资源简介

5.2 像工程师那样实践
一、基本信息
课题 5.2 像工程师那样实践 课型 实践操作课
课时 2~3课时（含制作环节） 教材 浙教版科学七年级上册
年级 七年级 学科 科学
教法 项目式学习(PBL)、任务驱动法、演示法、合作探究 教具 木板/木条、大小皮带轮(12:1)、铁轴/轴套、皮带、螺丝螺母、泡沫太阳/地球/月球模型、锯子/钻孔机、遮光布、A/B小药瓶及C/D吸管
二、核心素养目标
1. 了解工程设计的一般过程。（科学观念）
2. 尝试制作"三球运动演示模型"，并演示日食和月食的成因。（探究实践）
3. 提升实践操作技能，包括使用工具、设备、软件等进行实际工程作业的能力。（探究实践）
三、教学重难点
教学重点：① 工程设计一般过程（六步法）及"办公椅"案例对应关系；② 三球运动演示模型的制作流程与检验方式
教学难点：① 三球模型结构（皮带传动比12:1设计原理）；② "概念设计"与"具体设计"的区分（典例1关键）；③ 工程设计的迭代改进思维
四、教学过程
环节一：情境导入——"像工程师那样思考"（3~5分钟）
【教师活动】上节课学习了"认识技术与工程"——科学=发现、技术=发明、工程=建造。那工程师在实际工作中到底怎么做的？有没有一套标准流程？今天来学习"像工程师那样实践"。
【学生活动】先画设计图吧？做完了要测试一下能不能用。
【知识点】工程设计不是随意为之，有一套规范的一般过程。了解各阶段核心任务是理解工程实践的第一步。
【设计意图】承接5.1"认识技术与工程"，从"是什么"过渡到"怎么做"，建立学习的连贯性。
环节二：工程设计的一般过程——"办公椅"案例串联（15~18分钟）
【教师活动】展示工程设计总览表（一般过程|说明|举例），以"设计一把办公椅"串联六步法全程。
【知识点】第一步【明确问题】：确定需求与约束条件。
【知识点】第二步【设计方案】——包含两个子阶段：
【知识点】 概念设计 ：根据问题，通过相互交流和讨论，运用头脑风暴，产生多种设计概念和方案；对这些概念进行初步评估和筛选，确定几个有潜力的方向。
【知识点】 办公椅案例：升降用气压杆还是螺杆？靠背用网布还是海绵？扶手要3D调节吗？
【知识点】 具体设计 ：对选定的概念进行细化和完善，形成具体的设计方案，包括整体结构、主要部件、工作原理等方面的设计；绘制设计草图。基于概念设计，进一步深化方案，确定各个零部件的具体尺寸、形状、材料等细节，绘制详细的工程图纸和技术文档。
【知识点】 办公椅案例：椅座宽50cm、深45cm；靠背用透气网布+尼龙框架；升降用气压杆，行程10cm。
【知识点】第三步【实施计划 】：根据设计图，运用各种技术，进行一系列工作，制作原型。
【知识点】 办公椅案例：按图纸切割金属管→焊接底座→安装气压杆→固定椅座和靠背→组装出第1把样椅。
【知识点】第四步【检验作品 】：在工作环境下对原型实物进行测试，检验是否满足限制条件。
【知识点】 办公椅案例：测试高度调节、倾斜角度调节、承重能力和舒适性等方面。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。
【知识点】第五步【改进完善 】：针对测试发现的问题，对设计进行进一步的调整和优化，解决出现的问题和不足之处。再次制作原型并重新进行测试。
【知识点】 办公椅案例：综合考虑生产成本和实际需求，选择更换使用耐受更强的材料，达到设计承重的标准。
【知识点】第六步【发布成果 】：测试完成后，与生产部门协作，为大规模生产做好准备工作，如制定生产工艺、整理和编写详细的设计报告、使用手册等。
【知识点】 办公椅案例：与供应商合作，选取合适的材料和制造工艺，并制订生产计划。完成生产制造后，与办公家具经销商合作，进行一系列的展示、推广、销售活动。
【知识点】【核心论述 】一个好的工程设计能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长工程使用寿命。因此，在进行任何工程建设之前，必须首先进行仔细的论证和细致的规划，以确保工程质量和效益的最大化。
【过渡语】工程设计是"以终为始"——从需求出发，经过层层论证，做出安全、经济、可持续的最优方案。
【教师活动】强调"概念设计"与"具体设计"的区别：一个发散（多种方案），一个收敛（确定细节）。这是典例1的解题关键。
典例1 ：在工程设计中，确定设计方案后紧接着的步骤是（ B ）
A. 需求分析 B. 详细设计 C. 采购与资源准备 D. 项目交付
解析：工程设计第一步是需求分析→确定设计方案（概念设计）。确定整体方案后，紧接着要进入详细设计（具体设计），确定零部件规格、尺寸、材料、连接方式等。A"需求分析"在最前面；C在详细设计明确材料需求之后；D是全部流程完成后的最终环节。
关键区分："设计方案"包含概念设计+具体设计/详细设计两个子阶段。典例1中"确定设计方案"=概念设计完成，"详细设计"即具体设计。
【设计意图】办公椅案例全程串联六步法，每个阶段都有具体可感的对应内容。Slide11经典论述是本节理论升华，需重点圈划标注。
环节三：三球运动演示模型——设计方案（8~10分钟）
【过渡语】现在将六步法应用到工程实践中——制作"三球运动演示模型"，演示日食和月食的成因。第一步：设计方案。
