資源簡介

《通用技術》必修1第二章
2.2 技術設計的原則
教學設計
教學背景
黨的二十大報告指出，“教育、科技、人才是全面建設社會主義現代化國家的基礎性、戰略性支撐。必須堅持科技是第一生產力、人才是第一資源、創新是第一動力，深入實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略”。
通用技術是一門與科學技術息息相關的學科。回顧人類的發展歷程，從石器時代、青銅時代、蒸汽機時代直到當今的信息時代，技術進步改變著人類的生活和生產方式。我們的生活、工作、生產處處都要用到技術，例如我們手中拿的圓珠筆和鋼筆就是多次技術改造的結果，使我們足不出戶就可以了解世界的電視機也是技術發明的成果。認識技術、善用技術，已成為現代人必須具備的素質。
教學目標：
知識與技能目標:
理解設計的基本原則
初步學會用設計的基本原則對產品簡單評價
初步學會用設計的基本原則進行簡單設計
情感、態度、價值觀目標:
通過了解技術發明與技術革新的關系，增強學生對技術的理解，培養學生對技術應以人為本的理念。
加深對技術的藝術美、技術美及文化性的理解，增強技術設計的道德責任觀念。
通過對設計原則的理解，形成全面的、聯系的、發展的技術原則觀。
教學內容分析:
本書的第二章讓同學們了解技術設計學習需要形成的核心素養，學會技術設計中常用的思維方法，通過學習設計的基礎知識，為開展技術設計活動做準備。技術的目的在于改善人類的生活。人類在滿足生活的需求與愿望時，會遇到許多問隨，因此解決問題的程序與方法、探索與實踐成為技術的重要內涵。
學情分析:
　通過前一章的學習，對設計與技術有了一定的認識，對設計一樣自己的作品充滿激情，但對設計的要求還不深入。本課培養學生良好的思維方式，進一步的提升學生學習設計的興趣。
教學重難點:
重點:
理解設計的基本原則
難點: 應用設計的基本原則設計作品和評價作品
教學策略:
本節課教學主要由教師通過實物圖片和多媒體手段設置學習情境，并加以引導，讓學生在過程中自主探究、自主建構設計原則知識并形成能力。
教學準備:
展示用的圖片、其他技術產品、多媒體課件。
　　教學過程:
　　情景導入:
老師：本節課我們學習《通用技術》必修1第二章第二節 技術設計的原則。
李明計劃購買一臺洗衣機，他通過電商平臺了解到某品牌洗衣機（圖2-8）（參見教材P41）有許多特色設計:
(1)使用新型材料制作。外觀纖薄美觀，防老化、耐腐蝕。
(2)使用靜音變頻電機。可變速節能，大幅降低噪聲，延長電動機壽命。
(3)有多種洗滌方案選擇。針對不同材質衣物、不同污漬的衣物，均有相應洗滌方案，一鍵選擇。
(4)洗衣過程智能感知。自動感知衣物重量、自動選擇水量，省水省電。
(5)上排水設計。讓最后一次的漂洗水（比較干凈的水）留存，用于下一次衣物預洗。
(6)人性化設計:
LED顯示及觸摸控制
洗衣過程可調可控
大視窗設計，美觀大氣，洗滌狀態一目了然
排永管位置左右可調
(7)安全四防護。斷電保護、門鎖保護、幾童鎖保護、開門保護。
(8)互聯網遠程控制。通過手機可實現一鍵開關機，顯示用電量、用水量，洗衣模式更改，洗衣狀態提醒，一鍵報修。
(9)零部件通用化。零部件實現標準化，裝配、維修便利。
李明決定結合“技術設計的原則”的學習，分析這款洗衣機宣傳介紹的特色設計遵循了哪些設計原則。
導學思考
上述洗衣機的特色設計遵循了哪些設計原則，你是否想對設計的原則有更多的了解
一、技術設計的一般原則
任務
結合情境及分析，體悟技術設計的一般原則，并嘗試運用設計的一般原則對案例中的洗衣機特色設計加以分析。
技術設計的一般原則指的是通用性原則，普遍適用于設計中。
1.科學性原則
情景
永動機的設計者試圖設計一種永動機:用發電機發出的電供給電動機，使電動機運轉，再由電動機帶動發電機發電，這樣就可以在外加力量啟動發電機和電動機之后，不需補充能量而一直運行下去，實現永恒的旋轉運動。
思考
你認為永動機可以實現嗎 為什么
永動機的設計必定會失敗，因為它違反了能量守恒定律。設計必須遵從科學原理，否則是不會成功的。
立即行動
