选择性必修10 科技人文融合创新专题.pdf

科技人文融合创新专题科技人文融合创新专题通用技术通用技术TONGYONG JISHUPUTONG GAOZHONG JIAOKESHU普 通 高 中 教 科 书绿 色 印 刷 产 品 绿 色 印 刷 产 品 选择性必修0103-通用技术封面选修 科技人文融合创新专题 4毫米.indd 10103-通用技术封面选修 科技人文融合创新专题 4毫米.indd 12023/1/3 17:092023/1/3 17:09普通高中教科书通用技术选择性必修北京科技人文融合创新专题上海市中小学（幼儿园）课程改革委员会组织编写总 主 编：褚君浩副 主 编：朱志勇本册主编：林 铁编写人员：林 铁 孟祥建责任编辑：施 彦美术设计：胡白珂普通高中教科书 通用技术 选择性必修 科技人文融合创新专题上海市中小学（幼儿园）课程改革委员会组织编写出版发行网 （北京市海淀区中关村南大街17号院1号楼 邮编：100081）址 http:/版权所有未经许可不得采用任何方式擅自复制或使用本产品任何部分违者必究 声明 按照中华人民共和国著作权法第二十五条中有关规定，我们已尽量寻找著作权人支付报酬。著作权人如有关于支付报酬事宜可及时与出版社联系。本册教材图片提供信息：本册教材中的图片由全景网、视觉中国等图片网站提供。致同学们通用技术是一门联系科学规律和技术应用的课程。人类在生产实践和科学实验的过程中，获得了知识，掌握了规律，形成了技术，进而在工程任务中利用技术，提升生产实践和科学实验的水平。实践认识再实践再认识，这样的过程循环反复，人类的科学技术不断提升，社会生产力不断发展。世界是物质的，物质是运动的。在我们周围充满着物质的多种多样的运动形式，除了常见的机械运动，还有光、声、热、电、磁、分子、原子、基本粒子、生命运动等。人们在观察和研究物质的这些运动形式时，发现了规律，运用规律发明了技术，相应产生了机械技术、光技术、声技术、热技术、电技术、磁技术、分子技术、核技术、生物技术等。这些技术分别或者集成起来在多类工程任务中得以应用，涉及机械工程、土木工程、热力工程、电子工程、光学工程、能源工程、环境工程、生物工程、航空航天工程、海洋工程、地质工程等。典型的工程，包括南浦大桥、世博会的中国馆、虹桥枢纽屋顶上的太阳能发电站、C919大飞机、风云四号等大工程，也包括制造服装、烹饪菜肴、室内装修、三维打印零件等小工程。工程任务完成后制造出各类产品，应用于社会方方面面不同领域，为社会创造财富。从事这些工作的勤奋踏实而富有创新精神的劳动者，成为了基础扎实的工程师和精益求精的工匠，他们是我们学习的楷模。我国古代人民的发现和发明造就了中国科学技术的辉煌历史，不仅有指南针、造纸术、印刷术、火药等重要发明，还有以都江堰水利工程、传统木建筑的榫卯结构等为代表的水利、天文、建筑、铸造、纺织、陶瓷、冶金、航海等古代科学技术，这些杰出的技术是中国古代科技文明的精粹，对人类文明发展和社会生产力的进步产生了巨大推动作用和深远影响。技术是人类利用自然规律实现某种功能和目标的一种能力，它的背后是科学规律，它的前面是工程任务。工程任务有明确目标，技术在完成工程任务中实现它的价值。例如，根据牛顿第三定律可以利用作用力的反作用力推进物体，这一原理可以用于火箭工程，再运用万有引力定律，可以发射地球卫星，甚至把嫦娥四号送到月球背面。技术的价值在工程任务中得到充分体现。把技术应用于工程，就要遵循工程的规范。实现技术的应用，完成一项工程任务，首先要明确这项工程的具体目标，提出完整可行并有创新的设计方案。设计方案又涉及工程目标物的结构、工艺流程、组成系统、意图控制等。方案的具体内容要用技术语言和图样表达出来，根据图样来操作加工，最后实现方案，完成工程任务。工程实施过程中的经验和教训，需要同行互相交流；是否完成了预期的目标要求，需要由外部专家和使用者进行评价。工程交付后，还要经受时间和应用的评判。同学们，新时代已经来临！新工业革命正在悄悄向我们走来。