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第二章 技術世界中的設計
課標導引
考點 課標要求 學業水
平要求
技術與設計的關系 (1)厘清技術與設計的相互關系 (2)理解設計的豐富內涵 理解設計的豐富內涵,闡述技術設計的特征 厘清技術與設計的關系
水平二
水平二
設計的一般原則 (1)分析設計的一般原則 (2)辨析設計原則之間的關系 根據設計的一般原則,運用一定的設計分析方法,制定符合設計要求的完整設計方案
水平二
水平二
設計的一般過程 (1)設計的一般過程 (2)設計過程的設計要求和設計方案 (3)方案設計中的創新 熟悉設計的一般過程,進行發現與明確問題、制訂設計方案、制作模型或原型、優化設計方案、編寫產品說明書等設計環節的實踐
水平二
水平一
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技術試驗及其方法 (1)技術試驗及其意義 (2)技術試驗的常用方法 (3)技術試驗報告的寫作 闡述技術試驗的意義、特點,結合技術作品的設計與評價進行簡單的技術試驗,寫出技術試驗報告,體驗技術探究、技術革新活動的樂趣,并通過技術試驗的多種常用方法,對多個方案進行比較、權衡和優化,形成最佳方案
水平二
水平一
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教材研析
知識點一　技術與設計的相互關系
1.設計是技術發展的重要驅動力
一項技術的創新需要設計,一個技術產品的更新需要設計,一項工藝的改進也需要設計,技術成果的轉化更離不開設計,設計成為推進技術發展的重要驅動力。主要表現在:技術的發展離不開設計;設計是技術成果與人的需求之間聯系的紐帶,是技術成果轉化為技術產品的橋梁;設計促進技術的革新。
2.技術發展對設計產生重要影響
技術發展對設計的影響主要表現在:技術是設計的平臺,設計的實現以技術為基礎;技術發展為設計提供了更為廣闊的思維空間,使設計的主題更加豐富;技術的進步促進了設計手段和思維的發展。
知識點二　設計的豐富內涵
設計是基于一定設想的、有目的的規劃及創造活動。
1.技術設計
側重功能、結構、材料、工藝、程序、操作、實用、壽命、舒適、安全、成本、環保等。
2.藝術設計
側重審美、欣賞、文化、色彩、圖案、造型等。
3.技術世界中的設計,其核心是技術設計
通用技術是一門技術與藝術相結合的學科,是功能與形式、技術與藝術的統一。設計的出發點是為人而不是產品,必須遵循自然與客觀的規律法則來進行。
知識點三　設計的一般原則
1.實用原則
設計中的實用性是指設計的產品為實現其目的而具有的基本功能(例:格雷夫斯水壺的設計)。它包括四個功能:
(1)物理功能
產品的性能、構造、精度、效率和可靠度等。
(2)生理功能
產品使用的方便、安全和宜人等。
(3)心理功能
產品的造型、色彩、裝飾和肌理等。
(4)社會功能
產品象征、個人價值、社會地位、興趣和愛好等。
2.創新原則
創新是指通過引入新概念、新思想、新方法、新技術等,或對已有產品的革新來創造具有一定社會價值的事物或形式。創新是設計的核心,產品沒有創新就沒有生命力。一般地說,創新可以從原理、結構、技術、材料、工藝等方面實現。
3.經濟原則
經濟原則是指以最低的費用取得最大的效益(例:卷紙設計成方形來減少空間占用,降低運輸成本)。在設計產品時,要注意采用新工藝、新材料,盡可能做到有利于批量生產,有利于自動化操作和管理,有利于降低材料消耗和節約能源,有利于產品的包裝、運輸、銷售、儲存和回收等各個流通環節的暢通。
提高功能成本比值的方法:(1)功能不變,降低成本;(2)價格不變,增加功能;(3)增加功能,降低成本。
4.道德原則
道德原則包括在設計中強調以人為本、遵循道德倫理、保護知識產權、負起社會責任等。產品的設計應始終堅持為人服務的宗旨,不能出于某種不道德的目的(例:生產假冒偽劣產品、有毒有害食品和竊取他人設計成果都是不符合道德原則的)。
5.美觀原則
產品外觀的美是通過對產品造型、大小比例、使用材料、色彩搭配、裝飾圖案等的設計組合來表達的。產品設計中的美觀原則是多元的,它受到消費者、功能、技術、文化傳統等多方面的影響。
6.技術規范原則
