资源简介

《通用技术》必修1第一章
第三节 感受设计与技术的关系
教学设计
教学背景
党的二十大报告指出，“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略”。
通用技术是一门与科学技术息息相关的学科。回顾人类的发展历程，从石器时代、青铜时代、蒸汽机时代直到当今的信息时代，技术进步改变着人类的生活和生产方式。我们的生活、工作、生产处处都要用到技术，例如我们手中拿的圆珠笔和钢笔就是多次技术改造的结果，使我们足不出户就可以了解世界的电视机也是技术发明的成果。认识技术、善用技术，已成为现代人必须具备的素质。
教学目标：
知识与技能目标:
1、了解技术发明与技术革新的关系。
2、理解设计与技术的关系。
情感、态度、价值观目标:
通过了解技术发明与技术革新的关系，增强学生对技术的理解，培养学生对技术应以人为本的理念。
加深对技术的艺术美、技术美及文化性的理解，增强技术设计的道德责任观念。
3、通过对设计原则的理解，形成全面的、联系的、发展的技术原则观。
　　教学内容分析:
　　本书第一章向同学们介绍了技术及其性质，以及科学、技术、设计之间的相互关系等。为了满足需求及愿望，人类不断地进行技术的发明和革新，并在人类社会发展的过程中形成了一条清晰的技术发展线索。技术对人类的生产、生活起到巨大推动作用的同时，也产生了一些负面影响，如出现环境污染、生态不平衡、都市拥挤等新的问题。面对新的技术、新的问题，如何获取信息，如何分析、评判、整合这些信息，如何利用这些信息进行技术的设计与实践并最终解决问题，是我们学习这一章时要特别关注的内容。技术设计需要灵感，但更重要的是要有扎实的基础，包括思想和情感、知识和方法等。
学情分析:
　　作为高中生，对生活中的技术产品，依据已有的知识和生活经验有了一定的评价意识和评价标准；在学习过程中，学生也已经理解了技术，只是对这些技术的理解和运用是感性的、不全面的。
教学重难点:
重点:
1.深入了解技术发明与技术革新的关系。
2、通过案例学习，理解设计与技术的关系。
难点:
通过了解技术发明与技术革新的关系，增强学生对技术的理解，培养学生对技术应以人为本的理念，提高实践能力和创新能力。
教学策略:
本节课教学主要由教师通过实物图片和多媒体手段设置学习情境，并加以引导，让学生在过程中自主探究、自主建构设计原则知识并形成能力。以为主线案例，其他实物和图片为辅线案例，贯穿教学始终。
教学准备:
展示用的图片、其他技术产品、多媒体课件。
　　教学过程:
　　情景导入:
老师：本节课我们学习《通用技术》必修1第一章第三节感受设计与技术的关系。
设计需要运用已有的技术。15世纪70年代，达·芬奇就尝试制造飞行器，由于不具备飞行的底层技术，他设计的飞行器停留在技术试验的阶段，直到1903年莱特兄弟在前人研究的基础上，研制出了第一架飞机。
当已有的技术不能满足需求、达到设计的目的时，人们会不断开发、改进技术，而一项新技术的诞生也将为实现更多的设计带来可能。例如:为了快速获得设计的样品，人们发明了三维打印技术，随着这项技术逐渐普及，越来越多的行业会试使用这项技术。又如用三维打印技术制造发动机零件、制造食品、建造房屋，甚至用来定制精密的人体器官。
导学思考
思考技术和设计的关系，说一说自己对设计的理解。
一、发明和改进是技术的源泉
任务
了解什么是发明、什么是改进，体悟设计对技术发展的影响。
1.技术发明
技术发明是指创造自然界原来没有的事物。从中国的四大发明，到我们身边随处可见的电灯、眼镜、时钟等，这些发明改变了人类的生活，推动了人类社会的进步。
案例
莱特兄弟设计出第一架飞机
莱特兄弟十分热衷于飞行器研究，他们经常阅读、讨论有关飞行器的报道和文献。他们观察鸟的飞行姿势，把这种现象与空气动力学原理相联系，并应用到飞行器设计上。他们设计建造了一个小型风洞实验室，通过实验发现了使飞行器保持平衡的方法。他们以此制造了滑翔机，并通过多次滑翔飞行实验，获得了宝贵的数据。
1903年，莱特兄弟在获得大量滑翔飞行经验之后，在滑翔机上安装了发动机，并加装了螺旋桨，兄弟俩将其命名为“飞行者”号。他们不断改进设计:装配新型发动机，为驾驶员和乘客安装座位……经过多次改造试飞，使飞机具有实用效能，满足设计的需求。“飞行者”号也被认为是世界上第一架飞机。
