选择性必修7 职业技术基础.pdf

职业技术基础职业技术基础通用技术通用技术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-上海通用技术封面选修 职业技术基础 6毫米.indd 10103-上海通用技术封面选修 职业技术基础 6毫米.indd 12023/1/3 17:102023/1/3 17:10普通高中教科书通用技术选择性必修北京职业技术基础上海市中小学（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：杨平雄编写人员：朱亮清 杨平雄 胡小波郭 骏 敬承斌责任编辑：穆 颖美术设计：胡白珂普通高中教科书 通用技术 选择性必修 职业技术基础上海市中小学（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。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世纪以信息化致同学们致同学们 I I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。职业技术基础分册侧重于帮助学生对技术与职业进行探索性了解，通过学习材料及其加工、能源及其转换、信息及其管理、技术使用与维护等，帮助学生体验并初步探索进入职业世界所需的基本技术技能，为学生未来从事某一职业或进入高等院校进行专业学习奠定基础。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职业技术基础第一章 材料及其加工 1第 1 节 材料及其特性 2第 2 节 材料加工 12第 3 节 材料应用与未来 27第二章 能源及其转换 35第 1 节 能源概述 36第 2 节 新型绿色能源 43第 3 节 节能减排与低碳生活 53第三章 信息及其管理 61第 1 节 信息概述 62第 2 节 现代信息技术 65第 3 节 信息管理 71第 4 节 信息技术实践 75第四章 技术使用与维护 85第 1 节 技术产品的生命周期和寿命 86第 2 节 技术产品的用户手册及操作规程 94第 3 节 技术产品的故障诊断与维护 97目 录第一章 材料及其加工 1人类的生存和发展离不开材料，人类文明的里程碑经常以所使用材料的类型作为标志，如石器时代、青铜器时代、铁器时代等。材料是天然或人工合成的资源，通过工具或设备能被加工成为可以使用的产品。那么，常见的材料有哪些物理与化学特性、功能特性和加工方法？如何利用材料的特性进行产品设计和材料规划与加工，并且使其加工和使用过程更加环保节能？在本章的学习过程中，你将找到这些问题的答案，并在学习和动手操作中逐步培养自己的技术意识、创新设计、图样表达和物化能力等学科核心素养。第一章 材料及其加工第 1 节 材料及其特性第 2 节 材料加工第 3 节 材料应用与未来2职业技术基础材料分类自行车组件金属材料链条非金属材料把手套复合材料刹车皮第1节 材料及其特性图1-1 自行车及其组件自行车是我们生活中常见的物品，观察图1-1中的自行车，尝试对它的组件按材料的类别进行分类，并将结果填写在表1-1中。挡泥板辐条轮圈外轮胎链条车座把手套车架牙盘前轴刹车皮1.了解常用材料的分类及其功能特性。2.熟悉常用材料的物理和化学特性。3.知道常用材料的应用。本节学习目标表1-1自行车组件及其材料分类第一章 材料及其加工 3特性特性说明典型图示机械特性金属材料的机械性能较好，在强度、延展性、硬度、冲击韧性、冲击抵抗力和疲劳极限等方面具有优势，有较高的抵抗变形和断裂的能力。汽车生产过程中会通过碰撞试验检验金属材料的机械性能，进而对车体材料和结构进行优化设计物理特性常温下，金属材料一般为固态。汞在常温下呈液态，可以用于制作水银温度计。