資源簡介

專題02 技術世界中的設計
【學習目標】
技術與設計的關系
學生能夠理解設計與技術發展之間的緊密聯系，認識到設計在推動技術創新和產品更新中的核心作用。
設計的一般原則
學生能夠闡述并實際應用設計的一般原則，包括實用、創新、經濟、道德、美觀、技術規范和可持續發展等。
設計的一般過程
學生能夠掌握并描述設計過程的基本步驟，從發現與明確問題到最終的產品原型制作與測試。
技術試驗及其方法
【思維導圖】
【知識梳理】
知識點一：技術與設計的關系
1.技術與設計的關系
設計是技術發展的重要驅動力：
設計是技術成果與人的需求的紐帶，是技術成果轉化為產品的橋梁。
設計促進技術的革新。
技術發展對設計產生重要影響：
設計依賴技術實現。
技術發展為設計提供廣闊空間。
技術進步促進設計思維和手段的發展。
2、設計的內涵：
設計是基于一定設想的、有目的的規劃及創造活動。
技術設計側重于功能、結構、材料、工藝等。
藝術設計側重于審美、欣賞、文化等。
知識點二：設計的一般原則
設計的一般原則：
實用原則：產品具有的基本功能，包括物理功能、生理功能、心理功能和社會功能
創新原則：設計的核心，可以是新產品、新特性、新方法、新商業方式
經濟原則： 以最低的費用取得最大的效益
道德原則：符合倫理道德
美觀原則：從外觀體驗到美
技術規范原則：產品設計符合統一的標準和規范
可持續發展原則：設計滿足當代和未來發展的需求
設計原則之間的關系
各原則不是獨立的，它們之間有著相互聯系、相互制約、相互影響的關系。
以一個智能健康手環的發明實例來說明設計的一般原則
設計的一般原則
科學性原則：
實例設計過程：在智能健康手環的設計過程中，首先確保所有使用的技術和數據都是基于科學研究和驗證的。例如，心率監測功能采用醫學界廣泛認可的心電圖（ECG）算法，確保心率數據的準確性。
創新性原則：
實例設計過程：手環不僅提供基礎的心率和步數監測，還引入了睡眠質量分析、壓力水平評估等創新功能，通過內置的傳感器和算法，為用戶提供更全面的健康數據。
實用性原則：
實例設計過程：設計手環時考慮到用戶的日常佩戴習慣，采用輕便的材質和人體工學設計，確保手環既舒適又易于佩戴。同時，手環與手機APP的無縫連接，使用戶能夠方便地查看和分析健康數據。
安全性原則：
實例設計過程：手環在材料選擇、電池安全、數據傳輸等方面都嚴格遵循安全標準。例如，采用低敏感度材料減少皮膚刺激，確保電池不會過熱或泄漏，以及通過加密技術保護用戶數據的安全。
經濟性原則：
實例設計過程：在保證功能和質量的前提下，盡量采用成本效益高的材料和設計方案。例如，使用成熟的傳感器技術代替昂貴的醫療級設備，同時優化生產流程降低制造成本。
美觀性原則：
實例設計過程：手環的外觀設計簡潔大方，符合現代審美趨勢。同時，提供多種顏色選擇以滿足不同用戶的個性化需求。在界面設計上，也追求清晰、直觀、易于操作。
可持續發展原則：
實例設計過程：在材料選擇上考慮環保因素，盡量使用可回收或生物降解材料。在產品生命周期結束后，提供回收和再利用方案，減少環境污染和資源浪費。
設計的一般過程
知識點三：技術試驗及其方法
技術試驗及其意義：
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、優化技術的發展。
2.技術試驗的常見類型
根據范圍：農業試驗、工業試驗、國防試驗、科學試驗等。
根據目的：性能試驗、優化試驗、預測試驗、信息試驗等。
3.技術試驗的常用方法
強化試驗法；例：抗壓試驗、耐火試驗
優選試驗
法；例：不同水稻對比試驗
模擬試驗法；例：汽車碰撞試驗、大壩模型試驗
虛擬試驗法；例：計算機虛擬探測器登陸
移植試驗法；如：橘樹北移種植試驗、嫁接試驗
4.撰寫試驗報告
試驗報告的寫作：目的、準備、過程、記錄、結論
技術試驗在設計中的作用：發現問題，優化設計，為評價提供數據
【技術體驗】機動車用三角警告牌形狀、尺寸及離地間距的技術試驗
體驗目的：感悟技術試驗的重要性，理解技術試驗的常用方法與過程。
