2.4 技术验证及其方法 教案

教学设计 2.4 技术验证及其方法
一、教学目标
（一）知识与技能
（1）通过对具体案例的分析与认真的思考，认识技术试验的重要性。
（2）具有初步的技术试验的操作技能，能进行基本的技术测试，会写简单标准的技术试验报告；
（3）学会简单的技术试验方法，形成初步的技术能力。
（二）过程与方法
（1）通过学生参与实践教学活动，结合相关的案例体会技术试验的重要意义。完成简单的技术试验。
（2）通过自身的体验和生活实例理解各种试验方法的特点。
（三）情感态度与价值观
通过技术试验内容的教学，让学生积极参与实践活动，在技术设计中注重实事求是的精神，严谨负责的科学态度，形成富有责任感的技术设计观。清楚设计产品和成果都是为人而设计的，对产品进行技术试验，发现设计的缺陷，改进设计方案，是为了确保人们安全、有效的使用设计成果，培养社会责任感和道德心以及科学严谨的技术责任感。
感受技术试验的快乐，培养学生百折不挠的意志和品质，培养实事求是、精益求精的态度和对科学严谨的技术责任感，形成富有责任感的技术设计观。
（四）核心素养
技术验证必然体现出技术意识，技术验证需要工程思维才能实现，而好的验证方案必然是有创新设计的，有合适的图样表达，以及物化能力也会得到体现。
二、学习者分析
在理、化、生的学习中，学生对科学实验已经很了解，知道科学实验目的在于甄别真伪，但对技术试验是很陌生的，甚至将两者等同起来。他们不知道技术试验的目的在于选择和优化，是一种很重要的技术方法。技术试验的实施方法以及试验报告的撰写和科学实验的区别，学生并不了解。
由于思维定势的影响，学生不能将技术试验和科学实验两者很好的区别开来，这成为本节内容教学上的难点。
三、教材内容分析
从全书编写的内容来看，技术试验是技术设计中重要的课程内容，它是技术设计过程中的一个重要环节，也是技术探究中一种重要的方法。它是全书的重点之一。技术试验在技术发明、技术革新、技术推广过程中的作用不可忽视，它是解决技术问题的一个重要方法。技术试验具有很丰富的教育价值，对于培养学生的技术素养和良好的品质，培养学生的创新精神和实践能力，具有不可替代的作用。
本内容是让学生“经历观察、设想、安装、测试、调试、测量等简单的技术试验过程，学会简单的技术试验方法，理解技术试验在技术发明、技术革新中的作用，形成初步的技术试验能力”的同时，感受技术试验是一种重要的技术方法。
四、教学策略
情景引入，充分利用案例，以通过学生课桌椅设计的案例引入主题，引导观察、思考和讨论，通过金属抗拉力测试演示，木地板耐摩擦强化测试，汽车碰撞试验等让学生正确理解为什么要进行技术试验及掌握技术试验的分类。并设计好情景让学生体验简单的技术试验，增强学生对技术试验的认识。
五、教学准备
集体备课，备教材，备学生，备资源。高中生对于科学（生物、化学、物理）实验已经有所接触，但对于技术试验仍然在认识上都只有一个模糊不清的概念，需要在案例中逐步引导。在教学中要力求贴近学生生活实际，激发他们的学习兴趣，对于刚刚接触技术的学生来讲，本章也是是培养学习兴趣的关键章节。本节内容自身本来也就具有一定的探索性。技术试验对学生参与动手实践，培养不断探究的精神、体验技术问题解决过程中的艰辛、成功后的喜悦，百折不饶的意志，培养实事求是的精神、认真细致的品质。鼓励学生去做、去体验，并引导学生主动动手做些小实验，让学生在“做”中学。学生对技术试验的实施方法以及试验报告的撰写也不是很了解，但是生活当中已有过相关经历，因此可引导学生自主观察、分析和总结，鼓励学生分析相关案例，积极思考。
六、教学过程设计
[案例分析]．学校的课桌椅长期坐着舒服吗？大家有什么改善的意见？并提出具体措施进行改善。
[学生思考讨论]．
