《技术与设计1》与《技术与设计2》重点内容分析

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《技术与设计1》与《技术与设计2》重点内容分析

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《技术与设计1》与《技术与设计2》重点内容
《技术与设计1》
一、《技术与设计1》的总体分析
技术设计1中四个主题的教学内容实际上分成了技术的性质和技术设计两个部分。后三个主题中的设计的交流和设计的评价要贯穿于设计过程的始终,是技术设计的组成部分。这两部分又不是相互独立的。技术的性质是技术设计的依据和基础,对技术的性质认识又要在技术设计的教学与技术设计的实践中才能得以加深与巩固。
高中技术教育的主要目标不是培养技术人才,学习《技术与设计1》也不是为了培养技术设计师,而是为了提高学生的技术素养,技术的性质、技术的思想方法与创新精神则是技术素养的核心内容之一。
我们所处的时代是技术飞速发展的时代,一个国家如果没有高度发展的技术,就难以在世界上立足。更别说有发言权了。
一个国家的技术要能得到发展,必须要有对技术的正确认识,重视发展技术。在课程目标(三)情感、态度、价值观中指出:形成和保持对技术问题的敏感性和探究欲望,领略技术世界的奥秘与神奇,关注技术的新发展,具有对待技术的积极态度和正确使用技术的意识。只有全社会都形成了这样的认识,才能形成技术发展的有利环境,形成技术发展才能有良好态势。这一点对于我国来说尤为重要。几千年来的观念:劳心者治人,劳力者治于人;工匠、技术属于下九流。在近代更形成理论高于实践,科学高于技术,认为学好数理化走遍天下都不怕等鄙视技术的观念。造成我国的普通教育中的技术教育体系至今尚未能得到应有的地位。(不要认为在当代技术人员的地位就高了。)
在当今世界,技术一方面促进了社会的发展,一方面又给世界带来了严重环境污染。给人类的生存造成巨大威胁。只有对技术的性质有了正确的认识,才能在开发技术、使用技术时具有正确的态度。
使国民建立正确的技术观,对我国可持续发展尤为重要。学习技术的性质,就是为了使学生建立正确的技术观,为我国的可持续发展打下基础。
通过技术性质的学习,进行正确技术观的教育不是仅依靠某些章节的学习就可以完成的,而是要在贯穿于整个技术课程的教学,不仅要在通用技术课中进行,也要在信息技术课中进行,而且应当在学校的各门学科中都进行这方面的教育。通用技术课《技术与设计1》担负的则是进行建立技术观的系统教育任务。
课程标准选择了对每个学生将来发展都是最必需的作为培养的核心。在技术设计过程的教学,除了进行技术设计过程及其相关的技术内容的教学外,其主要任务是进行技术的思想方法和创新精神培养。
技术设计的过程是技术的思想方法和创新个性心理品质教育的主要载体.
二、技术的性质中的核心内容
技术的性质是技术技术素养的重要组成部分。使学生理解技术的性质,形成正确的技术观,不仅对于学生的发展有利,对于国家的发展也是十分重要的。
课程标准中的相关内容
技术及其性质的学习主要应以帮助学生建立正确的技术观为主要教学目标。这就需要使学生了解技术是什么?技术有哪些重要性质?特别是技术的价值,他在人类社会发展的进程中所起的作用。另一方面,还要使学生了解技术的负面作用和我们的对策。最重要是使学生能以正确的态度对待技术、使用技术、发展技术,使技术能为人类社会的发展进步起到更大的促进作用。
1.“课程目标”中相关条款:
(1)具有正确的技术观,理解技术的性质,了解技术的发展历史和一些最新的技术成果以及技术在生活和生产中的应用。了解技术对人类文明和社会进步的推动作用,能正确认识技术对人们日常生活及社会产生的正反两方面的影响。
(2)关心新技术的发展,形成和保持对技术的兴趣与初步建立参与对重大公共技术问题的讨论与决策意识。
(3)养成积极、负责、安全地使用技术的习惯。
(4)理解科学、技术与社会的相互关系,认识技术的经济性。理解知识产权与专利的重要性,树立正确的技术道德观,学会保护自己技术成果。
(5)形成和保持对技术问题的敏感性和探究欲望,领略技术世界的奥秘与神奇,关注技术的新发展,具有对待技术的积极态度和正确使用技术的意识。
(6)理解科学、技术与社会的相互关系,增强劳动观念,具有敬业意识与创业意识,形成与技术相联系的经济意识、质量意识、环保意识、伦理意识,以及主动参与当地经济建设的意识。
2.《技术与设计1》中内容目标相关条款:
(1)知道技术是人类为满足自身的需求和愿望对大自然进行的改造。
(2)知道技术的发展需要发明和革新,并能通过案例进行说明。
(3)理解技术与设计的关系,能分析设计在技术发明和革新中的作用。(发明与革新的区别?)
(4)理解技术对个人生活、经济、社会、环境、伦理道德等方面的影响,能对典型案例进行分析。
(5)理解技术活动往往需要综合运用多种知识。
(6)知道知识产权在技术领域的重要性,了解专利的作用、有关规定及申请方法。
其中的重点是:
1.具有正确的技术观,理解技术的性质,了解技术对人类文明和社会进步的推动作用,能正确认识技术对人们日常生活及社会产生的正反两方面的影响(问题:什么是负面影响?)。
2.养成积极、负责、安全地使用技术的习惯。树立正确的技术道德观。
3.科学与技术的联系与区别(发现客观存在,实现主观愿望;间接生产力,直接生产力)。
4.形成与技术相联系的经济意识、质量意识、环保意识、伦理意识。
三、技术设计过程中的核心内容
技术设计本身就是技术素养的重要内容。技术设计是解决技术问题的过程,技术的思想方法就是解决问题的思想方法。技术设计过程的教学,除了初步掌握技术设计的一般程序之外,更重要的是掌握一些技术设计的思想方法。这些思想方法,不仅在技术设计,解决技术问题时有用,它的可迁移性较大,可用于解决一般社会问题。
1.“课程目标”中相关条款:
课程标准中的课程目标是最基本的,是教学的根据,是内容目标的根据。内容目标是为实现课程目标服务的。
(1)学会或掌握一些通用技术的基本知识和基本技能,掌握技术及其设计的一般思想和方法;具有一定的技术探究、运用技术原理解决实际问题以及终身进行技术学习的能力;形成和保持对技术的兴趣和学习愿望;养成积极、负责、安全地使用技术的行为习惯,发展初步的技术能力和一定的职业规划能力,为迎接未来社会挑战、提高生活质量、实现终身发展奠定基础。
(2)了解技术设计的基本知识,初步掌握技术设计的一般程序和基本技能,了解它们在日常生活和工农业生产中的应用,能对技术设计的过程、方案和成果作出比较全面的评价。熟悉一些常见材料的属性及加工方法,能根据设计要求选择材料和工具,能根据设计方案制作产品或模型。
