2.2技術(shù)設(shè)計的原則教案-高中通用技術(shù)粵科版必修技術(shù)與設(shè)計1

《通用技術(shù)》必修1第二章2.2技術(shù)設(shè)計的原則教學設(shè)計教學背景黨的二十大報告指出，“教育、科技、人才是全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐。必須堅持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動力，深入實施科教興國戰(zhàn)略、人才強國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略”。通用技術(shù)是一門與科學技術(shù)息息相關(guān)的學科?；仡櫲祟惖陌l(fā)展歷程，從石器時代、青銅時代、蒸汽機時代直到當今的信息時代，技術(shù)進步改變著人類的生活和生產(chǎn)方式。我們的生活、工作、生產(chǎn)處處都要用到技術(shù)，例如我們手中拿的圓珠筆和鋼筆就是多次技術(shù)改造的結(jié)果，使我們足不出戶就可以了解世界的電視機也是技術(shù)發(fā)明的成果。認識技術(shù)、善用技術(shù)，已成為現(xiàn)代人必須具備的素質(zhì)。教學目標：知識與技能目標:理解設(shè)計的基本原則初步學會用設(shè)計的基本原則對產(chǎn)品簡單評價初步學會用設(shè)計的基本原則進行簡單設(shè)計情感、態(tài)度、價值觀目標:通過了解技術(shù)發(fā)明與技術(shù)革新的關(guān)系，增強學生對技術(shù)的理解，培養(yǎng)學生對技術(shù)應以人為本的理念。加深對技術(shù)的藝術(shù)美、技術(shù)美及文化性的理解，增強技術(shù)設(shè)計的道德責任觀念。通過對設(shè)計原則的理解，形成全面的、聯(lián)系的、發(fā)展的技術(shù)原則觀。教學內(nèi)容分析:本書的第二章讓同學們了解技術(shù)設(shè)計學習需要形成的核心素養(yǎng)，學會技術(shù)設(shè)計中常用的思維方法，通過學習設(shè)計的基礎(chǔ)知識，為開展技術(shù)設(shè)計活動做準備。技術(shù)的目的在于改善人類的生活。人類在滿足生活的需求與愿望時，會遇到許多問隨，因此解決問題的程序與方法、探索與實踐成為技術(shù)的重要內(nèi)涵。學情分析:通過前一章的學習，對設(shè)計與技術(shù)有了一定的認識，對設(shè)計一樣自己的作品充滿激情，但對設(shè)計的要求還不深入。本課培養(yǎng)學生良好的思維方式，進一步的提升學生學習設(shè)計的興趣。教學重難點:重點:理解設(shè)計的基本原則難點:應用設(shè)計的基本原則設(shè)計作品和評價作品教學策略:本節(jié)課教學主要由教師通過實物圖片和多媒體手段設(shè)置學習情境，并加以引導，讓學生在過程中自主探究、自主建構(gòu)設(shè)計原則知識并形成能力。教學準備:展示用的圖片、其他技術(shù)產(chǎn)品、多媒體課件。教學過程:情景導入:老師：本節(jié)課我們學習《通用技術(shù)》必修1第二章第二節(jié)技術(shù)設(shè)計的原則。李明計劃購買一臺洗衣機，他通過電商平臺了解到某品牌洗衣機（圖28）（參見教材P41）有許多特色設(shè)計:(1)使用新型材料制作。外觀纖薄美觀，防老化、耐腐蝕。(2)使用靜音變頻電機?？勺兯俟?jié)能，大幅降低噪聲，延長電動機壽命。(3)有多種洗滌方案選擇。針對不同材質(zhì)衣物、不同污漬的衣物，均有相應洗滌方案，一鍵選擇。(4)洗衣過程智能感知。自動感知衣物重量、自動選擇水量，省水省電。(5)上排水設(shè)計。讓最后一次的漂洗水（比較干凈的水）留存，用于下一次衣物預洗。