第二部分 单元教学设计2 技术设计过程-高中信息技术和通用技术单元教学设计

  第二部分  通用技术   单元教学设计 2  技术设计过程　 121 << 单元教学设计 2 技术设计过程 石振武  石家庄市第一中学 一、单元主题：技术设计 技术是人类合理开发利用自然的手段和方法。技术要为人服务，其需要经过工程 和设计的转化，被设计成满足人们生产、生活需求的产品、服务、系统。设计作为人 类利用技术的创造性活动，有它自身的原则、方法和过程。本单元主要通过已有产品 的改良设计实例带学生体验设计全过程，并学习完成设计所要具备的知识与技能。 创新是指人们为了发展的需要，运用已知信息，不断突破常规，发现或产生某种 新颖、独特、有价值的新事物。在设计产品时，怎样才能获得有创意的设计方案呢？ 首先确定实现产品基本功能的技术原理、产品的详细功能及性能要求，并在此基础上 进行创意设计。在创意设计阶段，需要明确产品的整体技术原理，选择或设计零部件 及其布局，按照一定的设计原则和设计规范，用文字、图表等形式将产品呈现出来。 二、单元内容 （一）单元概念 本单元需要学生掌握的主要概念有创新思维、创意构思、问卷法、联想法、头 >> 122 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 脑风暴法等。 （二）单元内容分析 本单元内容教学包括认识并熟悉设计、发现与明确问题、实践设计创意、设计 方案的制订与表达四个阶段，旨在让学生了解并实践整个设计过程。 第一阶段为认识并熟悉设计。教师通过学生身边的生活情境引导学生了解设计， 理解设计与技术的关系，掌握设计的原则，并经过权衡和统筹找到各项设计原则的 最佳结合点，熟悉设计的一般过程及各个环节的关系。 第二阶段为发现与明确问题。结合学生在学习和生活中遇到的问题，引导学生 认识到设计是利用技术解决问题的手段，可在不断解决问题的过程中为技术创新提 供动力，在分析设计、研究设计、定位设计、制订设计计划的过程中为技术创新打 好基础。 第三阶段为实践设计创意。在设计初期阶段，拓宽创新思维，利用不同的创意 表现方法把创意表达出来。 第四阶段为设计方案的制定与表达。根据技术产品的初步设计，深化设计方案， 引导学生用技术图样表达自己的设计方案。 三、单元目标 （一）学业要求 掌握方案构思及其方法、图样识读与绘制等基本知识与基本技能，具有运用技 术设计方法解决技术问题的基本能力和基本经验，并能够有效迁移。初步掌握形态 转换、权衡决策、方案优化、设计创新等技术思想与方法。 （二）单元素养目标 学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的   第二部分  通用技术   单元教学设计 2  技术设计过程　 123 << 正确价值观念、必备品格和关键能力。 本单元涉及的主要学科核心素养有技术意识、工程思维、创新设计、图样表达。 项目教学是学生感受、理解、体会、实践技术的思想和方法的学习过程，是学生观 察与体验、分析与建构、完成创意、实现创新的过程，是学科核心素养形成和发展 的重要途径。 技术意识：掌握设计与技术的基本关系以及技术的规范与标准，能就某一技术 领域对设计做出理性分析，掌握创意的构思与表达，通过设计方案领悟创新的真谛。 工程思维：学生具有权衡某项技术的设计原则能力，认识到设计具有系统性、 多样性和复杂性，能运用系统分析的方法，针对某一具体技术领域的问题进行要素 分析、整体规划，并运用模拟和简易建模等方法进行设计。 创新设计：学生能在发现与明确问题的基础上收集相关信息，并运用人机关 系、技术原则等相关理论进行综合分析，提出符合设计原则且具有一定创造性的构 思方案，在设计的过程中能综合各种社会文化因素评价设计方案并加以优化。可见， 创新设计是在经历设计学习整个过程的基础上逐渐完成的，与设计学习的关系非常 密切。 图样表达：学生在制订设计方案时，通过绘制技术图样表达设计构想，用技术 语言实现有形与无形、抽象与具体的思维转换。最终运用图形样式对创新的技术设 计方案进行可视化的描述。 四、单元教学策略 （一）基于项目的教学策略 项目教学是指在一定时间内，满足并完成一系列特定学习目标的多项相关知识 与技能的学习掌握过程。 项目教学，对学生来说是即将参与一个特定的学习任务。他们需要扮演现实世 界中的角色，通过学习分析，研究问题，得出结论，创新设计。