(3)具有较强的创新欲意识和培养创新的欲望、信心和能力。认识技术的创造性特征,形成实事求是、精益求精的态度,培养富于想象、善于批判、敢于表现个性、勇于创新的个性品质。
(4)具有初步的技术试验的操作技能,能进行基本的技术测试和技术指标测量,会写简单的技术测试和技术试验报告。
(5)经历将人们的需求和愿望确认为值得解决的技术问题、并形成设计方案的过程,初步学会从技术的角度提出问题、解决问题,能多角度提出解决问题的方案,发展批判性思维和创造性想象的能力。
(6)经历技术方案的实现或转化为产品的过程,初步学会模型或产品的制作、装配、调试的方法。体验意念具体化和方案物化过程中的复杂性和创造性,发展动手实践能力。
(7)经历观察、设想、安装、测试、调试、测量等简单的技术试验过程,学会简单的技术试验方法,理解技术试验在技术发明、技术革新中的作用,形成初步的技术试验能力。
(8)经历典型的技术设计、制作和评价的活动过程,初步掌握基本的技术学习方法和技术探究方法,具有初步的参与技术活动的能力和使用技术及其产品的能力,发展技术的决策能力、创新能力和终身学习能力。
(9)熟悉从实技术活动必须具备的品质,能够安全而又负责任地参加技术活动,具有良好的合作和交流的态度,养成严谨、守信、负责、勤俭、进取等良好品质。
(10)体验技术问题解决过程的艰辛与曲折,具有克服困难的勇气和决心,培养不怕困难、不屈不挠的意志,感受解决技术难题和获得劳动成果所带来的喜悦。
(11)认识技术的创造性特征,形成实事求是、精益求精的态度,培养富于想象、善于批判、敢于表现个性、勇于创新的个性品质。
(12)理解技术的文化特性和艺术特性,具有认识技术问题的国际视野和全球意识,以及一定的对技术文化的理解和选择能力。
1.知道工艺的含义和常用工艺的种类。
2.了解l~2类常用的工具和设备,学会一种材料的l~2种加工方法,能根据设计方案和已有条件选择加工工艺,并能正确、安全地操作。
3.能根据设计方案制作一个简单产品的模型或原型。
1.在设计过程中和设计完成后,能用恰当的方式与他人交流设计想法和成果,并能在交流中提炼出有价值的信息。
2.了解技术语言的种类及其应用,能识读一般的机械加工图、线路图、效果图等常见的技术图样,能绘制草图和简单的三视图。
(1)能对技术设计的过程、方案和成果做出比较全面的评价。
(2)经历技术设计中交流与评价的过程,发展技术的评价能力。
(3)经历典型的技术设计、制作和评价的活动过程,学会对自己、他人或现有的技术产品与技术过程的评价方法,提高选择、决策能力,培养质量意识与精益求精、不断改进的意识。
(4)认识技术的创造性特征,形成实事求是、精益求精的态度,培养富于想象、善于批判、敢于表现个性、勇于创新的个性品质。
(1)能根据设计过程中每一阶段的要求进行评价,树立质量管理意识。
对设计过程中每一阶段要求的评价,即每进行一步都要进行评价。这种评价包括两个方面,一是评价所进行的工作是否达到了设计要求,是否保证设计质量;二是检查设计工作整体有无考虑不周之处,有无需要事先做好准备的工作尚未进行,以致会影响整个设计工作的进程。另外,还要考虑整个设计工作继续进行下去,设计项目的产品是否会产生较大的负面作用,如有,要立即停止设计工作。
(2)能根据需要进行简单的技术试验,并进行评价,写出试验报告。
技术试验是设计工作中的重要方法,实验结果也是评价的重要依据。一些设想再还没有理论依据的情况下,也要通过技术试验来探求套的可行性。即使有些通过理论计算得出的数据,有时也要通过技术试验来进行验证。其实,一个技术试验相当于一项设计。它包括实验目的、要求的论证与确定;试验对象与方法、过程设计;实验结果测试;实验结果分析论证、评价;实验结果的应用。试验是每一项新的工作开展之前应当进行的准备,以保证工作的质量与顺利进行。具备进行技术试验的能力对学生来说是十分必要的。
(3)能根据设计要求对设计过程和最终产品进行多方面的评价,并写出设计总结报告。
(4)能对他人的、现有的技术产品做出自己的评价,并写出比较全面的评价报告。
1.技术的创造性特征;创新能力的培养 创新的个性心理品质
〖技术的本质在于创造,创新是技术设计的灵魂。可以说,技术和创造、创新是密不可分的。在技术设计过程中,学生可以而且必须进行真实的创新,因而,技术教育是培养学生的创新意识的最佳载体。与其他文化学科相比,学生在技术课程中所进行的创新能更加真实,更能做出实实在在的创新。只有通过实实在在的创新活动,使学生真实地感受到创新的价值与乐趣,才能培养学生创造或创新的欲望,才能使学生体会到真实地创新的过程与对创新人才的要求。
一个人的创新精神应当说包括两个方面,一是创新的欲望;一是创新的能力。对于同一事物,人们同样发现了它的不足与缺陷,有的人可能会无动于衷,得过且过;有的人会想进行改进,但感到力不从心,也就不了了之;有的人可能也会感到自己力有不足,但下决心去解决它,一方面补充自己的不足,一方面努力研究,终于解决了这个问题。这说明,创新意识包括两个方面,一是创新欲望;一是创新能力,也就是想不想、敢不敢创新和能不能、会不会创新。而创新能力又包含两个方面,一是科学、技术、社会、经济等各方面的知识与技能;一是创新的思想方法与个性心理品质。对于前一个要求是较容易理解的,对于后一个要求可能会有些不太理解。要理解这一点,只要了解了创新的思想方法与个性心理品质是什么,就会清楚了。
这里所说的创新的思想方法,包括创新思维品质、创新技法与创新技能(下一条所说的创造性想象、批判性思维都是创新思维品质的重要内容)。创性的思想方法在其他学科的教学中也要学习,不过在技术教育中更方便学习。创造性想象、批判性思维它也是技术的一种重要的思维形式,在技术设计中离不开创造性想象和批判性思维。应当注意,创新、设计是有其独特的思想方法的。在高中学生不可能完全掌握这些思想方法,但要使学生知道有其独特的方法,能在技术课程的教学中真正体验这些方法。
创新的个性心理品质包括:创新意识、意志、毅力、自信力、活力、诚信、积极、乐观、胆识、团队精神、合作精神,以及创造性人才的思维特质,如直觉、潜意识和灵感等(注意,在个性心理品质里,我们强调了合作精神与团队精神。这是因为,在有些学科里培养这些精神有一定的局限性,而技术教育是培养这些品质的好载体)。
我们将创新欲望与创新能力并列,而不是像有些书中把创新欲望放在创新个性心理品质里,这一方面是强调创新欲望的重要性;另一方面,也是区分这两个方面,一是要不要创新,一是有没有能力创新,是一个问题的两个方面,混为一谈对我们有意识地培养学生创新意识不利。〗
