资源简介

普 通 高 中 教 科 书
《通用技术》选择性必修3
工程设计基础
第一章 工程设计概述
第一节 了解工程
教学设计
教学背景
什么是工程？工程是人类运用技术手段，遵从科学规律，有组织、有计划地打造具有特定功能物件的实践活动。物件中的“物”包括非生命体、生命体；物件中的“件”包括软件、硬件。
工程活动与我们的日常生活息息相关：建筑工程建造出舒适的房屋，让人类不再风餐露宿；机械工程制造出各种机械，将人类从繁重的体力劳动中解放出来；计算机及软件工程增强了人类应对繁杂、深奥脑力劳动的能力；通信及网络工程让我们可以隔空交流，即时互通语音、文字、图像信息，缩短了人们之间的心灵距离；交通工程、航空工程为人类创造出高速铁路、高速公路及空运系统，缩短了旅行时距，将偌大个地球变成了“地球村”；生物工程、人工智能工程、机器人工程......一系列新兴工程的成熟与推广应用，正在改变、引领着我们的现在和未来。
党的二十大报告指出，要实施科教兴国战略，强化现代化建设人才支撑。工程设计是实现中国式现代化的重要支柱，我们需要培养造就更多大师、战略科学家、一流科技领军人才和创新团队、青年科技人才、卓越工程师、大国工匠、高技能人才。
教学目标：
知识与技能目标:
1.了解工程的概念、分类，理解工程的特性。
2.以工程的理念分析工程的价值和文化内涵。
教学内容分析:
工程设计作为工程活动中最关键的内容，其任务是构想、优化被打造物件的功能、形态、细节形状或其他参数，并用图纸、文件、表格等有效形式准确无误地将这些内容逐项表达清楚，用以指导实施打造物件的施工活动。学习工程技术，就是要掌握将设想变成物件的本领，用实用、先进的方法创造具有实际用途的物件，改善人类生存、工作环境，造福人类的现在和未来。
学情分析:
生活在科技迅猛发展的21世纪，同学们有必要了解一些机器人的知识，
通过典型工程案例分析，同学们了解工程发展的简要历史和工程分类。结合著名工程师的工程实践案例，进一步了解工程师工作的特点和职业要求。
通过典型工程设计的分析，同学们理解工程设计的一般过程，并利用“无碳小车”的工程项目制作让学生亲身体验设计过程。学会编制简易的工程设计任务书。
将通过实例，同学们介绍现代工程设计中常用的3D建模方法，并让同学们获得一次制作实物模型的体验。
同学介绍工程设计过程中评价和决策的重要性，让大家初步学会运用决策矩阵、层次分析法、决策树等工具和方法进行时间管理、质量管理和成本评估等。
教学重难点:
了解工程的概念、分类，理解工程的特性。
以工程的理念分析工程的价值和文化内涵。
教学策略:
本节课教学“学习目标”帮助我们明确章节应该掌握的要点；“案例”通过引入典型工程或事件，让同学们初步认知工程设计的各个要素；“任务驱动”将知识要点分解为各种小任务，引导同学有的放矢地学习；“立即行动”让同学们手脑并用，通过亲身体验来理解、掌握与章节有关的知识内容；“探究”为同学们深入探究问题提供了线索；“练习”能帮助同学们检测和回顾应该掌握的知识。
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:
情景倒入:
老师：本节课我们学习《通用技术》选择性必修3第一章 工程设计概述第一节 了解工程。
工程是什么？简单讲：工程是人类打造有用物件的活动。科学和技术是保障工程活动获得预期成果的必要条件。我们通过典型案例分析，可以了解工程发展的简要历史，理解工程特性、重要价值和丰富的文化内涵。结合著名工程师的工程实践案例，引领我们探究工程师的工作特点和职业要求，感受工程团队精神的重要性。
一、工程的含义与种类
工程是人类运用技术手段，遵从科学规律，有组织、有计划地打造具有特定功能物件的实践活动。“工程”一词最早出现在我国南北朝时期，当时主要指土木工程。我国早期的工程活动的目的，是以满足人类的生存需要为主。“工程”在中西方的含义有所差别，在西方早期，“工程”与军事技术相关的建造活动密切相关。英语中的engineering（工程）源于拉丁文ingenium（意指古罗马军团的撞墙锤）。
随着人类生活、生产的发展以及宗教传播和战争的需要，在文明的演变、发展过程中逐渐出现了各具特征的工程活动。其主要经历了从构木为巢、掘土为穴等知识含量较低的史前工程，后来出现主要以手工作业为主的古代工程，发展到以专业工匠的个人能力与工程学科知识的应用逐渐紧密结合为特征的近代工程，直至以科学知识为先导，工程学科高度分化又趋向综合集成的现代工程。
