苏教版必修二“技术与设计2”教材分析

苏教版必修二“技术与设计2”教材分析

本模块是普通高中通用技术课程两个必修模块中的第二个，包括“结构与设计”、“流程与设计”、“系统与设计”和“控制与设计”四个主题。模块内容结构如下：

模块内容所体现的整体、协调、关联、控制、稳定、权衡、改进、优化等思想和方法，具有广泛的应用价值和可迁移性，有利于学生形成对其个人的终身学习和发展有益的设计思想。模块四个主题的内容相对独立，但又相互呼应具有内在的联系：结构总是和系统相联的，结构是系统的结构，是系统的组成形式，也是系统功能的依据；流程可以说是对工程系统或工作系统按时间顺序运行的描述；控制本身是一个系统，同时也是对系统状态所施加的干预。从总体上把握各单元的内在联系，有助于理解本模块所体现思想和方法的基础性、典型性和通识性。

教材侧重于从以下几点体现课程标准的要求：

◆从学生的认知水平和生活经验出发。

教材从学生的生活经验出发，围绕提出问题、分析问题，在建构和凝练技术设计的核心思想和方法的层面展开，在此基础上引导学生运用这些方法进行生活实际中的简单技术设计，使学生体验从具体到抽象再回到具体的技术思维过程，掌握典型的技术设计的基本方法。

◆与相关课程的学习进行综合。

教材体现了技术与文、理课程之间的内在联系和相互融合、相互依存的关系，引导学生将不同的知识整合成一个个有机体来综合地分析和解决问题，既综合了数学、科学和信息技术等理科课程的知识，也综合了语文、美术等文科课程知识。

◆以多层次的学习活动呈现内容。

教材精选了一定量的具有典型意义和绕有趣味的“案例”进行分析，从多角度呈现了技术设计对社会经济发展和人类文明进程的推动作用，以此揭示具有普通意义的技术思想和方法；设置的“马上行动”、“讨论”、“探究”、“辩论”等诸多不同层次、不同程度的栏目，既为大多数学生达到基本要求提供了开放性的空间，也为水平较高的学生设计了具有

挑战性的学习任务；“小试验”栏目，使学生通过方便易行的动手试验，体验解决问题的过程，领略技术的魅力，激发技术设计的创造灵感，凸显技术课程的特征；“练习”、“综合实践”等栏目，以经过筛选的、以生活生产实际为情境的技术设计项目，提供给师生选择，使得学生在真实的任务环境下学习技术、体验设计、经历过程；“阅读”、“链接”等栏目，通过丰富的技术背景资料和拓展资料的呈现和提示，延伸了教材，以尽力弥补目前技术课程参考书籍少的缺憾。

◆引导学习方式的变革。

教材倡导自主学习、合作学习等多样化学习方式，在内容的组织上淡化技术与设计内容本身的系统性和逻辑性，从学生感兴趣的技术设计实例入手，强调内容的开放性和师生互动、生生互动，引导学生认识技术设计的复杂性、设计方案的多样性，使学生在技术探究的过程中获取快乐和成功的体验。

