资源简介

大单元教学设计
《系统及其设计》
——校园物资运送智能车系统及其设计
苏教版高中通用技术必修《技术与设计 2》第三章
《校园物资运送智能车系统及其设计——系统及其设计》
单元教学设计
一、单元基本信息
1.实施学科：通用技术
2.实施年级：高二
3.课程标准模块：通用技术必修 2“系统及其设计”
4.教材章节：苏教版必修《技术与设计 2》第三章
5.单元名称：《系统及其设计》
6.单元课时：3 课时
二、单元教学规划
1.主题名称：《校园物资运送智能车系统及其设计——系统及其设计》
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，该单元属于《技术与设计 2》模块的“系统及其设计 ”部分。“系统及其设计 ” 需学生理解系统的含义、基本构成及主要特性，系统分析的基本方法，分析影响系统 优化的因素，初步学会简单系统设计的基本方法，增强系统思考和工程思维的能力。
内容选用苏教版《技术与设计 2》教材“系统及其设计 ”，主题情境以“疫情期间，为 了尽量避免接触，家长不能进入校园，看着返校日校门口同学们手上的大包、小包， 你是否想到尝试去设计一款能帮助他们完成从校门口到宿舍楼进行物资运送的智能车， 以减轻他们的负担？ ”为切入点。高二学生通过前面的已经具有了一定的知识储备， 对于技术已经有了初步的认识，但是系统比较和权衡为核心的筹划性思维欠缺。设置 了源于生活的三个技术问题：（1）探究常见自动小车系统；（2）校园物资运送智能 车系统的分析与设计；（3）校园物资运送智能车系统的优化与实现。从而形成了系列 性学习活动，能激发学生系统学习热情，为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支撑。
本单元的学习内容涵盖通用技术学科核心素养技术意识、工程思维、创新设计、
图样表达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
核心概念：
内容结构：
本模块旨在帮助学生领悟系统思想和方法的丰富内涵和广泛应用，提高运用系统思 想分析、设计、优化和解决实际技术问题的能力。
教学过程：
4.主题学情分析
分析学生已有生活、知识、活动、方法等经验。可以是着眼单元整体描述学情，也
可以是课时学情分析的概括。
高二学生通过必修一的学习和已经具有的一定知识储备对技术和设计已经有了一 个全新的认识。必修二中本单元学习是结构和流程专题学习的延伸和拓展，同时也为 下一个单元控制的学习做好铺垫。学生对于系统比较和权衡为核心的筹划性思维是欠 缺的。设置了源于生活的三个技术问题：（1）探究常见自动小车系统；（2）校园物 资运送智能车的系统分析与设计；（3）校园物资运送智能车系统的优化与实现。从而 形成了系列学习活动，能激发学生系统学习热情，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支撑。
5.开放性学习环境
通用技术专用实践室、教学白板、智慧教育平台、软件及课件。
“项目实践 ”准备：小车套装若干套、校园物资运送智能车套装若干套、模拟场 地一套、螺丝刀、电池等。
三、单元学习目标
【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，增强系统思考和工程思维的能力。
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 2——工程思维”，
通过教学应达到如下水平：
水平 1—— 了解比较、权衡、优化等系统分析的方法；感知系统和工程现象，理解系 统的基本特性，形成初步的工程意识与思维。
水平 2——总结归纳出系统设计的方法，并能运用系统、结构、流程等原理和系统分 析方法，进行简单的技术设计活动；能确定一个生活或生产中的简单对象，分析影响系统 的因素。