(6)人性化設(shè)計:LED顯示及觸摸控制洗衣過程可調(diào)可控大視窗設(shè)計，美觀大氣，洗滌狀態(tài)一目了然排永管位置左右可調(diào)(7)安全四防護。斷電保護、門鎖保護、幾童鎖保護、開門保護。(8)互聯(lián)網(wǎng)遠程控制。通過可實現(xiàn)一鍵開關(guān)機，顯示用電量、用水量，洗衣模式更改，洗衣狀態(tài)提醒，一鍵報修。(9)零部件通用化。零部件實現(xiàn)標準化，裝配、維修便利。李明決定結(jié)合“技術(shù)設(shè)計的原則”的學習，分析這款洗衣機宣傳介紹的特色設(shè)計遵循了哪些設(shè)計原則。導學思考上述洗衣機的特色設(shè)計遵循了哪些設(shè)計原則，你是否想對設(shè)計的原則有更多的了解?一、技術(shù)設(shè)計的一般原則任務結(jié)合情境及分析，體悟技術(shù)設(shè)計的一般原則，并嘗試運用設(shè)計的一般原則對案例中的洗衣機特色設(shè)計加以分析。技術(shù)設(shè)計的一般原則指的是通用性原則，普遍適用于設(shè)計中。1.科學性原則情景永動機的設(shè)計者試圖設(shè)計一種永動機:用發(fā)電機發(fā)出的電供給電動機，使電動機運轉(zhuǎn)，再由電動機帶動發(fā)電機發(fā)電，這樣就可以在外加力量啟動發(fā)電機和電動機之后，不需補充能量而一直運行下去，實現(xiàn)永恒的旋轉(zhuǎn)運動。思考你認為永動機可以實現(xiàn)嗎?為什么?永動機的設(shè)計必定會失敗，因為它違反了能量守恒定律。設(shè)計必須遵從科學原理，否則是不會成功的。立即行動試找一些違反科學性原則的設(shè)計例子，你為什么認為它違反了科學性原則?2.創(chuàng)新性原則情景風和太陽能互補的環(huán)保路燈應用已十分廣泛。但這類環(huán)保路燈的電源經(jīng)常發(fā)生故障，需要安排維護人員不定期進行電源設(shè)備狀態(tài)的巡檢與維護，從而導到路燈養(yǎng)護成本偏高。萬老師和他的學生小陳，為了解決這個間題，設(shè)計了環(huán)保路燈遠程自動報障管理系統(tǒng)（圖29）（參見教材P42）。這項設(shè)計獲得了廣東省青少年科技創(chuàng)新大賽等獎。在技術(shù)設(shè)計中我們需要遵循創(chuàng)新性原則。環(huán)保路燈遠程自動報障管理系統(tǒng)體現(xiàn)了以下創(chuàng)新:一是時效性高，系統(tǒng)實時監(jiān)控路燈的狀態(tài)，可以第一時間發(fā)現(xiàn)路燈故障，使路燈得到及時維護，二是節(jié)約維護成本，人工巡查管理維護成本高，采用智能監(jiān)控系統(tǒng)可以大幅節(jié)約成本:三是模式創(chuàng)新，采用無線傳輸方式，借助移動短信收發(fā)功能，充分利用移動信息資源，促進路燈管理信息化。3.安全性原則情景某電熱水器生產(chǎn)廠發(fā)明了一項高溫預熱式電熱水器，可在天氣寒冷時啟動預熱功能，先噴出高溫水蒸汽（達150°C），將浴室內(nèi)溫度提高，當浴室內(nèi)達到一定溫度（如20°C）后則停止噴射高溫水蒸汽，自動轉(zhuǎn)入正常供熱水狀態(tài)。這項產(chǎn)品的設(shè)計具有一定的創(chuàng)新性，開始時很受寒冷地區(qū)用戶的歡迎，但由于忽視了產(chǎn)品設(shè)計的安全性，外殼受潮后容易引起觸電，而且噴出高溫水蒸汽的控制技術(shù)不夠可靠，造成傷人事故，因此產(chǎn)品推出不久便被迫停產(chǎn)。在產(chǎn)品或項目的設(shè)計中，必須嚴格遵循安全性原則，設(shè)計出來的產(chǎn)品在使用時必須是安全的。在產(chǎn)品設(shè)計時，常使用技術(shù)試驗、試用測試等方式，檢測產(chǎn)品的安全性。討論為了不讓垃圾箱影響市容，有人提出把馬路邊安放的垃圾箱改為地下式，扔垃圾時，用腳踏開關(guān)，地面就打開一個口，扔完垃圾這個口就關(guān)閉。