第2节 像工程师那样实践（培优教学课件）科学浙教版2024七年级上册

七年级上册•浙教版 第2节 像工程师那样实践 第五章 探索技术与工程的世界 导入新课 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？ 2 科学观念 认识工程设计的一般过程（明确问题、设计方案、实施计划、检验作品、改进完善、发布成果），了解技术与工程的发展（如简单与复杂工程的特点、优秀工程的标准）。 科学思维 学会分析工程问题（如明确需求、确定设计要求），形成设计方案的逻辑思维（如从概念设计到具体设计的推理）。 探究实践 能模仿工程师进行工程实践（如制作三球运动演示模型），掌握设计、制作、检验、改进作品的基本方法。 态度责任 培养合作协作意识（如团队研发）、严谨的工程态度，认识工程对社会发展的价值（如都江堰的作用）。 学习目标 3 重点难点 重点 工程设计的一般流程（明确问题→设计方案→实施计划→检验作品→改进完善→发布成果）及各环节的核心任务。 难点 理解工程设计各环节的逻辑关联，在实践中能根据检验结果针对性改进作品（如分析问题并优化设计）。 4 1. 技术与工程的发展 2. 我们的工程实践 3. 课堂总结 4. 练习与应用 5. 提升训练 学习内容 5 一、 技术与工程的发展 第2节 像工程师那样实践 6 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。 一、技术与工程的发展 工程设计的过程 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。 7 一、技术与工程的发展 制作一把办公椅 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。 8 一、技术与工程的发展 工程设计的过程 确定以下设计要求： 高度调节范围：450~550 mm。 倾斜角度调节范围：0°~30°。 座椅材料：舒适、透气的网布材料。 能承受的最大荷载：150 kg。 9 一、技术与工程的发展 工程设计的过程 概念设计 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。 10 一、技术与工程的发展 工程设计的过程 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。 11 一、技术与工程的发展 工程设计的过程 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。 12 一、技术与工程的发展 制作一把办公椅|实施计划 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。 13 一、技术与工程的发展 制作一把办公椅|检验作品 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。 14 工程设计的过程 制作一把办公椅|改进完善 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。 一、技术与工程的发展 15 工程设计的过程 制作一把办公椅|发布成果 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。 一、技术与工程的发展 16 工程设计的过程 工程实践的一般过程 工程实践 明确问题 设计方案 实施计划 检验作品 改进完善 发布成果 一、技术与工程的发展 17 工程设计的过程 工程可以很简单，也可以很复杂。 工程的复杂程度 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。 一、技术与工程的发展 18 工程设计的过程 工程设计的过程 工程可以很简单，也可以很复杂。 工程的复杂程度 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。 一、技术与工程的发展 19 工程设计的过程 工程设计的过程 工程可以很简单，也可以很复杂。 工程的复杂程度 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。 一、技术与工程的发展 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。 20 工程设计的过程 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。 什么是好的工程 一、技术与工程的发展 21 一、技术与工程的发展 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。 