他们需要通过研究、 分析、协作解决日常学习、生活中的技术问题。他们会在教师的引导下和同学一起 学习。学生可以接触各个学科领域，通过知识迁移明白不同学科是如何相互联系和 >> 124 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 相互支持的。学生最终会经历一个完整的技术学习实践，掌握知识与技能，进而提 高学科技术素养。 项目教学的特点如下。 （1）项目教学是真实可操作的，锻炼学生的领导力、团队合作能力、创造力、 动手实践能力、计划以及执行项目的能力。项目实践让学生有能力解决现实生活中 的问题。项目实践也提高了学生应对来自世界、面向未来挑战的能力。 （2）每个项目都是独立的，都由项目确立、实施、结束和结果评估等阶段构成。 项目教学通常在一个学习小组中进行，学生在这个小组中有各自的角色，而 这个角色也会不断轮换。在项目教学中，学生的学习是通过独自的思考和推理实 现的。 项目教学以“做中学”为中心，基于项目问题为技术设计过程各个环节做准备， 直到得出创新性方案的过程。项目教学是一个学生收集信息、明确问题并完成问题 求解的过程。在此过程中，学生将理念和设想转化为方案，完成对项目的理性分析 和技术探究，项目教学使学生创新能力得到有效提升。 （二）单元项目教学任务建议 本单元的学习项目分为小项目和大项目，设置小项目是为了学习、巩固、实践 基础知识与技能，大项目为单元的学习重点，为做出一个最终的技术实践作品而设， 可引导学生运用所学的知识与技能制定具体的设计方案，为接下来的原型与模型的 制作做准备，延展学习思路。 表 2-8 给出了一些项目，这些项目作为单元项目教学的小项目，旨在引领学生 学习本单元的知识与技能，为本单元的最终项目低速微型实验风洞的设计方案的制 定奠定基础。 表 2-8  单元项目教学小项目 序  号 课  程 项目建议 1 设计及与技术的关系  设计的原则 钻木取火工具 废旧用品的改装成果展示 学生身边实用产品展示，比如可躺卧学生折叠椅 2 设计的一般过程 便携式小凳子 自动垃圾桶 学生用台灯、落地电扇   第二部分  通用技术   单元教学设计 2  技术设计过程　 125 << 续  表 序  号 课  程 项目建议 3 发现与明确问题 确定设计课题 冬天教室里的厚衣服架 夏天教室里的雨伞收纳架 院落雨水收集系统 低速微型实验风洞 4 分析和研究设计定位 制订设计工作计划 手机支架 桌上收纳盒 低速微型实验风洞 5 产品概念设计 如何实现创新设计 手电钻工具的改装展示 人工鸟巢设计 低速微型实验风洞 6 收集创意方法 楼道灯的改进 创意休闲椅 低速微型实验风洞 7 创意的表达 立体贺卡 书立 低速微型实验风洞 8 产品初步和深化设计 低速微型实验风洞 9 设计的工程表达 校园或者校史馆中有特色且相对简单的实物造型 实验室分子模型 低速微型实验风洞 五、课时安排及重点 教育部制定的《普通高中通用技术课程标准（2017 年版 2020 年修订）》要求， 高中通用技术必修课程共设置 2 个必修模块，计 3 学分。每学分 18 课时，共 54 课时。 根据必修模块教材《技术与设计 1》的课程结构与内容，本单元涉及的技术设计过程 的教学内容，不同版本的教材内容不尽相同。本单元的教学重点与教学课时安排参 考了地质出版社出版的《通用技术（必修）：技术与设计 1》（简称地质版《技术与 设计 1》）的教学重点与教学课时安排，其他教材可根据不同的教学内容设置相应的 教学重点及教学课时。 本单元课时安排如表 2-9 所示。 >> 126 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 表 2-9  单元课时安排 阶  段 内  容 课  时 第一阶段 ：开启设计之旅 设计及与技术的关系，设计的原则 1 设计的一般过程 1 第二阶段 ：发现与明确问题 发现与明确问题 确定设计课题 1 分析和研究设计定位 制订设计工作计划 1 第三阶段 ：实践设计创意 产品概念设计 如何实现创新设计 1 收集创意方法 1 创意的表达 1 第四阶段 ：设计方案的制定与表达 产品初步和深化设计 1 设计的工程表达 2 教学重难点是依据本单元的教学目标，在对教材进行科学分析的基础上确定的 最基本、最核心的教学内容，是本单元所阐述的重要的概念、原则、过程、方法、 规范、策略等，是本单元学科思想或学科特色的集中体现。