【教师活动】展示材料清单，引导逐项分析每种材料在模型中的角色。
【知识点】【材料的选择】
【知识点】 · 木板：底座和支架的基材，提供结构支撑。
【知识点】 · 太阳、地球、月球小模型：泡沫材质，轻便易固定在轴上。
【知识点】 · 直径不相同的轴和轴套：大铁轴配大皮带轮，小铁轴配小皮带轮——核心传动部件。
【知识点】 · 大小不同的两个皮带轮及皮带——两个皮带轮直径的比是12:1（模拟地球公转1年与月球公转约12次的周期比）。
【知识点】 · 螺丝、螺母等固定件。
【教师活动】工具的选择：锯子、钻孔工具等。
【知识点】【绘制草图】学生根据材料清单绘制简易设计草图，标注各部件位置关系和大致尺寸。
核心设计原理：大小皮带轮直径比12:1。大皮带轮转1圈=地球绕太阳"1年"公转；小皮带轮同时转12圈=月球绕地球12次。为什么12:1？月球约1个月绕地球1圈，1年约12个月。12:1是最接近真实天体运动周期比的整数比。
【设计意图】先讲清楚设计原理再动手。12:1不是随意选的数字，有科学依据。让学生理解"为什么"，而不只是"怎么做"。
环节四：三球运动演示模型——实施计划（25~35分钟）
【教师活动】按课件步骤1~6逐步指导操作，强调安全注意事项和关键参数。
【知识点】【制作六步骤】
【知识点】步骤1：锯木板。按草图中尺寸，用锯子把木板锯成长度和宽度各不相同的长木条。 注意：使用锯子和钻孔机时注意安全。
【知识点】步骤2：钻孔。较长木条左右两端+中间偏右共3个孔；较短木条两端各1孔；较宽木条中间1孔。 注意：孔的大小和轴的大小相同；较宽木条中间孔和较长木条中间偏右孔的孔径相同，其余孔孔径相同。
【知识点】步骤3：装底座。按课件图示，用螺丝把底座安装好。
【知识点】步骤4：装大皮带轮+太阳。将大皮带轮用大铁轴套固定在较宽木条中心的大铁轴上→较长木条中间偏右的孔插上→轴上端固定太阳模型。 注意：大皮带轮上下都要用轴套固定，与上下木条之间要留有空隙。
【知识点】步骤5：装小皮带轮+地球+月球。较长木条左孔插入小铁轴→轴下装小皮带轮→轴上依次固定较短木条和地球（泡沫大球）模型→较短木条另一端固定月球（泡沫小球）模型。 注意：调整轴的高度，使月球中心与地球中心相平。
【知识点】步骤6：挂皮带。大、小皮带轮上挂松紧合适的皮带→推动右侧轴→较长木条带动地球绕太阳转动→小皮带轮带动月球绕地球旋转。
【学生活动】小组合作分工：锯→钻→装底座→大皮带轮+太阳→小皮带轮+地球月球→挂皮带。遇到孔不匹配或皮带打滑时先组内讨论调整方案。
【设计意图】步骤分解清晰，每步标注安全提醒 和关键参数（孔径匹配、轴套间隙、月球高度齐平），降低返工风险。
环节五：检验作品→改进完善→发布成果（12~15分钟）
【教师活动】模型制作完成后进入检验阶段。引导学生对照验收标准和评价量表逐项测试。
【知识点】【检验作品】演示要求在遮光室内进行。用手连续推动右侧的轴：
【知识点】 · 地球绕太阳公转，月球绕地球旋转。
【知识点】 · 当地球运行到太阳与月球之间时，则形成月食。
【知识点】 · 当月球运行到太阳与地球之间时，则形成日食。
【知识点】【验收标准与评价量表 】分别对照"三球运动演示模型制作验收标准"和"三球运动演示模型测试记录表"逐项测试并打分，将结果记录在表中。
【知识点】【改进完善 】发现问题→迭代优化：手动转动可以改成电动机、电池和齿轮自动转动，运行更平稳。
【知识点】【发布成果】通过绘制画报、呈现实物或产品发布会的形式发布三球运动演示模型制作成果。
【教师活动】引导学生用4.3节学过的日食/月食知识解释观测到的现象，实现跨节知识融合。
【设计意图】"检验→改进→发布"三步让学生完整经历工程循环。日食/月食判断条件引自4.3节，建立跨节知识关联。"手动→电动"是最直观的工程迭代案例。
环节六：拓展探究——自制温度计项目（8~10分钟）
【教师活动】展示一个完整的微工程项目——自制温度计。看同学们能否独立运用六步法进行分析。
【知识点】【项目 】某小组找到了A、B两款小药瓶及C、D两种吸管。为了提高自制温度计的精确度，则最好选择其中的B和D进行组合搭配。
【知识点】解析：温度计的玻璃泡容积越大，在温度变化相同时，其内部液体体积变化越大；温度计的玻璃管越细，在液体体积变化相同时，液面位置变化越大，有利于温度计做得更精密。故最好选择大瓶(B)+细管(D)。
【知识点】【项目制作 】制作并标注刻度：在标准温度条件下测定液面对应位置，标注温度值（课件示例：标注70.0℃）。
【知识点】【项目评价 】根据评价量表，对自制温度计进行等级评价，并说明评价理由。
【教师活动】分组讨论：自制温度计经历了六步法的哪些步骤？每步对应什么实际操作？
【学生活动】明确问题→做一支精确的温度计；设计方案→选B瓶+D管；实施计划→组装+灌液+标刻度；检验作品→对比标准温度计校准；改进完善→调整刻度间距；发布成果→撰写制作报告。
【设计意图】温度计项目是六步法的迁移应用——让学生独立识别工程各阶段。项目评价环节训练用量表进行客观评价的能力。
五、板书设计

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