为落实技术核心素养培养的课程目标，基于课程标准要求，本章三节内容围绕着“校 园物资运送智能车 ”这一主题情境安排了六个任务。第一节“系统及其特性”以“孙宇同 学萌发为同学设计校园物资运送智能车，探究常见的自动小车”为情境导入，设计了“探 究常见自动小车的系统组成”任务，此任务设计两个活动，活动 1：调试、观察自动小车， 认识系统、子系统及其组成；活动 2：探究自动小车系统的基本特性；第二节“系统分析 与设计” 以“分析收集的小车，发现这些小车不能满足自动运送货物需求后，和同学一起 在现有研究的基础上独立设计适合运送货物智能车”为情境导入，设计了“校园物资运送 智能车的系统”任务，此任务设计两个活动，活动 1：分析校园物资运送智能车系统；活 动 2：构思设计校园物资运送智能车系统；第三节“系统设计的优化与实现”以“对校园 物资运送智能车模型进行技术测试，发现需要改进的问题并解决问题”为情境导入，设计 了“校园物资运送智能车系统的优化与实现”任务，此任务设计两个活动，活动 1：校园
物资运送智能车系统的优化方案设计；活动 2：校园物资运送智能车系统方案的实现。
【单元学习目标】
（1）通过技术实践活动，能从技术的应用角度阐明系统的含义及基本构成。
（2）通过技术案例分析，能从应用的角度归纳系统的基本特性。
（3）通过案例分析和讨论，说出系统分析的一般过程，归纳系统分析的基本方法。 （4）经历简单系统的设计过程，概述系统设计应考虑的主要问题及一般步骤。
（5）经历简单系统设计方案的优化过程，阐明系统优化的意义，探究影响系统优
化的因素。
（6）经历简单系统设计方案的实现，概述系统设计的基本方法，增强系统与工程
思维的能力。
【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
四、单元学习活动
1.设计思路
校园物资运送智能车系统及其设计——系统及其设计
2.学习规划
课时 课 题 学习目标 学习内容 主体情境 分解任务 活动设计 学习资源 持续性评价 侧重素养
第 1 课时 系 统 及 其 特 性 1.通过技术实践活 动，能从技术的应用 角度阐明系统的含 义及基本构成。 2.通过技术试验，能 从应用的角度归纳 系统的基本特性。 1.系统含义 及 基 本 构 成； 2．系统的基 本特性 孙宇同学萌发为同 学设计自动物资运 送智能车，探究常 见的自动小车。 任务一：调试、 观察自动小车 活动 1：技术实践——调试自动小车 活动 2：总结归纳——系统含义、系统构成 活动 3：系统划分——系统与子系统 教学白板，智慧 教育平台，简易 自动车套件，白 板课件。 实践操作； 互动点评； 交流合作； 深度感悟。 技术意识 工程思维
任务二：探究 自动小车系统 的基本特性 活动 4：技术试验——整体性 活动 5：系统体验——相关性 活动 6：系统思考—— 目的性 活动 7：系统感悟——动态性 活动 8：对比碰撞——环境适应性 互动点评； 交流合作。
第 2 课时 系 统 分 析 与 设 计 1.通过案例分析和 讨论，说出系统分析 的一般过程，归纳系 统分析的基本方法。 2.经历简单系统的 设计过程，概述系统 设计应考虑的主要 问题及一般步骤。 1.系统分析 一般过程； 2.系统分析 基本方法； 3.系统设计 收集的小车，发现 这些小车不能满足 自动运送货物需求 后，和同学一起在 现有研究的基础上 独立设计适合运送 物资的智能车。 任务一：分析 校园物资运送 智能车系统 活动 1：明确目标——分享设计要求 活动 2：系统分析——通过建模对校园物资运送智能车系统进行 分析 智慧云平台及终 端装置。 学生勘察； 观点分享。 技术意识 工程思维 创新设计
任务二：构思 校园物资运送 智能车系统方 案 活动 3：系统设计——行驶子系统 活动 4：系统设计——储物子系统 活动 5：系统设计——控制子系统 智慧云平台及终 端装置、教学白 板，控制设备 技术试验； 交流讨论； 分析总结。
第 3 课时 系 统 设 计 的 优 化 与 实 现 1.经历简单系统设 计方案的优化过程， 阐明系统优化的意 义，探究影响系统优 化的因素。 2.能通过简单系统 设计方案的实现，概 述系统设计的基本 方法，增强系统与工 程思维的能力。 1.系统优化 意义； 2.系统优化 影响因素； 3.系统设计 基本方法 对校园物资运送智 能车系统进行优化 与实现。 任务一：校园 物资运送智能 车系统的优化 方案设计。 活动 1：技术测试——对上一节课搭建的模型进行测试，发现问 题。 活动 2：创新设计——针对性进行系统优化设计方案，得出最佳 方案。 智慧云平台及终 端装置；网络平 台；设计方案框 图。 发现问题； 搜集资料； 评价比较； 确定方案。 工程思维 创新设计 物化能力