突破教学重难点是本单 元教学必须达到的目标，也是教学设计的重要内容。 本单元基于设计的一般过程的前 3 个环节展开教学，围绕创新设计这一学习主 题设置学习项目。 （一）教学重点 （1）理解设计的原则。 （2）掌握技术设计的一般过程及各环节之间的关系。 （3）掌握收集创意的方法以及制定设计创新方案的过程。 （4）能够制定技术设计方案及进行创意表达与交流。 （二）教学难点 （1）在技术创新设计的过程中实现创新设计。 （2）针对特定设计，在生活和学习中应用权衡设计原则找到最佳结合点。   第二部分  通用技术   单元教学设计 2  技术设计过程　 127 << 六、单元评价设计 （一）学业质量 通过本单元的学习，学生能体验技术设计的一般过程，理解技术设计的一般原 则和方法，根据需求和技术规范，借鉴现有的技术设计案例，尝试制订解决同一技 术问题的 2 ～ 3 个方案，并进行比较、权衡，初步具有解决设计技术问题的基本能 力和基本经验，并能有效迁移。 能举例说明技术语言的种类及应用，能识读常见的技术图样，如简单的机械加 工图、电子线路图，能绘制简单的三视图，会通过手工和计算机软件等方式绘制简 单的草图表达设计构想。 （二）评价内容 学习评价一般指教学评价，是依据教学目标对教学过程及结果进行价值判断并 为教学决策服务的活动，是对教学活动现实的或潜在的价值做出判断的过程。 设计学习中的评价主要包括过程性评价和终结性评价。过程性评价关注学生在 学习过程中的表现，如学习的主动性、参与程度、参与水平等，教师可以通过设计 “学生任务书”“项目进度表”等方式完成过程性资料的记录和评价；终结性评价关 注学生设计作品的完成情况，包括对学生设计方案的评价、对学生作品的评价等， 评价要与最初的设计需求和任务相呼应。 评价要关注以下三个方面。 一是评价前要明确评价标准，不能仅仅为“打分”而评价。评价应有多个维度， 要引导学生反思整个设计过程，关注项目学习实践的各个环节，将评价与反思相结 合，将评价与优化改进相结合，对评价结果进行分析，通过清晰的、具体的、启发 性的意见促进学生的进一步发展。 二是评价要及时，对于每个教学环节要及时发现问题，及时给予评价，如在制 定设计方案环节中对照设计的一般原则，帮助学生及时修正和改进方案。 三是评价要能发挥学生的主动性，引导学生以自评、互评等方式参与到评价中， 给学生创造反思的机会。 >> 128 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 在本单元中过程性评价内容如表 2-10 所示。 表 2-10  过程性评价内容 序  号 单元内容 学科 核心素养 评价指标 水平层次 1 设计及其与技术的关 系设计的原则 技术意识 认识设计，理解 设计与技术的关系 掌握并合理运用 设计的原则进行分 析与设计 理解什么是设计、设计与技术 的关系、设计原则，能分析具体 产品体现的设计原则，具有一定 的规范意识、质量意识、环保意 识及创新意识 2 设计的一般过程 技术意识 工程思维 熟悉设计的一般 过程，理解设计的 一般过程中各环节 之间的关系 能进行简单的技术设计 3 发现与明确问题 确定设计课题 技术意识 创新设计 在发现、解决问 题的基础上确定设 计课题，明确设计 要求 面对熟悉的技术情境，能运用 技术语言分析用户的特定需求， 明确需要解决的技术问题 4 分析和研究设计定位 制订设计工作计划 创新设计 分析与研究设计 限定条件，进行设 计定位，能够制订 科学合理的设计工 作计划 通过多种渠道搜集与所设计产 品有关的各种信息并进行处理， 能制订符合一般设计原则和规范 的多个方案 5 产品概念设计 如何实现创新设计 创新设计 根据设计要求对 产品进行概念设计， 认清技术产品的功 能设计，能够科学 合理地依据技术原 理进行结构设计， 理解创新思维的特 征，了解创新设计 的类型 能运用数学与工程方法进行比 较和权衡，在多个方案中选定满 足设计要求的最佳方案 6 收集创意方法 技术意识 创新设计 掌握和合理选择 收集创意的方法 能自行进行技术探究，熟练运 用技术设计与创新的一般方法。 