試找一些違反科學性原則的設計例子，你為什么認為它違反了科學性原則
2.創新性原則
情景
風和太陽能互補的環保路燈應用已十分廣泛。但這類環保路燈的電源經常發生故障，需要安排維護人員不定期進行電源設備狀態的巡檢與維護，從而導到路燈養護成本偏高。萬老師和他的學生小陳，為了解決這個間題，設計了環保路燈遠程自動報障管理系統（圖2-9）（參見教材P42）。這項設計獲得了廣東省青少年科技創新大賽等獎。
在技術設計中我們需要遵循創新性原則。環保路燈遠程自動報障管理系統體現了以下創新:
一是時效性高，系統實時監控路燈的狀態，可以第一時間發現路燈故障，使路燈得到及時維護，二是節約維護成本，人工巡查管理維護成本高，采用智能監控系統可以大幅節約成本:三是模式創新，采用無線傳輸方式，借助移動短信收發功能，充分利用移動信息資源，促進路燈管理信息化。
3.安全性原則
情景
某電熱水器生產廠發明了一項高溫預熱式電熱水器，可在天氣寒冷時啟動預熱功能，先噴出高溫水蒸汽（達150°C），將浴室內溫度提高，當浴室內達到一定溫度（ 如20 °C）后則停止噴射高溫水蒸汽，自動轉入正常供熱水狀態。
這項產品的設計具有一定的創新性，開始時很受寒冷地區用戶的歡迎，但由于忽視了產品設計的安全性，外殼受潮后容易引起觸電，而且噴出高溫水蒸汽的控制技術不夠可靠，造成傷人事故，因此產品推出不久便被迫停產。
在產品或項目的設計中，必須嚴格遵循安全性原則，設計出來的產品在使用時必須是安全的。在產品設計時，常使用技術試驗、試用測試等方式，檢測產品的安全性。
討論
為了不讓垃圾箱影響市容，有人提出把馬路邊安放的垃圾箱改為地下式，扔垃圾時，用腳踏開關，地面就打開一個口，扔完垃圾這個口就關閉。你認為這個設計可行嗎 你有什么設計建議
4.實用性原則
情境
隨著教育信息化、數字化的發展，手機成為 一些學?！爸腔壅n堂”中學習的工具。如果要專門為“智慧課堂”設計一款手機，從實用性的角度，你認為需要設計哪些功能
目前市場上一般的智能手機功能配置都比較高，價格也高。實際上其許多功能在“智慧課章”中都不需要，有些功能還會對學生的學習和生活造成困擾。因此，設計用于“智慧課堂”的手機時，應遵循實用性原則，如僅以滿足“智慧課章”的功能需要、兼顧學校局域網范圍內的交流，能正常對外聯系通話等作為功能設計的目標進行設計。
5.經濟性原則
李明的爸爸想選購一輛經濟、實用的小汽車，他向朋友征求意見。有人向他提議: 觀察一下街道上跑的出租車，哪種款式多就選哪種。你認為有道理嗎 說說理由。
朋友的建議有一定的道理。出租車選用的品牌和車型一般價格都比較便宜；它們的維修配件大部分都是通用件，容易尋找，維修費用比較低；出租車能經受較長使用時間和較高使用頻率的考驗，質量比較有保證。因此，選擇較多出租車選用的品牌和車型，從質量與價格的角度比較、權衡是個不錯的購買選擇。
討論
經濟性原則通常可用“性能價格比”（簡稱性價比）來描述，列舉日常生活中你認為性價比較高的一件物品，并與同學討論。
6.可靠性和耐用性原則
情景
圓珠筆設計的基本要求是可靠性和耐用性，它的其中一項測試是要求圓珠筆能接一個角度順暢書寫80 m以上。為保證圓珠筆書寫的可靠性和耐用性，圓珠的筆尖制作十分情密。雖然全球有80% 圓珠筆由我國生產，但核心部件圓珠筆的筆尖的材料一直靠國外進口，這成為中國制筆人心中揮之不去的痛。2017年初，我國企業終于突破了技術難關，成功研發生產出適合生產圓珠筆的筆尖的新村料，并實現了量產。
小小圓珠筆頭的研發之所以難，難在其可靠性和耐用性。對一些關乎生命安全的設計如汽車的制動裝置、飛機的發動機等，更要把可靠性和耐用性放在設計的第一位。在技術設計中，我們要遵循可靠性和耐用性原則，要求設計的產品在規定的使用壽命內能適應規定的條件和環境，可靠地工作，不發生故障，功能、性能指標不低于使用說明書規定的要求。
7.標準化原則
情境
李明的朔期想網購 一張兒童床，讓李明幫忙選購。事關外甥的健康和安全，小明選購時十分認真。他首先查閱了所選產品是否符合國家環保質量標準（圖2-11），以及是否符合兒童床的安全要求，然后查詢了兒童床的尺寸標準。由于網購后需要自己安裝，李明向商家咨詢了安裝問題，商家回答:安裝非常簡單，因為提供有裝配圖，各種零配件都是通用性的，并配有相匹配的安裝工具。
