资源简介

5.2.1《像工程师那样实践——工程设计的过程》教学设计
一、教材分析
本节课选自七年级工程实践单元，以办公椅研发、都江堰水利工程为双案例，完整呈现工程实践六步骤：明确问题→设计方案→实施计划→检验作品→改进完善→发布成果。教材先以生活化办公椅拆解现代工业品设计流程，再以都江堰古代水利工程印证工程设计兼顾需求、成本、长期效益，串联简单工程（拉链）、复杂工程（笔记本电脑）对比，搭建 “现代小型产品 — 古代大型水利” 完整工程认知体系，承接技术与工程入门内容，为学生开展动手工程实践活动提供标准化流程框架。
二、学情分析
七年级学生日常接触椅子、文具、电脑等工程产品，对 “物品制作” 有直观生活经验，但不清楚标准化工程设计流程；动手意愿强，乐于画图、讨论、动手改造物品；抽象逻辑较弱，难以理解工程中权衡取舍、提前预判问题的设计思维。学生对都江堰仅停留在 “古代水利建筑” 浅层认知，无法关联现代工程设计逻辑，需要生活化案例拆解流程，再用经典古代工程升华工程思想。
三、教学目标
（一）科学观念
1. 说出工程实践完整六步流程，能结合办公椅案例解释每一步核心任务。
2. 区分简单工程、复杂工程，明白工程设计要兼顾使用需求、承重、材料、成本、安全。
3. 知晓都江堰三大主体工程作用，理解古代工程同样遵循完整工程设计逻辑。
（二）科学思维
1. 能针对生活物品（教室椅子）发现真实使用问题，转化为清晰工程需求。
2. 对比多种设计方案，分析材料、尺寸、承重等制约因素，学会权衡取舍选出最优方案。
3. 根据产品测试缺陷，逆向推导改进措施，建立 “测试 — 迭代优化” 工程思维。
（三）实践探究
1. 小组合作调查教室座椅使用痛点，完成需求梳理、绘制简易设计草图。
2. 模拟工程师流程，针对椅子缺陷提出材料、结构、尺寸三类改进设想。
3. 通过读图、拆解办公椅零部件，梳理概念设计、详细设计的区别。
（四）态度责任
1. 体会工程师团队协作、反复测试、精益求精的实践精神。
2. 感受都江堰蕴含的古人工程智慧，认同我国古代工程成就，建立文化自信。
3. 树立工程设计节约资源、保障安全、兼顾长期使用价值的责任意识。
四、教学重点
1. 掌握工程实践完整六步骤及每一步核心工作。
2. 能结合办公椅案例梳理工程设计全流程逻辑。
五、教学难点
1. 理解工程设计中多因素权衡取舍（承重、成本、舒适度、材料）。
2. 打通现代小型产品与古代大型水利工程的共通工程思维。
六、教具准备
多媒体课件、盾构机短视频、办公椅拆解实拍视频、都江堰水利运行动画、办公椅设计图纸打印件、简易绘图纸笔、课堂练习题单
七、教学过程
配套视频清单
1. 导入视频：盾构机隧道施工短视频（1 分钟）
2. 新课视频 1：办公椅完整研发、测试、生产全过程（3 分钟）
3. 新课视频 2：都江堰鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口分水排沙动态动画（2 分钟）
一、导入新课
教师活动：播放盾构机施工短视频，展示课本盾构机图片，提问：“修建地铁隧道的盾构机被称为大国重器，这样复杂的设备不是一次性造出来的，工程师要经过完整流程设计制造。大家平时坐的办公椅、教室椅子，也是工程师一步步设计出来的。今天我们一起学习工程师如何开展工程实践。”
学生活动：观看视频，思考大型设备和日常座椅的设计共性，自由发言分享见过的工程产品。
设计意图：用大国重器激发课堂兴趣，建立 “大小物品都遵循统一工程流程” 的初步认知，自然引出课题。
知识点：工程产品都需要工程师系统性设计、制造、优化。
二、讲授新课
模块 1：工程设计完整流程 —— 以办公椅研发为例
1. 明确问题
教师活动：展示办公室员工坐椅不适的情境，朗读课本办公椅需求，板书设计要求（高度 450\550mm、靠背 0\30° 调节、网布透气、承重 150kg），讲解：用户使用中的不便就是工程问题，工程师第一步要收集需求，量化出清晰、可落地的设计标准。组织小组讨论：观察教室椅子，找出 3 个使用痛点。
