资源简介

普 通 高 中 教 科 书
《通用技术》选择性必修10：科技人文融合创新专题
第一章 科技人文融合创新概述
第二节 科技人文融合创新项目与分析
教学设计
教学背景
习近平总书记在全国教育大会上强调，要在党的坚强领导下，全面贯彻党的教育方针，坚持马克思主义指导地位，坚持中国特色社会主义教育发展道路，坚持社会主义办学方向，立足基本国情，遵循教育规律，坚持改革创新，以凝聚人心、完善人格、开发人力、培育人才、造福人民为工作目标，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人，加快推进教育现代化、建设教育强国、办好人民满意的教育。
教学目标：
知识与技能目标:
1.了解科技人文融合创新项目和项目活动。
2.掌握科技人文融合创新项目的分析方法。
3.了解项目的生命周期。
4.了解标杆分析和反求工程。
教学内容分析:
以《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《标准》）为依据，以全面贯彻落实《标准》所倡导的以提高学生的技术素养和创新能力为目标。本模块的核心价值在于多学科知识的综合运用，科技人文融合创新项目的实施以兴趣、问题、活动等为中心，充分结合科学、技术、工程、艺术、数学、社会等学科知识，适当利用信息技术，注意在教学中融入爱国主义教育和革命传统教育，注意与中华优秀传统文化相结合。
学情分析:
学生对通用技术的了解认识有限，面对未来，他们需要学习有关通用技术的知识。
通过本模块的学习，同学们能理解科学、技术、工程、艺术、数学、社会等各学科之间的紧密联系和科技人文融合创新的重要性；初步掌握相关科学原理及其应用、数学知识及其应用、材料及其加工、模型制作及其工艺等基本知识与基本技能，初步形成在具体领域中运用结构与功能、权衡与优化、设计与创新等技术思想与方法的能力，提高设计创新能力；弘扬劳动精神和创新精神；形成系统思维与工程思维，培养团队意识和合作能力，树立投身我国科技创新以及中华民族伟大复兴事业的人生理想。
教学重难点:
了解科技人文融合创新项目和项目活动。
掌握科技人文融合创新项目的分析方法。
了解项目的生命周期。
了解标杆分析和反求工程。
教学策略:
以案例或项目引入，介绍从事科技人文融合创新项目活动的基础条件，工具、材料、图样、工艺、技术参数等技术要素，以及性能需求、生命周期、标杆分析和反求工程等的分析方法在科技人文融合创新项目活动中的独特作用。以技术与工程问题为牵引，以项目实践为指引，通过设计多种专题实践项目，让同学们经历科技人文融合创新项目活动的全过程。通过这些实践活动，同学们可了解技术与工程项目所蕴含的科学、技术、工程、艺术、数学、社会等因素，并能通过比较、权衡等方法剖析这些因素间的制约关系和通约特性。
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》选择性必修10：科技人文融合创新专题　第一章 科技人文融合创新概述　第二节 科技人文融合创新项目与分析。
在科学、技术、工程、艺术、数学、社会之间存在着一种相互支撑、相互补充、共同发展的关系。如果要更好地了解它们，尤其是它们之间的关系，就不能独立地看其中某个部分，只有在交互中、在相互的碰撞中，才能对它们有更深层次的认识和理解。
科技人文融合创新，有别于传统的单学科、重书本知识的教育方式，是更加重视实践的多学科融合学习。
一、科技人文融合创新项目
1．什么是科技人文融合创新项目？
科技人文融合创新项目是指融合了科学、技术、工程、艺术、数学以及社会诸要素的项目。
2．什么是科技人文融合创新项目活动？