2.掌握技术及其设计的一般思想和方法;〖技术的思想方法与科学的思想方法的不同:为了更清楚地理解这一点,我们需要进一步了解科学与技术在思想方法上的不同。例如:
(1)无论是研究科学问题,还是研究技术问题,都需要首先确定研究的问题。看到问题:
研究科学问题的人首先想到的是:“为什么会是这样?现在能不能说明出现这个问题的原因或道理?是否有必要去发现产生这个现象的原因?” 研究技术问题的人首先想到的则是:“其中存在什么优点与缺点?是否需要改进?有没有可能改进?”他们即使面对同一事物,看到的与想到的是很不相同的。
(2)在解决科学问题时,最后的结论最多只能有一个是正确的;对于一个技术问题,存在多种可能的解决方法,而且这些解决方法都是正确的,都是成功的方案。对于一个问题或现象,科学工作者,如果有多个可能的结论,他要考虑的是确定哪一个结论是正确的;而技术工作者如果有多个可供选择的方案,他要考虑的是哪一个方案更好。
(3)在研究科学问题时,在它的研究过程中较少于政治、经济、资源等社会问题发生联系;而技术研究则不同,它的研究过程时时刻刻都要考虑与社会方方面面的关系。
(4)在研究与处理科学问题时,科学的原则是必须遵从的,违反的这些原则就得不出正确的结论;而在研究处理技术问题时,也有些原则是不应违背的,但有些原则是可以考虑放弃的。在技术的思想方法中,更为强调的是“权衡”。例如,在设计产品时,考虑到经济问题,常常就要放弃一些美观、舒适,甚至是方便使用的要求。
(5)在研究科学问题时,我们不知道结果,即我们要论证的结论是什么。虽然在研究科学问题时,我们常常做一些假说、设想,但我们不能把论证某个假说、设想作为我们研究的唯一目标。而在进行技术研究时,目标是确定的,技术就是要去实现这个目标。这使得,在研究科学问题时,它是把纷繁复杂的现象统一于某一种本质,从多样到单一。而技术则是从它的单一目标出发,去寻求种种手段,制定各种各样的方案,解决方方面面的问题,是从单一走向多样。
(6)研究技术问题时,可以“异想天开”,而且提倡离奇设想,提倡不同的答案。可以做突发奇想而暂时不起分析它的科学性与可能性,在研究技术问题时,是鼓励这种想象的。应当注意到,在研究科学问题时,这是不允许的。即使是一些猜想、假说,也要以某些事实做不完全归纳得出。
(7)对于一个科学论点或命题,可以采用“举反例”的方法来否定它。在技术问题中,常常不宜简单地采用“举反例”的方法来否定它,原因是产生问题的原因远为复杂。对待技术问题强调权衡。
(8)在研究技术问题时,经验是很重要的。在缺乏理论根据时,经验常可以作为根据使用,这在研究科学问题时是不可以的。
(9)技术是不断更新的,当旧的技术常常被新的技术所替代时,旧的技术常会被淘汰。科学的结论是真理,它只能是发展,只是更深入、更完善,原有的理论依然存在。
(10)结构的思想方法、流程的思想方法、系统的思想方法、控制的思想方法,都是技术所特有的思想方法,都是现代人们在处理、解决问题时所必须具有的种思想方法。这些思想方法都有一个特点,他们都是要求事物的发展、变化按照人的需求去进行,要考虑到人、经济、社会。对于科学来说,它在考虑问题与人的需求无关,与经济、社会无关,而且要避免受到人的主观愿望和社会、经济的影响。
以上这些不同仅仅是其中的一部分,从以上的比较中,就可以看出我们为什么要将学习技术的思想方法作为技术素养的核心目标。〗
3.设计原则 科学原则与技术原则的区别;权衡,经济性原则(不是价廉物美,而是效益最大化);
4.团队精神 服务团队,服从团队的需求。一切以实现整体的需求为准则。
5.设计的过程 不是流程。发现问题;
〖技术设计的过程与方法,看上去好像比较专业,为什么对于将来不从事技术工作的人也要学习设计的思想方法呢?即它为什么是每个人都应当具有的技术素养呢?原来技术设计的过程就是解决实际问题的过程,不管是技术问题还是社会问题,其发现问题与解决问题的过程是大体相似的。设计的过程为:发现与确定问题(命题),调查研究与案例分析;收集资料与提出初步设想;方案论证与技术试验;方案优化与方案确定;技术工作总结。解决其他实际问题同样也基本上是这样的过程,其在解决问题的过程中采用的思想方法大致相同。这个共同点正是对全体学生都要培养技术素养,都要学习技术的思想方法的根据。也正是这一点,是使得在技术素养中,对技术文化的理解比掌握技术本体更为重要原因之一。〗
6.技术试验 过程 方法 操作 分析与评价 实验报告。
7.评价 两类评价〖对自己设计过程和最终产品进行评价也包含了两方面的意思:一方面是对产品是否满足设计要求和设计原则,即产品是否合格。另一方面是对设计工作做出总结。如设计工作是否合理,优点是什么,有无不当安排?产品的优点是什么?还有什么不足,值得今后进一步加以完善。这种评价是任何一项工作完成后应当做的事,总结成绩、发现不足,为今后的工作与进一步完善产品打下基础。
对他人设计、现有产品评价和对自己设计的评价不同之处在于评价标准的不同。对自己设计产品的评价是一设计要求和设计原则是标准,对别人的、现有的产品的评价则是从使用者的角度去考虑问题,产品是否有实用价值,能满足什么样的人的需求?是否符合设计原则?性价比如何?等等。每一格人在采购商品时都要进行这种评价。是一种重要能力。〗
8.设计总结
9.终身学习能力 l~2类常用的工具和设备,学会一种材料的l~2种加工方法;教学法。
几点注意:
技术制作 关于动手的概念;动手操作的要求。
视图 能识读一般的机械加工图、线路图、效果图等常见的技术图样,能绘制草图和简单的三视图。不要求画透视图。注意与数学的联系,主要是机械加工图的符号认识。
技术造型与美感 不是重要内容。这是美术课的内容。
《技术与设计2》
一、《技术与设计2》总体分析
本模块由四个主题构成。分别是结构与设计;流程与设计;系统与设计;控制与设计。
通用技术课的九个模块中,《技术与设计1》和《技术与设计2》是基础模块。这两个模块体现了提高技术素养的基本教学目标。《技术与设计1》体现的是基础、系统的技术素养因素;《技术与设计2》体现的则是较高层次的技术素养因素。《技术与设计2》重点体现结构的思想方法、流程的思想方法;系统的思想方法;控制的思想方法。当然,它同时也担负了对《技术与设计1》体现的技术素养因素的加深与巩固。如技术设计的过程、设计的基本思想方法、创新的思想方法,等等。而《技术与设计2》中体现的技术素养因素有是以后继续学习其它选学模块的基础。