李明網購兒童床時，主要考慮了產品設計的標準化。標準化在產品設計中的重要性體現在兩方面。
一是標準化是提高產品性能的有效手段:標準能引導產品設計不斷向高水平發展:產品設計最大限度地采用標準化，可以充分保證新產品性能可靠、質量優良；標準化是科學管理的重要組成部分，大力推行設計管理和方法的標準化，能大大提高設計水平和產品質量。
二是標準化能提高設計效率:產品設計術語符號、圖幅樣式、尺寸公差標準化，材料標準規格化，零件部件標準化、通用化，可以有效提高產品設計效率；標準化使技術儲備得以活用，能更高效率地創造出新的產品。
8.工程心理學和生理學原則
情景
汽車駕駛員都想有一張美觀、舒適、實用的座椅。以下是某品牌汽車駕駛座椅的設計:考慮到不同駕駛員的身高、腿長，座椅設計了可升降、可前后移動功能；考慮到駕駛員腰部容易疲勞，設計了可調節的腰部支撐功能；為了消減駕駛疲勞設計了座椅接摩功能；為了讓駕駛員在冬天駕駛時感到溫暖，設計了座椅自動加熱功能；為了方便駕駛員在休息區休息，設計了座椅平放功能等。設計人員根據什么來進行這些設計
在上述汽車駕駛座椅的設計中，可以發現，設計人員遵循了工程心理學和生理學的原則，在考慮美觀、舒適、使用方便的同時，亦考慮使用者和產品之間的協調關系，突出了以人為本的設計理念。
如果由你來設計一張電腦椅，談談你會如何讓設計體現工程心理學和生理學原則
9.時效性原則
某研究所接受一家空調機生產廠的委托，研究開發一種可變頻空調的電機控制板。委托書規定6個月內交貨，每塊價格不超過200元。A研究所在8個月后才完成設計任務，該電機控制板各功能指標符合設計任務書的要求，每塊價格為190元。但該空調機廠家不能接受該項目研究成果，因為當時已有另一家研究所開發出了功能相同的電機控制板，而且每塊價格僅為150元。
上述研究所在接受委托后，雖然按質量和價格的要求研究出了空調的電機控制板但未能按時完成設計任務，使產品失去了先發的優勢，因此導致了委托者與受委托者的糾紛?？茖W技術日新月異，市場情況千變方化，產品的設計必須遵循時效性原則，按照設計任務書，在規定的時間內完成，要避免出現產品設計出來便過時的情況發生。
調查
到家電商場或網店調查，家電的價格、功能、系列號是否與該產品的首次推出時間有關
10.最優化原則
李明和劉輝是同一學習小組的成員，兩人就某項產品設計的零配件選用問題展開了討論。劉輝認為好的零配件是好產品的基礎，所以要全部選用最好的零配件；李明則認為要積據產品的設計要求，選用合適的零配件，在功能、技術上盡可能做到最合理就可以了。你的意見呢
李明與劉輝的討論涉及技術設計的最優化問題，李明的意見比較有道理。產品零配件的選擇，要根據產品的設計要求，既考慮零配件等級問題，又考慮零配件的成本問題，不需考慮零配件之間的匹配問題等。找術設計需要運用工程思維，對各種設計因素進行分析、比較和權衡，努力做到最合理。
思考
以你居住的房間為設計對象，如果給你一次重新設計的機會，結合實際情況，從最優化原則考慮，你會如何設計你的房間
11. 法律、道德規范原則
情境
王某是一位科技愛好者，一天他在朋友劉某的鼓動下，設計了一種轎車遙控信號干擾器。這種遙控器可以發出與轎車遙控器相同的頻率信號。劉某利用這種遙控信號干擾器多次駕車尾隨作案對象。趁車主遙控鎖車的時間，利用信號干擾器干猶，致使車輛實際未上鎖，待車主離開后，劉某打開車門，將車內財物洗劫一空。劉某利用這種手段先后瘋狂作案30余起，王某也從中分得了部分贓款。最終他們都受到了法律的制裁。
上述案例中。王某的設計雖然有一定的技術含量，但這種以盜竊為目的的設計明顯是違法犯罪行為，因此受到了法律的制裁。我們開展技術設計，一定要遭守國家的法律、法規，不違背倫理道德。
討論
某洗衣機廠為了提高經濟效益，采取了兩項措施:
仿冒其他廠家的設計，節約設計成本
制作廣告，采取夸大宣傳的方法，如全球最先進、電動機永不磨損等來吸引消費者。
你贊成該洗衣機廠的做法嗎 為什么