22 一、技术与工程的发展 科学阅读｜都江堰工程示意图 23 一、技术与工程的发展 科学阅读 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。 24 一、技术与工程的发展 科学阅读 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。 25 工程设计的过程 一、技术与工程的发展 26 二、我们的工程实践 第2节 像工程师那样实践 27 科学探究 我们的工程实践 让我们根据工程实践的一般过程，选择合适的材料，制作太阳、地球和月球的三球运动演示模型 二、我们的工程实践 28 制作三球运动演示模型｜明确问题 二、我们的工程实践 任务：设计制作三球运动演示模型，能够演示日食和月食的成因。 限制条件：材料包括木板、地球模型、月球模型、LED灯、刻度尺等，工具包括锯子、砂纸等。 29 制作三球运动演示模型｜验收标准 二、我们的工程实践 评价维度 ★ ★★ ★★★ 科学原理 三球位置、比例均不合理 三球位置或比例基本合理 三球位置、比例均合理 可靠程度 模型难以正常转动 模型转动流畅，偶尔打滑、卡顿，但不影响使用 模型转动流畅，无打滑、卡顿现象 制作工艺 模型外形较粗糙 模型外形较为美观 模型整体美观、精致 演示效果 无法演示日食和月食 基本可以演示日食和月食，光源有时会被遮挡 可以完美演示日食和月食，光源全程无遮挡 30 制作三球运动演示模型｜设计方案 二、我们的工程实践 用一个大功率LED灯，配一个圆形乳白色外罩代替太阳（大），用泡沫大球代替地球（中）和用泡沫小球代替月球（小），地球可绕太阳转动，月球可绕地球转动。 三球运动演示模型具体可以分为两大模块，分别是模拟运动的机械模块、模拟阳光的发光模块。 分析问题：（1）太阳、地球和月球三者应该如何放置？尺寸大小应该如何选择？ 31 制作三球运动演示模型｜设计方案 二、我们的工程实践 模型的动力利用手动、皮带轮和皮带配合完成。 用大功率LED灯可以模拟阳光 （2）模型的动力如何提供？ （3）什么样的装置可以模拟阳光？ 32 制作三球运动演示模型｜设计方案 二、我们的工程实践 可以保证地球绕太阳运动1圈时，月球绕地球运动12圈。 （4）机械装置中常用齿轮或皮带实现动力的传递，地球绕太阳运动1圈时，月球绕地球运动12圈。如何保证上述运动关系？ 材料 工具 33 制作三球运动演示模型｜材料和工具的选择 二、我们的工程实践 材料 工具 34 制作三球运动演示模型｜设计方案并绘制草图 二、我们的工程实践 35 制作三球运动演示模型｜实施计划 二、我们的工程实践 按照设计方案制作演示模型，记录实施过程中遇到的困难以及解决的方法。 注意操作规范 36 制作三球运动演示模型｜实施步骤 二、我们的工程实践 1.按照草图中的尺寸，用锯子把木板锯成长度和宽度各不相同的长木条。（注意：使用锯子和钻孔机注意安全） 37 制作三球运动演示模型｜实施步骤 二、我们的工程实践 2.用钻孔机在较长木条的左右两端和中间偏右的位置钻3个孔，在较短的木条的两端各钻一个孔，较宽的木条的中间偏右钻一个孔。 38 科学探究 二、我们的工程实践 3.按照下图，用螺丝把底座安装好。 39 制作三球运动演示模型｜实施步骤 二、我们的工程实践 4.将一个大皮带轮用大铁轴套固定在较宽木条中心的大铁轴上，再把较长木条中间偏右的孔插上，轴上端固定太阳模型。（注意：大皮带轮上下都要用轴套固定，与上下木条之间要留有空隙） 5.较长木条左侧的孔中插入小铁轴，轴的下面装一个小皮带轮，上面依次固定较短木条和地球（泡沫中球）模型，较短木条的另一端固定月球（泡沫小球）模型，调整轴的高度，使月球中心与地球中心相平。 40 制作三球运动演示模型｜实施步骤 二、我们的工程实践 6.在大、小皮带轮上挂上松紧合适的皮带，推动右侧的轴，使较长木条带动地球绕太阳转动，同时小皮带轮带动月球绕地球旋转。 评价维度 ★ ★★ ★★★ 科学原理 三球位置、比例均不合理 三球位置或比例基本合理 三球位置、比例均合理 可靠程度 模型难以正常转动 模型转动流畅，偶尔打滑、卡顿，但不影响使用 模型转动流畅，无打滑、卡顿现象 制作工艺 模型外形较粗糙 模型外形较为美观 模型整体美观、精致 演示效果 无法演示日食和月食，光源有时会被遮挡 基本可以演示日食和月食，光源有时会被遮挡 可以完美演示日食和月食，光源全程无遮挡 41 制作三球运动演示模型｜工程验收 二、我们的工程实践 评价维度 ★ ★★ ★★★ 科学原理 三球位置、比例均不合理 三球位置或比例基本合理 三球位置、比例均合理 可靠程度 模型难以正常转动 模型转动流畅，偶尔打滑、卡顿，但不影响使用 模型转动流畅，无打滑、卡顿现象 制作工艺 模型外形较粗糙 模型外形较为美观 模型整体美观、精致 演示效果 无法演示日食和月食，光源有时会被遮挡 基本可以演示日食和月食，光源有时会被遮挡 可以完美演示日食和月食，光源全程无遮挡 验收标准：三球运动演示模型制作验收标准 42 制作三球运动演示模型｜检验组品 二、我们的工程实践 科学原理 可靠程度 制作工艺 演示效果 第一组 第二组 第三组 ...... 