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第二章 技術世界中的設計
2.4 技術試驗及其方法
走進情境
從公園出來，孫宇在公路轉彎處
目睹了一起離奇的車禍，一輛爆胎的汽車在路邊更換輪胎時，被后車追尾。發生追尾的原因竟是一塊小小的機動車用三角警告牌未按規定擺放。處理事故的交警說：“類似事故經常發生，所以千萬不要小看這個機動車用警告牌，它對于安全的保障作用是巨大的。
一、什么是技術試驗
技術試驗是： 在技術活動中，為了某種目的所進行的嘗試、檢驗、優化等探索性的活動。
試驗---為了察看某事的結果或某物的性能而從事某種活動。
實驗---按照別人原先設定好的程序取得結果。
機動車用三角警告牌離地間距、
垂直度的技術試驗
目前，市場上銷售的機動車用三角警告牌大多數都具有等邊三角形的特征。雖然形狀相似，但所用材料和結構各有差異，如材料有塑料、金屬和混合材料。結構上既有折疊式又有固定式的。那么什么樣的機動車用警告牌才符合技術標準呢？
技術試驗
神舟一號
發射時間：1999年11月20日6時30分7秒
飛行時間/圈數：21小時11分/14圈
搭載物品：中華人民共和國國旗等
神舟二號
發射時間：
2001年1月10日1時0分3秒
飛行時間/圈數：
6天零18小時/108圈
試驗項目：我國第一艘正式無人飛船。
神舟三號
發射時間：2002年3月25日22時15分
飛行時間/圈數：6天零18小時/108圈
試驗項目：“神舟”三號是一艘正式無人飛船，飛船技術狀態與載人狀態完全一致。
送模擬人上天試驗
2002年4月1日，我國自行研制的神舟三號飛船在太空繞地球飛行108圈后，在我國內蒙古中部地區成功地著陸。
此次神舟三號飛船是我國首次完全模擬載人狀態
進行飛行試驗的，因此引起國內外的廣泛關注。神舟三號是無人飛船，可船艙里卻安坐了一名矮小結實的“小伙子”。據飛船系統副總指揮秦文波的介紹，這是飛船上新添的模擬人設備。雖說是假人可“他”卻會“呼吸”、 能“排汗”，皮膚軟綿綿的很像真人
為什么要進行
“模擬人”試驗？
神舟四號
送模擬人上天試驗
發射時間：2002年12月30日0時40分
飛行時間/圈數：6天零18小時/108圈
搭載物品：除了大氣成分探測器等19件設備已經參加過此前的飛行試驗外，其他的空間細胞電融合儀等33件科研設備都將是首次“上天”。等等。
神舟五號
發射時間：2003年10月
15日9時整
飛行時間/圈數：21小時
/14圈
搭載物品：除了中國飛天第一人楊利偉外，“神舟”五號載人飛船返回艙內還搭載有一面具有特殊意義的中國國旗、一面北京2008年奧運會會徽旗…… 等等。
2005年10月17 日，凌晨4時33分，在經過115小時32分鐘的太空飛行，完成我國真正意義上有人參與的空間科學實驗后，神舟六號載人飛船返回艙順利著陸，航天員費俊龍、聶海勝安全返回。
神舟6號
神舟7號
2008年9月25日21時10分，長征二號F型運載火箭點火，神舟七號飛船在酒泉衛星發射中心升空在實施第三次載人航天飛行過程中，我國航天員將首次進行太空行走實驗，把足跡印在神奇浩瀚的宇宙之中。我國航天員邁入太空的一小步，標志著我國載人航天工程發展邁出了一大步
（右起）翟志剛、劉伯明、景海鵬
神舟十號
神舟11號
景海鵬
陳冬
我國宇宙飛船載人前試驗飛行次數
　　 中國神州號： 4次
　　神州1號 1999年 11月20日
　　 神州2號 2001年 1月10日
　　 神州3號 2002年 3月25日
　　 神州4號 2002年 12月30日
　　 前蘇聯載人前飛船試驗次數： 共7次
　　 美國載人前飛船試驗次數： 共8次
如果不進行神州1到4的發射，只要技術先進，直接發射神州5行不行？
為什么要進行技術試驗？
可以驗證技術是否成功，也是發現問題、探究規律、優化技術的關鍵.
通過技術試驗,可以使設計得以改進和完善,將設計的風險和失誤降到最低.