思考
了解微波炉的发明过程，比较微波炉和飞机的诞生，说说两种发明的来源有什么不一祥。
立即行动
虚拟现实、人工智能、云计算……选取你想了解的一项技术发明，并查阅资料，了解这项技术发明的发展前景，设想其对世界的发展将有哪些影响，写下来并与同学们分享。
2.技术的发展需要不断改进设计
设计是技术的关键，在技术发明和技术创新中起着重要的作用。为了使技术水平及其产生的效益达到新的高峰，需要不断地改进设计；设计推动着技术不断进步和发展。
案例
汽车发动机“点火角”的调节和改进
创新性的设计不断推动着技术的进步，改变着我们的生活。以汽车的功能与性能为例，在汽车发动机中，如果燃油喷射量不准确、点火不是发生在活塞与汽缸的最合适位置，汽油和空气混合物都会发生不完全的燃烧，导致发动机功率不高，不仅造成能量损失，还会使排放出的尾气会有大量杂质，污染空气。“点火角”又叫“点火提前角”，是指从点火时刻起到汽缸活塞上行到达压缩上止点，这段时间内曲轴转过的角度。能使发动机获得最住动力性、经济性和最佳排放时的点火提前角称为最住点火提前角（发动机都是在活塞运行至上止点之前开始点火），点火提前角一般为6° -12° 。通过设计，采用电子控制燃油喷射装置精确地控制燃油喷射及点火时间，不但可以使燃油燃烧得更充分、发动机功率得到提高，而且还可以减少汽车尾气中有害物质的含量。
立即行动
汽车发明100多年来，人们通过不断地精心设计，改进汽车的各种性能，不断为汽车增加功能，由此发明了多种新技术。上网查阅资料或向汽车师傅请教，了解人们在设计汽车的时侯进行了哪些改进，完成表1-6.
表1-6 汽车设计的改进
序号 改进前的状况 改进设计
1 汽车在高速行驶时紧急制动容易造成车轮抱死，使汽车发生侧滑失控，导致翻车 “防抱死”技术可以使汽车在紧急制动时减少制动距离，避免侧滑失控，同时又可以操纵汽车转向
2 非独立悬挂系统的汽车前轴和后轴的两个轮子分别用一根整体的轴与汽车连接，当一侧车轮抖动时，另一侧车轮也相应抖动，使整个车身抖动或倾料，影响舒适性 改进悬挂系统，将每个车轮用螺旋弹簧独立悬挂在车架下。改进设计后，当单个车轮遇到路面颠簸时，不会对其车轮造成影响，提高汽车的平稳性和舒适性
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二、设计需要用到已有的技术
技术发明和技术活动往往需要多种知识和技术的综合运用，这种综合不是简单地组合，它是在不同情况、不同条件下对已有的技术和知识进行有机的综合运用。
案例
表1-7列举了汽车设计中综合运用的知识及技术
表1-7 汽车设计运用的知识及技术
序号 用途或功能 运用的知识及技术 综合运用说明
1 使燃料燃烧更完全，产生更大的推动力 燃烧学和热力学 不同燃料混入的空气量不同，点火时间不同等
2 研究各部件承重状况及传动方式等 机械学和力学 不同吨位、不同用途、不同型号的汽车，有不同的要求
3 使各部件材料性能满足其功能要求 材料学 由于不同部件受力状况不同和温度不同等，应采用不同的材料
4 发动机点火、防盗、智能防撞、娱乐、导航及车载信息系统等 电子学、计算机技术 提高汽车的动力性、安全性、舒适性和信息化水平等
从上表可见，汽车设计与制造技术需要用到燃烧学、机械学、力学和材料学等多门学科知识。因此，要真正掌报好技术设计，还必须掌握相关学科的知识。
立即行动
1.选择下列活动中的一项，或自主设置活动，以小组合作的方式进行调查，了解这些技术使用了哪些知识。
(1)蔬菜大棚种植反季节蔬菜技术。
(2)多媒体教室的设计与安装技术。
(3)修筑小型水利设施的技术。
(4)民用住宅楼或平房的建筑设计技术。
2.技术革新和技术发明有什么区别和联系 为什么说技术创新是技术发展的核心 以集成电路的发明为线索，分析它对计算机更新换代所产生的影响。
三、设计是技术发展的关键
设计是指基于预定的设想和目标，遵从相关的原则和规范进行构思，并将其用某种形式（模型、图纸、图表、文本等）表达出来的活动。许多设计都是创新活动，但设计并不等同于创新，重复的设计（如重复设计另一座大厦）、侵犯他人版权的设计、落后的设计都不是创新活动。
