2020版 人教版 高中通-用技术 选择性必修3工程设计基础《第三章 工程设计建模》大单元整体教学设计2020课标

版人教版高中通用技术选择性必修3工程设计基础《第三章工程设计建模》大单元整体教学设计[2020课标]一、内容分析与整合二、《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》分解三、学情分析四、大主题或大概念设计五、大单元目标叙写六、大单元教学重点七、大单元教学难点八、大单元整体教学思路九、学业评价十、大单元实施思路及教学结构图十一、大情境、大任务创设十二、单元学历案十三、学科实践与跨学科学习设计十四、大单元作业设计十五、“教-学-评”一致性课时设计十六、大单元教学反思一、内容分析与整合（一）教学内容分析《工程设计建模》是高中通用技术选择性必修3《工程设计基础》中的第三章，主要聚焦于工程设计过程中的建模技术，包括工程模型的主要类型、计算机建模与仿真、以及快速成型与测试三个核心内容。本章通过理论学习与实践操作相结合的方式，使学生深入理解并掌握工程设计建模的基本原理、方法和技能，培养学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。工程模型的主要类型：本节介绍工程模型的基本概念、分类及其在工程设计中的作用。通过学习，学生将了解物理模型和符号模型的特点，以及它们在工程设计不同阶段的应用。计算机建模与仿真：本节探讨计算机技术在工程设计建模中的应用，包括计算机几何建模、有限元分析和系统仿真。学生将学习如何使用CAD软件进行三维建模，理解有限元分析的基本原理，并掌握系统仿真的基本方法。快速成型与测试：本节介绍快速成型技术的基本原理和流程，包括原型制作、测试和优化的方法。学生将通过实践操作，掌握快速成型设备的使用，并学会对设计模型进行测试和优化。（二）单元内容分析1.工程模型的主要类型核心概念：工程模型、物理模型、符号模型学习目标：了解工程模型在工程设计中的作用和分类。掌握物理模型和符号模型的特点及应用场景。能够根据设计需求选择合适的模型类型。2.计算机建模与仿真核心概念：计算机几何建模、有限元分析、系统仿真学习目标：理解计算机建模在工程设计中的重要性。掌握CAD软件的基本操作，能够进行三维建模。了解有限元分析的基本原理，能够应用有限元分析软件进行结构分析。掌握系统仿真的基本方法，能够进行简单的系统仿真实验。3.快速成型与测试核心概念：快速成型技术、原型制作、测试与优化学习目标：了解快速成型技术的基本原理和流程。掌握快速成型设备的基本操作，能够制作设计模型。学会对设计模型进行测试，并根据测试结果进行优化。（三）单元内容整合本章内容围绕工程设计建模展开，从工程模型的基本概念出发，逐步深入到计算机建模与仿真、快速成型与测试等高级技术。通过整合这些内容，学生将形成一个完整的工程设计建模知识体系，并能够通过实践操作将理论知识转化为实际技能。在教学过程中，可以采用项目式学习的方式，让学生以团队合作的形式完成一个具体的工程设计建模项目。从需求分析、模型选择、计算机建模、仿真分析到快速成型与测试，每个环节都要求学生积极参与，从而全面提升他们的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。二、《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》分解通用技术的核心素养目标（一）技术意识目标描述：学生能够形成对人工世界和人技关系的基本观念，理解技术的规范、标准与专利意识。学生能就某一技术领域对人、社会、环境的影响作出理性分析，形成技术的安全和责任意识、生态文明与环保意识、技术伦理与道德意识。学生能把握技术的基本性质，理解技术与人类文明的有机联系，形成对技术文化的理解与主动适应。在《工程设计建模》单元中，通过学习工程模型的主要类型，学生能够理解模型在工程设计中的重要作用，认识到技术模型对于提高设计效率和准确性的价值。通过计算机建模与仿真的学习，学生能够进一步理解技术在工程设计中的应用，增强技术安全意识和责任意识。（二）工程思维目标描述：学生能认识系统与工程的多样性和复杂性，运用系统分析的方法，针对某一具体技术领域的问题进行要素分析、整体规划，并运用模拟和简易建模等方法进行设计。学生能领悟结构、流程、系统、控制等基本思想和方法并加以运用。学生能进行简单的风险评估和综合决策。在《工程设计建模》单元中，通过学习计算机建模与仿真和快速成型与测试，学生能够掌握系统分析的方法，学会运用模拟和建模手段解决工程设计中的复杂问题。通过实践操作，学生能够培养结构、流程、系统、控制等基本思想和方法的应用能力，提高工程决策和风险评估的能力。（三）创新设计目标描述：学生能在发现与明确问题的基础上，收集相关信息，并运用人机关系及相关理论进行综合分析，提出符合设计原则且具有一定创造性的构思方案。学生能进行技术性能和指标的技术试验、技术探究等实践操作，准确地观测、记录与分析。学生能综合各种社会文化因素评价设计方案并加以优化。在《工程设计建模》单元中，通过项目式学习的方式，鼓励学生发挥创新思维，提出具有创造性的设计方案。通过技术试验和探究实践操作，培养学生的观察、记录和分析能力。通过综合评价设计方案的社会文化因素，优化设计方案，提高学生的创新设计能力。（四）图样表达目标描述：学生能识读简单的机械加工图、电子线路图、效果图、装配图等常见技术图样。学生能分析技术对象的图样特征，会用手工和二维、三维设计软件绘制简单的技术图样。学生能通过图样表达设计构想，用技术语言实现有形与无形、抽象与具体的思维转换。在《工程设计建模》单元中，通过学习CAD软件和三维建模技术，学生能够掌握二维和三维技术图样的绘制方法。通过项目实践，学生能够运用图样表达设计构想，实现设计思维的具体化。这不仅有助于提高学生的图样表达能力，还有助于培养他们的空间想象能力和创新思维。（五）物化能力目标描述：学生能知道常见材料的属性和常用工具、基本设备的使用方法。学生能根据方案设计要求，进行材料选择、测试与规划，工具选择与使用，工艺设计与产品制作。学生能独立完成模型或产品的成型制作、装配及测试，具有较强的动手实践与创造能力。在《工程设计建模》单元中，通过快速成型与测试的学习和实践操作，学生能够掌握模型制作和测试的基本方法。通过选择合适的材料和工具进行产品制作和装配，培养学生的动手实践能力和物化能力。这不仅有助于提高学生的实际操作技能，还有助于培养他们的工程实践能力和创新精神。三、学情分析（一）已知内容分析在进入选择性必修3《工程设计基础》第三章《工程设计建模》的学习之前，学生已经完成了必修模块《技术与设计1》和《技术与设计2》的学习，并初步掌握了技术设计的一般过程、技术设计的基本原则、技术图样表达方法、结构设计、流程设计、系统设计和控制设计等基础知识。在《技术与设计2》模块中，学生已经对工程有了一定的了解，包括系统的基本特性、结构设计与分析、流程设计与优化、系统设计与优化以及控制设计与应用等内容。在选择性必修3《工程设计基础》的前两章中，学生已经对工程设计的概念、一般过程、性能需求、生命周期、质量控制等要素有了初步的认识。具体来说，学生在已知内容方面已经具备以下几点能力：技术设计与分析能力：能够明确问题、制定设计方案、进行技术试验和优化。技术图样表达能力：能够识读和绘制简单的机械加工图、电子线路图、流程图、控制系统方框图等。系统分析与优化能力：能够理解系统的基本特性，运用系统分析方法进行技术设计。工程设计的初步认识：了解工程设计的一般过程、性能需求、质量控制等基本要素。（二）新知内容分析本章《工程设计建模》的主要内容是介绍工程模型的主要类型、计算机建模与仿真、快速成型与测试等。这些内容相对于之前的学习来说，更加侧重于工程设计中的实际操作和计算机辅助技术的应用。具体来说，新知内容主要包括以下几个方面：工程模型的主要类型：学生需要了解物理模型和符号模型的区别与联系，以及它们在工程设计中的作用。计算机建模与仿真：学生需要掌握计算机建模的基本方法，了解有限元分析、系统仿真等计算机辅助设计技术，并能够运用这些技术进行简单的工程设计仿真。