同学们好，我是科学丁老师。这节课我们学习第五章第二节，像工程师那样实践。在建造公路、铁路和地铁时，需要开挖隧道，盾构机能够实现全洞开挖。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？我们如何向学会像工程师那样实践呢？第一，工程设计的过程。我们每天使用各种工程产品，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的生活学习而设计并制造出来的。工程师们将概念模糊的概念转化为高度简练的解决方案，这就是工程设计的过程。下面我们以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，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，希望可以调节椅子的高度和靠背角度，使他坐起来更舒适。这种需求被称为工程问题。工程师了解了这些需求以后，开始研发一款新的办公椅。研发团队经过调研确定了设计要求。首先是提出工程问题，设计确定设计要求。第一明确问题，办公室员工这一步叫做明确这个问题。以下的要求高度调节范围是400到550，450到550毫米，倾斜角度在0度到30度之间。座椅舒适材料，舒适透气的网布材料，能够承受最大的载荷150千克。第一步是明确问题，明确问题了之后，把问题工程问题变成了需求。那么这种需求我就要根据需求来设计。第二步，设计方案。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，并绘制出了设计草图，草图显示了椅子的整体结构。首先我们明确问题，这个问题就是这个客户的需求，也就是我卖给这个办公室员工这个员工的所谓的需求。第一步明确问题。第二步设计方案。我们也设计出方案之后，我们画出草图。例如如图所示的草图，这个靠背可以调节这个靠背前后的弧度，可以调节高度，画出草图。然后具体的设计基于概念设计，研发团队进行了详细的设计。如已知各部分的材料具体的尺寸等。这是尺子的侧面、正面、背面分别用什么材料，尺寸是多少？例如用沙发软垫，用塑料，用金属支架，这里面有它的高宽，靠背的宽。主要部件有兼顾的底盘结构、气压泵、滑轮、精致的座椅角等等。实施计划。接下来我们在草图完成以后，就要实施我们自己的计划了。根据设计图，工程师们运用各种技术进行一系列的工作，制作出来了圆形。研发团队在工作环境对原型食物进行测试，包括高度的调节、测量角度的调节、承重能力、舒适度等方面。测试结果表明，原型在其他方面表现良好，但承受力有所不足。改进完善。刚才我们这个承重力不够，我们要增加承重力。为了达到承重的要求，综合考虑生产成本和实际需求，研发团队最终选择了更使更换使用耐力更强的材料，重新进行了测试。测试结束了以后，完成了客户所有的需求，我们就开始发布成果。根据我们测试和改进的结果，研发团队进行了生产制造。他们与供应商合作，选取合适的材料和制作工艺，并制定了生产计划。完成生产销售后，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。实验过程中，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，提出自己创造性的这个想法，形成了共识。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，做出权衡和取舍，从中选择最优的问题方案。工程实践的一般过程，第一步明确问题，第二步就是设计方案。设计方案完了之后就要实施计划，检验作品。检验作品如果合格我们就可以直接发布。如果不合格我们要改进完善，然后再发布作品。这里面检验作品之后有两条路，如果满足了所有的需求，我们就可以直接发布。如果要是不满足这个我们的问题，明确问题的问题，这里面是有问题的。我们需要哪些，满足哪些要求，如果不能满足，我们要改进完善，最终发布成果，这是工程实践的过程。有这六步，分别是明确问题、设计方案、实施计划、检验作品、改进完善，然后发布成果。调查同学们坐椅子的感受，找出存在的问题，并提出适合在教室内使用的改进设想，画出设计草图。