◆传播技术文化。

教材结合具体内容，选择诸多事例和材料，传播技术文化，使学生在学习技术设计的同时，感受技术与设计的文化价值，自觉从技术的学习中汲取多重营养。

§1 结构与设计

相关课程标准：

1、了解结构的涵义，能从力学的角度理解结构的概念和一般分类

2、能结合1～2种简单的结构案例，分析结构是如何承受应力的

3、能通过技术试验分析影响结构的强度和稳定性的因素，并写出试验报告

4、能确定一个简单对象进行结构设计，并绘制设计图纸，做出模型或原型

5、能从技术和文化的角度欣赏并评价典型的结构设计

一、内容结构图

二、内容及其要求

三、重难点分析

（一）重点分析

1、力学角度的结构涵义和结构的分类。从力学角度认识结构的概念和结构的分类是结构设计的基础。对不同类型结构的受力特点分析，有助于从本质上把握结构设计的核心。

2、简单结构的受力。分析简单结构的受力情况，是分析结构的稳定性和结构强度的重要基础，是设计稳固结构的重要前提。

3、分析影响结构的强度和结构的稳定性的主要因素。理解和分析结构的强度和稳定性，有助于在结构的设计中正确选择设计方案包括形状造型、大小、材料。

（二）难点分析

1、简单结构所受应力分析。对生活中常见结构所受的应力作定性分析，以说明结构如何抵抗能引起形状和大小改变的力。所提到的5种结构的基本受力形式如拉力、压力、剪切力、弯曲力和扭转力在中学物理中并没过多涉及，故不要求让学生作定量分析，也不要求画结构的受力图。

2、通过技术试验分析结构的强度和结构的稳定性。通过简单的技术试验对结构的强度和稳定性进行分析，以直观地描述影响结构的强度和稳定性的因素。测试结构的强度和稳定性的技术试验需要师生共同设计。

3、简单结构的设计。选择一个简单的设计对象，进行结构设计并制作模型或原型。这是本主题学生学习结果的外化，体现了对结构设计的理解、创新。

四、教学建议

（一）结构的涵义

1.结构是一个十分重要的概念，它在多种领域中都有体现。因此建议先从广义上介绍什么是结构，让学生初步认识结构的地位和价值。这对于学生进一步学习力学结构是有帮助的，而且也有助于的知识迁移。

2.在介绍力学（工程）结构的涵义时，一定要强调，一个力学结构其主要特征是能承受和传递载荷。这里特别要强调，在工程上受力的物体（结构）在承受外力时，和高中阶段物理上讲的受力物体有别，它本身是要产生变形的，变形到一定程度，结构就会破坏。这是结构分析与设计要考虑的核心问题。

3. 在讲结构的分类时，建议先简单介绍一下载荷的类型，因为结构的分类是按其承载特点来分的。对拉、压、剪、扭、弯这几种主要载荷不要面面俱到，重点要用实例讲清拉和压，对剪、扭、弯宜作简单介绍。

（二）结构分析

1.简单结构的受力分析：案例的选择要审慎，有些看似简单的案例涉及的问题其实很复杂，不宜选用。要结合学生比较熟悉的事物来讲解。例如：秋千的吊索，主要承受拉力；桥梁的桥墩，主要承受压力；连接剪刀的销钉，主要承受剪切力；汽车方向盘的轴，主要是受扭转力；单杠的杠体（上面的横杠），主要受弯曲力。壳体的受力比较复杂，可以先介绍拱的受力，然后借用拱的受力特点来说明壳体的受力特点。

如果课时允许，最好在这个内容上安排一节“练习课”。可以安排三个层次的内容：第一个层次是比较简单的结构，由学生通过讨论自己完成。比如可以让学生分析“上拉式”壁挂书架、“下撑式”壁挂书架和单杠的受力。第二个层次是较难的结构受力分析。比如自行车框架的受力分析。这里还包括了受力模型的简化问题。这个层次的题目由教师讲解，主要是教给学生如何对一个结构的受力情况进行分析。第三个层次的题目是介于一、二层次之间的问题。留给学生课堂完成。可以让学生分析“斜拉桥”的拉杆和立柱的受力。

2.结构的强度：如何讲强度？可以有两种思路：其一是避开“内力”“应力”概念，直接讲“结构的强度就是在外载荷作用下，结构不被破坏的最大承载能力。”这种讲法比较简单，概念也是准确的。其二是基于教材上已经提到了应力的概念，并且还给出了表达式。那么，就从内力到应力、工作应力再到许用应力，给学生一个较为完整的强度概念。

3.结构的稳定性：鉴于在众多工程类教材所介绍的结构稳定性主要是指压杆稳定、薄壁圆筒稳定、薄梁稳定等，因此，在讲翻倒问题之前，可以把这些稳定性问题简单介绍一下。这样会让学生对结构稳定性有一个比较全面的了解。

