5.2 像工程师那样实践（第1课时）（教学设计）-【上好课】七年级科学上册同步高效课堂（浙教版）

5.2 像工程师那样实践（第1课时）（教学设计） 年级 七年级 授课时间 课题 5.2 像工程师那样实践（第1课时） 教学 目标 科学观念：理解工程设计的一般过程，包括明确问题、确定方案、设计制作、改进完善等环节； 科学思维：参与实际的工程设计项目或案例分析，提高运用科学知识和技术手段解决实际问题的能力； 态度责任：体会工程设计在改善生活、推动社会发展中的重要作用。 教学 重难点 重点：工程设计过程的理解 难点：设计方案的制定与优化 学情 分析 本节内容选自浙教版七上第五章第二节第一课时。在知识层面，学生已经学习了一定的科学基础知识，如物理、化学、生物等学科的基本概念和原理，对自然现象和科学规律有了初步认识，这为理解工程设计中的科学依据奠定了基础。然而，这些知识较为零散，尚未形成系统的跨学科知识网络，在面对工程设计这种需要多学科知识整合的任务时，可能难以迅速、准确地调用相关知识。 从能力角度看，学生具备一定的观察、分析和动手能力，在日常学习和生活中积累了一些简单的问题解决经验。但他们的实践操作多局限于课堂实验或手工制作，缺乏较为复杂、系统的工程实践经历，对于工程设计的完整流程和要求缺乏直观感受与深入理解。在创新思维方面，虽然学生富有想象力，但在将创意转化为可行的设计方案并进行优化的过程中，往往缺乏严谨性和系统性，难以全面考虑各种实际因素的制约。 在学习习惯和态度上，初中学生通常对新鲜事物充满兴趣，喜欢参与具有趣味性和挑战性的活动。但部分学生可能存在畏难情绪，在面对工程设计中可能出现的困难和挫折时，容易失去信心和耐心。同时，他们在团队协作方面的经验相对不足，在小组合作进行工程设计时，可能会出现沟通不畅、分工不合理等问题，影响设计任务的顺利完成。 教学 准备 课件、课本、视频、活动器材等 教学过程 教师活动 学生活动 新 课 导 入 在建造公路、铁路和地铁时，需要开挖隧道。盾构机能够实现全自动开挖隧道，被誉为“世界工程机械之王”，是名副其实的大国重器，反映了一个国家装备制造业的水平。 盾构机的各个部件都是经过工程师们相互配合、共同协作设计和制造出来的。那么，工程师是如何进行工程设计的？我们如何学会像工程师那样实践？ 展示盾构机的图片或观看盾构机的视频，体会盾构机反映了一个国家装备制造业的水平，引出主题。 新 知 讲 授 一、工程设计的过程 我们每天都在使用各种工程产品，如自行车、文具盒、投影仪等，这些都是工程师为了让人们更好地生活、学习而设计并制造出来的。 工程师们将概念模糊的问题转变为高度简练的解决方案，这就是工程设计的过程。下面以一把办公椅的研发流程为例，让我们一起走进工程设计。 工程实践：制作一把办公椅 一、明确问题 办公室员工在工作时发现所坐的椅子不够舒适，影响工作效率与身体健康，就会产生需求：希望可以调节椅子高度和靠背角度，使它坐起来更舒适。这种需求被称为工程问题。 工程师了解到这些需求后，开始研发一款新的办公椅。研发团队经过调研，确定了以下设计要求： ①高度调节范围：450～550mm ②倾斜角度调节范围：0°～30° ③座椅材料：舒适、透气的网布材料 ④能承受的最大荷载：150kg 二、设计方案 1.概念设计 研发团队进行多次设计分析、方案构思后，有了初步的概念设计，并绘制了设计草图，草图显示了椅子的整体结构。 2.具体设计 基于概念设计，研发团队进行了详细设计，如椅子的各部分材料和具体尺寸等。 三、实施计划 根据设计图，工程师们运用各种技术，进行一系列工作，制作了原型。 四、检验作品 研发团队在工作环境下对原型实物进行测试，包括高度调节、倾斜角度调节、承重能力和舒适性等方面。测试结果表明，原型在其他方面表现良好，但承重能力有所不足。 五、改进完善 针对测试发现的问题，为达到设计承重的标准，综合考虑生产成本和实际需求，研发团队最终选择更换使用耐受力更强的材料，并重新进行了测试。 六、发布成果 根据原型测试和改进的结果，研发团队准备进行生产制造。他们与供应商合作，选取合适的材料和制造工艺，并制订了生产计划。完成生产制造后，他们与办公家具经销商合作，进行一系列的展示、推广、销售活动。 1、工程实践的一般过程 工程实践中，工程师需要明确问题，通过相互交流和讨论，采用头脑风暴，畅所欲言地提出自己创造性的想法，形成共识；当面对多种解决方案时，工程师需要评估各种方案的局限性，分析制约因素，做出权衡与取舍，从中选择最优的问题解决方案。 实践活动：调查同学坐椅子的感受，找出存在的问题，并提出适合在教室使用的改进设想，画出设计草图。 2、程可以很简单，也可以很复杂 （1）简单工程 例如，拉链由两排互锁的齿和一个滑块组成，这一简单结构巧妙地实现了连接或分离两排齿的功能。 （2）复杂工程 笔记本电脑由许多部件组成，涉及电子学、微处理器和计算机软件等多方面知识，这一复杂设备能够执行多项功能。 