你認為這個設(shè)計可行嗎?你有什么設(shè)計建議?4.實用性原則情境隨著教育信息化、數(shù)字化的發(fā)展，成為一些學?！爸腔壅n堂”中學習的工具。如果要專門為“智慧課堂”設(shè)計一款，從實用性的角度，你認為需要設(shè)計哪些功能?目前市場上一般的智能功能配置都比較高，價格也高。實際上其許多功能在“智慧課章”中都不需要，有些功能還會對學生的學習和生活造成困擾。因此，設(shè)計用于“智慧課堂”的時，應遵循實用性原則，如僅以滿足“智慧課章”的功能需要、兼顧學校局域網(wǎng)范圍內(nèi)的交流，能正常對外聯(lián)系通話等作為功能設(shè)計的目標進行設(shè)計。5.經(jīng)濟性原則李明的爸爸想選購一輛經(jīng)濟、實用的小汽車，他向朋友征求意見。有人向他提議:觀察一下街道上跑的出租車，哪種款式多就選哪種。你認為有道理嗎?說說理由。朋友的建議有一定的道理。出租車選用的品牌和車型一般價格都比較便宜；它們的維修配件大部分都是通用件，容易尋找，維修費用比較低；出租車能經(jīng)受較長使用時間和較高使用頻率的考驗，質(zhì)量比較有保證。因此，選擇較多出租車選用的品牌和車型，從質(zhì)量與價格的角度比較、權(quán)衡是個不錯的購買選擇。討論經(jīng)濟性原則通常可用“性能價格比”（簡稱性價比）來描述，列舉日常生活中你認為性價比較高的一件物品，并與同學討論。6.可靠性和耐用性原則情景圓珠筆設(shè)計的基本要求是可靠性和耐用性，它的其中一項測試是要求圓珠筆能接一個角度順暢書寫80m以上。為保證圓珠筆書寫的可靠性和耐用性，圓珠的筆尖制作十分情密。雖然全球有80%圓珠筆由我國生產(chǎn)，但核心部件圓珠筆的筆尖的材料一直靠國外進口，這成為中國制筆人心中揮之不去的痛。2017年初，我國企業(yè)終于突破了技術(shù)難關(guān)，成功研發(fā)生產(chǎn)出適合生產(chǎn)圓珠筆的筆尖的新村料，并實現(xiàn)了量產(chǎn)。小小圓珠筆頭的研發(fā)之所以難，難在其可靠性和耐用性。對一些關(guān)乎生命安全的設(shè)計如汽車的制動裝置、飛機的發(fā)動機等，更要把可靠性和耐用性放在設(shè)計的第一位。在技術(shù)設(shè)計中，我們要遵循可靠性和耐用性原則，要求設(shè)計的產(chǎn)品在規(guī)定的使用壽命內(nèi)能適應規(guī)定的條件和環(huán)境，可靠地工作，不發(fā)生故障，功能、性能指標不低于使用說明書規(guī)定的要求。7.標準化原則情境李明的朔期想網(wǎng)購一張兒童床，讓李明幫忙選購。事關(guān)外甥的健康和安全，小明選購時十分認真。他首先查閱了所選產(chǎn)品是否符合國家環(huán)保質(zhì)量標準（圖211），以及是否符合兒童床的安全要求，然后查詢了兒童床的尺寸標準。由于網(wǎng)購后需要自己安裝，李明向商家咨詢了安裝問題，商家回答:安裝非常簡單，因為提供有裝配圖，各種零配件都是通用性的，并配有相匹配的安裝工具。李明網(wǎng)購兒童床時，主要考慮了產(chǎn)品設(shè)計的標準化。標準化在產(chǎn)品設(shè)計中的重要性體現(xiàn)在兩方面。一是標準化是提高產(chǎn)品性能的有效手段:標準能引導產(chǎn)品設(shè)計不斷向高水平發(fā)展:產(chǎn)品設(shè)計最大限度地采用標準化，可以充分保證新產(chǎn)品性能可靠、質(zhì)量優(yōu)良；標準化是科學管理的重要組成部分，大力推行設(shè)計管理和方法的標準化，能大大提高設(shè)計水平和產(chǎn)品質(zhì)量。二是標準化能提高設(shè)計效率:產(chǎn)品設(shè)計術(shù)語符號、圖幅樣式、尺寸公差標準化，材料標準規(guī)格化，零件部件標準化、通用化，可以有效提高產(chǎn)品設(shè)計效率；標準化使技術(shù)儲備得以活用，能更高效率地創(chuàng)造出新的產(chǎn)品。