試驗準備：
工具：鋼直尺、角度尺、卷尺。
材料：機動車用三角警告牌樣品4件。
試驗過程：
1.閱讀上述國家標準中關于機動車用三角警告牌形狀和尺寸、離地間距等技術要求，選擇你要測量的技術參數填入下表。
2. 根據國家標準中有關 “4.1 一般要求”“4.2 形狀和尺寸”“4.5 離地間距”的技術要求，選擇技術參數，以提供的機動車用三角警告牌為樣品，使用量具進行測試，重復三次，并填寫下表。
思考：
樣品在形狀和尺寸、離地間距等方面是否符合國家標準的要求？
需要通過實際測量結果來判斷。如果測量結果與國家標準中規定的技術參數一致，則符合要求；若存在偏差，則可能不符合標準要求。
2.在技術試驗過程中，應如何進行觀察和測量？應如何保證觀察和測量的科學性？
觀察和測量應當嚴格按照國家標準中規定的方法執行，使用精確的量具如鋼直尺、角度尺、卷尺等進行多次重復測量，并記錄數據。科學性的保證在于遵循標準化的操作流程、使用校準過的儀器以及確保操作者具有足夠的技能和經驗。
【題型精講】
例1 1
生產中性筆芯的直徑、長度是有標準的。下列不是使用“標準件”的好處的是（ ）
A．批量生產，降低成本 B．統一價格，避免暴利
C．可以互換，維修方便 D．統一技術，性能可靠
【答案】D
【講解】A. 批量生產，降低成本：使用標準件可以批量生產，因為每個部件都是按照統一規格制造的，這樣可以減少生產成本和時間。因此，這是標準件的一個好處。
B. 統一價格，避免暴利：由于標準件是按照統一的規格生產的，所以市場上的價格會比較透明，消費者可以更容易比較不同供應商的價格，從而避免過高的價格或暴利。這也是一個好處。
C. 可以互換，維修方便：當零件是標準件時，它們之間可以互換使用，這在維修和維護時特別方便。如果某個零件損壞了，可以使用備用的標準件進行替換，而不是必須重新生產整個部件。這也是標準件的優勢之一。
D. 統一技術，性能可靠：使用標準件意味著所有部件都遵循同樣的技術規范和質量標準，這樣可以確保產品的整體性能和可靠性。然而，這個選項實際上是說使用標準件的好處之一就是有統一技術、性能可靠，這本身并不算是一個不使用標準件的好處。
例12
塑料、橡膠 、涂料等高分子材料在使用過程中會老化，由于自然老化周期相對較長，在評價高分子材料的耐老化性能時，通常會采用人工加速老化試驗方法：在試驗箱中同時模擬光.氧.熱和降雨等因素。該試驗方法屬于（ ）
A．優選試 驗 B．虛擬試驗
C．強化試驗 D．移植試驗
【答案】C
【講解】A. 優選試驗：通常用于篩選出最佳的或最優的實驗條件。
B. 虛擬試驗：在計算機上模擬現實世界的系統或過程，以預測、分析和優化其性能。
C. 強化試驗：通過增加試驗條件（如溫度、壓力等）來加速材料的老化過程，以便在較短時間內評估材料的性能和耐久性。
D. 移植試驗：將實驗室條件下的研究結果應用到實際環境中，檢驗理論和實踐之間的對應關系。
根據題干描述，高分子材料在使用中會老化，而自然老化周期較長，因此為了評價材料的耐老化性能，通常會進行人工加速老化試驗，這種試驗方法是為了在較短的時間內模擬和加速老化過程，從而對材料的性能進行快速評估。這符合強化試驗的定義，即通過人為增加試驗條件來加速材料老化過程的方法。
【強化訓練】
1.給書包換上一條寬一點的被帶，主要體現了人機關系中（ ）特點
A.安全 B.高效 C.健康 D.舒適
2．以往電路圖的設計都是手工繪制，煩瑣且易出錯；隨著電子技術發展，尤其電腦的發展，現在專門的電路圖設計軟件大大方便了電路設計，而且還可以進行仿真測試，這體現了技術與設計的什么關系？（ ）
A.技術的發展為設計創新提供了條件 B.技術的發展和設計無關
C.技術的發展對設計不產生影響 D.技術就是設計
3．具有MP4功能的手機要求能夠長時間播放視頻節目，這種設計要求電池的容量要大、體積要小，這促使電池生產廠家加快研發高能微型電池。這個案例說明（ ）
A.設計創新促進了技術的發展 B.設計與技術的發展無關
C.技術總是無法滿足設計的要求 D.技術的發展不需要設計