学生活动：记录办公椅量化设计指标，小组交流教室椅子问题，如高度不可调、靠背过硬、不承重等，汇总小组问题清单。
设计意图：让学生理解 “明确问题” 核心是把模糊感受转化为可测量的设计要求，完成从生活感受向工程问题转化。
知识点：工程第一步：明确问题，梳理量化设计需求。
2. 设计方案
教师活动：展示办公椅设计草图与详细尺寸图纸，拆分两层设计：概念设计只画整体结构、确定调节功能；具体设计标注毫米尺寸、选定座椅网布、金属支架、塑料扶手等材料。抛出问题：如果椅子只追求承重用厚重钢材，会出现什么弊端？引导学生思考成本、重量、搬运难度的制约。
学生活动：对比草图和详细设计图，区分概念、具体设计的不同；小组讨论材料选择的利弊，明白不能单一追求某一项性能。
设计意图：区分两层设计逻辑，渗透工程权衡取舍思维，理解方案设计要兼顾多重限制条件。
知识点：设计方案分为概念设计（整体构思草图）、具体设计（尺寸、材料细化）；设计需平衡多重制约因素。
3. 实施计划
教师活动：展示底盘、气压棒、滑轮、椅脚零部件图片，播放办公椅组装实拍片段，讲解：依据详细图纸，加工各个零部件，再组装制作实物原型，这一步是把图纸方案变成真实产品。
学生活动：识别办公椅各零部件名称，梳理从零件到完整椅子原型的制作顺序。
设计意图：具象化 “实施计划” 环节，理解图纸落地为实物的过程。
知识点：实施计划：加工零部件、组装制作产品原型。
4. 检验作品
教师活动：展示椅子承重测试设备图片，讲解研发团队针对高度调节、倾斜角度、承重、舒适度四项测试，本次原型测试暴露承重不足的缺陷。提问：为什么必须做标准化测试，不能直接投入生产？
学生活动：思考测试的意义，说出测试能提前发现安全、性能缺陷，避免成品故障。
设计意图：建立 “产品必须测试检验” 的安全工程意识。
知识点：检验作品：模拟使用环境，对原型各项性能开展标准化测试，记录缺陷。
5. 改进完善
教师活动：针对承重不足的测试问题，讲解团队更换高强度材料重新制作、二次测试的流程；拓展提问：如果教室椅子出现靠背易断裂，你会从哪些方面改进？
学生活动：结合椅子缺陷，自主说出更换支架材料、加厚框架、优化结构等改进思路。
设计意图：形成 “发现缺陷 — 针对性优化 — 复测” 的迭代工程思维。
知识点：改进完善：根据测试缺陷调整材料、结构，重新制作并复测原型。
6. 发布成果
教师活动：讲解原型达标后，对接供应商批量生产，和经销商合作展示、销售，完成工程落地。板书六步完整流程图，梳理循环逻辑。
学生活动：完整复述办公椅研发六步流程，在草稿纸上画出工程实践循环框图。
设计意图：串联全流程，明确工程实践是可循环的完整闭环。
知识点：发布成果：批量生产、市场推广；工程实践六步循环：明确问题→设计方案→实施计划→检验作品→改进完善→发布成果。
模块 2：工程的简单与复杂区分
教师活动：展示拉链、笔记本电脑图片，对比讲解：拉链结构简单，仅齿和滑块；笔记本电脑属于复杂工程，融合电子、软件、机械多领域知识。总结：无论简单、复杂工程，都要遵循统一工程设计流程。
学生活动：举例说出生活中简单、复杂工程产品，分类记录。
设计意图：拓宽工程认知，打破 “工程都是大型建筑” 的片面想法。
知识点：工程分简单工程、复杂工程，设计流程通用。
模块 3：拓展阅读 —— 都江堰古代水利工程
教师活动：播放都江堰分水动态动画，展示工程示意图，分步讲解鱼嘴（分水四六分）、飞沙堰（排沙泄洪）、宝瓶口（引水灌溉）三大主体；对比现代办公椅，提问：两千多年前的都江堰，是否也遵循工程设计流程？引导梳理：古人发现岷江洪涝、灌溉不足（明确问题）→构思分水结构（设计方案）→开凿修建（实施计划）→常年水流检验（检验）→历代修缮优化（改进）→持续灌溉防洪（成果落地）。
学生活动：对照示意图，说出三大工程各自作用，小组梳理都江堰对应的六步工程流程。
设计意图：打通古今工程逻辑，感受中华古代工程智慧，落实态度责任目标。
