5.2 像工程师那样实践（讲义）科学新教材浙教版七年级上册

第五章 探索技术与工程的世界 第2节 像工程师那样实践 课标要点 1.工程设计 2.我们的工程实践——制作三球运动演示模型 学习重难点 重点：知道工程需要经历明确问题、设计方案、实施计划、检验作品、改进完善、发布成果等过程；通过对日地月三球运动演示模型设计制作的工程实践，初步感受物体运动变化观和系统模型观。 难点：综合运用抽象、模型等方法，系统设计三球运动时的结构以达成其功能，得到合适的设计方案。 知识点 工程设计 一般过程 说明 举例：设计一把办公椅 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 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 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 实施方案 根据设计图，运用各种技术，进行一系列工作，制作原型 检验产品 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 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 测试完成后，与生产部门协作，为大规模生产做好准备工作，如制定生产工艺、整理和编写详细的设计报告、使用手册等 与供应商合作，选取合适的材料和制造工艺，并制订生产计划。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 随学随练 1.小明和小华分别购买了两种橡胶球，小明说：“我的弹性比你的好”。小华说：“我希望你能证实你的说法”。小明可选择下列哪个方案来解决这个问题（　　） A．两球向墙扔去，比较它们反弹时离墙的距离 B．手触摸两球，看哪一个球较硬 C．两球于离地等高处由静止下落，比较它们反弹的高度 D．把两球向地面掷下，比较它们反弹的高度 2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（　　） A．木料M制作 B．木料M制作 C．木料N制作 D．木料N制作 3.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 知识点 我们的工程实践——制作三球运动演示模型 一般过程 制作三球运动演示模型 明确问题 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：木板、地球小模型、LED灯等。 工具：锯子、砂纸等。 设计方案 模拟运动的机械模块：(1)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。 (2)模型的动力利用手动、皮带轮和皮带配合完成。 (3)机械装置中太阳下面的大皮带轮直径是带动月球转动的小皮带轮的12倍，可以保证地球绕太阳运动1圈时，月球绕地球运动12圈。 模拟阳光的发光模块 用大功率LED灯可以模拟阳光 材料选择：木板，太阳、地球、月球小模型直径不相同的轴和轴套(大铁轴配大皮带轮，小铁轴配小皮带轮)大小不同的两个皮带轮及皮带(两个皮带轮直径的比是12：1) 一些螺丝、螺母等固定件 工具选择：如锯子、钻孔工具等 绘制草图 实施计划 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) 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，较宽的木条的中间钻一个孔。(注意：孔的大小和轴的大小相同，较宽木条的中间孔和较长木条中间偏右的孔径相同，其余的孔径相同) 3.按照下图，用螺丝把底座安装好。 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。 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，如图所示。 检验产品 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，当地球运行到太阳与月球之间时，则形成月食；当月球运行到太阳与地球之间时，则形成日食。验收标准：三球运动演示模型制作验收标准 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 依照评价量表对模型进行测试并打分，将结果记录在表中。三球运动演示模型测试记录表 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 …… 改进完善 手动转动可以改成电动机、电池和齿轮自动转动，运行更平稳 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 随学随练 4.