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案例
案例 1 设计并制作台灯
高一（1）班的同学对本校学生的需求进行了调查，经过全班的讨论，决定每个小组设计并制作一个学习用的台灯。设计要求是大小适当、使用方便、安全可靠、稳定性好、成本不要太高，并规定两周内完成。
第一小组的同学参观了商店中陈列的各种成品台灯，在图书馆中查阅了台灯式样流行趋势的图片，了解了制作台灯可能要用到的各种材料。然后，他们设计了几个方案，并进行了反复比较，最后选中了一盏可调光的台灯的设计方案。
小组进行了分工。鲍小龙和黄玉负责电路部分，他们画出了电路图，收集了灯泡、灯头、变阻器、电线、开关等电路元件，并进行了试验。结果发现虽然可以调节光的强度，但使用时间一长，变阻器就会发热，容易断路。在老师的启发下，他们学习了可控硅的知识，用可控硅代替了变阻器，取得了比较满意的效果。王芳芳和张明制作灯罩，他们根据草图中的尺寸先用铁丝做成架子，再把带有图案的塑料布固定在架子上，做成一个漂亮的灯罩。其余同学的任务是制作台灯座，他们选择的材料是木头。他们先画出了加工图样，利用锯、钻等木工工具加工成形，再打磨、黏接、油漆。各部分都完成后，大家一起进行组装，并作了测试。结果表明：一切正常，达到设计要求。为了让台灯更漂亮，有的同学还在灯座上添加了一些小装饰品。
第二小组做的是日光台灯，他们用竹筒制作灯座。做完测试后发现，由于日光灯管比较长，竹筒较轻，台灯稳定性不好。为解决此问题，他们又在灯座上加了配重来保持台灯的平衡。
两周后，全班召开总结会。每个小组汇报了自己小组的设计总结报告，并展示了成果。各小组都有自己的特色，有的台灯可以遥控，有的台灯具有多种功能（如带有温度计或小钟表），有的利用了废旧材料来制作灯座。
大家决定为学校办一个灯展，除展示自己的作品外，还展示了收集到的各种关于照明发展史和台灯式样的资料，有照片、剪报、录像等。灯展还进行了安全用电、节约用电和保护视力的宣传。
案例2　水箱定时翻转控制装置的设计与制作
苏佳、詹海涛和安吉三同学决定合作设计制作一个能定时翻转的水箱装置。今天是星期六，大家约好在邢老师家讨论本设计的有关问题。
这是一个人们在现实生活中经常用到的装置，当水箱里的水达到一定的水位时就自动翻转，以驱动另一装置的运动或实现某种冲洗功能。它是一个开环的自动控制系统，工作原理并不复杂：将水箱设计成偏重心的悬吊状，水箱固定的位置由水箱翻转时的水位决定，翻转水位越高，重心偏离得就越多，当水箱的水容量达到一定的位置使水箱失去平衡时就会发生翻转。当进水的流量恒定时，这一装置是一个定时的开环自动控制系统。
当苏佳推门走进邢老师家的小院时，詹海涛和安吉正与邢老师热烈地讨论着。老师要求大家首先分析这一装置的设计机理，然后由每位学生提出设计和制作过程中解决有关问题的策略。詹海涛和安吉认为，在设计过程中，需要考虑的几个关键问题是：控制水箱定时翻转的因素有水箱的支撑点、进水量大小，……；水箱悬吊的位置该如何确定，应该偏离重心多少等。苏佳则认为制作水箱的材料选择也是重要的。
邢老师基本赞同大家的分析和思考，同时提醒大家在后续设计和制作中，要考虑得更细致一些，应注意解决那些看似细微但又比较关键的问题，并在设计说明书中作详细说明。
图1 图2
