资源简介

单元教学设计
普通高中新课程新教材优质课评选通用技术学科团体比赛
技术助力消防安全——系统及其设计
领队：
授课：______________________________
技术助力消防安全
单元教学设计
一、单元基本信息
学 科 通用技术 实施年级 高二 设计者
课程标准模块 通用技术必修 2 第三章“ 系统及其设计”
使用教材 广东科技出版社
单元名称 技术助力消防安全
单元课时 5 课时
二、单元教学规划
1.主题名称：技术助力消防安全
2.主题概述
依照普通高中通用技术课程标准（2017 年版 2020 年修订）（以下简称课程标准）
分析，“技术助力消防安全 ”单元属于《技术与设计 2》模块的第三章“系统及其设计 ” 部分。“技术助力消防安全 ”能通过活动体验感知消防系统及其子系统、理解系统的概 念及其特性，掌握系统分析的方法，学会设计简单的系统，探究系统优化的方法等，进 而促进学生技术意识和工程思维的培养。内容选用粤教版《技术与设计 2》教材的“系 统及其设计 ”，主题情境以“长沙电信大厦和南京金盛百货发生火宅 ”的生活情境为出
发点。
本项目以身边发生的实际情境出发， 引导学生探究消防系统及其设计， 共设计了 5 个子项目。子项目 1：火情早知道——认识消防自动报警系统；子项目 2：灭火要理性— —分析消防灭火系统；子项目 3：火情我控制——设计消防灭火系统；子项目 4：排烟 优处理——优化消防排烟系统；子项目 5：综合实践活动——基于 arduino 消防预警系 统实践。从而形成了系列学习活动， 能激发学生对消防系统的浓厚兴趣， 从而形成学习
本单元内容的最好切入口，同时也为本单元深度学习打下关键基础。
本单元的学习内容涵盖通用技术学科核心素养的技术意识、工程思维、创新设计和
物化能力五个方面，但较为侧重于工程思维。
3.主题内容分析
（1）项目内容结构
(
·
) (
系统的含义
系统的主要特
) (
·
整体性
·
功能性
·
相
关
性
·
环
境适应
性
) (
目
标
及
性
能
指
标
·
设计分析
·
指 定
设
计
方
案
·
方案实施
·
系统优化的意义
·
影响系统的因素
·
系统优化的实现
·
) (
1.
火情早知道
----
认识消防自动报警系统
) (
3.
火情我控制
----
设计消防灭火系统
) (
·
) (
性
) (
·
) (
系统的基本构成
) (
·
) (
系统的思想方法
系统分析的基本方法
) (
4.
排烟优处理
----
优化消防排烟系统
) (
2.
灭火要理性
---
分析消防灭火系统
) (
·
) (
技术助力消防安全
)
（2）项目设计思路
（3）项目内容分析
本单元《系统及其设计》研究的是，我们身边无处不存在的系统。系统有大有小， 有复杂有简单。任何系统都有一定的结构、特性和功能。了解系统的基本特性， 有助于 我们运用系统思想方法和系统分析的基本原则，分析影响系统运行和优化的关键因素，
指导简单系统设计，从而增强自身的系统思想和工程思维的能力。
第一节认识系统， 主要通过体验组装“消防自动报警系统 ”来认识， 包括系统的普 遍性、含义、特性、分类以及特性等。学生首先接触系统的概念， 这对学生全面、正确
地认识系统十分重要， 为进一步掌握系统的方法， 用系统的观点分析问题打下坚实基础。
第二节系统分析， 主要通过“消防灭火系统的分析 ”，包括“系统分析的基本方法 ”“系
统分析的基本原则 ”，使学生能运用系统的思想方法处理和研究问题。
第三节系统的设计， 主要通过 “消防自动灭火系统 ”的设计，详细介绍系统设计 的过程和原理， 学生通过消防灭火系统的设计、制作、测试和改进， 初步学会运用系统
设计的方法， 并把系统的而思想方法延伸到生活的具体问题的解决中来， 养成科学分析
的态度和勇于创新精神。
第四节系统的优化， 主要通过“消防排烟系统 ”的优化， 掌握优化的过程、价值和 意义， 并在系统分析的基础上， 进行系统优化。系统优化既是系统分析的深入， 也是系
统设计的基础，更是系统设计过程的重要环节，是本章节的重点内容之一。
第五节综合活动实践， 主要通过应用场景下的“消防预警系统 ”设计， 学生学习了 前面四节的内容之后， 通过技术探究， 分析影响优化的因素并通过对简单系统的设计实