制作三球运动演示模型是一个工程实践的过程，其流程有：①制作一个模型，②在限制条件下进行设计，③发布成果，④测试这个模型、评估并改进，⑤明确一个要解决的问题。下列符合工程实践的过程是（　　） A．②⑤①③④ B．②⑤①④③ C．⑤②①③④ D．⑤②①④③ 5.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 6.三球运动演示模型制作评价表的作用不包含下列选项中的（　　） A．帮助我们明确模型的制作工艺 B．指导我们选择合适的工具 C．帮助我们明确模型设计的限制条件 D．帮助我们理解模型的科学原理 题型 工程设计的过程 工程设计的过程：明确问题，设计方案（①概念设计②具体设计），实施方案，检验产品，改进完善。 1、工程可以很简单，也可以很复杂 拉链笔记本电路 2、一个好的工程设计能够提前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。 题型 我们的工程实践 1、明确问题 任务：设计制作“三球运动演示模型”，能够演白食和月食的成因， 限制条件：材料包括木板、地球小模型、LED灯等，工具包括锯子、砂纸等。 验收标准： 三球运动演示模型制作验收标准 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 2.设计方案。 三球运动演示模型具体为两大模块。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放置，尺寸大小应该如何选择？ 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 (2)材料和工具的选择 (3)设计方案并绘制草图 3.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。 4.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。 活学活用 【例1】制作日地月三球相对运动模型时，在确定标准环节，不需要考虑的因素是（　　） A．天体运行周期的比例 B．天体间距离的比例 C．模型材料的颜色 D．模型的大小和重量 【例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 【例3】科学家采用科学的方法去发现自然界的规律和原理，而工程师则采用工程的方法解决问题。下列为工程师所研究的事项是（　　） A．风是如何形成的 B．如何制造风力产品 C．风的主要驱动力是什么 D．为什么不同地方的风速和风向会有所不同 素养提升 1.某校科技小组同学参加科技节，利用生活中常见的材料自制橡皮筋动力小车，如图，其部分评价量表如表一所示。 表一 橡皮筋动力小车模型评价量表（节选） 评价指标 优秀 良好 待改进 指标一 车身稳定 车体略有倾 斜但不影响行驶 指标二 行驶距离远近可调 行驶距离不可调 不能行驶 （1）将评价量表一中“指标一”的待改进内容补充完整： 。 （2）该小车的工作原理是把弹性势能转化成 能。 （3）小组同学为探究小车运动距离的影响因素有哪些，设计实验并获得以下数据，如表二所示。 表二 橡皮筋材料 合成橡胶 橡皮筋缠绕圈数 10圈 橡皮筋粗细 粗 细 实验次数 1 2 3 1 2 3 小车行驶距离（厘米） 120 125 130 110 108 112 平均距离（厘米） 125 109 根据实验结果和数据，你能得出什么结论？ 。 2.中国首辆火星车“祝融号”于2021年5月22日成功到达火星表面。设计火星车时要综合考虑火星表面光照弱、温度低、随时会出现尖锐砂石以及不可预估的沙尘天气等不利因素。为了帮助同学们更加深入地了解“祝融号”火星车，老师让大家自主设计制造一辆“火星车”。 （1）设计制作“火星车”的步骤有： ①设计方案②实施计划③明确问题④改进完善⑤发布成果⑥检验产品 请按先后顺序将它们排序： （填序号）。 （2）“祝融号”火星车比“玉兔二号”月球车设计了更大尺寸的太阳能板，是为了 。 A.接受更多的太阳能 B.美观漂亮 C.方便控制行进时转向 （3）根据下面“火星车”模型测试记录表，可以知道第 组制作的模型最好。还可以从哪些方面对“火星车”进行评价？ （试举一例）。 光电转换率 保温性 抗震性 平稳性 设计图文与说明 第一组 3分 2分 1分 1分 3分 第二组 2分 3分 2分 3分 2分 第三组 1分 1分 3分 2分 2分 3.篮球场上没有凳子，请根据所学的工程与技术知识，设计一条板凳。设计要求：a.稳定坚固；b.坐着舒适；c.承重性好；d.可多张叠放。基于设计要求，解决下列问题： （1）板凳设计过程中，不需要考虑的因素是 。 A.木工工艺知识 B.加工板凳的工具 C.