4.某報紙報道，2007年4月6日下午，浙江省一建筑工地曾發生過一起事故，一根鋼筋從高空墜落，把安全帽穿透，插進一名工人的頭部。若該安全帽是質量合格的產品，則原因是（ ）
A.安全帽沒有進行超載試驗 B.安全帽沒有進行預測試驗
C.安全帽沒有進行優化試驗 D.鋼筋的沖擊力大于安全帽的設計強度安全標準
5．李寧自己動手制作了一張座椅，他對座椅的穩定性做了如下試驗，你認為合理的一項是（ ）
A.親自坐在椅子上感受一下 B.放一些重物在椅子上，看是否能承受
C.用電風扇對椅子吹風看能否吹倒 D.坐在椅子上，前后左右晃一晃看是否穩固
6..技術美是功能、精神、材料、技術工藝、藝術等美感的集合。技術美的基本內容有：a功能美 b材質美c構結美 d工藝美 e色彩美 f舒適美 g規范美 h造型美等。（把序號填在空格處）
你認為屬于技術設計的是：_____________ ；屬于藝術設計的是：________。 。
7.設計時需考慮人機關系，因此，技術世界中的設計是以 為最終目的。
8.我們在教室里學習時，有哪些方面構成了人機關系？（說出4個）
、 、 、
9.現代汽車普遍采用了高靠背座椅，座椅靠背的角度可以調節，座椅上配有安全帶，通道兩邊座椅的扶手可翻轉以方便旅客進出。請從人機關系的角度評價分析：
（1）哪些設計體現了高效目標？
（2）哪些設計體現了舒適目標？
10. 如圖所示是一輛折疊式自行車，它折疊后可以放在背包里，重量只有5公斤左右。你認為這項設計側重于技術設計還是藝術設計 它的側重點主要體現在哪些方面
參考答案
1．D
【詳解】
給書包換上一條寬一點的背帶，主要體現了人機關系中的（D）舒適特點。
2．A
【詳解】
以往電路圖的設計都是手工繪制，煩瑣且易出錯；隨著電子技術發展，尤其電腦的發展，現在專門的電路圖設計軟件大大方便了電路設計，而且還可以進行仿真測試，這體現了技術與設計的什么關系？（A）技術的發展為設計創新提供了條件。
3．A
【詳解】
具有MP4功能的手機要求能夠長時間播放視頻節目，這種設計要求電池的容量要大、體積要小，這促使電池生產廠家加快研發高能微型電池。這個案例說明（A）設計創新促進了技術的發展。
4．D
【詳解】
某報紙報道，2007年4月6日下午，浙江省一建筑工地曾發生過一起事故，一根鋼筋從高空墜落，把安全帽穿透，插進一名工人的頭部。若該安全帽是質量合格的產品，則原因是（D）鋼筋的沖擊力大于安全帽的設計強度安全標準。
5．D
【詳解】
李寧自己動手制作了一張座椅，他對座椅的穩定性做了如下試驗，你認為合理的一項是（D）坐在椅子上，前后左右晃一晃看是否穩固。
6．屬于技術設計的是：a, b, c, d, f, g ；屬于藝術設計的是：e, h
【詳解】
技術設計與藝術設計的區分
技術設計主要關注的是產品的功能、材質、結構、工藝、舒適性和規范性等，它們與產品的使用性能和使用壽命密切相關。
藝術設計則更側重于產品的色彩和造型美，這些元素更多地與產品的審美價值和市場吸引力相關。
因此，屬于技術設計的是功能美、材質美、構結美、工藝美、舒適美和規范美；而屬于藝術設計的是色彩美和造型美。
7.設計時需考慮人機關系，因此，技術世界中的設計是以實現人的價值為最終目的。
【詳解】
人機關系與設計目的
設計時考慮人機關系是因為產品最終是為人類服務的，設計的核心是為了滿足人的需求。
技術世界中的設計，無論是工具、機器還是建筑，其最終目的都是為了實現人的價值，提升人的生活質量。
8.學生與課桌的關系
學生與椅子的關系
學生與黑板的關系
學生與教室空間的關系（或者學生與學習用品的關系）
【詳解】
教室中的人機關系
在教室里學習，學生與各種物品和環境之間都存在人機關系。
例如，學生與課桌的關系涉及到課桌的高度、大小是否適合學生的使用；與椅子的關系涉及到椅子的舒適度、穩定性；與黑板的關系則關系到黑板的高度、反光情況等是否便于學生觀看；與教室空間的關系則包括教室的采光、通風、空間布局等是否有利于學生的學習。9.
