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專題04 方案的構思及其方法
【學習目標】
理解設計中的人機關系及其重要性。
掌握方案的構思過程及常用的構思方法。
能夠運用人機關系理論和構思方法進行初步的設計方案思考。
【思維導圖】
【知識梳理】
知識點一：設計中的人機關系
1.人機關系：人使用物品時，物品與人產生的相互關系。
（ “機” 包括工具、儀器、設備、設施及勞動保護用具等。人機不一定接觸。）
在設計中，我們所設計的產品都是從人的需求出發(fā)，為人服務的。因此，人機關系也就成為設計活動中必須考慮的核心問題之一。
2.人機關系要實現(xiàn)的目標
高效 　人機協(xié)調，提供人的工作效率。例：自動化按鈕
安全 　產品對人體不構成生理上傷害。如：安全帽、安全氣囊、桌角
健康 　產品對人的健康不造成不良影響。
實例：
①人體工程學椅子設計
問題識別: 長時間的坐姿工作可能導致姿勢不良，引發(fā)背痛、頸痛等健康問題。
設計解決方案: 設計一把符合人體工程學的椅子，其可以提供良好的支撐，尤其是對脊椎的支撐。椅子應該具有可調節(jié)的座位高度、靠背傾斜度和頭枕位置，以適應不同用戶的體型和需要。
預期效果: 該椅子能夠減少長時間坐著工作所引起的身體疲勞和慢性傷害，如腰痛和頸椎病，從而保護使用者的健康。
②低藍光屏幕
問題識別: 長時間使用電腦或手機屏幕會導致眼睛疲勞，甚至可能引起視力損害。
設計解決方案: 開發(fā)一種低藍光屏幕技術，減少屏幕釋放的有害藍光量。屏幕設置應包括夜間模式，自動調節(jié)色溫，降低對眼睛的壓力。
預期效果: 這種屏幕能夠減輕眼睛疲勞，減少因長時間看屏幕而引起的睡眠障礙，保護用戶的視力健康。
舒適 　人體處于自然狀態(tài)。
例：
①可穿戴加熱外套
問題識別: 在寒冷的環(huán)境中工作或活動時，人體會感到不適，甚至可能導致身體健康問題。
設計解決方案: 設計一款可穿戴的智能加熱外套，內置溫度傳感器和加熱元件，用戶可以根據(jù)個人需求調節(jié)溫度。
預期效果: 該外套提供個性化的保暖解決方案，使用戶在寒冷環(huán)境中也能保持身體的自然狀態(tài)，提高舒適度和工作效率。
②靜音鍵盤
問題識別: 嘈雜的打字聲音會對用戶造成干擾，影響集中力和工作效率。
設計解決方案: 開發(fā)一款靜音鍵盤，采用柔軟的材質和降噪設計，減少按鍵擊打的聲音。
預期效果: 使用這款鍵盤能夠在不犧牲打字手感的情況下，顯著降低噪音水平，為用戶提供一個更安靜、更舒適的工作環(huán)境。
3.實現(xiàn)合理人機關系的方式
普通人群和特殊人群（例：盲道、老年人手機）
靜態(tài)的人與動態(tài)的人（例：靜態(tài)尺寸是指人的構造尺寸，動態(tài)尺寸是指人的功能尺寸，包括人的動作范圍、體形變化等測量數(shù)據(jù)，如：賓館家具擺放的設計）
人的生理需求與心理需求（例：服裝的款式顏色面料的設計）
信息的交互（例：可視屏通話、電梯的樓層提示音）
知識點二：方案的構思過程
1.設計分析，構思方案
設計分析
設計要求及因素——功能、結構、安全、成本，綜合考慮物 、人、環(huán)境，產品各部分的作用和關系，多功能，選擇材料，零部件應選標準件。
構思方案
梳理設計需求 →呈現(xiàn)設計方案
梳理設計需求：面對收集到的各種信息，要根據(jù)設計需求，找出設計需要解決的主要問題，并分析其可能解決的辦法。
呈現(xiàn)設計方案：
不同的產品設計一般有不同的呈現(xiàn)方式，在不同的設計階段，考慮技術交流的目的差異，設計方案呈現(xiàn)的手段、方式、視角會有很大區(qū)別；
個人設計觀念的差異，同樣會導致不同的設計呈現(xiàn)方式
