普通高中教科书·通用技术选择性必修10 科技人文融合创新专题.pdf

ISBN 978-7-5499-8714-69 787549 987146定价：9.74元亲临其境、亲自动手、亲身体验是本栏目的宗旨。这里的一系列精彩项目将使我们经历激动人心的操作实践，使我们感受到技术实践的特有乐趣，感悟到技术世界的丰富多彩。每节有24个相互联系的任务。我们将在完成一个个任务的过程中，建构积极价值观、必备品格和关键能力，形成核心素养。基于学生生活经验和技术学科基本特点的情境，带领我们走进真实的技术世界，发现复杂而真实的技术问题，进入富有意义建构的学习过程。学习目标会使我们明确学习的方向，为进入学习过程做好心理准备。随着科学技术突飞猛进的发展，技术日益成为我们生活中几乎无时不在、无处不在、无所不在的客观存在，成为引起社会变化、塑造社会变化和应对社会变化的重要因素，也成为实现中华民族伟大复兴的重要支柱。因此，技术素养是当代青少年的基本素养。通用技术课程是普通高中学生人人必须修学的课程。通用技术是指当代技术体系中较为基础、在日常生活中应用较为广泛、育人价值较为丰富并与专业技术相区别的技术，是学生适应社会生活、高等教育和职业发展所必需的技术。普通高中通用技术课程，以提高学生的学科核心素养为主旨，以设计学习、操作学习为主要特征，是一门立足实践、注重创造、体现科技与人文相统一的课程。它的学习过程是同学们主动建构知识、不断拓展关键能力、铸造积极价值观和关键品格的过程，是一个富有生机、充满探究、方式多元的活动过程。相信通用技术的学习一定会成为同学们高中时光中夯实基础、练就素养、挑战自我、享受创造与发展乐趣的美好生活的一部分。了解本书章节和任务的构成，能使我们总揽全貌，形成关于课程学习的宏观架构。节选用学习目标单元将本单元所学内容与本学科其他内容、与其他学科知识、与自己已有知识和经验综合起来，可以提高综合能力，领略学习的最高境界。对学习过程和学习结果作一回顾总结和反思，有助于学习目标的真正实现，有助于核心素养的有效形成。生动活泼、形式多样的作业，使我们所学的内容得以巩固，同时也打通了与课外活动结合的通道。在学完一单元后，以思维导图形式，对学习内容进行概括和归纳，有助于我们学会学习和自我建构。穿插在课文之中、形式多种多样的活动使我们所学的知识与技能得到及时的巩固、应用和内化，也是我们学会技术学习的有力工具。技 术 试 验 是在技术活动中为了某种目的所进行的尝试、检验、优化等探索性的实践活动，使我们的实践才能和创新能力得到展示。本栏目富有典型意义的范例、素材、话题是学习中对话的平台，使我们享受到由丰富的技术感性走向深刻的技术理性的快乐。这些是我们技术学习中拓宽视野、深化认识、铸造精神，品味技术信息的“美味佳肴”，不要错过哟。基于关键的技术问题，立体化地加以呈现，这是我们思维互联、智慧众筹、头脑风暴的广阔天地。选用选用第三单元 太阳能小车的创新设计与实践一、太阳能小车的设计分析任务一 分析需求与明确问题/050任务二 探究车载太阳能发电系统的科学问题/053任务三 探究太阳能小车的系统组成/054第二单元 过街天桥的创新设计与实践一、过街天桥的设计分析任务一 分析需求与明确问题/030任务二 探究主要桥式结构及其力学原理/034二、过街天桥的方案设计任务一 选择过街天桥的桥式/038任务二 方案的设计与表达/041三、过街天桥的模型制作与验证任务一 设计与制作模型/043任务二 测试与优化模型/045任务三 项目总结与反思/045第一单元 科技人文融合创新概述 一、科技人文融合创新的理论基础任务一 探寻STS、STEM及STEM+的发展历程/002任务二 分析科技人文融合创新的结构要素/007任务三 探究科技人文融合创新的实现条件/009二、科技人文融合创新的一般过程任务一 分析需求与明确问题/011任务二 收集信息与构思方案/015任务三 物化方案与表达交流/017三、科技人文融合创新的常用方法任务一 感受原始创新方法/021任务二 