[教师评析]． 一项新产品设计生产出来后，其设计是否合理，性能和质量是否符合要求，都需要通过技术试验来验证。没有验证过的产品贸然投入市场很难有把握受到认可。高度可以调节，但是具体怎么设计是需要研究人体结构的，以及人常用的舒服的坐姿。
[概念]．我们通常将技术活动中为了某种目的所进行的尝试、检验、优化等探索性实践活动称为技术试验。
[提问]．技术试验与科学实验是不是一样的呢？
[学生思考讨论]．
[教师评析]．科学实验——验证假设，形成结论。
技术试验——验证方案的可行性与合理性，并实现优化。
科学实验的目的在于甄别真伪，而技术试验的目的在于选择和优化。
[提问]．神舟飞船都进行了技术试验，那我们为什么要进行技术试验呢？可不可以不进行技术试验呢？
[案例分析]．金属抗拉力测试
[提问]．这个案例给了我们什么启发？
[学生思考讨论]
[教师评析]．技术试验是技术研究不可缺少的基本方法和手段，它对技术应用的实现起到了有力的保障作用。通过技术试验，可以使设计得以改进和完善，将设计的风险和失误降到最低。

我们知道了技术试验的重要性了，现在我们一起来学习一下，技术试验的分类。
对技术实验，我们可以根据应用的范围不同进行分类，如农业试验、工业试验、国防试验、科学技术试验等；
还可以根据目的的不同进行分类，如性能试验、优化试验、预测试验、信息试验等。
性能试验：通过改变所给的条件，测量试验对象的状态变化并分析其原因，明确试验对象的性能或性能故障，如：对产品的高（低）温试验、振动颠簸试验等。
优化试验：对试验对象进行条件优化或条件组合。如农业中不同的品种的对比试验。
预测试验：通过试验，预测被试对象状态的变化及产生的后果。如：天气预测。如预测台风。
信息试验：通过测量、采集、识别和处理信息来影响试验效果。如航测。
[教师评析]．当然对技术试验类型的划分不是绝对的，有时同样的试验，因为目的的不同，也可以从不同的类型来理解。

过渡：在技术发展的漫长过程中，人们总结了许多技术试验的方法。这些方法有着各自的特点，同时也有着各自的适用范围和作用。下面我们来对常用的方法进行学习。
1、优选试验法：运用数理统计的方法，选定若干次典型意义的试验，逻辑地推出全部试验所达到的最佳效果，这种试验方法称为优选试验法。
如：有没有施肥水稻的对比试验。
[提问]．还有没有优选试验法的应用？
[教师评析]． 优选试验法有很多。比如说我们前面讲到了神舟5号航天飞船，那我们为什么选择了杨利伟做为第一位上天的航天员啊？其实这里也用到了优选试验法，当时一定是在所有的航天员中反复的选择、比较，最后认为杨利伟最合适，所以选他的对不对？
下面我们来看一看宇航员的一段训练视频“航天员失重训练”。
[提问]．航天员为什么要进行这样的训练啊？
[学生思考讨论]
[教师评析]．因为在太空中是没有空气没有重力的，宇航员在太空时都是处于失重状态的，为了让宇航员很好的适应失重状态，所以要在地球上对宇航员进行失重训练，而这种训练是模拟太空环境来进行的，利用失重飞机完成的。它可以使宇航员感受、体验和熟悉失重环境，在失重的时间里可以做各种试验，如吃东西、喝水、穿脱衣服、闭眼与睁眼、定向运动，训练太空的出舱活动。
而这种通过再现的形式来模拟现实发生情况的方法称为：
2、模拟试验法。
如汽车的碰撞试验就可以选用模拟试验法进行试验，在专用的场所模拟现实中的撞车事故，以考察汽车的性能。采用这种方法进行试验，可以减小风险，提高效率。模拟试验法还可以通过缩小(放大)比例来模拟所设计的现场效果。
[案例分析]．汽车碰撞试验
[提问]． 在汽车碰撞试验中为什么要用模拟人试验呢？
[学生思考讨论]．用模拟人试验可以检测在事故发生时对撞击人体造成的伤害，从而总结经验，改善汽车的安全性能设计，降低事故风险。
