资源简介

5.2 像工程师那样实践
教 案
一、基本信息
课题 5.2 像工程师那样实践 课型 综合实践课
课时 2课时 教材 浙教版七年级科学上册
第五章 探索技术与工程的世界
年级 七年级 教法 项目式学习(PBL)、案例教学法、
合作学习法、演示法、实践操作
教学重点 工程设计六环节流程；
"冰丝带"案例分析——工程
如何解决限制与挑战；
工程实践中评估与取舍的思维方法 教学难点 理解工程设计的"往复性"——不是线性\推进而是循环改进；
培养学生针对实际问题提出
解决方案并评估取舍的能力
教具准备 多媒体课件、冰丝带案例视频、
红绿灯电路实验器材
（电池、导线、开关、LED灯）、
搭建塔台用材料（吸管、胶带） 学具准备 笔记本、直尺、
塔台搭建材料（每组一份）
学情分析 5.1节已建立技术与工程的基本概念。本节转入实践——"像工程师那样做"。学生对动手实践充满热情，但容易跳步骤（直接动手不加规划）。需要在实践中强化"先设计→再建模→测试→改进"的方法论，让学生体会到工程师工作的系统性和严谨性。
二、核心素养目标
1. 科学观念
（1）知道工程设计的六个基本环节：明确问题→设计方案→实施方案→检验产品→改进完善→发布成果。
（2）理解工程设计过程的往复性、复杂性——不是一次性直线完成，而是需要反复测试和改进。
（3）认识到好的工程设计需要预估需求、减少浪费、降低成本、保证安全和延长使用寿命。
2. 科学思维
（1）通过"冰丝带"国家级工程案例，分析工程师面对限制条件时是如何评估方案、做出最优选择的。
（2）通过"发现问题的途径"（观察生活、阅读资料、技术研究、安全需求），培养从生活中寻找问题切入点的思维习惯。
（3）通过石板小路、红绿灯改进等案例，体会"测试改进"环节在工程设计中的核心地位。
3. 探究实践
（1）按照工程设计六环节完成一项简单的工程实践任务（如制作LED手环或简易塔台）。
（2）能绘制设计草图，制作实物模型，并基于测试结果提出改进方案。
（3）通过实践体会工程设计中"评估方案、做出取舍"的决策思维。
4. 态度责任
（1）通过工具演变的案例（石器→青铜→铁器），感受技术迭代推动社会进步的历程。
（2）学习工程师的严谨工作态度：论证规划先行、测试改进不停、不轻易放弃。
（3）感受中国工程建设的成就（冰丝带），增强民族自豪感和科技报国意识。
三、教学重难点
教学重点：工程设计六环节流程；冰丝带案例分析——工程如何解决限制与挑战；评估方案与取舍的思维方法。
教学难点：工程设计的往复性理解；实践环节中学生跳步骤的倾向纠正；"评估取舍"的决策思维培养。
四、教学过程
第1课时：工程设计的过程与方法
（一）情境导入（约5分钟）
【问题导入】同学们，上节课我们知道了"科学=探索Why"、"技术=想办法How"、"工程=造产品What"。但工程具体怎么做？
生活中的问题：洗澡后浴室镜子起雾→装上消雾器→问题解决了！这个过程中，工程师经历了哪些步骤？
图1 浴室镜子起雾→消雾器——从生活中发现问题
今天我们就来学习工程师的工作方法——工程设计的一般流程。
（二）新知探究
【环节1】工程设计六环节（约15分钟）
工程师的工作一般按照以下六个环节进行：
图2 工程设计六环节流程图
① 明确问题——确定要解决什么问题，识别需求。
② 设计方案——进行头脑风暴，提出多种可能的解决方案，评估各方案的局限性，做出取舍与权衡，选择最优方案。
③ 实施方案——按照选定的方案执行。
④ 检验产品——对完成的产品进行测试，验证是否满足要求。
⑤ 改进完善——根据测试中发现的问题，修改设计，完善产品。
⑥ 发布成果——成果展示、交流分享。
【重点强调】注意！这六个环节不是一次性线性走完的。工程设计的核心特点是"往复性"——测试发现问题→回到设计修改→再测试→再修改。这是一个循环往复、不断迭代的过程。
以LED手环制作项目为例，正确顺序为：
①前期研究→②明确问题→③设计方案→④制作模型→⑤测试改进→⑥展示交流
