的進水流量和進水管的壓力等。其中出水流量是根據用戶的用水量變化的,是不可控制的變量;水面蒸發的水量很少,可以忽略;而水塔的進水流量是可以控制的。例 風磨的轉速控制的干擾因素分析分析:影響風磨轉速的干擾因素主要有風速、投料量等。當投料量一定時,風速減小,磨的轉速就變慢。在此,僅要求學生能列出簡單控制系統的干擾因素主要有哪些,不要求對這些干擾因素作具體分析。了解簡單的被控制對象的基本特性,能確定被控量、控制量,畫出控制系統的方框圖,并形成初步的控制設計的方案這里的被控對象基本特性是指在正常的工作狀態,被控對象的輸出信號與輸入參數、與主要的干擾參數之間的關系,只需要有所了解,對被控對象的特性的數學模型的描述在此不作要求。當需要對一個簡單的控制系統進行設計時,學生首先要學會分析這一系統中,需要控制的參數是什么,通過改變什么參數來實現控制,是采用開環控制還是采用閉環控制來形成控制設計方案,然后要能畫出這一系統的方框圖。5、能根據開環控制系統的設計方案,制作一個控制裝置;或者能根據簡單閉環控制系統的設計方案進行實施或模擬實施,學會調試運行,提出改進方案這是對控制的實施方面的要求,由于對控制器、執行機構、反饋環節和對象的特性沒有提出更多的要求,故不要求學生象專業設計師一樣進行完整的閉環控制系統設計并加以實現。所提的要求是從開環控制裝置的實施著手,比如,設計并實施一個開環的定時控制裝置,要求學生完成從方案設計到制作的整個過程,并進行測試和評價。如果裝置不能達到或不能完全達到定時的功能,要能尋找原因,提出方案設計或制作過程中出現偏差的原因所在,并加以改進。有實驗條件的地區或學校,可以進行簡單的閉環控制系統的設計和實施。6、關于活動建議本主題中有3個活動建議。建議1,要求學生參照家用抽水馬桶的水位控制原理,將一個原來是人工的水位控制系統改進為自動控制系統。學生首先要研究抽水馬桶的水位控制是如何實現的,然后再動手設計一個類似的水位自動控制方案,并實現它。建議2,列舉出了若干控制設計的例子,要求學生學會分析已經設計好的控制系統。建議3,這是一個擴展性建議,是工程上常見的問題。不要求每個學生都做,有條件、有興趣的學生可以通過查閱有關資料,了解和研究這一問題。第 10 頁 共 10 頁 展開更多...... 收起↑ 資源預覽 縮略圖、資源來源于二一教育資源庫