工程设计与实施已成为人类生产和生活实践的重要组成部分，人类文明的进步离不开工程活动，现代的社会生活方式与工程设计密切相关。
案例
中国人自己设计的第一条铁路——京张铁路
由于清政府闭关锁国政策的影响，中国近代工程发展较为缓慢。中国铁路发展的初期，铁路工程都由外国人设计建造。1905年，清政府筹划修建京张铁路（图1-1），因为英、俄等国争夺建设权，清政府无法调和，最终只好决定由本国人员组织工程设计。外国工程人员扬言建造这条铁路的中国工程师恐怕还未“出世”。
1905年，詹天佑被任命为会办兼总工程师。经过实地勘测和缜密比较，詹天佑选定了比较切合实际的线路走向。虽然这条铁路地势险峻，工程艰巨，但詹天佑率领中国工程技术人员和筑路工人精心施工，接连挑战各种困难并不断被突破，这条国际上公认“工程艰巨的铁路”最后仅花费了外国承包商预算五分之一的经费，并在4年内建造完成。
该工程体现了中国工程人员的专业水准和建设能力，为此后中国的工程建设积累了宝贵的经验，并树立了良好的信心。
讨论
京张铁路工程的成功建造在20世纪初对于中国铁路工程起到了什么作用，铁路工程的发展怎样推动了社会经济的发展？
分析
清朝末年修建的京张铁路具有明显的近代工程的特征，请查询相关资料，从工程技术、社会性和项目管理方式等角度分析京张铁路工程的特点，填入表1-1中。
表1-1 京张铁路工程的特点
工程特点 京张铁路工程
科学与技术
经验知识特征
社会时代性
经济目的
思考
新的京张铁路工程已于2015年批准建设，预计耗时4年半完工，其线路最高时速将达到350km/h。如何评价新旧两条京张铁路的工程意义？
立即行动
近代工程中相继出现了土木工程、机械工程、矿冶工程、水利工程、交通工程、电机工程、化学工程、纺织工程等具体工程学科，现代工程中又出现了生物工程、信息工程和环境工程等新兴工程学科。请尝试列举一些具有代表性的典型工程案例，填入表1-2中。
表1-2 典型工程案例
工程分类 典型工程案例
水利工程
机械工程
生物工程
二、工程的特性
工程活动是人类文明持续进步的推动器，工程与科学、技术之间相互依存、相互影响，工程遵循一定的科学原理，技术是工程设计及工程活动的基本要素。工程活动中，包含了多种技术因素，但也需要考虑非技术因素，比如在城市绿化工程活动中，技术因素不再是工程活动中的难点，需要考虑公众对工程的接受度。因此，工程有着内在的独有特性。
（1）集成性。工程需要通过决策、规划、设计、建设和制造等过程建构一个原本不存在的新事物。这需要集成各种要素、科学认识和技术知识。
（2）综合性。工程是创造一个自然界原本不存在的事物，需要综合多方面的因素进行。随着现代技术的迅速发展，这种创造活动越来越复杂，往往会涉及科学、技术、社会、经济、政治、生态等多个领域，需要综合考虑各个因素。
（3）创造性。任何一个工程都会集成各种复杂的要素，要素的复杂性使得每一个工程几乎都是独一无二的。在工程活动中，不是简单照搬以前的活动过程，而是需要根据工程条件的变化进行创造，才能达到工程目标。
（4）科学性和经验性。工程活动必须建立在遵守科学原理的基础上，违背科学规律可能导致工程问题甚至工程失败。工程设计者和实施者在不断进行的工程活动中积累经验，已有的经验知识，可以帮助工程活动更加高效。
（5）社会性。工程是应人类的需要而产生，其社会性是必然的。工程的社会性也使得它必定受到公众关注，并可能引发社会对工程的各种理解。这些理解不一定科学，但是工程活动尤其是现代大型工程必须在策划时就需要考虑非技术因素的社会影响，制定必要的应对措施。
（6）效益性和风险性。工程天然具有效益性，或为经济效益，或为社会效益，或为环境生态效益。工程的实施过程中，其产生的效益具有不确定性，这导致工程具有风险性，而工程的其他特征也可能导致风险。
（7）伦理约束性。工程的最终目标是为了服务社会，造福人类。在应用过程中必须受到道德的监视和约束。
工程的特性存在着动态变化的可能，而同类工程尤其是大型工程在不同时期的个别特性也可能会发生巨大变化。
案例
港珠澳大桥工程
港珠澳大桥（图1-2）跨越伶仃洋，东接香港，西接珠海和澳门，由中央及
