通用技术.docx

1、通用技术一、技术与设计2简介与识记知识内容本模块是在技术与设计1的基础上的具有典型意义的专题性技术与设计的教学内容，它所体现的技术设计的思想和方法，对于高中生的生活、学习以及人生规划都具有普遍的价值。它是普通高中通用技术课程的第二个必修模块。设有结构与设计、流程与设计、系统与设计和控制与设计四个主题。模块-主题结构如下图。通过本模块的学习，学生应该理解结构、流程、系统和控制的基本概念，掌握结构设计、流程设计和系统设计的基本思想和方法，初步掌握简单控制设计的基本思想和方法；能使用常用的规范的技术语言表达设计方案；能结合生产和生活的实际形成设计方案并初步实施；学会从技术、环境、经济、文化等角度综合

2、评价技术设计方案和实施的结果，增强革新意识。模块的四个主题是技术领域中具有典型意义的教学内容。其典型意义在于，首先，它们既有专业技术的内涵，又有通用技术的特性，也就是说，这些专门的技术，就像工具一样，可以在不同的技术行业中应用。其次是他们所体现的技术设计的思想和方法，不仅是解决技术问题是钥匙，还可以向其它领域迁移，对人的一生都会产生积极的影响。“结构与设计”虽是力学结构的理解、分析和设计，结构与功能的关系的讨论却是各类技术设计不可少的，“流程与设计” 讨论流程及其评价优化改进设计，改进的思想和方法同样是技术设计的共性，“系统与设计”则重于对系统的理解，以及运用系统思想解决实际生活中的设计，“控

3、制与设计”重在理解和运用控制，解决生活生产中的问题。模块四个主题的内容相对独立，教学中可以调换顺序，但它们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；流程可以说是工程系统或工作系统按时间顺序的描述；控制本身是一个系统，它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的思想和方法所具有的普适性。本模块的教学要面向生活和生产的实际；引导学生关注技术试验，理解技术设计中所蕴含的文化内涵，注重归纳技术设计的思想和方法，并将它们迁移到日常生活中灵活运用；要使学生善于总结具有典型性的技术问题的解决策略。注意掌握的

4、章节主要内容第一章：结构的功能与分类（力学角度），会分析案例中的力学结构和受力情况，改进结构的结实程度与稳定性的方法第二章：流程的基本要素（环节与时序），能够合理的分析、设计、改进流程第三章：系统的分类与基本特征，能对某一系统进行分类并说明原因，能说明一种现象反映了什么系统特征第四章：控制系统的基本组成，开闭环控制的特点干扰的分析防范，能对系统进行开闭环分析判断，对系统内部要素的分析确定第一章 结构与设计第一节 初识结构一、结构的概念1、日常生活常见的物品都要承受和抵抗各种各样的力，抵抗由此引起的各种变形。2、虽然它们各不相同，各具特色，但他们都是结构设计的结果。3、结构是指物体的各组成部分之

5、间的搭配和排列。物体的主体框架与构造形式，一般称为架构二、结构的功能与分类1、结构的含义与功能（1）确定的搭配和排列决定了物体的性质和形态（2）结构的各组成部分通常称为构件（3）结构是可以承受一定力的架构形态，可用来抵抗引起形态和大小改变的力。（4）简单地说，结构是为了承受力和抵抗变形 ，这就是结构的本质（5）物体的结构是由物体的功能和需要决定的，而物体的结构又决定了物体的性能2.常见结构的类型从力学的架构与形态考虑，结构可分为：（1）实体结构：结构体本身是实心的。受力特点：外力分布在整个体积中，承受较大的力。如实心墙，大坝。（2）框架结构：通常由杆件或板件组成的结构。受力特点：支撑空间但不充

6、满空间，承受垂直和水平载荷。如厂房的框架，自行车框架。（3）壳体结构：通常是指壳体内空的结构。受力特点：外力作用在结构体的表面，受力合理，形态稳定。如摩托车头盔，油罐外壳，贝壳。第二节 典型结构案例分析，强度稳定性的认识 一、结构的受力与变形构件受外力作用时，要发生形状或大小的改变，这种改变称为变形。拉力所产生的变形为拉伸，组成材料的粒子被拉开。压力所产生的变形为压缩，组成材料的粒子被推近。当物件受到与其轴线相垂直的外力作用时，物件产生的变形为弯曲。二、应力与强度外力使构件发生变形的同时，构件内部分子之间随之产生一种抵抗变形的抵抗力称为内力。作用在单位面积上的内力称为应力三、结构的强度与稳定性