检验作品 依照评价量表对模型进行测试并打分，将结果记录在表中。 43 制作三球运动演示模型 改进完善 根据测试结果，现在的三球运动演示模型还可以如何改进？与组员讨论，并在原设计草图中标注。 发布成果 通过绘制画报、呈现实物或产品发布会的形式发布三球运动演示模型制作成果。 二、我们的工程实践 工程实践的过程并非一蹴而就，在工程设计时要不断地发现问题、寻找原因并迭代改进，直至符合工程验收标准。在一些重大工程的建造中，工程设计尤为关键，要考虑各种因素、权衡工程的影响，以确保工程建造顺利进行。 44 科学探究 工程实践的过程并非一蹴而就，在工程设计时要不断地发现问题、寻找原因并迭代改进，直至符合工程验收标准。在一些重大工程的建造中，工程设计尤为关键，要考虑各种因素、权衡工程的影响，以确保工程建造顺利进行。 工程实践 二、我们的工程实践 45 三、课堂总结 第2节 像工程师那样实践 三、课堂总结 四、练习与应用 第2节 像工程师那样实践 四、练习与应用 1.小科同学的爷爷年事已高，行动不便。该同学想要设计一款轻便实用的拐杖来帮助爷爷行走。在制定设计方案过程中，不需要做的是（　　） A．进行方案构思 B．制作产品原型 C．绘制设计草图 D．确定具体材料 B 49 【解析】 【分析】科学探究的一般过程：提出问题→作出假设→制定计划→实施计划→得出结论→表达和交流，据以上分析解答。 【解答】解：同学想要设计一款轻便实用的拐杖来帮助爷爷行走，他在设计方案的过程中，一般需要进行方案构思，然后绘制设计草图，进而确定具体材料；制作产品原型是验证设计方案的一个步骤，可以在设计方案完成后进行，因此在设计方案过程中不需要制作产品原型。 故选：B。 四、练习与应用 50 2. 我们每天都在使用各种工程产品。某同学在使用某款插座时，发现无法同时插入两个插头，如图所示。因此他打算设计一款新插座来解决这一问题，这属于工程实践的（　　） A．明确问题 B．设计方案 C．实施计划 D．检验作品 A 四、练习与应用 51 【解析】 【分析】工程设计的基本步骤：明确问题，明确要解决的问题是什么；前期研究，通过各种渠道，寻找相关的信息，了解问题的来龙去脉，并制作成文本或图表；设计方案，针对要解决的问题，提出尽可能多的解决方案。 【解答】解：该同学在日常使用用电器的过程中发现了插销设计的不合理之处，因此打算设计更新型的插头，属于发现和明确问题的过程。 故选：A。 四、练习与应用 52 3. 某学习小组在设计制作走马灯的活动中，下列做法错误的是（　　） A．选择叶轮材料应考虑轻薄、易被推动的 B．走马灯工作时，以轮轴为参照物，剪纸是静止的 C．点燃的蜡烛应放在合适的位置才能让走马灯转动 D．为了让走马灯顺利转动，除顶部叶轮外，应把其它部分做成密封的 D 四、练习与应用 53 【解析】 【分析】走马灯的设计巧妙地利用了物理学中的热空气上升原理和空气动力学原理，通过点燃蜡烛产生热空气，利用热空气的上升力推动叶轮和灯罩旋转，从而产生动态的光影效果。 【解答】解：A.制作走马灯的叶轮时，选择叶材质轻、易被吹动的材料，这样蜡烛燃烧产生的热空气流动时更容易推动叶轮转动，该做法是合理的，A选项正确。B.走马灯工作时，剪纸固定在轮轴上，以轮轴为参照物，剪纸相对于轮轴的位置没有发生变化，所以剪纸是静止的，B选项正确。C.点燃的蜡烛要放在合适的位置，使得蜡烛燃烧产生的热空气能够有效地上升，推动叶轮转动，从而带动走马灯转动，C选项正确。D.为了让走马灯顺利转动，需要有空气的流动，若把除顶部叶轮外的其它部分做成密封的，空气无法形成有效的对流，热空气不能持续推动叶轮转动，走马灯就无法正常工作，该做法错误，D选项错误。故选：D。 四、练习与应用 54 五、提升训练 第2节 像工程师那样实践 五、提升训练 在制作三球运动演示模型时，需要根据工程实践的一般流程进行，下列关于工程实践流程补充正确的是（　　） A．①设计方案②实施计划③改进完善④检验作品 B．①实施计划②设计方案③检验作品④改进完善 C．①设计方案②实施计划③检验作品④改进完善 D．①设计方案②检验作品③实施计划④改进完善 A 56 【解析】 【分析】本题考查工程设计的基本步骤。工程设计的基本步骤：设计制作一个作品通常遵循一定的流程，首先要明确问题，即清楚需要解决什么以及要达到什么样的目标；接着根据明确的问题进行设计方案；然后按照设计好的方案实施计划；实施计划后会得到作品，需要对作品进行检验；检验后根据发现的问题进行改进完善；最后将成果发布。 