（注意：前期研究要放在明确问题前面——先了解已有技术，再精准定义问题。）
【易错提示】很多学生会把"测试改进"理解为"评出名次"，这是错误的。测试的目的是发现产品的问题并改进，而不是打分评比。
【环节2】工程设计的核心思维（约10分钟）
一、发现问题的途径：
① 观察日常生活（最常用——如镜子起雾）
② 阅读收集资料 　③ 技术研究和试验 　④ 了解安全的需求
二、面对多种方案时——评估与取舍：
当面对多种解决方案时，工程师需要：评估各种方案的局限性→分析制约因素→做出取舍与权衡→选择最优方案。
三、好的工程设计应该做到：
预估现实需求、减少资源浪费、降低施工成本、保证工程安全稳定、延长工程使用寿命。
因此，工程建设前必须进行仔细的论证和细致的规划。
【理解要点】案例：石板小路铺设。如果石板间距设计不合理——太窄则步伐迈得太大，太密则步伐迈得太小，正常步伐脚会踩在两块石板中间很不舒服。这说明：没有提前预估使用者需求的设计，即使建成了也不合格！
图3 石板小路——设计需预估用户需求
【环节3】工具与技术的演变（约8分钟）
案例：中国古代农具的演变
石器（七千多年前河姆渡居民使用磨制石器耕地）
→ 青铜农具（西周时期，冶铜技术成熟）
→ 铁农具（春秋战国时期，冶铁工艺更成熟，成本更低，使用范围扩大，农作物产量显著提高）
规律：新技术→新工具→效率提升→社会进步。工具和技术自古以来就紧密相连——每一种工具的发明都离不开相关技术的突破。
【判断技巧】总结工具与技术的规律：技术进步降低制造难度和成本→工具更锋利、更廉价→推广范围更大→社会生产效率提升。这是一个正向循环。
（三）第1课时小结（约3分钟）
回顾：六个环节（明确问题→设计→实施→检验→改进→发布）→两个关键思维（往复迭代、评估取舍）→一个好的设计要预估需求、减少浪费、保证安全。
第2课时：工程实践案例分析
（一）衔接导入（约3分钟）
上节课我们学了工程设计的一般流程。今天通过两个真实案例——"冰丝带"国家速滑馆和红绿灯改进——来体会工程师是如何在实践中运用这些方法的。
【环节1】"冰丝带"案例分析（约15分钟）
国家速滑馆"冰丝带"拥有亚洲最大的全冰面设计（1.2万平方米），是2022年北京冬奥会标志性场馆。
冰丝带建造面临的限制与挑战，以及工程师的解决方案：
挑战1：设计图结构性能不确定
→ 解决方法：制作缩小版模型进行检验（验证结构性能）
挑战2：施工过程中钢索状态难把握
→ 解决方法：安装无线传感器，通过电脑实时监测和数据收集，进行力学分析
挑战3：场馆多功能照明需求（不同比赛需要不同的光照环境）
→ 解决方法：由1088套LED灯具组成照明系统，每套灯具实现智能独立控制
挑战4：节约能源
→ 解决方法：屋面采用世界跨度最大的单层双向正交马鞍形索网，用钢量仅为传统屋面的25%；LED灯具节能环保
挑战5：需要快速制冰，制冰能效要求高
→ 解决方法：采用全世界先进的二氧化碳跨临界直冷制冰技术，赛后冰面可分区控温
【重点强调】"冰丝带"案例体现了工程与技术的核心关系——工程与技术相辅相成、相互促进。先进技术支撑了冰丝带的建设，冰丝带建设中的难题又推动了技术的进步。
设计思路的演变：冰陀螺高速旋转 → 加入敦煌壁画飞天意境 → 22条丝带状玻璃幕墙 → "冰丝带"的诞生。从功能到美学——这也是优秀工程设计的追求。
【环节2】测试改进——来自生活的案例（约10分钟）
案例一：红绿灯的演变
图4 红绿灯——从两色到三色
最早的红绿灯只有红、绿两种颜色 → 使用时发现存在安全隐患 → 增加黄色灯提醒危险 → 红黄绿三色信号灯成为完整的交通信号系统。
这一过程属于工程实践的"测试改进"环节。
案例二：体育馆改造工程
① 体育馆改造要通过竞标方式确定工程承办单位（不是"协商内定"或"给好友做"）
② 设计师完成设计图后要制作模型进行测试验证
③ 施工中发现原设计有问题，应在原设计基础上合理修改，按新设计继续（不放弃工程、不无视问题）