知识点：都江堰由鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口组成，兼顾防洪、灌溉，是古代经典工程；古今工程实践流程相通。
三、课堂练习
（一）选择题
1. 工程师开展工程实践第一步是（）
A. 制作产品原型 B. 明确使用需求、梳理工程问题 C. 绘制详细尺寸图纸 D. 批量生产产品
答案：B
2. 办公椅研发中绘制标注毫米尺寸、选定网布与金属支架的环节属于（）
A. 概念设计 B. 具体设计 C. 检验作品 D. 改进完善
答案：B
3. 都江堰中负责分流内江灌溉、外江分洪的主体工程是（）
A. 鱼嘴 B. 飞沙堰 C. 宝瓶口 D. 金刚堤
答案：A
（二）判断题
1. 工程设计只需要考虑产品舒适度，不用控制生产成本。（×）
解析：工程需要权衡舒适度、承重、材料、成本多重因素。
2. 产品原型完成后，必须模拟真实使用环境开展性能测试。（√）
3. 拉链结构简单，不需要经过完整的工程实践流程设计。（×）
解析：无论简单、复杂工程，都遵循统一工程实践六步骤。
（三）情境题
1. 班级教室椅子普遍存在高度无法调节、靠背支撑差、久坐易晃动的问题，请你按照 “明确问题” 的要求，写出 3 条量化设计要求。
参考答案：①座椅高度调节范围 420~530mm；②靠背可小幅调节倾斜角度；③整体可承受 120kg 荷载，支架不易晃动。
2. 工程师制作教室椅子原型后，检验发现椅子承重不达标，根据课堂知识写出两条改进完善方案。
参考答案：①更换硬度、耐受力更强的金属支架材料；②加厚椅脚与底盘连接结构，加固焊接点位，完成改进后重新承重测试。
3. 结合都江堰工程，说一说为什么好的工程设计需要预判未来使用问题？
参考答案：都江堰兼顾枯水、丰水期不同水流情况，提前设计分水排沙结构，减少洪涝、缺水问题；优质工程设计提前预判使用缺陷，节约资源、延长使用寿命、保障安全。
四、课堂小结
本节课我们以办公椅为例，学习了工程实践六大循环步骤：明确问题、设计方案、实施计划、检验作品、改进完善、发布成果。工程分简单与复杂两类，设计时要平衡多重条件。都江堰印证古今工程逻辑相通，工程师需要团队协作、反复测试优化，用严谨设计解决生活真实需求。
五、板书设计
第 2 节 像工程师那样实践
一、工程实践六流程（循环）
明确问题 → 设计方案（概念 + 具体）
发布成果 ← 改进完善 ← 检验作品 ← 实施计划
二、工程分类：简单工程（拉链）、复杂工程（电脑、盾构机）
三、古代工程：都江堰
鱼嘴（分水）、飞沙堰（排沙）、宝瓶口（灌溉）
核心：设计兼顾需求、成本、安全、长期使用
六、教学反思
（一）成功之处
1. 以办公椅生活化案例拆解抽象工程流程，搭配短视频、实物图纸，七年级学生能快速理解六步流程，课堂小组讨论参与度高。
2. 古今工程对比设计巧妙，将都江堰和现代产品流程关联，既落实知识点，又渗透传统文化自信。
3. 实践活动贴合学生校园生活，学生能自主发现教室椅子真实问题，落实探究目标。
（二）不足之处
1. 课堂时间有限，学生绘制椅子设计草图的实践环节时间紧张，多数小组仅完成简单构思，缺少细化修改。
2. 工程 “权衡取舍” 难点讲解仅依靠口头提问，缺少实物对比实验支撑，部分学生难以理解成本与性能的矛盾。
3. 练习题讲解仓促，情境题未能充分留时间让学生完整表达改进思路。
（三）教学建议
1. 拆分课时，本节课重点讲解工程流程，第二课时专门留出 20 分钟完成教室椅子草图设计实践。
2. 课前准备薄塑料支架、加厚金属支架教具，直观展示不同材料承重、成本差异，突破权衡取舍难点。
3. 优化课堂时间分配，压缩讲授时长，预留充足时间小组分享情境题改进方案，强化工程思维表达。(共28张PPT)
最新版七年级上册
第五章 探索技术与工程的世界
5.2.1《像工程师那样实践》
——工程设计的过程
在建造公路、铁路和地铁时，需要开挖隧道。盾构机能够实现全自动开挖隧道，被誉为“世界工程机械之王”，是名副其实的大国重器，反映了一个国家装备制造业的水平。盾构机的各个部件都是经过工程师们相互配合、共同协作设计和制造出来的。那么，工程师是如何进行工程设计的？我们如何学会像工程师那样实践？