模块各主题之间的关系
从四个主题的体现得技术素养因素和教学内容来看这四个模块式独立的。分别讲的是结构、流程、系统和控制。我们再进一步分析这四个主题可以看到,结构、流程、控制都是系统,它们的基本特性都反映出系统的特性。但是,他们又有各自的特点。这四个主题在反映各自特性的同时,是在一步一步的进行系统思想方法分配养与提高。也可以这样讲,系统的思想方法是《技术与设计2》体现的最基本的思想方法。它是贯穿于全书的主线。
课程目标中相关条目分析
在课程标准三、课程目标(一)知识与技能中:
(一)知识与技能3.能从技术设计的角度理解结构、系统、流程、控制的一般概念,了解简单的结构设计、系统设计、流程设计、控制设计的基本知识,以及这些知识与日常生活和工农业生产的内在联系和广泛应用。
(二)过程与方法5 .经历将结构、流程、系统与控制的基本知识应用于技术实践的过程,初步掌握结构、流程、系统与控制的基本思想方法,并能综合运用所学知识和技能解决一些实际问题,发展创新精神和理论运用于实践的能力。
在这里,我们只列出了2条。实际上,通用技术课程目标里与技术设计的思想方法、创新的思想方法等有关的条目,都与技术与设计2有关。
前一条目阐述了对本模块各内容的教学目标,当然,这是本模块的主要教学目标。在这一条目中指出,“能从技术的角度理解……”这是因为除技术之外,在社会生活的方方面面也用到“结构、流程、系统、控制”这些概念,所以强调我们是在技术领域去研究这些问题。科学中也用到“结构、流程、系统、控制”但它是应用这些知识去研究问题,去发现“结构、流程、系统、控制”及其性质;技术中要做的是构建“结构、流程、系统、控制”,两者在思想方法上是有不同的。还要住意到的是,与这四个词相关的技术设计及其思想方法是可以迁移到其他领域的。这就是我们从技术设计的角度学习本模块的原因,也就是其价值所在。
在后一条中,强调了将结构、流程、系统与控制的基本知识和基本思想方法运用于解决实际问题。并特别强调了“发展创新精神和理论运用于实践能力”这是由于本模块中各个主题的结构都是:概念内涵——技术知识——设计——优化与欣赏。先学习一些相关的基础知识,然后将这些知识运用与设计,即解决实际问题。在这种学习过程中,提出“发展创新精神和理论运用于实践能力”就是必然的了。这两点同样是本模块提高技术素养的重点。
在本模块中,各主题都强调了设计,其教学内容目标里都有设计。关于设计的过程我们已经在《技术与设计1》中进行了教学,学生已经初步掌握了技术设计的过程与技术与设计基本的思想方法。在《技术与设计2》中我们进行的设计,由于需要用到一些技术要求较高的知识,学生一般进行的是改进性设计。对于这样的设计,我们还是要求学生按照设计的一般过程进行,以进一步熟悉掌握设计的过程。在这样的设计中,其重点在于改进,就是优化。
在本模块中,学生将会接触较多的先进技术,特别是高科技知识,这些技术学生会感受到他们是如何改变我们生活的;感受到他们对社会发展所起到的作用;也同时会感受到这些技术对社会发展所起的负面影响。对于技术的性质的教学,重点在“具有正确的技术观和较强的技术创新能力;养成积极、负责、安全使用技术的行为习惯”“关注技术的新发展,具有对待技术的积极态度和正确使用技术的意识”“发展技术的决策能力、创新能力和终身学习能力”。
理论教学的重点在于应用。
模块的地位与价值
本模块是继“技术与设计1”之后的必修内容。学习本模块内容将使学生在进一步巩固和掌握技术设计过程的基础上,提升对技术设计的思想和方法的理解和应用能力,使他们具备利用和评价技术的方法和策略,以及受用终身的技术管理能力。
本模块的价值主要体现在:
1. 本模块所学习的技术的思想和方法,将使学生终身受益。“结构与设计”“流程与设计”“系统与设计”“控制与设计”这4个主题是具有典型意义的、与技术发展密切相联系的内容。并且,由于结构、流程、系统、控制处处存在,其中包含的思想方法具有的潜抑作用就相当巨大,对于每一个人未来的发展都会有较大的作用。这四个专题,从技术角度来讲,它们分属不同的专业,我们从课程角度把它们集中放在这一个模块中作为学生技术与设计的学习内容,正是因为它们在技术的思想和方法方面的典型性和代表性。模块内容所体现的整体、协调、关联、控制、稳定、比较选择、改进优化等思想和方法,具有广泛的应用价值和可迁移性,它使技术与设计由经验上升到了理性,由单纯的展现设计技巧提升到了形成设计的思想和方法。
2.模块内容中,多处对技术设计的改进和优化的强调,将促进学生批判、反思等思维习惯的养成,培养他们的创新意识和能力。技术设计的灵魂是创新,在技术设计中,“每一个问题在被技术解决的同时,总是又生长出一些新的问题,这些问题又进一步要求技术加以解决”[],模块内容本身知识的综合性、趣味性和应用性,使学生可以在不断生长出的新的技术问题中,实现科学理论向技术的转化,实现问题解决的个性化技术表达和设计的创新。
3.模块内容所蕴含的技术与生活、技术与社会、技术与科学、技术与文化等内容,有助于强化学生对技术的理解和使用。高中学生对技术与设计的学习,已经不是仅仅停留在传艺或传术的层面,应该走向理解和关注设计与社会、设计与科学、设计与人、设计与生活环境和生活方式的开放境界,追求技术与生活、技术与科学、设计与文化的完美结合、设计与人的需求的完美结合。恩格斯曾说过,在一切方法的背后,要有一种生气勃勃的精神,如果没有这种精神,再好的方法,也不过是一堆笨拙的工具。我们理解,在技术设计的方法背后,“精神”应该是技术设计的社会观和人文观。
二、结构与设计核心内容
本主题在通用技术教育中的地位与作用
“结构与设计”是《技术与设计2》模块的开篇单元,“结构与设计”具有直观易学,设计实践项目易操作等特点,力学原理与高中物理的力学部分既有联系又有拓展。本单元所涉及的思想方法,如结构的稳定性分析、结构强度分析、结构与功能的关系等,是学习后续三个单元的重要基础。
结构是生活中最为常见的存在形式,结构的设计在日常生活中随处可见,课桌椅、房屋、桥梁等都是结构设计的结果。本单元从力学的角度认识和理解结构,分析结构的强度和稳定性,欣赏结构的和谐、简练和经典之美,体验简单的结构设计过程。
本单元学习的意义除了解决简单结构设计的问题以外,更有利于帮助学生清晰地把握生活中各类问题解决的思路和架构,有序的分析问题,拓宽思维和想象空间。
《技术与设计2》中内容标准相关条款分析
(1)了解结构的涵义,能从力学的角度理解结构的概念和一般分类。