技術規范既有強制性標準,也有推薦性標準,主要指:①設計產品符合行業中的規定,有強制性和推薦性的規定;②標準件,即結構、尺寸、畫法、標記等各個方面已經完全標準化,并由專業廠生產的常用的零(部)件,如螺紋件、鍵、銷、滾動軸承等,可批量生產,實現通用互換(例:數碼產品的USB接口、飛機統一的圓形窗戶和其他行業標準)。
7.可持續發展原則
技術設計的可持續發展原則是指產品的設計既滿足當代發展的需求,又考慮未來發展的需要,不以犧牲后人的利益和長遠的利益為代價來滿足當代人的需求。可以從人類的長遠發展、資源的合理利用、生態平衡等三方面來考慮。
知識點四　設計的一般過程
1.發現與明確問題
設計必須從調查需求、分析信息、發現與明確需要解決和值得解決的問題開始,提出設計項目,明確設計要求。
“設計要求”包括的內容有:(1)功能;(2)外形、材料、結構、技術指標等要求;(3)完成時間、成本等;(4)反映的文化內涵。
2.制訂設計方案
在這個過程中,要大膽突破傳統觀念的束縛,始終明確:運用不同的材料、結構可以產生不同的設計方案;任何設計方案都有改進的可能性,好方案絕不會僅有一個。具體過程包括以下幾個步驟(以便捷式小凳的設計為例):
(1)收集信息
收集有關各類凳子的資料。
(2)設計分析
(3)方案構思
根據設計要求,大膽構思,挖掘創造潛力,提出解決問題的多個設想。
(4)方案呈現(繪畫方案草圖)
將自己的構思和創意具體化、形象化和視覺化。根據自己的構思畫成草圖,根據草圖再繪制詳細的設計樣圖。
(5)方案篩選
以小組為單位,對小組內的設計方案進行初步的篩選,對現有的方案進行整合,并最終呈現出1~2個你們小組認為最合適的便攜式小凳設計草圖。
3.制作模型或原型
完成方案篩選以后,就要開始制作模型或原型,模型制作包含兩個階段:繪制圖樣和制作模型或原型。
4.優化設計方案
(1)測試
檢驗產品在操作、使用過程中,其結構和技術性能等方面能否達到預定的設計要求(質量、承載力、方便拆卸、穩定性等)。
(2)評價
在測試的基礎上,我們還要對設計方案和產品進行較為全面的評價。這種評價,在設計過程的后期需要反復進行。
(3)優化
既要分析測試和評價的具體記錄,又要重視對公眾意見的調查,以明確改進的方向(增加結構強度、美化外觀等)。
5.編寫產品說明書
正確的使用和維護既可以使產品更好地滿足人們的需求,又能延長其使用壽命。
設計實際上是一個動態發展的過程,不能將設計的過程簡單化、模式化,而應根據設計的需要進行靈活安排。
知識點五　技術試驗
1.技術試驗及其意義
(1)含義
技術活動中為了某種目的所進行的嘗試、檢驗等探索性實踐活動稱為技術試驗。
(2)重要性
技術試驗是技術活動中的一項重要內容,在技術發明、技術革新、技術推廣等活動中,它不僅是對技術成功與否的驗證,更是發現問題、探究規律、優化技術的關鍵。技術試驗是技術研究不可缺少的基本方法和手段,對技術應用的實現起到了有力的保障作用。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概率降到最低。
2.技術試驗的常見類型
根據目的不同分為性能試驗、優化試驗、預測試驗等。
3.技術試驗的常用方法
(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(例:磚塊等施工材料的抗壓試驗、耐火試驗、水管抗壓試驗)。
(2)優選試驗法
運用數理統計的方法,選定若干次具有典型意義的試驗,按一定的邏輯推出全部試驗所達到的最佳效果(例:不同品種水稻的對比試驗)。
(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(例:汽車碰撞試驗;大壩水利試驗)。
(4)虛擬試驗法
利用計算機技術來模擬現實中的技術設計原型并進行試驗的方法(例:用計算機模擬火星探測器登陸火星表面的場景)。
(5)移植試驗法
在具有差異的事物之間,將某些共同的或相關的因素從一物移植到另一物上進行試驗的方法(例:橘子從長江以南移植到長江以北的種植試驗)。
知識點六　撰寫試驗報告
1.技術試驗報告的寫作
技術試驗的實施包括制訂試驗方案、抽取樣本、進行試驗、記錄數據、分析數據、得出結論等幾個步驟。技術試驗報告是技術試驗工作完成后應當形成的成果,包括試驗目的、試驗準備、試驗過程、試驗記錄、試驗結論等。
簡單技術試驗報告
試驗目的 測試機動車用三角警告牌結構的穩定性
試驗材料 及準備 機動車用三角警告牌樣品、鋼直尺、200 g鉤碼一個、細繩