工程可以很简单，也可以很复杂。例如拉链有两排互锁的尺和一个滑块组成，这一简单结构巧妙的实现了拉链连接分离。两台尺的功能也可以很复杂，例如笔记本电脑由许多部件构成设计了电子学、微处理器和计算机软件等多方面知识。这一复杂设备能够是执行多项功能。一个好的工程师设计能够工程设计，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，在进行任何工程设计之前，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，被誉为水利工程的奇迹。都江堰工程示意图闽江在鱼嘴这个地方分成内江和外江，分成两条疆。内疆这个地方就是通向四川平原的，它通入老百姓居住的地方，用这个水来灌溉农作物外腔流出不要对这个地方，如果水太多了，会造成洪涝灾害。所以一部分引入内江进行灌溉，一部分能通过外江流入大海。那么这时候内江制造的这个是窄。且深，而外墙做的宽且浅。到水多的季节，由于水多，这边比较宽，这边比较窄，就会造成大部分水都从这流岀，不会对居民造成这个灾害，不会引发洪水灾害。如果到水少的季节，由于这边比较深，那么这边比较浅水不很少从这个流出去，大部分都流入内江。所以在旱季的时候，水可以流入这个地方进行灌溉。都江堰由渠首和灌溉网两大系统组成。渠首建于闽江之中，分为鱼嘴、飞沙堰、保护瓶口三个主体工程。鱼嘴将岷江分为内江和外江，内江用于灌溉外，外江用于分洪。内江窄而深，内江比较深，还比较窄，外江宽但比较浅。枯水期也就是水非常少的时候，我们来看这里面枯水期，因为这边浅，水流过去很少流过去，大部分的水都从这内江流到居民区用来灌溉。江水六成流入内江，四成走外江流走。这时候很多的水就是60%流入内江用来灌溉，44%流走了。到丰水期，也就是水非常充足的时候，这时候水面比较高。由于外江比较宽，内江比较窄，那么60%的水都从外江流出，而内江用来灌溉的水只占40%。江水四成流入内江风水区，六成从外江流走，宝瓶口拭在内江下游人工开凿的出水山口，引水入渠灌溉农田。好，接下来我们看一下视频讲解都江堰的工作原理。公元前316年，秦国攻灭巴蜀后，想把四川盆地打造成一座超级粮仓，但此时出现一个难题，作为四川盆地最重要的河流，岷江是一条悬河，最高海拔落差270米。凶猛的岷江经常在灌县决口，造成东面成都平原生灵涂炭。岷江悬空的问题一直困扰着秦国统治者，秦昭襄王便派李冰为蜀郡太守，到冠县，也就是今天的都江堰解决这个难题。李斌和儿子来到蜀中后，经过实地考察，李冰确定了治水思路，将岷江一分为二，内江指引成都平原，外江排涝泄洪。外江是岷江的原始走向，不用调整，内江必须穿过玉垒山才能流向成都平原。在古代没有火药的情况下，李冰父子想到了热胀冷缩的办法，先用大火烧开山体，再泼上冷水，石头就会崩裂疏松，容易开凿。八年时间开凿出一条宽20米、高40米、长80米的山口，也就是宝瓶口，仅仅打出一个缺口肯定不行。为了更高效的饮水，李冰父子用竹笼装卵石的办法，在河流中心建了一条分水验，这个设计非常巧妙。由于内江河床堤外江河床高，它可以根据岷江的流量按固定比例实现分流。夏季岷江进入丰水期，有40%的水量进入内江浇灌成都平原，剩余60%从外江流走，秋冬岷江进入枯水期，有60%的水量进入内江浇灌成都平原，剩余40%从外江流走。水量的自动调节，保证了成都平原的水量稳定，水量问题解决了，如何防止水中泥沙堵塞宝瓶口呢？李冰父子在分水堰东南方向修建了飞沙堰和离堆。宝瓶口比内江狭窄，内江水流至此处时，河道突然变窄，加上离堆对水流的阻拦，会形成回流，水中的沙石被甩飞，是飞沙堰剩余的少量砂石沉淀在飞沙堰对面的凤栖窝，每年由河工掏出。同时，当洪水到来，内江水流过大时，进入成都平原的水量被宝瓶口控制，多余的水量还可通过飞沙堰排向外江。这是都江堰水利工程的第二级自动分流。都江堰建成后，成都平原一跃成为秦国的超级粮仓，为秦国和统一六国打下坚实基础。直到今天，都江堰依旧还在使用李冰父子将天人合一、顺其自然的中国哲学思想应用在工程之中，使都江堰历经两千余年依旧生生不息。都江堰的背后，是成都平原沃野千里，千家万户华夏文明。都江堰不只是超级工程。好，这是都江堰这个工程的原理。