（三）结构的设计

简单结构的设计，是《技术与设计1》关于设计的知识和结构强度、稳定性的综合运用。教学中一定要与模块1相衔接，特别是在设计方案的制定和设计草图的绘制和设计方案的评价和优化上，必须与模块1的知识相呼应。结构的设计的教学应尽可能用实际项目的制作来带动。在项目的选择上既要简单，又要能体现教学要求。在制作时间上，既要安排必要的课内学时，这样便于教师的掌握和指导，也有一定的督促作用。也可以安排一定的课外时间，但不宜过多。总的制作时间最好控制在4课时，课内课外大约1比1。

（四）结构的赏析

宜由教师事先搜集多种资料，在课堂上以老师讲解为主，师生共同欣赏的方式进行。也可以先让学生课前自选内容做好准备，上课时让学生来介绍，这样赏析的内容就更加丰富，老师可以准备一个总结性发言，使教学目标达成更完整。

§2 流程与设计

相关课程标准：

1、了解流程的涵义及其对生产、生活的意义

2、通过对典型的工作流程和生产工艺流程案例的分析，理解流程中的时序和环节的意义，学会阅读简单的流程图

3、能分析流程设计中应考虑的基本因素，并画出流程设计的框图

4、能解释流程的改进与设备、材料等之间的关系，能概括某种简单生产流程优化过程中所应考虑的主要问题

5、能对生活、生产中的简单对象进行流程设计或流程的改进设计，并用文字或图表说明流程设计方案的特点，或者流程的改进方案的优越之处

一、内容结构图

二、内容及其要求

三、重难点分析

（一）重点分析

1、流程的时序和环节：时序和环节是深入理解流程的两个核心概念。一个是从时间序上对流程的理解，一个是从事物发展的内在规律上对流程的理解。

2、绘制流程图：为了帮助学生阅读和理解生活生产中的流程，用图表或文字表达流程设计。

3、流程的改进与设备、材料等之间的关系：为提高工作效益、降低生产成本、节约能耗、保护环境等，生活生产中不断出现对流程的改进需求，流程改进依赖于设备、材料、工艺等新技术的发展。

（二）难点分析

1、分析流程设计应考虑的因素。分析流程设计中应考虑的主要因素，是进行流程设计的重要前提，不同的流程设计需考虑的因素各有侧重，各因素之间相互关联相互制约，需慎重分析。

2、流程的设计与优化。流程的设计一是要深入理解该流程应遵循的内在规律，明确影响流程的主要因素，二是要对过程的环节和时序进行科学合理的安排。流程的优化一要正确分析优化的目标，二要分析可优化的参数，三要分析通过何种途径实现优化等等。这些过程性分析需要学生综合运用本主题的学习内容来完成。

四、教学建议

本单元研究的是生活和生产中的流程，内容相对来说比较容易理解。不仅要教给学生有关流程的知识，还要与学生一起探究有关流程所蕴涵的思想和方法，以及这些思想和方法在我们的生活和生产中的运用。

1．了解流程的涵义及其对生产、生活的意义。学生也许对流程的概念并不了解，但流程的意义并不难懂，可以通过与学生一起分析身边的案例来理解流程的涵义和意义。但是，在学生明确了流程的涵义之后，一定要让学生知道，为什么要研究流程，要从质量、效率和管理等多方面去说明流程的作用。

2．要结合具体的典型的案例来分析和理解时序和环节的意义，分析和理解常见的工作流程和有代表性的生产流程。要着重引导学生关注身边的世界，引入与学生生活密切相关的案例，并把自己的认识与日常的生活实践结合起来。引导学生注意观察生活中需要读懂流程图的场合，知道流程图有多种表达形式。

3．能分析流程设计中应考虑的基本因素，并画出流程设计的框图。流程设计中，时序和环节的设定和表达要简要、明确、操作性强，并且前后连续，衔接紧密，同时环节与环节之间必须是可以切分的。

4．能解释流程的改进与设备、材料等之间的关系，能概括某种简单生产流程优化过程中所应考虑的主要问题。要让学生能够基于案例分析得出，流程的改进和优化，首先是以分析现有工作流程中存在的问题进行诊断为基础，再根据分析诊断的结果对流程进行简化和重组。而流程的改进与优化同新技术、新材料、新设备的产生与应用是密不可分的，每项新技术、新材料、新设备的产生与应用都会推动流程的改进与优化。

