2.1 设计的创造性思维和工程思维 教学设计-2024-2025学年高中通用技术粤科版（2019）必修 技术与设计1

第二章 单元教学设计 章名称 必修1 第二章 技术设计的基础 总课时 1+1+2+3+1=8 课时 单元学习主题 课桌的设计 综合学习活动 为你的家人设计一款家具 1.单元教学设计说明 本单元是必修1模块第二章的教学内容，主要是与技术设计有关的内容。第一章重点是了解什么是技术，第二章开始进行具体的技术设计实践。本章让学生知道设计应该使用怎样的思想方法，设计时要遵循哪些基本原则，设计的一般过程和方法是什么，还要认识技术语言，特别是熟悉图样的识读和简单绘制。本单元关于技术设计的基础知识，也是学习必修1后续章节及必修2的基础。在综合学习活动中，按照设计的思想和基本原则，体验设计的一般过程和方法，并用图样呈现设计的成果。 必修1的核心内容是技术设计，从认识技术到完成设计，经历设计的一般过程，本章是技术设计的基础，为技术设计提供基本框架。本章主要培养学生的工程思维和图样表达能力。本单元对应的课程标准内容要求主要有以下三点： （3）熟悉技术设计的一般过程，经历发现与明确问题、制订设计方案、制作模型或原型、优化设计方案、编写技术作品说明书等技术设计环节的实践。 （4）根据设计的一般原则，运用一定的设计分析方法，制订符合设计要求的完整设计方案。并通过技术试验等方法，对多个方案进行比较、权衡和优化，形成最佳方案。 （7）说明技术语言的种类及其应用，识读简单的机械加工图、电子线路图、效果图、装配图等常见的技术图样。运用手工绘图工具和简易绘图软件绘制草图、简单的三视图，用恰当的技术语言与他人交流设计思想和成果。 【核心素养】 技术意识：能在技术活动的过程中，恰当处理人技关系，形成规范、安全的技术习惯；能结合具体案例的辨析，形成对技术的理性态度和评价；能调查并分析某一具体技术选择、使用、决策过程中的伦理问题；能通过案例辨析，形成抵制侵犯知识产权的意识。 工程思维：能通过经历技术设计的一般过程，初步进行设计方案的多因素分析，了解比较、权衡、优化等系统分析的方法；通过常见典型的技术系统案例分析，感知系统和工程现象，理解系统的基本特性，考察并解释输入、过程、输出及各种因素是如何影响系统的，形成初步的工程意识与思维。 创新设计：体验技术设计的一般过程与方法；具有参与技术创新设计的愉悦情感。面对熟悉的技术情境，能运用技术语言分析用户特定需求，明确需要解决的技术问题；具有良好的人机观念和亲近技术的情感。 图样表达：能结合日常生活情境，体会技术语言的重要性，分析归纳技术语言的种类及其应用；能通过具体实物展示，识读常见的技术图样，如草图、三视图、简单的机械加工图；能用简单的草图表达与交流设计构想。能在较为简单的技术设计实践中，绘制规范的设计图纸，形成良好的设计习惯；能将简单的设计方案用二维、三维设计软件表现出来。 物化能力：在材料及其加工过程中，具有基本的安全、环保和质量意识。在实施设计方案的过程中，能从环境、经济、社会、质量、美学等方面考虑材料的使用，掌握基本的工具使用方法。 【学业质量水平】 1-1具有技术使用的安全意识、规范意识、伦理意识、环保意识和责任意识，形成技术的文化理解与适应意识等。 1-2 能简要说明技术与工程的关系，运用系统分析的方法，进行技术设计分析，初步形成关于技术的人技关系、技道合一、权衡决策、方案优化、技术试验、创新设计等技术思想与方法；结合具体案例，阐述技术所反映的社会价值观及多元文化，理解技术的文化特性和美学特征。 1-3 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，初步具有解决技术问题的基本能力和基本经验，并形成有效迁移。 1-4 能举例说明技术语言的种类及其应用；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，会用手工和计算机软件等方式绘制简单的草图表达设计构想。 2.单元学习目标与重点、难点 学生通过本单元的学习，知道技术设计有关的原则，设计的一般过程和方法，能合理的使用图样这种技术语言。 