第七章 模型或原型的制作 第一节 模型

模型
教　　材：普通高中课程标准实验教科书 通用技术（必修1）
文档内容：模型
章　　节：第七章　模型或原型的制作 第一节 模型
课 时：共1课时
作 者：章亚钧（浙江省新昌中学）
一、教学目标
1. 知识与技能目标
(1)理解模型的含义、种类。
(2)能懂得模型在产品研发、科学试验中的功能和意义。
2. 过程与方法目标
讨论过程中，能充分发挥学生的聪明才智，对模型的功能和意义进行归纳和总结。
3. 情感态度和价值观目标
(1)形成和保持制作模型的兴趣与热情。
(2)养成良好的探究学习的积极性。
(3)能运用科学的方法认识模型的作用和意义。
二、教学重点
1.理解模型在生产生活中的作用、功能和意义。
2.理解模型制作在不同阶段需要不同的模型。
三、教学难点
对模型在产品研发和科学试验中的作用、功能和意义的理解。
四、教学方法
教授、模型展示、任务驱动、小组讨论。
五、设计思想
1. 教材分析
本章从《三国演义》中的“草船借箭”引出模型的应用功能。以及模型在现代社会设计和生产中应用的重要性，它是构思分析和评估进行优化的一种方法。
本节教学内容分为两小节：
（1）模型及其功能；教材从给出模型和原型的功能开始，例举了“鸟巢的结构模型”、“神舟飞船”、“浑天仪”以及“‘神舟三号’飞船中的模拟人”等，以此分析得出了模型的两个功能，又案例分析了“大东方号”来加强说明模型的功能。
（2）模型在不同阶段的作用。
教材强调了“模型是设计的一个环节和一种重要的技术方法”。特别是要通过典型产品“柑橘榨汁机”的制作实例，由点到面，让学生进一步掌握设计制作的知识与技能，并通过实践活动，进一步领悟设计制作的艰辛与乐趣。
也可以通过探讨生活中遇到过或听到过的模型来分析归类。
2. 设计理念
本课程的教学目标就是培养学生的技术素养和创新能力，教学中尽可能减少讲授的方法。结合本小节内容，由于一般学生接触到的都是展示模型，对它们的功能分析很难直接理解。建议可以让学生以讨论的方式，讨论“‘神舟三号’飞船中的模拟人”、“大东方号”等例子来总结出模型的功能比较好。这样可以提高学生的思维能力和分析归纳能力。
3. 教学策略设计
(1) 教师在组织教学时要把握好技术思想的渗透，这里，模型不再仅仅是一个具体的模型，它还被赋予了思想方法的内涵。
(2) 充分运用小组讨论的方式。让学生讨论所知道的模型有哪些？讨论制作这些模型的意义在哪里？
(3) 各校可以根据学校的条件和实际情况选择合适的操作内容，尽可能地帮助学生将自己设计的作品制作出实物模型来。
4. 学情分析
高中学生对模型不陌生，特别是对于展示模型。但对模型的深入了解不够。对模型的作用和意义更是知道甚少。但通过同学间的讨论还是可以得出模型的普遍意义的。
六、教学准备
1. 教学资源的准备
多媒体教学设备、直观实物模型、视频等。
2. 教学课件的准备
多以直观的图片来说明，抓住关键知识点，突出中心。
七、教学过程
1.引入
通过前面几章节的学习，同学们设计出了自己的作品，但还是在脑子中，在图样上，今天开始，我们要把它做成实物，然后来看看是否能达到我们所预想的那样的功能，这就是模型制作。模型或原型的制作在产品的生产过程中起着非常重要的作用，也是设计的一般过程中的一个重要步骤。
教师叙述三国故事引起学生兴趣：三国赤壁之战前，诸葛亮趁大雾弥漫，以船装载草人骚扰曹军营地，曹军不知虚实，不敢贸然出击，只好放箭拒敌。结果让孔明草船借得十万支箭。那些用草扎的假人，就是模型。在今天的技术设计中，到处都有模型的应用。今天我们就一起来研究模型这一节。
