技术规范标准普通高中通用技术课程技术与设计标准解读.docx
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技术规范标准普通高中通用技术课程技术与设计标准解读
苏教版必修二课程标准解读
“技术与设计2”模块是在“技术与设计1”模块的基础上，对技术与设计过程中所涉及的一些基本问题的进一步深入，其目的是培养学生对技术与设计的思想和方法的理解以及应用技术解决实际问题的能力，使他们具备利用和评价技术的方法和策略，以及受用终身的技术管理能力。
模块内容构成了技术设计过程中特有的、具有广泛的应用价值和可以有效迁移的思想方法，它远超出了人们一般意义上的习得性的知识和技能，使对事物的事实认定，上升为指导实践的规律并渗透在人们处理各种问题的过程中，即对事物的价值认定。
一、简要说明
“技术与设计2”模块共设“结构与设计”、“流程与设计”、“系统与设计”、“控制与设计”等四个主题。
尽管从技术角度来看，这4个主题分属不同的专业，但是这些环节是一个技术设计过程必不可少的基本内容，它们自成体系，相对独立，但又相互呼应，具有内在的联系。
结构是系统的组成形式，流程是系统按时间顺序的描述。
被控制的事物和控制装置本身是一个系统，控制就是对系统状态所施加的干预。
因此，将它们集中放在这一个模块中进行讲述，既能体现出技术与设计的整体性，有能体现出各部分的联系与侧重点，其目的是让学生从宏观和微观两个层次把握技术与设计的基本内容与思想方法。
“结构与设计”强调从力学的角度理解结构、结构的强度和稳定性等问题，关注简单的结构设计；“流程与设计”强调对流程和流程优化的理解，以及简单流程和流程改进的设计；“系统与设计”则侧重对系统的理解，以及运用系统的思想解决一些生活中问题的设计；“控制与设计”应注重理解控制的涵义和控制的应用，以及生活生产中的简单控制系统的设计。
本课程内容的四个主题之间既有一定的独立性，又具有一定的关联性。
其中所运用的一些思想与方法：
例如，“系统与设计”中整体与部分、独立与关联、优化思想与方法；“控制与设计”中的反馈调节方法；“流程与设计”中流程改进的思想等等具有广泛的应用价值和可迁移性，均可运用在其他主题的一些技术问题的解决中。
这些思想与方法使技术与设计由经验上升到了理性，由单纯的展现设计技巧提升到了形成设计的思想和方法。
本模块与“技术与设计1”共同构成了本课程的选修模块的基础。
二、内容标准及相关活动的说明
（一）结构与设计
本主题共有5条标准。
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
从不同的角度理解结构的涵义与作用：
广义上讲，结构是指物体各个组成部分之间的搭配和排列。
结构的作用：
结构决定了事物的性质和形态。
从力学角度的理解：
结构是指可承受一定应力的架构形态。
结构的作用：
结构可以抵抗能引起形状和大小改变的力。
结构的一般分类有：
实心结构、框架结构、壳体结构。
本标准不要求学生对这三种结构类型的特征进行定性地描述，但应能对生活中常见的简单结构实例进行归类，并指出这三种结构的不同应用场合。
教学中，教师可用简单的材料制作的不同结构的物体给学生作演示，也可在课前布置学生自带材料进行不同结构类型的简单制作。
在我们周围，有各种各样不同形状、不同用途的物体和结构。
实心结构如铅球或砖石、大坝等；框架结构如大桥、自行车、铁塔等；壳体结构如汽车、建筑工人用的安全帽、气罐、油罐等。
不同的结构类型，具有不同的特征和受力特点。
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
张力或压力的解释与说明：
当一个构件承担负载时，就可能受到张力、压力或扭力的作用。
张力（拉力）是拉伸材料的力，组成材料的粒子被拉开；压力是压缩材料的力，组成材料的粒子被推近。
例：