单元学习目标： · 了解技术设计的一些创造性思维和工程思维。 · 能理解和运用设计的原则进行设计分析。 · 体悟技术设计的一般过程。 · 能运用常用的设计构思方法进行设计构思。 · 体悟设计的系统分析方法。 · 能识读简单的机械加工图、电路图、效果图、装配图。 · 能手绘或用软件绘制草图和简单的三视图。 教学重点： · 体悟技术设计的一般过程。 · 能识读简单的机械加工图、电路图、效果图、装配图。 · 能手绘或用软件绘制草图和简单的三视图。 教学难点： · 能运用常用的设计构思方法进行设计构思。 3.单元整体教学思路 分课时教学设计 《第一节 设计的创造性思维和工程思维》教学设计 课题 第一节 设计的创造性思维和工程思维 1.教学内容分析 本节课的主要内容是了解在设计过程中可以运用的创造性思维和工程思维方法，知道在设计过程中创新思维的应用。本节通过分析设计案例，发现设计过程中创造性思维的重要性，作为学科核心素养的工程思维，需要考虑多方面的因素，将复杂问题分解成若干小问题，然后逐一解决这些问题，同时关注设计中各因素的相互联系和相互影响。 2.学习者分析 本节课是必修1第二章第1节的内容，主要学习在技术设计过程中应用的各种思维方法。学生在设计过程中很容易忽略思维方法的使用，尝试应用这些思维方法更有利于学生开展技术设计，能够完成更多的方案构思，进而筛选最佳设计方案。工程思维和创新设计本身就是学科核心素养，所以本节通过大量设计思维案例的分析，培养学生学科关键能力。 3.学习目标确定 · 知道发散思维、逆向思维、联想思维等创新性思维的基本原理，并能在技术设计中应用这些思维方法。 · 知道工程思维的特点，能利用工程思维的方法进行系统分析，认识到工程设计的多样性和复杂性。 · 能在解决实际问题过程中，运用创新性思维和工程思维的方法进行技术设计。 4.学习重点和难点 重点：知道发散思维、逆向思维、联想思维等创新性思维的基本原理，并能在技术设计中应用这些思维方法。 知道工程思维的特点，能利用工程思维的方法进行系统分析，认识到工程设计的多样性和复杂性。 难点：能在解决实际问题过程中，运用创新性思维和工程思维的方法进行技术设计。 5.学习评价设计 · 以小组为单位进行学习评价。 · 对课堂教学过程中的提问和问题探讨，进行过程性评价。 · 对小组完成的实践活动，进行任务完成情况评价。 6.学习活动设计 教师活动 学生活动 环节一：引入 教师活动1 情境导入：观看视频资料《港珠澳大桥设计方案》，分析港珠澳大桥建设采用“桥—岛—隧”结构设计方案的原因，设计方案采用了哪些设计思维方式。 讲解：港珠澳大桥在构思设计方案中，遇到很多技术问题，利用创新思维和工程思维方法，解决了桥塔不能过高，桥墩阻水率的要求，隧道和桥梁结合的问题。所以在设计过程中，设计的思维方法非常重要，可以更好地进行创新设计。 学生活动1 学生观看视频，结合案例分组讨论，交流分析成果。 活动意图说明 港珠澳大桥作为中国当代工程建设成就的典型代表，在其设计过程中运用了多种创造性思维进行设计构思，也应用了工程思维的方法进行整个工程系统的设计，非常适合作为学生设计思维分析的案例。 环节二：创造性思维 教师活动2 讲解：创造性思维方法很多，包括发散思维、逆向思维、联想思维等思维方法。发散思维是以思维的问题为中心向外扩展各种想法，包括多角度的思考和多样性的构思，是思维的不断 发散。 实践：发散思维分组讨论，以自行车创新设计实践为例，把全部创新设想和思维感悟填写在表格中，并汇总各个角度的创新想法，得到最终构思方案。 讲解：发散思维的主要特点有流畅性、变通性、独特性等，充分利用发散思维可以实现创新设计。如在设计中使用全新的结构，添加新的功能，探索更多种类材料的使用，这些都是发散思维。 实践：选一个项目进行发散思维训练，如课桌的发散思维分析，校园周边交通问题的分析，生活中应用人工智能的分析。 讲解：人类的思维具有方向性，解决问题时，人们习惯按照熟悉的常规思维路径去思考，即采用正向思维。然而，有些问题从正向思考却不易找到正确答案；若运用逆向思维，则会取得意想不到的效果。