如同18世纪以机械化为特征的第一次工业革命、19世纪以电气化为特征的第二次工业革命、20世纪以信息化为特征的第三次工业革命，21世纪人类将开启以智能化为特征的第四次工业革命。人类致同学们 I总是先在观察或实践中发现规律，在此基础上发明了技术，进而推动技术的应用与发展。人们发现了质能关系，发明核技术；发现了受激辐射规律，发明激光技术；发现了光纤中光传输规律，发明光通信技术；发现了电磁波规律，发明无线通信技术；发现了半导体光跃迁规律，发明半导体照明技术；等等。先进技术为构建人类绚丽文明打下基础。谁掌握了规律，谁发明了技术，谁就获得了主导权。智能制造是新工业革命的重要特征，而通用技术是智能制造的基础课程之一。同学们，机遇和挑战在等待着我们！通用技术课程必修内容包括“技术与设计1”“技术与设计2”2个模块，它们分别从技术和设计的角度阐述通用技术的一般概念，并通过实践来帮助同学们体验技术与设计的内涵。选择性必修内容包括“技术与生活”“技术与工程”“技术与职业”和“技术与创造”4个系列11个模块。整体框架由图0-1表示。学习这门课程要注重掌握概念和加强实践，尤其要通过动手实践，来培养自己的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力等核心素养。同学们学习科技人文融合创新专题，能促进学科融合视野的形成，学会综合运用多学科的知识、方法和技能，系统地分析和解决现实中的科学、技术、工程、数学、艺术、社会等问题，提升设计与创新能力，形成整体性的世界观、系统的方法和工程思维，养成团队合作意识和能力。图 0-1 课程内容整体框架生活工程职业创造智能家居应用设计服装及其设计现代家政技术技术与职业探索职业技术基础机器人设计与制作工程设计基础电子控制技术基元技术创造力开发与技术发明产品三维设计与制造科技人文融合创新专题控制的设计系统的设计流程的设计结构的设计技术与设计2交流与评价方案与实现技术的设计技术的性质技术与设计1通用技术力技术电技术磁技术光技术声技术热技术人类科学活动和生产实践II科技人文融合创新专题第一章 科技人文融合创新概述 1第 1 节 科技人文融合创新的发展历程 2第 2 节 科技人文融合创新的结构分析 8第 3 节 科技人文融合创新结构元素的综合运用 13第 4 节 科技人文融合创新项目活动的基础 20第 5 节 科技人文融合创新项目活动的一般过程 27第二章 科技人文融合创新专题实践 41第 1 节 桥梁设计 42第 2 节 交通工具设计 48第 3 节 飞行器设计 53第 4 节 医疗器械设计 58第 5 节 矿山工程设计 64目 录第 1 节 科技人文融合创新的发展历程第 2 节 科技人文融合创新的结构分析第 3 节 科技人文融合创新结构元素的综合运用第 4 节 科技人文融合创新项目活动的基础第 5 节 科技人文融合创新项目活动的一般过程建设社会主义现代化国家，科技是第一生产力，创新是第一动力。社会创新驱动发展的核心在于科技创新，同时科技创新又必须与人文元素相辅相成。例如，汽车设计不仅要依据科学知识和技术方法来优化车辆性能，还要兼顾美观、环保等人文内容，甚至衍生出了相应的汽车文化。那么科技人文融合创新的理念是如何形成的？其结构是怎样的？科技人文融合创新项目活动的基础有哪些？一般过程是怎样的？本章将帮你找到这些问题的答案，并且通过一个具体案例向你展示科技人文融合创新的过程。第一章 科技人文融合创新概述第1节 科技人文融合创新的发展历程中华民族是勇于创新、善于创新的民族。我国历史上有许多发明创造是科技人文融合的产物，例如浑天仪（图1-1）使用大量技术演示了天体运动等科学内容，还兼具艺术、社会等人文元素。当今世界，经济社会发展越来越依赖于理论、制度、科技、文化等领域的创新，科技人文融合创新的相关理念也在不断发展与完善。本节简要阐述STS、STEM和STEM+研究和教育理念的产生和发展，以及对创新的影响。图1-1 上海科技馆前的浑天仪模型1.1 科技与人文的内涵科技，是科学技术的简称。