了解结构的涵义,不仅要知道概念的解释:“物体的各组成部分的搭配和排列”更重要的是要知道结构决定了物体的性质与形态,并知道结构是如何决定物体的性质与形态的。这是我们设计、构建一个结构的基本出发点。一个结构确定的事物的性质与形态是否符合设计的要求,是检验一个结构设计的标准之一。(这里表明,一个设计对象的性质与形态也决定着设计要求。因而,在提设计要求时,必须充分考虑到设计对象的性质与形态。)
我们研究结构是从技术的角度去研究结构,就是从力学的角度去研究结构。需要解决的问题是一个物体都要承受各种各样的力,抵抗由此引起的变形。(教学中要把握这一点,不要扩大学习范围。)
(2)能结合1~2种简单的结构案例,分析结构是如何承受应力的。
这里是力的分析,它也是分析能力中的一类。我们不仅要使学生能分析结构所承受的力,而且要使学生清楚在分析力之前。需要掌握哪些方面的知识,分析的过程及其思想方法。这样我们的教学就可以区别于物理中的力学教学,把教学的重点放在思想方法的教学之中。
(3)能通过技术试验分析影响结构的强度和稳定性的因素,并写出试验报告。
对于一个结构系统来说,它会受到各种力的作用。结构这个系统就是为了抵抗这些作用力,抵抗这些力使物体产生的变形。强度与稳定性就是结构的这种性能的指标。他也是检验一个结构设计的标准之一。结构的强度与稳定性又与构成物体的材料、连接方法与结构的形状等有关。
我们在分析稳定性时,抓住了关键点:保住物体稳定性的主要因素是重心的垂线位置不移出支撑面。然后再分析在什么情况下重心较难移出支撑面。同样对与结构的强度分析同样要找出影响结构强度的主要因素。这就是我们研究解决问题的重要思想方法之一。要注意的是,我们教学的是结构的稳定性与强度,不是一般地讲物理与力学理论,也不是教学物体的稳定性与强度。教学稳定性与强度的理论一定要回到结构上来。
关于结构的稳定性与强度,学生只能做到定性分析,而无法进行定量分析。这对于设计是不够的。为了解决这个问题,在设计中,需要学生对设计的项目进行稳定性和强度试验。因而这一条目还要求进一步掌握技术试验的能力。
(4)能确定一个简单对象进行结构设计,并绘制设计图纸,做出模型或原型。
这一条目是进行简单对象的结构设计。要求是做设计的全过程。但是,实际上,由于学生的物理基础对力的分析不能做数量分析,因而学生不能完成完全的结构设计,只能是象征性的设计。对此,选择的设计题目只能是简单的,对于设计是否能达到设计要求,对于设计的稳定性、强度要求,应当依靠试验来进行鉴定。因而学生做的结构模型应当能用于进行试验。
在进行结构设计前要做结构的受力分析,在结构设计中同样要做受力分析。如在作设计构思时,需要考虑什么样的结构能较好地承受结构所受到的力,结构的每一个构件会受到什么样的力的作用,是用什么材料与形状能承受这样的力。
要注意到条目中的设计对象是产品结构,不整个产品。
(5)能从技术和文化的角度欣赏并评价典型结构设计的案例。
从技术和文化的角度欣赏结构要注意两个问题,一是不要把欣赏的角度变为从美学的观点欣赏;二是不要把对结构的欣赏变成对构造的欣赏。主要还是要对结构如何巧妙地解决受力问题。
重点:
1.受力分析不仅是一开始设计时要做,而是要不断地做。在设计中每一个构件会受到什么样的力,应力集中点在哪里。我们要加强的主要是这个应力集中的地方,就可以事半功倍。思想方法也就出来了,解决问题要抓住问题的关键处,不是全面用力。让学生观察观察什么也有了,找出问题的关键所在,也就明确了学生观察的目的性,从而提高了学生的观察能力。
2.怎样评价一个结构设计的优劣。整体性、经济性、技术性、文化性、环境适应性等。
二、流程与设计核心内容
本主题在通用技术教育中的地位与作用
我们日常经常都能接触得到流程,而且每个人都要使用流程。人们经常要按某个流程工作、生活与学习。学生要按课表上课,工人要按工艺生产等。不按流程做事就可能会发生混乱,出现事故。但人们常常并不知道,流程在我们的生活中起到什么作用,如何编制流程,什么样的流程是好的流程,怎样优化流程。学习流程与设计具有较大的实用价值,具有较大的可迁移性。
在生活与工作中处处有流程,合理的安排流程对提高工作与生活的质量与效率具有重要作用。我们在生活与生产中都在按照一定的流程进行,流程无处不在。
在技术活动领域中,流程是一个非常重要的概念,应用非常广泛。科学合理的流程就是高效率,就是高质量。不同领域里的流程,它们的思想和方法是相通的,包括时序、环节、整体、协调、优化等思想和方法。这些思想和方法具有广泛的应用价值和可迁移性。学习这些技术的思想和方法,将提升学生对技术设计的思想和方法的理解和应用能力,使他们具备受用终身的技术管理能力。
流程是一个系统,它具有系统的基本特性,通过系统的特性的学习可以为学习系统地而打下基础。
《技术与设计2》中内容目标相关条款分析
(1)了解流程的含义及其对生产、生活的意义。
流程是由时序与环节构成。但我们应当注意到它是一个系统,是有目的的,是一个整体,这些都是系统的基本性质。我们无论做什么事情,都需要安排一个流程。好的、合理的工作、学习与生活流程,会提高我们工作、学习与生活的质量与效率。这些是需要学生通过实践来理解的。
(2)通过对典型的工作流程和生产工艺流程案例的分析,理解流程中的时序和环节的意义,学会阅读简单的流程图。
技术是解决问题的过程思想与方法。解决问题的过程就是一个流程。在分析时序与环节时要特别注意流程的目的性。目的不同,时序与环节、环节与环节之间的关系就会不同。如吃饭与刷牙,早上起床后的生活流程中两者更关系是刷牙在前,吃饭在后;晚上的生活流程中,那就是吃饭在前,刷牙在后。在一个流程中不可改变的时序,在另一个流程中就变为不同了。
流程中的环节不是固定不可变的,是可根据需要划得大一些或分得细一些,当各环节的内容应当是确定的。
流程图是表示流程的重要方法。在实践中有着广泛的应用,它能直观、清晰地表示流程,是一种重要的技术思想方法。
(3)能分析流程设计中应考虑的基本因素,并画出流程设计的框图。
设计流程首先要考虑的是流程的设计要求,明确所设计流程要实现的目标。这充分反映了技术的目的性。例如,生产活动的流程的设计目标主要含有提高效率、提高质量、节约资源、提高经济效益、提高管理水平或保证安全生产等,一个流程它要达到的目标可能是以某个方面为主,主要目标的不同,所设计的流程也不会有相同。流程设计还要依据事物的内在属性和客观变化规律,不同行业的流程有不同的特点,这些都是设计流程时要考虑的基本因素。
设计流程还要了解该事物的内在性质、规律和相关因素。
对于以上一些基本因素,生活、工作或生产流程是各不相同的,就是同一类的流程,有时有较大区别的,很难一般性的讲事物的内在属性,规律和相关因素。要具体问题具体分析。
