1.2工程發(fā)展史教學設(shè)計-高中通用技術(shù)粵科版選擇性必修3工程設(shè)計基礎(chǔ)

普通高中教科書《通用技術(shù)》選擇性必修3工程設(shè)計基礎(chǔ)第一章工程設(shè)計概述第二節(jié)工程發(fā)展史教學設(shè)計教學背景什么是工程？工程是人類運用技術(shù)手段，遵從科學規(guī)律，有組織、有計劃地打造具有特定功能物件的實踐活動。物件中的“物”包括非生命體、生命體；物件中的“件”包括軟件、硬件。工程活動與我們的日常生活息息相關(guān)：建筑工程建造出舒適的房屋，讓人類不再風餐露宿；機械工程制造出各種機械，將人類從繁重的體力勞動中解放出來；計算機及軟件工程增強了人類應對繁雜、深奧腦力勞動的能力；通信及網(wǎng)絡(luò)工程讓我們可以隔空交流，即時互通語音、文字、圖像信息，縮短了人們之間的心靈距離；交通工程、航空工程為人類創(chuàng)造出高速鐵路、高速公路及空運系統(tǒng)，縮短了旅行時距，將偌大個地球變成了“地球村”；生物工程、人工智能工程、機器人工程......一系列新興工程的成熟與推廣應用，正在改變、引領(lǐng)著我們的現(xiàn)在和未來。黨的二十大報告指出，要實施科教興國戰(zhàn)略，強化現(xiàn)代化建設(shè)人才支撐。工程設(shè)計是實現(xiàn)中國式現(xiàn)代化的重要支柱，我們需要培養(yǎng)造就更多大師、戰(zhàn)略科學家、一流科技領(lǐng)軍人才和創(chuàng)新團隊、青年科技人才、卓越工程師、大國工匠、高技能人才。教學目標：知識與技能目標:1.了解工程的發(fā)展簡史，識記工程的領(lǐng)域范圍。2.領(lǐng)會主要工程領(lǐng)域的發(fā)展歷史，分析工程對社會的影響，激發(fā)探索工程領(lǐng)域的興趣。教學內(nèi)容分析:工程設(shè)計作為工程活動中最關(guān)鍵的內(nèi)容，其任務(wù)是構(gòu)想、優(yōu)化被打造物件的功能、形態(tài)、細節(jié)形狀或其他參數(shù)，并用圖紙、文件、表格等有效形式準確無誤地將這些內(nèi)容逐項表達清楚，用以指導實施打造物件的施工活動。學習工程技術(shù)，就是要掌握將設(shè)想變成物件的本領(lǐng)，用實用、先進的方法創(chuàng)造具有實際用途的物件，改善人類生存、工作環(huán)境，造福人類的現(xiàn)在和未來。學情分析:生活在科技迅猛發(fā)展的21世紀，同學們有必要了解一些機器人的知識，通過典型工程案例分析，同學們了解工程發(fā)展的簡要歷史和工程分類。結(jié)合著名工程師的工程實踐案例，進一步了解工程師工作的特點和職業(yè)要求。通過典型工程設(shè)計的分析，同學們理解工程設(shè)計的一般過程，并利用“無碳小車”的工程項目制作讓學生親身體驗設(shè)計過程。學會編制簡易的工程設(shè)計任務(wù)書。將通過實例，同學們介紹現(xiàn)代工程設(shè)計中常用的3D建模方法，并讓同學們獲得一次制作實物模型的體驗。同學介紹工程設(shè)計過程中評價和決策的重要性，讓大家初步學會運用決策矩陣、層次分析法、決策樹等工具和方法進行時間管理、質(zhì)量管理和成本評估等。教學重難點:了解工程的發(fā)展簡史，識記工程的領(lǐng)域范圍。領(lǐng)會主要工程領(lǐng)域的發(fā)展歷史，分析工程對社會的影響，激發(fā)探索工程領(lǐng)域的興趣。教學策略:本節(jié)課教學“學習目標”幫助我們明確章節(jié)應該掌握的要點；“案例”通過引入典型工程或事件，讓同學們初步認知工程設(shè)計的各個要素；“任務(wù)驅(qū)動”將知識要點分解為各種小任務(wù)，引導同學有的放矢地學習；“立即行動”讓同學們手腦并用，通過親身體驗來理解、掌握與章節(jié)有關(guān)的知識內(nèi)容；“探究”為同學們深入探究問題提供了線索；“練習”能幫助同學們檢測和回顧應該掌握的知識。教學準備:展示用的圖片、其他技術(shù)產(chǎn)品、多媒體課件。