5.2像工程師那樣實踐（原卷版）

◆網絡構建

◆課本導學

一、工程設計

二、我們的工程實踐——制作三球運動演示模型

◆基礎訓練

知識點1工程設計的過程

知識點2我們的工程實踐

◆強化訓練

一、工程設計

一般過程說明舉例：設計一把辦公椅

1.明確設計的目標和要求，包括功能需可以調節(jié)椅子高度和靠背角度，坐起來更

求、性能需求、使用環(huán)境要求等。舒適

2.與客戶或相關方進行深入溝通，充分限制條件：

明確問題理解他們的期望和限制條件。高度調節(jié)范圍：450~550mm靠背傾斜角度

調節(jié)范圍：0°~30°

座椅材料：舒適、透氣的網布材料

能承受的最大載荷：150kg

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概念設計：1.根據問題，通過相互交流

和討論，運用頭腦風暴，產生多種設計

概念和方案，對這些概念進行初步評估

和篩選，確定幾個有潛力的方向。

2.對選定的概念進行細化和完善，形成

具體的設計方案，包括整體結構、主要

設計方案部件、工作原理等方面的設計。繪制設

計草圖

具體設計：基于概念設計，進一步深化

方案，確定各個零部件的具體尺寸、形

狀、材料等細節(jié)，繪制詳細的工程圖紙

和技術文檔

根據設計圖，運用各種技術，進行一系

實施方案

列工作，制作原型

測試高度調節(jié)、傾斜角度調節(jié)、承重能力

在工作環(huán)境下對實物進行測試，是否滿

檢驗產品和舒適性等方面。測試結果表明，原型在

足限制條件

其他方面表現良好，但承重能力有所不足

針對測試發(fā)現的問題，對設計進行進一綜合考慮生產成本和實際需求，選擇更換

改進完善步的調整和優(yōu)化，解決出現的問題和不使用耐受力更強的材料，達到設計承重的

足之處。再次制作原型并重新進行測試標準

測試完成后，與生產部門協作，為大規(guī)與供應商合作，選取合適的材料和制造工

模生產做好準備工作，如制定生產工藝，并制訂生產計劃。完成生產制造后，

發(fā)布成果

藝、整理和編寫詳細的設計報告、使用他們與辦公家具經銷商合作，進行一系列

手冊等的展示、推廣、銷售活動

【說明】一個好的工程設計能夠提前預估現實需求和未來可能出現的問題，減少資源浪費、

降低施工成本、保證工程安全穩(wěn)定和延長工程使用壽命。因此，在進行任何工程建設之前，必

須首先進行仔細的論證和細致的規(guī)劃，以確保工程質量和效益的最大化。

【例1】在工程設計中，確定設計方案后緊接著的步驟是（）

A.需求分析B.詳細設計C.采購與資源準備D.項目交付

二、我們的工程實踐——制作三球運動演示模型

一般過程制作三球運動演示模型

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制作三球運動演示模型，能夠演示日食和月食的成因。

限制條件：

明確問題

材料：木板、地球小模型、LED燈等。

工具：鋸子、砂紙等。

模擬運動的機械模塊：(1)用一個大功率LED燈，配一個圓形乳白色外罩代替太陽

(大)、用泡沫大球代替地球(中)和用泡沫小球代替月球(小)，地球可繞太陽轉動，

月球可繞地球轉動。

(2)模型的動力利用手動、皮帶輪和皮帶配合完成。

(3)機械裝置中太陽下面的大皮帶輪直徑是帶動月球轉動的小皮帶輪的12倍，可

以保證地球繞太陽運動1圈時，月球繞地球運動12圈。

模擬陽光的發(fā)光模塊

用大功率LED燈可以模擬陽光

材料選擇：木板，太陽、地球、月球小模型直徑不相同的軸和軸套(大鐵軸配大皮

設計方案帶輪，小鐵軸配小皮帶輪)大小不同的兩個皮帶輪及皮帶(兩個皮帶輪直徑的比是

12：1)

一些螺絲、螺母等固定件

工具選擇：如鋸子、鉆孔工具等

繪制草圖

1.按照草圖中的尺寸，用鋸子把木板鋸成長度和寬度各不相同的長木條。(注意：

使用鋸子和鉆孔機注意安全)

2.用鉆孔機在較長木條的左右兩端和中間偏右的位置鉆3個孔，在較短的木條的

兩端各鉆一個孔，較寬的木條的中間鉆一個孔。(注意：孔的大小和軸的大小相同，

較寬木條的中間孔和較長木條中間偏右的孔徑相同，其余的孔徑相同)

實施計劃3.按照下圖，用螺絲把底座安裝好。

4.將一個大皮帶輪用大鐵軸套固定在較寬木條中心的大鐵軸上，再把較長木條中

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間偏右的孔插上，軸上端固定太陽模型。(注意：大皮帶輪上下都要用軸套固定，