7、首先施加外力于构件，到构件产生变形，它们之间不是一个简单的因果关系，应考虑构件的结构形状、几何尺寸、材料等影响因素。其次对于结构的受力与变形以及有关影响因素，应该有更科学地描述。影响结构强度的因素：（1）形状：构成的形状略有改变，强度就会改变。（2）材料不同：不同的材料有承受不同应力极限的能力。（3）材料的连接方式：不同的联结方式，受力传递方式和效果不一样1、稳定：受干扰后状态波动但扰动消失后重新返回平衡态为稳定。例：单摆2、结构稳定的含义：结构具有阻碍翻倒或移动的特性就是结构稳定性。例：不倒翁影响结构稳定性的因素：（1）结构的形状：支撑底面形状及底面积大小（2）重心的位置：位置越低越稳定3、

8、巧妙地增加结构的稳定性：（1）减小长细比：纵向长度与横向面积之比（2）利用三角形结构及其组合：三角形的稳定性第二章 流程与设计第一部分：了解流程（第1节），知道流程的两大特征（环节和时序），对生活中的简单案例能分析书写其流程第二部分：流程的设计（第35节），根据前面的知识，自己设计题目并完成流程设计第三部分：流程分析和优化（第24节），分析典型的工作流程和生产工艺流程，进一步加深理解环节和时序的意义，会阅读绘制流程图，对流程进行改进优化第一节 了解流程一、什么是流程：概念1：一项活动或一系列连续有规律的事项(行为)进行的程序。概念2：若个环节随时间的变化，依序完成的进程流。简而言之，流程就是做

9、事情的顺序。二、流程中需要注意的两个特征：1、环节：活动或事件在其发展的过程中，依据某种特征或方式，可将该过程分解为若干小过程，这些小过程为环节2、 时序：各环节按照一定的时间顺序先后出现，完成。这种时间的顺序关系称之为时序第二节 流程的设计1、实际流程设计中的两种情形：一、流程环节是显性的，即流程的进行发展规律比较容易看出来，比较容易描述二、流程环节不是或不全是显性的，即需要经大量试验和较长时间的探究，才能得到其内在属性和规律，从而得出流程应包含的基本环节与时序，设计出较成熟合理的流程。2、流程设计的目标与要求：节省时间，方便操作，提高工作效率，提高经济效益，提高工作质量，提高管理水平，节约

10、资源，安全生产，有利环保3、流程设计中的基本因素：材料：不同的材料有不同的加工处理方法。工艺：不同产品的工艺要求各异，流程设计也不同。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影响生产的过程、质量和周期，是进行流程设计必须考虑的主要因素。环境：生产过程对环境的污染以及环境对生产的反作用，是流程设计时应关注的重要因素。第三节 流程的分析优化一、流程的环节与时序要分析清楚 1、流程优化的内容包含了流程设计中应考虑的所有基本因素 实际流程设计的两种情形：流程环节可分显性与隐性（非显性）流程优化应考虑的基本因素：材料，工艺，设备，人员和资金，环境流程优化的目

11、的：节省时间，方便操作，提高工作效率，提高经济效益，提高工作质量，提高管理水平，节约资源，安全生产，有利环保涉及到工期，工艺、成本、技术、质量等指标2、流程优化的条件和改变 外部条件：要建立在设备和工艺水平提高和完善的基础上内部条件：要建立在对流程的内在属性和规律进一步研究和掌握的基础上进行的流程的优化是多目标多方面（多角度）的，可有环节的改变，也可有时序的改变第三章 系统与设计第一节 揭开系统的面纱一、系统的相关概念1、系统是由相互依存的若干部分组成的、具有一定结构和功能的有机整体。2、系统是由相互依存、相互作用的若干个元素构成的，并完成特定功能的统一体。3、要素是构成系统的最主要元素二、构

12、成系统的三个必备条件1、至少有两个或两个以上的要素（部分）才能组成系统2、要素（部分）之间互相联系、互相作用，按照一定方式形成一个整体3、整体所具有的功能是各个子系统的功能中所没有的三、系统的分类自然、人造、复合系统。实体系统（看的见、摸得着的具体实体）和抽象系统（概念定理法则制度等构成）静态系统（不随时间发生变化的系统）和动态系统（随时间发生变化的系统）开放系统（与外界发生联系与交换的系统）和封闭系统（不与外界发生联系的系统）简单系统和复杂系统（6）黑、白、灰色系统（从信息）第二节 系统的基本特性一、系统分析中的几个概念描述运动特性的数学表达式一般称为数学模型，寻求某一运动的数学模型的过程称