設計方案時，我們可以運用設計草圖進行構思。草圖不僅能將一些想法較明確地表達出來，而且可以隨意修改。在運用草圖法進行構思的過程當中，可以捕捉靈感、自由發(fā)揮、不受約束。
2.比較、權衡設計方案
方案的比較：在構思形成各個方案之后，往往要對這些方案進行評判和比較，同時要從設計的目的和原則出發(fā)，針對一些相互制約的問題進行分析，選出較為滿意的方案或集中各方案或集中各方案的優(yōu)點進行改進。
方案的權衡：通過比較，明確各個方案會設計指標的符合程度。但是，要制定最初方案，還必須根據(jù)設計要求雪設計原則對各個方案進行權衡。
方案A：照明效果好，造型美觀，穩(wěn)定性較高；支持多種使用方式；耐久性一般；安全性較高，環(huán)保性較好；制作難，價格適中。
方案B：照明效果好，材料創(chuàng)新；穩(wěn)定性缺乏考慮，耐久性欠佳；安全性高，環(huán)保性較好；造型一般；價格便宜。
方案C：模塊組合方式，可支持多種場景使用；形式簡單，擺放穩(wěn)定；照明效果一般；安全性較好；制作簡單，價格適中。
方案D：采用普通白熾燈泡，照明效果較差；造型一般，結構有一定創(chuàng)新；擺放穩(wěn)定，耐久性較好；安全性不高，價格便宜。
方案的細化：經過方案的權衡和比較，一個比較合理的設計草案終于形成了，但很多細節(jié)仍然需要確定，如產品及零部件的尺寸、結構關系、材料及標準件選配、使用過程中的人機交互方式、使用維護等。
方案的呈現(xiàn)：呈現(xiàn)設計方案要說明設計思想、設計思路和設計成果。采用的方式通常包括展板、模型、視頻及現(xiàn)場報告等；應用的技術手段包括設計方案的全套零部件圖紙、三維渲染效果圖或短視頻、實物模型，以進一步闡釋產品的使用場景、使用與維護方式、設計細節(jié)等。
知識點三：常見的構思方法
形態(tài)分析法：是指從整體的思想出發(fā)來看待事物，把事物看成是幾個功能部分的集合，然后把整體拆成幾個功能部分，分別找出能夠實現(xiàn)每一部分功能的所有方法，最后再將這些方法進行重新組合，根據(jù)分析評價結果最終形成多種設計方案。這種構思方法提供了一種邏輯結構，它可以代替隨機的想法，其內容廣泛而全面，有助于考慮到盡可能多的選擇方案，并通過對這些選擇方案進行綜合分析而提出未曾考慮過的新的設計方案。一種產生多方案、行之有效的構思方法。
圖4—18中的形態(tài)分析模型僅僅關注了燈罩造型、支撐方式、開關控制方式等三方面因素，且沒有窮盡每種因素的選擇可能，就已經得到了二百多種設計方案。
聯(lián)想法：聯(lián)想法就是由甲事物想到乙事物的思維過程。具體來說，是借助想象，把形似的、相連的、相對的、相關的或某一點上有相通之處的事物加以聯(lián)結。
設問法：設問法是通過多角度提出問題，從問題中尋找思路，進而做出選擇并深入開展創(chuàng)造性設想的一種構思方法。它的主要類型有檢核表法、5W2H法、和田12動詞法等。
設問法借助各種思維技巧，抓住事物具有普遍意義的方面進行提問。如奧斯本的檢核表法，借助于聯(lián)想、類化、組合、分割、顛倒順序等思維技巧，抓住聲音、顏色、氣味、形狀、材料等事物的基本屬性大做文章。
仿生法：仿生法是模擬自然生物形態(tài)進行設計的方法，主要類型包括功能仿生設計、形態(tài)仿生設計、結構仿生設計和肌理與質感仿生設計。仿生法已經被應用于各個領域，取得眾多成果：蜂巢與蜂窩結構、昆蟲復眼與顯微鏡、蛋殼與薄殼構造、螢火蟲與人工冷光···
【題型精講】
例1 1
地鐵站與地面的連接通道，是由上下的自動扶梯、普通樓梯以及無障礙電梯等組成。該設計主要考慮了（ ）
A．靜態(tài)的人與動態(tài)的人 B．普通人群和特殊人群
C．信息的交互 D．人的生理需求與心理需求
【答案】B