桥墩、房屋的柱子承受压力；拉索桥的钢丝承受拉力；一根两端被托住的梁，受到弯曲力；梯子、大坝承受压力、剪切力；当大风或冰雪等外力作用在桥上，桥则受到扭力、拉力、压力等等。
对结构承受应力的分析，应根据学生已有的知识水平，分析生活中常见结构的应力，可进行一些定性的分析，不要求学生作进一步的定量分析，不要求画物体结构的受力图。
3、能通过技术实验分析影响结构的强度和稳定性的因素，并写出实验报告
强度概念的解释与说明：
强度是指构件在载荷作用下，抵抗破坏的能力。
一个结构的强度取决于它对张力和压力两方面的反应能力。
决定强度的因素：
强度取决于形状，形状略作改变，强度就会改变；强度还取决于材料以及材料的连接方式，了解应力对不同材料的影响可以帮助我们选择正确的材料建造坚固的结构。
稳定性概念的解释与说明：
稳定性就是结构保持原有平衡状态的能力。
稳定性阻碍翻倒或被移动，是很多结构的重要性质之一。
影响结构稳定性的因素主要有：
结构的形状、结构重心位置、结构所受的运动和力等等。
例如，人们利用三角形或由三角形组成的多面体来增加结构的稳定性，底面越大、重心越低结构就越稳定。
应引导学生通过生活观察和技术实验，对简单结构进行强度与稳定性分析，解释它的强度高或低、稳定或者不稳定的原因。
教师可以引导学生进行实验，也可以让学生自己根据生活经验、兴趣爱好和已有条件，自行设计和制作实验，并得出结论。
教师应指导学生对技术实验与观察的过程进行记录，并按照比较规范的格式写出实验报告，从而培养良好的实验作风与习惯。
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
学生可以根据生活中的需要和个人的爱好，选择一个设计对象或项目，进行一个实际的设计过程。
要注意引导学生养成良好的设计习惯，在设计方案的构思时，应从外观、重量、大小、强度和稳定性等方面综合考虑，尽量做到既满足功能要求又做到轻便、美观等。
还要学会画草图，所画草图应能清晰地显示出设计对象的骨架形式、尺寸比例等，然后就草图的方案与小组同学共同商讨，吸取大家智慧，培养协作意识。
设计方案确定之后，应绘制出比较规范的设计图纸（图纸应含通用的技术符号、精度要求、尺寸标注、文字说明等等），对于简单的设计对象，可以依据图纸直接制作出原型，若是比较复杂的结构设计对象，如新居室的衣柜、书柜等，不能在短时间内做出原型，可以因地制宜地选择材料做出其模型。
5、能从技术和文化的角度欣赏并评价典型结构设计的案例
技术设计要避免走向功利化的极端。
设计不仅仅要从满足人的物质需求出发，同时需要关注人的审美准则、民族特色、生态文化等精神领域的需要。
结构设计的人文色彩尤为浓烈，古今中外，从若干经典的建筑物设计中，我们就可以看到不同时期不同文化背景的烙印。
学习结构与设计，需要引导学生学会欣赏和评价经典的、有特色的结构设计的杰作。
教师可以通过带领学生参观本地的特色建筑，从各类教学资源中筛选有价值的结构设计实例介绍给学生，引导学生学习对作品进行欣赏和评价的角度和方法，比如从”形”“意”“神”等方面来评价等。
6、关于活动建议
建议1进行关于结构强度和稳定性测量的实验。
所选结构既要简单又要能说明问题，实验过程中，应设计一个表格来记录实验数据和结果，并且对所测量的数据进行引导行的解释与说明。
若不具备条件，也可定性描述。
建议2分析典型案例的结构特点。
可从所列实例的功能实现，结构的类型和文化特点等角度进行分析评价。
建议3对产生了一定影响的建筑物的坍塌、扭曲或断裂的事件，进行分析讨论，简要说明该结构所存在的主要技术问题。
可以引导学生对此类问题展开讨论研究，由于可能涉及的原因或问题比较复杂，故讨论的深度不限。
（二）流程与设计
通过对流程的介绍，使学生理解流程的涵义与流程涉及的各个因素，培养学生优化生活和工作流程的能力，使学生体验革新的成功感和革新可能带来的经济、环境等方面的成果。
