資源簡介

案例
案例 1 設計并制作臺燈
高一（1）班的同學對本校學生的需求進行了調查，經過全班的討論，決定每個小組設計并制作一個學習用的臺燈。設計要求是大小適當、使用方便、安全可靠、穩定性好、成本不要太高，并規定兩周內完成。
第一小組的同學參觀了商店中陳列的各種成品臺燈，在圖書館中查閱了臺燈式樣流行趨勢的圖片，了解了制作臺燈可能要用到的各種材料。然后，他們設計了幾個方案，并進行了反復比較，最后選中了一盞可調光的臺燈的設計方案。
小組進行了分工。鮑小龍和黃玉負責電路部分，他們畫出了電路圖，收集了燈泡、燈頭、變阻器、電線、開關等電路元件，并進行了試驗。結果發現雖然可以調節光的強度，但使用時間一長，變阻器就會發熱，容易斷路。在老師的啟發下，他們學習了可控硅的知識，用可控硅代替了變阻器，取得了比較滿意的效果。王芳芳和張明制作燈罩，他們根據草圖中的尺寸先用鐵絲做成架子，再把帶有圖案的塑料布固定在架子上，做成一個漂亮的燈罩。其余同學的任務是制作臺燈座，他們選擇的材料是木頭。他們先畫出了加工圖樣，利用鋸、鉆等木工工具加工成形，再打磨、黏接、油漆。各部分都完成后，大家一起進行組裝，并作了測試。結果表明：一切正常，達到設計要求。為了讓臺燈更漂亮，有的同學還在燈座上添加了一些小裝飾品。
第二小組做的是日光臺燈，他們用竹筒制作燈座。做完測試后發現，由于日光燈管比較長，竹筒較輕，臺燈穩定性不好。為解決此問題，他們又在燈座上加了配重來保持臺燈的平衡。
兩周后，全班召開總結會。每個小組匯報了自己小組的設計總結報告，并展示了成果。各小組都有自己的特色，有的臺燈可以遙控，有的臺燈具有多種功能（如帶有溫度計或小鐘表），有的利用了廢舊材料來制作燈座。
大家決定為學校辦一個燈展，除展示自己的作品外，還展示了收集到的各種關于照明發展史和臺燈式樣的資料，有照片、剪報、錄像等。燈展還進行了安全用電、節約用電和保護視力的宣傳。
案例2　水箱定時翻轉控制裝置的設計與制作
蘇佳、詹海濤和安吉三同學決定合作設計制作一個能定時翻轉的水箱裝置。今天是星期六，大家約好在邢老師家討論本設計的有關問題。
這是一個人們在現實生活中經常用到的裝置，當水箱里的水達到一定的水位時就自動翻轉，以驅動另一裝置的運動或實現某種沖洗功能。它是一個開環的自動控制系統，工作原理并不復雜：將水箱設計成偏重心的懸吊狀，水箱固定的位置由水箱翻轉時的水位決定，翻轉水位越高，重心偏離得就越多，當水箱的水容量達到一定的位置使水箱失去平衡時就會發生翻轉。當進水的流量恒定時，這一裝置是一個定時的開環自動控制系統。
當蘇佳推門走進邢老師家的小院時，詹海濤和安吉正與邢老師熱烈地討論著。老師要求大家首先分析這一裝置的設計機理，然后由每位學生提出設計和制作過程中解決有關問題的策略。詹海濤和安吉認為，在設計過程中，需要考慮的幾個關鍵問題是：控制水箱定時翻轉的因素有水箱的支撐點、進水量大小，……；水箱懸吊的位置該如何確定，應該偏離重心多少等。蘇佳則認為制作水箱的材料選擇也是重要的。
邢老師基本贊同大家的分析和思考，同時提醒大家在后續設計和制作中，要考慮得更細致一些，應注意解決那些看似細微但又比較關鍵的問題，并在設計說明書中作詳細說明。
圖1 圖2
蘇佳與兩位合作者討論之后，畫出了水箱翻轉工作的示意圖（如圖1），認為水箱懸吊支撐點的選擇是設計中一個比較困難的問題，可采用兩種方法解決。一種方法是試驗法，即在水箱的兩個側面分別裝兩條滑槽（如圖2），與懸吊桿垂直固定的支撐軸可在滑槽內來回滑動，調節支撐軸在滑槽內的不同位置，就對應著不同的翻轉水位，如此不斷調節，直到滿足要求為止。另一種方法是計算法，即運用力學原理，比較精確地計算在某一固定水位水箱失去平衡時的支撐點位置。