篮球场的大小 D.人的身高和体重 （2）板凳设计存在以下过程：①设计方案；②明确问题；③检验作品；④改进完善；⑤实施计划；⑥发布成果，先后顺序正确的是 。 A.①②③④⑤⑥ B.②①⑤③④⑥ C.①②③⑤④⑥ D.②①③⑤④⑥ （3）针对板凳的设计要求，需对其进行技术试验，下列试验方法最不需要进行的是 。 A.进行燃烧实验判断防火性能 B.进行叠放凳子最多条数试验 C.邀请不同身高和体重的同学试坐板凳 D.测试板凳在不同倾斜角度下倾倒情况 （4）从板凳的稳定坚固和可多张叠放分析，以下四条板凳模型最符合要求的是 。 4.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 5.电风扇是夏天必备的乘凉工具，小明想知道风扇产生的空气流动强度大小与风扇的哪些因素有关并设计一个最合适的电风扇。请按工程设计思路来完成这个探究问题。 ①明确问题：他猜想可能与风扇的扇叶宽度和扇叶倾斜角度有关系。 ②设计方案：为此他制作了几个不同的小风扇，用转速为300转/分的电动机分别带动，去吹动同一位置的同一纸片（如图所示）． ③实施计划：下表为实验记录的数据。 序号 扇叶宽度 扇叶倾斜角度θ 扇叶长度 纸片被吹起的角度α 1 3cm 30° 7cm 30° 2 2cm 30° 7cm 20° 3 3cm 50° 7cm 40° ④根据表格确定影响因素：分析表格中的序号1和2的两次实验数据，小明可以得出的初步结论为 。 ⑤改进完善：为了使实验结论更可靠，除了每组实验重复多做几次外，请你再写出一点改进建议： 。 结果：小明在探究的基础上完成了自己的作品 6.某兴趣小组同学在老师指导下开展了“制作水火箭”的项目化学习： 序号 水量/mL 倾角/度 平均射程/m 1 100 30 16.4 2 200 30 7.7 3 300 30 6 4 200 45 24 5 200 60 14.5 （1）阶段一：发射准备。 该小组利用汽水瓶等材料制作了水火箭，箭体部分结构如图甲所示，在选择发射底座时，该组同学认为金属底座比塑料底座更好，请说明原因： 。 （2）阶段二：升空测试。 如图乙，往550mL的瓶中加入适量的水，塞好瓶塞后放在发射底座上，用气筒向瓶内打气，当瓶内气体压强达到一定程度时，高压气休会将水和橡皮塞从瓶口压出，水火箭飞向高空。发射成功后，测量水平方向的射程，多次实验求平均值。改变瓶中的水量及发射倾角，重复上述实验步骤，实验结果如表所示。某次实验时瓶中的水量为150mL，测得平均射程为7.7m，则此次发射角度可能是 。 A.15° B.30° C.45° D.60° 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第五章 探索技术与工程的世界 第2节 像工程师那样实践 课标要点 1.工程设计 2.我们的工程实践——制作三球运动演示模型 学习重难点 重点：知道工程需要经历明确问题、设计方案、实施计划、检验作品、改进完善、发布成果等过程；通过对日地月三球运动演示模型设计制作的工程实践，初步感受物体运动变化观和系统模型观。 难点：综合运用抽象、模型等方法，系统设计三球运动时的结构以达成其功能，得到合适的设计方案。 知识点 工程设计 一般过程 说明 举例：设计一把办公椅 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 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 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 实施方案 根据设计图，运用各种技术，进行一系列工作，制作原型 检验产品 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 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 测试完成后，与生产部门协作，为大规模生产做好准备工作，如制定生产工艺、整理和编写详细的设计报告、使用手册等 与供应商合作，选取合适的材料和制造工艺，并制订生产计划。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 随学随练 1.小明和小华分别购买了两种橡胶球，小明说：“我的弹性比你的好”。小华说：“我希望你能证实你的说法”。小明可选择下列哪个方案来解决这个问题（　　） A．两球向墙扔去，比较它们反弹时离墙的距离 B．手触摸两球，看哪一个球较硬 C．两球于离地等高处由静止下落，比较它们反弹的高度 D．把两球向地面掷下，比较它们反弹的高度 【答案】C 【解析】A、两球向墙扔去，两球反弹的大小与用力的大小有关，不能根据反弹时离墙的距离区分它们弹性的大小。此选项不符合题意。 