5．能对生活、生产中的简单对象进行流程设计或流程改进设计，并用文字或图表说明流程设计方案的特点，或者流程的改进方案的优越之处。

要让学生将流程的基本知识应用于技术实践，选择与学生生活密切联系的实践对象，尝试将流程设计的思想和方法运用到实践中去，服务自己的生活与学习。学生理解和改进工业生产中复杂的流传有困难，可以让学生结合研究性学习和社会实践中提出有关问题进行讨论和研究。

§3 系统与设计

相关课程标准：

1、从应用的角度理解系统的含义

2、通过简单的系统的案例分析，理解系统的基本特性，初步掌握系统分析的基本方法

3、理解系统优化的意义，能结合实例分析影响系统优化的因素

4、通过简单的系统设计案例的分析，初步学会简单系统设计的基本方法

5、确定一个生活或生产中的简单对象，根据设计要求完成系统的方案设计

一、内容结构图

二、内容及其要求

三、重难点分析

（一）重点分析

1、系统的概念。对系统的概念的正确理解是学习系统分析和系统设计的起点。重在从构成系统的三个条件即系统的组成、系统各组成部分之间的关系、各部分形成整体的功能等角度来理解。

2、系统的基本特性。系统的基本思想反映了系统的特性，宜着重从系统的整体性、相关性、目的性、动态性、环境适应性等角度理解。

3、系统分析。对于具体问题，进行系统分析，是进行系统设计的基础和前提。在此应着重要把握系统分析的一般步骤。

（二）难点分析

1、系统分析。系统分析虽有原则和步骤可循，但在方法上却具有较大的灵活性和综合性。对于不同的系统，需要根据其内在的规律，进行分析、比较和试验，为系统设计提供依据。

2、系统优化。系统优化难在首先要找准系统优化的目标，其次要酌情选择一定的方法和手段实现优化。系统优化的方法和手段，又依赖于对系统的分析以及系统中重要数据的处理上。系统优化往往涉及到，数学方法，如数学模型的建立等。

3、系统设计。系统设计是学习结果的综合呈现，既有学科知识的综合又有系统的技术思想和方法的综合，简单的系统的设计方案的制定和实现对学生具有一定的挑战性。

四、教学建议

系统论的思想和方法极其丰富，在社会、政治、经济、科教等各个方面得到了广泛的应用。技术课程中的“系统”所包含的内容虽然很简单，但其中渗透的思想和方法具有很强的普遍意义，是学生技术素养学习的精华所在。通过本单元的教学，应让学生初步领悟系统的一般思想和方法。如从整体出发分析和处理问题的思想和方法；从系统结构分析系统特性的思想和方法等。

1．从应用的角度理解系统的涵义。要通过学生能看得见的具有系统特性的实例案例，让学生从应用的角度来理解系统的含义，因为系统的概念看似抽象，其实是很具体的。如果让学生仅从概念来理解系统的特性，是比较抽象和枯燥的，这时，我们选取一、两个具有典型意义的系统的案例分析入手，来把握系统的特性，就显得直观和形象些，如果能让学生自己总结出这些特性，那就更好了，这里关键是案例的选取和教师的引导。

2．通过简单的系统的案例分析，理解系统的基本特性，初步理解系统分析的思想方法。教学设计中要精选案例，要善于引导学生从案例分析中总结规律和方法。一般来说，学生对系统分析的概念并不熟悉，教师最好要多找一些事例来讲解，让学生建立起系统分析的概念。

3．理解系统优化的意义，能结合实例分析影响系统优化的因素。要结合实例引导学生分析影响系统优化的因素。在不同的系统中，影响系统优化的因素是有区别的，要注意分析组成系统的各部分对系统的重要程度，在动态中协调整体与部分之间的关系，使部分目标服从整体的目标，达到系统的最优化。