8.工程心理學和生理學原則情景汽車駕駛員都想有一張美觀、舒適、實用的座椅。以下是某品牌汽車駕駛座椅的設(shè)計:考慮到不同駕駛員的身高、腿長，座椅設(shè)計了可升降、可前后移動功能；考慮到駕駛員腰部容易疲勞，設(shè)計了可調(diào)節(jié)的腰部支撐功能；為了消減駕駛疲勞設(shè)計了座椅接摩功能；為了讓駕駛員在冬天駕駛時感到溫暖，設(shè)計了座椅自動加熱功能；為了方便駕駛員在休息區(qū)休息，設(shè)計了座椅平放功能等。設(shè)計人員根據(jù)什么來進行這些設(shè)計?在上述汽車駕駛座椅的設(shè)計中，可以發(fā)現(xiàn)，設(shè)計人員遵循了工程心理學和生理學的原則，在考慮美觀、舒適、使用方便的同時，亦考慮使用者和產(chǎn)品之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，突出了以人為本的設(shè)計理念。如果由你來設(shè)計一張電腦椅，談談你會如何讓設(shè)計體現(xiàn)工程心理學和生理學原則?9.時效性原則某研究所接受一家空調(diào)機生產(chǎn)廠的委托，研究開發(fā)一種可變頻空調(diào)的電機控制板。委托書規(guī)定6個月內(nèi)交貨，每塊價格不超過200元。A研究所在8個月后才完成設(shè)計任務，該電機控制板各功能指標符合設(shè)計任務書的要求，每塊價格為190元。但該空調(diào)機廠家不能接受該項目研究成果，因為當時已有另一家研究所開發(fā)出了功能相同的電機控制板，而且每塊價格僅為150元。上述研究所在接受委托后，雖然按質(zhì)量和價格的要求研究出了空調(diào)的電機控制板但未能按時完成設(shè)計任務，使產(chǎn)品失去了先發(fā)的優(yōu)勢，因此導致了委托者與受委托者的糾紛?？茖W技術(shù)日新月異，市場情況千變方化，產(chǎn)品的設(shè)計必須遵循時效性原則，按照設(shè)計任務書，在規(guī)定的時間內(nèi)完成，要避免出現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計出來便過時的情況發(fā)生。調(diào)查到家電商場或網(wǎng)店調(diào)查，家電的價格、功能、系列號是否與該產(chǎn)品的首次推出時間有關(guān)?10.最優(yōu)化原則李明和劉輝是同一學習小組的成員，兩人就某項產(chǎn)品設(shè)計的零配件選用問題展開了討論。劉輝認為好的零配件是好產(chǎn)品的基礎(chǔ)，所以要全部選用最好的零配件；李明則認為要積據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計要求，選用合適的零配件，在功能、技術(shù)上盡可能做到最合理就可以了。你的意見呢?李明與劉輝的討論涉及技術(shù)設(shè)計的最優(yōu)化問題，李明的意見比較有道理。產(chǎn)品零配件的選擇，要根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計要求，既考慮零配件等級問題，又考慮零配件的成本問題，不需考慮零配件之間的匹配問題等。找術(shù)設(shè)計需要運用工程思維，對各種設(shè)計因素進行分析、比較和權(quán)衡，努力做到最合理。思考以你居住的房間為設(shè)計對象，如果給你一次重新設(shè)計的機會，結(jié)合實際情況，從最優(yōu)化原則考慮，你會如何設(shè)計你的房間?11.法律、道德規(guī)范原則情境王某是一位科技愛好者，一天他在朋友劉某的鼓動下，設(shè)計了一種轎車遙控信號干擾器。這種遙控器可以發(fā)出與轎車遙控器相同的頻率信號。劉某利用這種遙控信號干擾器多次駕車尾隨作案對象。