快速成型与测试：学生需要了解快速成型技术的基本原理和应用，掌握快速原型制作的基本步骤，并能够进行简单的产品测试和分析。这些新知内容不仅要求学生具备扎实的理论基础，还要求学生具备较强的实践操作能力，能够运用计算机辅助设计技术进行工程设计，并通过测试和仿真验证设计的可行性。（三）学生学习能力分析通过之前的学习，学生在技术设计与分析、技术图样表达、系统分析与优化等方面已经具备了一定的能力。在工程设计建模方面，学生的学习能力可能还存在以下特点：理论与实践结合能力：学生能够理解工程设计建模的理论知识，但在将理论知识应用于实际操作时可能会遇到困难。计算机辅助设计能力：学生可能对计算机辅助设计技术感到陌生，需要一定的时间来熟悉和掌握相关软件的操作。创新思维与问题解决能力：在工程设计建模过程中，学生需要具备创新思维和问题解决能力，能够根据实际需求提出创新性的设计方案，并通过仿真和测试验证方案的可行性。针对这些特点，教师在教学过程中需要注重理论与实践的结合，通过案例教学和项目实践来帮助学生提高计算机辅助设计能力，并通过小组讨论和合作学习来培养学生的创新思维和问题解决能力。（四）学习障碍突破策略针对学生在学习工程设计建模过程中可能遇到的学习障碍，教师可以采取以下策略来帮助学生突破：强化理论与实践的结合案例教学：通过引入实际工程案例，让学生在具体情境中理解工程设计建模的理论知识和应用方法。项目实践：设计一些与课程内容相关的项目实践任务，让学生在实践中应用所学知识，提高实践操作能力。提高计算机辅助设计能力软件培训：组织专门的软件培训课程，让学生熟悉和掌握计算机辅助设计软件的基本操作。实操演练：通过实操演练来帮助学生提高软件操作水平，例如组织学生进行计算机建模和仿真的实际操作练习。培养创新思维与问题解决能力小组讨论：通过小组讨论来激发学生的创新思维，鼓励学生提出创新性的设计方案。问题引导：教师在教学过程中设置一些具有挑战性的问题，引导学生主动思考和解决问题，从而提高学生的问题解决能力。建立学习共同体合作学习：鼓励学生进行合作学习，通过小组分工和协作来完成项目任务，从而培养学生的团队合作精神和沟通能力。资源共享：建立学习资源共享平台，让学生可以方便地获取和分享学习资源，提高学习效率。个性化辅导与反馈个别指导：针对学生在学习过程中遇到的问题进行个别指导，帮助学生及时解决问题。及时反馈：对学生的学习成果进行及时评价和反馈，让学生及时了解自己的学习情况和进步程度，从而激发学生的学习积极性。通过以上策略的实施，教师可以帮助学生克服在学习工程设计建模过程中可能遇到的学习障碍，提高学生的工程设计建模能力和创新思维与问题解决能力。四、大主题或大概念设计本大单元以“工程设计建模：构建未来工程师的设计思维与实践能力”为大主题，旨在通过深入学习工程模型的主要类型、计算机建模与仿真、快速成型与测试等内容，帮助学生全面掌握工程设计建模的核心技能，培养未来工程师所需的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。五、大单元目标叙写通用技术的核心素养目标：（一）技术意识：学生能够理解工程设计的价值，认识到工程模型在工程设计中的重要性，具备从技术角度分析和解决实际工程问题的能力，形成正确的技术价值观和使用技术的责任感。（二）工程思维：学生能够运用系统分析和比较权衡的方法，理解工程设计的复杂性和多样性，能够识别工程问题，提出解决方案，并进行评估和优化，初步形成工程设计的系统思维。（三）创新设计：学生能够结合实际需求，运用创新思维和方法进行工程设计建模，提出创新性的解决方案，并能够通过图样和模型清晰地表达设计思想。（四）图样表达：学生能够掌握常用的工程图样表达方法，能够准确绘制和理解工程图样，通过图样进行技术交流和沟通。（五）物化能力：学生能够根据设计方案，选择合适的材料和工具，进行工程模型的制作和测试，具备将设计思想转化为实际产品的能力。六、大单元教学重点工程模型的主要类型及其在工程设计中的应用：掌握物理模型和符号模型的特点、作用及其在工程设计中的应用场景，理解不同类型模型在工程设计不同阶段的重要性。计算机建模与仿真技术：掌握计算机建模的基本原理和方法，能够运用CAD软件进行三维建模，理解有限元分析和系统仿真的基本概念和应用，能够进行简单的工程仿真和优化。快速成型与测试技术：了解快速成型技术的基本原理和流程，掌握三维打印等快速成型设备的使用，能够进行工程模型的快速制作和测试，理解测试在工程模型验证中的作用。七、大单元教学难点模型选择与工程设计阶段的匹配：理解在不同工程设计阶段需要选择不同类型的模型，并能够根据实际情况灵活选择和应用。计算机建模与仿真的精度与效率：如何在保证建模精度的同时提高仿真效率，处理复杂工程问题的仿真分析，以及仿真结果的准确解读和应用。快速成型技术的材料选择与工艺优化：理解不同材料的性能和应用场景，能够根据设计需求选择合适的快速成型材料和工艺，解决在模型制作过程中可能出现的问题。详细教学设计（部分示例）第一节工程模型的主要类型教学目标：理解工程模型在工程设计中的作用和重要性。掌握物理模型和符号模型的特点和应用场景。能够根据工程设计需求选择合适的模型类型。教学活动：案例分析：选取典型的工程设计案例，如桥梁设计、建筑设计等，分析在不同设计阶段使用的模型类型及其作用。小组讨论：分组讨论不同类型模型（如物理模型、符号模型）的优缺点，以及它们在不同工程设计阶段的应用。实践操作：动手制作简单的物理模型（如桥梁结构模型）和符号模型（如流程图），加深对模型类型的理解。学业评价：通过小组讨论和汇报，评价学生对模型类型的理解和应用能力。通过实践操作，评价学生的动手能力和模型制作质量。第二节计算机建模与仿真教学目标：理解计算机建模的基本原理和方法。掌握CAD软件进行三维建模的基本操作。能够运用有限元分析和系统仿真工具进行简单的工程仿真。教学活动：理论讲解：介绍计算机建模的基本原理、CAD软件的基本操作和有限元分析的基本概念。软件实操：分组进行CAD软件的三维建模实操，完成简单的工程设计模型。仿真分析：选取典型的工程结构（如梁、板等），运用有限元分析软件进行仿真分析，理解仿真结果的意义。学业评价：通过软件实操，评价学生的CAD建模能力和对有限元分析的理解。通过仿真分析报告，评价学生的仿真分析能力和问题解决能力。第三节快速成型与测试教学目标：理解快速成型技术的基本原理和流程。掌握三维打印等快速成型设备的基本操作。能够进行工程模型的快速制作和测试。教学活动：理论介绍：介绍快速成型技术的基本原理、设备类型和应用场景。设备实操：分组进行三维打印设备的操作练习，完成简单的工程模型制作。模型测试：对制作的工程模型进行测试，分析测试结果，讨论可能的改进方案。学业评价：通过设备实操，评价学生的快速成型设备操作能力和模型制作质量。通过模型测试和分析报告，评价学生的问题解决能力和创新思维。通过以上详细的教学设计，旨在帮助学生全面掌握工程设计建模的核心技能，培养未来工程师所需的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。在教学过程中，注重理论与实践相结合，通过案例分析、小组讨论、实践操作等多种教学方式，激发学生的学习兴趣和主动性，提高教学效果。八、大单元整体教学思路教学目标设定根据《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，结合2020版人教版高中通用技术选择性必修3《工程设计基础》第三章《工程设计建模》的教学内容，本大单元的教学目标设定将围绕通用技术的核心素养目标展开，具体包括技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力五个方面。（一）技术意识理解模型的重要性：学生能够认识到在工程设计中，模型是连接设计理念和实际产品的桥梁，理解不同类型模型（物理模型和符号模型）在工程设计中的作用。技术决策能力：通过模型的分析与比较，学生能够基于技术因素和非技术因素（如经济、环境、社会等）进行技术决策，形成合理的技术选择意识。技术与社会的关系：学生能够理解技术发展对社会、环境和文化的影响，形成对技术发展的全面认识和责任感。