设计可以是技术设计、艺术设计，工业设计（包括外观、概念，平面、景观设计等）、程序设计和教学设计等。本书讨论的主要是技术设计（简称设计）。
技术的根本目的是解决实际问题，而设计正是取得解决问题方法的主要途径。
技术创新将来源分为两大类:一类是来源于有计划、有步骤的设计，如航天技术；一类是来源于偶然的发现，如抗生素药物的发明。
案例
雅西高速公路“天梯高速路段”方案的设计
雅西高速公路是连接雅安市和西昌市的高速公路，全长240km。由四川盆地边缘向横断山区爬升，跨越青衣江、大渡河、安宁河等水系和12条地震断裂带，沿途的地质灾害众多。整条高速路线穿梭在崇山峻岭之间，山峦重叠、地势险恶，公路每向前延伸1 km，平均海拔就上升7.5m，因此，雅西高速又有了“天梯高速”的别称。
设计的条件和困难
1.石棉县至菩萨岗段。石棉位于拖乌山脚，海拔仅640m，而菩萨岗海拔达3200m，短短46 km相对高差近2600m，其纵坡堪称世界之最。接照公路设计规范，高速公路的纵坡不能超过3%，40 km里最多能爬升1200 m，按照常规，爬升相对高差为2600m的纵坡，这几乎是不可能完成的任务。
2.该路段有三个山头，山的一侧（前进方向的左侧）表面是地质不良地段及自然保护区，不能修建高速公路。
3.在海拔2300m处，三个山头的半径各自都有600m左右。
方案的设计和选择
1.在该路段采用直线拉升到足够高度的方案。
2.全部在山的前进方向山头表面的右侧采用之字形爬升公路的设计方案。
3.全部采用公路绕山头表面转大圈的设计方案。
4.采用在山的前进方向第一个山共表面的右侧转大圆圈爬升，另一个半圆从山中挖爬升弧形隧道出来，构成第一个螺旋；再在第三个山头，用同样方法设计，构成第二个螺旋，形成双螺旋隧道高速公路。这样既达到爬升高度、坡度要求，又达到汽车在高速条件下对道路转弯半径的要求。
如图1-20（参见教材P26）所示。
工程设计人员采用了第4个方案。
立即行动
试分析和讨论雅西高速公路“天梯高速”路段方案设计。
（1）工程技术人员为什么不采用前三个方案
（2）第4个方案解决了哪些技术难题，从而达到了高速公路的设计要求
（3）如果要求再降低高速公路的上升坡度，你会如何修改这个设计方案 简明扼要地叙述你的方案，并说明理由。
思考
查阅资料，了解雅西高速公路还实现了哪些创新设计 请和同学们交流。
设计是技术的关键，主要体现在设计过程中的科学性、完整性、严谨性，以及设计完成后该技术的先进性，创新性和所起的巨大作用。
（1）从被设计的对象（事物）外部关系的整体要求来设计。即从功能、性能指标、耐用、安全、外观、环境适应性、可持续发展（环保）等多种角度进行设计，使其达到最优化。
（2）从被设计的对象（事物）内部关系来设计。即从它们的结构、系统、流程、控制等方面的矛盾，协调、制约进行设计，使其能完全达到对外部关系整体的各种要求。
（3）从设计的过程来分析。设计过程应遵守规定的流程、规范、原则、方法、标准，并符合相关法律规范，确保被设计的对象（事物）达到最优。
（4）从技术革新，创新，推动技术进步的角度来分析。要求设计者具有创新精神、能力和方法，超越老旧技术，创造新的技术，解决新的技术难题；要求设计者能将新原理、新知识、新材料、新器件和其他新技术综合应用到设计中，使产生的投术达到新高度，推动投术向前发展。
总而言之，设计是技术发展的关键。
讨论、思考、形成小论文。
每位同学组织一篇小作文，可以从不同的方面进行展开!
完成后，与同学们进行讨论、分享。
课后作业
1.试分析下列各项中，哪项属于技术发明，哪项属于技术革新，为什么
（1）人们制造出圆盘锯、带锯、钢丝锯等，以满足锯制不同材料的需求。
（2）某技师采用新的钻头刃口形状，提高了钻孔效率。
（3）鲁班被边缘有齿的小草割破了手，由此受到启发，造出了锯子。
2.你觉得汽车的技术设计还需要哪些方面的改进
3.上网查阅我国处于世界前列的“高温磁悬浮高铁”技术的研究进展情况，以实际实例说明设计是技术发展的关键。
4.磁悬浮可以使两个物体不直接接触，从面不产生接触引起的摩擦力，这个技术除了应用在磁悬浮高铁上，还可以用在其他技术设计中吗 试提出一些构思方案。

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