9.（1）現代汽車中，座椅靠背的角度可以調節的設計體現了高效目標。這種設計使得駕駛員或乘客可以根據自身需求和舒適度調整座椅角度，從而提高駕駛或乘坐的效率和舒適度。
（2）現代汽車中，高靠背座椅的設計體現了舒適目標。高靠背能夠提供更好的背部支撐，減輕長時間駕駛或乘坐造成的疲勞感。同時，座椅上配有安全帶也確保了乘客在緊急情況下的安全性，從而增強了整體的舒適感。
【詳解】
（1）高效目標的分析： 高效目標在設計中的主要體現是產品或設施能夠最大化地滿足人們的需求，同時減少不必要的能耗和時間消耗。在現代汽車的設計中，座椅靠背角度可調節的功能是高效目標的體現。這一設計考慮到了不同體型、不同需求的駕駛員和乘客，允許他們根據自己的喜好和駕駛習慣來調整座椅的角度，以達到最佳的駕駛或乘坐姿勢。這樣，不僅可以提高駕駛的舒適度，還可以減少因長時間保持同一姿勢而帶來的疲勞感，從而提高駕駛或乘坐的效率。
（2）舒適目標的分析： 舒適目標關注的是產品或設施在使用過程中給人帶來的感受。在現代汽車的設計中，高靠背座椅是舒適目標的體現。高靠背座椅可以提供更好的背部支撐，減輕脊柱和肌肉的負擔，讓駕駛員和乘客在長時間駕駛或乘坐時也能保持舒適的狀態。此外，座椅上配有的安全帶也可以在緊急情況下固定住乘客的身體，減少因碰撞而產生的傷害，從而增強了整體的舒適感。
此外，雖然題目中提到了“通道兩邊座椅的扶手可翻轉以方便旅客進出”，這一設計更多地體現了易用性和安全性，而非直接體現了高效或舒適目標。但這也是現代汽車設計中充分考慮人機關系的一個方面。
10.
折疊式自行車的設計側重于技術設計。
側重點主要體現在以下幾個方面：
折疊機制：設計一個既簡單又可靠的折疊機制，使得自行車可以輕松地從展開狀態轉換到折疊狀態，同時保持結構的完整性和穩定性。
材料選擇：選擇輕質且強度高的材料來減少整體重量，同時保持自行車的強度和耐用性。
空間優化：在折疊狀態下盡可能減少占用的空間，以便于存放和攜帶。
用戶界面：設計直觀易懂的用戶操作界面，確保用戶能夠輕松理解和操作折疊過程。
安全性：確保折疊機構在各種狀態下都能保證用戶的安全。
【詳解】折疊式自行車的設計主要考慮了如何通過技術創新來實現產品的便攜性和空間效率。這種設計需要解決機械結構的穩定性、耐用性以及操作的簡便性等問題，這些都是技術設計的核心內容。此外，為了實現輕便和緊湊，可能還需要采用輕質材料和高效的制造工藝，這同樣體現了技術設計的特點。
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