科技人文融合创新项目活动就是科技人文融合创新项目的实践过程，包括分析技术与工程项目所蕴含的科学、技术、工程、艺术、数学和社会等因素，通过比较、权衡等方法剖析科学、技术、工程、艺术、数学和社会等因素间的制约关系和通约特性。
制约关系：在项目实践活动的过程中，总会遇到很多制约的因素，如工艺、材料、知识储备、技术支持等，均会制约项目实践推进，需要我们在活动的过程中，想办法解决相关矛盾。
通约特性：通约的提法可能源自数学，最直观的理解为6可分解成 2×3，9可分解成3×3，6和9有一个共同的元素3作为通约。通约特性指的是事物之间的共性。寻找共性是对事物进行有效分类的基础。在项目实践过程中可以找到很多具有共同特性的元素，如标准件、计量标准、工艺方法、原理、通用的元器件及工具等。
实例
制作一盏创意节能台灯
高二（1）班几位同学准备参加一年一度的通用技术制作比赛，按通知要求，比赛的内容是制作一盏创意节能台灯。制作一盏有创意的节能台灯，就是一个项目任务。怎样完成这个项目任务呢？这几位同学开了一个讨论会，明确了这个项目的关键点：①节能；②有创意。接着他们就开始思考：什么光源最节能？通过互联网搜索、图书馆资料查阅，他们发现，白炽灯泡、日光灯管、节能灯、LED灯都适合做台灯。对比各种光源的发光原理、辅助电路、光视效能、发光效率，如表1-2所示。
表1-2 光源指标对比
名称 白炽灯泡 日光灯管 节能灯 LED灯
发光原理 灯丝电热发光 紫外线激发荧光粉发光 紫外线激发荧光粉发光 半导体材料发光
辅助电路 无 镇流器 （外置） 电子镇流器 （内置） 电子恒流电源 （内置）
光视效能 15 lm / W 50 lm / W 50 lm / W 90～110 lm / W
发光效率 15% 50% 50% 90%
从表1-2可以看出，LED灯发光效率最高，因此选用LED灯做光源符合节能的要求。下一步他们思考：台灯怎么做才最有创意？他们认为外观、结构、支撑方式等都是可以创新的地方，还可以从人文和艺术的角度去思考其设计。
讨论
（1）案例中高二（1）班的几名同学制作台灯就是一个项目，这个项目的性能需求是什么？如果说是一个科技人文融合创新项目，请你分析一下这个项目在什么地方分别蕴含科学、技术、工程、艺术、数学和社会等因素？
（2）你认为这个案例中所涉及的科学、技术、工程、艺术、数学和社会等因素之间有什么制约关系和通约特性？
（3）你认为从事科技人文融合创新项目活动应该具备什么基础条件？
二、项目的生命周期
项目的生命周期是描述项目从开始到结束所经历的各个阶段。
项目的生命周期一般划分为识别需求、提出解决方案、执行项目、结束项目4个阶段。实际工作中根据不同领域或不同方法再进行具体的划分。在项目生命周期运行的不同阶段，由不同的组织、个人和资源扮演着主要角色。
项目生命周期确定了项目的开端和结束。例如，当一个组织看到了一次机遇，它通常会做一次可行性研究，以便决定是否应该就此设立一个项目。对项目生命周期的设定会明确这次可行性研究是否应该作为项目的第一个阶段，还是作为一个独立的项目。
项目生命周期的设定也决定了在项目结束时应该包括或不包括哪些过渡措施。通过这种方式，我们可以利用项目生命周期设定来将项目和执行组织的连续性操作连接起来。项目的整个生命周期由项目的各个阶段构成，每个项目阶段都以一个或一个以上的工作成果的完成为标志。
案例
深 中 通 道
2015年国家发展改革委员会正式批复同意建设深圳至中山跨江通道（深中通道）（图1-7）（参见教材P13）。
深中通道是连接广东省深圳市和中山市的大桥，是世界级超大的“桥、岛、隧、地下互通”集群工程，路线起于广深沿江高速机场互通立交，与深圳侧连接线对接，向西跨越珠江口，在中山市翠亨新区马鞍岛上岸，终于横门互通，全长24千米。