13、之为建模过程。描述系统的方法有定性定量两种，定量特性是定性特性的显化。二、系统的基本特性：1、整体性：系统作为一个整体，是具有一定的功能，目标和作用的有机体。例：一支球队系统是一个整体，它不是各个要素的简单相加，系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的。系统的任何一个要素发生变化或出现故障时，都会影响其他要素或整体的功能发挥。系统的功能大于组成系统的各部分的功能之和2、相关性：各要素间是相互联系、相互作用、相互依赖、相互影响的关系。 例：桥梁建设3、目的性：系统都具有某种目的，实现一定的功能，也是系统的区别标志。 例：企业管理系统 医疗服务系统4、动态性 任何系统都是一个动态变化的系统。例：

14、在医院就诊的过程，医生通过动态监测治疗。例：桥梁的监测可以使人们更好的了解系统的动态性5、环境适应性：对环境变化的适应能力。例：飞机飞行过程中对所遇到的恶劣环境的调节适应木桶理论：一个由若干木板构成的木桶，其容量取决于最短的那块木板；对一个组织而言，构成组织的各个要素类似于一个木桶的若干木板，而组织的能力又如木桶的容量，取决于组织中最弱的要素。劣势决定优势，劣势决定生死。第三节 系统的分析思想方法和优化 日常生活中我们知道决策的方法有经验和科学决策，经验决策是人们惯用的方法，有时会有失误；而科学决策可以更大的减少失误。系统分析就是一种科学决策的方法一、系统的思想：作为系统它们都具有整体性、相关

15、性、目的性、环境适应性和动态性的基本特性。系统的这些基本特性就构成了系统的思想二、系统分析的基本方法和步骤：1、什么是系统分析：为了发挥系统的整体功能，实现系统的整体目标，运用科学的方法对系统加以周详的考察，分析，比较，试验，并在此基础上拟订一套有效的处理步骤和程序，或对系统提出改进方案的过程就是系统分析2、系统分析的三个阶段运用系统的思想和定性定量相结合的方法，对系统进行分析，就是系统分析的方法该方法归纳后可包括三个阶段：阐明问题（分析的对象、功能和组成），分析研究（系统的机理，子系统的关联，与外部的关系，定性定量分析），评价比较（性能品质评价，运行效果评价，同类比较）3、系统分析的一般步骤

16、：明确问题设立目标 收集资料制定方案 分析计算评价比较 检验核实作出决策三、系统分析的基本原则整体性原则：着眼点在于系统整体。科学性原则：既要有严格的步骤又要有科学的方法和工具定量分析。综合性原则：在实现目标的时候要选优而不损害其他部分四、系统的优化 系统优化是指在给定的条件（或约束条件）下，根据系统的优化目标采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化（或最小化）1、系统优化的意义在于获取系统的最佳效益或最佳功能2、优化的一般步骤：优化的问题合适的优化方法验证实施3、影响优化的因素：追求优化的目标要适度系统优化要付出有投入优化系统要有实现条件要注意不确定或不可预见因素的影响4、为使系统达到

17、最优的目标而提出的求解方法称为最优化方法第四节 系统的设计一、系统设计概念：对需要设计的系统进行调查分析、筹划研究、评价实施、运行改善等工作，直到完成一个能协调工作的实际系统这一过程就是系统设计二、系统设计应考虑的主要1、系统设计的目的和要求： 整体功能最优是目的 不同的系统有不同的要求2、系统各部分之间的相互联系与相互作用： 运用系统的思想综合考虑3、设计方案的优化： 整体统筹优化，完善局部三、系统设计的一般步骤1、将系统分解为若干个子系统2、确定子系统的功能目标及相互关系3、对子系统进行设计和评价优化4、对系统进行总体设计和评价优化四、系统设计的基本原则科学原则v 实现系统整体功能和目标的

18、首要原则整体原则v 子系统之间的综合性原则v 追求系统功能效益最大化的最优化原则v 系统可变化的动态性原则v 人性化的设计原则v 可持续发展的设计原则第四章 控制与设计教学随笔2 沉默的约定 (张建宇)第一节 什么是控制人们根据自己的目的和要求，通过一定的手段，使事物的发展沿着某一个确定的方向发展，就形成了控制。从人工干预的情景来分，控制可分为人工控制（在人直接干预或全程干预下进行）与自动控制（在无人参与的情况下进行）两种。从执行部件来分，控制由分为机械、气动、液压、电子控制等。按信息流传递方式分类：开环控制系统：信息流直线状态运行控制系统工作，也就是说控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影