【講解】A選項：靜態(tài)的人與動態(tài)的人。這個選項沒有直接反映出設計考慮的主要對象，因為無論是靜態(tài)還是動態(tài)的人，都是設計的使用者，而沒有明確指出設計考慮的具體因素。
B選項：普通人群和特殊人群。這個選項更符合題目描述，因為地鐵站的設計確實需要考慮到不同人群的需求，包括普通人群和特殊人群（如殘疾人士等）。自動扶梯、普通樓梯以及無障礙電梯的設置，正是為了滿足不同人群的使用需求，使他們都能方便地進出地鐵站。
C選項：信息的交互。雖然信息交互在地鐵站的設計中也有一定的作用，但它并不是連接通道設計主要考慮的因素。
D選項：人的生理需求與心理需求。這個選項過于寬泛，沒有具體指向題目描述中的設計內容。
例12
在電水壺設計中，為了實現(xiàn)合理的人機關系，從信息交互角度考慮的設計是（ ）
A．弧形手柄 B．可收納繞線盤 C．水垢過濾網 D．加熱指示燈
【答案】D
【講解】A.弧形手柄：從信息交互角度考慮，弧形手柄的設計可以提供更好的握感和控制力，方便用戶操作。
B.可收納繞線盤：從信息交互角度考慮，可收納繞線盤的設計可以讓用戶更方便地管理和存放電線，避免纏繞和混亂。
C.水垢過濾網：從信息交互角度考慮，水垢過濾網的設計可以防止水垢進入電水壺內部，保護加熱元件和電路系統(tǒng)，提高使用壽命。
D.加熱指示燈：從信息交互角度考慮，加熱指示燈的設計可以讓用戶直觀地了解電水壺的加熱狀態(tài)，避免因不了解加熱情況而造成安全隱患或浪費能源。
例13
根據(jù)蝙蝠超聲定位原理，人們發(fā)明了盲人用的“探路儀”。這種探路儀內裝一 個超聲波發(fā)射器，盲人帶著它可以發(fā)現(xiàn)電桿、臺階、橋上的人等，這采用的方案構思法是（ ）
A．聯(lián)想法 B．草圖法 C．模仿法 D．奇特構思法
【答案】C
【講解】根據(jù)蝙蝠超聲定位原理，人們發(fā)明了盲人用的“探路儀”。這種探路儀內裝一 個超聲波發(fā)射器，盲人帶著它可以發(fā)現(xiàn)電桿、臺階、橋上的人等。這采用的方案構思法是模仿法。
模仿法是一種通過對已有系統(tǒng)或生物結構進行模仿來創(chuàng)新的方法。在這個問題中，人們通過觀察蝙蝠使用超聲波進行定位和導航的方式，將這一原理應用到盲人的“探路儀”設計中。這個設計過程就是模仿了蝙蝠的超聲定位原理，因此答案是C.模仿法。
【強化訓練】
1.國內大部分中小學校服的設計款式采用了運動裝或休閑裝，而沒有采用西裝，以滿足課間操及體育課的需求。主要是為了（ ）
A．健康目標 B．舒適目標
C．符合人體的動態(tài)尺寸 D．符合人體的靜態(tài)尺寸
2.如圖所示是一款充電式電動小錘，錘利用振動敲入釘子，下列關于小錘的設計分析和評價中不正確的是（ ）
A．錘頭角度調節(jié)方便，主要考慮了物的因素
B．利用振動敲釘子，符合設計的實用原則
C．沒有電線，適用于更多場合，主要考慮了環(huán)境的因素
D．手柄的大小合適，主要考慮了人的因素
3.如圖所示是一款新型鍋蓋，以下關于該鍋蓋分析錯誤的是（ ）
A．L型把手應選 用導熱性能好的材料生產
B．L型把手設計可變成支架讓鍋蓋立起來，節(jié)省空間
C．L型把手設計讓握持更方便，烹飪時手被燙概率更低
D．積水槽可防止鍋蓋上的冷凝水流到案板上，衛(wèi)生、實用
4.判斷題：在設計活動中，為了保證設計的順利實現(xiàn)，需要制定設計計劃。（ 　）
5.判斷題：方案的比較和權衡是一個綜合考慮過程，它們相互關聯(lián)、互相制約。抓住設計的核心與關鍵是權衡設計方案的必要條件。（ ）
6.簡答題：王強同學準備設計制作一個既可光控又可遙控的臺燈。為了完成這個項目設計，他需要掌握哪些知識？請問他可選用的標準件有哪些？