任务二：校园 物资运送智能 车系统方案的 实现。 活动 3：项目实践——校园物资运送智能车系统制作与运行测试 活动 4：展示评价——对每组模型进行展示和评价。 课堂小结：总结所得——学习系统优化知识的必要性。 项目总结：单元总结和单元作业。 智慧云平台及终 端装置；制作小 车所需材料。 动手协作； 分享展示； 交流总结。
五、单元持续性评价设计
1.持续性评价
需要评价 的活动 评价目标 评价任务 评价标准 评价方 式
第一节 （活动 1） 评价过程 对自动小车的实践过程评价 从安全规范、团队合作、调试结果 等方面进行评价 交流心得 体会
第一节 （活动 2） 评价作品 对每组搭建的自动小车模型进行评 价 从功能、外观等角度评价作品 课中即时 呈现结果
第一节 （活动 3） 评价结果 对学生理解系统的内涵进行评价 从学生阐述情况进行评价 课中即时 呈现结果
第一节 （活动 4） 评价结果 对学生划分的自动运送货物智能车 系统的情况进行评价 从子系统划分的情况评价观点 课中即时 呈现结果
第一节 （活动 5） 评价结果 对学生理解系统的整体性进行评价 从学生技术试验情况来评价 课中即时 呈现结果
第一节 （活动 6） 评价结果 对学生理解系统的相关性进行评价 从学生技术体验情况来评价 交流心得 体会
第一节 （活动 7） 评价结果 对学生理解系统的目的性进行评价 从学生回答问题情况来评价 交流理解 体会
第一节 （活动 8） 评价结果 对学生理解系统的动态性进行评价 从学生回答问题情况来评价 交流理解 体会
第一节 （活动 9） 评价结果 对学生理解系统的环境适应性进行 评价 从学生对比总结情况来评价 交流理解 体会
第二节 （活动 1） 评价结果 对校园物资运送智能车的设计要求 进行评价 从学生设计要求的全面性进行评价 交流分享
第二节 （活动 2） 评价结果 对校园物资运送智能车系统分析结 果进行评价 从学生分析的合理性进行评价 交流理解 体会
第二节 （活动 3） 评价过程 对学生行驶子系统分析进行评价 从学生表述的情况进行评价 课中即时 呈现结果
第二节 （活动 4） 评价过程 对学生储物子系统分析进行评价 从学生表述的情况进行评价 课中即时 呈现结果
第二节 （活动 5） 评价过程 对学生控制子系统进行评价 从学生表述的情况进行评价 课中即时 呈现结果
第三节 （活动 1） 评价过程 从学生对方案形成进行探讨和分析 从设计方案、语言表达、理解感悟 等进行评价 交流理解 体会
第三节 （活动 2） 评价结果 对学生对方案的优化进行评价 从学生分析情况进行评价 交流理解 体会
第三节 （活动 3） 评价过程 从学生对校园物资运送智能车系 统优化过程进行评价 从安全规范、团队合作、组装结果 等方面进行评价 交流心得 体会
第三节 （活动 4） 评价结果 从学生对校园物资运送智能车展示 与评估过程进行评价 从学生总结的情况进行评价 课中即时 呈现结果
2.单元作业
单元作业设计 1.二战期间，德国视图研制动力机翼垂直起降战斗机。这种分析器尾部梳理，在机身上有一 个可旋转的环状物，而环状物上安装了三个薄机翼，翼尖上则装有呈一定角度的喷气发动机。 当发动机工作时，它既能垂直起飞，也能高速平飞。但是测试时发现螺旋桨与发动机绑在一 起不能着陆。下列对该飞行器系统分析正确的是（ ）。 A.该飞行器不是系统，因为没有子系统 B.该飞行器不是系统，因为不具有特定的功能 C.该飞行器是系统，因为由两个或两个以上的要素构成 D.该飞行器是系统，因为组成飞行器的各个部分之间相互作用、相互联系、相互制约 题目类型巩固素养表现工程思维，能结合具体的案例理解构成系统的三个条件涉及内容通过技术实践活动，从技术的监督阐明系统的含义及基本构成题目解析选 B 。飞行器由于本身设计的缺陷，无法达到最初的设计目标，因此不具有 特定功能，不能构成一个系统评判标准水平 1通过对常见典型的技术系统案例的分析，感知系统和工程现象