（二）工程思维系统分析与设计：学生能够运用系统思维，对工程设计问题进行系统分析，理解各组成部分之间的相互作用和整体性能的优化。模型构建与应用：学生能够根据工程设计需求，选择合适的模型类型进行构建，理解模型在工程设计迭代过程中的作用。风险评估与管理：通过模型仿真和测试，学生能够识别工程设计中的潜在风险，并进行风险评估和管理，确保设计方案的可行性和安全性。（三）创新设计创新思维培养：鼓励学生运用创新思维，结合工程设计建模，提出新颖的设计方案，解决复杂的工程问题。设计优化与迭代：通过模型的构建、仿真和测试，学生能够不断优化设计方案，实现设计的迭代升级，提高设计的创新性和实用性。跨学科融合：引导学生将不同学科的知识和方法融入工程设计建模中，实现跨学科的创新设计。（四）图样表达技术图样绘制：学生能够熟练运用二维和三维设计软件，绘制精确、规范的技术图样，表达设计思想。图样交流与沟通：通过技术图样的绘制和交流，学生能够有效地与团队成员、客户和供应商进行沟通，确保设计意图的准确传达。图样优化与迭代：基于模型仿真和测试结果，学生能够根据反馈对技术图样进行优化和迭代，提高图样的准确性和实用性。（五）物化能力材料选择与加工：学生能够根据设计需求，选择合适的材料，并了解材料的加工方法和性能特点。模型制作与装配：通过手工或快速成型技术，学生能够制作精确的工程模型，并进行装配和调试。质量控制与测试：学生能够运用各种测试方法对模型进行质量控制和性能测试，确保模型符合设计要求。教学重点与难点教学重点模型类型与构建方法：理解物理模型和符号模型的特点和构建方法，掌握不同类型模型在工程设计中的应用。计算机建模与仿真：掌握计算机建模软件的使用方法，能够进行工程设计的三维建模和仿真分析。快速成型技术：了解快速成型技术的原理和应用，能够运用快速成型技术制作工程模型。教学难点系统分析与模型构建：如何运用系统思维对工程问题进行分析，并构建合适的模型进行仿真和测试。跨学科知识融合：如何在工程设计建模中融合不同学科的知识和方法，实现创新设计。模型优化与迭代：如何基于模型仿真和测试结果对设计方案进行优化和迭代，提高设计的实用性和创新性。教学策略与方法教学策略情境教学：通过创设真实的工程设计情境，激发学生的学习兴趣和主动性，提高教学效果。项目驱动：以项目为载体，引导学生在完成项目的过程中学习工程设计建模的知识和技能。合作学习：鼓励学生进行小组合作，共同解决问题，培养团队协作和沟通能力。教学方法讲授法：通过教师的讲解和演示，帮助学生理解工程设计建模的基本原理和方法。案例分析法：通过分析典型的工程设计案例，引导学生理解模型在工程设计中的作用和应用。实践操作法：通过手工或快速成型技术制作工程模型，提高学生的物化能力和实践经验。仿真模拟法：运用计算机建模软件进行工程设计的三维建模和仿真分析，提高学生的计算机建模能力。学业评价评价原则全面性：评价应涵盖技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力五个方面，确保评价的全面性。过程性：注重对学生学习过程的评价，关注学生在学习过程中的表现和努力程度。发展性：评价应关注学生的发展潜力，鼓励学生不断挑战自我，实现自我超越。评价方式课堂表现评价：通过观察学生在课堂上的参与度、合作精神和创新思维等方面进行评价。项目作业评价：通过评价学生的项目作业，了解学生对工程设计建模知识和技能的掌握情况。测试评价：通过定期测试和期末考试等方式，对学生的学习成果进行评价。自我评价与同伴评价：鼓励学生进行自我评价和同伴评价，提高学生的自我反思能力和团队协作能力。教学内容与活动安排第1节工程模型的主要类型教学内容工程模型的概念与作用物理模型与符号模型的特点与应用模型在工程设计中的迭代与优化教学活动案例分析：分析不同类型模型在工程设计中的应用小组讨论：探讨模型在工程设计中的重要性动手实践：制作简单的物理模型（如桥梁模型）第2节计算机建模与仿真教学内容计算机建模软件的基本操作三维建模与装配有限元分析与仿真教学活动软件演示：介绍常用的计算机建模软件实践操作：运用计算机建模软件进行三维建模仿真分析：对模型进行有限元分析，理解仿真结果第3节快速成型与测试教学内容快速成型技术的原理与应用快速成型设备的操作与维护模型的测试与优化教学活动技术讲座：邀请专家介绍快速成型技术的发展与应用动手实践：运用快速成型技术制作工程模型测试与优化：对模型进行性能测试，根据反馈进行优化教学资源与环境教学资源教材与教辅资料：2020版人教版高中通用技术选择性必修3《工程设计基础》教材及相关教辅资料。计算机建模软件：如SolidWorks、AutoCAD、Ansys等常用的计算机建模和仿真软件。快速成型设备：如3D打印机等快速成型设备。测试设备：如万能试验机、疲劳试验机等用于模型测试的设备。教学环境专用教室：配备计算机、快速成型设备和测试设备的专用教室。网络环境：稳定的网络环境，便于学生下载和使用在线资源和软件。合作与交流空间：提供足够的合作与交流空间，便于学生进行小组讨论和协作学习。通过以上教学思路的设计与实施，旨在全面提升学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力，为学生的未来发展和终身学习奠定坚实的基础。九、学业评价一、教学目标通过本章“工程设计建模”的学习，学生应能够：技术意识：理解工程模型在工程设计中的重要性，认识到不同类型的模型在工程设计不同阶段的应用价值，形成通过模型预测和解决实际工程问题的意识。工程思维：掌握工程模型的主要类型及其特点，理解计算机建模与仿真的基本原理和方法，学会运用快速成型技术进行模型制作与测试，培养系统分析与工程决策的能力。创新设计：在掌握工程设计建模基本方法的基础上，能够进行模型的创新设计，结合实际需求提出优化方案，提升设计创新能力。图样表达：能够准确识读和绘制工程图样，运用计算机辅助设计软件进行三维建模，提高图样表达能力。物化能力：通过快速成型技术将设计模型物化，掌握模型制作与测试的基本技能，提升物化实现能力。二、学习目标工程模型的主要类型：理解物理模型、符号模型、计算机模型等不同类型的工程模型及其在工程设计中的应用。分析不同工程阶段所需模型的特点和要求，能够根据设计需求选择合适的模型类型。计算机建模与仿真：掌握计算机建模的基本方法，包括CAD软件的使用、有限元分析等。理解仿真技术在工程设计中的应用，能够进行简单的系统仿真和优化。快速成型与测试：了解快速成型技术的基本原理和流程，掌握常用的快速成型设备操作方法。能够进行模型制作与测试，分析测试结果并优化设计方案。三、评价目标设定（一）技术意识评价目标：学生能够识别工程设计过程中模型的重要性，理解不同模型类型在预测和解决实际问题中的作用。学生能够结合具体案例，分析模型在工程设计不同阶段的应用价值，形成通过模型改进设计、优化方案的技术意识。评价方式：通过案例分析、小组讨论等方式，评估学生对模型重要性的认识。通过设计任务或项目，观察学生在设计过程中是否主动运用模型进行预测和解决问题。（二）工程思维评价目标：学生能够准确描述工程模型的主要类型及其特点，理解不同类型模型在工程设计中的适用性。学生能够运用系统分析的方法，根据设计需求选择合适的模型类型，并进行合理的工程决策。评价方式：通过模型制作任务，评估学生对模型类型的选择和应用能力。通过项目报告或口头汇报，考察学生的工程决策过程和思维逻辑。（三）创新设计评价目标：学生能够在掌握基本建模方法的基础上，结合实际需求进行模型的创新设计。学生能够提出优化设计方案，体现创新思维和设计能力。评价方式：通过设计比赛或创新项目，评估学生的创新设计成果。通过同学互评和教师评价，考察学生的设计创新性和实用性。（四）图样表达评价目标：学生能够准确识读和绘制工程图样，掌握图样表达的基本规范。学生能够运用计算机辅助设计软件进行三维建模，提高图样表达的准确性和效率。评价方式：通过图样绘制任务或作业，评估学生的图样表达能力。通过上机操作考核，考察学生CAD软件的熟练程度和应用能力。（五）物化能力评价目标：学生能够通过快速成型技术将设计模型物化，掌握模型制作与测试的基本技能。学生能够对模型测试结果进行分析，优化设计方案，提升物化实现能力。评价方式：通过模型制作与测试任务，评估学生的物化实现能力和问题解决能力。