基本因素分析是流程设计中的关键步骤。因而选择的设计项目应是学生所能了解的。
(4)能解释流程的改进与设备、材料等之间的关系,能概括某种简单生产流程优化过程中所应考虑的主要问题。
流程的优化不只是时序的改变,重要是采用新的设备、材料、工艺等。在一个流程中引进新的设备、材料、工艺等,常常是创新的重要内容。
生活生产中的技术改进或革新,多数出自对已有生产流程的整体改进或者是对其中某一环节的改进,其目的不外乎为了提高工作效益、降低生产成本、节约能耗、保护环境等。
要使学生通过具体的流程案例的分析,进一步理解流程改进的条件。从外部条件来讲,是建立在设备和工艺水平提高的基础上;从内部条件而言,是建立在对流程内在机理的进一步研究的基础上。
流程的改进过程就是优化的过程。流程的优化是本主题中的主要内容。
(5)能对生活、生产中的简单对象进行流程设计或流程的改进设计,并用文字或图表说明流程设计方案的特点,或者流程的改进方案的优越之处。
学生可以结合生活生产中已经存在的、尚有改进的可能的流程进行讨论,在指出问题所在的基础上,提出改进方案,并论证这一方案的可行性。改进的对象的选择很关键,学生理解和改进工业生产中复杂的流程有一定困难,可以结合研究性学习中提出的相关问题进行讨论和研究。可以选择设计学生熟悉的生活中的流程。
流程的优化常常是以主要改进某个方面问题为主,如何处理主次要方面的关系,是需要注意的重要问题。流程优化中,首先要对原有流程进行分析,原有流程中有什么优点,是那些因素影响了所要提高的指标,这个指标的优化会影响哪些指标,这些指标允许降低到什么程度,优化后可能产生什么问题等。总之,要全面地考虑问题,考虑流程的整体性。
教学建议
1.生产和生活中的流程
(1)资源的准备
本节教学前,教师应收集一些流程不合理而造成不良后果的案例和流程合理而形成良好结果的案例;收集生产、生活中流程的案例、流程图。例如,软皮椅生产流程及流程图、轴承淬火工艺及流程图等;收集流程的视频。例如,汽车生产过程、发动机生产过程、鼠标生产过程的相关视频。
(2)不同教学策略的选择
本节学生的学习目标是“了解流程的涵义及其对生产、生活的意义;通过对典型的工作流程和生产工艺流程案例的分析,理解流程中的时序和环节的意义,学会阅读简单的流程图”。学生可能对流程的概念并不了解,但都经历过一些日常生活中流程,因此对流程有一定的体验,而且也不难理解其意义。因此,教学中可以通过与学生一起分析生产、生活中学生熟悉的案例来理解流程的涵义和意义,比如煮饭的流程、图书馆的借书流程和自动提款机的工作流程等。例如,通过让学生分析图书馆没有电脑前借书的流程和采用电脑后借书的流程,让学生理解什么是流程和流程的意义。没有采用电脑前的借书流程:采用人工检索或进入图书馆查找;填写所借的书的相关信息。采用电脑后的借书流程:采用电脑检索;进入图书馆查找;刷磁条,记录入电脑系统。对流程意义分析的同时,注意也要让学生理解学习、研究流程的必要性和重要性。
环节、时序的教学中,如能举几个由于环节缺少或时序颠倒而造成不良后果的案例作为反面例子,则更能吸引并震撼学生的心灵。例如,某航空公司飞机执行航班任务时,飞机在跑道起点加到起飞马力后开始滑跑,但飞机一直到滑出跑道也未能起飞,最终以210公里/小时的速度撞在一条2米高的防洪堤上,并越过防洪堤于空中解体,坠地起火。造成107人死亡,19人受伤。根据地面记录和对地面值班机务人员进行调证实查,导这次事故的直接原因是,机组未把飞机全动式平尾调整到与飞机重心相适应的角度起飞,致使飞机始终未能离开地面。这个案例中工作流程少了调平尾、校对平尾度数和与地面机务人员核准这些环节,盲目将消除警告按钮按下,结果警告指示系统失去作用,酿成了大祸。
(3)流程案例的选择
流程教学是这是整个模块中,学生可以做得最完整的设计,但这也要选择学生比较了解的设计对象。如果不是较为了解,学生无法做出正确完整的因素分析,也就做不好流程,也无法评价、判断流程的优劣。选择的设计项目,可以是生活项目,也可以是技术项目。选择生产项目,学生对生产过程、设施了解不多,像计算机主机组装这样简单的手工操作流程,学生可以做的主要是时序优化,还应让学生在这之前实际进行安装,掌握了安装过程才行。对于学生熟悉的生活流程的设计项目,因一般这种流程都是已有的流程,学生做的实际上还是流程优化。因为学生对这种项目应当是比较了解的,;选项目最好能进行设备、工艺的优化。因为这类优化是优化中的重要部分。最能体现效率与工作质量的提高。
重点:
1.好的、合理的工作、学习与生活流程,会提高我们工作、学习与生活的质量与效率。
2.流程因素分析 设计流程还要了解该事物的内在性质、规律和相关因素。
3.流程优化 不要局限于时序优化,重在环节优化;不要仅考虑主要优化目标,还要考虑整体功能,考虑环境、条件等。要使学生全面考虑问题。全面地评价一个流程。
三、系统与设计核心内容
本主题在通用技术教育中的地位与作用
系统的概念来源于人类的长期社会实践,运用系统的思想和定性定量相结合的系统方法分析和处理生产和生活中的问题,是大家都可能遇到的。
学习和掌握系统的思想方法并运用系统的方法进行系统分析,有助于减少处理问题过程中的盲目性,学会对事件的理性分析和科学决策。
系统的思想方法是技术的思想方法的核心组成部分,它是很多思想方法的基础与源泉。这一单元是全书的重点,也可以说是通用技术课的重点。
世界的万事万物都是系统,构建系统是我们每个人都要做的工作。学习系统的设计及其思想方法,对于学生今后具有较大的实际应用价值。
(1)从应用的角度理解系统的含义。
我们研究系统是为了建立人造实体系统,我们也是要从这个角度去了解系统的特性。
系统由相互依存、相互作用的若干元素构成的,并完成特定功能具有机整体。系统中的各个部分都可被看为该系统的子系统。
大千世界,系统无处不在,无时不有。(系统的普遍性)
构成系统的条件:(1)至少要有一个以上的要素;(2)要素之间相互联系、相互作用,按一定方式形成的一个整体;(3)具有整体目标(是各要素所没有的)。
(2)通过简单的系统的案例分析,理解系统的基本特性,初步掌握系统分析的基本方法。
系统的基本特性可归纳为: 整体性、 相关性、目的性、环境适应性等。
整体性是系统的基本特性。系统中的任何一个组成部分不能离开整体去研究,一个系统组织得好不好,就看它的整体功能实现得怎样。
系统的整体性是认识问题的重要思想方法,看问题眼前看整体,把握事物要首先把握整体,又要注意局部对整体的影响,这是十分重要的思想方法。