苏佳与两位合作者讨论之后，画出了水箱翻转工作的示意图（如图1），认为水箱悬吊支撑点的选择是设计中一个比较困难的问题，可采用两种方法解决。一种方法是试验法，即在水箱的两个侧面分别装两条滑槽（如图2），与悬吊杆垂直固定的支撑轴可在滑槽内来回滑动，调节支撑轴在滑槽内的不同位置，就对应着不同的翻转水位，如此不断调节，直到满足要求为止。另一种方法是计算法，即运用力学原理，比较精确地计算在某一固定水位水箱失去平衡时的支撑点位置。
他们构思并确定了设计方案，画出了设计草图，确定了使用的材料和工具，就在基本完成了设计和制作，对水箱的翻转装置进行测试的时候发现了一个至关重要的问题：偏重心悬吊使得水箱在进水前的初始状态是倾斜的，失去了平衡，致使它无法进行进水的正常工作。难题出现了，这是不是老师曾经提到的“看似细微但又比较关键的问题”？
经过查阅资料、观察其它装置中制动部件的工作情况，他们想出了若干种解决的办法：
① 在水箱的直角边顶部与悬吊部位之间牵尼龙绳，以固定水箱在进水前的初始平衡状态（如图3a）；
② 在支撑轴上固定一根钢条，在水箱的内侧面某一位置固定一钉，以阻挡水箱向相反方向翻转（如图3b）；
③ 若水箱的直角边靠墙，则可在墙的某一位置固定两个三角支架，以托起水箱不向相反方向翻转（如图3c）；
……
a b c
图3
由此，三位同学进一步总结出水箱翻转的工作过程是不平衡 平衡 不平衡（翻转）的循环往复。
经过测试，该装置基本符合定时翻转的设计要求。
苏佳、詹海涛和安吉分别在设计制作的活动报告中记录下了他们在设计制作过程中各自的感受和收获，并根据邢老师的建议，总结和评价了自己在设计制作过程中对难点问题解决的思考和策略。
案例3 自主地建构有关传感器的知识
某班同学在讨论传感器的应用时，学生列举出了传感器在红外线自动移动门、马路自动控制照明电灯、自动控制温度的电熨斗、条形码读取器等中应用的实例。为了让学生进一步在实例中发现问题，并通过自主学习主动地建构有关电子控制系统的知识，老师因势利导，要求学生使用“技术与设计II”中已学过的系统思想和方法去分析传感器在上述实例中的作用。为此，组成了项目研究小组。
在小组交流会上，在超市考察“光敏传感器在条形码读取器中的应用”的小组，准备了调查报告，叙述了调查的主题、过程、分析问题的方法和讨论的结论，并在黑板上用方框图画出了条形码读取器的工作流程：
接着，组长详细介绍了在调查研究中引出的一个疑难技术问题：一般光敏传感器只能识别有光或无光的单一状态，条形码由一组黑白相间的条形带组合而成。当条形码识读器发出的激光照射到条形码时，经条形码反射后变成了随条形码变化的一组复杂的光。那么，它是通过什么技术方法，使光敏传感器识别这种复杂的反射光的？问题一提出，立即引起了全班同学的兴趣，老师针对学生提出的这个问题组织了讨论。
最后，老师要求全班同学带着这个问题更深入地继续研究，将研究的结果出版一期专刊。一周后，标题为“揭开条形码读取器的奥秘”专刊与大家见面了。专刊内容十分丰富，一篇名为“不要被视觉迷惑”的文章指出：“读取器发出的是一束扫描激光，由于扫描速度很快，产生了视觉暂留效应，所以我们看到的是一条光线”；另一篇访谈报告介绍了他们访问有关工程技术专家的经过，叙述了读取器中的光敏传感器的工作过程：“先发出一束扫描激光，由于各种条形码之间的间隔不同，经条形码反射的光是一组时间间隔不同的光束。经光敏传感器接收处理后，光束变成一组断续的数字信号。然后将数字信号送入计算机去处理、识别……”；还有一篇文章专为“数字信号”作了注释；……
通过调查、交流和出版专刊等活动，同学们获得了更多的关于传感器的知识，并加深了对技术思想和方法的理解。
案例4　　制作模拟灭火的机器人模型