④ 体育馆必须有的系统：供水系统、排水系统、供电系统、电路系统
案例三：塔台模型的制作与评测
不同小组制作塔台模型后进行"测评会"：
有的塔台结构最容易变形（缺少三角形支撑）、有的抗风能力差（底座太轻或太高）。
整个建造过程中，核心环节是"设计"——好的设计决定最终质量。
【易错提示】关于制作模型的四个易错点：A测试项目≠美观评分；B建立模型是重要环节；C要通过测试分析和推理；D测试的目的不是评出名次而是发现和改进问题。
（三）例题精讲（约8分钟）
例题1
下列不属于工程产品的是（ ）
A．投影仪　　B．汽车　　C．文具盒　　D．野草莓
解析：工程产品是经过人工设计制造出来的物品。野草莓是自然生长的，不属于工程产品。答案：D。
例题2
最早的红绿灯只有红绿两色，后来增加黄灯形成三色信号灯。这一过程属于工程实践的哪个环节？
解析：增加黄灯是基于"发现安全隐患→改进设计"的过程，属于"测试改进"环节。答案：测试改进。
例题3
关于"冰丝带"的建造，工程和技术的关系描述最合理的是（ ）
A．技术在工程实践中不断进步　　B．技术含量高低对工程建设影响不大
C．工程与技术相辅相成，相互促进
解析：冰丝带案例清楚表明——先进技术支持工程建设，工程需求又推动技术进步。两者是相互促进的关系。答案：C。
（四）实践任务（约10分钟）
任务：制作一个红绿灯控制装置
按照工程实践六环节完成：
① 明确问题：设计红绿灯控制电路，使不同颜色的灯按需求发光。
② 设计草图：在纸上画出电路连接方案。
③ 准备材料：红色/绿色/黄色小灯泡、电池组、导线、开关。
④ 制作模型：按照设计图连接实物电路。
⑤ 测试改进：检查不同开关组合下灯泡是否按预期亮灭。发现问题→修正。
⑥ 展示交流：小组展示成果，分享设计思路和遇到的问题。
（五）课堂总结（约3分钟）
一、工程设计六环节：明确问题→设计方案→实施方案→检验产品→改进完善→发布成果。
二、核心思维：往复迭代（不是一次性走完）、评估取舍（多方案中选择最优）。
三、冰丝带启示：工程与技术相辅相成，好的工程要预估需求、减少浪费、保证安全。
四、工具演变：技术进步→新工具→效率提升→社会进步。
五、板书设计
§5.2 像工程师那样实践
一、工程设计六环节
①明确问题 → ②设计方案 → ③实施方案
↓（往复循环）
⑥发布成果 ← ⑤改进完善 ← ④检验产品
每一步含义：
明确问题：确定需求，识别问题
设计方案：头脑风暴→评估局限性→取舍权衡→选最优
实施方案：按方案执行
检验产品：测试验证，不达标的找原因
改进完善：修改设计，解决问题
发布成果：展示交流，分享经验
二、核心思维
· 往复性：不是一次性走完，循环→测试→改进→再测试
· 评估取舍：分析制约因素，选择最优方案
· 预估规划：预估需求、减少浪费、降低成本、保证安全
三、经典案例
· 红绿灯：两色→发现隐患→加黄灯("测试改进"环节)
· 冰丝带：挑战→解决方案→工程与技术相辅相成
· 农具演变：石器→青铜→铁(技术推动工具进步)
· 石板小路：间距不合理→行走不适(设计未预估用户需求)
四、工程实践
以红绿灯控制电路为例，按六环节展开实践
六、教学反思
1. 学生对工程设计六环节的记忆是否准确？"往复性"这一特点是否被充分理解（而非死记硬背六个短语）？
2. 冰丝带案例中，学生能否自主提取出"限制与挑战→解决方案"的对应关系？这个分析框架能否迁移到其他工程案例？
3. 实践环节（红绿灯电路或塔台搭建）中学生是否有"跳步骤"现象（直接动手不加计划）？是否需要更严格的过程监控？
4. 学生对"评估方案、做出取舍"的理解程度如何？能否在实践活动中体现出这种决策思维？
5. 工具演变的案例分析（石器→青铜→铁）是否有效地帮助学生理解了"技术推动社会进步"这一宏观规律？
6. 两课时的时间分配是否合理？实践环节的时长是否需要根据班级实际情况灵活调整？

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