深圳及中山日益蓬勃的经济发展迫切需要一条更快捷的通道，以方便两地居民在经济、物流等各方面的紧密合作，建设深圳、中山、南沙等地的互通工程将加快缩小中山及粤西地区与深圳、粤港澳经济发展的差距，为承接粤港澳大湾区的产业转移打造交通大动脉。深中通道通车后，将成为连接珠江东西岸的重要通道，从中山快速直达深圳，通勤时间由以往2小时缩减为30分钟。这除了大大减轻虎门大桥的交通压力外，更彻底改变粤西方向湛江、茂名、阳江民众出入深圳必经虎门的交通瓶颈。
2016年12月，深中通道跨海工程西人工岛正式开建；2017年12月，项目东人工岛工程正式开工；2018年9月，桥梁工程建设进入全面实施阶段。预计2024年建成通车。深中通道是粤港澳大湾区超级跨海工程，建成后将成为联系珠江口东西两 图1-7 （参见教材P13）深中通道岸的直联通道，对两岸的人文、经济、文化等领域的交流起到重要的作用，有助于推进粤港澳大湾区建设，为实现中华民族伟大复兴发挥重要作用。
讨论
（1）深中通道项目的生命周期是多长？项目是如何诞生的？
（2）请填写表1-3。
表1-3 深中通道项目阶段的时间节点
要 素 时 间 节 点
识别需求
提出解决方案
执行项目
结束项目
三、标杆分析
标杆分析（Benchmarking）是用来衡量组织的流程、活动是否达到了最佳实践水平的系统管理工具。
标杆分析流程包括：
（1）确定内容。确定要进行标杆分析的具体内容。
（2）选择目标。确定了进行标杆分析的项目后，就要选择具体的分析对象。通常竞争对手和行业领先企业是分析的首选对象。
（3）收集分析数据。包括本企业的情况和被标杆的企业（可以是竞争对手，也可以是非竞争对手）的情况。分析数据必须建立在充分了解本企业目前的状况以及被标杆的企业状况的基础之上，数据必须要针对企业的经营过程和活动，而不仅仅是针对经营结果。
（4）确定行动目标。找到差距后进一步要做的是确定缩短差距的行动目标和应采取的行动措施，这些目标和措施必须融合到企业的经营计划中。
（5）实施计划和跟踪结果。标杆分析是发现不足，改进经营并达到最佳效果的一种有效手段，整个过程必须包括定期衡量评估达到目标的程度。如果没有达到目标，就需修正行动措施。
实例
美孚石油公司的标杆管理
由洛克菲勒一手建立的石油王国在美国大地上屹立了超过150年的光景，
除了洛克菲勒本人的才能之外，还有赖于公司的管理制度。
当美孚石油公司将一支著名的比赛队伍和一间优雅的酒店先后作为标杆实施标杆管理时，美孚石油公司的一些主管心中充满了疑问。美孚石油公司开始进行标杆管理之初，从它的行业跳出来，到与它完全不同行业的公司里去，以至于人们认为他们是疯子。
1992年，美孚石油公司向4 000多名客户询问需求，其结果令公司很惊奇，只有20％的人关心价格，80％的人关心的都是服务。客户一而再，再而三地要求三件事情：他们需要乐于助人的加油站服务人员，他们希望能够得到快捷的服务，他们希望自己对美孚的忠诚能得到一些认可。而调查得出的实际结果是：客户基本上都不满意加油站的服务。因此，美孚石油公司着手考虑如何才能使加油变成一次愉快的体验，成为一个客户会记住的经历。
于是美孚石油公司成立了三支团队，运用标杆管理来改变客户不满意的情况。
微笑团队将提供优异客户服务而著称的公司作为标杆；速度团队将能够快速完成服务而著称的公司作为标杆；安抚团队将致力于客户忠诚而著称的公司作为标杆。
美孚石油公司在经过标杆管理之后，客户一到加油站，迎接他们的是服务员真诚的微笑与问候。所有服务员都穿着整洁的制服，打着领带，配有电子头套耳机，以便能及时地将客户的需求传递到便利店的出纳那里。希望得到快速服务的客户可以开进站外的特设通道中，只需要几分钟，就可以完成洗车和收费的全部流程。这样做的结果是：加油站的平均年收入增长了10%。
讨论
（1）美孚石油公司的标杆管理对你要进行的科技人文融合创新项目活动有什么启发？