现，初步学会简单系统设计的基本方法，增强系统与工程思维的能力。
4.主题学情分析
高二学生已经掌握了《技术与设计 1》模块和《技术与设计 2》模块中结构及其设 计、流程及其设计等相关科学知识， 对技术与设计以及结构与设计已经有了基本的认 识。本章节以身边的火灾情境出发，设置了四个技术问题：（1）如何快速知道火情？ （体验消防自动报警系统）（2）如何灭火？（分析消防灭火系统）（3）怎么灭火？ （设计消防自动灭火系统）（4）能报警和灭火就解决消防安全问题了吗？ （优化消防 排烟系统），从生活中的实际问题出发， 激发学生的求知欲， 从而形成学习本单元内容 的最好切入口。学生在项目情境的引导下，学习和掌握《系统及其设计》的内容， 也
为本单元深度学习打下关键支撑。
5.开放性学习环境
智慧课堂多媒体教室，希沃白板，微视频，教学课件，项目学习单，操作说明；
“技术体验 ”准备：ARDUINO UNO 主板、扩展板*7，火焰/烟雾/温度/适度传感器*7， 蜂鸣器*7，继电器*7，小水泵*7，固定架*7，胶枪*7，打火机/蜡烛*7，9v 电池组合*7， 烟雾产生物（艾柱*7 代替）、纸质房屋模型*7，矿泉水瓶子*7，测试用充电宝*2，储
水盒*2, 灯泡*7,杜邦线若干。
三、单元学习目标
1.目标确定依据
课程标准中对本章的要求有 2 点：
（1）从技术应用的角度理解系统的含义、基本构成及主要特性，结合实例学会系统 分析的基本方法。
（2）通过技术探究，分析影响系统优化的因素，并通过对简单系统的设计实践，初 步学会简单系统设计的基本方法，增强系统与工程思维的能力。
根据课程标准内容要求，本章承载的学科核心素养主要是“素养 1——工程思维”，
通过教学应达到如下水平：
水平 1——通过常见典型的技术系统案例分析，感知系统和工程现象，理解系统的基 本特性，考察并解释影响系统的因素；初步经历系统技术设计的一般过程，进行系统设计
方案的多因素分析，了解比较、权衡、优化系统分析的方法，形成初步的工程意识与思维。
水平 2——结合案例分析，总结归纳系统设计的方法，并能运用系统原理和系统分析 的方法，进行简单的系统技术设计活动，尝试解决技术问题；能分析影响系统的因素，并 对系统进行优化。
为落实技术核心素养培养的课程目标，基于课程标准要求，本章四节内容围绕着“长 沙电信大厦和南京金盛百货发生火灾 ”这一主题情境安排了十四个任务。第一节“认识 系统”以“如何快速知道火情”为情境导入，设计了“认识消防自动报警系统”、“体验 组装”和“分析系统特性”三个任务；第二节“系统分析 ”以“如何避免火灾损失 ”为 情境导入，设计了“谁来灭火 ”“用什么灭火 ”“怎么灭火 ”三个任务；第三节“系 统的设计 ”以“如何设计消防自动灭火系统 ”为情境导入，设计了“方案设计 ”和 “系统设计 ”“评价与改进 ”三个任务。第四节“系统的优化 ”以“消防灭火以后并 没有彻底解决安全问题 ”为情境导入， 设计了“分析设计排烟系统 ”和“总结系统优 化的意义和要素 ”“ 展示交流 ”三个任务。最后是“综合实践活动 ”以“生活场景中 简易消防预警系统 ”为情境导入，设计了“消防预警系统制作 ”和“方案展示或实物
演示 ”两个任务。
2.素养目标要求
（1）技术意识：能根据生活中的消防安全问题情境， 分析进行相关技术选择的原因， 能运用相关数据进行技术设计。
（2）工程思维：通过体验组装消防自动报警系统理解系统及其特性 ; 能运用系统 的分析方法，分析消防灭火系统，形成可能的解决方案；通过设计消防灭火系统，总结 归纳出系统设计的一般方法；通过优化消防排烟系统， 对技术方案进行性能评估与改进。
（3）创新设计：能根据问题解决、考虑人机关系，遵循设计的一般原则和规范， 运用技术语言对消防报警系统、消防灭火系统、消防排烟系统和消防预警系统等进行多 个方案设计，形成一定的创新设计能力。
（4）图样表达：能绘制消防报警系统、消防灭火系统、消防排烟系统和消防预警 系统的流程图、简单的电路图、草图进行表达与交流设计构思。
（5）物化能力：能结合消防安全的技术领域，了解消防报警、灭火、排烟系统的 相关原理， 并能根据方案选择材料、进行模型的组装与测试， 撰写简单地试验报告， 对 工具的使用有一定的规范、安全、环保意识， 操作过程中， 形成良好的合作意识和精益 求精的工匠精神。