系统的特性构成了系统的基本思想。系统分析的方法是决策的方法,它就是运用系统的思想和定性定量相结合的方法分析研究问题的基本思路,整个过程可归纳为阐明问题、分析研究、评价比较三个阶段。本标准只要求学生掌握初浅的系统分析的基本方法。
需要注意的是,第一、在系统分析的过程中,每个环节不一定一次就顺利地完成任务,需要在反馈信息的基础上反复进行;第二、在系统分析的过程中,要学会与不同角色的人对话,如与实施者、决策者等的对话;第三、对系统分析中的建模问题,在此不作过多要求;第四、学写简单的系统分析报告,对系统的分析过程、依据、结论和行动建议进行说明。
(3)理解系统优化的意义,能结合实例分析影响系统优化的因素。
为了使系统达到最优的目标所提出的各种解决方法,称为最优化方法。通常是指在一定人力、物力和财力资源条件下,使经济效果(如产值、利润等)或社会效益达到最大,而投入的人力和物力达到最小的方法。
最优化方法解决问题一般可分为以下几个步骤:
①提出需要进行最优化的问题,收集有关资料和数据;
②建立求解最优化问题的有关数学模型,确定变量,列出有关约束条件,分析模型;
③选择合适的最优化方法;
④求解方程;
⑤最优解的验证和实施。
本条标准对第②、④步骤不作过高要求。
(4)通过简单的系统设计案例的分析,初步学会简单系统设计的基本方法。
系统设计建立在对系统进行有效分析的基础上,在学生的学习生活中,系统设计的运用事例比比皆是。例如,学校运动会赛事的合理安排等。可以通过对类似系统设计案例的分析,总结和归纳简单的系统设计的基本方法。
大千世界,物质系统千变万化,虽有一定的规律可循,却难说有一成不变的模式可供套用。系统的分析和设计是建立在对该事件的内部规律、外部环境(条件)、实现功能等的充分研究的基础之上的,它是一个不断完善、不断改进、不断优化的过程。优化是系统设计所追求的永恒目标。
在对系统设计的案例进行分析的基础上,可以让学生总结系统设计的基本原则:基本功能的实现、子系统间关联、冲突问题的合理解决、效益的最大化、动态调整的实现、人性化设计和战略性思考(长期性、稳定性等)。
(5)确定一个生活或生产中的简单对象,根据设计要求完成系统的方案设计。
要求学生自行完成一项简单的系统方案设计的任务。基本要求是,首先对所设计的系统进行比较详细的定性分析,画出分析简图并写出定性的分析报告,其次,做出系统设计的技术框图和技术设计报告,再次,根据设计方案尝试实现这一系统的设计,对系统加以检验和优化。
教学中应注意,对于学生的系统设计,两种设计方式都应认可,一种是对一个简单的系统进行设计,另一种是对某一系统进行改进设计。要注意的是,系统设计不是产品设计,而是产品的系统设计。
教学建议
学生对系统的理解,可以从系统的实例开始。如一台电冰箱可以看作是一个系统,学校的一间多媒体教室也可看作是一个系统,人体本身同样是一个复杂而精密的系统。一般而言,系统可分为:自然系统和人造系统、实体系统和抽象(概念)系统、静态系统和动态系统、开放系统和封闭系统等。
仅从概念来理解系统的特性,是比较抽象的。在教学中,可以引导学生从一、两个典型系统的案例入手,把握系统的特性,也可以让学生自己总结出这些特性。
对教学实施活动的几点建议:
1.立足学情 教学中,要注意以下情况,做到立足学情 (1)在本单元中的系统、元素、特性等概念,较为抽象,难以理解。教学中要注意运用案例分析导入法,从对实例的分析入手,导入这些概念。(2)学生面对具体实际问题时,往往会不自觉地凭经验和习惯进行思考和解决问题,这一习惯对养成学生运用系统的思想与方法分析解决问题习惯会有负面影响。教学中发生这样的问题,不要只是简单地否定学生的想法,而是要通过运用正确的分析方法得出不同结果,通过两者的对比,说明应当怎样思考分析问题。
2. 把握好教学的深度和广度 (1)对本单元所涉及数学表述的内容原则上只作定性的分析,不作定量数学计算。(2)设计实践要注意学生认知能力和知识水平。设计选题要是贴近学生实际简单问题,或是学生了解的系统的优化。
3.本章涉及的知识内容比较抽象,如果教师过分注重知识传授,不利于理解与接受。建议教师在教学实施时,注意让学生通过一些典型案例分析或设计应用,感受和体会系统思想、系统分析方法及系统设计的基本知识,将系统知识的应用与学生的实践活动贯穿于教学的全过程。
4.在教学内容组织上,建议教师尽量遵循“具体—抽象—具体”的顺序进行组织。从一些具体的典型事例出发,一边引导学生通过对这些事例的感知与认识,一边引导学生及时有目标地进行总结,再适时地引导学生运用这些结论发现和分析出现在身边的事例。
5.系统的基本特性和系统分析的原则是本主题教学的重点,也是教学的难点。在教学过程中,应注意分析它们之间的区别与联系,让学生领略系统思想方法的精髓。
6.对教学方法的选择,建议教师采用多样化教学方法,对陈述性知识可采用讲解、展示、演示教学法,对于系统的设计和优化等内容可采用任务解决、对话、讨论等多种教学形式。
7.教师应加强对学生的安全教育,在指导学生的技术试验和系统设计的方案制作过程中适时进行安全管理。
重点:
1.系统的含义及基本特性,团队精神的教育,研究问题与看问题的基本思想方法。
系统的整体性是认识问题的重要思想方法,看问题眼前看整体,把握事物要首先把握整体,又要注意局部对整体的影响,这是十分重要的思想方法。
服务团队,服从团队的需求。一切以实现整体的需求为准则。
2系统分析的方法。这也是基础设计分析的基本方法。可应用系统分析的方法分析原来进行过的设计,并进行对比。
如何理解2>1+1 ,还是2<1+1的探讨。
在一些资料中,对系统的特性说成是2>1+1,有的说成是2<1+1。不好理解。
解决对策 这两个说法是一回事,是从不同角度来说系统的主体功能大于它的各组成部分功能之和。区别主要在对2的描述上。两种说法中的“1”,都是指部分的功能,2>1+1中的“2”,指的是整体功能;2<1+1中的“2”则是指各组成部分功能的和,它不包含组成系统后产生的功能。
四、控制与设计核心内容
本主题在通用技术教育中的地位与作用
控制技术已成为当今社会最重要的技术之一。它广泛地运用与方方面面,特别是自动控制技术的进步,促进了生产的加速发展。当今高技术成果中控制技术起着核心的作用。人们的生活、工作都离不开控制设施,了解、学习控制技术是当代人们的必需。
控制与反控制在社会生活中时刻进行着。掌握控制的思想方法,有助于学生未来解决工作与生活中所遇到的相关问题。
控制系统比较深刻地反应了系统的思想方法,有助于我们进一步理解系统的思想方法。
(1)理解控制的涵义及其在生产和生活中的应用。
