像工程师那样实践（一）教学设计浙教版七年级上册科学

教学设计

课程基本信息学科初中科学年级七年级学期秋季课题像工程师那样实践（第一课时）教科书书名：科学教材出版社：浙江教育出版社出版日期：2024年8月教学目标1.科学观念: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。2.科学思维:运用分析、比较、综合等方法对办公椅进行优化设计，归纳工程实践的六大环节。3.探究实践:经历明确问题、设计方案、实施方案、检验产品、改进完善、产品发布等过程，初步具备技术与工程实践的技能，提出办公椅存在的新的问题，并设想对产品进行改进。4.态度责任:对创新实践活动具有好奇心与探究热情，养成勇于质疑、乐于分享、善于实践的态度。教学内容教学重点：归纳工程实践的六大流程。教学难点：工程设计的具体实践。教学过程创设情境聚焦问题：视频播放，教师讲解引：同学们，中国作为基建强国，修建了无数令世人惊叹的铁路、公路、地铁等。刚刚我们在视频中看到的，正是在基础建设中常用到的工程机械之王盾构机。盾构机的每一个部件都是经过工程师们合作，反复改进设计而来的。其实在我们的生活中,有许多这样的工程产品,你能否说说我国还有哪些伟大的工程产品？生产、生活中有哪些工程产品？教师归纳：天宫号空间站、玉兔号月球车、起重机、自动扶梯、生活中的办公椅、锅铲都是工程产品，大到大国神器，小到一枚图钉，在成品出来前都要由工程师们解决许多问题。今天就让我们一起化身小小工程师，跟着老师体验工程设计吧!设计意图：用视频导入，从生活中的工程产品引出话题，引发学生对工程设计的好奇心。本模块内容直切主题,将本节课的重点放在实践模块。。探究实践：（一）体验过程实践1.明确问题：工程师将概念模糊的问题转变为高度简练的解决方案，因此，明确问题是工程实践的第一步，要研发一款新的办公椅，需要亲身体验或调研人们的需求。课前作业要求大家坐一坐传统得办公椅，感受下传统办公椅有哪些不足？你对办公椅还有哪些需求。学生分享交流：传统办公椅高度不可调、皮革坐垫时间久了很闷热，大体重的人可能会把椅子坐坏了。希望新椅子的高度可调节，椅子靠背的角度可调节、座椅材料要透气，能承受更大的质量，等等。教师归纳：这些需求就是工程问题，工程师研发新座椅就是解决一个又一个这样的问题。为了解决问题工程师们会先确定设计要求，往往通过调研确定这些问题的设计要求：椅子的高度调节范围为450550毫米，靠背的倾斜角度调节范围零到30度，座椅材料为舒适、透气的网布材料，承受的最大荷载为150千克。2.设计方案：(1)概念设计:展示办公椅设计草图，草图显示了椅子的整体结构。(2)具体设计:有了概念设计，研发团队开始具体设计，如椅子的各部分材料和具体的尺寸、主要部件等。3.实施方案：根据设计图，工程师们运用各种技术，进行一系列工作，制作了办公椅的原型。4.检验作品：研发团队在工作环境下对原型实物进行测试，包括高度调节、倾斜角度调节、承重能力和舒适性等方面。观看视频，了解座椅承重能力测试，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：针对测试发现的问题，为达到设计承重的标准，工程师需进一步结合生产成本和实际需求进一步改进设计，重新测试。就这样工程师们在解决一个又一个问题中，成功研发了新办公椅。6.发布成果：座椅完成生产制造后，进行一系列的展示、推广、销售活动教师提问：请回顾办公椅的研发整个过程，你能否归纳总结工程实践的一般过程?你又有什么感悟?学生分享：工程实践包括明确一个要解决的问题，在限定条件下设计方案，实施计划制作原型，检验作品测试原型，改进完善，发布成果。