技术与设计

【教学目标】

掌握技术与设计的基本概念，并能根据相关知识分析技术资料。

【知识归纳】

1.         技术

(1)       技术的作用:保护人、解放人、发展人

(2)       技术的性质:目的性、创新性、综合性、两面性、专利性

(3)       技术创新表现为技术革新与技术发明

*瓦特改进蒸汽机是技术发明

(4)       科学侧重认识自然,力求有所发现;技术侧重改造自然,力求有所发明。

*科学指导技术,技术验证科学

(5)       专利的种类:发明专利(有效期20年) 外观设计专利、实用新型专利(有效期均为10年)

(6)       专利的特性:独占性、地域性、时间性

(7)       知识产权包括:著作权、专利权、商标权

(8)       专利权不能自动取得,要向国家专利局提交必要的申请文件

(9)       提交申请→受理→初审→发明专利申请公布→实质审查→授权

2.         设计

(1)       技术设计:功能、结构、材料、程序、工艺、寿命，艺术设计:欣赏、审美、感觉、色彩

(2)       人机关系目标:高效、健康、舒适、安全

(3)       如何实现合理的人机关系:

普通人群与特殊人群,静态的人与动态的人,人的生理需求与心理需求,信息的交互

(4)       技术试验:性能试验、优化试验、预测试验、信息试验

(5)       性能试验:拉断力测试、延伸拉力测试、破坏测试、拉压管子测试、硬度测试

(6)       技术试验方法:优选试验法(农作物对比试验)、模拟试验法、虚拟实验法(计算机虚拟,研制周期短、费用低、风险小)、强化试验法(极限)、移植试验法

(7)       试验报告格式:试验目的、试验准备、试验步骤(过程)、试验记录、试验总结

3.         设计过程、原则及评价

(1)       设计过程:发展与明确问题、制定设计方案、制作模型或原型、测试评估优化、编写产品说明书、产品使用和维护

(2)       制定设计方案:收集信息、设计分析、方案构思、方案呈现、方案筛选

(3)       优化:增加结构强度、美化外观、减轻自重

(4)       设计一般原则:创新、实用、经济、美观、道德、技术规范、可持续发展

(5)       创新是设计的核心

(6)       产品实用性

物理功能:可靠、效率、精度、构造、性能

生理功能:安全、宜人、方便

心理功能:色彩、造型、装饰、肌理

社会功能:爱好、兴趣、社会地位、个人价值、产品象征

(7)       技术规范:强制性标准、推荐使用技术规范

(8)       技术原则相互联系、相互影响、相互制约

创新与经济相互制约、实用与美观相互影响、道德与可持续发展相互联

4.         问题

产生问题:生活中遇到的问题、别人给出的问题、自己主动发现的问题

发现问题:观察生活、收集分析信息、技术研究试验、信息收集处理

解决问题的限制:设计对象特点、问题解决标准、设计者技术能力与条件

 

 

【知识梳理】

1.         技术

         技术是人们为了满足自身需求，有目的的对自然进行的改造和保护活动。

(1)       技术的作用:保护人、解放人、发展人

         保护人：提供抵抗不良环境，防止被侵害的手段和工具。例如：衣服、鞋子、房屋、武器、医药、安全帽、头盔、汽车的安全气囊等

         解放人：解放或延长身体器官，拓展活动空间，提高劳动效率，增强各方面的能力。例如，体力解放：汽车、船、飞机、自行车、望远镜、助听器、工厂等现代化机械等。

         发展人：技术促进人的精神和智力的发展，使得人的创新精神和批判能力得以提高，思维方式发生转变，自我价值得以体现。例如：袁隆平发明杂交水稻、瓦特改良蒸汽机、爱迪生发明电灯、张衡发明地动仪、毕昇发明活字印刷术、蔡伦发明造纸术等，都最大程度地体现了发明者的自身价值。

(2)       技术的性质:目的性、创新性、综合性、两面性、专利性

         创新性：技术发展的灵魂是创新，人类社会的技术水平是在不断创新的过程中得到发展的。技术创新的两种形式：一种是技术发明，一种是技术革新。技术发明是指创造发明自然界原来没有的事物。技术革新是指对原有技术加以改造和提高。发明和革新是技术的源泉，是推动人类社会进步的动力。例如，手机的发展。

         目的性：技术以满足人类的需求与愿望为目的。目的性贯穿技术活动的始终。例如，各种科技产品的出现一般都是以满足人们的某项特定需求或解决某种具体问题为目的，充分体现出技术具有目的性。