3.单元学习策略
采用真实情境下大概念引领大项目的项目教学， 采用项目教学和任务驱动教学相结
合的教学策略。
四、单元学习活动
项目活动设计思路
课时 项目 名称 素养目标 项目情境 项目任务 项目实施 学习资源 项目评价 素养落实
第 1 课时 子项目 1： 火情早知 道 ——认 识消防自 动报警系 统 1.经历体验组装消防自 动报警系统，理解系统 的含义，初步形成系统 的观念和意识，树立学 生的技术意识； 2.通过消防自动报警系 统的分析，理解系统的 基本特性，感知系统和 工程现象，培养学生的 工程思维； 3.通过举例分析和概 括，了解系统的分类， 系统与子系统和元素的 关系，引导学生全面的 认识系统； 通过最近连续发 生的两起火灾新 闻， 请同学们从技 术的角度思考， 如 何快速地知道有 火情？ 体验组装消防自 动报警系统 任务一：认识消 防自动报警系统 活动 1：自主学习 ——什么是系统？ 智慧课堂多媒体教 室，微视频，教学 课件，项目学习单， 操作说明、ARDUINO UNO 主板，火焰传 感器*7，蜂鸣器*7， 打火机*7，9v 电池 组合*7，杜邦线若 干。 观看视频； 合作学习； 观点发表； 工程思维
任务二：自主学 习体验组装 活动 2： 自主学习——消防自动报警系统的软硬 件学习 （1）火焰传感器是如何感知火焰的？ （2）和蜂鸣器如何实现自动报警的？ 活动 3：技术体验——组装消防自动报警系统 技术体验； 小组合作； 交流分享；
任务三：分析系 统的特性 活动 4：知识总结——结合组装体验， 分析系统的 基本特性 （整体性；功能性；相关性；环境适应性） 小组合作； 观点发表； 分享展示；
总结与提升 活动 5：知识总结——系统的分类；系统与子系统 和元素的关系 观点发表； 自评互评师评
第 2 课时 子项目 2: 灭火要理 性——分 析消防灭 火系统 1.通过消防灭火技术领 域对社会、环境的影响 做出理性分析,形成技 术的敏感性和负责任的 态度,树立学生的技术 意识。 2.能对消防灭火系统案 凭借一个报警功 能就能解决我们 生活中的火灾安 全问题的吗？ 谁去灭火？ 用什么灭火？ 怎么灭火？ 任务一：案例分 析 活动 1：分析讨论灭火执行者（谁去灭火？） 多媒体教室，微视 频，教学课件，项 目学习单。 分析讨论； 发表观点； 技术意识 工程思维
任务二：案例分 析 活动 2：分析讨论灭火介质（用什么灭火？） 分析讨论； 发表观点；
例进行分析与解读,了 解系统分析的方法和基 本原则。 3.能运用系统分析的方 法针对灭火问题进行要 素分析、方案构思及比 较权衡,培养学生的工 程思维。 任务三：案例分 析 活动 3：分析讨论灭火方式（怎么灭火？） 分析讨论； 发表观点；
总结与提升 活动 4：尝试归纳系统分析的一般过程、原则和方 法 活动 5：分析长沙电信大楼火灾事故消防系统可能 性故障 分析讨论； 发表观点； 自评互评师评
第 3 课时 子项目 3： 火情我控 制 ——设 计消防灭 火系统 1.通过经历消防灭火系 统的设计，总结归纳出 系统设计的一般方法； 2.能运用系统的分析方 法，形成可能的解决方 案或者形成草图； 3.能通过模拟实验对消 防灭火系统技术方案进 行性能评估与改进 结合子项目 2，为 了实现自动消防 灭火功能， 需要明 确哪些原理？存 在哪些约束条 件？ 任务一：消防灭 火系统方案设计 活动 1：画出消防灭火系统的组成和工作流程图 智慧课堂、项目学 习单*7、操作说明 *7、视频、课件、 ARDUINO UNO 主板、 扩展板*7，火焰传 感器*7，继电器*7， 小水泵*7，杜邦线 若干，固定架*7， 胶枪，打火机*7，9v 电池组合*7，矿泉 水瓶子*7，测试用 充电宝两个，储水 盒*2 绘制草图； 合作学习； 工程思维 创新设计 物化能力
任务二：消防灭 火系统的技术设 计 活动2：合作学习相关技术原理 合作学习；
任务三：消防灭 火系统的测试、 优化、评价与改 进 活动 3：按照设计草图进行组装、测试 活动 4：测试问题、寻找优化方法 活动 5：讨论消防灭火系统模型评价与改进 活动 6：分组展示项目成果 技术体验； 小组合作； 交流分享； 自评互评师评