本主题共有5条标准：
1、了解流程的涵义及其对生产、生活的意义
在介绍流程的涵义时，应抓住两个基本点：
流程的时序和环节。
时序是指随时间变化的发展经历；环节是指事件在发展的过程中，总可以依据某种特征或方式把它分解为若干个小的过程。
结合生活中的多种实例，具体讲解与流程对应的各个环节，使学生充分理解流程，并且要强调流程能产生更大的效益和具有可持续发展性。
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
可以选择一个有代表性的流程案例，与学生共同分析，使学生学会阅读工艺机理不太复杂的流程图。
例 合成氨的生产工艺流程
首先利用适当的方法，生产大量合成氨的原料——氮气、氢气，氮气和氢气的混和气体在合成塔的6000C高温、200帕斯卡下，通过催化剂的作用产生氨气，再通过氨分离器不断地把生成的氨分离出来，同时未转化的反应气体又进入合成塔循环加工。
这就是合成氨的生产流程。
在此流程中，氮气和氢气的混和、氨的合成、分离、循环这几个主要生产环节的顺序是不可倒置的。
生活中，经常有需要读懂流程图的场合，简单的有公共汽车或地铁线路的上行、下行流程图；复杂一些的有，当我们参观发电厂或化工厂，在工厂的中控室会看到一幅生产工艺流程图，要了解生产情况，就要读懂这张图；当我们走进军营，可能看到一幅作战流程图等等。
流程图的表达有多种形式，有图示、模型表示、动画演示等等。
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
生产、生活中流程的设计有两种情况，一种是流程的若干环节是显性的，也就是事物发展的规律较容易描述，如邮局邮件的分检流程设计、快餐配送中心的工作流程等；另一种流程的设计要依据事物的内在属性和规律，需要进行大量的实验和漫长的探究才能得出的，如合成氨的工艺流程。
学生对某一简单流程设计的分析，应根据事物的内在性质、规律和相关因素，对流程设计的时序和环节线索进行把握。
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。
生活生产中的技术改进或革新，多数出自对已有生产流程的整体改进或者是对其中某一环节的改进，其目的不外乎为了提高工作效益、降低生产成本、节约能耗、保护环境等。
在一个流程的设计或优化过程中，应考虑以下几个问题：
材料：
不同的材料有不同的加工方法。
工艺：
不同的产品有不同的工艺要求，流程也不同。
设备：
生产设备的水平往往决定了流程的自动化水平。
人员和资金：
人员的技术水平和必要的资金会影响生产的过程、质量和周期，是流程设计必须考虑的主要因素。
环境：
生产过程与环境的相互作用，是流程设计中应该关注的重要因素，等等。
要使学生通过具体的流程案例的分析，进一步理解流程改进的条件。
从外部条件来讲，是建立在设备和工艺水平提高的基础上；从内部条件而言，是建立在对流程内在机理的进一步研究的基础上。
流程的改进过程就是优化的过程。
例1 银行储蓄所顾客存取款的流程
原先是人工填单、记账，保存的是纸质的帐单，自从引入计算机管理系统，改进了存取款的流程，减少了中间环节，提高了工作效率，降低了差错率。
例2 用于建筑结构承重的人造板的研发设计
目前我国生产的人造板本身的强度决定了其主要用途是室内装修、家具制作等，若要将人造板作为建筑结构承重的材料使用，就必须增加人造板的强度，就需要通过研究、改变现有人造板的材料组成结构，改变加工工艺的流程来实现。
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。
学生可以结合生活生产中已经存在的、尚有改进的可能的流程进行讨论，在指出问题所在的基础上，提出改进方案，并论证这一方案的可行性。
改进的对象的选择很关键，学生理解和改进工业生产中复杂的流程有一定困难，可以结合研究性学习中提出的相关问题进行讨论和研究。