运用各种社会文化因素，提高创 新和设计能力 7 创意的表达 技术意识 创新设计 能用多种形式表 达设计创意 能在适当的时机参与社会有关 技术发展与应用的讨论与决策， 能够运用趋势分析等评估技巧对 某一技术的未来发展做出判断   第二部分  通用技术   单元教学设计 2  技术设计过程　 129 << 续  表 序  号 单元内容 学科 核心素养 评价指标 水平层次 8 产品初步和深化设计 技术意识 创新设计 通过设计实践， 学习设计产品的人 机界面、功能结构， 通过产品造型设计 过程掌握造型设计 方法，能够对产品 进行 CMF 色彩、材 料、表面处理设计 面对较为复杂的技术情境，能 运用人机理论，发现用户的多方 面需求，多角度分析需要解决的 技术问题，通过多种渠道搜集与 所设计产品有关的各种信息并进 行处理，能制订符合一般设计原 则和规范的多个方案，提高技术 创新设计能力 9 设计的工程表达 技术意识 图样表达 熟悉工程制图规 范，能够识读设计 图及简单电路图， 能够使用常见的绘 图工具绘制设计图， 学习使用计算机辅 助设计软件绘制设 计图和虚拟模型 能举例说明技术语言的种类及 应用，能识读常见的技术图样， 如简单的机械加工图、电子线路 图，能绘制简单的三视图，熟练 运用常见技术图样进行方案的设 计，能将简单的设计方案用二维、 三维设计软件表现出来 本单元小项目评价内容示例如表 2-11 所示。 表 2-11  小项目评价内容示例 产品创新（功能）性设计原则分析任务书 品  名 创新方面（原理、结构、技术、材料、 工艺、色彩、肌理等） 你的思考（思维迸发） 同学建议 品名 1 品名 2 品名 3 …… 本单元大项目评价内容示例一如表 2-12 所示。 表 2-12  大项目评价内容示例一 “制订设计方案”单元项目教学评价表 学习阶段 教学主题 评价内容 评价等级 评价方式 作业设计 第一阶段 产品初步 设计 能否从人机关系和设计的一 般原则等角度进行设计分 析，制订设计方案 ；是否积 极参与课堂活动 ；是否能用 草图展示设计方案 ★★★★★ 教师观察、记 录、评价，学 生自评、组评， 最终以表格及 图呈现 设计草图 >> 130 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 续  表 “制订设计方案”单元项目教学评价表 学习阶段 教学主题 评价内容 评价等级 评价方式 作业设计 第二阶段 产品深化 设计 小组造型设计情况，如形态 结构、颜色等 ；是否积极参 与课堂活动和小组活动 ；是 否积极参与展示交流 ★★★★★ 教师观察、记 录、评价，学 生自评、组评， 最终以表格及 图呈现 比较完善的设 计方案（图、 创意说明等） 第三阶段 产品的工 程表达 是否掌握制图标准 ； 是否能绘制简单的机械加工 图，并用其表达设计方案 ★★★★★ 教师观察、记 录、评价，学 生自评、组评， 最终以表格及 图呈现 机械加工图 本单元大项目评价内容示例二如表 2-13 所示。 表 2-13  大项目评价内容示例二 技术设计作品终结性评价表 作品名称 制作单位 第    小组 班    级 小组成员 制作过程 （图纸说明） 作品评价 （1）自评作品时长 ：在全班小组第   名完成，得分 ： （2）互评作品精度 ：在全班制作精细程度 ： □精  □优  □良  □可  □一般        得分 ： （3）老师评价 ：                           得分 ： 作品总分 得分   第二部分  通用技术   单元教学设计 2  技术设计过程　 131 << 七、课时教学设计 （一）项目教学设计流程 项目教学设计流程是教师根据教学内容，设置课堂项目教学的环节，一般包括 预习、回顾、了解学习目标、融入学习情境、积极参与、思考、讨论、自评、互评、 学习总结、完成学习作业、阶段测试、学业测试等。教师可根据不同的教学课程设 置相应的项目设计流程。 （二）项目教学设计任务 本单元依据设计学习的教学要点及新课标倡导的单元教学理念与内容，设计并 实施了“制定设计方案—‘低速微型实验风洞’的设计”单元项目教学案例。 1. 项目教学背景分析 制订设计方案是整个技术产品设计过程中的关键环节。本案例主要基于地质版 《技术与设计 1》第五单元“制订设计方案”，同时参考苏教版等版本教材的相关内 容。本单元以思维层面的学习为主，难度较大，主要让学生了解设计可以从多个角 度展开，帮助学生学会设计方案的制订，同时为学生提供探究与创新的机会。 2. 