         专利性：知识产权是人们基于自己的智力活动创造的成果和经营管理活动的标记、信誉而依法享有的权利。专利权是指依法批准的发明人或其权利受让人对其发明成果在一定年限内享有的独占、使用、受益和处分的权利。

专利的种类：发明专利(有效期20年)、实用新型专利、外观设计专利 (有效期均为10年)

专利申请的流程：提交申请阶段→受理阶段→初审阶段→发明专利申请公布阶段→发明专利申请实质审查阶段→授权阶段。

         综合性：技术需要跨学科的性质，每一项技术都需要综合运用多个学科，或者多项技能的多方面的知识。其重在注意合作精神。

         两面性：技术既有实用性又有危害性。它既可以给人们带来福音，也可以给人们带来危害。例如：各种电池可以随时随地为人类带来光明和动力，但是随意丢弃的废旧电池中所含有的重金属会对环境造成巨大破坏，一粒纽扣电池就能污染6*105L水。

(3)       技术与科学的区别与联系

         科学侧重认识自然,力求有所发现;技术侧重改造自然,力求有所发明。

         *科学指导技术,技术验证科学

【典型例题】

         如图所示是反渗透技术在海水淡化处理中的应用示意图。海水杀菌、过滤后，经高压泵送到反渗透膜装置去除盐分成分淡水。能量回收装置回收高压泵输出的能量，提高能源利用率。为了保持淡化能量，反渗透膜表面需要定期清理污垢。下列关于该技术的说法中不正确的是(　　)

A．能淡化海水，体现了技术的目的性

B．反渗透技术运用多学科知识，体现了技术的综合性

C．可回收能量，节约能源，符合可持续发展的理念

D．需定期清理反渗透膜表面的污垢，体现了技术的两面性

  

2.         设计

(1)       技术设计: 设计是基于一定设想的、有目的的规划及创造活动。（是一个问题求解的过程）  设计包括技术设计与艺术设计，技术设计侧重于功能、结构、材料、程序、工艺等，围绕  技术的目的而展开；艺术设计侧重于欣赏、审美，更强调感觉的需要，技术设计与艺术设  计往往紧密地联系在一起。

(2)       人机关系

         当人们使用物品时，物品与人就产生了一种相互的关系，这种相互的关系称为人机关系。人机关机中的“机”除了人们通常所指的机器外，还包括各种各样的工具、仪器、仪表、设备、设施、家具、交通车辆以及劳动保护用具等。当人们身处某一环境的时候，这时的人机关系就体现为人与环境的相互关系。人机关系的主体是人。人机关系中的“人”指的是使用者，不是设计者，甚至可能是动植物。例如设计狗项圈时，使用者是小狗。

(3)       人机关系目标:高效、健康、舒适、安全

         高效：把人和机作为一个整体，合理或最优地分配人和机的功能，促进二者的协调，提高人的工作效率。关键词：快速、快捷、方便等或同意表述。例如：电脑键盘上的字母键位的设计（不按字母顺序排列）、汽车高靠背座椅的副手可翻转以方便旅客进出等。

         健康：人在长期操作或使用产品的过程中，产品对人的健康不会造成不良的影响。（累计影响）例如：书包双肩带设计；座椅的靠背高度、靠背倾斜角度大小、座面倾斜程度等。

         舒适：人在使用产品的过程中，人体能处于自然的状态，操作或使用的姿势能够在人们自然、正常的肢体活动范围内，从而使人不致过早地产生疲劳。（短期感受）

例如：水果刨刀的手柄设计成圆弧形、座椅设计成高靠背且高度可调、童车上设计了脚垫版和遮阳蓬等。

         安全：人们在操作和使用产品的过程中，产品对人的身体不构成生理上(身体上)的伤害。例如：楼梯设有护栏、汽车设有安全带、桌角制作成圆弧形等。

(4)       如何实现合理的人机关系:

         产品设计应以普通人群为标准，还应充分考虑特殊人群的需要。超过正常为特殊（如尺寸）例如：通道的设计，有的只设计了阶梯，没有坡道，对于残疾人和携带重物的人很不方便；还有各种职业的人的服装设计、残疾人的专用设施的设计等。

         产品不但要符合人体的静态尺寸（构造尺寸），也要符合人体的动态尺寸（活动尺寸）。宾馆标准间两张床的间距、运动服的尺寸设计等。

         产品不但要满足人的生理需求（衣食住行），而且要满足人的心理需求（心理感受，比如色彩搭配、造型图案等）。例如，颜色对人的心理的影响。

         人与产品之间要形成良好的信息交互（人与产品的互动）。例如，汽车驾驶员与汽车的信息交互中，往往是通过驾驶员看汽车上的仪表盘完成。饮水机上的指示灯，交警背心上的醒目反光条，具有提醒提示的功能，体现了信息的交互。

