2.2 需求分析和目标定义 教学设计-2023-2024学年高中通用技术粤科版（2019）选择性必修3工程设计基础.doc

普通高中教科书通用技术选择性必修工程设计基础第二章工程设计一般过程第二节需求分析和目标定义教学设计教学背景什么是工程工程是人类运用技术手段遵从科学规律有组织有计划地打造具有特定功能物件的实践活动物件中的物包括非生命体生命体物件中的件包括软件硬件工程活动与我们的日常生活息息相关建筑工程建造出舒适的房屋让人类不再风餐露宿机械工程制造出各种机械将人类从繁重的体力劳动中解放出来计算机及软件工程增强了人类应对繁杂深奥脑力劳动的能力通信及网络工程让我们可以隔空交流即时互通语音文字图像信息缩短了人们之间的心灵距离交通工程航空工程为人类创造出高速铁路高速公路及空运系统缩短了旅行时距将偌大个地球变成了地球村生物工程人工智能工程机器人工程一系列新兴工程的成熟与推广应用正在改变引领着我们的现在和未来党的二十大报告指出要实施科教兴国战略强化现代化建设人才支撑工程设计是实现中国式现代化的重要支柱我们需要培养造就更多大师战略科学家一流科技领军人才和创新团队青年科技人才卓越工程师大国工匠高技能人才教学目标知识与技能目标分析工程设计过程的性能需求建立树状目标图明确性能需求教学内容分析工程设计作为工程活动中最关键的内容其任务是构想优化被打造物件的功能形态细节形状或其他参数并用图纸文件表格等有效形式准确无误地将这些内容逐项表达清楚用以指导实施打造物件的施工活动学习工程技术就是要掌握将设想变成物件的本领用实用先进的方法创造具有实际用途的物件改善人类生存工作环境造福人类的现在和未来通过典型工程案例分析理解工程设计的过程初步学会运用标杆分析法和逆向工程法获得设计对象的工程特征学会运用质量功能配置工具将用户需求转换为关键的工程特征在掌握工程设计过程中形成系统思维和工程思维学情分析生活在科技迅猛发展的世纪同学们有必要了解一些机器人的知识通过典型工程案例分析同学们了解工程发展的简要历史和工程分类结合著名工程师的工程实践案例进一步了解工程师工作的特点和职业要求通过典型工程设计的分析同学们理解工程设计的一般过程并利用无碳小车的工程项目制作让学生亲身体验设计过程学会编制简易的工程设计任务书将通过实例同学们介绍现代工程设计中常用的建模方法并让同学们获得一次制作实物模型的体验同学介绍工程设计过程中评价和决策的重要性让大家初步学会运用决策矩阵层次分析法决策树等工具和方法进行时间管理质量管理和成本评估等教学重难点分析工程设计过程的性能需求建立树状目标图明确性能需求教学策略本节课教学学习目标帮助我们明确章节应该掌握的要点案例通过引入典型工程或事件让同学们初步认知工程设计的各个要素任务驱动将知识要点分解为各种小任务引导同学有的放矢地学习立即行动让同学们手脑并用通过亲身体验来理解掌握与章节有关的知识内容探究为同学们深入探究问题提供了线索练习能帮助同学们检测和回顾应该掌握的知识教学准备展示用的图片其他技术产品多媒体课件教学过程情景导入老师本节课我们学习通用技术选择性必修第二章工程设计一般过程第二节需求分析和目标定义工程设计的第一步是需求分析工程师必须通过需求分析来定位产品的市场并调整产品的设计在漫长的历史进程中人们产生了多种多样的不同需求工程师的职能就是运用科学知识来满足人类需求一问题的描述需求目标定义在通常情况下工程师被告知设计目标但诉求表现常常不精确出现的问题大多诸如电机坏了操作效果不能达到预设的高度等因而工程师在处理工程项目的第一个任务便是确定真正的问题确定目标的范围和程度讨论在学校教学楼改建方案征询意见会上校领导向工程师反映教学楼两侧洗手间由于学生经常忘关水龙头导致水资源的大量浪费应该如何做才能避免学生忘关水龙头的坏习惯这时工程师的头脑中会闪现以下问题是否只有学生会忘关水龙头是否所有没关水龙头的情况都是因为忘记是否有办法改变学生的习惯是否使用完水龙头一定要存在关的人工操作步骤试分析对于这个问题工程师应该将问题归结为什么原因才能更准确表达校领导的需求可见作为工程师必须明确客户的需求避免出现因需求的不准确表述而导致工程设计出现不准确的理解最终无法提供解决问题的方案在实践中需求公司与设计机构签订开发项目合同需求公司要尽量简要清晰地描述项目的要求而且不应在描述中限制性提出解决方案这时需求公司需要提供一个文本形式的需求文档便于设计机构了解而设计机构在基本了解后需要写出更为详细的目标定义文档让需求公司看懂并确认是否符合需求这两份工程文档在工程设计初期有着至关重要的作用但受众和作用截然不同设计机构的工程师的工作职责是让第一份文档能更准确更快速地转换成第二份文档为了更好地实现这种转换我们可以通过以下步骤实现搜集信息很多时候客户向工程师提出的问题根据只停留于表面现象工程师需要通过分析对整个市场有一个全面系统的研究这其中包括趋势竞争力容量利益机遇客户需求客户感想等在产品多元化的今天工程师的设计更多是优化设计在确认自己的解决方