與上下木條之間要留有空隙)

5.較長木條左側的孔中插入小鐵軸，軸的下面裝一個小皮帶輪，上面依次固定較

短木條和地球(泡沫中球)模型，較短木條的另一端固定月球(泡沫小球)模型，調

整軸的高度，使月球中心與地球中心相平。

6.在大、小皮帶輪上掛上松緊合適的皮帶，推動右側的軸，使較長木條帶動地球

繞太陽轉動，同時小皮帶輪帶動月球繞地球旋轉，如圖所示。

演示要求在遮光室內進行。用手連續(xù)推動右側的軸，地球繞太陽公轉，月球繞地

球旋轉，當地球運行到太陽與月球之間時，則形成月食；當月球運行到太陽與地

球之間時，則形成日食。驗收標準：三球運動演示模型制作驗收標準

評價維度★★★★★★

三球位置、比例均

科學原理三球位置或比例基本合理三球位置、比例均合理

不合理

模型轉動流暢，偶爾打滑卡模型轉動流暢，無打滑卡

可靠程度模型難以正常轉動

頓，但不影響使用頓現象

制作工藝模型外形較粗糙模型外形較為美觀模型整體美觀、精致

檢驗產品

無法演示日食和月基本可以演示日食和月食，可以完美演示日食和月

演示效果

食光源有時會被遮擋食，光源全程無遮擋

依照評價量表對模型進行測試并打分，將結果記錄在表中。三球運動演示模型測

試記錄表

組別科學原理可靠程度制作工藝演示效果

第一組

第二組

第三組

……

改進完善手動轉動可以改成電動機、電池和齒輪自動轉動，運行更平穩(wěn)

發(fā)布成果通過繪制畫報、呈現實物或產品發(fā)布會的形式發(fā)布三球運動演示模型制作成果

【例2按照有關規(guī)劃，我國未來要發(fā)射更多的火箭進行載人登月、深空探測等活動，因此

大家想做一個簡單的火箭模型來模擬真實火箭發(fā)射升空，為此學校開展“制作水火箭”項目化

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學習活動。

【明確問題】

小明同學負責明確“水火箭”發(fā)射的原理，他查閱資料后得知，我國發(fā)射火箭時，點火后

火箭尾部會向下噴出烈焰，火箭隨即升起，于是想到“水火箭”也可以利用這一科學原理。

(1)簡述“水火箭”可以飛起來的原因：________________________________________。

【設計方案】

小亮同學負責“水火箭”的設計方案，他考慮到“水火箭”的動力只能由水或空氣提供，

從工程角度看，裝置的密封性要好，要能保證水在足夠大的壓力下噴出而產生足夠的反推力。

于是他設計了制作流程，首先在廢舊飲料瓶內裝入適量水，用帶有打氣筒的瓶塞將瓶口塞住，

最后配置上由廢紙箱改造而成的火箭外殼、導流罩及底座，“水火箭”即可完成，如圖甲所示(簡

化模型如圖乙)。

(2)如果瓶塞未完全塞緊，將會導致__________現象產生。

(3)小亮設計“水火箭”頂端的導流罩，其目的是減小飛行時受到的__________。

【實施計劃】

小林負責“水火箭”的發(fā)射，他往瓶中裝600mL的水，塞好瓶塞后放在發(fā)射架上。用氣

筒不斷地向瓶內打氣，瓶內氣壓不斷增大，當橡皮塞從瓶口沖出時，“水火箭”發(fā)射升空。。

【檢驗作品】

以下是“水火箭”發(fā)射的評價量表

評價

優(yōu)秀合格待改進

指標

火箭能順利升空且在空中運火箭能順利升空且在空火箭能順利升空且在空中

功能性

行時間t>6s中運行時間2s≤t≤6s運行時間t<2s或不能升空

美觀性符合審美，有一定的設計感符合審美，設計感一般不符合審美，設計感較差

(4)小華同學負責“水火箭”是否制作成功的鑒定，其標準就是“水火箭”上升的高度，

但高度不容易測量，小華此時可以轉化成測量__________。某組同學制作的“水火箭”，由地面

豎直向上發(fā)射，其速度和時間的關系如圖所示。根據圖像，結合評價量表的功能性指標，你對

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該“水火箭”評價結果是什么并說明理由。

【拓展延伸】

(5)小組同學對“水火箭”水平飛行的距離與哪些因素有關的問題進行了進一步研究，并

設計了多個方案。其中的一個方案是：取上述“水火箭”，分別安裝在發(fā)射架上，調整它們發(fā)

