通用技术《技术与设计 2》 第三章 系统及其设计
第四节 系统的设计(二)
一、教学对象分析
教学对象是高一年级的学生,在本节内容之前,学习系统的基本概念,如系统、子系统、系统的特性等有认识,也学习了系统的分析、优化方法等,用系统分析方法分析并制作了水火箭系统。通过基本工具的学习,掌握了基本常用工具的使用方法。如何用系统的方法探究优化水火箭系统,让水火箭飞的更远是学生非常关心的问题。
二、教材内容分析
1.教学内容及在教材中的地位
本节属于必修《技术与设计 1》第四章第四节内容的第二课时,包括系统的优化和系统的评价。课标要求通过对简单系统的设计实践,初步学会简单系统设计的基本方法,增强系统与工程思维的能力。本节是在上节水火箭系统分析、设计制作的基础上,进行水火箭系统探究及优化,然后进行评价。是上节的延续,是本章的总结,也是前面三节内容的综合运用。
2.教学重点、难点
教学重点:能运用系统优化方法,对水火箭系统进行探究优化并评价。教学难点:根据水火箭系统特点,进行探究优化。
统设计的实践操作,运用系统的思想分析和解决问题的思维方式和能力。
3.课时安排:1 课时三、教学目标
技术意识:通过系统优化实践,培养学生积极参与技术活动的技术意识。工程思维:在进行设计及优化中,综合考虑各种影响因素,进行决策分析。
(
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
引入
一、
学习水
火箭的发射方法
二、探究
优化水
火箭射程的因素,
优化水
火箭系统
三、评价水火箭系统的设计过程
听讲
以
目
标直
接引入
,
引导快
速
进
入学
习内容。
水火
箭
发射方法
(一)发射条件:发射需要的材料:水
发射需要的工具:水火箭发射装置、打气筒发射场地:长
100
米、宽
40
米
(二)装置介绍;
(三)播放《水火箭发射方法》视频。
听讲
,理解
发射
方
法
是
进行
探
究
的前提
,
详细介绍方法,
探究
影
响
水火
箭
射程的因素
(一)水量
1.
分
析
水量因
素
的影
响
:动力
舱
内水
量
太少
,
用于
产
生
助
推动
力
的
水
不够
,
不
能
产生
足
够
推
力。如
果
动
力
舱内
水
量
太
多,
用
于
压
缩的
空
气
空
间就会
减
少
,
空气
不
够
,
产生
的
气
压
也会
不
够
,
发射的
动
力
同
样也
不
会
不
足。
另
外
,
舱体
内
高
压
气体发
射
完
后
,仍
会
留
有
水在
舱
体
内
,水
火
箭
整
体重量就大,使射程缩短。
2.
定
量
试验探
究
最佳
水
量:保
持
其他
因
素不
变
,箭
体
相
同
、统
一
发
射
仰角
、
统
一
配重
,
分
别
用不同
的
水
量
进行
测
试
,
为使
数
据
更
有代
表
性
,
请同学
们
用
两
种不
同
的
气
压来
测
试
数
据,
并
将
试
验的数据记入表格
。
记录测试数据
,
并绘制曲线图
表
,直观观察结果,总结规律。
3.
展
示
某小组
的
测试
数
据。根
据
这组
数
据推
导
结
论
为
:水量
占
动力舱
空
间
40
%
时
,
水火箭
的
射
程最远。
听讲
,理解
详细
分
析
水量影响因
素
,突出矛盾
,
通
过试
验
查
找规律
,
得出结论。
(二)动力舱
/
壳体
1.
动
力
舱
越
大,
能
存
储
的高
压
气
体
越多
,
产
生
的动
力
也
越
大,
射
程
越
远。
可
以
增
大动
力
舱
既
是壳体
来
优
化
系统
。
增
大
可以
横
向
增
大,
也
可
以
竖向增
大
。
因
横向
增
大
会
增大
空
气
阻
力,
且
竖
向
增大
听讲
,理解
动力
舱
的
因
素理
论
容
易理解
,
但要实现有难度
,
需
要详
细
介
绍
)物化能力:根据设计的要求,选择材料和工具,完成制作任务。四、教学过程
可以直接通过增加一个瓶子实现,容易操作,符 物化方法。提
合要求,所以采用增加一个瓶子的方法来实现。 升物化能力。
2.播放《连接两节水火箭的方法》视频,介绍连
接方法。
3.定量测试:采用固定比例水量、相同发射仰角、
相同配重,分别测试几个不同气压下,单节和双
节水火箭的射程,并记录数据。
4.展示某小组的测试数据。根据这组数据推导结
论为:增大容量,采用双节水火箭,可以有效提
高射程。
(三)配重
1.分析配重因素的影响:通过上节课的分析 我们
知道水火箭的重心越靠前,水火箭的射程能越远,
而为使水火箭的重心靠前,可以通过在箭头配重
来实现,配重越重,重心能越靠前。但如果配重 详细分析配
太重,又会使水火箭整体重量增大,会降低射程。 2.定量试验探究最佳配重:保持其他因素不变,箭体相同、统一水量、统一发射仰角,分别用不 听讲,理解 重因素,突出 矛盾,通过试验查找规律,
同的配重来进行测试,为使数据更有代表性,请 得出结论。
同学们用两组不同的气压,来测试数据,并将试
验的数据记入表格。
3.展示某小组的测试数据。根据这组数据推导结
论为:配重约为 20 克时,水火箭的射程最远。
(四)发射仰角
1.分析发射仰角因素的影响:水火箭发射弹道与
抛体运动理论密切相关。当发射仰角太小时,水
火箭向上的分力不大,爬升高度不大,由于重力
影响,容易坠落,使射程缩短。而当发射仰角太 大时,水火箭向上的分力虽大,但向前分力太小,致使出现“高而不远”的情况。在理想的情况下,发射仰角为 45 度时,射程最远。但在实际发射中,必须考虑空气动力和其他因素的影响。具体仰角多少合适,我们可以通过方法测试。 2.定量试验发射仰角因素方法:保持其他因素不变(瓶身、水量、气压等),只改变水火箭发射 听讲,理解 分析发射仰角影响因素,突出要和实际情况结合,通过试验查找规律,得出结论。
仰角。分别测试 0.4MPa、0.5MPa 下 15、30、45、
60、75 等角度下的射程,记录并用绘制曲线图表。
3.展示某小组的测试数据。推导结论为:发射仰
角为 60 度时,水火箭的射程最远。
总结四个因素,将这四个因素的最佳结论应用到实践中,从而优化整个水火箭系统。 提醒同学们仍可以从其他因素,如喷嘴的大小、箭头箭翼的形状等,继续探究优化水火箭系统。 另外提醒:结论基于不同小组同学测试的数据,因天气变化及操作有误差,建议适当测试后使用。 听讲,理解
三、水火箭设计制作评价 表格呈现评价方法。 从箭头、尾翼制作的精准,箭体整体的强度,发射的距离等方面,对制作及结果进行评价。 结合自己的设计制作进行评价
总结梳理 (一)学习了水火箭的发射方法 (二)掌握了水火箭探究及优化的方法 (三)对水火箭进行了评价概括总结系统设计的流程: 明确总体目标、基本的设计分析、系统的设计、系统的优化、系统的评价 听讲理解 总结所学知识,加深理解