粤港澳三地政府共同出资兴建。从1983年香港的建筑师胡应湘提出动议到2009年
项目开工历时26年，造价超过1 000亿人民币，2018年10月24日正式通车，全长55km，是世界最长的跨海大桥工程，被赞为“现代世界七大奇迹之一”
它将连起世界最具活力经济区城，促进香港、澳门、珠海三地经济社会一体化。作为桥梁建设史上里程最长、投资最多、施工难度最大的跨海桥梁项目，港珠澳大桥的建设在工程的实践性、涉及三地的工程复杂性和风险性等方面均无先例可循。
思考
港珠澳大桥曾经在2011年因环评问题而停工一年，后经过专家论证，重新修改工程的设计方案，预计港珠澳大桥香港段工程造价预算将上升55%，这反映了工程的哪些特性？
分析
请从你生活的地区选择一个典型工程，分析工程的特性，以及工程特性的形成原因。
三、工程的价值和文化内涵
人类的工程活动过程就是一个创造和提升价值的过程，工程通过特有的建造活动满足了需求方的诉求，也形成了工程的价值。一项工程总是具有多种价值，如经济价值、政治价值、生态价值、国防价值等。
工程不仅具有实用价值，也具有人文价值，实用价值显示了工程的实用性，人文价值体现出工程的品位，反映出工程的人文内涵。人们对于工程在生活方式、行为方式、思维方式等方面达成的长期共识形成了工程活动的文化内涵。例如，一条货物运输通道建立在一个风景秀美的地区，那么这条通道还可以作为旅游观光线路，这改变了人们的生活方式。对一个工程的需求来说，工程蕴含了它的精神和思想，体现了相应的历史传统，也具有对应的文化内涵。
案例
青藏铁路工程
青藏铁路（图1-3）是世界上海拔最高、在冻土上路程最长的高原铁路工程，是中国21世纪四大工程之一，被誉为“天路”，是世界铁路建设史上的一座丰碑。一期工程从青海省西宁市到格尔木市长约846km。二期工程于2001年6月开工，2006年7月1日建成通车运营，工程总投资330亿元，其中环保投资近20亿元，工程活动中创造了多项世界之最。
为保护青藏高原脆弱的生态环境，列车所有废水、污物均统一收集，统一排放，桥梁建设考虑动物迁徙通道。青藏铁路推动西藏进入铁路时代，密切了西藏与内陆的时空联系，拉动了青藏带的经济发展，西藏地区的GDP也从2000年的118亿元增长到2015年的1 026亿元。
青藏铁路是几代中国人的梦想，孙中山先生在他的《建国方略》中就规划过“西北铁路”“高原铁路”等七大铁路系统，中华民国时期也曾先后组团勘测甘青铁路。一个重大工程，不仅要考虑其经济价值，而且要考虑其生态价值、社会价值、艺术价值，不仅要考虑其眼前的价值，还要考虑其长远的价值、历史价值，这些都会让工程对社会产生重大影响。
讨论
青藏铁路二期工程在建设过程中的环保投入占总经费的6.1%，表面上看起来，这与我们思维习惯中的工程活动的追求经济价值的取向相矛盾。同时，青藏铁路目前所产生的直接经济效益与它的投入差别较大，请从工程的价值角度讨论工程设计的选择性和妥协性。
探究
青藏铁路从中华民国时期就有需求，它蕴藏着国家和民族融合的需要，请结合青藏铁路工程的历史传承，以工程注重长远发展的特点和工程建成后对社会的发展促进角度来探究该工程含有的丰富文化内涵。
立即行动
请根据从本节课程学到的知识和方法，以3人为一个小组，在自己的家乡寻找一个工程项目，分析它的工程特性、工程价值及工程的文化内涵。
课后作业
习 题
1．人类的工程活动总体可以划分为＿＿＿＿＿＿＿ 个阶段。
2．选择题：港珠澳大桥的环评风波体现了工程的（ ）特性。
A．建构性和实践性 B．集成性和创造性
C．科学性和经验性 D．社会性和风险性
3．判断题：工程活动是中性的，可以不包含任何文化内涵。 （ ）
4．简答题：
青藏铁路作为影响巨大的工程活动，请结合工程特性和工程价值分析青藏铁路的宏观意义。
板书设计
第一章 工程设计概述
第一节 了解工程
一、工程的含义与种类
二、工程的特性
三、工程的价值和文化内涵
教学反思
通用技术
选择性必修3
工程设计基础
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：王华权
本册副主编：周 嘉
编 写 人 员：
周 熙 周 嘉 王华权 柯 力　林 敏 陆 超
广东教育出版社
广东科技出版社

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