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5.2 像工程师那样实践 学案
班级：________ 姓名：________ 日期：________
一、学习目标
1. 掌握工程设计的一般过程（六环节），理解每个环节的含义。
2. 通过"冰丝带"国家速滑馆案例，理解工程师如何面对限制条件并选择最优方案。
3. 知道发现的途径（观察生活、阅读资料、技术研究、安全需求），学会从生活中发现问题。
4. 通过红绿灯电路等实践活动，体会工程设计的往复性——测试、改进、再测试。
二、课前预习
（一）工程设计六环节
1. 工程设计的一般过程包括六个环节：明确问题→____________→____________→____________→____________→____________。______________________________
2. 工程实践中，当面对多种解决方案时，工程师需要评估各种方案的______，分析______因素，做出______，从中选择最优方案。______________________________
3. 工程设计过程的特点是：具有______性、______性（不是简单的一次性完成）。______________________________
4. 一个好的工程设计能够提前预估______和未来可能出现的问题，减少______、降低______、保证工程______和延长______。______________________________
5. 因此，在进行任何工程建设之前，必须首先进行仔细的______和细致的______。______________________________
（二）工程实践基本常识
6. 发现问题的途径有：①____________ ②阅读收集资料 ③____________ ④____________。______________________________
7. 在完成制作LED手环项目中，正确的顺序是：前期研究→____________→____________→制作模型→____________→____________。______________________________
8. 制作塔台模型的步骤：______搭建→______搭建→整体搭建。______________________________
9. 制作模型的测试目的是________________________（不是评出名次）。______________________________
10. 工程建设中采用______方式确定承办单位（不是内定或随机抽签）。______________________________
（三）工具与技术的演变
11. 中国古代农具演变：______→______→______。______________________________
12. 铁农具比青铜农具更锋利且成本更低的原因：____________更成熟，冶炼更______。______________________________
13. 工具和技术的关系：______和______自古以来紧密相连，每一种工具的发明的都离不开________________。______________________________
我的疑问
______________________________________________________________________
______________________________________________________________________
三、课堂探究
探究一：工程设计六环节排序与理解
图1 工程设计六环节流程图
请将下列环节按正确的工程设计顺序排列，并写出每个环节的含义：
A．设计方案　　B．改进完善　　C．明确问题　　D．发布成果　　E．检验产品　　F．实施方案
正确顺序：________ → ________ → ________ → ________ → ________ → ________
请用一句话描述每个环节的任务：
①明确问题：________________________________________________________
②设计方案：________________________________________________________
③实施方案：________________________________________________________
④检验产品：________________________________________________________
⑤改进完善：________________________________________________________
⑥发布成果：________________________________________________________
探究二：冰丝带案例分析
阅读以下关于国家速滑馆"冰丝带"的材料，完成表格：
"冰丝带"设计思路来自冰陀螺高速旋转，加入敦煌壁画飞天意境，打造22条丝带状玻璃幕墙。建造前，浙大专家团队打造缩小版模型验证结构性能；屋面采用单层双向正交马鞍形索网，用钢量仅为传统的25%；施工中安装无线传感器实时监测钢索受力；照明系统由1088套LED灯具组成，每套独立控制；制冰采用二氧化碳跨临界直冷技术。
限制与挑战 解决方法
设计图结构性能不确定
施工中钢索状态难把握
场馆多功能照明需求
需要节约能源
需要快速制冰
冰丝带案例说明，工程与技术的关系是：
________________________________________________________
探究三：红绿灯的改进——体会"测试改进"
图2 红绿灯——从两色到三色
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。
① 增加黄灯是在原来的基础上做了______（哪个环节）。
② 增加黄灯的目的是________________________。
③ 这一案例说明了工程设计的______性——发现问题→修改→再测试。
探究四：发现问题的途径
判断以下情景属于哪种发现问题的途径：
(1) 洗澡后浴室镜子起雾→安装消雾器 → 途径：________________________
(2) 查阅国外建筑资料发现新型结构方案 → 途径：________________________
(3) 反复试验不同材料找到最佳隔热方案 → 途径：________________________
(4) 高层建筑必须考虑防火疏散 → 途径：________________________
探究五：设计方案评估——石板小路
图3 石板小路——设计方案评估
观察图中的石板小路，行人行走时可能出现什么问题？
________________________________________________________
这个案例给你的启示：设计时没有提前预估______的需求，即使建成了也不合格。