(5)       技术试验:

含义:技术活动中为了某种目的所进行的尝试、检验、优化等探索性实践活动称为技术试验。

重要性:改进和完善设计，将设计的风险和失误降到最低，对技术应用的实现起到了有力的保障作用。

试验方法:

①     优选试验法：运用数理统计的方法，选定若干次典型意义的试验，逻辑地推出全部试验所达到的最佳效果。如：不同品种水稻的对比实验。

②     模拟试验法：通过再现的形式来模拟现实发生情况的方法。如：汽车碰撞试验。

③     虚拟试验法：利用计算机技术来虚拟现实中的技术设计原型并进行试验的方法。

④     强化试验法：通过扩大和强化试验对象的作用，以提高试验效率的方法。测试产品的极端情况。如：测试水管能承受最大的水压。

⑤     移植试验法：在相互具有差异的事物之间，将某些共同相关的因素从一物移植到另一物进行试验。如：南橘北种，器官的移植试验。

         设计与实施:人不能直接参与（危险）、舒适性试验除外

         技术试验的实施包括：制定试验计划、抽取样本、进行试验、分析数据、得出结论等。

技术试验报告是技术试验工作完成后应当形成的成果，其项目包括：试验标题、试验目的、试验名称、试验准备、试验过程(试验步骤、试验记录)、试验总结等。

【典型例题】

1.常见拐杖基本上都以腋下肩关节和大臂关节提供支持，还必须双手紧握，相当不舒服。如图所示是一款全新设计的以手肘为支撑点，绑在前臂上的拐杖，比现有产品要更灵活，更舒适，长时间的走路不易引起酸麻等疲劳状态，而且能够解放双手，完成一些必要工作；该拐杖高度可调节，适合不同身高的人使用。针对该设计以下说法正确的是(　　)

A．长时间的走路不易引起酸麻等疲劳状态，这实现了人机关系的舒适目标

B．为了防滑，该拐杖使用橡胶垫，主要实现了健康的目标

C．该拐杖高度可调节的设计，主要考虑到人的动态尺寸

D．该拐杖解放了人的双手，体现了技术具有发展人的作用

 

2.美国国家仪器有限公司推出的以Windows为基础的仿真软件Multisim，程序师可以使用Multisim软件在电脑上对某一电路进行试验，判断电路结果，题中试验方法属于(　　)

  

A．优选试验法

B．模拟试验法

C．虚拟试验法

D．移植试验法

  

 

3.如图所示是一款医学影像智能阅片机器人，能读取病人的医学影像。快速准确地诊断疾病，下列说法中，不恰当的是(　　)

A.能快速准确地诊断疾病，体现了技术的综合性

B.能够自主学习，体现了技术的创新性

C.能替代医生阅片，减轻医生的工作强度，体现了技术具有解放人的作用

D.可以提升基层医院的诊断水平,体现了技术在医疗领域的重要作用

 

3.         设计过程、原则及评价

(1)       设计过程:

发现与明确问题→制定设计方案→制作模型或原型→制作模型或原型→制作模型或原型

(2)       设计过程的设计要求和设计方案

         发现和明确问题：提出设计项目、明确设计要求。

         设计是技术发展的关键，从本质上说，设计是一个问题求解的过程。

         判断问题价值的方法：科学性；新颖性；实用性；主要性；技术可行性；投入产出比。

         制定方案的步骤：

         收集信息→设计分析→方案构思→方案构思→方案构思

方案设计中的创新：创新就是通过引入新概念、新思想、新方法、新技术等，或对已有的产品的革新来创造具有相当社会价值的事物或形式。创新是设计的核心。

(3)       设计一般原则:创新、实用、经济、美观、道德、技术规范、可持续发展

         创新原则：创新指通过引入新概念、新思想、新方法、新技术等，或对已有产品的革新来创造具有相当社会价值的事物或形式。创新是设计的核心，产品没有创新就没有生命力。一般地说，创新可以从原理、结构、技术、材料、工艺等方面实现。例如，更新换代奇快的电子产品就充分体现了创新原则在设计中的应用。