教师提问：同学们在生活中见过模型吗？有哪些？回答：商场柜台里的手机，各种展览会上展示航模、汽车、房展会上的房屋等，教师用PPT图片来展示展示手机、房模、航模、汽车等模型图片，加强学生对模型的感性认识。
看图后，教师再提问：这些模型和我们现实中的物体又有怎样的区别或相同点呢？可以请1、2位学生回答，教师总结得出模型的概念。
模型概念：模型是根据实物、设计图样或构思，按比例、生态或其他特征制成的与实物相似的一种物体。
2.理论探究
教师提出问题：同学们讲的上面提到的模型均是在展览上给人一种直观的感受，可以直接看到外还可以触摸到，加深对物品的比例、尺度、线形、色彩、材质等的认同。除了这些在展览中出现的模型外，其它地方是否有应用到或出现模型呢？
给同学一定的思考时间后，教师适当进行引导：在企业生产中？科研活动中？
案例分析：2002年4月1日，我国自行研制的“神舟三号”飞船在太空绕地球飞行108圈后，在我国内蒙古中部地区成功地着陆。此次“神舟三号”飞船是我国首次完全模拟载人状态进行飞行试验的，因此引起国内外的广泛关注。“神舟三号”是无人飞船，可船舱里却安坐了一名矮小结实的“小伙子”。据飞船系统副总指挥秦文波的介紹，这是飞船上新添的模拟人设备。虽说是假人，可“他”却会“呼吸”、 能“排汗”，皮肤软绵绵的很像真人。
提问：“神舟三号”中的模拟人有什么特征？为什么要进行“模拟人”试验？如果直接换用真人会出现什么情况？（由学生回答引出）模拟人会“呼吸”、能“排汗”，生理功能上和真人相似。通过模拟在的“生理”功能可以采集到太空环境对人体生理机能是否有影响以及影响的程度。同时可以检测飞船对人体的生命保障系统（如氧气量、二氧化碳的转化等）是否可靠是否健全。如果直接真人的话，很可能会威胁到真人的生命安全。
这是模型在科研活动中的应用，当然还有很多其它例子，如可以播放视频：汽车碰撞试验给同学看看。
提问：那么在企业生产活动中还有怎样的应用呢？
案例分析：“大东方号”轮船事例：19世纪50年代英国设计制造了一艘以庞大蒸汽发动机为动力的铁壳轮船。《大东方号》集中了当时世界上最先进的造船技术精华，邀请了著名的造船专家，制造了一艘世界上最大、航速最快的远洋轮船，但最后失败了。其根本原因是没有经过模型制作试验，就直接投入了生产，造成了动力设备与庞大船体的动力需要不匹配。
资料：大东方号的设计是：船长211米，船宽36米，最大吃水9.2米，总吨位18,915，营运速率14节，有三套推进装置：二具船边明轮，一个艉螺旋桨，六根张帆的桅杆，帆总总面积有6,500平方码。大东方号是Isambard Kingdom Brunel设计的第三艘燃煤蒸汽机帆船客轮。1851年，燃煤蒸汽机帆船客轮大东方号，终于在伦敦的Millwall地方开始建造。由于大东方号的船长为当时一般船的六倍，没有纵深那么长的船台来建造，所以采用侧面下水的横向船台建造。当1857年11月7日下水典礼那天，大东方号只侧滑行3呎距离，再也不肯滑下水。前后折腾了三个月，在1858年1月30日，终于把这艘巨无霸硬是推下水浮起来. 由于下水花费了不少意想不到的费用，已没有经费再继续完工，整整摆了将近一年没有施工，四处寻找买主。1859年终于由Great Ship Company买下未完工的大东方号，同年8月继续完工。9月9日海上试航时，突然发生爆炸，上甲板被掀开，前烟囱像火箭一样飞出去，舱里的船员纷纷仓皇逃出，其中一人往船边跳下水，被明轮打死。爆炸原因是通风孔堵死所引起。