金属材料一般具有光泽，以银白色居多，也有其他颜色，如铜是红色或紫红色的，金是黄色的。金属材料具有导电和导热性。日常生活中很多物品都应用了这些特性，如电热锅化学特性与其他材料相比，金属材料的化学性质较活泼，可以与氧气、金属盐溶液和稀酸反应。合金化或表面处理可以显著提高金属材料的耐化学性能，例如运输危险品的金属罐一、金属材料（一）金属材料及其分类金属材料主要由金属元素组成，内部原子通过金属键结合在一起。金属原子脱落下来的价电子不专属于某个金属原子，而是作为可以自由穿梭运动的电子被所有原子共有。大量自由电子的存在使金属材料具有导电性。受热时自由电子与金属原子频繁碰撞，能够把能量从高温部分传到低温部分，使金属材料具有导热性。金属阳离子和自由电子之间的静电作用，即金属键没有方向性，原子层之间发生相对滑移后仍然能够维持金属键的作用，使金属材料具有延展性（见图1-2）。金属材料包括铁、铜、金、银、铝等纯金属，以及镁铝、铁锌、铜锌、不锈钢等合金。金属材料还可以分为黑色金属和有色金属。黑色金属包括铁以及铁的合金，广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。有色金属指除黑色金属以外的金属及合金。（二）金属材料的特性金属材料的感觉特性是坚硬、细密、光滑。它的功能特性可分为机械、物理和化学特性。表1-2列出了金属材料的机械、物理和化学特性。图1-2 金属材料内部原子结构及原子层间受力滑移示意图受力金属原子电子受力图1-2 金属材料内部原子结构及原子层间受力滑移示意图表1-2 金属材料的机械、物理和化学特性4职业技术基础应用领域典型图示主要应用的金属材料的特性应用领域典型图示主要应用的金属材料的特性日常生活电子电器现代建筑航空航天交通运输国防军工请同学们分组讨论日常生活中金属材料的应用，并根据表1-3中的典型图示说明其主要应用的金属材料的特性。表1-3 金属材料的特性及应用（三）金属材料的应用金属材料优异的机械性能和导热、导电特性使其既适合用于制作承力结构部件，也可以用于制造导热、导电的功能器件，或者是受力结构和功能一体化的部件。金属材料在工、农业生产中被广泛使用，在现代建筑、交通运输、电子电器、航空航天、国防军工等领域发挥着举足轻重的作 用。二、非金属材料常见的非金属材料可分为两类：无机非金属材料和高分子材料。（一）无机非金属材料无机非金属材料的化学组成包括金属和非金属元素间的化合物，以及一些非金属的单质或化合物，如氧化物、氮化物、碳化讨论&交流第一章 材料及其加工 5案例物、硅酸盐、磷酸盐等。材料内部原子以离子键、共价键或它们的混合键结合为主，较高的键能和极性使原子或离子的位置相对固定。电子被束缚在原子或离子的周围，赋予了这类材料高强度、高硬度、高熔点、耐腐蚀、抗氧化、电绝缘和脆性的特点。常见的无机非金属材料包括玻璃、水泥、陶瓷等。图1-3 三棱镜图1-4 化学实验器皿一、玻璃的特性与应用一、玻璃的特性与应用（1）透光性。大部分玻璃无色、透明，被广泛用于建筑物的门窗。玻璃也被加工成各种光学透镜（见图1-3）和镜片。通信光纤的主要材料是石英玻璃。（2）抗腐蚀性。玻璃一般具有较好的耐化学腐蚀性能，常温下能抵抗大部分化学药品的侵蚀，被用来制备各种化学实验中的器皿，如烧杯、试管、滴管等（见图1-4）。二、水泥的特性与应用二、水泥的特性与应用（1）可塑性和黏结性。水泥为粉状水硬性无机胶凝材料，与水搅拌后的浆体能发生胶凝反应而硬化，可以将沙子、石料等牢固地胶结在一起。利用该特性，将水泥浆与沙子、石料、钢筋等材料混合，可以形成强度很高的混凝土复合材料。三峡大坝就是用混凝土浇筑的重力坝（见图1-5）。（2）适应性强。水泥制品具有较好的耐腐蚀性、耐温性和抗辐射性，可以应用于修建核电厂、高寒地区桥梁（见图1-6）以及火箭发射塔下的耐高温导流槽等。图