（2）在“制作一盏创意节能台灯”的案例中，你认为高二（1）班的几位同学组成的团队，在哪些方面运用了标杆分析？
（3）你认为标杆分析在科技人文融合创新项目活动中有什么独特作用？
四、反求工程
反求工程（Reverse Engineering，RE），也称逆向工程、反向工程，是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据，通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程，是一个从样品生成产品数字化信息模型，并在此基础上进行产品设计开发及生产的全过程。
阅读
反求工程这一术语起源于20世纪60年代，但对它从工程的广泛性去研究，从反求的科学性进行深化是从20世纪90年代初开始。反求工程类似于反向推理，属于逆向思维体系。
它以社会方法学为指导，以现代设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和创新思维，对已有的产品进行解剖、分析、重构和再创造，在工程设计领域，它具有独特的内涵，可以说是对设计的设计。
反求工程技术是测量技术、数据处理技术、图形处理技术和加工技术相结合的一门综合性技术。随着计算机技术的飞速发展和上述单元技术的逐渐成熟，近年来在新产品设计开发中得到越来越多的应用，因为在产品开发过程中需要以实物（样件）作为设计依据参考模型或作为最终验证依据时尤其需要应用该项技术，所以在汽车、摩托车的外形覆盖件和内装饰件的设计、家电产品外形设计、艺术品复制等领域对反求工程技术的应用需求尤为迫切。
反求工程是将数据采集设备获取的实物样件表面或表面及内腔数据，输入专门的数据处理软件或带有数据处理能力的三维CAD软件进行处理和三维重构，在计算机上复现实物样件的几何形状，并在此基础上进行原样复制、修改或重设计，该方法主要用于对难以精确表达的曲面形状或未知设计方法的构件形状进行三维重构和再设计。
讨论
反求工程问题分析方法在科技人文融合创新项目活动中有什么独特作用？
课后作业
习 题
（1）下面右栏是小张同学参加太阳能动力小车设计比赛的一些活动内容，左栏是本节涉及的一些名词，请用直线把你认为可以关联的名词和内容连起来：
1.工具 　A.在太阳下车速要求大于20 cm/s
2.材料 　B.太阳能板、轻质木板、螺丝螺母、轮子、电动机、做轮轴的铁
　　　　　线、橡胶圈、传动轮、导线、油漆
3.图样　 C.电烙铁、焊锡、松香、手电钻、钻头、钳子、螺丝刀、剪刀、
　　　　锯子、刀片、502胶水、铅笔、铁锤、胶布、3D打印机、万用表
4.工艺 　　　　D.太阳能电池板在光照下产生电能
5.技术参数 　　E.上网搜索太阳能小车，参考他人的制作
6.性能需求 　　F.完工时间
7.生命周期 　　G.用CAD软件设计结构图
8.标杆分析 　　H.看中一款玩具车的车厢，用3D打印把它再造出来
9.反求工程 　　I.把各配件组装起来
10.科学 　　　J.给车体喷漆，使得外观看上去更美观
11.技术　　　 K.根据电机的实际转速计算好主动轮和从动轮的直径
12.工程 　　　L.减少噪声
13.艺术
14.数学
15.社会
（2）请你写一份设计和制作太阳能小车的项目计划书。
板书设计
第一章 科技人文融合创新概述
第二节 科技人文融合创新项目与分析
一、科技人文融合创新项目
二、项目的生命周期
三、标杆分析
四、反求工程
通用技术
选择性必修10：科技人文融合创新专题
普 通 高 中 教 科 书
主 编 刘琼发
副 主 编：李 榕 周卫星 朱美健 席春玲
本 册 主 编：徐 明
本册副主编：李鲋瑞 刘海峰
广东教育出版社
广东科技出版社

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