19、响。闭环控制系统：信息流在形成输入和输出量的时候，输出量返回输入端对控制过程产生影响。第二节 控制系统的基本组成与工作过程1、 控制系统组成：被控对象和控制装置，其中控制装置包括传感器、控制器、执行器等环节。2、控制系统量：输入量、输出量。3、控制系统分类：开环控制系统：信息流直线状态运行控制系统工作，仅有一条路径称为前向通道。特点是不能对被控量的偏差进行调整和补偿，也可以说系统不具备调节纠正能力，要纠正只有借助于人工。控制精度相对较低。闭环控制系统：信息流在形成输入和输出量的时候，输出量有反馈比较动作控制系统工作，形成两条路径成为前向通道和反馈通道。特点是能对被控量的偏差进行自动调整和补偿，

20、结构复杂成本高，控制精度高。第三节 控制系统的干扰与控制系统的设计干扰：就是控制系统的外部环境与条件对系统的工作准确性产生的影响。如果控制系统能够很好地避开或抑制干扰，使干扰对系统产生的影响很小，就说明系统的抗干扰能力强。控制系统的设计步骤：1、了解被控对象的基本特性（正常工作状态下其输出与输入之间的关系，输出与干扰之间的关系称之为被控对象的基本特征）2、确定被控量与控制量（输出量一般认为是被控量）3、确定控制方案4、绘制控制系统框图开环、闭环控制设计的基本要求：v 开环控制：明确设计要求，明确被控对象、被控量和控制量后，即可考虑具体控制系统的设计方案例：普通电风扇控制的设计，被控对象是电风扇

21、，输出量（被控量）是输出风速，控制量是电机转速。电动门控制的设计，被控对象是门，输出量（被控量）是开关，控制量是电机转速。v 闭环控制：要求系统工作稳定，排除干扰后很快恢复平衡，稳定下来。控制精度必须符合要求，输出量与给定值的偏差控制在允许的范围内。系统自身有较好的抗干扰性能例：水箱水位自动控制设计，被控对象是水箱，输出量（被控量）是水位高度，控制量是阀门的开度 设计一个控制系统，要明确设计目的和要求，明确被控对象是什么、弄清干扰因素和被控量、控制量后，选择经济易于实现的手段来完成爸爸给我们煮咖啡 (朵朵) 转变作文教学观念，培养学生创新意识 (岭背镇第二小学袁美萍) 二、技术与设计2内容标准

22、与活动要求（一）结构与设计 1内容标准（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。例：结构是指可承受一定应力的架构形态，结构可以抵抗能引起形状和大小改变的力。（2）能结合12种简单的结构案例，分析结构是如何承受应力的。例：支柱能抵抗压力，捆绑能抵抗张力等。（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。例：结构的类型、材料的选择、连接处的强度等影响着结构的强度和稳定性。（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结构设计的案例。例：赵州桥、长城、埃菲尔铁塔、悉尼歌剧院等经典建筑的欣赏。2活

23、动建议（1）自行设计一个试验方案，对公路旁的单脚标志牌、双脚标志牌、家用单脚支撑的茶几等物体进行强度和稳定性的试验，记录试验数据，指出提高它们的强度和稳定性的方法。（2）通过各种途径收集相关资料，选择典型结构的案例，分析其结构的特点。例如：犁田的犁，幼儿学步车，高压线铁架，大坝，泥墙等。多伦多的天虹体育馆，上海杨浦大桥，博鳌亚洲论坛会议厅等。（3）选择一个对象进行结构设计，形成设计方案、绘出简单的设计图纸，并做出实物模型或原型。以下所列的设计项目可供参考：台式相片架支撑部分的结构设计。 个性化台灯罩的结构设计。个性化（或多功能）的折叠雨伞的设计。乐（琴）谱架的结构设计。双人自行车的结构设计。

24、简支（独木）桥的结构设计。连续（有桥墩的）桥的结构设计。 拱型桥的结构设计。简单的农家屋架的结构设计。 蔬菜大棚的结构设计。（4）收集某些建筑物坍塌、扭曲或断裂的案例，讨论并分析其主要技术问题所在。（二）流程与设计1内容标准（1）了解流程的含义及其对生产、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。例：某快餐配送中心一天的工作流程，合成氨的工艺流程，木制家具的生产线等。（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。例：流程设计主要应考虑事物的内在性质、规律和相关因素，应以时序和环节为设计的主要线索。（4）能

25、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。 例：流程设计的改进通常以提高工作质量，或提高工作效率，或降低成本，或节约能源，或省力，或减少环境污染等为目的。例2：利用CAD对绘制图纸环节进行改进，优化了工程设计的流程，提高了效率；利用先进的医疗设备取得病人的数据信息以代替以往的人工检查环节，优化了医生对病情诊断的流程，提高了诊断的正确率和工作效率。（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。2活动建议（1）分析某些流程设计的案例，画出流程框图，说明它们的设计特点