         实用原则：是产品具有的基本功能。

物理功能：产品的性能、构造、效率精度、可靠性等

生理功能：产品使用的方便性、安全性、宜人性等

心理功能：产品的造型、色彩、肌理、装饰诸要素给人以愉悦感等

社会功能：产品象征或显示个人的价值、兴趣、爱好和社会地位等，例如，所有的技术产品都有其最基本的功能、特点和索要达到的主要目标，这就是其使用原则的体现。

         经济原则：以最低的费用取得最佳的效果。例如，方形卷纸相比圆形卷纸降低了运输成本，批量生产比手工生产降低了工艺成本。

         美观原则：产品外观的美是通过对产品造型、大小比例、使用材料、色彩搭配、装饰图案等的设计组合来表达的。例如，儿童用的玩具收录机通常结构比较简单，造型卡通化，颜色鲜艳，对比强烈，甚至有时会做玩具娃娃的样子，符合儿童天真活泼的天性。

         道德原则：包括在设计中强调以人为本、遵循道德伦理、保护知识产权、负起社会责任等。例如，一切违背知识产权、违背国家法律法规的设计作品都不符合设计的道德原则。

         技术规范原则：产品要符合行业内的统一标准，既有强制性的标准，也有推荐使用的技术规范。比如电脑上的USB接口，插座孔间距等都是符合行业内的技术规范。技术规范既有强制性的标准，也有推荐使用的技术规范。强制性标准是产品设计制造必须达到的要求，否则将出现各种质量和安全方面的事故。推荐性的技术规范不是产品设计制造必须达到的，而是对企业形象和产品的品质有很大影响的要求。例如，中国实用的电脑其正常工作电压为220V，这就是一种强制标准；而如果电脑厂家的设计产品符合TCO-99电脑环保标准，这就意味着设计、生产、管理高质量的一种体现和认可，这就是一种推荐标准。

         可持续发展原则：可以从人类的长远发展、资源的合理利用、生态平衡等三方面来考虑。例如，各种节能电器、绿色涂料就是典型的可持续发展原则的体现。

         设计一般原则的相互关系：各种原则并不是各自独立的，它们之间往往相互联系、相互制约、相互促进、相互影响、相互渗透。具有一定的开放性。

(4)       设计的评价：依据一定的原则，采取一定的方法和手段，对设计所涉及的过程及结果进行事实判断和价值认定的活动。

①     设计过程中的评价

         加强对设计过程的评价是树立质量管理意识、加强质量管理、实现设计目标的关键。

对设计过程的评价有着丰富的内容，主要有：设计过程是否完备、分工是否合理、采用的方法是否正确、各个环节或阶段的任务是否完成、形成的中间成果（方案）是否符合要求、全过程是否把质量控制和相应的监督、改进措施、是否注意把握各个环节或阶段的主要任务和目标、是否注意把握设计过程中各个环节或阶段之间的衔接和协调、设计资源运用是否合理等

②     设计成果的评价

         对最终产品的评价的两个依据：设计的一般原则；事先制定的设计要求。最终产品是设计过程的结晶，是设计质量、设计水平的集中体现。评价对象：对设计过程的评价；对设计成果的评价。评价者：设计者自我评价；他人的评价。意义：对设计者树立质量管理意识、强化质量管理、高质量完成设计任务具有重要作用，同时也有助于设计中的信息交流和工作反思。

③     评价报告的撰写与分析

         日常用品评价：功能、形态、效率、创新性、安全性、易操作性、性能价格比、美学因素、对社会、环境、资源的影响以及市场应用前景等。一般采用坐标图(以设计的一般原则、设计要求等为标准)和列表分析某件作品，其中要注意的是成本低的评价，得分高意味着成本低。一般评价坐标图面积越大，产品质量越好；但如果某一标准要低，则存在缺陷。面积的计算：用各坐标数字简单相加。

【典型例题】

1.如图所示是一个户外休闲帐篷及其评价坐标图，支架采用自动伸缩玻璃纤维杆，外帐，帐底防水指数＞3000 mm，总重4.6 kg，适应三个季节。根据该坐标图，下列该帐篷说法中不正确的是(　　)

  

A．产品质量轻

B．防水性能优秀

C．搭建比较方便

D．季节适应性良好

 

 

2.如图所示的手机投影是一款专为a品牌智能手机用户设计的微型手机投影仪，名片大小，能通过该品牌智能手机的HDMI线连接投影机，同步手机画面，投射出最大100英寸画面。下列说法中，不恰当的是(　　)