他們構思并確定了設計方案，畫出了設計草圖，確定了使用的材料和工具，就在基本完成了設計和制作，對水箱的翻轉裝置進行測試的時候發現了一個至關重要的問題：偏重心懸吊使得水箱在進水前的初始狀態是傾斜的，失去了平衡，致使它無法進行進水的正常工作。難題出現了，這是不是老師曾經提到的“看似細微但又比較關鍵的問題”？
經過查閱資料、觀察其它裝置中制動部件的工作情況，他們想出了若干種解決的辦法：
① 在水箱的直角邊頂部與懸吊部位之間牽尼龍繩，以固定水箱在進水前的初始平衡狀態（如圖3a）；
② 在支撐軸上固定一根鋼條，在水箱的內側面某一位置固定一釘，以阻擋水箱向相反方向翻轉（如圖3b）；
③ 若水箱的直角邊靠墻，則可在墻的某一位置固定兩個三角支架，以托起水箱不向相反方向翻轉（如圖3c）；
……
a b c
圖3
由此，三位同學進一步總結出水箱翻轉的工作過程是不平衡 平衡 不平衡（翻轉）的循環往復。
經過測試，該裝置基本符合定時翻轉的設計要求。
蘇佳、詹海濤和安吉分別在設計制作的活動報告中記錄下了他們在設計制作過程中各自的感受和收獲，并根據邢老師的建議，總結和評價了自己在設計制作過程中對難點問題解決的思考和策略。
案例3 自主地建構有關傳感器的知識
某班同學在討論傳感器的應用時，學生列舉出了傳感器在紅外線自動移動門、馬路自動控制照明電燈、自動控制溫度的電熨斗、條形碼讀取器等中應用的實例。為了讓學生進一步在實例中發現問題，并通過自主學習主動地建構有關電子控制系統的知識，老師因勢利導，要求學生使用“技術與設計II”中已學過的系統思想和方法去分析傳感器在上述實例中的作用。為此，組成了項目研究小組。
在小組交流會上，在超市考察“光敏傳感器在條形碼讀取器中的應用”的小組，準備了調查報告，敘述了調查的主題、過程、分析問題的方法和討論的結論，并在黑板上用方框圖畫出了條形碼讀取器的工作流程：
接著，組長詳細介紹了在調查研究中引出的一個疑難技術問題：一般光敏傳感器只能識別有光或無光的單一狀態，條形碼由一組黑白相間的條形帶組合而成。當條形碼識讀器發出的激光照射到條形碼時，經條形碼反射后變成了隨條形碼變化的一組復雜的光。那么，它是通過什么技術方法，使光敏傳感器識別這種復雜的反射光的？問題一提出，立即引起了全班同學的興趣，老師針對學生提出的這個問題組織了討論。
最后，老師要求全班同學帶著這個問題更深入地繼續研究，將研究的結果出版一期專刊。一周后，標題為“揭開條形碼讀取器的奧秘”專刊與大家見面了。?？瘍热菔重S富，一篇名為“不要被視覺迷惑”的文章指出：“讀取器發出的是一束掃描激光，由于掃描速度很快，產生了視覺暫留效應，所以我們看到的是一條光線”；另一篇訪談報告介紹了他們訪問有關工程技術專家的經過，敘述了讀取器中的光敏傳感器的工作過程：“先發出一束掃描激光，由于各種條形碼之間的間隔不同，經條形碼反射的光是一組時間間隔不同的光束。經光敏傳感器接收處理后，光束變成一組斷續的數字信號。然后將數字信號送入計算機去處理、識別……”；還有一篇文章專為“數字信號”作了注釋；……
通過調查、交流和出版專刊等活動，同學們獲得了更多的關于傳感器的知識，并加深了對技術思想和方法的理解。
案例4　　制作模擬滅火的機器人模型
　　