趁車主遙控鎖車的時間，利用信號干擾器干猶，致使車輛實際未上鎖，待車主離開后，劉某打開車門，將車內(nèi)財物洗劫一空。劉某利用這種手段先后瘋狂作案30余起，王某也從中分得了部分贓款。最終他們都受到了法律的制裁。上述案例中。王某的設(shè)計雖然有一定的技術(shù)含量，但這種以盜竊為目的的設(shè)計明顯是違法犯罪行為，因此受到了法律的制裁。我們開展技術(shù)設(shè)計，一定要遭守國家的法律、法規(guī)，不違背倫理道德。討論某洗衣機廠為了提高經(jīng)濟效益，采取了兩項措施:仿冒其他廠家的設(shè)計，節(jié)約設(shè)計成本制作廣告，采取夸大宣傳的方法，如全球最先進、電動機永不磨損等來吸引消費者。你贊成該洗衣機廠的做法嗎?為什么?12.可持續(xù)發(fā)展原則情境于金田同學發(fā)現(xiàn)，馬桶沖水浪費了大量的水資源，決定設(shè)計一套節(jié)水裝置為了達到節(jié)水又節(jié)能的目的，他巧妙地運用了水往低處流的原理，選擇利用樓上住戶的污水。經(jīng)過大量試驗，于金田同學成功設(shè)計了一套樓房污水回收利用裝置，該裝置包括高位水箱和三通過濾器。樓上住戶的洗滌污水通過過濾器流到下一層樓的一個高位污水箱中，不需任何動力，利用水箱中水的落差就能沖洗下層住戶家的廁所。裝置中還設(shè)置了一個水位調(diào)節(jié)器用來調(diào)節(jié)水箱水位，當高位污水箱水量不足時，自來水可經(jīng)這個裝置自動注入。節(jié)能專家對于金田同學的設(shè)計給予了充分肯定:“目前家庭中普遍使用的抽水馬桶，沖1次至少要用去610L水，如能把這項設(shè)計應用于實際生活中，每人每天就能節(jié)約5090L水?！边@項設(shè)計獲得了國家實用新型專利。于金田同學的設(shè)計體現(xiàn)了綠色環(huán)保的意識。在技術(shù)設(shè)計中，必須堅持可持續(xù)發(fā)展原則，多從節(jié)約能源、生態(tài)優(yōu)先、綠色環(huán)保的角度去考吃設(shè)計問題。思考以家居設(shè)施和用品為設(shè)計對象，思考哪些可以通過設(shè)計改進，實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)能的目的。立即行動結(jié)合本節(jié)引入情境中李明同學收集的某品牌洗衣機的設(shè)計特色介紹，分析這些設(shè)計主要遵循的設(shè)計原則，并填入表27中。表27某品牌洗衣機設(shè)計遵循的設(shè)計原則編號技術(shù)設(shè)計遵循的設(shè)計原則1使用新型材料制作2使用靜音變頻電動機3多種洗滌方案選擇4洗衣過程智能感知5上排水設(shè)計6人性化設(shè)計7安全四防護8互聯(lián)網(wǎng)遠程控制9零部件通用化二、各原則之間的相互關(guān)系在技術(shù)設(shè)計中，通常要考慮多方面的原則，有些原則是共存的，有些可能相互沖突，這就需要我們運用綜合的、系統(tǒng)的思維方法去分析處理，取得最憂的方案。例如，工業(yè)污水處理的設(shè)計，簡單處理的設(shè)計可能節(jié)約成本，按國家排污標準設(shè)計可能成本較高，在設(shè)計原則沖突時，我們應該將法律、道德規(guī)范原則和可持續(xù)發(fā)展原則置于優(yōu)先的地位。立即行動在表28中，列出了在設(shè)計同一產(chǎn)品或項目時，部分設(shè)計原則之間可能存在的關(guān)系。它們可能是相互依存或者并存，也可能是相互矛盾、沖突。在表中寫出它們的關(guān)系。以及當兩種原則發(fā)生沖突時優(yōu)先遵守的原則，并通過舉例分析說明。表28設(shè)計原則的相互關(guān)系編號設(shè)計原則相互關(guān)系優(yōu)先的原則舉例分析說明1安全性與經(jīng)濟性2創(chuàng)新性與科學性3經(jīng)濟性與法律道德規(guī)范4創(chuàng)新