通过实物展示和测试报告，考察学生的模型质量和优化效果。四、评价内容与方式（一）评价内容模型类型的识别与应用：考察学生对工程模型主要类型的理解及其在设计过程中的应用能力。计算机建模与仿真技能：评估学生使用CAD软件进行三维建模和有限元分析的能力。快速成型技术操作：考察学生快速成型设备的操作技能和模型制作能力。图样表达与文档撰写：评价学生的图样表达能力、设计报告撰写质量及创新性。物化实现与测试分析：检验学生的模型物化能力、测试结果分析及优化方案设计能力。（二）评价方式案例分析：通过具体案例分析，讨论模型在工程设计中的应用价值，提升学生的技术意识和工程思维。任务驱动：设计一系列模型制作与测试任务，让学生在实践中掌握建模、仿真、快速成型等技能。项目报告：要求学生撰写项目报告或设计说明书，总结设计思路、建模过程、测试结果及优化方案。实物展示与汇报：组织学生进行模型实物展示和口头汇报，评价其物化实现能力和表达能力。同学互评与教师评价：结合同学互评和教师评价，全面评估学生的学业表现，提出改进建议。五、评价实施建议明确评价标准：制定详细的评价标准，明确各项评价内容的具体要求和评分标准，确保评价的公正性和准确性。注重过程评价：关注学生在学习过程中的表现和进步，及时反馈评价结果，帮助学生改进学习方法，提高学习效果。鼓励创新实践：鼓励学生结合实际需求进行模型创新设计，提出优化方案，提升创新能力和实践能力。强化团队合作：通过小组合作等方式，培养学生的团队协作精神和沟通能力，共同完成任务和项目。利用信息技术：运用计算机辅助设计软件进行建模和仿真，提高评价效率和准确性，同时培养学生的信息技术应用能力。通过以上评价方式的实施，可以全面、客观地评估学生在“工程设计建模”章节的学习成果，促进其技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力的提升。十、大单元实施思路及教学结构图一、大单元实施思路本单元以《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》为指导，以2020版人教版高中通用技术选择性必修3《工程设计基础》第三章《工程设计建模》的教学内容为核心，旨在通过一系列的教学活动，帮助学生理解工程模型的主要类型、掌握计算机建模与仿真的方法、学会快速成型与测试技术，从而提升学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。具体实施思路如下：引入阶段：通过案例分析和讨论，激发学生对工程设计建模的兴趣，明确本单元的学习目标和重要性。理论学习阶段：分别讲解工程模型的主要类型、计算机建模与仿真、快速成型与测试的基本理论和方法，通过课堂讲解、演示和小组讨论等形式，帮助学生理解并掌握相关知识。实践操作阶段：组织学生进行实践操作，包括使用CAD软件进行计算机建模、利用有限元分析软件进行仿真优化、采用快速成型技术进行原型制作和测试等，让学生在实际操作中深化对理论知识的理解。综合评价阶段：通过项目评价、作品展示、小组讨论等形式，对学生的学习成果进行综合评价，鼓励学生反思学习过程，提出改进建议。二、教学目标设定（一）技术意识学生能够认识到工程设计建模在工程技术领域中的重要性，理解不同类型的工程模型在工程设计和决策中的作用。学生能够形成对工程设计建模过程的关注，具备初步的技术评估和选择能力。（二）工程思维学生能够理解并运用系统分析的方法，识别工程设计中的关键问题，并进行多因素分析。学生能够通过建模和仿真，对工程设计方案进行初步的优化和决策。（三）创新设计学生能够在理解工程模型类型的基础上，尝试提出创新性的建模思路和方法。学生能够运用所学知识，结合实际需求，进行创造性的工程设计建模实践。（四）图样表达学生能够熟练掌握工程图样的绘制方法，能够准确地用图样表达工程设计建模的思路和结果。学生能够理解并应用不同的图样表达方式，提高工程设计的可视化水平。（五）物化能力学生能够通过计算机建模和快速成型技术，将工程设计模型转化为实物原型。学生能够掌握快速成型设备的操作方法，对原型进行测试和优化，提高物化实现的能力。三、教学结构图工程设计建模├──工程模型的主要类型│├──物理模型│└──符号模型├──计算机建模与仿真│├──计算机建模的作用│├──有限元分析仿真│└──系统仿真└──快速成型与测试├──制作原型├──快速成型└──测试四、具体教学实施步骤第一步：引入阶段活动设计：展示一些典型的工程模型案例，如桥梁模型、建筑模型等，引导学生观察并讨论这些模型在工程设计中的作用。教学目标：激发学生对工程设计建模的兴趣，明确本单元的学习目标和重要性。核心素养培养：技术意识：认识到工程设计建模的重要性。工程思维：初步了解工程模型在工程设计中的应用。第二步：理论学习阶段活动1：工程模型的主要类型教学内容：介绍物理模型和符号模型的定义和特点。分析不同类型工程模型的优缺点和适用范围。教学方法：课堂讲解、案例分析、小组讨论。教学目标：学生能够理解和区分不同类型的工程模型。学生能够认识到不同类型的工程模型在工程设计中的作用。核心素养培养：技术意识：认识到不同类型工程模型的重要性。图样表达：初步了解工程图样的表达方式。活动2：计算机建模与仿真教学内容：介绍计算机建模的基本方法和步骤。讲解有限元分析仿真的原理和应用。演示系统仿真的过程和方法。教学方法：课堂讲解、软件演示、小组讨论。教学目标：学生能够掌握计算机建模的基本方法和步骤。学生能够理解有限元分析仿真和系统仿真的原理和应用。核心素养培养：工程思维：运用系统分析的方法理解工程设计问题。物化能力：初步掌握计算机建模的方法。活动3：快速成型与测试教学内容：介绍快速成型技术的原理和应用。讲解原型制作和测试的方法。教学方法：课堂讲解、视频演示、小组实践。教学目标：学生能够了解快速成型技术的原理和应用。学生能够掌握原型制作和测试的方法。核心素养培养：创新设计：尝试提出创新性的建模思路和方法。物化能力：掌握快速成型设备的操作方法。第三步：实践操作阶段活动设计：组织学生分组进行计算机建模实践，使用CAD软件绘制工程设计模型。利用有限元分析软件进行仿真优化，分析工程设计的性能和稳定性。采用快速成型技术进行原型制作，并进行测试和优化。教学目标：学生能够运用所学知识进行计算机建模和仿真优化。学生能够通过快速成型技术制作工程设计原型，并进行测试和优化。核心素养培养：工程思维：通过实践深化对工程设计问题的理解。物化能力：提高快速成型和测试的技能。图样表达：准确绘制工程设计图样。第四步：综合评价阶段活动设计：组织学生进行项目评价和作品展示，分享工程设计建模的经验和成果。通过小组讨论和反思，提出改进建议和未来学习的方向。教学目标：对学生的学习成果进行综合评价。鼓励学生反思学习过程，提出改进建议。核心素养培养：技术意识：关注工程设计建模的实际应用效果。工程思维：通过反思提升系统分析能力。创新设计：激发未来学习的创新动力。通过以上教学实施步骤，学生将能够全面理解和掌握工程设计建模的基本理论和方法，提升技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力，为未来的工程技术学习和职业发展打下坚实的基础。十一、大情境、大任务创设教学目标设定本教学设计以《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》为指导，结合2020版人教版高中通用技术选择性必修3《工程设计基础》第三章《工程设计建模》的教学内容，设定以下教学目标，涵盖通用技术的核心素养目标：（一）技术意识学生能够认识到工程设计建模在工程技术领域中的重要性，理解不同类型的工程模型在工程设计和决策中的作用。学生能够结合具体工程案例，分析技术选择、使用及决策过程中的伦理、安全、环保等问题，形成规范、安全的技术意识。（二）工程思维学生能够理解并运用系统分析的方法，识别工程设计中的关键问题，进行多因素分析。学生能够通过建模和仿真，对工程设计方案进行初步的优化和决策，培养系统的工程思维能力。（三）创新设计学生能够在理解工程模型类型的基础上，尝试提出创新性的建模思路和方法。学生能够结合实际需求，进行创造性的工程设计建模实践，培养创新意识和设计能力。