例1 家用燃气炉灶在使用过程中热能的高效利用问题。
（分析略）
例2 化学课中的”氢气在氯气中燃烧”的实验改进。
一般实验步骤是将氢气在空气中点燃，再直接伸入装有氯气的容器中，观察实验现象。
这一实验的问题是，将点燃的氢气伸入氯气瓶中时，会有一定量的氯气外漏，而外泄的氯气对人体有强烈的刺激。
如何从安全环保的角度改进这一实验流程？
（分析略）
6、关于活动建议
建议1，通过对比较成熟的流程设计的事例的分析和评价，为进行下一步的流程设计和改进提供准备。
建议2，为学生的流程设计提供了若干参考项目，也可根据当地条件另作选择。
（三）系统与设计
系统的概念来源于人类长期的社会实践，运用系统的思想和定性定量相结合的系统方法分析和处理生产和生活中的问题，是大家都可能遇到的。
学习和掌握系统的思想并运用系统的方法解决问题，有助于减少处理问题过程中的盲目性，学会对事件的理性分析和科学决策。
本主题共有5条标准。
1、从应用的角度理解系统的含义
系统的概念，看似抽象，其实是很具体的。
系统即由相互依赖的若干组成部分结合而成的具有特定功能的有机整体。
系统中的各个部分都可被看为该系统的子系统。
学生对系统的理解，可以从系统的实例开始。
如一台电冰箱可以看作是一个系统，学校的一间多媒体教室也可看作是一个系统，人体本身同样是一个复杂而精密的系统。
系统的分类：
从不同的角度有不同的分类方法，通常有以下几类分法：
自然系统和人造系统
实体系统和抽象（概念）系统
静态系统和动态系统
开放系统和封闭系统。
可对每一类的分类思想及其应用范围进行一定程度的阐述。
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
系统的基本特性可从以下几点来归纳：
整体性、相关性、目的性、动态性、环境适应性等。
仅从概念来理解系统的特性，是比较抽象的。
在教学中，可以引导学生从一、两个典型系统的案例入手，把握系统的特性，也可以让学生自己总结出这些特性。
系统的特性构成了系统的基本属性。
系统分析的方法就是运用系统的思想和定性定量相结合的方法分析处理问题，整个过程可归纳为阐明问题、分析研究、评价比较三个阶段。
本标准只要求学生掌握初浅的系统分析的基本方法。
需要注意的是，第一，在系统分析的过程中，每个环节不一定一次就顺利地完成任务，需要在反馈信息的基础上反复进行；第二，在系统分析的过程中，要学会与不同角色的人对话，如与实施者、决策者等的对话；第三，对系统分析中的建模问题，在此不作过多要求；第四，学写简单的系统分析报告，对系统的分析过程、依据、结论和行动建议进行说明。
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
为了使系统达到最优的目标所提出的各种解决方法，称为最优化方法。
通常是指在一定人力、物力和财力资源条件下，使经济效果（如产值、利润等）达到最大，并使投入的人力和物力达到最小的方法。
建筑材料的改进也是一项优化技术，以往建筑物的墙体多采用实心砖，现在采用了空心砖，在保证强度、隔热隔音效果的同时，节省了材料。
但是，对于比较复杂的系统，人们对其特征了解不够，所以需要运用一定的数学的手段描述它，进而找到合适的解决方案，该过程成为系统建模。
以往课程的学习中，我们就曾接触到数学模型的问题，比如自由落体运动的公式为：
—1/2gt2，这就是一个反映物体运动的路程随时间变化的数学模型。
系统建模的目的是要将系统的原型抽象为数学模型，并运用已有的数学方法分析求解得出数学结论，再运用这一结论来解决实际系统中的问题。
最优化方法解决问题一般可分为以下几个步骤：
（1）提出需要进行最优化的问题，收集有关资料和数据；
（2）建立求解最优化问题的有关数学模型，确定变量，列出有关约束条件，分析模型；
（3）选择合适的最优化方法；
（4）求解方程；
（5）最优解的验证和实施。