B、球的硬度不能决定弹性的大小。此选项不符合题意。 C、两球于离地等高处由静止下落，除了球自身所受到的重力，不受其它作用力，比较它们反弹的高度。这种办法是合理的。此选项符合题意。 D、把两球向地面掷下，小球反弹的高度与用力的大小有关。此选项不符合题意。故选：C。 2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（　　） A．木料M制作 B．木料M制作 C．木料N制作 D．木料N制作 【答案】B 【解析】ACD、不合理。 B、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。故选：B。 3.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 【答案】B 【解析】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。 知识点 我们的工程实践——制作三球运动演示模型 一般过程 制作三球运动演示模型 明确问题 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：木板、地球小模型、LED灯等。 工具：锯子、砂纸等。 设计方案 模拟运动的机械模块：(1)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。 (2)模型的动力利用手动、皮带轮和皮带配合完成。 (3)机械装置中太阳下面的大皮带轮直径是带动月球转动的小皮带轮的12倍，可以保证地球绕太阳运动1圈时，月球绕地球运动12圈。 模拟阳光的发光模块 用大功率LED灯可以模拟阳光 材料选择：木板，太阳、地球、月球小模型直径不相同的轴和轴套(大铁轴配大皮带轮，小铁轴配小皮带轮)大小不同的两个皮带轮及皮带(两个皮带轮直径的比是12：1) 一些螺丝、螺母等固定件 工具选择：如锯子、钻孔工具等 绘制草图 实施计划 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) 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，较宽的木条的中间钻一个孔。(注意：孔的大小和轴的大小相同，较宽木条的中间孔和较长木条中间偏右的孔径相同，其余的孔径相同) 3.按照下图，用螺丝把底座安装好。 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。 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，如图所示。 检验产品 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，当地球运行到太阳与月球之间时，则形成月食；当月球运行到太阳与地球之间时，则形成日食。验收标准：三球运动演示模型制作验收标准 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 依照评价量表对模型进行测试并打分，将结果记录在表中。三球运动演示模型测试记录表 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 …… 改进完善 手动转动可以改成电动机、电池和齿轮自动转动，运行更平稳 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 随学随练 4.制作三球运动演示模型是一个工程实践的过程，其流程有：①制作一个模型，②在限制条件下进行设计，③发布成果，④测试这个模型、评估并改进，⑤明确一个要解决的问题。下列符合工程实践的过程是（　　） A．②⑤①③④ B．②⑤①④③ C．⑤②①③④ D．⑤②①④③ 【答案】D 【解析】⑤明确一个要解决的问题。在任何工程实践中，首先得清楚要解决什么问题。就像制作三球运动演示模型，要先明确比如是要展示三球的何种运动关系，是地球、月球、太阳的公转自转关系，还是其他特定的三球运动情况等。只有明确了问题，后续的设计和制作才有方向，所以这是工程实践的起始点。 ②在限制条件下进行设计。明确问题后，就要考虑各种限制条件来进行设计。例如制作三球运动演示模型，可能会受到材料成本、制作工艺难度、展示场地大小等条件限制。在这些限制下，设计出模型的结构、运动方式等具体方案，所以这一步紧跟在明确问题之后。 ①制作一个模型。有了设计方案，接下来就是按照设计把模型制作出来。将设计从图纸或设想转化为实际的模型，这是将前面的规划付诸实践的关键步骤。 ④测试这个模型、评估并改进。模型制作完成后，需要对其进行测试，看看是否能达成最初明确的要解决的问题，比如三球运动演示模型是否能准确展示预定的运动关系。通过测试发现模型存在的问题，然后进行评估并加以改进，使模型更加完善。 ③发布成果。当模型经过测试、评估和改进，达到了比较理想的状态后，就可以将成果发布出来，向他人展示这个三球运动演示模型的成果和意义等。综合以上分析，符合工程实践过程的是⑤②①④③。故选：D。 5.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 【答案】C 【解析】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。 6.三球运动演示模型制作评价表的作用不包含下列选项中的（　　） A．帮助我们明确模型的制作工艺 B．指导我们选择合适的工具 C．帮助我们明确模型设计的限制条件 D．帮助我们理解模型的科学原理 【答案】D 【解析】A、制作评价表通常会涉及对模型制作工艺的要求和评价标准，比如模型的拼接工艺是否精细、材料的处理工艺是否得当等。通过评价表可以让制作者清楚了解到模型制作工艺方面需要达到的水平，所以它能帮助我们明确模型的制作工艺，A选项不符合题意。 B、制作评价表可能会提及制作模型所需的工具相关内容。例如，如果模型需要切割材料，评价表可能会要求使用合适的切割工具以保证切割精度，这就可以指导我们选择合适的工具，B选项不符合题意。 C、模型设计往往存在一些限制条件，如材料的可获取性、成本限制、制作时间限制等。评价表可以明确这些限制条件，比如规定模型制作成本不能超过一定金额，或者必须在特定时间内完成等，帮助制作者在设计模型时考虑这些因素，C选项不符合题意。 D、模型的科学原理主要是通过对模型所代表的科学现象、规律的学习和理解来掌握的，而制作评价表主要侧重于对模型制作过程、工艺、符合要求程度等方面的评价，并不直接帮助我们理解模型背后的科学原理，D选项符合题意。故选：D。 题型 工程设计的过程 工程设计的过程：明确问题，设计方案（①概念设计②具体设计），实施方案，检验产品，改进完善。 1、工程可以很简单，也可以很复杂 拉链笔记本电路 2、一个好的工程设计能够提前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。 题型 我们的工程实践 1、明确问题 任务：设计制作“三球运动演示模型”，能够演白食和月食的成因， 限制条件：材料包括木板、地球小模型、LED灯等，工具包括锯子、砂纸等。 验收标准： 三球运动演示模型制作验收标准 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 2.设计方案。 三球运动演示模型具体为两大模块。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放置，尺寸大小应该如何选择？ 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 (2)材料和工具的选择 (3)设计方案并绘制草图 3.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。 4.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。 活学活用 【例1】制作日地月三球相对运动模型时，在确定标准环节，不需要考虑的因素是（　　） A．天体运行周期的比例 B．天体间距离的比例 C．模型材料的颜色 D．模型的大小和重量 【答案】C 【解析】天体运行周期是日地月三球相对运动的重要特征之一。在制作模型时，考虑天体运行周期的比例，能够更准确地模拟和展示日地月之间的相对运动规律，所以该因素需要考虑，A错误。 天体间距离影响着它们之间的相互作用和相对位置关系。确定天体间距离的比例，有助于更真实地呈现日地月的空间分布和运动状态，所以该因素需要考虑，B错误。 模型材料的颜色主要影响模型的外观视觉效果，与日地月三球相对运动的本质特征和规律并无直接关联，在确定标准环节不需要考虑，C正确。 模型的大小和重量会影响模型的稳定性、可操作性以及展示效果等。合适的大小和重量对于模型的制作、摆放和演示都很重要，所以该因素需要考虑，D错误。故选：C。 【例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 【答案】A 【解析】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。 【例3】科学家采用科学的方法去发现自然界的规律和原理，而工程师则采用工程的方法解决问题。下列为工程师所研究的事项是（　　） A．风是如何形成的 B．如何制造风力产品 C．风的主要驱动力是什么 D．为什么不同地方的风速和风向会有所不同 【答案】B 【解析】A.“风是如何形成的”主要是探究自然现象背后的科学原理，这更侧重于科学家通过科学研究去揭示自然界中大气运动形成风的机制，属于科学研究范畴，而不是工程师解决实际问题的范畴，所以A选项不符合工程师研究事项。 