某小組同學受到教師范例教學的啟發，運用已學到的知識和技能，提出了一個能自動模擬滅火（比如吹熄蠟燭）的簡單機器人模型的設計與制作方案，并在聽取老師的意見后進行了修改。接著，他們把機器人模型劃分為三個部分：第一部分是由光敏傳感器組成的接收電路；第二部分是由程序及單片機組成的軟、硬件；第三部分是由電動機、繼電器、齒輪箱和風扇等組成的執行機構。在協商的基礎上，大家作了分工，并開始制作。
同學們分別完成各部分的制作后，在對各部分進行功能試驗的基礎上，進行總裝調試。當接通電源時，機器人模型一搖一晃地邁步行走，同學們可高興了！但剛走了幾步，機器人模型摔倒了！大家不約而同地驚叫起來。接著，七嘴八舌地討論起摔倒的原因：有人認為整個裝置的重心過高；有人說傳動機械未調試到最佳狀態；也有人認為機器人腳掌的面積太小……。于是，動手把四節電池分別安裝到機器人的兩條腿上，還增大了腳掌的面積，解決了連桿機構不夠靈活的問題。機器人模型步行起來果然平穩多了。
在試驗中，大家注意到機器人模型只能發現巡行正前方向的火源并進行“撲滅”，還不能在其它方向上發現火源，更不能自動轉向。由此引發了同學們對一些深層次技術問題的思考：如何使機器人對火源位置準確定位？如何對火源進行自動搜索？如何將機器人模型經過改裝，可以在接收指令后靈活地改變運動方向？如何將傳感器接收到的信息，通過單片機的處理發出指令，指揮機器人模型接近火源目標？……
雖然解決這些問題可能會碰到各種困難，需要學習更多的知識、方法和技能，但同學們信心十足，決定申請立項，把這些問題作為技術課程的研究課題，在老師指導下進行繼續研究。
案例5　　 模擬生產線
浦江中學高二（2）班第三小組同學設計了一個多功能壁掛布袋的方案。在姜老師的指導下，他們建立了一條模擬生產線，采用分工合作的方式進行制作。
首先小組用民主的方法推選了生產組長，由生產組長主持討論了制作布袋的工藝流程，并劃分為裁剪、機縫、手縫三個工段，再在小組成員自愿結合的基礎上，由生產組長進行分工。接著進行模擬生產線試運行。
模擬生產線運行不久，在手縫工段上出現了工件的積壓，造成了流水線生產阻塞，生產組長前后奔忙，累得滿頭大汗，還是不能解決問題，大家非常著急。有的同學責怪手縫工段的同學操作太慢，影響了全局，但他們不服氣。生產組長根據出現的情況，及時開會研究，討論和分析造成生產線阻塞的原因。
大家群策群力，獻計獻策，提出了許多合理化的建議：有的同學提出流水線上各工段的人數不應該固定，可以隨生產線生產情況的變化作出調整；有的同學主張工作崗位可以輪換，讓每一個人都有參加各個工段制作過程的機會，能感受各種體驗；有的同學建議各工段設立質量檢驗員，加強與其他工段的溝通和交流……。
經過交流溝通，每個人都意識到自己是生產系統中的一個“零件”，雖然每個人有各自的任務，但如果自己不能與他人很好合作，整個生產線就不能正常工作。于是，大家對生產線重新進行調整，在管理上設立了一個生產調度員，對各個工段進行協調；設立了工段質量檢驗員，加強質量檢測。新的生產線一開工，每個成員各司其職，各盡其能，生產線十分暢通，而且生產出的產品質量好，產量高。
事后在總結交流中，有的同學說：“分工不是分家，而是意味著更好地合作！”有的學生感慨地說：“我要很好地保存這只壁掛布袋作為紀念，這是我們班級同學合作的結晶和象征！”
進水
發射激光
條形碼
反射激光
讀取器
計算機
顯示器
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