教學過程:情景倒入:老師：本節(jié)課我們學習《通用技術(shù)》選擇性必修3第一章工程設(shè)計概述第二節(jié)工程發(fā)展史。工程是什么？簡單講：工程是人類打造有用物件的活動。科學和技術(shù)是保障工程活動獲得預期成果的必要條件。我們通過典型案例分析，可以了解工程發(fā)展的簡要歷史，理解工程特性、重要價值和豐富的文化內(nèi)涵。結(jié)合著名工程師的工程實踐案例，引領(lǐng)我們探究工程師的工作特點和職業(yè)要求，感受工程團隊精神的重要性。一、工程發(fā)展簡史在人類社會的發(fā)展歷史上，工程起源于人類生存發(fā)展的需要。制作建造所需要的器物、工具和居所等非自然生成的有用物質(zhì)的活動就是一種工程活動。經(jīng)過對科學技術(shù)的進一步探索，人類的需求更加多樣化，逐步拓展到生活所需以外，甚至于精神追求，工程也在這個過程中不斷演變、進步、發(fā)展、創(chuàng)新。伴隨著人類技術(shù)水平的發(fā)展，工程活動逐漸服務(wù)于更多的場合，直到現(xiàn)代社會，人類社會通過工程活動構(gòu)建出千變?nèi)f化的事物。工程活動的發(fā)展是漫長、復雜的，工程在發(fā)展中大致經(jīng)歷了4個歷史階段。1．史前工程。從人類起源至1萬年前，人類初期以打制簡單石器為主（圖14）（參見教材P8），中期開始使用骨器，后期用到了木頭和動物的肌腱，出現(xiàn)了原始的采礦工程活動，從制作工具逐漸發(fā)展到了建造居所，這一時期的工程活動中的技術(shù)應用簡單、粗糙。2．古代工程。約1萬年前的新石器時代開始，人類在工程應用上出現(xiàn)了陶窯燒制等高溫加工技術(shù)，進入銅器為代表的金屬時代。這一階段，開始出現(xiàn)工程思維活動，也有了專業(yè)的工匠。人類的工程活動已經(jīng)具有更高的生產(chǎn)力水平、管理水平和土木建造技術(shù)。工程活動已經(jīng)擴散到農(nóng)業(yè)、材料制造和城市建設(shè)等領(lǐng)域。埃及的金字塔（圖15）（參見教材P8）、中國的都江堰（圖16）（參見教材P9）都是這一時期工程活動的典型代表。3．近代工程。人類在持續(xù)探險和擴張中，發(fā)展了航海和建造技術(shù)。從1640年的英國資產(chǎn)階級革命開始，西方國家較早完成了工業(yè)革命。工程領(lǐng)域的擴大和發(fā)展推動了第一次產(chǎn)業(yè)革命，蒸汽機（圖17）（參見教材P9）成為這個時代的標志，陸續(xù)出現(xiàn)了機械工程、采礦工程、紡織工程、結(jié)構(gòu)工程……科學和技術(shù)方法、設(shè)計和開發(fā)在工程中得到應用，工程師開始作為雇員身份出現(xiàn)。4．現(xiàn)代工程。19世紀末，工程和科學的相互促進發(fā)展導致了新的工程時代的來臨。電力革命促進了以電氣化時代的來臨，在隨之而來的重工業(yè)領(lǐng)域得到了極大的發(fā)展；電子計算機的發(fā)明和使用，推動人類進入信息時代。這一時期，科學與工程進行深度整合，工程系統(tǒng)愈加復雜，形成了高科技支撐的核工程、航天工程、生物工程、微電子工程、軟件工程和新材料工程……工程越來越多涉及社會學、人類學和哲學等非物質(zhì)領(lǐng)域，信息化的技術(shù)讓自動智能機器代替人類的體力勞動成為現(xiàn)實。探究認真理解工程發(fā)展的歷史，從近現(xiàn)代工程時期各選取一個代表性的工程，說明該工程在工程發(fā)展史上對于人類社會的積極意義，它對于后續(xù)工程和社會發(fā)展有何推動作用。二、現(xiàn)代工程的領(lǐng)域范圍現(xiàn)代工程的領(lǐng)域覆蓋范圍非常廣泛，目前主要的工程領(lǐng)域有機械工程、紡織工程、建筑工程、廣播電視與電子工程、交通工程、醫(yī)藥工程、水利工程、建材工程、環(huán)保工程、化工工程、輕工工程、林業(yè)工程、地礦工程、海洋工程、生物工程等。這些工程活動涉及現(xiàn)代社會的各個角落，隨著社會的發(fā)展及科學技術(shù)的進步，還會陸續(xù)出現(xiàn)一些新的工程形態(tài)。