4．通过简单的系统设计案例分析，初步学会简单系统设计的基本方法。可以通过简单系统设计案例的分析，让学生总结和归纳，初步学会简单的系统设计的基本方法。系统的设计是建立在对系统进行有效的分析基础上的，而在学生的生活和学习中，系统设计运用的的案例比比皆是，教师可以列举一些，让学生通过类似系统设计的分析，进一步掌握系统设计的基本方法。

5．对于系统设计实践的要求，可以只要求写出设计报告和系统分析，不要求付诸实施。有条件的可以作为研究性学习的课题来进行。教学中，对学生的系统设计实践的要求可以是一个简单的系统设计，也可以是运用系统思想和方法对某一对象进行设计方案。要注意，设

计一个简单的系统并不是最终目的，最重要的是要掌握系统设计的思想与方法，并将这种思想和方法运用到自己的生活、工作和学习中去。

§4 控制与设计

相关课程标准：

1、理解控制的含义及其在生产和生活中的应用

2、分析典型的案例，了解手动控制、自动控制，熟悉简单的开环控制系统和闭环控制系统的基本组成和简单的工作过程

3、能画出一个简单的闭环控制系统的方框图，理解其中的控制器、执行器等环节的作用，熟悉反馈环节的作用

4、能结合案例找出影响简单控制系统运行的主要干扰因素，并作分析

5、了解简单的被控制对象的基本特性，能确定被控量、控制量，画出控制系统的方框图并形成初步的控制设计的方案

6、能根据开环控制系统的设计方案，制作一个控制装置；或者能根据简单闭环控制系统的设计方案进行实施或模拟实施，学会调试运行，提出改进方案

一、内容结构图

二、内容及其要求

三、重难点分析

（一）重点分析

1、控制的涵义。理解什么是控制，是学习控制与设计的前提。

2、开环控制系统与闭环控制系统的工作过程。开环控制系统是生活和生产中应用较多的控制系统，闭环控制系统则多应用于控制精度要求较高的场合，对两种控制系统工作过程的分析是控制与设计的重要学习内容。

3、控制系统中的被控对象、被控量和控制量。分析和设计控制系统，首先要分析并确定控制系统中的被控对象、被控制量和控制量，抓住了这几个重要参数，才有实施控制的可能。

4、干扰与反馈。干扰因素与反馈是控制系统中的重要概念，两者紧密相联，反馈因克服干扰因素而存在。

（二）难点分析

1、闭环控制系统工作过程和方框图。与开环控制系统相比，闭环控制系统多了一个反馈回路，由此导致与开环控制系统的差异，工作过程和方框图要相对复杂一些。

2、干扰因素分析。闭环控制系统中，对干扰因素的判断是前瞻性的判断，有赖于对控制系统的控制过程的熟悉、对控制系统周边环境的分析，需要综合分析能力和判断力为基础。

3、控制系统的设计。控制系统的设计，属于较专业化的范畴，本主题仅要求进行简单的开环或闭环控制系统的设计，有条件的可以付之实施并调试运行。

四、教学建议

（一）控制的涵义

1.控制的基本概念：在这一节的教学中首先要从学生熟悉的事例着手，让学生知道控制是处处存在的。接着再介绍什么是控制并能列举身边存在的控制事例。

2.控制的应用：要用生活、生产、军事、社会、管理等多方面的事例，让学生知道控制技术应用的广泛和深入。让学生得到“离不开控制”、“喜欢控制”、“希望了解控制”的初步体验。

（二）简单控制系统的分析

1.手动控制与自动控制：首先要通过具体的手动控制事例讲清“人”在该控制过程中的作用。在介绍自动控制的概念时，最好是在列举的手动控制的基础上如何用控制装置来替代“人”的作用而形成自动控制系统的。这样做，能清楚地说明手动控制和自动控制的区别。

2.开环控制与闭环控制：这是本节的核心内容，需要下大的力气让学生比较好地理解与掌握其主要教学内容，使学生能陈述闭环控制系统的特征；能具体陈述闭环控制系统的特征；能对比开环控制系统和闭环控制系统，分析它们的特点。

