浙教版（2024版）初中科学七年级上册 5 2 像工程师那样实践 教学设计（表格式）

浙教版七上科学§5.2像工程师那样实践教学设计课题5.2像工程师那样实践单元五学科科学年级七上教材分析本节为新浙教版七上第五章《探索技术与工程的世界》中的第2节内容。教材以活动为载体来说明什么是工程设计，如何进行工程设计，使学生了解工程实践的一般步骤和过程，等；通过科学阅读《都江堰》水利工程，使学生体会到工程建设前认证和规划的重要性和必要性。在此基础上，提供动手动脑机会，让学生动手工程实践：制作三球运动演示模型，丰富学生的研感性认识，熟悉工程实践的过程，提升动脑、动手和实践能力。学习目标科学观念：知道工程设计的重要性；了解工程设计一般过程；会对简单的工程问题进行操作；科学思维：通过“制作一张办公椅”活动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；探究实践：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，包括使用工具、设备、软件等进行实际工程作业的能力；态度责任：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。重点知道工程实践的一般过程；难点如何设计，动手操作实践。教学环节教师活动设计意图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？导入新课讲授新课一、我国重大工程鉴赏：1、航天工程：神舟系列飞船2、深海探测工程：蛟龙号载人潜水器3、深海探测工程：蛟龙号载人潜水器4、水利工程：都江堰5、铁路工程：京张铁路6、桥梁工程：赵州桥二、工程设计的过程：1、工程设计过程：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。2、工程设计的一般步骤：①明确问题②设计方案③实施方案④检验产品⑤改进完善⑥发布成果（1）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。（2）设计方案：A.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。B.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。（3）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。（4）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。（5）改进完善：针对测试发现的问题,对设计进行进步的调整和优化,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。（6）分布成果：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。3、实践：制作一把办公椅工程问题：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。工程师了解到这些需求后，开始研发一款新的办公椅。（1）明确问题：办公椅：可以调节椅子高度和靠背角度,坐起来更舒适。限制条件:①高度调节范围:450～550mm②靠背倾斜角度调节范围:0°～30°③座椅材料:舒适、透气的网布材料④能承受的最大载荷:150kg（2）设计方案：①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。②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。（3）实施方案：（4）检验产品：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。（5）改进完善：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。（6）发布成果：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。4、注意事项：（1）提出多种方案：工程实践中，工程师需要明确问题，通过相互交流和讨论，采用头脑风暴，畅所欲言地提出自己创造性的想法，形成共识。（2）合理取舍方案：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。（3）工程可以很复杂：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。视频：盾构机工作片段（4）工程设计的最高目标：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。科学阅读：都江堰三、我们的工程实践：工程问题：制作三球运动演示模型1、明确问题：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。2、设计方案：（1）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。（2）模拟阳光的发光模块：用大功率LED灯可以模拟；（3）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；（4）绘制草图：3、实施方案：（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。4、产品检验：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。5、改进完善：1）连接处打磨光滑；2）可以给三个代表日地月的球涂上不同颜色；3）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4）……6、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。（附视频）展示我国历史上一些重大工程和成就，使学生产生强烈的民族自豪感介绍工程设计的一般过程先介绍方法与步骤再在此基础上通过工程实践例子加以说明，使学生理解工程设计的基本过程和步骤从理论到实践过程中内化知识、同时提出工程设计过程中应考虑的多方面因素，以联系社会实际制作三球运动演示模型目的是通过制作过程体会工程设计的过程和步骤提升思维动脑、动手能力设计过程是合作交流最好机会操作过程是动手动脑的过程提升学生细致、耐心的意识和习惯实践过程中还利用自己制作的三球仪观察日食和月食的形成，提升学生的兴趣，巩固所学课堂练习1、在工程设计中,确定设计方案后紧接着的步骤是(B)A.需求分析C.采购与资源准备B.详细设计D.项目交付2、小张尝试设计一款小木凳，如果所用材料相同，那么下列设计方案牢固程度最低的是(C)3、如图所示是一款具有杀菌功能的床铺除尘机器人。下列关于该机器人的设计分析和评价中不正确的是(B)A.操作简单，使用方便，主要考虑了人的因素B.有杀菌除尘功能，符合设计的实用原则C.能识别床铺的边沿，不会掉落，考虑到了环境的因素D.因在床铺上使用，设计时机器人的机身高度不受限制4、小明准备制作一个如图所示的木梯，从结构和稳定性角度分析，下列立柱与横档的连接结构中，合理的是（A）5、作为工程师的你，用一张A4纸设计一个载重量大的船，需要解决哪些技术难题？。参考：如，纸船的形状