项目教学内容分析 本单元教学包括发现与确定课题、产品概念设计、产品初步设计、产品深化设 计、设计的工程表达五个阶段，“‘低速微型实验风洞’设计方案的制订”这一主题 贯穿整个单元项目教学过程。 第一阶段为发现与确定课题，教师创设学习情境，引导学生提出低速微型实验 风洞设计问题，同时通过 1 ～ 2 个小项目辅助学生学习发现问题的几种方法。收集 信息、明确问题后确定设计课题，分析研究限定条件，确定课题需求和定位，和小 组成员制订设计工作计划。 第二阶段为产品概念设计，教师引导学生对项目案例进行设计分析，讲解设计 的原则以及设计应考虑的因素，并以项目任务为驱动，激发学生的设计和创造欲望， 鼓励学生从多角度进行功能设计、结构设计，应用联想法、头脑风暴法、思维导图 法等方法发散思维进行创新设计，并通过绘制草图及效果图表达创意设计，从而培 >> 132 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 养图样表达能力。 第三阶段为产品初步设计，该阶段为项目教学设计的实质阶段。在该阶段，教 师引导学生进行人机界面设计，分析各零部件的功能，梳理整个产品的使用流程， 确定产品的功能结构，提高学生的整体设计能力。 第四阶段为产品深化设计，教师将教学重点放在低速微型实验风洞的造型设计 上，引导学生在组内进行头脑风暴、聚焦创意设计，把提升学生的创新能力放在首 要位置，着重训练学生的创新设计能力，通过组内方案的比较、权衡和决策提升学 生的工程思维，同时需要考虑项目产品外观件的 CMF 设计。 第五阶段为设计的工程表达，这一阶段对学生的图样表达能力要求较高。第一 部分以教师讲解、学生依据案例演练为主，旨在让学生掌握工程制图要点；第二部 分依然以项目任务为驱动，教师引导学生依据工程制图要点制订低速微型实验风洞 方案，绘制简单的机械加工图。 （三）项目教学问题链 问题链是指彼此关联而有序的主问题串。问题链从形式上看，呈现环环相扣、 层层递进的特征；从内容上看，是围绕核心问题的一系列具有逻辑结构的子问题链。 问题链将问题情境与教学目标紧紧连接在一起，其核心目的是通过有逻辑结构的问 题群，引导学生进行逻辑思考，发展学生的高阶思维，促进学生对知识的深度理解。 教师可以适当引导学生，跨越多学科知识，使问题来源于教学情境，贴近学生 的生活和学习，多与前面学习的知识与技能相关联，引导学生进行高水平的思维活 动，帮助学生获得解决问题的技巧策略，最终实现系统论中所说的“整体大于部分 之和”的功效。 （四）项目教学活动 项目教学活动通常指的是在班里以学习小组为单位开展的课堂项目教学活动。 项目教学活动的构成要素有受教者（学生）、施教者（教师）、教学目的、教学内容、 教学方法、教学环境、教学材料与工具设备。各因素之间存在相互制约的关系，教 学目的是教学活动的出发点，也是教学活动的落脚点，影响着教学内容的选择和编 排。施教者和受教者是教学活动的基础，教学目的和教学内容确定后，施教者和受 教者在一定程度上就决定了教学方法、教学环境、教学效果。综合而言，教学活动   第二部分  通用技术   单元教学设计 2  技术设计过程　 133 << 就是施教者在一定教学环境中通过合适的教学内容和恰当的教学方法对受教者进行 教学，从而达到教学目的的过程 教学活动应根据教学目标、教学内容、学情等诸多要素设定，重在激发学生的 学习兴趣，促进学生对知识与技能的掌握，提高对知识的迁移能力，进而提高学生 的学科核心素养。 八、反思提升 本单元项目教学通过学生的学习和生活实例引导学生认识设计、设计与技术的 关系，理解设计的原则，掌握设计的一般过程并把握各个环节的相互关系。本单元 指导学生发现技术中的问题，制订设计工作计划，提高学生的技术意识，引领学生 通过多种方法收集创意同时把创意表达出来，在技术产品的设计过程中实现创新设 计。选择源于学生生活但高于生活的低速微型实验风洞设计项目，带领学生制定设 计方案，为模型与原型的制作打下基础。教师演练讲解和学生动手实践相结合的方 式，降低了学习难度，帮助学生把自己的设计方案以技术图样的形式表达出来，提 高了学生的成就感。本单元教学内容基础且重要，是后面章节教学的前提。通过本 单元的学习，学生提高了技术意识、工程思维，体验了创新设计，练就了图样表达 等学科核心素养。本单元突出了教学重点，突破了教学难点，达到了单元教学的目 标。