3.控制系统的工作过程：要通过具体的控制案例，讲清开环控制系统和闭环控制系统是怎样完成控制要求的。对开环系统来说就是要说明给定一个输入量后，怎样产生一个对应的输出量。对闭环来说就是要讲清当输出量和输入量有偏差时，系统是怎样消除偏差的。在教学控制系统的工作过程时，如果教师能提供简单明确的教学演示，对教学效果是有很大帮助的。建议老师们能准备具体的演示教具。

4.控制系统的方块图和主要控制术语：要求学生能画出简单的闭环控制系统的方框图，理解给定量、被控量、反馈等概念。理解其中的控制器、执行器等环节的作用，熟悉反馈环节的作用。在本主题中，限于学时以及高中学生现有的知识水平，对控制系统中的控制器、执行器、传感机构和被控对象等环节只限定于一般性的理解，不作进一步的要求，不去探讨其内部的工作过程，只需把它们看作黑箱，了解其输入和输出之间的关系。正反馈控制问题在此不作研究，对于简单的开环控制、单回路负反馈控制以外的其他控制方式不作讨论。

5.控制中的干扰及克服：要结合具体的控制系统来说明外界是怎样对控制产生影响的。需要指出的是，干扰对开环控制和闭环控制都有作用，只是开环控制抗干扰能力差，闭环控制则具有较好的抗干扰能力。

需要说明的是，对于控制系统的分析中上述各知识点的排列顺序并不是教学顺序的安排。只要能达到所要求的结果，老师在教学中可以灵活组织内容。

（三）简单控制系统的设计

在本节的教学中，应力求安排一个合适的设计项目，让学生利用《技术与设计1》中的设计知识和本节中的控制知识设计并实现一个简单的控制系统。设计的大致步骤为：明确设计要求，制定控制方案，找准控制参量，画出系统框图，确定实现手段（机械控制、电子控制、汽液控制等），筹备材料，组装系统，进行调试。这个环节可以在课内安排3～4课时。从实践来看，电控系统比较容易实现。

控制系统的设计要求，可以在开始进入本单元教学时就给学生布置，让学生随着课程的进展，确定自己的设计项目，并着手制定方案和筹备元器件，如果时间允许，可以在课内安排一定的课时，让学生在教师指导下进行制作。

教师在使用这本教材时，应注意以下问题：

◆挖掘教科书内容的多重教育价值

在本书4章内容的设计中，均力求从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的角度体现技术课程的独特目标，如技术的理解、使用、改进及决策能力，创造性想象、批判性思维及问题解决的能力，知识的整合、应用及物化能力等。在教学活动中，应时时关注这些

独特目标的达成和多重教育价值的挖掘，力戒单一的操作技能或技术原理的传授。

◆走出唯教科书独尊的理解误区

教科书不等于课程的全部。本书的使用尤其强调教师和学生的生活经验中与技术设计相关的体验，强调技术设计的过程本身，强调不同于其他教学环境的区别。例如，书中各章均配有一定的技术试验，由于篇幅所限，只列出一至两种试验方案和试验材料，在达成相同目标的前提下，教师可以根据教师的特长、学校的条件和学生的兴趣等对试验方案或材料等作出适当调整。所以，把教科书与教师、学生和环境四者结合为有机整体，是使用本书组织教学的最佳境界，完全遵从于教科书的心态和教学行为都是不符合新课程理念的。

◆领会教科书与教学方法、学习方式的联系

本教科书是基于以学生为中心的活动加经验的取向而设计的，它力图把来似深奥的技术与设计的原理、过程、思想、方法和经验等，转化为浅显而具体的、问题解决的形式呈现出来。虽说本书没有也不可能局限教师一定要采用何种教学方法进行教学，但书中却暗含了对教学方法和学习方式的方向性或框架性的倡导，这就是基于问题解决的活动项目引导的技术设计的教学，在这一过程中，是师生共同确定目标，并过程一定的途径、经过一个过程达成这些目标，师生互动、生生互动的合作学习方式、自主探究的学习方式，给学生以参与设计过程，思考、表达和展示设计思想和成果的机会等正是本书所倡导的。

2010-01-02