4.2 工程管理 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

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普 通 高 中 教 科 书
《通用技术》选择性必修3
工程设计基础
第四章 工程决策与管理
第 二 节 工程管理
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:
1.工程管理主要包括时间管理、质量管理和成本评估。
2.理解全面质量管理，了解质量控制和改进。
3.用甘特图、关键路径法进行规划和管理。
4.运用成本估算方法进行项目成本估算。
教学内容分析:
简单来讲，工程决策就是回答什么是工程实施的目的和怎样完成工程的问题。它是人们为了实现预期的目标，采用一定的科学理论，通过一定的程序和方法，对若干备选方案进行研究论证，从中选出最为满意方案的过程。
工程管理是指通过一定的组织形式，用系统工程的观点、理论和方法对工程建设项目生命周期内的所有工作，进行计划、组织、指挥、协调和控制，以达到保证工程质量、缩短工期、提高投资效益的目的。
学情分析:
生活在科技迅猛发展的21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3D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:
工程管理主要包括时间管理、质量管理和成本评估。
理解全面质量管理，了解质量控制和改进。
用甘特图、关键路径法进行规划和管理。
运用成本估算方法进行项目成本估算。
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3第四章 工程决策与管理第 二 节 工程管理。
一、工程设计过程中的项目管理
工程设计过程中的项目管理就是在时间、成本、质量有限的资源约束下，运用系统的观点、方法和理论，对项目涉及全部工作进行有效地管理。即从项目的投资决策开始到项目结束的全过程，进行计划、组织、指挥、协调、控制和评价，以实现项目的目标。
工程管理是一门应用性和综合性很强的学科，它与工程技术、经济学、管理学、系统工程等学科都有密切联系。其核心内容可以概括为“三控制、二管理、一协调”。
其中，“三控制”是指进度控制、质量控制、成本控制。由于工程建设具有单一性和一次性的特点，所以要在时间、质量、成本的有限约束条件内完成工程项目，是工程管理的重点。“二管理”是指合同管理和信息管理。“一协调”是指组织协调。
在工程管理中，运用系统工程的观点、理论和方法尤为重要。
二、质量管理与质量控制
1．全面质量管理。
根据ISO9000: 2000的定义，质量是指一组固有特性满足要求的程度。这个含义揭示质量存在于各个领域的任何事物中，它由一组固有特性组成，应明确需求并履行。
根据ISO9000: 1994的定义，全面质量管理是指一个组织以质量为中心，以全员参加为基础，目的在于通过让顾客满意和本组织所有成员及社会受益而达到长期成功的管理途径。
全面质量管理包含以下基本要求。
（1）全员的质量管理。
（2）全过程的质量管理。
（3）全企业的质量管理。
（4）多方法的质量管理。
2．质量控制。
质量控制是指为达到质量要求所采取的作业技术和活动（图4-6）。
这就是说，质量控制是为了通过监控质量形成过程，消除质量环上所有阶段引起不合格或不满意效果的因素，以达到质量要求，获取经济效益，而采用的各种质量作业技术和活动。
在国际上，质量控制对象根据它们的重要程度和监督控制要求不同，可以设置“见证点”或“停止点”。“见证点”和“停止点”都是质量控制点。
三、时间管理
时间管理是指通过事先规划和运用一定的技巧、方法与工具实现对时间的灵活有效运用，从而实现个人或组织的既定目标。
在工程设计过程中往往会受到整个流程的时间限制。这就要求设计工程师运用一定的方法、手段来合理安排时间，下面介绍两种有用的方法。
1．甘特图。
甘特图是在1917年由亨利·甘特开发的，其内在思想简单，基本呈现是一个线条图，横轴表示时间，纵轴表示活动（项目），线条表示在整个期间里的计划和实际的活动完成情况。它直观地表明任务计划在什么时候进行及实际进展与计划要求的对比。
甘特图能呈现以下的信息含义。
（1）将项目中所有事件或时间节点排序列表。
（2）估计完成每个项目所需的时间。
（3）列出每个项目开始和结束的时间。
（4）用条形图表示这些信息。
例如，用甘特图来表示某工程进度状况（图4-7）（参见教材P86）。
甘特图以图示的方式通过活动列表和时间刻度形象地表示出任何特定项目的活动顺序与持续时间。主要包括以下的步骤：
（1）明确项目涉及的各项活动、项目。内容包括项目名称（包括顺序）、开始时间、工期，任务类型（依赖/决定性）和依赖于哪一项任务。
（2）创建甘特图草图。将所有的项目按照开始时间、工期标注到甘特图上。
（3）确定项目活动依赖关系及时序进度。使用草图，按照项目的类型将项目联系起来，并安排项目进度。
（4）计算单项活动任务的工时量。
（5）确定活动任务的执行人员及适时按需调整工时。
（6）计算整个项目时间。
项目驱动
请根据本书第二章中讨论的“无碳小车”工程项目预计设计时间及在第三章进行“无碳小车”工程项目的设计过程中实际使用时间长度，利用Excel绘制出“无碳小车”工程项目的甘特图。