B.“如何制造风力产品”工程师的职责就是运用工程方法来解决实际产品的制造问题。在制造风力产品时，工程师需要考虑材料选择、结构设计、工艺优化等一系列工程方面的因素，以实现将风力这种自然能源转化为可利用的产品，这是典型的工程师运用工程方法解决实际问题的体现，所以B选项符合工程师研究事项。 C.“风的主要驱动力是什么”是对风形成原因中驱动力的探究，属于对自然规律和原理的探索，是科学家研究的领域，而不是工程师主要关注的解决实际问题的方向，所以C选项不符合工程师研究事项。 D.“为什么不同地方的风速和风向会有所不同”是在探究自然现象背后的科学原理，涉及到地理、气象等多方面的科学知识，科学家通过研究各种自然因素来解释这种现象，属于科学研究内容，并非工程师解决实际问题的工作，所以D选项不符合工程师研究事项。故选：B。 素养提升 1.某校科技小组同学参加科技节，利用生活中常见的材料自制橡皮筋动力小车，如图，其部分评价量表如表一所示。 表一 橡皮筋动力小车模型评价量表（节选） 评价指标 优秀 良好 待改进 指标一 车身稳定 车体略有倾 斜但不影响行驶 指标二 行驶距离远近可调 行驶距离不可调 不能行驶 （1）将评价量表一中“指标一”的待改进内容补充完整： 。 （2）该小车的工作原理是把弹性势能转化成 能。 （3）小组同学为探究小车运动距离的影响因素有哪些，设计实验并获得以下数据，如表二所示。 表二 橡皮筋材料 合成橡胶 橡皮筋缠绕圈数 10圈 橡皮筋粗细 粗 细 实验次数 1 2 3 1 2 3 小车行驶距离（厘米） 120 125 130 110 108 112 平均距离（厘米） 125 109 根据实验结果和数据，你能得出什么结论？ 。 【答案】（1）车体倾斜严重，无法正常行驶；（2）动；（3）橡皮筋缠绕圈数相同时，橡皮筋越粗小车运动距离越远。 【解析】（1）小车无法完成正常的功能（车体倾斜严重，无法正常行驶）时需要改进； （2）该小车的工作原理是把橡皮筋弹性势能转化成动能； （3）根据实验数据可知：橡皮筋缠绕圈数相同时，橡皮筋越粗小车运动距离越远。 2.中国首辆火星车“祝融号”于2021年5月22日成功到达火星表面。设计火星车时要综合考虑火星表面光照弱、温度低、随时会出现尖锐砂石以及不可预估的沙尘天气等不利因素。为了帮助同学们更加深入地了解“祝融号”火星车，老师让大家自主设计制造一辆“火星车”。 （1）设计制作“火星车”的步骤有： ①设计方案②实施计划③明确问题④改进完善⑤发布成果⑥检验产品 请按先后顺序将它们排序： （填序号）。 （2）“祝融号”火星车比“玉兔二号”月球车设计了更大尺寸的太阳能板，是为了 。 A.接受更多的太阳能 B.美观漂亮 C.方便控制行进时转向 （3）根据下面“火星车”模型测试记录表，可以知道第 组制作的模型最好。还可以从哪些方面对“火星车”进行评价？ （试举一例）。 光电转换率 保温性 抗震性 平稳性 设计图文与说明 第一组 3分 2分 1分 1分 3分 第二组 2分 3分 2分 3分 2分 第三组 1分 1分 3分 2分 2分 【答案】（1）③①②⑥④⑤（2）A（3）二，结构稳定性：在不同地形（如模拟的火星崎岖地形）上行驶或放置时，结构是否稳固，是否容易出现变形或损坏。材料的耐用性：例如模型所使用的材料在模拟火星环境（如温度变化、风沙等）下的耐受程度和使用寿命。能源利用效率：除了光电转换效率外，还可以考虑整体能源的消耗与利用情况，比如在相同任务下的能源消耗多少等。 【解析】（1）考查设计制作“火星车”的步骤排序。设计制作一个产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，所以第一步是③明确问题；接着根据明确的问题进行设计方案，即①设计方案；然后按照设计好的方案实施计划，即②实施计划；实施计划后会得到产品，需要对产品进行检验，即⑥检验产品；检验后根据发现的问题进行改进完善，即④改进完善；最后将成果发布，即⑤发布成果。因此，正确的排序是③①②⑥④⑤。 （2）考查“祝融号”火星车设计更大尺寸太阳能板的原因。 A、火星距离太阳比月球更远，接收到的太阳辐射更少，太阳能板面积越大，能够接收到的太阳能就越多，这样才能为火星车提供足够的能量来维持其运行和工作，符合题意。 B、“焚烧漂亮”这种说法是不合理的，太阳能板的主要功能是收集能量，不是为了外观漂亮； C、方便控制行进时转向与太阳能板的尺寸大小并无直接关联。故选：A。 （3）考查设计评价。从表格数据来看，第二组的各项得分总和相对较高，所以可以认为第二组制作的模型最好。还可以从以下方面对“火星车”进行评价：材料的耐用性：例如模型所使用的材料在模拟火星环境（如温度变化、风沙等）下的耐受程度和使用寿命。能源利用效率：除了光电转换效率外，还可以考虑整体能源的消耗与利用情况，比如在相同任务下的能源消耗多少等。