2.仔细观察下列两幅图，分析不同的报警器需要安装在房间不同的位置，这主要体现了系统 的（ ）。 A.动态性 B.环境适应性 C.整体性 D.相关性 题目类型巩固素养表现工程思维，考查学生对系统基本特性的理解涉及内容系统的基本特性 题目解析选 B 。因为液化石油气比空气的密度大，天然气比空气的密度小，所以造成 报警器安装位置不同。说明了工程技术中系统通过调节以适应外界环境变化， 体现了系统的环境适应性评判标准水平 1通过对常见典型的技术系统案例的分析，理解系统的基本特性
3.为了相应国家节能减排政策的号召，小李决定通过系统分析优化用点方案，减少每月家庭 用电量。下列做法与系统分析的科学性原则不符合的是（ ）。 A.认真测量家中各种电器的真实用电量
B.结合以往的用电经验提出改进方案 C.利用数学工具对测量的数据进行定量分析 D.将各种用电方案进行对比分析，根据数据选择最终方案 题目类型巩固素养表现技术意识，考查学生对具体技术情境的分析能力 工程思维，考查学生对系统分析原则的理解涉及内容系统分析的原则题目解析选 B 。系统分析时一种科学决策方式，结合以往的用点经验提出改进方案属 于经验决策评判标准水平 1通过对常见典型的技术系统案例的分析，理解系统的基本特性水平 2能运用系统的原理和系统分析方法，进行简单的技术设计活动
如图是家庭太阳能光伏发电系统，其原理是利用光伏组件半导体材料的“光伏 ”效应， 将太阳能直接转换为电能。该系统主要包括太阳能电池组件、控制器、蓄电池组合逆变器等 部分。根据材料，回答下列问题 4.关于该系统设计的分析不正确的是（ ）。 A.可将该系统分成发电子系统、电能存储子系统和电能逆变用点子系统 B.可以增加向电网输电子系统，使多余的电能不至于浪费 C. 电能逆变用电子系统出现故障必然会对发电子系统造成影响 D.蓄电池组和太阳能板虽然分别属于不同的子系统，但涉及蓄电池组容量需要考虑太阳能板 的大小，体现了系统分析的综合性原则 题目类型检测素养表现工程思维，考查学生理解系统分析的原则和分析系统设计案例的能力涉及内容子系统的划分，系统分析的原则、系统的影响因素、简单系统的设计题目解析选 C 。电能逆变用电子系统出现故障不一定会对发电子系统造成影响。 评判标准水平 1能结合具体的技术系统案例，理解系统和工程现象水平 2能结合对系统设计案例的分析，总结归纳出系统设计的方法，并 能运用系统的原理和系统分析方法，进行简单的技术设计活动
5.太阳能光伏发电系统具有安全可靠、无噪声、无辐射、无需消耗燃料、寿命长等特点，有 一定的使用寿命和性价比，且环保美观，虽然发电量较低，但是适合乡村、农场、山顶、海 岛、高速公路等偏僻地方的用点，同时也是非常优秀的应急备用电源。请根据系统的相关性 描述，画出该系统的评价坐标图。 题目类型检测素养表现图样表达，考查学生绘制雷达图的能力 技术意识，考查学生分析具体技术案例的能力涉及内容雷达图、设计评价题目解析根据材料分析：人机因素 4-5 分，使用范围 4-4.5 ，可持续发展 4-5 分，环境 因素：4-5 分，经济性 3-3.5 分，发电效率 2-3 分评判标准水平 1能通过具体实物展示分析具体案例，绘制雷达图水平 2能分析相关数据，评价一项技术的积极和消极的影响
如图所示为王伟设计的阳台小型温室栽培系统，该温室能自动控制温室内的温度和湿
度，在温度控制器上设定好温度控制范围后，温室温度低于设 定值的下限时，发热带开始加热，当温度高于设定温度的上限 时，换气扇启动，将温室内外空气流通，一直到温度达到或者 低于上限温度时停止。在湿度控制器上设定好湿度范围后，当 湿度传感器检测到温室空气湿度低于或等于下限湿度时开始 加湿，达到上限湿度时停止加湿。请根据示意图和上述说明， 完成下列题目。