模拟试验法还可以通过缩小(放大)比例来模拟所设计的现场效果。鸟巢模型分析，鸟巢设计过并不是说立刻可以建好的，为了很好的把鸟巢建好，是做了很多的模型来反复论证的。
[提问]．火星车或者月球车试验是真实发生的吗？
[学生思考讨论]．
[教师评析]．对，我们暂时还无法直接把火星探测器登陆的视频拍下来，可是我们可以利用计算机技术来虚拟实现，这就是我们要学习的第三个试验方法。
3、虚拟试验法：利用计算机技术来虚拟现实中的技术设计原型并进行试验的方法称为虚拟试验法。除了刚才我们看到的凤凰号火星探测器模拟登陆动画外，还有虚拟人等采用了虚拟试验法。
虚拟人――研究者利用来源于自然人的解剖信息和生理信息，集成虚拟的数字化人体信息资源，经计算机模拟构造出虚拟人，可以开展无法在自然人身上进行的一系列诊断与治疗研究。
[提问]．同学们，我想大家应该都知道，要成为一个宇航员不容易，要经过层层的选拔，选拔成为宇航员后还要经过很多高强度的体能训练。宇航员的训练远比我们想象的艰苦，有些训练甚至让人难以忍受。当初苏联宇航员在一年内，要骑自行车1000公里，滑雪3000公里，越野跑步200多公里。当年美国的宇航员登月前要穿几十千克重的宇航服，在炎热的佛罗里达沙漠中，每天行走二三十千米。如今我国的宇航员也在进行高强度的训练。请问为什么他们要进行这么多高强度的训练啊？
[学生思考讨论]．
[教师评析]．宇航员进行这么多高强度的训练，是为了让他们在执行太空任务时能更好适应太空的环境，并能很好的处理各种突发事件。
而在技术试验中通过扩大和强化试验对象的作用，以提高试验效率的方法称为：
4、强化试验法。
[提问]．我们提到汽车上市前会做各种耐久性测试等。下面我们看另外一个例子，木地板很多同学家里都安装过，商家为了推广自家产品会给出很多噱头，我们观看一个视频。用砂纸打磨或者用挖路机轧木地板算强化试验吗？
[教师评析]．不算对吧。强化测试是要比正常使用场景更恶劣的使用强度上进行试验，如果在极端情形下都不会坏，那说明产品是合格的，是有“设计冗余”的。另外，我们先前提到的训练宇航员，我们实际上模拟了一个失重的太空环境，是不是也可以说是把太空的环境移植到了地球？而这种移植也是一种技术试验方法。
5、移植试验法．在相互有差异的事物之间，将某些共同相关的因素从一物移植到另一物进行试验的方法。如橘子从长江以南移植到长江以北的种植试验。这就是一种非常典型的移植试验。
[提问]．同学们还知道些什么样的移植试验法的应用？
[教师提示]．小白鼠、普通班参加实验班的考试。
七、教学反思
技术试验在技术活动中是必不可少的一项内容，它是技术成功与否的关键，更是发现问题、探究规律、优化技术的关键。因此，它是本书的重点内容之一。然而它对学生来说又是很陌生的。教师必须在教学中引导学生将它与他们早就熟悉的科学实验区别开来。为了打破学生对技术试验的神秘感，教师用学生很熟悉的神舟飞船录像引入新课，将学生的注意力吸引到技术试验这个内容上。通过耳闻能详的袁隆平的杂交水稻试验、汽车破坏性碰撞试验、青霉素皮下注射试验、原子弹试验等等这些例子，让学生理解技术试验与科学试验的区别，使学生初步理解技术试验的概念及它在技术活动中的重要性。为了提高学生的兴趣，教师还增加了析因试验法，介绍了美国世贸大楼在911事件中倒坍的析因试验研究，学生果真很感兴趣。这两节课，学生的兴趣是很高的，很积极地参与课堂活动。课后都认真完成了技术试验报告的写作。从学生呈上来的技术试验报告发现，绝大部分的同学是按技术试验报告的格式来完成，但还有极少部分学生受思维定势的影响，仍将试验报告写成了实验报告，还是按物理实验报告的格式来书写。这说明这部分学生的头脑里还没有完全将技术试验与科学实验区分开来。