体验改进创新方法奔驰法(SCAMPER)/022任务三 体验模仿创新方法逆向工程与标杆分析/023第四单元 无人机的创新设计与实践一、无人飞行器的设计分析任务一 分析需求与明确问题/072任务二 探究飞行器的科学原理/076二、四旋翼无人机的飞行控制与逆向设计任务一 比较与权衡无人飞行器的飞行控制/080任务二 分析四旋翼无人机的飞行控制/083任务三 进行四旋翼无人机的逆向设计/085三、四旋翼无人机悬挂装置的改进与优化任务一 改进四旋翼无人机悬挂装置的设计/090任务二 测试试验与优化改进/092任务三 项目总结与反思/093二、太阳能小车的设计与制作任务一 试制微功耗电动小车的驱动系统/057任务二 给遥控电动小车配备光伏发电系统/060三、太阳能小车的测试与优化任务一 评估与优化太阳能小车/065任务二 项目总结与反思/068第五单元 残疾人拐杖的创新设计与实践一、残疾人拐杖的设计分析任务一 分析需求与明确问题/098任务二 探究残疾人拐杖中的科学问题/100二、残疾人拐杖的设计与制作任务一 进行残疾人拐杖的方案设计/105任务二 比较与权衡设计方案/108任务三 制作多功能残疾人拐杖/111三、残疾人拐杖的测试与优化任务一 进行残疾人拐杖技术试验/114任务二 优化残疾人拐杖设计方案/115任务三 项目总结与反思/1176通用技术科技人文融合创新专题选择性必修 10主 编 顾建军 何善亮编写人员（按姓氏音序排列）陈 宏 顾建军 何善亮 孙公刚 庄力群第一单元 科技人文融合创新概述001周易贲卦彖传释：“刚柔交错，天文也；文明以止，人文也；观乎天文以察时变，观乎人文以化成天下。”数千年来，“推天道以明人事”的思维方式深刻影响着中华文化，由此形成的“天人合一”“道器合一”“理一分殊”“一本万殊”等基本理念与“科技人文融合”有异曲同工之妙。第一单元科技人文融合创新概述一 科技人文融合创新的理论基础二 科技人文融合创新的一般过程三 科技人文融合创新的常用方法002通用技术科技人文融合创新专题选择性必修 10新学期伊始，某校高二年级组织“走进科技产品”活动，高二（3）班的主题是“生活科技产品的变迁”。孙宇小组选择“冰箱的发展”主题，王明小组选择“交通工具的变迁”主题，李辉小组选择“扫地机器人”主题各自展开了调查研究。任务一 探寻STS、STEM及STEM+的发展历程STS是科学（Science）、技术（Technology）、社会（Society）首字母的缩写。20世纪六七十年代，西方发达国家首先提出STS研究和STS教育，目的是探讨和揭示科学、技术与社会三者之间的复杂关系，研究科学、技术对社会产生的正负效应，改变科学与技术分离以及科学、技术与社会相脱节的状态，使科学、技术更好地造福于人类。20世纪世界严重的环境污染事件20世纪，世界上发生了许多严重的环境污染事件。图 1-1 1948 年美国多诺拉烟雾事件学习目标1 能简要说出国际上STS、STEM及STEM+项目理念的发展历程。2 通过对科技人文融合创新的结构分析，能够比较和分析科学、技术、工程、艺术、数学、社会各学科之间的区别与联系，体会多学科融合创新的重要性。3 明确从事科技人文融合创新项目活动的基础条件，知道工具、材料、图样、工艺、试验等技术要素在科技人文融合创新中的作用。任务一 探寻STS、STEM及STEM+的发展历程 任务二 分析科技人文融合创新的结构要素 任务三 探究科技人文融合创新的实现条件一、科技人文融合创新 的理论基础1948年10月2631日，在美国宾夕法尼亚州的多诺拉小镇，由于工厂大量排放含有二氧化硫等有毒有害物质的气体及金属微粒，再加上当地气候反常，这些有毒有害物质附在悬浮颗粒物上，聚集在山谷中积存不散，造成了严重的大气污染，如图1-1所示。人们在短时间内大量吸入这些有害气体，引起各种不适症状，全城14000人中就有6000多人出现了眼痛、喉咙痛、头痛、胸闷、呕吐、腹泻等症状，最终造成了20多人死亡。