7.簡答題：現(xiàn)有四種可用的材料，分別是塑料薄板、三合板、椰子殼和竹筒，要求設計一個能夠放在寫字臺上的自制筆筒。請你根據(jù)所提供的材料完成以下任務：
（1）使用不同材料分別構思兩個設計方案（注明所用材料）。
（2）選擇其中一個方案，分別從材料選用、穩(wěn)定性和加工難易程度的角度，對其進行簡要評價。
8.創(chuàng)新應用題：
隨著人類社會的不斷發(fā)展，生活垃圾的處理問題越來越引起世界各國的高度重視。為了更好地回收垃圾廢物，同時又能保護環(huán)境衛(wèi)生，各國都采取一系列的回收措施，垃圾箱的使用便是其中的一種。假設讓你設計一種在城市街道使用的環(huán)保垃圾回收箱，你會怎樣設計？請說說你所設計的環(huán)保垃圾箱的構造特點和相應的功能作用。
參考答案
1．C
【詳解】
本題考查設計中的人機關系。國內大部分中小學校服的設計款式采用了運動裝或休閑裝，而沒有采用西裝，以滿足課間操及體育課的需求。主要是為了符合人體的動態(tài)尺寸。
2．A
【詳解】
本題考查設計的一般原則。錘頭角度調節(jié)方便，主要考慮了人的因素，A錯誤；利用振動敲釘子，符合設計的實用原則，B正確；沒有電線，適用于更多場合，主要考慮了環(huán)境的因素，C正確；手柄的大小合適，主要考慮了人的因素，D正確。
3．B
【詳解】
A．L型把手應選用導熱性能好的材料生產。這個選項是正確的，因為把手是與鍋蓋直接接觸的，如果把手材料導熱性好，那么在烹飪過程中，把手的溫度也會相對較高，可能會燙手。因此，選擇導熱性好的材料可以有效降低把手的溫度，提高使用安全性。
B．L型把手設計可變成支架讓鍋蓋立起來，節(jié)省空間。這個選項是錯誤的，因為從圖中可以看出，鍋蓋的底部并沒有設計成可以立起來的支架結構，所以無法實現(xiàn)節(jié)省空間的效果。
C．L型把手設計讓握持更方便，烹飪時手被燙概率更低。這個選項是正確的，因為L型把手的設計可以讓使用者更容易地握住鍋蓋，從而減少手部與高溫鍋蓋的接觸時間，降低被燙傷的概率。
D．積水槽可防止鍋蓋上的冷凝水流到案板上，衛(wèi)生、實用。這個選項是正確的，因為積水槽的設計可以有效地收集和引導鍋蓋上的冷凝水，避免水滴落到案板上造成污染或損壞。同時，這種設計也更加衛(wèi)生和實用。
4．正確
【詳解】
在設計活動中，為了確保設計的可行性、有效性和可持續(xù)性，確實需要制定詳細的設計計劃。設計計劃通常包括目標設定、資源分配、時間安排、風險評估等要素，它有助于指導整個設計過程，并確保各個階段的工作能夠協(xié)調一致地推進。
5．正確
【詳解】
方案的比較和權衡確實是一個復雜的綜合考慮過程，其中不同的設計方案會相互影響，每個方案都有其優(yōu)勢和劣勢。設計師需要對不同方案進行深入分析，識別出它們的關鍵因素，并根據(jù)項目的具體需求和限制條件來做出權衡決策。這一過程中，抓住設計的核心與關鍵點對于找到最合適的解決方案至關重要。
6．他需要掌握電學、光學、無線電、自動控制、美學、材料學等。他可選用的標準件有燈泡、燈座、插頭、開關、燈頭、金屬軟管支撐桿等。
【詳解】
王強同學設計一個既可光控又可遙控的臺燈，涉及到多個學科領域的知識。以下是他需要掌握的知識領域和解析：
電學：了解電路的基本工作原理、電流、電壓、電阻等概念，以及如何安全地連接和布置電路。
光學：掌握光的基本特性，包括光的傳播、反射、折射等，以便設計出合理的照明效果。
無線電：理解無線信號傳輸?shù)脑恚ㄉ漕l(RF)通信、紅外(IR)控制等，這對于遙控功能至關重要。
自動控制：學習傳感器的工作原理，例如光敏電阻或光敏三極管用于光控開關，以及微控制器編程，用于處理信號并控制臺燈的開/關。
美學：設計時需考慮產品的外觀和用戶體驗，確保臺燈既實用又具有吸引力。
材料學：了解不同材料的特性，選擇適合的材料來制作臺燈的各個部件，如耐熱、絕緣和結構強度等。