（四）图样表达学生能够熟练掌握工程图样的绘制方法，准确地用图样表达工程设计建模的思路和结果。学生能够理解并应用不同的图样表达方式，提高工程设计的可视化水平。（五）物化能力学生能够通过计算机建模和快速成型技术，将工程设计模型转化为实物原型。学生能够掌握快速成型设备的操作方法，对原型进行测试和优化，提高物化实现的能力。大情境设计情境背景：随着城市化进程的加快，城市垃圾处理问题日益凸显。某市政府计划建设一座现代化的垃圾处理厂，以提升城市环境质量和居民生活质量。作为未来的工程师，同学们将参与到这一重要项目中，通过工程设计建模为垃圾处理厂的设计提供技术支持。情境任务：同学们将以小组为单位，承担垃圾处理厂中某一关键部分（如垃圾分拣系统、焚烧系统或填埋场防渗系统）的工程设计任务。通过工程设计建模，提出可行的设计方案，并进行优化和测试，最终形成详细的设计报告和模型原型。大任务设计任务一：项目启动与需求分析（2课时）活动设计：项目启动会议：教师介绍项目背景、目标和意义，明确各小组的任务分工。需求分析：各小组通过实地调研、文献查阅等方式，收集垃圾处理厂的相关数据和信息，分析项目需求和技术要求。初步方案设计：基于需求分析，各小组提出初步的工程设计方案，包括设计目标、设计原则、主要技术指标等。教学目标：培养学生的技术意识，使其认识到垃圾处理工程的重要性和复杂性。培养学生的工程思维，使其能够通过系统分析的方法识别关键问题。核心素养培养：技术意识：了解垃圾处理工程的技术背景和社会意义。工程思维：通过需求分析，培养系统分析和问题识别的能力。任务二：工程模型选择与构建（4课时）活动设计：工程模型类型学习：学习物理模型和符号模型的定义、特点和适用范围。模型选择：各小组根据设计需求，选择合适的工程模型类型（如物理模型用于结构展示，符号模型用于性能仿真）。模型构建：使用CAD软件进行计算机建模，构建垃圾处理系统的三维模型。教学目标：培养学生的图样表达能力和物化能力，使其能够准确绘制工程图样并构建三维模型。培养学生的创新设计能力，鼓励其在模型构建过程中提出创新性的解决方案。核心素养培养：图样表达：通过CAD建模，提高图样表达能力和空间想象能力。物化能力：通过模型构建，培养物化实现的能力。创新设计：鼓励学生在模型构建过程中发挥创意，提出新颖的设计方案。任务三：计算机建模与仿真优化（6课时）活动设计：计算机建模软件学习：学习常用的计算机建模软件（如SolidWorks、CATIA等）的基本操作和功能。建模与仿真：各小组使用建模软件对垃圾处理系统进行详细建模，并进行有限元分析、流体分析等仿真优化。方案优化：根据仿真结果，对设计方案进行优化调整，提高系统的性能和稳定性。教学目标：培养学生的工程思维和创新设计能力，使其能够通过计算机建模和仿真优化工程设计方案。培养学生的图样表达能力和物化能力，使其能够准确绘制仿真结果并指导实物制作。核心素养培养：工程思维：通过仿真优化，培养系统分析和决策的能力。创新设计：鼓励学生在仿真过程中提出创新性的优化方案。图样表达：通过绘制仿真结果图，提高图样表达能力。物化能力：将仿真结果转化为实物制作的指导依据。任务四：快速成型与测试（4课时）活动设计：快速成型技术学习：学习快速成型技术（如3D打印、激光切割等）的原理和应用。原型制作：各小组使用快速成型设备制作垃圾处理系统的关键部件原型。测试与优化：对制作的原型进行测试，记录测试数据，分析测试结果，对设计方案进行进一步优化。教学目标：培养学生的物化能力和工程思维，使其能够将设计模型转化为实物原型并进行测试优化。培养学生的技术意识和安全意识，使其能够在制作和测试过程中关注技术细节和安全规范。核心素养培养：物化能力：通过原型制作和测试，提高物化实现的能力。工程思维：通过测试优化，培养系统分析和决策的能力。技术意识：在制作和测试过程中关注技术细节和安全规范。任务五：项目总结与汇报（2课时）活动设计：项目总结：各小组对项目实施过程进行总结，分析成功经验和不足之处。成果展示：通过PPT、视频等形式展示项目成果，包括设计报告、三维模型、原型照片和测试数据等。汇报交流：各小组进行汇报交流，分享设计思路和制作过程中的心得体会。教学目标：培养学生的总结能力和表达能力，使其能够清晰地展示项目成果和心得体会。培养学生的团队协作精神和交流能力，促进小组之间的学习和借鉴。核心素养培养：图样表达：通过成果展示和汇报交流，提高图样表达能力和口头表达能力。物化能力：通过项目总结，巩固物化实现的能力。技术意识：在汇报交流中关注技术细节和安全规范。教学反思通过本次大情境、大任务的教学设计，学生不仅掌握了工程设计建模的基本方法和技能，还培养了技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力等核心素养。在教学过程中，学生积极参与、主动探索，通过小组合作和实践活动深化了对工程设计建模的理解和应用。通过项目总结和汇报交流，学生进一步巩固了所学知识，提高了总结能力和表达能力。未来教学中，可以进一步丰富教学资源和实践机会，为学生提供更多元化的学习体验和发展空间。十二、单元学历案（一）单元主题与课时单元主题：工程设计建模课时设计：第1课时：引入阶段——激发兴趣，明确目标展示典型的工程模型案例，引导学生观察并讨论模型在工程设计中的作用。激发学生对工程设计建模的兴趣，明确本单元的学习目标和重要性。第2-3课时：理论学习阶段——工程模型的主要类型介绍物理模型和符号模型的定义、特点和优缺点。分析不同类型工程模型的适用范围，通过课堂讲解、案例分析和小组讨论帮助学生理解。第4-6课时：理论学习阶段——计算机建模与仿真讲解计算机建模的基本方法和步骤。介绍有限元分析仿真的原理和应用，演示系统仿真的过程和方法。通过课堂讲解、软件演示和小组讨论，帮助学生掌握相关知识。第7-9课时：理论学习阶段——快速成型与测试介绍快速成型技术的原理和应用。讲解原型制作和测试的方法，通过视频演示和小组实践帮助学生理解。第10-12课时：实践操作阶段——计算机建模与仿真实践组织学生分组进行计算机建模实践，使用CAD软件绘制工程设计模型。利用有限元分析软件进行仿真优化，分析工程设计的性能和稳定性。第13-15课时：实践操作阶段——快速成型与测试实践采用快速成型技术进行原型制作。对原型进行测试和优化，提高物化实现的能力。第16课时：综合评价阶段——项目评价、作品展示与反思组织学生进行项目评价和作品展示，分享工程设计建模的经验和成果。通过小组讨论和反思，提出改进建议和未来学习的方向。（二）学习目标通用技术的核心素养目标：技术意识：学生能够认识到工程设计建模在工程技术领域中的重要性，理解不同类型的工程模型在工程设计和决策中的作用。学生能够形成对工程设计建模过程的关注，具备初步的技术评估和选择能力。工程思维：学生能够理解并运用系统分析的方法，识别工程设计中的关键问题，并进行多因素分析。学生能够通过建模和仿真，对工程设计方案进行初步的优化和决策。创新设计：学生能够在理解工程模型类型的基础上，尝试提出创新性的建模思路和方法。学生能够运用所学知识，结合实际需求，进行创造性的工程设计建模实践。图样表达：学生能够熟练掌握工程图样的绘制方法，能够准确地用图样表达工程设计建模的思路和结果。学生能够理解并应用不同的图样表达方式，提高工程设计的可视化水平。物化能力：学生能够通过计算机建模和快速成型技术，将工程设计模型转化为实物原型。学生能够掌握快速成型设备的操作方法，对原型进行测试和优化，提高物化实现的能力。（三）评价任务过程性评价：在理论学习阶段，通过观察学生的课堂参与度、小组讨论表现，评价学生对工程模型类型、计算机建模与仿真、快速成型与测试理论知识的掌握情况。在实践操作阶段，通过观察学生的建模实践、原型制作和测试过程，评价学生的物化能力和图样表达能力。结果性评价：通过项目评价和作品展示，评价学生的工程设计建模成果，包括模型的准确性、创新性、实用性等方面。通过小组讨论和反思，评价学生对工程设计建模过程的理解和反思能力，以及对未来学习的规划能力。（四）学习过程第1课时：引入阶段活动设计：展示桥梁模型、建筑模型等典型工程模型案例，引导学生观察并讨论这些模型在工程设计中的作用。