本条标准对第
（2）、（4）步骤不作过高要求。
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
系统设计建立在对系统进行有效分析的基础上，在学生的学习生活中，系统设计的运用事例比比皆是，例如学校运动会赛事的合理安排等。
可以通过对类似系统设计案例的分析，总结和归纳简单的系统设计的基本方法。
大千世界，物质系统千变万化，虽有一定的规律可循，却难说有一成不变的模式可供套用。
系统的分析和设计是建立在对该事件的内部规律、外部环境（条件）、实现功能等的充分研究的基础之上的，它是一个不断完善、不断改进、不断优化的过程。
优化是系统设计所追求的永恒目标。
在对系统设计的案例进行分析的基础上，可以让学生总结系统设计的基本原则：
基本功能的实现、子系统间关联与冲突问题的合理解决、效益的最大化、动态调整的实现、人性化设计、战略性思考（长期性、稳定性等）
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
要求学生在对前4条标准有所掌握的基础上，自行完成一项简单的系统方案设计的任务。
在系统设计应考虑的主要问题：
（1）系统设计的目的与要求
（2）系统的各部分之间的相互联系与相互作用
（3）系统设计方案的优化
设计时的基本要求是，首先对所设计的系统进行比较详细的定性分析，画出分析简图并写出定性的分析报告，其次，作出系统设计的技术框图和技术设计报告，再次，根据设计方案尝试实现这一系统的设计。
教学中应注意，对于学生的系统设计，两种设计方式都应认可，一种是对一个简单的系统进行设计，另一种是运用系统的思想和方法对某一对象进行设计。
6、关于活动建议
建议分析典型的系统设计案例，由学生作出评价，为自己将要进行的系统设计奠定基础。
例战国时期的秦国太守李冰父子主持修建了都江堰工程，这一伟大水利工程巧妙地将分洪、引水和排沙结合起来，使各部分组成一个整体，实现了防洪、灌溉、行舟、漂木等多种功能，至今该工程仍在发挥着重大的经济效益，是我国古代水利建设的一大杰出成就。
（四）控制与设计
通过对控制系统中控制的目标、控制的过程和控制的机理等的理解，有助于学生运用简单的控制方法解决现实生活中遇到的相关问题，发展学生良好的逻辑思维品质。
学习本主题的主要目的在于使学生从思想和方法的角度对控制和控制设计有基本的了解，本主题共有6条标准：
1、理解控制的含义及其在生产和生活中的应用
人们按照自己的意愿改变条件，使事物向着期望的目标发展，就形成了控制。
控制在生活和生产中的应用非常广泛，如公共场所的红外线自动出水龙头装置、红外自动烘手机、银行的自动取款机、农田节水灌溉的自动控制、楼宇防盗控制、十字路口红绿灯自动控制、炼钢炉的温度控制、合成氨合成塔的压力控制、精确制导武器等等。
教学中，可以引导学生根据自己的生活经验，列举控制应用的例子，并说明自己对它们的理解。
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
控制是为了达到人们所期望的目标。
一个控制过程的实现，往往要经过若干个环节，这些环节就构成了一个系统，所以我们把它看作是一个控制系统。
从不同的角度，对控制系统有不同的分类。
本标准要求学生通过具体的实例，区分哪些是自动控制哪些是手动控制，哪些是开环控制哪些是闭环控制，说清楚简单的开环控制和闭环控制系统的基本组成，以及它们是如何实现控制的。
例1 给游泳池换干净水（使用普通的手动进水阀门）
游泳池清扫干净后，为了给游泳池注水，工作人员要打开进水的阀门，直到发现泳池的水注满了，工作人员就会关闭进水阀。
这是一个需要人工干预的简单控制系统，也就是手动控制系统，工作过程也很简单。
例2 全自动洗衣机
全自动洗衣机是将洗衣的洗涤、漂净、脱水三大步骤，按照多个开关信号的逻辑关系一步步地往下执行。