一个好的工程设计能够预估现实需求和未来可能出现的问题，减少资源浪费、降低施工成本、保证工程安全稳定和延长工程使用寿命。因此，在进行任何工程建设之前，必须首先进行仔细的论证和细致的规划，以确保工程质量和效益的最大化。 科学阅读：都江堰 战国后期，李冰在岷江上主持修建了都江堰。都江堰是中国古代水利工程的杰出典范，被誉为水利工程奇迹。 都江堰由渠首和灌溉网两大系统构成。渠首建于岷江之中，分为鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口三个主体工程。鱼嘴将岷江分为内江和外江，内江用于灌溉，外江用于分洪。 内江窄而深，外江宽而浅。枯水期，江水六成流入内江，四成从外江流走；丰水期，江水四成流入内江，六成从外江流走。宝瓶口是在内江下游人工开凿出的出水山口，引水入渠，灌溉农田。 都江堰是我国古代劳动人民的智慧结晶。2200多年来，都江堰一直在防洪、灌溉、水运等多方面发挥作用，这在世界水利建设史上是独一无二的。 根据学生的人数和特点进行合理分组，每组 4-6 人。 向学生介绍本次小组合作的工程设计项目 —— 简易太阳能风扇的设计与制作。发放项目任务书，其中包括项目背景（如在炎热夏天，利用太阳能实现小型风扇的运转，节能环保）、设计要求（如风扇的尺寸、风力大小、续航能力等）和评价标准（如创新性、实用性、制作工艺等）。 各小组根据确定的方案，领取所需的材料和工具，开始制作简易太阳能风扇的模型。 在制作过程中，教师强调安全操作规范，同时密切关注各小组的进展情况，及时给予技术指导和帮助，如电路连接的正确性、风扇组装的技巧等。鼓励学生遇到问题时先小组内自行解决，培养学生的自主学习和问题解决能力。 各小组将制作完成的太阳能风扇模型放置在阳光下进行测试，观察风扇的运转情况，测量风力大小、续航时间等关键指标，并与设计要求进行对比。 记录测试过程中发现的问题，如风力不足、太阳能板转化效率低等，小组再次讨论分析原因，提出改进措施，并对模型进行相应的修改和完善。教师在旁引导学生运用科学的方法进行问题诊断和改进，如通过调整风扇叶片角度来提高风力，更换更高效率的太阳能板来延长续航时间等。 课 堂 练 习 【典例1】 金属探测仪可检查考生是否带违禁物品进入考场，当探测仪探测到金属时会发出报警声。现要对其工作性能进行测试，下列测试中，不需要的是 (　　) A．用探测物敲打金属探测仪测试其抗击能力 B．在不同环境下测试其工作稳定性 C．对不同探测物进行灵敏度测试 D．探测金属时，测试过程中能否发出报警信号 【答案】A 【解析】题干中金属探测仪来检查考生是否带违禁物品入场，所以金属探测仪只是对人的全身进行检测，所以不需要用探测物敲打金属探测仪测试其抗击能力。 【典例2】小嘉设计了一款可放平的教室午休课桌椅。制作过程中发现，以他现有的知识技能水平，无法完成制作。小嘉在明确问题时忽视了 (　　) A．明确问题的价值 B．明确解决问题受到的限制 C．明确问题的内容 D．明确问题的验收标准 【答案】B 【解析】制作过程中小明发现，以他现有的知识技能水平，无法完成制作，明确问题之后应该明确解决问题受到的限制。 【典例3】杭州亚运会信息技术指挥中心(以下简称“ITCC”)在交付前进行了试运行。在试运行过程中，ITCC运行团队开展了日常运行工作，包括监控各系统运行情况、编制ITCC 运行日报等，来检验ITCC 系统的整体性能。从工程实践的一般过程来看，安排试运行阶段属于 (　　) A．制作模型或原型环节 B．制订设计方案环节 C．检验设计方案环节 D．编写产品说明书环节 【答案】C 【解析】本题考查的是设计的一般过程。设计的一般过程：发现与明确问题、制定设计方案（收集信息、设计分析、方案构思、方案呈现、方案筛选）、制作模型或原型、测试评估及优化、产品的维护和保养。从设计的一般过程来看，安排试运行阶段属于优化设计方案环节。 【典例4】 在设计和制作手机支架的过程中，经调查研究明确设计要求后，接下来应该做的是 (　　) A．对市场上的手机支架做调查 B．对手机支架的设计方案进行筛选 C．构思手机支架的形状并用草图呈现 D．对手机支架进行稳定性试验 【答案】C 【解析】本题考查的是设计的一般过程。设计的一般过程：发现与明确问题、制定设计方案（收集信息、设计分析、方案构思、方案呈现、方案筛选）、制作模型或原型、测试评估及优化、产品的维护和保养。根据设计的一般过程可知，设计分析后，应该构思手机支架的形状并用草图呈现。 课 堂 小 结 一、工程设计的过程 1、工程实践的一般过程 明确问题→设计方案→实施计划→检验作品→改进完善→发布成果 2、工程可以很简单，也可以很复杂 3、一个好的工程设计能够预估现实需求和未来可能出现的问题，减少资源浪费、降低施工成本、保证工程安全稳定和延长工程使用寿命。 板 书 设 计 作 业 设 计 反 思 评 价 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$