2．关键路径法。
关键路径法（critical path method，CPM）是一种基于数学计算的项目计划管理方法，是网络图计划方法的一种，属于肯定型网络图。关键路径法将项目分解成为多个独立的活动并确定每个活动的工期，然后用逻辑关系（结束—开始、结束—结束、开始—开始和开始—结束）将活动连接，从而能够计算项目的工期、各个活动时间特点（最早和最晚时间、时差）等。
关键路径法最早出现于20世纪50年代，由雷明顿兰德公司的克里和杜邦公司的沃尔克在1957年提出的，用于对化工工厂的维护项目进行日程安排。在当时出现了许多庞大而复杂的科研和工程项目，这些项目常常需要运用大量的人力、物力和财力，因此如何合理而有效地对这些项目进行组织，在有限资源下和在最短的时间、最低的成本费用下完成整个项目就成为一个突出的问题，关键路径法提供了解决问题的方法。
案例
图4-8（参见教材P87）中的每一个英文字母表示一项工作的名称，名称下面是该工作总花费时间和参与人数，箭头线表示工作的先后顺序，当只考虑时间影响因素时，红色箭头线经过的工作用时最多，所以该红色箭头线途经（称关键线路）的工作就称关键工程，这种以图4-8所示形式来表达工程管理进程的方法就是关键路径法。
四、成本估算
1．成本估算的内容。
成本估算也称项目成本控制工作，它是一项综合管理工作。具体来看，它是在项目实施过程中尽量使项目实际发生的成本控制在项目预算范围之内的一项项目管理工作。 项目成本控制包括对各种能够引起项目成本变化因素的控制（事前控制）、项目实施过程的成本控制（事中控制）和项目实际成本变动的控制（事后控制）3个方面。
在设计初期能尽早给出粗略的成本估算固然重要，但进入具体设计后，要尽快对成本评估进行改进，才能确定最终的成本评估。只有在具体设计阶段，才能更加明确产品的材料、生产过程、准确的尺寸和公差，所以需要不断优化以实现成本估算的修正。
在工程施行过程中，成本分为固定成本和可变成本两大类。
固定成本包括：投资成本（如资产折旧、财产税、保险费用等）、营业成本（如服务人员服务费用、物资供应、设备租金等）、管理支出（公司主管人员费用、法律人员费用、研发人员费用等）和销售支出（如销售人员费用、运输库存成本等）。
可变成本包括：原料成本、直接劳动成本、保养成本、能源和用具成本、质量控制人员费用、专利技术特许使用资金、包装和存储成本、残废品损失。
2．成本估算的方法。
常用的成本估算方法有以下几种。
（1）类比估算法。类比估算法又称“类推法”，这是一种在项目成本估算精确度要求不是很高的情况下使用的项目成本估算方法。这种方法也被叫作自上而下法，是一种通过比照已完成的类似项目的实际成本，去估算出新项目成本的方法。因此这种方法需要有经验累积或公开的成本数据。
（2）参数估计法。参数估计法又称统计估算法，这是利用项目特性参数去建立数学模型来估算项目成本的方法。例如，民用装修项目使用每平方米单价。
（3）标准定额法。标准定额法是依据国家或地方主管部门，或者项目成本管理咨询机构编制的标准定额估算项目成本的方法。
（4）工料清单法。工料清单法也叫自下而上法，这种方法首先要给出项目的工序及每个工序所用的人工、物料清单，然后再对各项物料和工作的成本进行估算，最后向上滚动累加得到项目总成本的方法。
工料清单法是将各种成本参数名称及数量综合反映在一张表格中进行比较分析的方法。是进行成本控制最常用的方法之一。如表4-5所示为真实工程案例表格法分析成本。
表4-5 工程案例
项目编码 计算方法 041 042 043
项目名称
单位
计划单位成本
拟完成工程量
拟完成工程计划施工成本 （5）×（4） 30 30 40
已完成工程量
已完成工程计划
施工成本 （7）×（4） 30 30 40
实际单位成本
已完成工程实际施工成本 （7）×（9） 30 50 50
施工成本局部偏差 （8）-（10） 0 -10 -10
施工成本局部偏差程度 （8）÷（10） 1 0.8 0.8
施工成本累计偏差∑（11）
施工成本累计偏差程度 ∑（10）÷∑（8）
进度局部偏差 （8）-（6） 0 10 0
进度局部偏差程度 （8）÷（6） 1 1.33 1
进度累计偏差 ∑（15）
进度累计偏差程度 ∑（6）÷∑（8）
讨论与分析
分析班级春游活动：经费、路程、时间等安排。分3～5人一组，进行小组分析讨论。
学习评价
评价内容 评价方式
自评 互评 师评
能参与社会相关技术发展与应用的讨论与决策
能运用趋势分析等评估技巧，对技术的发展作出判断
在进行技术方案设计时，能运用模拟试验和数学模型来考虑影响因素
能对设计方案进行决策分析
能对某一技术方案进行性能评估和风险评估
能依据设计需求制定多个方案并进行比较权衡
能使用设计文件、日志等记录设计的创意、过程和结果
说明：A—优秀，B—良好，C—合格，D—待改进
通过本章的学习，你的核心素养得到了哪些发展
板书设计
第四章 工程决策与管理
第 二 节 工程管理
一、工程设计过程中的项目管理
二、质量管理与质量控制
1．全面质量管理。
2．质量控制。
三、时间管理
1．甘特图
2.关键路径法
四、成本估算
1．成本估算的内容。
2．成本估算的方法。
教学反思
通用技术
选择性必修3
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

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