使用者只要事先设定好时间，把脏衣服放进去，洗衣粉备足，水管接好，启动洗衣机的洗衣按钮，最后等听见洗衣结束的铃声，取出已经甩干的衣服就完成了。
它是一个自动的开环控制系统。
教师可以引导学生从他们喜闻乐见、容易接受的简单控制事例的工作过程的分析出发，使学生明白控制系统的类型、组成以及它们是如何工作的。
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
控制系统的方框图是控制系统工作过程的基本图示，本标准要求学生能画出简单的闭环控制系统的方框图。
学生应能列举生活中所见所闻的闭环控制系统，简要叙述其工作过程，要能通过对闭环控制系统与开环控制系统的工作过程的比较，指出各自的优越性是什么。
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就可以了。
需要强调的是，这里所讨论的带有反馈环节的闭环控制系统的主要特点是以减少误差的负反馈方式来达到控制目的的，正反馈控制问题在此不作研究，对于简单的开环控制、单回路负反馈控制系统以外的其他控制方式在此不作讨论。
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
在控制系统的设计中，对干扰因素的分析是重要的。
确定一个系统的控制方案的前提，往往是建立在对影响系统稳定的干扰因素分析的基础上。
例 楼宇水塔的水位控制的干扰因素分析
分析：
影响水塔水位的干扰因素主要有：
水塔的出水流量、水面蒸发的水量、水塔的进水流量和进水管的压力等。
其中出水流量是根据用户的用水量变化的，是不可控制的变量；水面蒸发的水量很少，可以忽略；而水塔的进水流量是可以控制的。
例 风磨的转速控制的干扰因素分析
分析：
影响风磨转速的干扰因素主要有风速、投料量等。
当投料量一定时，风速减小，磨的转速就变慢。
在此，仅要求学生能列出简单控制系统的干扰因素主要有哪些，不要求对这些干扰因素作具体分析。
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
这里的被控对象基本特性是指在正常的工作状态，被控对象的输出信号与输入参数、与主要的干扰参数之间的关系，只需要有所了解，对被控对象的特性的数学模型的描述在此不作要求。
当需要对一个简单的控制系统进行设计时，学生首先要学会分析这一系统中，需要控制的参数是什么，通过改变什么参数来实现控制，是采用开环控制还是采用闭环控制来形成控制设计方案，然后要能画出这一系统的方框图。
5、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
这是对控制的实施方面的要求，由于对控制器、执行机构、反馈环节和对象的特性没有提出更多的要求，故不要求学生象专业设计师一样进行完整的闭环控制系统设计并加以实现。
所提的要求是从开环控制装置的实施着手，比如，设计并实施一个开环的定时控制装置，要求学生完成从方案设计到制作的整个过程，并进行测试和评价。
如果装置不能达到或不能完全达到定时的功能，要能寻找原因，提出方案设计或制作过程中出现偏差的原因所在，并加以改进。
有实验条件的地区或学校，可以进行简单的闭环控制系统的设计和实施。
6、关于活动建议
本主题中有3个活动建议。
建议1，要求学生参照家用抽水马桶的水位控制原理，将一个原来是人工的水位控制系统改进为自动控制系统。
学生首先要研究抽水马桶的水位控制是如何实现的，然后再动手设计一个类似的水位自动控制方案，并实现它。
建议2，列举出了若干控制设计的例子，要求学生学会分析已经设计好的控制系统。
建议3，这是一个扩展性建议，是工程上常见的问题。
不要求每个学生都做，有条件、有兴趣的学生可以通过查阅有关资料，了解和研究这一问题。
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