試驗過程 1.閱讀國家標準4.6節和5.6節的規定,在試驗記錄單上填寫結構穩定性技術要求和國家標準數據
2.選擇4件合格的測試樣品分別進行組裝,使用鋼直尺測量出樣品的初始高度
3.在樣品的頂點處系上細繩,掛上鉤碼,用鋼直尺測出位移后的高度,得出位移距離,計入表中
4.撤銷測試力,用鋼直尺再次測量樣品高度,計入下表中
5.重復步驟2~4,共計測試3次
6.列表比較、分析試驗數據
試驗記錄
試驗結論 四個樣品在相同的測試條件下,位移距離均不超過國家標準要求(不大于50 mm),均合格
試驗內容 樣品1 樣品2 樣品3 樣品4
第 一 次 測試力 2 N 2 N 2 N 2 N
初始高度 460 mm 460 mm 440 mm 440 mm
位移距離 5 mm 8 mm 4 mm 5 mm
恢復高度 460 mm 460 mm 440 mm 440 mm
第 二 次 測試力 2 N 2 N 2 N 2 N
初始高度 460 mm 460 mm 440 mm 440 mm
位移距離 5 mm 8 mm 4 mm 5 mm
恢復高度 460 mm 460 mm 440 mm 440 mm
第 三 次 測試力 2 N 2 N 2 N 2 N
初始高度 460 mm 460 mm 440 mm 440 mm
位移距離 5 mm 8 mm 4 mm 5 mm
恢復高度 460 mm 460 mm 440 mm 440 mm
2.技術試驗在設計中的作用
通過試驗可以發現問題,優化設計,推動技術設計的發展。特別是在技術設計的后期,對設計進行綜合性的整體試驗,可以為設計的評價提供準確、客觀的數據。
問題詳解
典例1 設計的一般原則
典例2 技術試驗方法
典例3 技術試驗的必要性和嚴謹性
典 例 1
(2022年浙江1月學考)一款多功能電源插線板如圖所示,下列關于該插線板的評價,合理的是(　　)
A.既能放手機,又能充電,符合設計的實用原則
B.多種插口組合在一起,符合設計的道德原則
C.插線板呈圓形,符合設計的技術規范原則
D.外殼材料絕緣,符合設計的可持續發展原則
A
變式訓練
下列關于各產品的設計,說法不正確的是(　　)
A.水杯可傾斜倒置的設計,體現了設計的創新原則 B.擠壓式油刷的設計,體現了設計的實用原則 C.可折疊馬桶具有省水功能的設計,體現了設計的可持續發展原則 D.插座USB接口的設計,體現了設計的安全原則
D
解析 采用USB接口的設計體現了設計的技術規范原則。
典 例 2
2(2022年浙江1月學考)小明將衣服放在強紫外線燈下長時間連續照射,觀察衣服是否會褪色。小明采用的試驗方法屬于(　　)
A.優選試驗法
B.強化試驗法
C.虛擬試驗法
D.移植試驗法
解析 “小明將衣服放在強紫外線燈下長時間連續照射,觀察衣服是否會褪色”,這是通過擴大和強化試驗對象的作用,以提高試驗效率,屬于強化試
驗法。
B
變式訓練
(2021年浙江7月學考)貴州都安高速云霧大橋進行840噸荷載試驗的場景如圖所示。該技術試驗的方法屬于(　　)
A.移植試驗法 B.模擬試驗法
C.優選試驗法 D.虛擬試驗法
解析 根據圖片信息,云霧大橋上停了幾十輛汽車,再現現實發生的實際承重情況,因此此試驗方法屬于模擬試驗法。
B
典 例 3
某公司生產了一款用于體育場露天看臺的塑料椅子,想通過較短時間的試驗了解該款椅子的使用壽命,下列試驗方法較合理的是(　　)
A.采用模擬試驗法模擬太陽光穿過窗玻璃照射進行光照老化試驗
B.采用虛擬試驗法模擬產品在潮濕、超高溫的環境中進行耐腐蝕試驗
C.采用強化試驗法模擬光照強度遠高于實際的太陽光直接照射進行光照老化試驗
D.采用強化試驗法進行自由跌落試驗
解析 想通過較短時間的試驗了解該款椅子的使用壽命當然要用強化試
驗法。
C
變式訓練
一款公交地鐵一卡通智能戒指如圖所示,出行時,將佩戴的智能
戒指靠近公交、地鐵的讀卡器設備,即可感應并讀取相關信息,
實現支付。關于該智能戒指出廠前進行的測試,下列說法不正
確的是(　　)
A.讓智能戒指分別在高溫和低溫環境中放置一定時間,對其進行環境適應性測試
B.讓智能戒指從不同高度自由跌落,對其進行破壞性測試
C.戴上智能戒指乘公交、地鐵消費一萬次以上,對其進行強度測試
D.將智能戒指放入水中,對其進行防水性能測試
解析 消費次數與該產品的強度沒有必然聯系。
C

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