教学目标：激发学生对工程设计建模的兴趣，明确本单元的学习目标和重要性。核心素养培养：技术意识（认识到工程设计建模的重要性）、工程思维（初步了解工程模型在工程设计中的应用）。第2-3课时：理论学习阶段——工程模型的主要类型活动1：介绍物理模型和符号模型的定义、特点和优缺点。教学方法：课堂讲解、案例分析、小组讨论。教学目标：学生能够理解和区分不同类型的工程模型，认识到不同类型工程模型的重要性。核心素养培养：技术意识、图样表达（初步了解工程图样的表达方式）。活动2：分析不同类型工程模型的适用范围。教学方法：案例分析、小组讨论。教学目标：学生能够认识到不同类型的工程模型在工程设计中的作用。核心素养培养：技术意识、工程思维（运用系统分析的方法理解工程设计问题）。第4-6课时：理论学习阶段——计算机建模与仿真活动1：讲解计算机建模的基本方法和步骤。教学方法：课堂讲解、软件演示。教学目标：学生能够掌握计算机建模的基本方法和步骤。核心素养培养：工程思维、物化能力（初步掌握计算机建模的方法）。活动2：介绍有限元分析仿真的原理和应用。教学方法：课堂讲解、案例分析。教学目标：学生能够理解有限元分析仿真的原理和应用。核心素养培养：工程思维、创新设计（尝试提出创新性的建模思路和方法）。活动3：演示系统仿真的过程和方法。教学方法：软件演示、小组讨论。教学目标：学生能够理解系统仿真的过程和方法。核心素养培养：工程思维、物化能力（掌握系统仿真的基本方法）。第7-9课时：理论学习阶段——快速成型与测试活动1：介绍快速成型技术的原理和应用。教学方法：课堂讲解、视频演示。教学目标：学生能够了解快速成型技术的原理和应用。核心素养培养：创新设计、物化能力（了解快速成型技术的原理）。活动2：讲解原型制作和测试的方法。教学方法：课堂讲解、小组实践。教学目标：学生能够掌握原型制作和测试的方法。核心素养培养：物化能力、图样表达（掌握原型制作和测试的方法）。第10-12课时：实践操作阶段——计算机建模与仿真实践活动设计：组织学生分组进行计算机建模实践，使用CAD软件绘制工程设计模型。教学目标：学生能够运用所学知识进行计算机建模实践。核心素养培养：工程思维、物化能力（通过实践深化对计算机建模的理解）、图样表达（准确绘制工程设计图样）。第13-15课时：实践操作阶段——快速成型与测试实践活动设计：采用快速成型技术进行原型制作，并进行测试和优化。教学目标：学生能够通过快速成型技术制作工程设计原型，并进行测试和优化。核心素养培养：物化能力、创新设计（通过实践提高物化实现的能力）、图样表达（通过测试和优化提高图样表达的准确性）。第16课时：综合评价阶段活动设计：组织学生进行项目评价和作品展示，分享工程设计建模的经验和成果。通过小组讨论和反思，提出改进建议和未来学习的方向。教学目标：对学生的学习成果进行综合评价，鼓励学生反思学习过程。核心素养培养：技术意识（关注工程设计建模的实际应用效果）、工程思维（通过反思提升系统分析能力）、创新设计（激发未来学习的创新动力）。（五）作业与检测课后作业：完成计算机建模实践作业，使用CAD软件绘制一个工程设计模型。进行快速成型实践作业，采用快速成型技术制作一个工程设计原型。课堂检测：在理论学习阶段，通过课堂提问和小组讨论检测学生对工程模型类型、计算机建模与仿真、快速成型与测试理论知识的掌握情况。在实践操作阶段，通过观察学生的建模实践、原型制作和测试过程，检测学生的物化能力和图样表达能力。（六）学后反思在本单元的学习中，我深刻体会到了工程设计建模在工程技术领域中的重要性。通过理论学习和实践操作，我不仅掌握了工程模型的主要类型、计算机建模与仿真的基本方法、快速成型与测试的技术流程，还提高了自己的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。在理论学习阶段，我通过课堂讲解、案例分析和小组讨论等方式，深入理解了工程模型在工程设计中的作用和不同类型工程模型的优缺点。这为我后续的建模实践打下了坚实的基础。在实践操作阶段，我通过分组进行计算机建模实践和快速成型实践，将所学知识应用于实际操作中。在建模过程中，我遇到了很多挑战，但通过不断尝试和修改，我最终成功完成了任务。这个过程不仅锻炼了我的物化能力和图样表达能力，还培养了我的创新思维和解决问题的能力。通过本单元的学习，我深刻认识到了工程设计建模的复杂性和挑战性。但正是这些挑战激发了我的学习兴趣和创新动力。我相信在未来的学习和工作中，我会继续努力提升自己的工程设计建模能力，为工程技术领域的发展贡献自己的力量。十三、学科实践与跨学科学习设计一、教学目标根据《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，本章节《工程设计建模》的学科实践与跨学科学习设计旨在通过丰富多样的实践活动，帮助学生掌握工程设计建模的基本理论和方法，提升学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。具体目标如下：技术意识：学生能够认识到工程设计建模在工程技术领域中的重要性，理解不同类型的工程模型在工程设计中的作用，并具备初步的技术评估和选择能力。工程思维：学生能够理解并运用系统分析的方法，识别工程设计中的关键问题，进行多因素分析，并通过建模和仿真对工程设计方案进行初步的优化和决策。创新设计：学生能够在理解工程模型类型的基础上，尝试提出创新性的建模思路和方法，结合实际需求进行创造性的工程设计建模实践。图样表达：学生能够熟练掌握工程图样的绘制方法，准确地用图样表达工程设计建模的思路和结果，提高工程设计的可视化水平。物化能力：学生能够通过计算机建模和快速成型技术，将工程设计模型转化为实物原型，掌握快速成型设备的操作方法，对原型进行测试和优化，提高物化实现的能力。二、学习目标工程模型的主要类型了解工程模型的主要类型及其作用。能够区分物理模型和符号模型，并理解它们在不同工程设计阶段的应用。计算机建模与仿真理解并掌握计算机建模和仿真的基本方法。能够使用CAD软件进行三维建模，并运用有限元分析软件进行仿真优化。快速成型与测试理解并掌握快速成型建模方法。能够采用快速成型技术制作工程设计原型，并进行测试和优化。三、作业目标设定技术意识通过实践活动，学生能够识别并评估不同类型的工程模型在工程设计中的应用价值。学生能够提出改进工程设计模型的建议，增强技术评估和选择能力。工程思维学生能够运用系统分析的方法，识别并分析工程设计中的关键问题，提出初步的解决方案。通过建模和仿真活动，学生能够优化工程设计方案，提升决策能力。创新设计学生能够结合实际需求，提出创新性的建模思路和方法，进行创造性的工程设计建模实践。鼓励学生尝试使用不同的建模技术和工具，提升创新设计能力。图样表达学生能够准确绘制工程图样，清晰表达工程设计建模的思路和结果。通过小组合作，学生能够共同完成复杂工程图样的绘制，提高图样表达的协作能力。物化能力学生能够通过计算机建模和快速成型技术，将工程设计模型转化为实物原型。学生能够掌握快速成型设备的操作方法，对原型进行测试和优化，提升物化实现的能力。四、学科实践与跨学科学习设计（一）引言工程设计建模是工程技术领域的重要组成部分，它涉及多个学科的知识和技能。通过学科实践与跨学科学习设计，学生可以将通用技术课程与其他学科相结合，提升综合运用知识解决实际问题的能力。本章节将以工程设计建模为核心，结合物理、数学、计算机科学等学科的知识，开展丰富多彩的实践活动。（二）实践活动设计1.物理模型制作活动活动主题：制作桥梁物理模型活动目标：通过制作桥梁物理模型，理解物理模型在工程设计中的作用。掌握模型比例缩放、材料选择和加工等基本技能。活动步骤：分组讨论：学生分组讨论桥梁设计的基本要求，确定桥梁类型、跨度、荷载等参数。材料选择：根据设计要求，选择合适的材料（如纸板、木条、塑料等）制作桥梁模型。制作模型：学生分组制作桥梁模型，注意模型的比例缩放和细节处理。测试优化：对桥梁模型进行承重测试，分析模型的强度和稳定性，提出改进建议。跨学科融合点：物理：运用力学原理分析桥梁的承重能力和稳定性。数学：通过比例缩放计算模型尺寸，运用几何知识绘制桥梁图样。通用技术：掌握模型制作的基本技能和工具使用方法。2.