資源簡介

普 通 高 中 教 科 書
《通用技術》選擇性必修9：創造力開發與技術發明
第四章 發明成果與專利
第 一 節 發明成果分析及優化
教學設計
教學背景
清代文學家王國維在《人間詞話》寫道：“古今之成大事業、大學問者，必經過三種之境界：‘昨夜西風凋碧樹，獨上高樓，望盡天涯路’，此第一境也。‘衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴’，此第二境也。‘眾里尋他千百度，驀然回首，那人卻在，燈火闌珊處’，此第三境也。” 原本這三首詞寫的是兒女私情，王國維卻用創造性思維的方法，在古人的知名詞作品中巧妙地摘引出這幾段名句借用來講做學問的三種境界，不但一語中的，講得非常透徹，而且讓人印象十分深刻。
創造力開發過程是技術發明人的創造性思維過程，也是一種做學問的探索過程，其思維方法在很大程度上與王國維歸納總結出來的“成大事業、大學問者，必經過三種之境界”有一致性，也給選修這門課的同學指出了學習方法。
通用技術是以設計學習、操作學習為主要特征的基礎教育課程，技術設計的學習貫穿于整個技術學習的過程。技術的本質在于創造，在通用技術系統課程里專門設置是一門以創造為核心的課程，其目的就是有效地培養學生的創造力與想象力，培養其創造性思維能力， 從而學好通用技術的各項課程。
教學目標：
知識與技能目標:
1.能對發明成果進行利弊分析并提出優化方案。
2.學習倫理道德與發明成果的關系。
教學內容分析:
本書第三章則介紹了創新工具和創客文化。通過常用工具的引入，理解創新工具的豐富性和發展性。通過本章的學習，學生將回顧在進行創新作品制作時經常會使用的常用工具，懂得如何利用三維打印機、激光切割機和數控機床等創新工具進行創造性設計的物化實現的基本途徑。創客與創客文化是新生事物，創客活動離不開創新和創造性制作。本章中還介紹了創客文化及其對社會進步的影響，從而讓學生知曉眾創空間的基本概念及其存在的多種形態，能夠對創客制作實際效果進行創造性效果和實現路徑的具體分析，懂得如何像一個真正的創客那樣進行創造。
本書第四章的主題是發明成果與專利。通過案例的引入，讓學生能夠對創造成果進行實事求是的評價，懂得優化的路徑。通過對本章的學習，學生將理解保護知識產權的重要性，在保護自己的創造性成果的同時也懂得尊重他人的勞動成果，并能夠通過網絡查詢有關專利技術的資料，學會專利的申請方法和基本流程。
學情分析:
學生對技術與創造力開發的了解認識有限，面對未來，他們需要學習有關技術與創造力開發的知識。
了解發明創造的必要條件，使學生能夠有意識地運用創造性思維體驗發明創造的過程，形成積極的創造意向和興趣，培養良好的批判性思維和創造性思維等思維品質。
教學重難點:
能對發明成果進行利弊分析并提出優化方案。
學習倫理道德與發明成果的關系。
教學策略:
欄目“思考”“討論”“探究”“知識窗”“設計與實踐”等，要求學生開動腦筋，相互啟發，把自己代入情景之中，感受技術與創造的魅力。同時也讓學生養成良好的思維習慣，能夠對身邊的事物進行判斷和分析，設想有無改善和提高的可能性。技術的發展推動了社會的發展，在“大眾創業、萬眾創新”的今天，更需要提升和發揮我們的創造力，希望通過本書能夠讓學生理解技術，熱愛創造，擁有屬于自己的設計和作品。
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》選擇性必修9：創造力開發與技術發明　第四章 發明成果與專利　第 一 節 發明成果分析及優化。
任何發明成果的問世，都凝聚著發明人的辛勤勞動及付出，有的發明人甚至投入畢生的時間、精力及財力來完成一項發明。如何讓發明人通過自己的發明獲得合理的回報，從而更有信心繼續從事自己的發明事業？專利就是這樣一個全世界通用的技術創新保護手段，它是創新發展的重要動力。專利制度在世界范圍內獲得了廣泛認同，進行專利申請及保護已經成為廣大科技人員的基本技能。
社會的物質文明及精神文明的發展離不開科技的推動，發明創造作為支撐科技發展的核心動力之一，受到全社會高度重視，但任何事物都有兩面性，發明創造也不例外，我們要正確判斷一項發明成果對社會的影響，對其利弊進行分析，通過一定的優化措施，限制其弊端，強化其優勢，從而讓發明成果更有效地造福社會。
一、發明成果的利弊分析及優化
案例
太陽能發電技術的利與弊
太陽能是公認的最理想的清潔環保能源，因此太陽能發電技術被賦予無限的遐想，其優點很多，如資源分布廣泛且取之不盡、用之不竭，發電過程無噪聲、無排放、無污染，可就地發電而無傳輸損耗，發電設備運行穩定、壽命長，安裝簡單，容易擴充或搬遷，可以大規模部署等（圖4-1）（參見教材P71）。
專業人士卻從另外角度發現了其越來越多的弊端，充滿了擔憂。被神化了的太陽能發電到底有哪些缺點？
1．對野生動物造成致命傷害。