科学，是人们在实践活动基础上形成的运用范畴、定理、定律等思维形式，反映自然、社会、思维等的客观规律的分科的知识体系。技术，是人类在认识自然和利用自然的过程中积累起来并在生产劳动中体现出来的经验和知识，也泛指其他操作方面的技巧。1.了解STS、STEM 和STEM+研究和教育理念。2.体会多学科融合对创新的影响。学习目标2科技人文融合创新专题人文，指强调以人为主，尊重人的价值，关心人的利益的思想观念，同时也指人类社会的各种文化现象。当今社会，科技迅猛发展，日益渗入社会生活的方方面面，一方面成为推动社会发展的第一生产力，另一方面也出现因应用不当给人类生活带来负面影响的情况，例如环境污染、生态破坏、能源短缺等。因此社会发展需要的是科技与人文精神融合的创新。在科技与人文相互融合精神影响下，“科学、技术与社会”（Science，Technology and Society，以下简称STS）、“科学、技术、工程与数学”（Science，Technology，Engineering and Mathematics，以下 简 称STEM）、“科 学、技 术、工 程、艺 术 与 数 学”（Science，Technology，Engineering，Arts and Mathematics，以下简称STEAM）等研究和教育理念陆续提出。1.2“科学、技术与社会”研究和教育理念一、“科学、技术与社会”研究介绍“科学、技术与社会”（STS）研究，致力于探索和揭示科学、技术、社会三者之间的复杂关系，如图1-2，分析科技对社会产生的正面和负面影响，其目的是改变科学与技术分离、科技与社会脱节的状态，使科学、技术与社会有机结合，更好地造福人类，特别是使科技持续健康发展，促进社会进步。图1-2 STS研究中科学、技术、社会的相互作用关系人科学社会技术英语science，源于拉丁语scientia，含义为“学问”或“知识”，但单纯的知识并不是近代意义上的“科学”。德语wissenschaft，指有系统的学问，或“知识的集成”，是对知识的整理、提炼和系统化，又称“知识学”，更接近近代所指的“科学”的含义。16世纪以后，西方传教士把science引入我国，中文译为“格致”。日本明治维新初期（1870年前后），日本学者将西方称为science的分门别类的学问体系和领域概括为诸“科”之“学”，创用“科学”一词。约在1890年之后，现代意义的“科学”一词从日本传入我国，在康有为的日本书目志、梁启超的变法通议等书籍中都有使用。1914年任鸿隽等创建科学社，1915年科学月刊在上海出版，该杂志在发刊词中对“科学”作了较为全面的论述。拓展阅读第一章 科技人文融合创新概述 3二、“科学、技术与社会”研究的出现和发展20世纪60年代以来，科技迅猛发展，给人们生活带来许多积极影响。无数新产品进入人们生活，例如彩色照相机、微波炉、自动洗衣机等，方便了人们的生活。但是也有一些科技的滥用对人类社会发展产生了负面影响，例如毒气弹、核武器、污染环境的农药等。人们对科学的价值、技术的作用产生了疑虑和困惑，社会上掀起对科技与社会问题关系的热烈讨论，学者们纷纷思 考：如何能既充分发挥科技的正面作用，又预防和克服由于科技运用不当对人类社会造成负面影响。在这样的时代背景之下，STS研究应运而生，并在多个国家广泛传播。案例海上垃圾收集一名少年去潜水时发现海里的塑料垃圾比鱼还多。经过调查，他了解到塑料购物袋需要近20年才能完全降解，降解塑料瓶需要大约450年。还在上高中的他开始对清理海洋垃圾产生了兴趣，把清理海洋垃圾当作一个独立课题开始研究和实验。在此之前也有人尝试过处理海洋垃圾，大多数是做一个类似钓鱼的装置来捕捞海里的垃圾，这种方法费时费力。这名少年想：为什么不能直接让海水把垃圾送过来？他构思的方案是在海上设置一道屏障，洋流和海洋生物可以从屏障下方通过，而漂浮的塑料垃圾却会被集中留下，然后被回收利用。少年将自己的想法不断进行实验并完善，在网络上进行演讲、宣传，让越来越多的人