结构稳定性：在不同地形（如模拟的火星崎岖地形）上行驶或放置时，结构是否稳固，是否容易出现变形或损坏。 3.篮球场上没有凳子，请根据所学的工程与技术知识，设计一条板凳。设计要求：a.稳定坚固；b.坐着舒适；c.承重性好；d.可多张叠放。基于设计要求，解决下列问题： （1）板凳设计过程中，不需要考虑的因素是 。 A.木工工艺知识 B.加工板凳的工具 C.篮球场的大小 D.人的身高和体重 （2）板凳设计存在以下过程：①设计方案；②明确问题；③检验作品；④改进完善；⑤实施计划；⑥发布成果，先后顺序正确的是 。 A.①②③④⑤⑥ B.②①⑤③④⑥ C.①②③⑤④⑥ D.②①③⑤④⑥ （3）针对板凳的设计要求，需对其进行技术试验，下列试验方法最不需要进行的是 。 A.进行燃烧实验判断防火性能 B.进行叠放凳子最多条数试验 C.邀请不同身高和体重的同学试坐板凳 D.测试板凳在不同倾斜角度下倾倒情况 （4）从板凳的稳定坚固和可多张叠放分析，以下四条板凳模型最符合要求的是 。 【答案】（1）C；（2）B；（3）A；（4）A。 【解析】（1）板凳设计过程中，需要木工知识、以及工具和适用性，不需要考虑的因素是篮球场的大小，故选：C。 （2）板凳设计需要明确问题、设计方案、实施计划、检验作品、改进完善、发布成果，故正确的顺序是②①⑤③④⑥，故选：B。 （3）针对板凳的设计要求，需对其进行技术试验，因为木柴具有可燃性，不需要进行燃烧实验判断防火性能，故选：A。 （4）从板凳的稳定坚固和可多张叠放分析，需要增大底面积且有支撑架，同时可堆叠，故选：A。 4.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 【答案】（1）设计环节 （2）C 【解析】（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。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。 5.电风扇是夏天必备的乘凉工具，小明想知道风扇产生的空气流动强度大小与风扇的哪些因素有关并设计一个最合适的电风扇。请按工程设计思路来完成这个探究问题。 ①明确问题：他猜想可能与风扇的扇叶宽度和扇叶倾斜角度有关系。 ②设计方案：为此他制作了几个不同的小风扇，用转速为300转/分的电动机分别带动，去吹动同一位置的同一纸片（如图所示）． ③实施计划：下表为实验记录的数据。 序号 扇叶宽度 扇叶倾斜角度θ 扇叶长度 纸片被吹起的角度α 1 3cm 30° 7cm 30° 2 2cm 30° 7cm 20° 3 3cm 50° 7cm 40° ④根据表格确定影响因素：分析表格中的序号1和2的两次实验数据，小明可以得出的初步结论为 。 ⑤改进完善：为了使实验结论更可靠，除了每组实验重复多做几次外，请你再写出一点改进建议： 。 结果：小明在探究的基础上完成了自己的作品 【答案】④在扇叶倾斜角度和长度一定的情况下，扇叶越宽，扇叶产生的空气流动强度越大 ⑤多次改变扇叶宽度及扇叶倾斜角度进行实验 【解析】④1和2的两次实验数据，扇叶倾斜角度和扇叶长度相同，扇叶宽度不同，纸片被吹起的角度不同，且扇叶越宽，纸片被吹起的角度越大，可得在扇叶倾斜角度和长度一定的情况下，扇叶越宽，扇叶产生的空气流动强度越大； ⑤为了使实验结论更可靠，除了每组实验重复多做几次外，可多次改变扇叶宽度及扇叶倾斜角度进行实验。 6.某兴趣小组同学在老师指导下开展了“制作水火箭”的项目化学习： 序号 水量/mL 倾角/度 平均射程/m 1 100 30 16.4 2 200 30 7.7 3 300 30 6 4 200 45 24 5 200 60 14.5 （1）阶段一：发射准备。 该小组利用汽水瓶等材料制作了水火箭，箭体部分结构如图甲所示，在选择发射底座时，该组同学认为金属底座比塑料底座更好，请说明原因： 。 （2）阶段二：升空测试。 如图乙，往550mL的瓶中加入适量的水，塞好瓶塞后放在发射底座上，用气筒向瓶内打气，当瓶内气体压强达到一定程度时，高压气休会将水和橡皮塞从瓶口压出，水火箭飞向高空。发射成功后，测量水平方向的射程，多次实验求平均值。改变瓶中的水量及发射倾角，重复上述实验步骤，实验结果如表所示。某次实验时瓶中的水量为150mL，测得平均射程为7.7m，则此次发射角度可能是 。 A.15° B.30° C.45° D.60° 【答案】（1）金属底座比塑料底座的稳定性好 （2）A 【解析】（1）金属底座比塑料底座的稳定性好，所以金属底座比塑料底座更好； （2）分析表格数据可知发射角度一定时，水量越大，平均射程越近，水量一定时，发射角度为45°时，射程最远，某次实验时瓶中的水量为150mL，测得平均射程为7.7m，则此次发射角度可能是A。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $