5.2 像工程师那样实践（教学课件） 科学新教材浙教版七年级上册

像工程师那样实践 第 2 节 第5章 第1课时 工程设计 探索技术与工程的世界 浙教版 七年级上册 工程设计的过程 01 知 识 目 录 我们的工程实践 02 重点 重点 难点 01 科学观念 知道工程设计的重要性；了解工程设计的一般过程；会对简单的工程问题进行操作。 02 科学思维 体会工程设计不是工程师的特权，自己也可像工程 师那样参与实践。 03 科学探究 尝试制作“三球运动演示模型”，并演示日食和月食的成因；提升实践操作技能，进行实际工程作业的能力。 04 科学态度与责任 初步形成动手、动脑的习惯；养成亲自动手操作的习惯和意识，并能将动手实践运用到生活实际中去。 素 养 目 标 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？ 导入新课 视频欣赏——盾构机 工程设计的过程 探究新知 PART 1 新知讲授 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。 新知讲授 工程实践 制作一把办公椅 明确问题 ①明确设计的目标和要求，包括功能需求、性能需求、使用环境要求等。 ②与客户或相关方进行深入沟通，充分理解他们的期望和限制条件。 可以调节椅子高度和靠背角度，坐起来更舒适 限制条件： 高度调节范围：450~550mm 靠背倾斜角度调节范围：0°~30° 座椅材料：舒适、透气的网布材料 能承受的最大载荷：150kg 新知讲授 设计方案 概念设计：①根据问题，通过相互交流和讨论，运用头脑风暴，产生多种设计概念和方案，对这些概念进行初步评估和筛选，确定几个有潜力的方向。 ②对选定的概念进行细化和完善，形成具体的设计方案，包括整体结构、主要部件、工作原理等方面的设计。绘制设计草图。 新知讲授 具体设计：基于概念设计，进一步深化方案，确定各个零部件的具体尺寸、形状、材料等细节，绘制详细的工程图纸和技术文档。 新知讲授 3.实施计划 根据设计图，运用各种技术，进行一系列工作，制作原型 4.检验作品 在工作环境下对实物进行测试，是否满足限制条件 测试高度调节、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 新知讲授 改进完善 针对测试发现的问题，对设计进行进一步的调整和优化，解决出现的问题和不足之处。再次制作原型并重新进行测试。 综合考虑生产成本和实际需求，选择更换使用耐受力更强的材料，达到设计承重的标准。 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。 新知讲授 工程实践中，工程师要明确问题，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。 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。 椅子结构 人体对应部位数据 座垫长a、宽b 椅背高度l 扶手宽度a 座垫高度h 新知讲授 实践活动 大腿的长度和宽度 背部高度 前臂的长度 鞋底到大腿的高度 新知讲授 工程可以很简单，也可以很复杂。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;如盾构机就是由许多部件组成的，涉及多项技术；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。 新知讲授 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。 新知讲授 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。 新知讲授 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。 新知讲授 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。 新知讲授 视频欣赏——都江堰 我们的工程实践 探究新知 PART 2 新知讲授 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。 新知讲授 工程实践 制作三球运动演示模型 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。 明确问题 新知讲授 验收标准 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 新知讲授 设计方案 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。 1.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？ ①放置：三球大致在同一个平面上，且日地距离：月地距离≈400:1 ②尺寸：三球直径大小满足实际比例，即日：地：月≈100:4:1 ☆因材料尺寸和空间大小的限制，在满足大小关系的前提下进行适当调整。 新知讲授 （2）模型的动力如何提供？ （3）什么样的装置可以模拟阳光？ （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？ 手动或电动 led灯 大轮直径：小轮直径=12:1 齿轮比120:10 新知讲授 视频欣赏——两种常见的齿轮联动方式 新知讲授 2.材料和工具的选择 材料 工具 新知讲授 3.设计方案并绘制草图 新知讲授 实施计划 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。 不规范操作 新知讲授 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。 组别 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         ……       新知讲授 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。 新知讲授 视频欣赏——安装三球仪 新知讲授 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。 新知讲授 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。 课堂小结 【例1】 课堂练习 影响结构的稳定性的因素有多种，主要有重心位置的高低、结构与地面接触所形成的支撑面的大小和结构的形状等。增加底座的重量可以提高稳定性，D正确。 【解析】 如图所示为一款落地扇，为了提高它的稳定性，应采用的措施是 (　　) A．增加支撑杆的高度 B．减小底座的直径 C．增加风叶的长度 D．增加底座的重量 【例2】 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。故选C。 【解析】 课堂练习 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。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 课堂练习 CD．在结构设计中，应选择抗弯强度大的材料来保证结构的稳固性，本题中木料M的抗弯强度大于木料N，所以选择木料M制作更为合理，故CD不符合题意； AB．A选项中板凳中下面木块采用三角支撑对两侧有支撑，既能消除最上面木料下弯的问题，同时还能固定两侧的木板，稳定性会更好，故A符合题意，B不符合题意。 【解析】 【例3】 如图所示为木料抗弯强度实验。木料在悬挂重物后向下弯曲，测得木料M的下弯距离为5mm，木料N的下弯距离为8mm。从结构稳固角度考虑，下列板凳设计方案中，合理的是（    ） 感 聆 谢 听 第2节 像工程师那样实践 浙教版 七年级上册 EVCapture4.2.4软件录制 Lavf58.20.100 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 Lavf58.20.100 $