请学生思考并回答：这案例说明了什么？现在的企业又会如何来做？（由学生来回答，教师作总结）大东方号的动力装置由于动力不够而不能带动整船前进，最后引发爆炸，造成了巨大损失。如果在造船前，将轮船和动力装置缩小，用模型进行事先试验就能知道动力是否足够，然后进行相应的改进，这样就可以避免巨大的财产和人员伤亡的损失。
根据前面的案例，请学生进行总结模型的功能：
1.使设计对象具体化
模型可视、可触、可控制，可以形象地表达所设计的产品的比例、尺度、线形、色彩、材质以及每个构成面。它是一种实体技术语言，为设计的表达和交流提供了一条有效途径，使设计委托者、生产单位和设计人员之间能够直接沟通，全面认识设计方案。
2.帮助分析设计的可能性
由于现代工业产品大部分是在大规模、自动化和巨额资金投入下生产出来的，因此．仅凭图纸提供设计意图，很难把握设计的可靠性。如果设计一旦失败，损失将十分巨大，所以，设计一件较复杂的产品，必须通过模型制作，才能投人生产。
教师引导：通过前面的学习，同学们知道模型在不同的场合有不同的作用。进行分类总结出有哪些模型以及不同的使用场合。
下面通过学生感兴趣的汽车模型来讲解模型在不同阶段的作用。还可以结合一些学校在创造发明过程中作品（拐杖和深井救人器等）的多个模型来分类。
模型在设计不同阶段的作用
1.草模：
在产品造型设计初期阶段草模可以把设计构思用立体模型简单的表示出来，供设计人员深入探讨时使用。
2.概念模型：
用概括手法表示产品的造型风格、布局安排，产品与人、与环境关系，整体上表现产品造型的整体概念。
3.结构模型：
用于研究产品造型与结构的关系，清晰表达产品的结构尺寸和连接方法，并用于进行结构强度试验等。
4.功能模型：
主要用于研究产品的各种性能以及人机关系，同时也用于分析、检查设计对象各部分组件尺寸与机体的相互配合关系，并在一定条件下用于试验。
5.展示模型：
采用真实材料，按照准确的尺寸，做成的与实际产品几乎一致的模型。作为产品的样品，展示模型为研究人机关系、结构、制造工艺、外观、市场宣传等提供实体形象，并可以直接向委托方征求意见，为审核方案提供实物依据。
教师总结：柑橘榨汁机的设计过程中经历了：草模、概念模型、结构模型、功能模型、展示模型，这五个模型制作的过程。
注意：但并不是产品设计的过程都必须要经历了这五个模型制作的过程。模型的分类是根据需要来分类的，并不是一个模型的发展过程。
投影本节主要内容：
1.模型的定义；
2.模型的功能；
3.模型在产品设计的不同阶段的作用。
课后思考和练习：
拓展思维：模型是否还有更广阔的应用？
实践活动：可以让学生用纸或橡皮泥做简单的模型。
八、教学反思
通过本课时的学习，让学生对模型的意义和重要性有了更深的认识，不再局限于展览会上使用，在科学研究、企业生产中均有重要作用。
在教学过程中，教师也可以对模型的概念进行扩展，让学生知道数学模型等更广泛的模型概念。当然，在某一产品的设计过程中，并不都需要制作这些模型，要根据需要情况具体问题具体分析的。
　　在处理教材时，要提起学生兴趣，并让他们参与进行讨论，结合书本案例和学校实际案例，容易引起学生的共鸣，也容易打开学生的思路。为了加深学生对模型的认识，也可以让学生动手自己来制作一个模型，简单的如各种拼合型的航模、车模、建模等，也能提高学生的学习兴趣。