计算机建模与仿真活动活动主题：使用CAD软件进行桥梁建模与有限元分析活动目标：掌握CAD软件的基本操作方法，进行三维建模。运用有限元分析软件进行桥梁结构的仿真优化。活动步骤：软件培训：对学生进行CAD软件和有限元分析软件的基本操作培训。建模实践：学生使用CAD软件绘制桥梁的三维模型，注意模型的准确性和细节处理。仿真分析：将CAD模型导入有限元分析软件，进行桥梁结构的仿真分析，评估模型的强度和稳定性。优化设计：根据仿真结果，对桥梁模型进行优化设计，提高模型的性能。跨学科融合点：计算机科学：掌握CAD软件和有限元分析软件的操作方法。数学：运用数学原理进行有限元分析和优化设计。通用技术：提升计算机建模和仿真能力，增强工程思维。3.快速成型与测试活动活动主题：采用快速成型技术制作桥梁模型并进行测试活动目标：掌握快速成型技术的基本原理和操作方法。通过快速成型技术制作桥梁模型，并进行测试和优化。活动步骤：设备培训：对学生进行快速成型设备的基本操作培训。模型设计：学生使用CAD软件设计桥梁模型，并转换为STL格式。快速成型：将STL文件导入快速成型设备，进行桥梁模型的快速成型制作。后处理与测试：对快速成型制作的桥梁模型进行后处理（如清洗、支撑结构去除等），并进行承重测试，评估模型的性能。跨学科融合点：计算机科学：掌握快速成型设备的控制软件操作方法。材料科学：了解快速成型材料的特性和应用。通用技术：提升快速成型技术和物化能力，增强创新设计意识。（三）跨学科学习案例案例一：校园改造工程系统设计活动主题：校园改造工程系统设计活动目标：结合校园实际情况，设计校园改造工程系统。运用多学科知识，提升综合运用知识解决实际问题的能力。活动步骤：需求调研：对校园进行实地考察，了解校园改造的需求和目标。方案设计：学生分组进行方案设计，包括校园布局、建筑设计、景观设计等。模型制作：使用物理模型、计算机模型和快速成型技术制作校园改造工程系统的模型。仿真优化：运用有限元分析软件对校园改造工程系统进行仿真优化，评估方案的可行性和性能。展示交流：组织学生进行方案展示和交流，评选出优秀方案。跨学科融合点：建筑学：掌握建筑设计的基本原则和方法。园林设计：了解景观设计的要素和技巧。计算机科学：运用计算机建模和仿真技术优化设计方案。通用技术：提升工程设计建模和物化能力，增强创新设计意识。案例二：废弃物处理系统设计活动主题：废弃物处理系统设计活动目标：设计一种高效、环保的废弃物处理系统。运用多学科知识，提升综合运用知识解决实际问题的能力。活动步骤：问题界定：明确废弃物处理系统的目标和要求，包括处理效率、环保性、经济性等。方案设计：学生分组进行方案设计，包括废弃物分类、收集、运输、处理等环节。模型制作：使用物理模型、计算机模型和快速成型技术制作废弃物处理系统的模型。仿真优化：运用有限元分析软件对废弃物处理系统进行仿真优化，评估方案的性能和稳定性。实践验证：对废弃物处理系统进行实际测试，验证方案的可行性和效果。跨学科融合点：环境工程：了解废弃物处理的基本原理和方法。机械设计：掌握机械设备的设计原则和技巧。计算机科学：运用计算机建模和仿真技术优化设计方案。通用技术：提升工程设计建模和物化能力，增强创新设计意识。五、总结与反思通过本章节的学科实践与跨学科学习设计，学生不仅能够掌握工程设计建模的基本理论和方法，提升技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力，还能够将通用技术课程与其他学科相结合，提升综合运用知识解决实际问题的能力。在教学过程中，教师应注重培养学生的实践能力和创新思维，鼓励学生积极参与实践活动，提出创新性的解决方案。教师还应关注学生的学习过程和学习成果，及时给予反馈和指导，帮助学生不断提升自己的学科素养和综合能力。十四、大单元作业设计一、教学目标根据《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》和《工程设计基础》第三章《工程设计建模》的教学内容，本单元的教学目标设定为：技术意识：学生能够认识到工程设计建模在工程技术领域中的重要性，理解不同类型的工程模型在工程设计和决策中的作用。工程思维：学生能够理解并运用系统分析的方法，识别工程设计中的关键问题，并进行多因素分析。创新设计：学生能够在理解工程模型类型的基础上，尝试提出创新性的建模思路和方法。图样表达：学生能够熟练掌握工程图样的绘制方法，能够准确地用图样表达工程设计建模的思路和结果。物化能力：学生能够通过计算机建模和快速成型技术，将工程设计模型转化为实物原型，并掌握快速成型设备的操作方法，对原型进行测试和优化。二、作业目标设定为了达成上述教学目标，本单元的作业设计将从技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力五个维度出发，具体目标设定如下：技术意识：学生能够通过分析工程案例，理解工程设计建模在工程技术领域的应用及其重要性。学生能够区分不同类型的工程模型，并理解它们在工程设计中的作用。工程思维：学生能够通过系统分析的方法，识别工程设计中的关键问题，并进行多因素分析。学生能够运用所学知识和方法进行工程设计方案的初步优化和决策。创新设计：学生能够在理解工程模型类型的基础上，尝试提出创新性的建模思路和方法。学生能够结合实际需求，进行创造性的工程设计建模实践。图样表达：学生能够熟练掌握工程图样的绘制方法，准确表达工程设计建模的思路和结果。学生能够理解并应用不同的图样表达方式，提高工程设计的可视化水平。物化能力：学生能够通过计算机建模和快速成型技术，将工程设计模型转化为实物原型。学生能够掌握快速成型设备的操作方法，对原型进行测试和优化，提高物化实现的能力。三、作业内容设计1.作业一：工程模型案例分析作业目标：技术意识：通过案例分析，理解工程设计建模在工程技术领域的应用及其重要性。工程思维：初步了解工程模型在工程设计中的应用，识别设计中的关键问题。作业内容：分析案例：选择几个典型的工程模型案例（如桥梁模型、建筑模型、飞机模型等），分析它们在工程设计中的作用。撰写报告：撰写一份报告，内容包括案例介绍、模型类型分析、模型在工程设计中的作用等。小组讨论：小组内分享报告，讨论不同模型在工程设计中的优缺点和适用场景。评价标准：能否准确分析模型类型及其在工程设计中的作用。报告内容的完整性和逻辑性。小组讨论中的参与度和贡献度。2.作业二：计算机建模实践作业目标：图样表达：掌握计算机建模的基本方法和步骤，能够绘制工程设计模型。物化能力：初步掌握计算机建模的方法，提高快速成型和测试的技能。作业内容：学习软件：学习并熟悉CAD软件的基本操作。建模实践：选择一个简单的工程设计项目（如小型家具、工具设计等），使用CAD软件进行三维建模。提交模型：将建模完成的工程设计模型以STL格式提交。评价标准：模型绘制的准确性和完整性。CAD软件操作的熟练度。提交模型的格式和质量。3.作业三：有限元分析仿真作业目标：工程思维：理解有限元分析仿真的原理和应用，能够对工程设计方案进行初步优化和决策。物化能力：通过仿真分析，提高物化实现的能力。作业内容：学习仿真：学习有限元分析软件的基本操作，理解其仿真原理。仿真分析：对作业二中提交的工程设计模型进行有限元分析仿真，评估其性能和稳定性。撰写报告：撰写仿真分析报告，内容包括模型介绍、仿真过程、仿真结果分析、优化建议等。评价标准：仿真分析的准确性和完整性。报告内容的逻辑性和清晰度。优化建议的合理性和可行性。4.作业四：快速成型与测试作业目标：物化能力：掌握快速成型设备的操作方法，能够将工程设计模型转化为实物原型。创新设计：通过原型制作和测试，激发创新设计思维。作业内容：准备材料：准备快速成型所需的材料和设备（如三维打印机、打印材料等）。原型制作：将作业二中提交的工程设计模型通过快速成型技术制作成实物原型。测试优化：对制作的实物原型进行测试，记录测试数据，分析存在的问题，并进行优化。提交报告：撰写测试优化报告，内容包括原型制作过程、测试数据、问题分析及优化建议等。评价标准：原型制作的精度和质量。测试数据的准确性和完整性。问题分析的合理性和优化建议的有效性。5.作业五：综合实践项目作业目标：技术意识：通过综合实践项目，深入理解工程设计建模在工程技术领域的应用。