阿什塔比拉河橋的垮塌
過去，美國橋梁設計界一直采用可靠的豪威木制桁架結構。1863年，克里夫蘭的鐵路巨頭Amasa.B.斯托恩驕傲地宣稱，他們在橋梁設計技術上取得了一項重大的進步，即橋梁的建筑材料全部采用鐵制材料。然而，斯托恩對這種較新的材料過于信任，未經技術試驗就投入了使用。事實上，全部使用鐵制材料建造橋梁存在實質性的缺陷：這種鐵制橋梁是靠壓力將各部分裝配在一起的，如果有一個接合處發生移動，則整個結構都會隨之移動。
果然，在1876年12月29日，當一列旅客列車經過阿什塔比拉河時，一個內部隱藏著氣泡的鐵架發生斷裂，整個橋梁隨之倒塌，100多名旅客在事故中喪生。阿什塔比拉河橋垮塌成為美國歷史上最為嚴重的橋梁垮塌事故。
技術試驗是技術研究不可缺少的基本方法和手段，它對技術應用的實現起到了有力保障作用。通過技術試驗，可以使設計得以改時和完善，將設計的風險和失誤降到最低。
思考:以上案例給我們什么啟發
你在日常生活中接觸過哪些技術試驗 請舉例說明。
醫院青霉素皮試
藥品小白鼠試驗
艾滋病疫苗的接種試驗
列車或飛機的運行試驗等
二、技術試驗的分類
1.按應用范圍分類
農業試驗
工業試驗
國防試驗
科學試驗
2.按目的分類
性能試驗
優化試驗
預測試驗
信息試驗
通過改變所給的條件，測量試驗對象的狀態變化并分析其原因，明確試驗對象的性能或性能故障，如對產品的高溫試驗、振動顛簸試驗等
高溫試驗
返回
性能試驗
優化試驗
對試驗對象進行優化或條件組合，如農業中不同品種的對比試驗。
“雜交水稻之父”袁隆平在試驗田
預測試驗
預測被試對象狀態的變化及產生的后果。
對不同安全帽的超載試驗
信息試驗
通過測量、采集、識別和處理信息來影響試驗效果。
三、技術試驗方法
強化試驗法
優選試驗法
模擬試驗法
虛擬試驗法
移植試驗法
……
1、強化試驗法
通過擴大和強化試驗對象的作用，以提高試驗效率的方法
鹽水搓板路
強化壞路行駛
安全帽的強化試驗
便攜式小凳的承重強度試驗！
24輛總重達1320噸左右的集裝箱卡車，裝滿最高荷載的渣石駛上大橋，在三來三去的車道上排成六列，承受如此“極端重壓”，大橋巋然不動！檢測人員通過7個控制點上的監測儀器，測出了橋面在重壓下的變形情況數據。隨后，這些車輛三三兩兩結伴而行，分別以每小時10公里、20公里、40公里、60公里的時速駛過大橋。檢測人員還分別測試了大橋的抗風、抗震等性能。
　　
　　運用數理統計的方法，選定若干次典型意義的試驗，邏輯地推出全部試驗所達到的最佳效果，這種試驗方法稱為優選試驗法。例如：不同品種水稻的對比試驗。
袁隆平在進行水稻的選種試驗
2.優選試驗法
3、模擬試驗法
通過再現的形式來模擬現實發生情況的方法。模擬試驗還可以通過縮小（放大）比例模擬所設計的現場效果。
汽車模擬碰撞試驗法
歐洲A400M運輸機正在接收風洞試驗
為了試驗飛行器的空氣動力性能，把飛行器放在產生強大的人工氣流管道裝置內，觀測氣流或氣流與飛行器之間相互作用。研究其空氣動力學的規律。通過風洞試驗來確定飛行器的氣動狀態和評估其飛行性能。
模型模擬
鳥巢模型
模擬淋雨
場景模擬
神州飛船的模擬人試驗：為了試驗飛船返回艙內人的生存環境，采用仿真模擬人試驗人在飛船飛行過程中，艙內環境對人的呼吸系統、排泄系統、血液循環系統等一系列生理變化情況。
要成為一個宇航員很不容易，要經過層層的選拔，選拔成為宇航員后還要經過很多高強度的體能訓練。宇航員的訓練遠比我們想象的艱苦，有些訓練甚至讓人難以忍受。當初蘇聯宇航員在一年內，要騎自行車1000公里，滑雪3000公里，越野跑步200多公里。當年美國的宇航員登月前要穿幾十千克重的宇航服，在炎熱的佛羅里達沙漠中，每天行走二三十千米。而今我國的宇航員也在進行高強度的訓練。