四、例题学习
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
我的思路：工程产品是经过______制造出来的，而野草莓是______生长的。选择：______
例题2
红绿灯从两色变三色，属于工程实践的哪个环节？（ ）
A．前期研究　　B．设计方案　　C．测试改进　　D．制作模型
我的思路：增加黄灯是在原有基础上发现问题后的______。选择：______
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．技术含量对工程建设影响不大
C．工程与技术相辅相成，相互促进
我的思路：冰丝带既有______支撑工程，又有工程需求推动______。选择：______
五、课堂练习
A组 基础巩固
1. 人们发现浴室镜子起雾问题的途径是（ ）
A．观察日常生活　　B．阅读收集资料　　C．技术研究和试验　　D．了解安全需求
______________________________
2. 工程设计过程中不具备的特点是（ ）
A．往复性　　B．复杂性　　C．将模糊问题高度简练　　D．单一性
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3. 在制作LED手环项目中，正确的顺序是（ ）
①前期研究　②制作模型　③明确问题　④设计方案　⑤测试改进　⑥展示交流
A．①③④②⑤⑥　　B．③①④②⑤⑥　　C．③④①②⑤⑥　　D．④①③②⑤⑥
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4. 关于制作模型说法错误的是（ ）
A．测试项目包括设计图和文字说明等　　B．建立模型是工程设计中的重要环节
C．通过测试分析推理问题　　D．测试的目的是评出名次
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5. 体育馆改造要通过什么方式确定承办单位（ ）
A．竞标　　B．协商内定　　C．随机抽签　　D．给好友做
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B组 能力提高
6. 施工中发现原设计有问题，工程师的正确做法是（ ）
A．已经施工了，继续施工　　B．在原设计上合理修改后继续
C．不用设计图直接改　　D．马上停工放弃建造
______________________________
7. 在整个塔台建造过程中，核心环节是（ ）
A．搭建底座　　B．测量尺寸　　C．设计　　D．美化外观
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8. 中国古代农具演变的正确顺序是（ ）
A．铁→青铜→石器　　B．石器→青铜→铁
C．青铜→铁→石器　　D．石器→铁→青铜
______________________________
9. 设计师完成设计图后，接下来的步骤应是（ ）
A．立即实施建造　　B．检查并修改设计图
C．测试并修改完善　　D．直接发布成果
______________________________
六、课堂小结
一、填空完成工程设计六环节：
______问题 → ______方案 → ______方案 → ______产品 → ______完善 → ______成果
二、工程设计的核心特点：
① ______性——不是一次性走完，反复循环改进
② 评估______——多方案中选择最优
三、工具与技术的关系
______推动技术进步 → 技术制造新______ → 提高生产效率 → ______进步
______________________________________________________________________
七、课后作业
1. 工程报告书：仿照课件的工程报告书格式，以"制作一个简易LED手环"或"自制红绿灯控制装置"为题，按六环节完成一份工程报告书（含设计草图）。
2. 案例分析：选择你身边的一个物品（如文具盒、书包、雨伞等），分析它在设计过程中可能经历了哪些改进。写不少于150字。
3. 思考题：为什么工程建设前需要进行"论证"和"规划"？如果跳过这两个步骤直接施工，可能会出现什么问题？请举例说明。
4. 拓展题：查阅资料，了解港珠澳大桥或大兴机场的建设过程，提取其中体现工程设计六环节的至少两个案例。
参考答案
（注意：参考答案仅供学习参考，请先独立完成后再核对。）
二、课前预习 答案
1. 设计方案/实施方案/检验产品/改进完善/发布成果
2. 局限性/制约/取舍与权衡
3. 往复/复杂
4. 现实需求/资源浪费/施工成本/安全稳定/使用寿命
5. 论证/规划
6. 观察日常生活/技术研究和试验/了解安全需求
7. 明确问题/设计方案/测试改进/展示交流
8. 底座/侧面
9. 发现和改进产品的问题
10. 竞标
11. 石器/青铜农具/铁农具
12. 冶铁工艺/简单
13. 工具/技术/相关技术
三、课堂探究 答案
探究一：顺序 C→A→F→E→B→D。①识别需求和问题 ②头脑风暴，评估方案，选择最优 ③按方案执行 ④测试验证 ⑤修改完善 ⑥展示分享。
探究二：①制造缩小版模型检验 ②安装无线传感器实时监测 ③1088套LED灯具独立控制 ④马鞍形索网屋面(用钢量25%)+LED节能 ⑤二氧化碳跨临界直冷制冰。结论：工程与技术相辅相成，相互促进。
探究三：①测试改进 ②提醒危险，提高安全性 ③往复。
探究四：(1)观察日常生活 (2)阅读收集资料 (3)技术研究和试验 (4)了解安全需求。
探究五：步伐大小难控制——太密步伐太小，太疏步伐太大，正常步伐脚踩在中间不舒服。启示：使用者需求。
四、例题学习 答案
例题1：人工/自然。答案：D。
例题2：改进。答案：C。
例题3：技术/技术进步。答案：C。
五、课堂练习 答案
A组：1.A　2.D（不具有单一性，工程设计是往复复杂的）　3.A（①前期研究→③明确问题→④设计方案→②制作模型→⑤测试改进→⑥展示交流）　4.D（测试目的不是评名次）　5.A
B组：6.B（合理修改后继续，不放弃也不无视问题）　7.C（设计是核心环节，决定最终质量）　8.B　9.C（设计图完成后应测试并修改完善，不能直接建造）
七、课后作业 提示
1. 工程报告书参照课件Slide 22格式，包含：任务描述→准备材料→设计草图→制作过程→测试结果→改进建议。
2. 示例——雨伞的改进：折叠伞解决了携带不便；防风骨架解决了强风翻折；自动按钮解决了单手开合难。每一次改进都来自用户反馈→设计迭代。
3. 跳过论证和规划的问题：可能需求预估不足（如石板的间距）、导致返工浪费、安全不达标、工期延误、成本超支。
4. 港珠澳大桥案例：①设计方案（选用桥-岛-隧组合方案经多轮论证）；②检验产品（沉管隧道每段下水前反复测试密封性）。

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