学生分享：新办公椅，背椅充气、背椅弹簧方便调节靠背角度弧度；升降棒方便调节高度；网布椅背透气、贴合背部；颈部沙发垫，贴合颈部，这些设计符合人体工学，增加座椅舒适度。坚固底盘结构、金属支架增加承重力；万向轮铝合金脚方便移动。设计意图：本环节旨在通过介绍办公椅的研发过程，引导学生整体感知过程实践的流程，并归纳形成工程实践的一般过程。（二）体验设计标准形成的过程教师提问：升降棒方便调节高度，将座椅高度控制在450550毫米之间。工程师是怎样确定这个设计标准的呢？教师追问：工程师在设计办公椅相关尺寸时，需要考虑哪些因素？需要测量人体哪些数据？是要站姿数据还是坐姿数据？教师结合图片讲解：研究表明，长时间的腿部弯曲会伤膝盖，双脚离地也会压迫腿部血管，所以最合适的坐姿是自然放松时，双脚恰好垂直触地。因此，设计新办公椅时要同时考虑健康和舒适两个因素，葛优躺很舒适，但不健康。因此达成坐着舒适又健康，就要关注椅背高度、扶手宽度、坐垫离地高度，坐垫长度和广度等。要确定办公椅这些尺寸，形成设计标准，需要获取人体哪些相关数据？师生讨论，共同完成下表：学生分享：要确定坐垫地长度和宽度，需要获人们坐着时大腿地平均长度和宽度；要确定椅背高度，需获取人地背部平均高度；要确定扶手宽度，需要需要人上臂地平均长度，要确定坐垫的高度，需要获取人坐着时鞋底到大腿的高度，就是坐姿膝高。教师提问：要想获取这些数据，有哪些方法？学生分享：可以选取一些人，测量上述数据，并取平均值，为了数据更可靠，可增加测量人数。教师讲解：还可以查阅权威文献，下表就是从中国成人人体尺寸中节选出的膝高。请结合表中数据思考：工程师为什么将座椅高度调节范围确定为450550mm？学生分享：由表格数据可知，坐垫高度调节范围控制450550mm之间，可以满足大部分人在坐着时保持舒适又健康的姿势。教师追问：这把新研发的办公椅能放在教室里给同学们用吗？为什么？学生分享：不合适，办公椅空间占用过大;滑轮过于灵活，不适会上课静坐。教师归纳总结：因此研发产品，要考虑产品的使用场景，满足目标人群的需求，还要考虑价格成本等。教师布置课后任务：同学们思考下学生椅有哪些使用痛点，课后尝试研发更舒适的学生椅？设计意图：在整体感知过程实践的一般过程后，通过任务和一系列问题引导学生理解设计标准的形成过程，理解工程产品的研发需要考虑“用户、场景、价格”等。进一步细致化培养的工程师思维。工程设计并不是一步到位的，每一个产品都是经过无数工程师不断改进、磨砺后的成果。工程可以很简单，像拉链的连接和分离(教师演示拉拉链);工程也可以很复杂，像电脑就需要结合电子学、微处理器等多方面知识(教师演示电脑操作，展示电脑内部结构图片)。三、拓展：我国古代工程实践智慧——都江堰教师讲解：都江堰是当今世界唯一留存、以无坝引水为特征的水利工程，是我国古代工程智慧的代表。教师提问：观看视频请思考都江堰三个主体工程鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口的作用和原理是什么?师生讨论共同完成下表：设计用途鱼嘴分流作用，将岷江分为内江和外江。因为内江窄而深,外江宽而浅,这样枯水期时，水流六成引入内江,满足更多的灌溉用水需求,而当丰水期时,六成从外江流走，防止过多水流入内江引起水患。飞沙堰和宝瓶口一是分流，当内江的水量超过宝瓶口流量上限时，多余的水便从飞沙堰自行溢出;二是排沙，由于宝瓶口入口较窄,水流会回流,致使泥沙由于离心力的作用，从飞沙堰抛入外江，防止泥沙影响内江的灌溉等。设计意图：观看视频，了解我国古代水利工程的杰出典范——都江堰，了解都江堰如何在防洪、灌溉、水运等多方面发挥作用，知道一个好的工程设计自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