逆向思维是摆脱常规思维羁绊的一种创造性思维方式。 讲解：法拉第根据电流的磁效应，利用逆向思维，大胆提出磁能产生电的设想，并通过无数次实验，得出结论。港珠澳大桥在伶仃洋航道段按传统方法在海面上建设桥梁是行不通的，所以把主航道的桥建成海底隧道。港珠澳大桥设计团队从逆向思维中形成了这一创造性的构思。 实践： 设计问题 普通思维的设计 逆向思维的设计 圆珠笔的圆珠使用时间过长会因为磨损脱落 提高圆珠的耐磨性 动物园隔离动物与游客 动物关起来供人观赏 司马光砸缸 让人离开水 港珠澳大桥主航道的桥下净空需要 不断提高桥塔高度 思考：常见的逆向思维有反转逆向思维法、转换逆向思维法、缺点逆向思维法等。如高温可以杀菌，低温可以吗，金刚石可以转化为石墨，石墨可以制造金刚石吗。 讲解：尼龙搭扣的发明来源于一次偶然到发现，进而发明带有小钩子结构与绒面的连接方式。从自然界的现象可以进行联想设计，如不怕冷的北极熊、可以爬墙的壁虎、保持清洁的荷叶。联想思维有很多种类，包括接近联想、相似联想、对比联想、因果联想、类比联想等。 讲解：创新思维方法还有很多，如侧重思维、多元思维、试错思维等。定势思维是按照以往经验、习以为常的思路和方法去思考和处理问题的思维方式。 思考：分析紧固螺栓断裂的问题，锯短螺丝和扩大孔径，分别用了什么思维方法，还有没有更好的思维方式解决问题。 实践：分析下面的问题，利用各种创新思维方法解决问题。 序号 问题 解决办法 1 1个人抓住2根距离超过臂展的绳子 2 4个纸条构成正方形 3 4根筷子拼一个“田”字 学生活动2 学生分组讨论自行车的创新设计，填写表格，交流研究成果。 学生分组讨论，交流研究成果。 学生分组讨论，体验逆向思维的分析方式。 学生思考并回答。 学生分析实践案例。 学生分组讨论并解决问题，说明使用了哪些创造性思维。 活动意图说明 创造性思维包含的方法非常多，所以学生在应用的时候，要根据实际问题的需求，选择一种或多种思维方法，完成多种设计方案的构思，这样可以实现创新设计，也为制订设计方案提供更多可筛选的设计方案。 环节三：工程思维 教师活动3 讲解：观看视频资料《三峡工程》，工程需要系统分析相关要素的关系和影响，一些互相影响、互相冲突的问题，需要比较权衡寻找出合适的平衡点，进行科学决策。工程思维是以系统分析和比较权衡为核心的一种筹划性思维。 实践：分析太阳能自动浇花系统应用的工程思维方法，包括依据科学原理的思维方法，跨学科的综合思维方法，保证工程可靠性和耐用性的思维方法，认识工程中可能出现的问题并能改进的思维方法，知道设计解决问题的方法不唯一性、多样性的思维方法。 学生活动3 学生思考工程思维的内容和特点。 学生分组讨论，完成系统设计，分析工程思维应用的方法。 活动意图说明 学生在应用工程思维时解决问题时，要抓住工程思维的特点，以系统分析和比较权衡为核心，体现系统性、综合性、结构化等特点，将复杂问题分解，然后按照一定的方法和过程解决这些问题。 环节四：思维训练实践 教师活动4 实践：用一张A4纸，制成一个无盖的盒子，如何折叠可使其容积最大。 学生活动4 学生利用各种思维方法分析问题，使用A4纸进行构思分析。 环节五：总结 教师活动5 讲解：总结本节课的知识点和知识框架。 学生活动5 完成课本上的实践活动任务。 技术设计的基础 第一节 设计的创造性思维和工程思维 1课时 单元概述，单元项目规划，了解技术设计中常用的创造性思维和工程思维方法 第二节 技术设计的原则 1课时 通过案例分析技术设计过程中遵循的基本原则，并分析各原则之间的相互关系 第三节 技术设计的一般过程和方法 2课时 分析技术设计的一般过程，并体验在技术设计过程中应用的各种设计方法 综合学习活动 1课时 尝试设计一款家具，运用设计的各种思维方法，遵循设计的基本原则，按照设计的一般过程，用图样呈现设计 第四节 设计和交流的技术语言 3课时 了解技术语言的种类和作用，重点体验图样的识读，并绘制简单的图样。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$