第 4 课时 子项目 4: 排烟优处 理——优 化消防排 烟系统 1. 通过对消防灭火系统 改进的分析与思考，理 解系统优化的意义； 2.通过消防排烟系统的 分析与探究，理解影响 系统优化的因素； 3.通过对防排烟系统这 一具体案例的分析与探 1.能 报 警 能 灭 火 就彻底解决了消 防 安 全 问 题 了 吗 ？ 为什么要不 断 地 改 进 与 完 善？ 2.针 对 防 排 烟 系 统， 我们需要从哪 任务一：分析、 设计排烟系统 活动 1：分析、讨论，计算出最优化方案 通用技术专用教 室。教学白板、项 目学习单、项目活 动资源、微视频、 软件及课件； ARDUINO UNO 主板、 扩展板*7，温湿度 传感器*7，杜邦线 小组合作； 交流分享； 工程思维
任务二：总结系 统优化要素 活动 2：总结系统优化的因素和步骤 活动 3：总结系统优化的一般步骤 小组合作； 交流分享；
究，总结归纳出系统优 化的方法; 些方面思考与分 析 ？ 如何实现最 优化？ 任务三：深入优 化系统，展示交 流 活动 4：进行排烟系统优化探究 活动 5：展示过程，分享成果，互相交流； 活动 6：小组代表展示成果，并阐述优化的意义； 若干，面包板或固 定架*7，胶枪，打 火机*7，烟雾产生 物（檀香*7 代替）， 测试用充电宝*7， 纸质房屋模型*7 小组合作； 发表观点； 交流分享；
提升与总结 活动 7：实现系统的优化意义 小组合作； 交流总结； 自评互评师评
第 5 课时 子项目 5: 综合实践 活动—— 基于 arduino 消防预警 系统实践 1、技术意识 :历经系统 分析过程进行具体设计； 形成对“消防灭火 ”技 术的正确认识。 2、物化能力 :在材料和 其加工过程中，具有基 本的安全、环保意识； 能根据设计要求进行简 单的项目制作。 3、工程思维 :在进行制 作时能多因素分析，全 面思考问题；在完成作 品的基础上进行评价及 优化。； 通过前面几个子 项目课堂活动体 验了消防预警及 灭火系统分析-设 计-优化的过程后， 完成一个应用于 家庭厨房中的简 易消防预警系统 的制作活动 任务一：制作消 防预警系统 活动 1：分组完成消防预警系统制作 通用技术专用教 室。教学白板、项 目学习单、项目活 动资源、微视频、 软件及课件； Arduino 主板*7、 烟雾传感器*7、火 焰传感器*7、蜂鸣 器*7、继电器*7、5V 电源线*7、杜邦线 若干、辅材若干(测 试：打火机，檀香， 灯泡) 技术体验； 实践操作； 小组合作； 工程思维 创新设计 物化能力
任务二：展示与 评价 活动 2：方案展示，实物演示 活动 3：总结与评价 小组合作； 交流总结； 自评互评师评
粤教版高中通用技术必修《技术与设计 2》第三章
五、单元持续性评价设计
需要评价 的活动 评价目标 评价任务 评价标准 评价方式
第一课时 （活动 1） 诊断评价 对火灾新闻的了解， 对消防 自动报警系统的组成部分 的了解程度，进行诊断评 价。 对身边的火灾的了解程度、 如何防范火情进行诊断评 价。 现场生成结 果
第一课时 （活动 2） 评价过程 对消防自动报警系统的软 件和硬件原理进行合作学 习。 能否正确组装消防自动报 警系统，实现自动报警功 能。 现场操作演 示结果
第一课时 （活动 4） 评价过程 结合组装体验， 分析系统的基 本特性， 小组合作， 分享与展 示结果。 组装过程中遇到什么困难， 如何解决困难， 小组分工合 作完成任务的过程产生评 价。 现场分享展 示
第二课时 （活动 1 活动 2、 活动 3） 评价过程 对讨论的结果进行评价， 讨 论分析谁去灭火、用什么灭 火、如何灭火等问题。 分析系统的过程中， 小组合 作讨论任务的过程产生评 价。 现场分享展 示
第二课时 （活动 4、 活动 5） 评价结果 归纳系统分析的一般过程； 对火灾事故的可能性故障 进行分析。 能否分析出系统分析的一 般过程；能否对火灾的可能 性故障进行分析。 课中即时呈 现结果
第三课时 （活动 1） 评价结果 画出消防灭火系统的组成 和工作流程图。 能否正确画出消防灭火系 统的组成和工作流程图。 现场生成结 果和流程图