在美國加州和內華達州交界的莫哈韋沙漠伊凡帕地區，有一座世界上最大的太陽能發電站。經測試，太陽能板上空的溫度遠超人體及動物的承受極限，常常發現被燒死和燒傷的鳥類及其他一些野生動物，引來動物保護主義者的不斷抗議。
2．發電效率低且不穩定。
占地面積大、單位面積能量密度低、轉換效率低；只能在有陽光時間歇性工作，受地域氣候環境因素影響大，供電不穩定。
3．發電設備制造過程存在高污染及高能耗。
太陽能發電的主要設備為晶體硅電池，其主要原料是純凈的晶體硅，硅的主要存在形式是沙子（SiO 2 ）。從硅砂變成純度為99.999 9％以上的晶體硅，要經過多道化學和物理工序的處理，整個過程高污染、高能耗。因此從這個意義上講，太陽能發電只是將污染轉向產業上游，轉移了人們的視線而已，并未徹底解決發電的環保問題。
1．發明成果的常見利弊分析方法
任何事物都有正反兩面性，任何技術都是一把雙刃劍，發明成果也不例外。一般發明人往往過分強調甚至夸大發明成果的優勢，而對其弊端很少考慮甚至刻意隱瞞，等發明成果的弊端出現時，讓使用者措手不及。因此，我們有必要對一個發明成果從正反兩方面，分析其利弊，一般可以從如下角度來進行分析，并對弊端進行適當防范及改進。
（1）用戶體驗：用戶使用是否方便，有無誤操作的可能性。還要考慮特定人群使用產品的體驗，如老年人、兒童或殘疾人。
（2）制造成本：成本是否過高，市場能否接受，能否通過選用低成本材料、改善工藝等方式來降低成本。
（3）產品壽命：產品壽命是否合理，如果壽命過短用戶接受度就低。
（4）環保：產品在生產和使用中是否會產生環境污染或傳染疾病等。
（5）是否存在人身傷害：產品是否可能對人體造成觸電、刮傷、夾傷等。
上面只列舉了一部分，還可以從更廣泛的角度來分析發明的利與弊。如本案例的太陽能發電，就存在陰雨天無法發電等發電不穩定的問題，所以采用太陽能發電可能需要用大容量蓄電池來儲存電能，對蓄電池充電時，還要有穩壓保護裝置。
完成一項發明創造，我們思考得更多的是該發明創造能產生的正面價值。事實上，我們同樣需要對可能的負面影響進行評估，一般可以采用頭腦風暴、調查問卷、樣品的實際測試等方法。
2．發明成果的優化路徑
當發明成果存在缺陷，可能會產生負面影響時，就要通過一系列的優化路徑找到防止產生負面影響的有效措施，一般來說，可以通過技術手段限制、警示提醒等方式來實現。
如在太陽能發電的案例中，可采用以下措施避免對鳥類的傷害：一是通過技術手段來防范，如在太陽能發電區上空安裝驅鳥裝置，防止鳥類進入；二是提醒用戶選擇合理的太陽能發電裝置安裝區域，避開鳥類聚集及活動區。
思考
回想自己參與過的發明創造作品的過程，梳理一下該發明成果經過了哪些過程，該過程有哪些步驟可以優化，該怎么優化？
立即行動
無人機作為一個集成了多項高科技的發明成果，在社會上廣泛應用，但無人機在高空作業時，難免會因與異物碰撞、內部故障等事故而墜落，如何防止它墜落時發生傷人或損壞事故？請提出你的改進技術方案，并與其他同學討論完善。
二、發明創造中的倫理道德與社會責任
案例
氟氯烴的禁用
氟氯烴曾被廣泛應用于制冷、發泡、電子元件的清洗及滅火等行業。20世紀80年代中期，人們在南極上空觀測發現臭氧層空洞。研究表明，氟氯烴等化合物分解產生的氯、溴等自由基破壞了臭氧。為此，1987年在世界范圍內通過《蒙特利爾議定書》規定禁止使用氟氯烴，南極洲上空的情況已慢慢改善。
討論
還有哪些發明成果在帶來便利的同時，也引發了各種問題？
發明創造能給人們的生活帶來便利，也推動著社會的發展。發明人應具備正確的倫理道德和社會責任意識，進行有意義的發明活動。
1．發明人應具備正確的價值觀
發明人在進行發明創造的過程中，對發明的價值和可能的負面影響進行評估，這樣也有助于促進發明的實現。發明是一項利人利己的事，應該帶給人們歡樂。如果以不良的發明動機進行發明，最終的結果只能是害人害己。
2．發明人要勇于承擔社會責任
發明人要對發明的過程以及可能產生的結果負責，發明人從滿足自己或他人需求的角度進行設計和制作，值得尊重和支持。
課后作業
習 題
1．留意生活中出現的創新設計產品，挑選其中一樣產品分析其利弊。
2．你認為作為從事發明創造工作者，除具備一個公民的基本道德素質外，還需要具備哪些道德素質？請列舉出來。
板書設計
第四章 發明成果與專利
第 一 節 發明成果分析及優化
一、發明成果的利弊分析及優化
1．發明成果的常見利弊分析方法
2．發明成果的優化路徑
二、發明創造中的倫理道德與社會責任
1．發明人應具備正確的價值觀
2．發明人要勇于承擔社會責任
教學反思
通用技術
選擇性必修9：創造力開發與技術發明
普 通 高 中 教 科 書
主 編 劉瓊發
副 主 編：李 榕 周衛星 朱美健 席春玲
本 冊 主 編：肖 萍
編 寫 人 員：陳曉民 顧文揚 陳 威 趙忠華
宋向明 梁劍文
廣東教育出版社
廣東科技出版社

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