工程思维：运用系统分析的方法，解决工程设计中的复杂问题。创新设计：结合实际需求，进行创造性的工程设计建模实践。图样表达：准确绘制工程设计图样，提高工程设计的可视化水平。物化能力：通过计算机建模和快速成型技术，将工程设计模型转化为实物原型，并进行测试和优化。作业内容：选择项目：选择一个具有实际应用价值的工程设计项目（如小型机械装置、智能家居产品等）。方案设计：进行项目需求分析，设计工程设计方案，包括计算机建模、仿真分析、原型制作等。实施项目：按照设计方案实施项目，包括CAD建模、有限元分析仿真、快速成型制作等。测试优化：对制作的实物原型进行测试，记录测试数据，分析存在的问题，并进行优化。提交成果：提交项目成果，包括工程设计图样、仿真分析报告、实物原型、测试优化报告等。评价标准：项目选题的合理性和创新性。设计方案的可行性和完整性。实物原型的精度和质量。测试数据的准确性和优化建议的有效性。成果提交的完整性和规范性。四、作业实施与反馈作业布置：在每个教学阶段结束后，及时布置相关作业，明确作业目标和要求。提供必要的资源和指导，帮助学生顺利完成作业。作业提交：设定作业提交的时间和方式，确保学生能够按时提交作业。对提交的作业进行初步检查，确保作业的完整性和规范性。作业批改与反馈：对提交的作业进行认真批改，给出具体的评分和反馈意见。针对作业中存在的问题和不足，提出具体的改进建议和指导。及时将批改结果和反馈意见反馈给学生，帮助学生及时纠正错误、改进学习。作业展示与交流：定期组织作业展示和交流活动，让学生分享自己的作业成果和学习经验。通过展示和交流，激发学生的学习兴趣和创新思维，促进学生之间的相互学习和共同进步。通过以上作业设计，学生将能够全面理解和掌握工程设计建模的基本理论和方法，提升技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力，为未来的工程技术学习和职业发展打下坚实的基础。十五、“教-学-评”一致性课时设计一、教学目标设定根据《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》和本单元的教学内容，设定以下教学目标，涵盖通用技术的核心素养目标：（一）技术意识学生能够认识到工程设计建模在工程技术领域中的重要性，理解不同类型的工程模型在工程设计和决策中的作用。学生能够具备初步的技术评估和选择能力，明确不同工程模型在工程设计和优化过程中的作用。（二）工程思维学生能够理解并运用系统分析的方法，识别工程设计中的关键问题，并进行多因素分析。学生能够通过建模和仿真，对工程设计方案进行初步的优化和决策，培养系统性和逻辑性思维。（三）创新设计学生能够在理解工程模型类型的基础上，尝试提出创新性的建模思路和方法。学生能够运用所学知识，结合实际需求，进行创造性的工程设计建模实践。（四）图样表达学生能够熟练掌握工程图样的绘制方法，能够准确地用图样表达工程设计建模的思路和结果。学生能够理解并应用不同的图样表达方式，提高工程设计的可视化水平。（五）物化能力学生能够通过计算机建模和快速成型技术，将工程设计模型转化为实物原型。学生能够掌握快速成型设备的操作方法，对原型进行测试和优化，提高物化实现的能力。二、作业目标设定（一）技术意识通过课后作业，加深对工程模型在工程设计中的重要作用的认识。结合具体案例，进行技术评估和选择，培养技术意识。（二）工程思维通过课后作业，运用系统分析的方法，识别和解决工程设计中的关键问题。通过作业中的建模和仿真任务，对工程设计方案进行优化和决策。（三）创新设计尝试在作业中提出创新性的建模思路和方法。结合实际需求，进行创造性的工程设计建模实践。（四）图样表达通过绘制工程图样，提高图样表达的准确性和规范性。运用不同的图样表达方式，提高工程设计的可视化水平。（五）物化能力通过计算机建模作业，将工程设计模型转化为虚拟或实物原型。掌握快速成型设备的操作方法，对原型进行测试和优化。三、课程目标设定（一）技术意识通过本单元的学习，学生能够充分认识到工程设计建模在工程技术领域的重要性，理解并掌握不同类型的工程模型在工程设计和决策中的作用，形成对工程设计建模过程的关注，具备初步的技术评估和选择能力。（二）工程思维通过本单元的学习，学生能够深入理解并运用系统分析的方法，识别和解决工程设计中的关键问题，通过建模和仿真对工程设计方案进行初步的优化和决策，培养系统性和逻辑性思维。（三）创新设计通过本单元的学习，学生能够在理解工程模型类型的基础上，尝试提出创新性的建模思路和方法，运用所学知识，结合实际需求，进行创造性的工程设计建模实践，培养创新设计能力。（四）图样表达通过本单元的学习，学生能够熟练掌握工程图样的绘制方法，能够准确地用图样表达工程设计建模的思路和结果，理解并应用不同的图样表达方式，提高工程设计的可视化水平。（五）物化能力通过本单元的学习，学生能够通过计算机建模和快速成型技术，将工程设计模型转化为实物原型，掌握快速成型设备的操作方法，对原型进行测试和优化，提高物化实现的能力。四、课时设计第1课时：工程模型的主要类型（一）教学内容引入阶段：展示一些典型的工程模型案例，如桥梁模型、建筑模型等，引导学生观察并讨论这些模型在工程设计中的作用。理论学习阶段：介绍物理模型和符号模型的定义和特点，分析不同类型工程模型的优缺点和适用范围。（二）教学目标学生能够理解和区分不同类型的工程模型。学生能够认识到不同类型的工程模型在工程设计中的作用。（三）教学过程引入阶段（5分钟）展示工程模型案例，引导学生观察并讨论。理论学习阶段（35分钟）课堂讲解物理模型和符号模型的定义和特点（15分钟）。分析不同类型工程模型的优缺点和适用范围（10分钟）。小组讨论：不同工程模型在工程设计中的应用（10分钟）。（四）作业布置收集不同类型的工程模型案例，并分析其在工程设计中的作用。预习计算机建模与仿真的基本知识。第2课时：计算机建模与仿真（一）教学内容理论学习阶段：介绍计算机建模的基本方法和步骤，讲解有限元分析仿真的原理和应用，演示系统仿真的过程和方法。实践操作阶段：组织学生进行计算机建模实践，使用CAD软件绘制工程设计模型。（二）教学目标学生能够掌握计算机建模的基本方法和步骤。学生能够理解有限元分析仿真和系统仿真的原理和应用。（三）教学过程理论学习阶段（25分钟）课堂讲解计算机建模的基本方法和步骤（10分钟）。讲解有限元分析仿真的原理和应用（10分钟）。演示系统仿真的过程和方法（5分钟）。实践操作阶段（20分钟）组织学生使用CAD软件进行计算机建模实践（15分钟）。小组讨论：计算机建模在工程设计中的应用（5分钟）。（四）作业布置完成一个简单的工程设计模型的计算机建模。预习快速成型与测试的基本知识。第3课时：快速成型与测试（一）教学内容理论学习阶段：介绍快速成型技术的原理和应用，讲解原型制作和测试的方法。实践操作阶段：采用快速成型技术进行原型制作，并进行测试和优化。（二）教学目标学生能够了解快速成型技术的原理和应用。学生能够掌握原型制作和测试的方法。（三）教学过程理论学习阶段（20分钟）课堂讲解快速成型技术的原理和应用（10分钟）。讲解原型制作和测试的方法（10分钟）。实践操作阶段（25分钟）组织学生采用快速成型技术进行原型制作（15分钟）。对原型进行测试和优化（10分钟）。（四）作业布置撰写快速成型技术应用的体会报告。对原型测试的结果进行分析和总结。第4课时：综合评价与项目展示（一）教学内容综合评价阶段：通过项目评价、作品展示、小组讨论等形式，对学生的学习成果进行综合评价。项目展示阶段：组织学生展示工程设计建模项目，分享经验和成果。（二）教学目标对学生的学习成果进行综合评价。鼓励学生反思学习过程，提出改进建议。（三）教学过程综合评价阶段（20分钟）组织学生进行项目评价和作品展示（15分钟）。小组讨论：学习过程中的收获和改进建议（5分钟）。项目展示阶段（25分钟）学生分组展示工程设计建模项目（20分钟）。教师点评和总结（5分钟）。（四）作业布置整理工程设计建模项目的文档和资料。撰写学习反思报告，总结学习过程中的收获和不足。五、教学反思通过本单元的教学，学生深入理解了工程设计建模的基本理论和方法，掌握了计算机建模、仿真优化和快