為什么他們要進行這么多高強度的訓練啊？
思考：
是為了讓他們在執行太空任務時能更好適應太空的環境，并能很好的處理各種突發事件。
4、虛擬試驗法
利用計算機技術來虛擬現實中的技術設計原型并進行試驗的方法
計算機虛擬“勇氣”號火星探測器
　　在相互具有差異的事物之間，將某些共同相關的因素從一物移植到另一物進行試驗，如作物的嫁接試驗、器官（基因）移植試驗。
如橘子從長江以南移植到長江以北的種植試驗、
藥品小白鼠試驗、青霉素皮試、艾滋病疫苗的接種試驗……
5、移植試驗法
(1)技術試驗報告的寫作
1.制定計劃
2.抽取樣本
4.分析數據
3.進行試驗
5.得出結論
四、撰寫試驗報告
重視記錄真實的試驗數據
試驗次數 砝碼質量(克） 材料下彎距離(毫米）
(2)技術試驗者應具備什么品質
科學的精神
嚴謹的態度
頑強的毅力
當核材料接近臨界值
1945年的一天，斯洛廷和其他幾位科學家正在聚精會神的進行原子彈臨界質量試驗。突然，兩塊裝有核材料的半球越來越接近，就快達到臨界值，中子在迅速的釋放著，核反應即將進行！正在這時，斯洛廷手中的螺絲刀滑脫，情急之中，他憤然不顧自己會遭受大劑量核輻射的危險，用手分開了兩個半球，阻止它們達到臨界值。之后他又鎮靜的記下當時的數值，才安然躺在前來救助的擔架上，9天之后，斯洛廷去世了，卻留下了一份用生命的代價換來的珍貴資料。
人們在技術試驗中可能會遭遇不可預料的危險，甚至有人為了獲得資料在試驗中英勇獻身，你對此有什么看法
1876年，英國人亨利-弗萊斯發明了一種閉路氧氣再呼吸器，采用的是壓縮氧氣，而不是壓縮空氣。他的發明最初用于修理一艘被水淹沒的船只的鐵門。后來，他決定帶著自己的發明潛水，深度達到9米。不幸的是，弗萊斯最終因吸入純氧身亡。在壓力下，氧氣對人體而言變成了毒氣。
1912年2月
4日，奧地利出
生的法國裁縫、
發明家和降落傘
運動先驅弗蘭茲
-瑞切特從埃菲
爾鐵塔上縱身躍
下，測試他設計
的可穿戴式降落
傘。盡管好友和
觀眾一再勸阻，
瑞切特還是堅持己見，最后從埃菲爾鐵塔跳下。不幸的是，降落傘沒有打開，瑞切特為自己的此次冒險付出了生命代價。
在技術發明、技術革新、技術推廣的活動中，技術試驗的作用不可忽視，它是發現問題、探究規律、優化技術的關鍵
五.技術試驗在設計中的作用
設計目標：
1.利用報紙、剪刀、膠水等有限材料和工具，設計并制作一款美觀、實用的紙袋。
2.至少能承重2500g以上。
3.方便手提，利于放置，方便放取物品。
4.寬不得少于3cm，長不得少于12cm，高不得低于15cm.
設計制作紙袋并進行承重試驗
常見紙袋結構造型
步驟：
小組討論，形成并確定設計方案
將一張報紙通過折疊、卷曲、裁切等操作，制作成不同的結構造型（必要時用膠水粘貼）
逐漸放入砝碼，用單手提起后，測試紙袋所能承受的砝碼的質量。
展示每組紙袋及最終承重能力，并分析原因。
“承重質量”指的是紙袋損壞前的砝碼總質量。
要有認真、嚴謹的科學態度，不能有“差不多、胡湊活”的思想，試驗數據要尊重事實，不能隨意修改、杜撰。
思考并討論：
1.影響紙袋承重能力的因素有哪些？
2.你的作品還有哪些改進的空間？（可利用課余時間自己嘗試改進）
作品展示及要求：
1.至少能承重2500g以上。
2.方便手提，利于放置，方便放取物品。
3.寬不得少于3cm，長不得少于12cm，高不得低于15cm.
4.紙袋外形美觀，結實耐用。
5.逐漸放入砝碼，用單手提起后，測試紙袋所能承受的砝碼的質量。
6.展示每組紙袋及最終承重能力，并分析原因。

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