（一）导入新课
修建地铁隧道的盾构机被称为大国重器，这样复杂的设备不是一次性造出来的，工程师要经过完整流程设计制造。大家平时坐的办公椅、教室椅子，也是工程师一步步设计出来的。今天我们一起学习工程师如何开展工程实践。
工程师们将概念模糊的问题转变为高度简练的解决方案，这就是工程设计的过程。
（二）新课讲授
板块 1：工程设计的过程
制作一把办公椅
明确问题
设计方案
实施计划
检验作品
改进完善
发布成果
1.明确问题
（1）高度调节范围：450～550 mm。
（2）倾斜角度调节范围：0°～30°。
（3）座椅材料：舒适、透气的网布材料。
（4）能承受的最大荷载：150 kg。
设计方案
具体设计
具体设计
实施计划
检验作品
调查同学坐椅子的感受，找出存在的问题，并提出适合在教室使用的改进设想，画出设计草图。
简 单
复 杂
工程可以很简单，也可以很复杂。
都江堰
战国后期，李冰在岷江上主持修建了都江堰。都江堰是中国古代水利工程的杰出典范，被誉为水利工程奇迹。
都江堰由渠首和灌溉网两大系统构成。渠首建于岷江之中，分为鱼嘴、飞沙堰、宝瓶口三个主体工程。鱼嘴将岷江分为内江和外江，内江用于灌溉，外江用于分洪。内江窄而深，外江宽而浅。
都江堰是我国古代劳动人民的智慧结晶。2200多年来，都江堰一直在防洪、灌溉、水运等多方面发挥作用，这在世界水利建设史上是独一无二的。
工程实践六步骤：明确问题→设计方案→实施计划→检验作品→改进完善→发布成果。
知识点
课堂练习
1. 工程师开展工程实践第一步是（ ）
A. 制作产品原型 B. 明确使用需求、梳理工程问题 C. 绘制详细尺寸图纸 D. 批量生产产品
2. 办公椅研发中绘制标注毫米尺寸、选定网布与金属支架的环节属于（ ）
A. 概念设计 B. 具体设计 C. 检验作品 D. 改进完善
3. 都江堰中负责分流内江灌溉、外江分洪的主体工程是（ ）
A. 鱼嘴 B. 飞沙堰 C. 宝瓶口 D. 金刚堤
B
A
B
1. 工程设计只需要考虑产品舒适度，不用控制生产成本。（ ）
2. 产品原型完成后，必须模拟真实使用环境开展性能测试。（ ）
3. 拉链结构简单，不需要经过完整的工程实践流程设计。（ ）
判断题
×
√
×
1.班级教室椅子普遍存在高度无法调节、靠背支撑差、久坐易晃动的问题，请你按照 “明确问题” 的要求，写出 3 条量化设计要求。
参考答案：①座椅高度调节范围 420~530mm；②靠背可小幅调节倾斜角度；③整体可承受 120kg 荷载，支架不易晃动。
三、情境题
2.工程师制作教室椅子原型后，检验发现椅子承重不达标，根据课堂知识写出两条改进完善方案。
参考答案：①更换硬度、耐受力更强的金属支架材料；②加厚椅脚与底盘连接结构，加固焊接点位，完成改进后重新承重测试。
三、情境题
3.结合都江堰工程，说一说为什么好的工程设计需要预判未来使用问题？
参考答案：都江堰兼顾枯水、丰水期不同水流情况，提前设计分水排沙结构，减少洪涝、缺水问题；优质工程设计提前预判使用缺陷，节约资源、延长使用寿命、保障安全。
三、情境题
本节课我们以办公椅为例，学习了工程实践六大循环步骤：明确问题、设计方案、实施计划、检验作品、改进完善、发布成果。工程分简单与复杂两类，设计时要平衡多重条件。都江堰印证古今工程逻辑相通，工程师需要团队协作、反复测试优化，用严谨设计解决生活真实需求。
课堂小结
5.2.1 像工程师那样实践
一、工程实践六流程（循环）
明确问题 → 设计方案（概念 + 具体）
发布成果 ← 改进完善 ← 检验作品 ← 实施计划
二、工程分类：简单工程（拉链）、复杂工程（电脑、盾构机）
三、古代工程：都江堰
鱼嘴（分水）、飞沙堰（排沙）、宝瓶口（灌溉）
核心：设计兼顾需求、成本、安全、长期使用
板书设计

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