第二，我们的工程时间，让我们根据工程实践的一般过程，也就是有这个六个过程，明确问题、设计方案、实施计划、检验作品改进完善以及发布成果。根据一般的过程选择合适的材料制作太阳、地球、月球三球运动演示模型。明确问题任务。我们的问题要明确，要你制作的这个39仪能演示哪些天文现象？设计制作三球仪的演示模型，能够演示出日食和月食的成因。所以这是我们明确问问问题限制条件材料包括木板地球模型、月球模型、LED灯、刻度尺，工具包括锯子、砂纸等。这是第一步验收标准，这是我们的验收标准，我们做出来之后必须得满足这个条件。如果只满足，这里面叫做一星。例如科学原理39位置比例均不合理，那就是一星。如果比例位置都合理，那就是三星，如果基本合理，那就是二星。这是我们的验收标准，我们制作好了之后，根据这个标准评几星。第二步是设计方案，也就是工程设计工程的第二个。第一个是明确问题，第二个步骤是设计方案，我们看一下如何设计三球运动演示模型具有分为两大模块，分别是模拟这个运动的机械模块，模拟阳光的发光模块。有两个模块。第一步分析问题，太阳、地球、月球三者应该位置如何？尺寸大小如何选？三模型的动力如何提供什么样的装置可以模拟阳光？四机械装置中常用的齿轮和皮带实现动力的传递。地球绕太阳运动一圈时，月球绕地球运动12圈，如何保证上述运动的关系？第二，材料和工具的选择。我们选择这些材料、工具设计方案并绘制出草图，大概草图长这样。这是太阳的模型、地球的模型、月球的模型，月球绕地球都转，地球绕太阳转尺寸。第三步工程的第三步实施计划，按照设计方案制作这个演示模型介入实施过程中遇到的困难及解决方法不规范的操作。我们在裁纸给地球或者是月球外面包裹一层纸的时候，我们裁一些工具的时候要操作规范，注意安全。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，注意安全。用钻孔机在较长的木条左右两端中间偏右的位置钻三个孔，在较短的木条两端各钻一个孔，较宽的木条中间钻一个孔，注意孔的大小和轴的大小相同。较宽的木条和中间的孔和中间孔和较长木条中间偏右的孔径相同，其余的口径都相同，然后把它们安装好。将一个大的皮带用大铁轴套固定在较宽木条中心的铁轴，这个较宽的木条中心的大铁轴上，再把较长的木条中间偏用的孔插上轴上固定的太阳的模型。注意大皮带齿轮上下都要套固定，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方装一个小皮带，上端依旧固定的较短的木球地球泡沫大球模型，较短的木条另一端固定月球泡沫小球模型，调整轴的高度是月球的中心和地球的中心相平在大小。皮带轮上挂上松紧合适的皮带，这里挂一个皮带，这里挂一个皮带，推动右侧的轴，使较大的木条带动地球，较大的木条带动地球绕太阳转。同时小皮带带动月球，这个小皮带带动月球绕地球旋转。检验作品。演示要求在遮光室内进行，用手连续推动右侧的轴。地球绕太阳公转，月球绕地球旋转。当地球运行到太阳和月球之间将形成月食，当月球运行到太阳和地球之间将形成日时，依照我们刚才有一个一星、二星、三星的评价表，根据评价量表对模型进行测试并打分，并将结果记录在表格中改进完善。根据测试结果，现在的三球也是可以如何改进，与组员讨论，并在原设计图上标注哪些需要改进的地方。最终我们发布成果，通过绘制画报，呈现实物或产品发布会的形式，发布三球仪的这个演示模型制作的成果。这是工程的六个步骤。工程实践的过程并非一蹴而就，在工程设计时要不断的发现问题，寻找问题，并迭代改进，直至符合工程验收标准。在一些重大工程的建设中，工程设计尤为关键，要考虑各种因素，权衡工程的影响，以确保工程顺利进行。好，这是我们这节课学习的内容。工程师像工程师那样去实践工程设计的过程有六个工程设计过程分别包括明确问题、设计方案、实施计划、检验作品、改进完善，最后发布成果。接下来我们看一下例题，例一小柯家种着几棵柚子树，他发现高处的柚子摘不到，爬树采摘又不安全，于是他想设计一款柚子采摘工具。小柯在设计实验方案时不需要做了，他已经确定要做这个东西了，所以不需要判断是否有必要设计材质工具，所以A不需要做。B分析用什么材料制作正确。柚子比较重用一般的，轻的可能会折断，所以要选择合适的材料，用草图呈现设计方案，根据要求筛选合理的设计方案。