日益復雜的社會需求使得現(xiàn)代工程領(lǐng)域不再局限在單一的工程技術(shù)中，一個工程活動往往是多種工程技術(shù)領(lǐng)域相互交織而成。案例鐵道工程是交通工程的一個分支，青藏鐵路工程作為一個現(xiàn)代鐵道工程的經(jīng)典代表，它的工程難度和復雜性非常大，擁有交通工程中的多項世界之最。①世界海拔最高的高原鐵路：最高點為海拔5072m。②世界最長的高原鐵路：穿越戈壁荒漠、沼澤濕地和雪山草原，全線總里程達1142km。③世界上穿越凍土里程最長的高原鐵路：穿越連續(xù)凍土里程達550km（圖18）（參見教材P10）。④海拔5068m的唐古拉山車站，是世界海拔最高的鐵路車站。青藏鐵路在工程建設(shè)中突破了3個世界難題：高原凍土、高原生態(tài)、高寒缺氧。為此，在工程中研究出了熱棒保溫路基、以橋代路、專列運行等工程方法。分析仔細閱讀材料，分析青藏鐵路工程在環(huán)保工程和機械工程方面做了哪些工作，思考工程領(lǐng)域的劃分是否是絕對獨立的，原因是什么？探究高鐵工程屬于現(xiàn)代鐵道工程中的新領(lǐng)域，在交通快速發(fā)展的地區(qū)，它與我們的生活越來越密切相關(guān)，請查找有關(guān)中外高鐵的資料，了解高鐵工程的發(fā)展歷程，探究高鐵工程未來的發(fā)展方向，分享自己對高鐵工程的發(fā)展設(shè)想。三、典型工程領(lǐng)域的發(fā)展歷程工程的發(fā)展歷程具有多個維度（表13），伴隨著社會的發(fā)展，甚至在推動人類文明的進步，它的發(fā)展影響著我們的衣食住行。表13工程發(fā)展歷程工程發(fā)展的維度發(fā)展歷程工程材料天然材料→人造材料工程對象宏觀物體→微觀微粒工程技術(shù)手工工程→機械工程→自動工程→智能工程工程精度模糊→精細工程能源（動力）人力、畜力→蒸汽→內(nèi)燃機→電力→核能、太陽能等工程空間擴展地面工程→地下工程→海洋工程→航空、航天工程工程產(chǎn)業(yè)漁獵、采集→農(nóng)業(yè)→工業(yè)→服務(wù)業(yè)工程社會個體工程→簡單協(xié)作工程→系統(tǒng)工程→大系統(tǒng)與超大系統(tǒng)工程工程方法個性化、經(jīng)驗化→共性化、單一化→知識化、智力化工程思想敬畏自然→征服自然→人與自然和諧共生工程科學經(jīng)驗的→科學的（一）中國鐵路工程的發(fā)展1876—1981年，中國鐵路的發(fā)展經(jīng)歷了兩個階段，即清朝和中華民國階段、新中國階段。其中，新中國階段是一個高速增長、影響世界的階段。中國從1876年修建吳淞鐵路開始，至1981年的105年內(nèi)，共建鐵路50181km。2020年，中國鐵路營業(yè)里程達到14.63萬km，高速鐵路營業(yè)里程達到3.8萬km，位居世界第一，其里程覆蓋全國80%大中城市。1．1876年，英國在上海鋪設(shè)了長達14.5km的吳淞鐵路，成為中國第一條運營鐵路。1905年興建第一條完全由中國人自行設(shè)計、施工的鐵路——京張鐵路。2．1937年，我國自行設(shè)計、建造的第一座雙層鐵路、公路兩用橋——錢塘江大橋落成。錢塘江大橋橫跨錢塘江，是連接滬杭甬鐵路、浙贛鐵路的交通要道，由我國橋梁專家茅以升設(shè)計建造。然而竣工不到2個月，為阻斷日軍從浙北南下而炸毀（圖19）（參見教材P12）。因為國民黨統(tǒng)治時期的頻繁戰(zhàn)亂和外部勢力影響，中國鐵路在這一時期一直發(fā)展緩慢。3．成渝鐵路自成都市至重慶市的，全長504km，1950年6月動工，1952年6月峻工，成為新中國成立后修建的第一條鐵路（圖110）（參見教材P12）。寶成鐵路于1958年建成通車，1975年7月改造成為全國第一條電氣化鐵路。4．成昆鐵路自成都市至昆明市，全長1096km，1958年7月動工，1970年7月1日竣工。工程艱巨浩大，舉世罕見。全線橋隧（圖111）（參見教材P13）總延長占線路長度的41.6％。鐵路沿線中有些地段找不到地方設(shè)置車站，不得不將站線建在橋梁上或隧道內(nèi)。5．青藏鐵路是西寧市至拉薩市的鐵路，是世界上海拔最高、線路最長的高原鐵路，于2006年7月1日順利實現(xiàn)了建成通車。