26、。例如：邮局运送邮件的流程、联合收割机的工作流程、法院处理一个案件的工作流程、城市污水处理的工艺流程、印染的工艺流程、某种儿童玩具的加工工艺流程、冲洗照片的工作流程、家用全自动洗衣机的工作流程、ATM自动取款机的工作流程、海水淡化的工艺流程等。（2）选择一个对象，进行流程设计或流程的改进设计，绘出简单的工艺流程图；在设计说明书中写出该流程设计方案的特点，实施过程中的主要环节、设备、环境等；就设计的思路和过程进行讨论。有条件可使用计算机辅助设计（CAD）。以下所列的设计项目可供参考：墙面涂刷的施工工艺流程的改进设计。农村住宅建筑施工的流程设计。汽车模型的制作流程设计。 河水净化的实验流程设计。土

27、壤的酸碱度测定的实验流程设计。 茶叶加工工艺流程的改进设计。印刷工艺流程的改进设计。 服装制作工艺流程的改进设计。（三）系统与设计 1内容标准（1）从应用的角度理解系统的含义。例：系统由相互依赖的若干部分组成，各部分之间存在着有机的联系，形成一个整体，以实现一定的功能。（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。例：系统有大有小。把某一个研究对象看作是一个系统，可以对它进行有针对性的研究，讨论其内部的多种关系。（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。例1：系统设计要注意各组成部分或各层次的协调和连接，以提高系统的有序性和整体的运行效果。例

28、2：学校课程表的合理编排。（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方案设计。例：室内照明系统的设计。2活动建议（1）分析某些系统设计的案例，列出系统中的各组成部分，分析它们之间是怎样相互联系、相互制约的，如何协调好这些关系。例如：铁路部门列车时刻表，运动会的赛事安排等。汽车底盘的系统，人造卫星的惯性导航系统等。（2）选择生产或生活中的一个对象进行系统设计，绘出简单的设计图纸，编写设计说明书（设计说明书应列出该系统设计中应重点考虑的因素和它们之间的关系），尝试进行（或模拟进行）系统方案的实施。下列项目的系统设计

29、，可供参考：室内装修的设计。学校植物园几种作物合理套种的设计。运用系统的思想进行设计，下列项目可供参考：手表的包装设计（综合考虑包装的材料、包装的外形、包装成本、包装的安全性等）。筑路工程方案的模拟设计（为坐落在山里的村庄策划一个通向山外的筑路工程的设计方案，综合考虑资金分配、人员调配、地质勘探、路向选择、材料购置、施工进度等的关联）。城市公交系统的模拟设计（综合考虑道路布局、城市建设规划、交通流量预测、人群需求、线路简捷等因素）。（四）控制与设计 1内容标准（1）理解控制的含义及其在生产和生活中的应用。例：事物的发展有多种可能性，人们根据自己的目的，通过一定的手段使事物沿着某一确定的方向发展

30、，就形成了控制。（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。例：控制设计是对系统的信息流程、反馈机制进行分析和设计，使系统的运行达到最佳状态。例：开关控制灯的亮与灭（手动、开环控制）。例：电冰箱冷藏室温度的控制（自动，闭环控制）。（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。例：画出家用空调控制系统的方框图。（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。例1：飞机飞行导航系统的干扰因素的分析，如电磁波等。例2：恒温箱的恒温控制中，影响温度的干扰因素分析，

31、如环境温度等。（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。2活动建议（1）观察家用抽水马桶水箱水位的自动控制工作过程。动手试验，将一个人工水位控制系统改进为自动水位控制系统，画出它的方框图并说明其工作原理。 （2）收集并分析日常生活中控制系统的案例，对该控制系统的组成、对象的基本特性、控制的工作过程、控制效果等进行讨论，并加以说明和描述。例如：热水器出水温度的控制、锅炉的蒸汽汽包的水位控制（给水、蒸发）、潜水艇潜水深度的控制等。都江堰水利工程的经典控制系统（鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道和宝瓶口进水口三大部分科学地解决了江水自动分流、自动排沙、控制进水流量等问题）。（3）选择一种控制设计的对象，进行控制设计，绘出简单的设计图纸（或程序设计框图），在设计说明书中写出该控制设计的特点，尝试运行（或模拟运行）设计方案，对该控制系统进行评价，对所出现的偏差进行分析。建议使用计算机辅助设计（CAD）。