6.写出该温室栽培系统含有的子系统，并列出各子系统的主要组成要素或部分。 题目类型检测、巩固素养表现工程思维，能理解系统的结构组成涉及内容构成系统的条件 题目解析该温室栽培系统含有温度控制子系统和湿度控制子系统 温度控制子系统的主要组成要素和部分为：发热带、温度框架、温度控制器、 换气扇等；湿度控制子系统的主要组成要素和部分为：喷头、小水泵、水箱、 湿度控制器等评判标准水平 1能写出子系统及其主要的组成要素或部分
7. 当栽培箱内的空气温度和外界环境的空气温度均高于设定温度的上限值时，则换气扇会 （在“A.持续运转；B. 间歇性运转；C.运转后一段时间后自动停止；D.无法判断 ”中选择一 项），你会如何改进这一问题？请写出你的优化方案。 题目类型检测、提高素养表现工程思维，能通过考察，解释输入、过程、输出及各种因素是如何影响系统
的
涉及内容 系统分析
题目解析 A ，要改进这一问题可以在原有基础上引入降温装置，例如，在通风口中加 水帘，通过水的蒸发让进入的空气适当降温
评判标准 水平 1 能填对第一空
水平 2 能写出解决该问题相对合理的方法和措施
8. 由于水箱的水很快会被用完，王伟设计了如图所示的水位控制系统，当水位上升到设定值 时，感压包压力增大，使传动膜片向外胀，推动连接杆带动电触点断开，电磁阀门关闭，停 止进水； 当水位低于设定 值时，感压包压力减小， 弹簧回拉连接杆，使电触 点闭合，开始进水，如此 反复。据此判断，讲凸轮 逆时针旋转一定角度，则 水箱水位会如何变化？ 简 要说明其工作过程。 题目类型检测、提高素养表现工程思维，能通过考察，解释输入、过程、输出及各种因素是如何影响系 统的涉及内容系统分析 题目解析水箱水位会升高。当凸轮逆时针旋转一定角度时，弹簧被拉长，拉力变大， 电触点闭合， 电磁阀打开，开始进水，水位上升，感压包的压力增大，当 水位到达一定程度，传动膜片推动连接杆克服弹簧拉力将电触点断开，停 止进水评判标准水平 1能正确判断水位变化水平 2能说出其工作过程
9.王伟在设计分析时，孤立地从每个子系统分析，未能把电磁阀和湿度控制子系统等部分整 合，王伟违背了系统分析的哪些原则？如果你是王伟，你会如何来分析设计？
题目类型 检测、提高
素养表现 工程思维，能结合系统设计案例的分析，总结归纳出系统设计的方法
涉及内容 系统分析
题目解析 主要违背了系统分析的整体性原则，王伟没有从系统的整体来分析各个子系 统的相互作用、相互联系，在分析时，应先分析整体再分析各个组成部分， 统筹兼顾，综合多个目标的实现，若用电磁阀来控制水位，则说明使用了一 定水压的供水水源，无需水箱水位控制，直接用电磁阀控制喷头的供水即可， 所以该系统可以优化，去除多余要素
评判标准 水平 1 能说出整体性原则
水平 2 能提出简单的优化方案且合理
六、单元教学反思
本单元创设面向真实世界的真实问题进行真实的技术设计与制作。项目的选择 经过慎重考虑，起初有风能小车、飞机模型、手电筒、桌面垃圾桶等等，最终在面 向真实世界的真实问题背景下依依被否定，选择了同学们在学校遇到的问题，疫情 期间，为了尽量避免接触，家长不能进入校园，看着返校日校门口同学们手上的大 包、小包，尝试去设计一款能帮助他们完成从校门口到宿舍楼进行物资运送的智能 车这个项目，以减轻他们的运送负担。
采用任务引领，问题串的方式进行教学，学生在项目开展和实施中不知不觉间 实现知识传递、迁移和融合，深化了他们对系统内涵的认识，从认识系统、分析系 统、设计系统、优化系统，实现系统的螺旋上升。知识线、情境线、活动线贯穿教 学过程，循序推进，构建学科知识，学生形成系统分析和比较权衡的筹划性思维， 学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力等学科核心素养显著 提升，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。
在教学的过程中高效运用智慧课堂，并注重多学科知识的融合。智慧课堂除了 具有原来多媒体的教学效果以外，在师生的互动交流，活动成果的实时展示等方面 有着独特的优势，给学生带来了生成性的课堂。在教学中融合了技术、科学、艺术、
数学和工程等多学科知识，拓展了学生知识，发散了学生思维逻辑。

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