至于標準件的選擇，以下是可用的標準件及其解析：
燈泡：選擇適合的LED或節(jié)能燈泡，考慮到能效和發(fā)光效率。
燈座：根據(jù)所選燈泡類型，選擇合適的燈座以適配燈泡。
插頭：選擇符合當?shù)貥藴实碾娫床孱^，確保安全供電。
開關：可以選擇普通機械開關或者更高級的光控和遙控開關模塊。
燈頭：連接燈泡和電路的重要部分，需要根據(jù)設計選擇合適的燈頭。
金屬軟管支撐桿：如果設計中包含可調節(jié)方向的光源，可能需要使用金屬軟管支撐桿來實現(xiàn)靈活調整。
7.（1）方案一：使用塑料薄板制作一個圓柱形筆筒。將塑料薄板彎曲成圓柱形狀，邊緣可以用膠水或膠帶固定。這種設計簡單且制作快速。
方案二：利用三合板制作一個立方體形的筆筒。將三合板切割成合適大小的板塊，然后通過釘子或膠水拼接成立方體形狀。
方案三：采用椰子殼作為自然風格的筆筒。選擇一個大小合適的椰子殼，打磨光滑并可以在外部進行裝飾或涂鴉。
方案四：用竹筒制作一個具有自然風格的筆筒。將竹筒截取適當長度，打磨光滑后可直接使用，或可在外部進行刻字或裝飾。
（2）選擇方案一（塑料薄板圓柱形筆筒）進行評價：
材料選用：塑料薄板是一種輕便且成本較低的材料，易于獲取，適合作為筆筒的材料。
穩(wěn)定性：圓柱形設計可以為筆筒提供良好的穩(wěn)定性，但需要確保底部平坦且重量適中，以增加摩擦力防止滑動。
加工難易程度：這種設計相對簡單，只需將塑料薄板彎曲并粘合即可，加工難度較低，適合自制。
【詳解】本題要求根據(jù)給定的四種材料設計一個筆筒，并從材料選用、穩(wěn)定性和加工難易程度三個方面對所選方案進行評價。在設計時，考慮了材料的特性和易得性，以及最終產品的實用性和美觀性。評價所選方案時，考慮了材料的成本和加工過程的簡便性，以及產品在使用過程中的穩(wěn)定性。這樣的設計思維和評價方式有助于在實際生活中創(chuàng)造出既實用又經濟的自制筆筒。
8．設計的環(huán)保垃圾回收箱構造特點和功能作用：
構造特點：
分類功能：垃圾箱分為多個部分，每個部分針對不同的垃圾分類，如可回收物、有機垃圾、有害垃圾等。
標識清晰：每個分類部分都有清晰的標識和說明，方便使用者正確投放垃圾。
易清潔：垃圾箱設計為便于清潔的結構，例如平滑的內壁、可拆卸的內膽等。
防臭密封：每個分類部分都具有良好的密封性能，減少異味擴散。
智能感應：垃圾箱配備傳感器，當有人靠近時自動打開，避免手部直接接觸。
功能作用：
促進垃圾分類：通過分類功能鼓勵人們進行垃圾分類，提高垃圾回收的效率。
提高公共衛(wèi)生：清晰的標識和易清潔的設計有助于保持環(huán)境衛(wèi)生。
減少環(huán)境污染：良好的密封性能可以防止異味和污染擴散，改善城市環(huán)境質量。
增強用戶體驗：智能感應功能提供了更便捷的使用體驗，鼓勵更多人正確使用垃圾箱。
【詳解】本題要求設計一種環(huán)保垃圾回收箱，其構造特點需要結合現(xiàn)代科技，同時考慮城市街道的具體使用場景。設計的垃圾箱應滿足現(xiàn)代城市對環(huán)保、智能、高效與衛(wèi)生的需求。通過模塊化設計、智能分類系統(tǒng)、太陽能供電等元素，體現(xiàn)了創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展的設計理念。這種垃圾箱不僅提高了垃圾分類的效率，還減少了能源消耗，并通過智能技術提升了城市管理的便捷性。設計中的每一個功能都有其實際的應用價值，從提高容量到延長使用壽命，都旨在優(yōu)化城市街道的垃圾處理問題，保護環(huán)境衛(wèi)生，符合現(xiàn)代社會對公共設施的期待。

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