A．支持ios4.1以上的a品牌智能手机、平板电脑、笔记本电脑设备，通过系统自带的Airplay无线同屏，体现了设计的技术规范原则

B．铝镁合金机身，细腻磨砂处理，工艺手感超乎想象，体现了设计的美观原则

C．DLP投影技术，1080P高清解码，图像更加清晰明丽，体现了设计的实用性原则

D．采用静音风扇，全新风道设计，经过60多次优化调整，强劲散热，体现设计经济原则

 

4.         问题

         重要性：人类进步与发展的过程就是不断发现问题，不断进行设计，从而解决问题的过程。

         产生问题：

①     人类生存活动中必然会遇到的问题。来源于生活。例如，为了解决人们如何进食的问题，中国人设计出了筷子，而西方人则设计出了刀叉。

②     由别人给出问题，设计者必须针对问题寻求解决方案。来源于需要。当汽车的速度超过200km/h时，空气阻力的问题越来越明显。为了解决这个问题，设计师设计出了外观呈流线型的汽车

③     基于一定的目的由设计者自己主动发现，并试图解决。来源于你的主动积极发现。例如，贝尔是一位治疗耳聋的医生，他的工作使他对声音如何能够用电发送这一问题产生了兴趣，终于在1876年发明了第一部电话。

         发现问题：

         观察日常生活(包括有意识观察和无意注意)。例如，当人生病需要躺着用直吸管吸取杯中的水时，有一定的难度，因此就设计出了可以弯折的吸管。

         收集和分析信息(文献法，问卷调查法，询问法)。例如，现在绝大多数新产品在研制前，都需要有个市场调查，了解该产品主要适用人群的特点和要求，然后才开始设计，小米手机的设计就是这方面的典型代表。

         技术研究与技术试验。例如，有次伽利略与学生一起做技术试验时，看到水温升高后灌内水位就会上升，由此突然想到一个技术问题：能不能利用热胀冷缩的原理制造出体温计呢？

         相关信息的收集与处理。通过对信息的收集、检索和分析，往往可以发现一些有价值的问题；通过文献法，问卷调查法，询问法等方式进行信息的收集，也会有惊人的发现。

         明确问题：

         明确问题重要性：问题表述本身是否明确、问题产生的原因是否明确、提出问题的目的是否明确等。 

         判断问题价值：

√ 所提出的问题是否遵循了基本的科学原理。

√  迄今为止，能否确认该问题尚未得到充分解决。

√  在调查的范围内，该问题是否具有普遍意义，在更广的范围内，该问题是否具有意义？

√  在多个问题同时发生时，该问题是否属于主要问题？

√  现有的技术条件能否解决这个问题？技术发展以后呢？

√  解决该问题所需要的投入是多少？投入与产出的比是否理想？

         解决问题受到的限制：

某校学生统计了相关报道后发现，瓦斯爆炸对于矿井下作业的矿工来说是一个巨大的威胁。于是该同学准备设计一个瓦斯自动检测报警装置，在开始设计之前，需要进一步明确需要研究的问题。下列不需要明确的问题是(　　)

   

A．市场上是否已有该产品

B．矿工的知识水平

C．来自技术水平和资金等方面的限制

D．在科学原理上是否有实现该设计的可能

  

 

         【课堂练习】

 

1.如图所示的插座，两个插头无法同时插入，该插座的设计不符合(　　)

A．实用原则

B．经济原则

C．美观原则

D．可持续发展原则

  

 

 

2.浅色的鞋穿久了会发黄。试验时将浅色的能放在耐黄变测试仪中（如图所示），温度调到50℃左右，并用强光长时间不间断地照射，以快速检测鞋的发黄情况。该试验的方法属于(　　)

A.榄拟试验法

B.强化试验法

C.优选试验法

D.虚拟试验法

  

 

3.如图所示为一款“智行车”，是集骑行与电动一体的轻便型单车，主要有以下特点：①有电运转时，YUN—BIKE自主电机提供高效电能转化，无电骑行时，减少电机磁阻80%，轻松用力；②三星锂离子电池，纯电动骑行续航30 km左右，助力骑行续航50 km以上；③断电刹把取代传统刹把，刹车之际，中控系统自动断电，电机停止运转；④车架20寸，车座可自由调节，调整至最适宜的高度；⑤前大灯备有2种提示模式，尾灯备有4种LED提示模式；⑥APP智能管理，显示相关骑行数据，提供社交平台交流；⑦165 mm曲柄，人体工学设计。请回答以下问题：(在“________”处填写合适选项的序号)

  

(1)体现高效目标的特点有________、________。

(2)体现信息交互的特点有________、________。

(3)体现安全目标的特点有________、________。

(4)体现舒适目标的特点有________、________。