第一单元 科技人文融合创新概述003电冰箱的发明历程早在两千多年前，人们就已经懂得使用冰块来储藏食物，冬天存储足够数量的冰块，藏于地窖，将食物放进冰块里以延长食物的保鲜期，这就是古代的冰箱。但是，在古代从自然界中采撷与保存冰块是一件非常困难的事情。STS中的科学指的是自然科学，包括人们熟知的物理学、化学、生物学、地理学等，即人们常说的理科。这些学科虽然研究对象不同，但是它们蕴含的科学思想、科学方法、科学精神是一致的，本质上都是一种对大自然不断深入的探究过程。科学、技术、社会之间存在着紧密的关系。一方面，科学、技术转化为生产力是一个复杂的社会过程；另一方面，科学、技术的发展与社会发展相互促进。科学与技术是一把“双刃剑”，这已成为一个人们越来越重视的主题。科学、技术社会图 1-3 科学、技术与社会存在紧密关系讨论:1.结合美国多诺拉烟雾事件，谈谈科学、技术与社会之间的相互关系。2.选择一个感兴趣的环境污染事件，查找相关资料，讨论事件发生的原因并谈谈从中得到的启示。图 1-2 20 世纪世界严重的环境污染事件1930年比利时马斯河谷烟雾事件大气污染严重美国洛杉矶光化学烟雾事件大气污染严重日本水俣病事件水污染严重日本富山骨痛病事件水污染严重美国拉夫运河事件土壤污染严重苏联切尔诺贝利核泄漏事件核污染严重美国多诺拉烟雾事件大气污染严重英国伦敦烟雾事件大气污染严重日本米糠油事件食物油污染欧洲“黑三角地带”事件酸雨侵蚀严重欧洲多瑙河污染事件水污染严重1948年1950年1977年1986年1952年1968年1980年2000年1943年19461960年科学、技术社会化社会科学化004通用技术科技人文融合创新专题选择性必修 10为了满足日益增长的生活需求，人们开始尝试各种方法与手段改进现有的冷藏方式。1822年，英国著名物理学家法拉第发现了二氧化碳、氨、氯等气体在加压的条件下会变成液体，当压强降低时又会变成气体的现象。在由液体变为气体的过程中会吸收大量热量，使周围的温度降低。法拉第的这一发现为后人发明压缩机等人工制冷技术提供了科学理论的基础。1851年，澳大利亚商人哈里森发明了第一台人工制冷压缩机。1879年，德国化学家林德制造出第一台人工制冷的家用冰箱。1923年，瑞典工程师布莱顿和孟德斯发明了第一台压缩式电冰箱。此后，这种由电动机提供机械能，通过压缩机对制冷系统做功的冰箱开始走进千家万户。它使用方便、寿命长，但缺点也显而易见。氟利昂作为制冷剂一直沿用了50多年，对地球大气的臭氧层产生了严重的破坏，直接造成了臭氧层的空洞。随着科技革新与人们环保意识的提升，无氟冰箱开始成为市场的主流，材料科学的发展推动了太阳能电冰箱、半导体电冰箱等新型冰箱的相继出现，充分满足了人们多样化的生产和生活需求，同时也降低了能耗，减少了对环境的污染。讨论:1.从电冰箱的发明历程看，人工制冷技术的发展受到了哪些因素的影响？2.科学与技术是一把“双刃剑”，从正、反两个方面思考电冰箱的发明给人类社会带来的影响。图 1-4 林德制造的家用冰箱图 1-5 第一台压缩式电冰箱STEM与STS类似，是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）首字母的缩写，产生于20世纪80年代，以跨学科为特征，以解决现实世界中复杂情境下的真实问题为目的。与STS相比，STEM突出了工程的建造（制作）特征和数学的思维及工具价值，也更加倡导科学、技术、工程、数学等多学科的整合，强调科学探究和工程实践活动，通过学科整合和探究实践，创造性地解决现实世界中的复杂问题。图 1-6 STEM 框架第一单元 科技人文融合创新概述005电冰箱的工程设计问题电冰箱是利用液体汽化吸热而实现制冷的。电冰箱中的制冷剂能在极低的温度下汽化，使电冰箱内部保持冰冻温度。几乎所有电冰箱都是由压缩机、热交换管、安全阀、冷交换管、制冷剂这五个基本部件（或材料）组成的。电冰箱的工作原理如下，展现了工程设计问题：1.压缩机压缩制冷剂气体，将升高