12.可持續發展原則
情境
于金田同學發現，馬桶沖水浪費了大量的水資源，決定設計一套節水裝置為了達到節水又節能的目的，他巧妙地運用了水往低處流的原理，選擇利用樓上住戶的污水。經過大量試驗，于金田同學成功設計了一套樓房污水回收利用裝置，該裝置包括高位水箱和三通過濾器。樓上住戶的洗滌污水通過過濾器流到下一層樓的一個高位污水箱中，不需任何動力，利用水箱中水的落差就能沖洗下層住戶家的廁所。裝置中還設置了一個水位調節器用來調節水箱水位，當高位污水箱水量不足時，自來水可經這個裝置自動注入。
節能專家對于金田同學的設計給予了充分肯定:“目前家庭中普遍使用的抽水馬桶，沖1次至少要用去6- 10L水，如能把這項設計應用于實際生活中，每人每天就能節約50-90L水。”這項設計獲得了國家實用新型專利。
于金田同學的設計體現了綠色環保的意識。在技術設計中，必須堅持可持續發展原則，多從節約能源、生態優先、綠色環保的角度去考吃設計問題。
思考
以家居設施和用品為設計對象，思考哪些可以通過設計改進，實現節水、節能的目的。
立即行動
結合本節引入情境中李明同學收集的某品牌洗衣機的設計特色介紹，分析這些設計主要遵循的設計原則，并填入表2-7中。
表2-7 某品牌洗衣機設計遵循的設計原則
編號 技術設計 遵循的設計原則
1 使用新型材料制作
2 使用靜音變頻電動機
3 多種洗滌方案選擇
4 洗衣過程智能感知
5 上排水設計
6 人性化設計
7 安全四防護
8 互聯網遠程控制
9 零部件通用化
二、各原則之間的相互關系
在技術設計中，通常要考慮多方面的原則，有些原則是共存的，有些可能相互沖突，這就需要我們運用綜合的、系統的思維方法去分析處理，取得最憂的方案。例如，工業污水處理的設計，簡單處理的設計可能節約成本，按國家排污標準設計可能成本較高，在設計原則沖突時，我們應該將法律、道德規范原則和可持續發展原則置于優先的地位。
立即行動
在表2-8中，列出了在設計同一產品或項目時，部分設計原則之間可能存在的關系。它們可能是相互依存或者并存，也可能是相互矛盾、沖突。在表中寫出它們的關系。以及當兩種原則發生沖突時優先遵守的原則，并通過舉例分析說明。
表2-8 設計原則的相互關系
編號 設計原則 相互關系 優先的原則 舉例分析說明
1 安全性與經濟性
2 創新性與科學性
3 經濟性與法律道德規范
4 創新性與標準化
5 經濟性與最優化
6 經濟性與可持續發展
7 經濟性與可靠性、耐用性
8 實用性與工程心理生理學
討論、思考、形成小論文。
每位同學組織一篇小作文，可以從不同的方面進行展開。
完成后，與同學們進行討論、分享。
課后作業
1.試分析下列案例的設計目的，及其違反的技術設計原則。
(1)在飛往火星的航天器上，有人想按下列方案設計一種能源的產生辦法，將航天器所帶的水用電力進行電解，得到氫和氧，再將氫和氧進行燃燒產生動力，帶動發電機發電，發電機發出的電將燃燒生成的水再電解為氫和氧，如此循環，可以無窮利用，產生持續的能量。
(2)張陽多年前走過一條黑暗過道時產生靈感:如果設計一種用腳步聲控制的路燈開關一定很受歡迎。今年他終于有時間開展設計，卻發現市面上已有同類產品
(3)劉小燕所在村子有一間小造紙廠，排出的污永直接排入村中小河，污染了小河和村里的農田。環保局責令整改。造紙廠的黃技術員設計了一條長300m的管道，將造紙廠排出的污水通過管道引到該村東邊的河道下游，再排入河中，本村的河道和農田就不再受污染了。
2.試分析下列各項設計遵循了哪些設計原則。
(1)一些包裝袋的側邊設有便于撕開的缺口。
(2)通信行業標準YD/T 1591-2006《移動通信手持機充電器及接口技術要求和測試方法》于2006年頒布，要求新申請進網許可的手機及配套的充電器均要統一接口。這種標準域少了消費者使用手機的消費成本，使廠商減少資源浪費。而且充電器統一后不用買個手機換一個充電器，減少了因處理充電器而產生的環境污染。
3.迅擇一個飲料易拉罐，分析它的設計考慮了哪些設計原則。

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