人们按照自己的意愿改变条件,使事物向着期望的目标发展,就形成了控制。
控制在生活和生产中的应用非常广泛,如公共场所的红外线自动出水龙头装置、红外自动烘手机、银行的自动取款机、农田节水灌溉的自动控制、楼宇防盗控制、十字路口红绿灯自动控制、炼钢炉的温度控制、合成氨合成塔的压力控制、精确制导武器等等。可以引导学生根据自己的生活经验,列举控制应用的例子,并说明自己对它们的理解。
(2)分析典型的案例,了解手动控制、自动控制,熟悉简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程。
控制是为了达到人们所期望的目标。一个控制过程的实现,往往要经过若干个环节,这些环节就构成了一个系统,所以我们把它看作是一个控制系统。从不同的角度,对控制系统有不同的分类。本标准要求学生通过具体的实例,区分哪些是自动控制哪些是手动控制,哪些是开环控制哪些是闭环控制,说清楚简单的开环控制和闭环控制系统的基本组成,以及它们是如何实现控制的。
对于这些概念不必要求过高,只要求说清楚简单的……基本组成即可。教学中不必再对这些概念的认识上过于纠缠。只要知道他们的基本特性就可以了。
(3)能画出一个简单的闭环控制系统的方框图,理解其中的控制器、执行器等环节的作用,熟悉反馈环节的作用。
控制系统的方框图是控制系统工作过程的基本图示,本标准要求学生能画出简单的闭环控制系统的方框图。
学生应能列举生活中所见所闻的闭环控制系统,简要叙述其工作过程,要能通过对闭环控制系统与开环控制系统的工作过程的比较,指出各自的优越性是什么。
在本主题中,限于学时以及高中学生现有的知识水平,对控制系统中的控制器、执行器、传感机构和被控对象等环节只限定于一般性的理解,不作进一步的要求,不去探讨其内部的工作过程,只需把它们看作黑箱,了解其输入和输出之间的关系就可以了。
需要强调的是,这里所讨论的带有反馈环节的闭环控制系统的主要特点是以减少误差的负反馈方式来达到控制目的的,正反馈控制问题在此不作研究,对于简单的开环控制、单回路负反馈控制系统以外的其他控制方式在此不作讨论。
(4)能结合案例找出影响简单控制系统运行的主要干扰因素,并作分析。
在控制系统的设计中,对干扰因素的分析是重要的。确定一个系统的控制方案的前提,往往是建立在对影响系统稳定的干扰因素分析的基础上。要注意到,这一主题中特别强调了干扰因素,并不是说其他系统中不存在干扰因素,而是在这里进行总结提高。
(5)了解简单的被控制对象的基本特性,能确定被控量、控制量,画出控制系统的方框图,并形成初步的控制设计的方案。
这里的被控对象基本特性是指在正常的工作状态,被控对象的输出信号与输入参数、与主要的干扰参数之间的关系,只需要有所了解,对被控对象的特性的数学模型的描述在此不作要求。
当设计一个简单的控制系统时,学生首先要学会分析这一系统中,需要控制的参数是什么,通过改变什么参数来实现控制,是采用开环控制还是采用闭环控制来形成控制设计方案,然后要能画出这一系统的方框图。
(6)能根据开环控制系统的设计方案,制作一个控制装置;或者能根据简单闭环控制系统的设计方案进行实施或模拟实施,学会调试运行,提出改进方案。
这是对控制系统设计的实施方面的要求,对于设计的开环控制系统要求能制作控制装置;对于设计的闭环控制装置要求能实施或模拟实施,要求能进行调试。对于两者最后都要求提出改进方案。
教学建议
1.控制的基本概念的教学 教学中首先要从学生熟悉的事例着手,让学生知道控制是处处存在的。接着再介绍什么是控制并能列举身边存在的控制事例。
2.控制的应用教学 要用生活、生产、军事、社会、管理等多方面的事例,让学生知道控制技术应用的广泛和深入。让学生得到“离不开控制”、“喜欢控制”、“希望了解控制”的初步体验。
3..手动控制与自动控制教学 首先要通过具体的手动控制事例讲清“人”在该控制过程中的作用。
4.在介绍自动控制的概念时,最好是在列举的手动控制的基础上如何用控制装置来替代“人”的作用而形成自动控制系统的。这样做,能清楚地说明手动控制和自动控制的区别。
5.开环控制与闭环控制。需要下大的力气让学生达到:能具体陈述闭环控制系统的特征;能对比开环控制系统和闭环控制系统,分析它们的特点。对于闭环控制系统中,是否考虑人的参与问题,只从有助于学生理解开环与闭环的区分的角度来认识这个问题即可,不必严格排除人的参与。主要是讲清楚反馈的含义。
6.控制系统的工作过程。这个部分的主要内容是,通过具体的控制案例,讲清开环控制系统和闭环控制系统是怎样完成控制要求的。对开环系统来说就是要说明给定一个输入量后,怎样产生一个对应的输出量。对闭环来说就是要讲清当输出量和输入量有偏差时,系统是怎样消除偏差的。
要求学生能画出简单的闭环控制系统的方框图,理解给定量、被控量、反馈等概念。理解其中的控制器、执行器等环节的作用,熟悉反馈环节的作用。在本主题中,限于学时以及高中学生现有的知识水平,对控制系统中的控制器、执行器、传感机构和被控对象等环节只限定于一般性的理解,不作进一步的要求,不去探讨其内部的工作过程,只需把它们看作黑箱,了解其输入和输出之间的关系。正反馈控制问题在此不作研究,对于简单的开环控制、单回路负反馈控制以外的其他控制方式不作讨论。
在教学控制系统的工作过程时,如果教师能提供简单明确的教学演示,对教学效果是有很大帮助的。建议老师们能制作具体的演示教具。
7.控制系统的方块图和主要控制术语。这个内容一般都是在讲述控制系统的工作过程时一气呵成来完成的。这是作为不节的一种技能要求。最好安排一定的时间,让学生多做几个练习使之达到比较熟练的程度。
8.控制中的干扰及克服。一般的控制系统都是开放系统,和外界都存在着一定的信息交流,有的信息会对控制系统的被控量(输出量)产生影响,使之偏离原有状态。这种信息对控制来说就是干扰。这是干扰产生的根本原因,教学中,要结合具体的控制系统来说明外界是怎样对控制产生影响的。需要指出的是,干扰对开环控制和闭环控制都有作用,只是开环控制抗干扰能力差,闭环控制则具有较好的抗干扰能力。
对于干扰的教学,要回到加深对系统的干扰的认识。
需要说明的是,对于控制系统的分析中上述各知识点的排列顺序并不是教学顺序的安排。只要能达到所要求的结果,就像对教材的处理一样,老师在教学中可以灵活组织内容。
重点:
1.控制系统的工作过程;
2.开环控制与闭环控制的特性比较与选用。
3.干扰因素。
4.控制系统的调试。

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