射的角度分別為20°、30°、45°、50°、60°、70°，向瓶內打氣直至橡皮塞從瓶口沖出，

使“水火箭”向前飛出。下表是他們在實驗中收集到的數據：分析表中數據可得出的結論是：

____________________________________________________________。

發(fā)射角/20°30°40°45°50°60°70°

水平飛行距離/m14.8131.3243.6050.7253.0749.8235.42

◆知識點1工程設計的過程

1.[2024浙江杭州調研]請你結合工程設計的過程，選出杭州亞運會場館建設的正確順序

（）

A.明確問題→設計方案→實施計劃→檢驗作品→改進完善→發(fā)布成果

B.明確問題→設計方案→改進完善→實施計劃→檢驗作品→發(fā)布成果

C.設計方案→改進完善→明確問題→實施計劃→檢驗作品→發(fā)布成果

D.明確問題→設計方案→實施計劃→發(fā)布成果→改進完善→檢驗作品

2.[2024浙江溫州調研]最早的紅綠燈只有紅、綠兩種顏色，后來經過改良后，增加了一盞

黃色的燈，提醒人們注意危險，于是紅、黃、綠三色信號燈出現在了世界上。這一過程屬于工

程實踐環(huán)節(jié)中的（）

A.明確問題B.實施計劃C.改進完善D.設計方案

◆知識點2我們的工程實踐

3.[2024北京大興區(qū)期中]2023年9月21日下午，“天宮課堂”第四課在中國空間站開講，

神舟十六號航天員景海鵬、朱楊柱、桂海潮面向廣大青少年進行太空科普授課。同學們觀看“天

宮課堂”后，開展了制作簡易地球儀的活動。

制作簡易地球儀任務單

第1步：準備乒乓球、鐵絲、筆、鉗子等所需的材料和工具。

第2步：在乒乓球中部畫一個圓圈，作為赤道；在a、b兩點各鉆一個小孔，使小孔到赤

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道上各點的距離相等，a、b兩點為兩極的位置。

第3步：每隔30°繪制一條緯線，并標注緯度(度數+南/北緯字母)；每隔30°繪制一條經

線，經線相交于南北極，并標注經度(度數+東/西經字母)。

第4步：把鐵絲彎成地球儀支架的形狀。注意傾斜的鐵絲要與水平面成66.5°角，同時所

彎的半圓要比乒乓球略大一些。

第5步：把按要求繪制好的乒乓球安裝在地球儀支架上，使其可以轉動。注意地軸應穿過

南北極。

(1)下列為同學們制作簡易地球儀的過程，制作過程屬于工程實踐一般過程中的__________，

請你依據任務單中的步驟選出正確的排序__________。

①確定赤道和兩極的位置②準備材料和工具③制作地球儀支架④安裝地球儀⑤

繪制經緯線

A.①②③④⑤B.②③⑤④①C.②①⑤③④D.③④②①⑤

(2)下圖為某同學制作的簡易地球儀，請你按照任務單的步驟及要求，提出改進建議。

項目改進建議

地軸傾斜狀態(tài)將地軸與水平面的夾角調整為①__________

繪制緯線按任務單要求，補繪30°S緯線

按任務單要求，補繪②__________

繪制經線

經線(填“60°W”或“120°E”)

標注經度按任務單要求，圖中60°、90°、150°后面需要加的字母是③__________

標注緯度按任務單要求，圖中30°緯線后面，需要加的字母是④__________

1.許多家庭的浴室內裝有鏡子。但是在人們洗浴后鏡子上面會覆蓋一層水霧，影響鏡子的

使用。為了防止鏡子表面霧化，人們在鏡子背面安裝了一個使鏡子溫度升高的消霧器。上述過

程中，人們發(fā)現問題的途徑是（）

A.觀察日常生活B.閱讀收集資料C.技術研究和實驗D.了解安全的需求

2.關于工程設計的過程，下列內容中不需要在明確問題環(huán)節(jié)完成的是（）

A.論證工程的價值B.了解工程的需求

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C.提出工程的要求D.提出產品的改進方案

3.小明想制作一個擺放在桌面上，并且可以在水平方向進行旋轉的相框。從工程設計的一

般過程看，在確定了設計要求之后，接下來應該做的是（）

A.對市場上的相框進行一些調查B.對相框的設計方案進行篩選

C.構思相框的形狀并用草圖呈現D.對相框的穩(wěn)定性進行試驗

4.工程技術興趣小組的同學在設計制作一款個性化的臺燈燈罩的過程中，經過了如下幾個

環(huán)節(jié)。下列排序中，合理的是（）

①瀏覽互聯網，收集相關燈罩的制作方法②通過問卷，調查需求③把設計的方案畫

出來④制作樣品⑤分析檢驗結果，優(yōu)化設計方案⑥對實物進行檢驗

A.②①③④⑥⑤B.②①③⑥④⑤C.①②⑥④③⑤D.①②③⑥⑤④

5.小程發(fā)現課本、試卷等資料較多，但課桌空間有限，于是他設計了一種木質桌邊收納架。

下列分析中，不正確的是（）

A.小程通過問卷調查同學們的需求后，即可進行方案設計

B.小程發(fā)現工程問題的途徑之一是觀察日常生活

C.小程在加工制作收納架前，需要