6．中國高鐵（圖112）（參見教材P13）的發(fā)展始于1999年建設(shè)的秦沈客運專線，2008年中國擁有了第一條速度超過300km/h的高速鐵路——京津城際鐵路，2009年又擁有了當時世界上一次建成里程最長、運營速度最快的高速鐵路——武廣客運專線。從2003年秦皇島至沈陽段高鐵通車，到2013年天津至秦皇島段高鐵投入運營，中國高鐵運營里程突破1萬km，歷時10年；從1萬km到2016年突破2萬km，僅歷時3年。目前，中國高鐵常規(guī)運行速度為250～350km/h，2016年最高實驗時速達到605km/h，這也是當時高鐵運行速度的世界紀錄。現(xiàn)在中國高鐵已經(jīng)成為中國制造的高端品牌，正在向世界推廣。討論鐵路作為一種交通工具，已經(jīng)觸及我們生活的方方面面，鐵路給我們的交通帶來極大的便利。請根據(jù)鐵路的發(fā)展對社會的影響，探究鐵路工程對社會發(fā)展的促進作用。（二）機械工程發(fā)展史在人類歷史的發(fā)展中，發(fā)生了幾次決定人類命運的大轉(zhuǎn)折。第一次轉(zhuǎn)折發(fā)生在約200萬年前，由于自然條件的突然變化，生活在樹上的類人猿學會了用木棍和石塊這些天然工具保衛(wèi)自己，并用之獵取食物，鍛煉了它們的大腦和手指。第二次轉(zhuǎn)折發(fā)生在約50萬年前，古猿人學會了制造和使用簡單的木制和石制工具來從事勞動。在這個時期，古猿人學會了鉆木取火（圖113）（參見教材P13）、使用工具、攜帶食物，人類進入到古人類時代。第三次轉(zhuǎn)折發(fā)生在大約15000年前，古人類學會了制作和使用簡單的機械，開始了農(nóng)耕與畜牧活動（圖114）（參見教材P14）。此后，人類進入新石器時代，并學會了冶煉技術(shù)。約2000年前出現(xiàn)了鐵金屬工具，進入鐵器時代，各種復雜的工具和簡單機械（圖115）（參見教材P14）相繼發(fā)明出來，進一步促進機械工程的發(fā)展。第四次轉(zhuǎn)折發(fā)生在1750—1850年。1765年，英國人瓦特經(jīng)過十余年的努力和不斷改進，提高了蒸汽機的效率。1814年，英國人喬治·斯蒂芬森發(fā)明并制造出第一臺蒸汽機車。蒸汽機車與鐵路的推廣（圖116）（參見教材P14），促進了西方的機械文明，奠定了現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)。機械制造逐漸發(fā)展為有理論指導的系統(tǒng)和獨立的工程技術(shù)。機械工業(yè)代替了手工業(yè)，生產(chǎn)力迅速發(fā)展。機械工程甚至成為促進18—19世紀的工業(yè)革命及資本主義大生產(chǎn)的主要技術(shù)因素。第五次轉(zhuǎn)折發(fā)生在現(xiàn)代，計算機技術(shù)的發(fā)展導致了一場現(xiàn)代工業(yè)革命。進入20世紀，計算機的發(fā)明與廣泛應用，改變了人類傳統(tǒng)的生活方式和工作方式。機械工程與微處理器結(jié)合誕生了“機電一體化”的復合技術(shù)。機械工程學、微電子學和信息科學三者的有機結(jié)合（圖117）（參見教材P14）制造出來的機械產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)輕巧、簡單、省力和高效率等特性，它們部分代替了人腦的功能，逐步實現(xiàn)了人工智能。討論對比機械工程的發(fā)展史，討論每一個階段的代表對象對于人類的生產(chǎn)、生活的影響和意義。課后作業(yè)習題1．近代工程時期的重要工程活動是＿＿＿＿，它使得人類的交通運輸走上快捷之路。2．選擇題：青藏鐵路在規(guī)劃建設(shè)時特意預留了藏羚羊等野生動物的遷徙通道，這表明現(xiàn)代鐵路工程不單要考慮自身工程領(lǐng)域，還經(jīng)常需要與（）一起規(guī)劃。A．建筑工程B．生物工程C．水利工程D．環(huán)保工程3．判斷題：越來越多的行業(yè)在用智能機器人取代工人以降低成本，這表明機械工程的發(fā)展終將與人搶奪工作