案前了解其他人的解决方案也很重要在这个阶段不要急着提供解决方案而应该广泛进行调研搜集信息以便提供更好的方法主要的调研方法有直接调研和间接调研图参见教材直接调研的对象不仅包括终端消费者还要把所有接触到该产品的人都纳入调研范围并在集体讨论单独访问电话采访问卷调查等形式中选择合适的调研方式进行调研间接调研则主要是指调查者不直接与被调查者接触而是通过中介向被调查者进行调查的方法常见方法包括专利查新报纸传媒第三方分析报告政府分析报告和文献查询等方式或渠道活动请你针对如何避免校园里的水资源浪费问题设计一份针对全校师生的调查问卷需求信息处理在收集不同信息资源后要注意信息资源的处理和归类该步骤对于信息筛选和处理的策划很重要可以帮助完成目标需求文档的制定和确立首先大致了解相关信息资源给每份资源明确其关键词明确关键词后归档形成一个信息清单变成有层次的信息资源库在信息搜集和处理过程中要特别注意以下信息的采用产品信息查询同类产品专利在工程设计特别是创新性工程设计中的重要作用专利是确保专利权人拥有新想法和新发明的独占权通过专利查新形成查新报告既可以避免出现重复劳动的情况也可以在查新过程中更多启迪工程师的设计思路通常我们可以通过国家知识产权局网站进行专利查新行业信息在设计初期对产品对象所属的行业规范标准的收集至关重要通过行业标准的查对可以加快工程设计的进度明确处理的方式方法同时也能得到广泛使用的行业指标需要说明的是不同的销售地域其行业指标在要求的详细程度和规范执行程度上都有所区别这需要在需求初期就得以明确市场信息寻找相关产品的产业信息得到对应的市场份额目标市场人数和市场潜力等相关文档明确产品所属市场的法律法规可能出现的社会问题等客观影响因素实现全面估算其次还需要明确产品的生命周期和市场占有率二明确性能需求建立树状目标图需求是客户的一种模糊的愿望客户在阐述表象问题时一般都会以意愿的方式提出例如如何让车子跑得更快而性能需求需要工程师解构客户需求并阐明其技术内涵案例客户向工程师提出的需求是一个能快速加热水的壶很多人都会直接联想到电热水壶但工程师则要对其进行解构获得更加中性的产品性能需求能够容纳一定量的水能够加热一定量的水加热迅速节能方便移动倒水时把手安全倒水时不会飞溅外形美观水煮沸后自动断电或有警示在明确性能要求环节我们通过以下步骤完成列出要求并划分其重要性为了能够划分出性能需求的重要性工程师一般用来进行标记表示最重要表示最次要另外还要区分出产品性能为本质与否本质性能需求用字母来标示非本质性能需求用字母来标示案例例如上述加热容器的性能需求等级如表所示表性能需求等级性能需求重要性级别容纳水的加热构建目标树构建目标树的目的是通过组织客户要求帮助工程师搞清楚设计目标通过目标树的方式可以清晰准确地展示产品的设计目标反应产品性能需求同时帮助工程师在设计初期消除其与客户之间的理解误差建立树状目标图的步骤将要求罗列出来按照安全性可靠性经济性个维度性能需求项目降序排列案例建立上述加热容器的树状目标图步骤准备设计目标列表容纳水的加热断电后有提示加热过程在内完成功率不高于方便移动倒水时流速适中不会飞溅倒水时把手安全自动断电外形美观生产成本低步骤排列目标顺序表表排列目标顺序加热过程在内完成功率不高于方便移动倒水时把手安全倒水时流速适中不会飞溅外形美观断电后有提示自动断电生产成本低安全性可靠性经济性断电后有提示容纳水的加热功率不高于倒水时流速适中不会飞溅加热过程在内完成生产成本低倒水时把手安全方便移动自动断电外形美观步骤建立树状目标图图参见教材构成树状标识出等级和组间关系立即行动无碳小车工程项目性能需求分析设计一辆无碳小车小车规格控制在的范围内驱动其行走的能量只由个原长的橡皮筋提供图参见教材判定小车从倾斜度为的斜坡上滑下后在水平面上行驶距离更远且偏离中间黑线距离更小者获胜图参见教材测试场地规格小车出发平台距离水平面斜坡倾斜角为行驶面宽中间区域有一条宽为的黑线夹板厚度为测试流程开始测试时将小车放置在出发平台上小车车头最前端与出发平台水平边缘对齐选手上好橡皮筋后在垂直平台方向上压住小车并设为始发状态计分员提示开始后选手在垂直平台方向上松开小车不可给予推力自由释放小车让其自动滑下设小车行驶距离为行驶后车头中心点与中间黑线距离为则最后得分计算为最终得分请你利用工程设计思想采用所学的工程项目性能需求分析方法对以上项目进行分析完成树状目标图课后作业习题用户写给工程设计部门的需求文档和工程设计部门给用户的目标定义文档有何不同它们在受众和功能上有何差别在原来无碳小车设计的基本条件上要求小车在两条高为宽为的木条轨道中行进测试图试利用需求分析方法画出其树状目标图板书设计第二章工程设计一般过程第二节需求分析和目标定义一问题的描述需求目标定义二明确性能需求建立树状目标图教学反思通用技术选择性必修工程设计基础普通高中教科书主编刘琼发副主编李榕周卫星朱美健席春玲本册主编王华权本册副主编周嘉编写人员周熙周嘉王华权柯力林敏陆超广东教育出版社广东科技出版社