第三课时 （活动 2） 评价过程 对消防灭火系统的相关技 术原理进行合作学习。 能否正确绘制草图， 实现消 防灭火系统的功能。 现场生成结 果
第三课时 （活动 3 活动 4） 评价过程 绘制草图、 组装测试，分析 优化消防灭火系统。 能否正确设计并实现消防 灭火系统的功能。 现场分享展 示
第三课时 （活动 8） 评价结果 对消防灭火系统模型进行 评价和改进， 分组展示项目 成果。 能否完成项目， 实现消防灭 火系统的设计。 当堂讨论；分 享演示；评价 结果
第四课时 （活动 1） 评价过程 分析讨论，计算出最优方 案。 能否设计消防排烟系统， 并 分析最优方案， 对合作分析 的过程进行评价。 方案展示
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粤教版高中通用技术必修《技术与设计 2》第三章
第四课时 （活动 2 活动 3） 评价过程 对系统优化的因素和步骤 进行合作分组合作学习。 合作学习过程中的分工合 作，交流和分享。 当场生成结 果
第四课时 （活动 4 活动 5 活动 6） 评价结果 对排烟系统优化探究后分 享展示成果， 并阐述优化的 意义等进行评价。 小组代表展示成果， 对成果 进行评价。 分享演示；评 价结果
第五课时 （活动 1） 评价过程 对消防预警系统的制作过 程进行评价。 从学生技术体验、实践操作和 小组合作的过程进行评价。 课中即时呈 现结果
第五课时 （活动 2 活动 3） 评价结果 对设计消防预警系统的方 案展示和实物演示结果进 行评价。 能否设计出合理的方案和 实现消防预警系统的功能 进行评价。 分享演示；呈 现结果
第五课时 （作业） 综合评价 单元自我评价与测试 分维度、测试题 课后评价与 练习
六、单元作业设计
层次 习题 知识点 核心素养 水 平 答案
A 组 1.什么是系统？ 系统的含义 工程思维 1 略
2.系统具有 , , , 特性。 系统的特性 工程思维 1 功能性；整体 性；相关性； 环境适应性。
3.系统分析的基本方法有哪些？ 4.系统分析的基本原则有哪些？ 系统分析； 工程思维 略
5.系统优化的意义是( ) A.实现系统最优化 B.改善系统的环境 C.调整系统的结构 D.改变系统的特征 系统优化 工程思维 1 A
6.小张发现自己骑车特别费力， 于是， 他对 自行车的各个组成部分进行分析和研究， 从 车圈到轮胎， 从链条到脚蹬， 最后排除了故 障，下列选项与此案例无关的是（ ）。 A. 小张考虑到了自行车系统的相关性 B．小张从新对自行车进行了设计 C．小张对自行车系统进行了优化 D．小张对自行车系统进行了整体性分析 系统的基本 特性；系统 优化 工程思维 2 B
B 组 7.请设计并制作一个三叶形（或者香蕉形） 回旋镖（飞去来器） 系统的设计 创新设计 工程思维 2 略
8.在田忌赛马的故事中， 田忌用哪种方案赢 了齐王？从系统优化的角度分析田忌为什 么能取胜？ 系统的优化 工程思维 2 略
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粤教版高中通用技术必修《技术与设计 2》第三章
七、单元教学反思
在核心素养背景下的真实情境下大概念引领大项目的大单元设计教学活动中。本单 元的大项目是 “技术助力消防安全 ”，通过学生身边发生的火灾事故， 引发学生对消防 安全系统的探究和思考。学生体验了“消防自动报警系统 ”和经历了分析设计“消防灭 火系统 ”，以及“优化消防排烟系统 ”和应用场景下的“消防预警系统 ”的实践等系列 实践体验活动， 学生体验了系统及其设计的过程， 增强了实践操作能力， 培养了工程思
维。
真实情境下大概念引领大项目的大单元设计， 采用系列任务及问题串的形式引导学 生将理论知识应用于生活实践， 深化了他们对系统及其设计的内涵以及单元重要内容的 理解， 初步培养了学生的工程思维， 提高学生的技术意识、创新设计、图样表达和物化 能力等核心素养的育人目标， 同时也提高了学生团队协作能力， 很好的完成了立德树人
的基本目标。

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