所以第一不需要做。的选择。A第二，关于工程设计的过程，下列内容不需要在明确问题环节完成的。是明确问题，也就是工程实践的第一步。这问题有什么要求，有什么需求，用来干嘛？论证工程的价值。A正确，是明确问题环节有没有必要。B了解工程的需求，提出工程的这个要求。你有什么要求，需要有什么用，哪一类要提出一些合理的要求，所以这都属于明确问题这一步。D提出产品的改进方案是在发布成果前，是我们已经制作出了一个产品，在检验产品之后，发布成果之前才改进的，并不是在第一步明确问题需要完成的。所以立案不需要在明确问题环节完成的是第例三，某工程师设计了一款保温杯底座，如图所示。该保温杯底座对陶瓷杯、玻璃杯、塑料杯等进行自动加热，且保持恒温。其设计过程中有以下几步，一收集常用的水杯尺寸及材料，二绘制设计草图，三了解已有保温杯底座的加热方式，四编写使用说明书，五绘制技术图样。其中需要在方案构思之前进行的有就是设计方案之前，也就是明确问题这一步我们需要你需要多大的一个尺寸的这个加热底座，是需要在这之前完成的。2、绘制设计草图，不是在这一步了解已有保温杯底座的加热方式，我用什么方式进行加热，所以这里面的一和三是对的。四编写使用说明书是我们发明了以后，也就是工程完成了以后，发布成果以后，我们再编写的。绘制图样是实施计划，是设计方案。这一步并不是在构思方案之前，所以例三选择一和3C选项正确。第四，在制作三球运动演示模型的工程实验过程中，在明确问题阶段需要定制制定三球演示实验验收标准。下列关于验收标准说法不正确的是，A验收标准设计了科学原理、可靠度、设计工艺、演示效果四个评价维度正确，那你的科学原理是什么？可靠程度可靠不可靠？制作的工艺和演示效果好不好？B验收标准中制作工艺指日地月3球相对位置以及其比例是否合理。B不正确。那我验收标准中，我要看你能不能准确的演示出日食月食，并不是他们的大小位置合适就行，你还得能够你必须得能够演示日食月食这两种现象。C验收标准中对模型一星、二星、三星的评价标准代表质量的优劣正确，星级越高代表越好。三球运动模型演示需要四个评价维度都过符合三星才是优质模型的标准。D选项也是正确的，所以例四不正确的选择B。第五，都江堰坐落于成都平原西部的岷江上，是由渠首鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口和灌溉网两大系统组成一个庞大的工程系统。都江堰担负着四川盆地的西部一千多万亩农田的灌溉，成都市多家重点企业城市生活供水以及防洪、发电、林果、旅游、环保等多项任务，是四川省经济发展不可或缺的水利基础设施。如图甲所示，为都江堰水利工程示意图。据此回答下列问题，在都江堰工程系统中鱼嘴的作用，鱼嘴就将这个岷江分为内江和外江，内江用于灌溉，外江用于泄洪。请根据鱼嘴分水原理示意图，如图乙，说明其工作原理。内江这是丰水期，也就是水比较多的时候。内江深且窄，外江宽且且当丰水期因为它比较宽，所以有60%的水从外江流入大海泄洪，40%的水流入内江进行灌溉，到枯水区水非常少的情况下，内江由于它比较深，所以它水就比较多。有60%的水用来引入内江进行灌溉，而外江有40%水用来泄洪，这是它的工作原理，答案在这里。根据都江堰工程示意图，内江水流经过人工开凿的哪一个地方用于四川盆地农田的灌溉？通过宝瓶口这个地方进行人工灌溉，流到这个地方。内江再分为两部分，这个地方是用于灌溉的，下面空填宝瓶口。整个都江堰工程系统中还有一个重要的非沙堰工程，即图中的2。其作用是把内江中的泥沙排入外江，防止内江和宝瓶口这个水道堵塞。把内江中的泥沙排入外江，防止内江和宝瓶口的水道淤塞。第六题，从插座的设计角度看，图中墙上安装的五孔插座存在什么缺陷，应如何改进？从图上看，虽然有两孔、三孔，这两个靠得太近了，他可能。不能同时使用一个双孔插座和这个三孔插座。我们来看一下，从图上看，虽然插座有两孔和三孔插座，但实际使用的插头是多样的。有的双脚插座和3角插座可以同时插入使用，有的双脚插座和3角它不可以同时插入使用，这里不可以同时插入使用。改进方案应考虑到各式各样的插头，将插座上的双孔和三孔插座的距离拉大一些，也就是说双孔以及到这那可以同时使用了。好，这是这节课的全部内容，感谢同学们观看，再见。