　　
某小组同学受到教师范例教学的启发，运用已学到的知识和技能，提出了一个能自动模拟灭火（比如吹熄蜡烛）的简单机器人模型的设计与制作方案，并在听取老师的意见后进行了修改。接着，他们把机器人模型划分为三个部分：第一部分是由光敏传感器组成的接收电路；第二部分是由程序及单片机组成的软、硬件；第三部分是由电动机、继电器、齿轮箱和风扇等组成的执行机构。在协商的基础上，大家作了分工，并开始制作。
同学们分别完成各部分的制作后，在对各部分进行功能试验的基础上，进行总装调试。当接通电源时，机器人模型一摇一晃地迈步行走，同学们可高兴了！但刚走了几步，机器人模型摔倒了！大家不约而同地惊叫起来。接着，七嘴八舌地讨论起摔倒的原因：有人认为整个装置的重心过高；有人说传动机械未调试到最佳状态；也有人认为机器人脚掌的面积太小……。于是，动手把四节电池分别安装到机器人的两条腿上，还增大了脚掌的面积，解决了连杆机构不够灵活的问题。机器人模型步行起来果然平稳多了。
在试验中，大家注意到机器人模型只能发现巡行正前方向的火源并进行“扑灭”，还不能在其它方向上发现火源，更不能自动转向。由此引发了同学们对一些深层次技术问题的思考：如何使机器人对火源位置准确定位？如何对火源进行自动搜索？如何将机器人模型经过改装，可以在接收指令后灵活地改变运动方向？如何将传感器接收到的信息，通过单片机的处理发出指令，指挥机器人模型接近火源目标？……
虽然解决这些问题可能会碰到各种困难，需要学习更多的知识、方法和技能，但同学们信心十足，决定申请立项，把这些问题作为技术课程的研究课题，在老师指导下进行继续研究。
案例5　　 模拟生产线
浦江中学高二（2）班第三小组同学设计了一个多功能壁挂布袋的方案。在姜老师的指导下，他们建立了一条模拟生产线，采用分工合作的方式进行制作。
首先小组用民主的方法推选了生产组长，由生产组长主持讨论了制作布袋的工艺流程，并划分为裁剪、机缝、手缝三个工段，再在小组成员自愿结合的基础上，由生产组长进行分工。接着进行模拟生产线试运行。
模拟生产线运行不久，在手缝工段上出现了工件的积压，造成了流水线生产阻塞，生产组长前后奔忙，累得满头大汗，还是不能解决问题，大家非常着急。有的同学责怪手缝工段的同学操作太慢，影响了全局，但他们不服气。生产组长根据出现的情况，及时开会研究，讨论和分析造成生产线阻塞的原因。
大家群策群力，献计献策，提出了许多合理化的建议：有的同学提出流水线上各工段的人数不应该固定，可以随生产线生产情况的变化作出调整；有的同学主张工作岗位可以轮换，让每一个人都有参加各个工段制作过程的机会，能感受各种体验；有的同学建议各工段设立质量检验员，加强与其他工段的沟通和交流……。
经过交流沟通，每个人都意识到自己是生产系统中的一个“零件”，虽然每个人有各自的任务，但如果自己不能与他人很好合作，整个生产线就不能正常工作。于是，大家对生产线重新进行调整，在管理上设立了一个生产调度员，对各个工段进行协调；设立了工段质量检验员，加强质量检测。新的生产线一开工，每个成员各司其职，各尽其能，生产线十分畅通，而且生产出的产品质量好，产量高。
事后在总结交流中，有的同学说：“分工不是分家，而是意味着更好地合作！”有的学生感慨地说：“我要很好地保存这只壁挂布袋作为纪念，这是我们班级同学合作的结晶和象征！”
进水
发射激光
条形码
反射激光
读取器
计算机
显示器
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