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
第三章 工程设计建模
第 二 节 工程图
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.识读基本工程图样。
2.初步掌握尺寸与公差。
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。
工程师们如何进行工程设计？他们应具备哪些基本知识和技能？工程师之间如何进行思想交流并做到准确无误的相互理解？现代工程师在进行结构设计或思想表达时采用什么计算机软件？使用这些软件难不难？
本章将通过简单实例来回答以上问题。
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:
识读基本工程图样。
初步掌握尺寸与公差。
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:
情景导入:
老师：本节课我们学习《通用技术》选择性必修3第三章 工程设计建模第 二 节 工程图。
一、认识工程图
工程图样是精确表达施工信息的技术语言，是工程项目参与者进行交流沟通的一种重要工具。
机械工程中常用的工程图有零件图和装配图两种。前者表达单个零件的制造要求，后者表达多个零件的装配关系。“技术与设计1”模块中，已经介绍了相关内容。图3-12（参见教材P59）是一幅机械手爪的装配图。该图采用了分解装配的表达形式，也称为爆炸图。
工程图一般包括以下内容。
1．视图。
视图是按投影规则布置在图纸中的几何图样，是工程图的主体。
长期以来，多个视图组合一直是工程师们准确表达物体空间几何形态的重要工具。如今，计算机三维模型因其对物体的空间形态表达更直接、更简单且基本涵盖了视图的表达功能，呈现出取代组合视图的趋势。
2．文字和符号。
工程图中通常还包括一些不适宜用图形表达的文字或符号信息，如：尺寸、颜色编号、工件表面加工纹理和粗糙度、装配配合状态及标题栏、明细栏、技术要求等。
其中，标题栏中含有图纸名称、编号、设计者、审核者、设计时间、图纸的隶属的工程项目等信息。
二、制图标准
图纸中的图线、符号、文字不能随意绘制或书写，以避免读图者产生误解。如：数字6，转180°方向观看就是9，如果不规定书写和观看方向，就容易出错。又如：粗实线用于表达未遮挡的投影轮廓线，虚线用于表达被遮挡的轮廓投影线，点画线用于表达对称线等。这些规定有利于制图者与读图者之间的准确思想沟通，避免误解。
制图标准是统一图纸“语言”的文件，用于规范表达方式、防止图纸中的信息被误解。
不同的国家或区域有不同的标准，常见的标准如下：
ISO：国际标准化组织制定的标准；GB：中国国家标准；ANSI：美国国家标准；JIS：日本国家标准；DIN：德国国家标准。
我国的制图标准有：GB / T 14689—2008《技术制图 图纸幅面和格式》，GB /T 4457.4—2002《机械制图 图样画法 图线》，GB / T 10609.1—2008《技术制图 标题栏》，GB / T 4458.4—2003《机械制图 尺寸注法》等。
三、了解公差
工程图中的数字，看似与数学中的数字相同，但其含义是有所差别的。数学上的数字50，是50.000...，即小数点后所有数字都为0。工程图纸上的50，则含义会有所不同，例如，一张桌子的桌面，在工程图上标注宽度尺寸为50cm，桌面成品尺寸可能只能做到50.05cm、50.01cm或49.98cm等。虽然这些成品的尺寸不完全等于标注的理想值，但它们都能满足使用要求，认定它们合格是合理的。公差的概念就是为了应对这样的问题而产生的。公差使得工程图纸中的尺寸数字不像数学中的数字那么严苛，降低了施工难度。
工程图中标注的尺寸数值，是一种名义尺寸，其含义是该尺寸的真实数值可以在标注尺寸附近的一个范围之内变动。这一尺寸变动的允许范围称为允差，也称为公差。
机械制造行业的公差，是指零件几何尺寸的允许变动范围。在我国的国家标准中，几何公差有20个不同等级，分别是IT01、IT0、IT1、IT2......IT18，其等级依次降低。公差等级越高，尺寸允许的变动范围越小，加工难度也越大，加工成本越高，反之亦然。普通机床的加工精度通常低于IT6。
机械工程中的公差主要有尺寸公差和形位公差两大类别。
如：图3-13中的 ，这就是一种尺寸公差的标注，其中30称为名义尺寸，而“+0.2”和“-0.2”是该尺寸对应的公差值。它表示该成品的指定尺寸处于29.8mm与30.2mm之间，则“符合设计要求”。
除尺寸外，零件的形状也不可能处于绝对理想的状态。
如图3-13（参见教材P61）中直径为30mm的外圆，其轮廓线上的每个点距离圆心的距离不可能绝对等于15.000...mm，外部轮廓的圆心和轮轴孔的圆心也不可能绝对重合。然而，即使有点偏差，也未必影响使用。对此，工程中用形位公差来加以规范。图3-13（参见教材P61）中，在尺寸φ30下面有两个符号，第一个符号表示圆度公差为0.01mm，即实际轮廓线上所有点到圆心的距离与理想轮廓线的偏差在0.01mm内都认定为合格。第二个符号后面有数值0.01和字母A，它与轮子中间圆孔上的基准符号A相呼应，表示：φ30直径圆的轴心线与中心孔的轴心线可以不同心，只要偏差小于0.01mm就认定为合格。除此以外，形位公差还有许多其他项目，如：平行度、直线度、垂直度……
需要注意的是，在工程图纸中，没有标注公差的尺寸并不代表公差值为零，而应理解成其公差等于默认值。不同的行业，不同的应用场合，默认值是不同的，这些数值在相关的标准、规范中都有明确规定。
思考
公差有什么作用？公差值大些好，还是小点好？
立即行动
利用课外时间查阅资料了解工程中互换性、配合的概念，以及它们与公差的关系。
习 题
1．若某尺寸标注为 ，指出其对应的允许尺寸范围。
2．公差和偏差有什么区别，又有什么联系？
板书设计
第三章 工程设计建模
第 二 节 工程图
一、认识工程图
1.视图
2．文字和符号
二、制图标准
三、了解公差
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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