五、提升训练 57 【解析】 【解答】解：A、①设计方案正确，②实施计划正确，但④检验作品位置错误，应该在实施计划之后，所以A选项不正确。B、①实施计划位置错误，应该先设计方案，所以B选项不正确。C、①设计方案、②实施计划、③检验作品、④改进完善，顺序完全正确，C选项符合工程实践的一般流程。D、②检验作品位置错误，应该在实施计划之后，所以D选项不正确。 故选：C。 五、提升训练 58 2. 工程实践的一般过程包括： 下面是一把学生椅的研发流程。 （1）研发团队进行多次讨论、交流后，绘制了学生椅的草图（如图甲）。这个过程属于工程实践中的 。 （2）在设计办公椅合适的高度（h）范围时，他需要测量人体（如图乙）哪一部分长度 。 A.站立身高 B.站立臂展 C.坐姿膝高 设计环节 五、提升训练 C 59 【解析】 【分析】工程设计的基本步骤：明确问题，明确要解决的问题是什么；前期研究，通过各种渠道，寻找相关的信息，了解问题的来龙去脉，并制作成文本或图表；设计方案，针对要解决的问题，提出尽可能多的解决方案；方案筛选，分析每一个方案的优点和缺点，筛选出最佳方案；设计制作，根据筛选出的最佳方案，制作模型或原型；测试改进，对设计制作出的模型或原型进行测试，根据测试结果，反思并改进模型或原型；展示交流，对最终的设计方案进行展示交流。 【解答】解：（1）研发团队进行多次讨论、交流后绘制学生椅草图的过程属于工程实践中的设计环节，因为工程实践通常包括需求分析、设计、制作、测试等多个环节。 五、提升训练 60 【解析】 在这个情境中，研发团队经过讨论和交流，将想法转化为具体的学生椅草图，这是在确定产品的外观、结构等设计方面的内容，是整个工程实践中设计阶段的重要工作，所以这个过程属于工程实践中的设计环节。 （2）在设计办公椅合适的高度（h）范围时，他需要测量人体坐姿膝高的长度，因为办公椅是供人坐着使用的，其高度的设计主要是为了让人在坐着的时候能够舒适地使用，而坐姿膝高是与人体坐着时的高度相关的重要尺寸参数。站立身高主要用于确定一些与站立相关的设施高度，如门框高度等；站立臂展主要与一些需要手臂伸展操作的设施或空间设计相关，如某些工作台的宽度等。而办公椅的高度设计，需要考虑人坐着时膝盖到地面的高度，即坐姿膝高，这样才能使椅子的高度适合人体坐姿，保证使用者的舒适和健康，所以在设计办公椅合适的高度（h）范围时，需要测量人体的坐姿膝高。故选：C。故答案为：（1）设计环节；（2）C。 五、提升训练 61 3. 小嘉想用学校工程实践室的工具、设备、材料（木条），一周之内设计并制作亮度可调的学习用台灯，要求其他材料的成本不超过50元。据此，请完成下列问题： （1）在收集信息阶段，以下信息不必收集的是 ；（填字母） A．台灯的主要组成部分 B．灯管（灯泡）的形状、大小 C．各种开关的价格及其连接方法 D．旋钮式开关的工作原理 D 五、提升训练 62 （2）对于“学习用台灯”的分析，下列说法中不正确的是 。（多选，填字母） A．需要综合考虑各部分之间的联系，以达成“学习用”这个目标 B．学习用的台灯，还须增加时钟、语音控制等功能 C．需要考虑不同用户的使用要求，不需要考虑使用场所 D．需要考虑安全、健康、舒适、高效，不必考虑信息的交互 BCD 五、提升训练 63 【解析】 【分析】本题考查设计的一般原则，设计的原则包括创新原则、实用原则、经济原则、美观原则、技术规范原则、可持续发展原则、安全原则；创新是技术的核心，创新就是创造出新的产品、造型、功能等。实用原则是最基本的原则，包括物理功能、生理功能、心理功能和社会功能；经济原则是以最低的费用取得最佳的效果；美观性原则除了形状美、色彩美、材质美，还包括文化性的美、技术性的美、气质性的美、风格性的美等.技术规范原则是指产品需要符合行业统一的标准和规范；可持续发展性原则是产品适应环境和可是续发展的需求；安全是设计设计工作最基本的需求。 五、提升训练 64 【解析】 【解答】解：（1）该实验会使用、会操作即可，因此需要掌握台灯的主要组成部分、形状、大小，开关的连接方法及价格，实验中主要不是探究旋钮式开关，因此不需要掌握旋钮式开关的工作原理，故D符合题意。 五、提升训练 65 【解析】 （2）A.“学习用”是指主要适合学习用，也兼顾其他照明用途，体现了设计的实用和经济原则，因此需要综合考虑各部分之间的联系，故A正确；B.不用增加笔筒、时钟、语音控制等功能，考虑成本、时间问题，故B错误；C.需要考虑使用场所，是在教 室，还是寝室，还是家里，需要匹配不同的空间环境，故C错误；D.可以考虑信息交互，比如亮度旋钮旋到底，或角度调到最大时，会发出声音，故D错误。 故选：BCD。 故答案为：（1）D；（2）BCD。 五、提升训练 66 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $