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安徽省屯溪一中
李节
第三章 怎样进行设计
设计通常从调查人们的需求开始，历经确定设计问题、制订设计方案、制作模型或者原型、优化设计、直到新作品或者新产品的诞生才结束。
两大阶段：方案设计阶段、产品（或作品）制作阶段。
在一个五百多户的小区里有两家副食品店，生意都不错。不过，两家还是有点差距。生意好的那家每月销售额要比另一家多出三四百元，多卖出的这部分大多是被小孩们买去的。生意稍差的这家注意到了这点，便悄悄地寻找原因。货是一样的货，价也是一样的价，怎么小孩都愿意上那家去买呢？百思不得其解，于是他们只好叫自己的孙子去孩子中打探。小孙子回来告诉他们，那家的老奶奶每次都笑着对来买东西的小朋友说：“来，找你一张新票。”不管是一元钱还是五角、一角，都是找新钱。原来如此。他们是利用了人们喜新厌旧的心理。大人虽然不像小孩那样明显，但在找钱时也很讨厌找回破旧不堪的钱币。时间一长，就会把这种厌烦心理波及到对售货员、对店家的态度上，所以一些精明的商家总是会准备好充足的零钱，以取悦顾客。
第一节 发现与明确问题
小故事
生活中有很多方面问题，有科学问题，社会问题和技术问题等，今天我们主要学习的是发现技术问题，或者说学会从技术的角度去发现问题，因为有时一个问题也可能包含和混合了很多方面的知识。
启示：做生活中的有心人，要善于发现问题。
1、列举出几个你在日常生活中碰到的问题。
案例一：浙江省有一位高中学生，设计了一个“多功能量角器”。获得了浙江省青少年科技发明奖。她是怎样发现了这个设计项目的呢？原来是因为做错了一道数学题。一次数学作业本发下来，在一道题上老师划了一个大红叉。仔细一看是因为三角函数值查错了。她想，可不可以不用查表就得到函数值呢？如果能将函数值刻在量角器上，不是很方便吗？因此，她决定设计一个“多功能量角器”。经过她的刻苦钻研和实验，终于获得了成功。
案例二：还是这所中学的一位高中学生。一个暑假，她到居住在乡下的奶妈家去看望奶妈，看见兽医正在给小鸡做阉割手术，并得知，公鸡去势可以促进生长，提高产量。“去势可以提高产量”的结论在她的脑子中产生了强烈的反应。她马上想到，“公兔去势是不是也可以提高产量呢？如果可以，那奶妈家的100只长毛兔，不是就可以提高兔毛的产量了吗？”带着这样的疑问，她决定“试一试”，首先学习如何识别雄兔和雌兔，然后学习怎样选择试验兔，再学习给雄兔做去势手术，并在兽医的指导下，给三只雄兔作了去势手术，接下来就是等待试验的结果。74天过去了，结果也出来了，与未做手术的兔比较，产量增加7％，为了进一步验证这个试验结果，她又和几个同学一起，又给10只雄兔做了手术，产量又增加了6.8％。据专家估算，这项试验的推广，将使新昌县全年增加收入74万元。这项成果被评为浙江省科技成果二等奖。
案例三：也是一名高中生，他的邻居大叔在外打工时扭伤了腿，柱着拐杖回家休养。每天看到大叔艰难地上楼、艰难地下蹲。使章晓军同学产生了要为大叔减轻痛苦的强烈愿望。他经过分析，只要拐杖能随着人动作的需要变化长度，让拐杖什么时候都能起到作用，就能帮助用拐杖的人方便地完成上楼、下蹲等动作。经过多次的试验、改进，最后终于完成了这项产品的发明。并获得省科技发明二等奖。
在这位高中生的发明的道路上，也不是一帆风顺的。他前面的两次尝试都失败了。一次是“摔不破的眼镜”，（他喜欢运动，又戴着眼镜，经常摔破眼镜）另一次是“可变焦的透镜”。但是，失败并没有使章晓军同学止步。他仍然用挑剔的眼光仔细地观察日常生活中习以为常的事物，发掘它们不完善之处，寻找改进的最佳方法。就是在这种精神支持下，他终于获得了成功。
案例四：一位中学生，在看电影的时候，看到农民用手让玉米脱粒的时候，就想起家乡的人用手脱粒的艰难情境，他决心要发明一个让家乡人民摆脱脱粒艰难的“家用玉米脱粒机”。在构思方案时，他受到农民在手工脱粒时，先用一个锥子，从玉米行缝中插入，左右晃动，把玉米粒挤下来的启发，想出了将玉米棒放入不断转动的圆筒中使之脱粒的基本方法，经过多次的试验和改进，终于制成了高效、省力的“家用玉米脱粒机”。并由学校制作成成品，送给了家乡的乡亲们。这项设计同样获得了省级奖励。
郁闷的一天
小明今天上课迟到了。
昨天爸爸去外地出差，妈妈又在医院值班。小明怕今早起不来，昨晚睡前，拿出新买的闹钟，设定好闹铃的时间。早上5点钟闹铃就响了，小明醒来一看，时间还早，就又睡下。可是这一觉睡过了头。要是闹钟能够设定每隔一段时间就自动提醒，那该多好啊！
从床上起来，匆匆忙忙从冰箱里取出速冻水饺放进锅里煮，却发现水饺冻成一团，怎么都分不开。背上书包，赶紧开门，却怎么也旋不开防盗门上那个开锁的旋扭。
匆匆忙忙骑上自行车，发现轮胎是瘪的！这轮胎天天漏气，哎，要是有不漏气的轮胎该多好！
上了一辆公交车，发现IC卡刷不了，原来刷卡机“罢工”了，小明没带零钱，这下完了，只能走到学校去了。
……
回答发现的问题
发现的问题是否具有比较高的价值？
提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决问题也许仅仅是一个教学上或实验上的技能而已。而提出新的问题、新的可能性，从新的角度去看旧的问题，都需要有创造性的想像力，而且标志着科学的真正进步。
——爱因斯坦【美】
人的需求→问题→促使技术发展
世界上第一个发明体温计的人是谁？——科学问题
怎样测量出人的体温——技术问题
毒品问题，大学生就业问题，工人下岗，失业问题——社会问题
一、设计问题的来源
人类的需求和愿望是多种多样的
人类的需求和愿望是设计问题的来源
要得知人们的需求和愿望，就得去了解调查
电话的发明
二、发现问题的途径与方法
1、观察日常生活
在日常生活中，你有过无意中发现问题的经历吗？
当人生病需要躺着用直吸管吸取杯子中的饮料时，如果管子弯折了，就喝不到饮料；
人们在喂婴儿食物的时候不知道冷热，会烫伤孩子；
在使用折叠式剃须刀时很容易刮破皮肤。
变色防烫碗
一种自带吸管的易拉罐，其特征在于吸管为一可弯折吸管，插入易拉罐体内部，易拉罐顶盖中的拉盖连接着吸管扣件，吸管插入吸管扣件内。此易拉罐获得实用新型专利。
飞利浦电须刀RQ1085全智能面部轮廓贴合系统完美贴合各处曲线既快速又贴合的剃须感受
产生问题的三种情况：
（1）人类生存活动中必然会遇到的问题.
例如：为了解决进食，人们设计了叉子、筷子，西方人发明了刀叉。
(2)别人给出的问题，设计者必须针对问题寻求解决方案。
如：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，人们设计了外观呈流线型的汽车。
(3)基于一定的目的,设计者自己主动发现问题.
阅读案例：电话的发明
思考：贝尔的设计针对的是什么问题？这个问题从何而来？
答案：贝尔针对的是如何让声音通过电传输的问题。是贝尔自主发现并研究解决的问题。
美国福特汽车公司的一台巨型发电机出现了故障，很多人都修不好，只得请来了德国的电机专家来修理。这位德国专家来了以后，用了两天两夜的时间呆在发电机旁，这看看那听听，最后，他在发电机的顶上划了一条线。告诉修理工，将顶盖打开，将划线处的线圈减少16圈。故障果然被排除了。这位德国专家向福特公司索要1万美元的酬金。很多人认为不值，因为故障很简单，排除也很容易。同学们认为值不值？
福特公司的老总认为值。因为他发现了问题。而不在于排除故障的复杂与简单。
为什么其他人没有发现问题呢？
而设计的过程，实际上就是寻找解决某个问题的途径的过程。
缠线器
二、发现问题的途径与方法
1、收集和分析信息（步骤）
（1）调查项目
（2）组织分工
（3）调查方案
（4）展示
（5）交流与评价
二、发现问题的途径与方法
2、收集和分析信息（方法）
采用询问法不仅可以发现问题，而且可以了解问题产生的原因。
案例 :日本的本田公司就很推崇“抓住问题，追问到底”。比如，某台机器突然不动了，他们就采用追问到底来解决。“机器为什么不动了？”－保险丝断了。――为什么保险会断？――超负荷，电流过大――为什么超负荷？――轴承润滑不好――为什么轴承会润滑不好？――吸不上润滑油。――为什么吸不上油？――油泵严重磨损――为什么会磨损？――是因为没有装过滤器进入了铁屑。问题到此，也就解决了。应该给油泵装过滤器。
（二）收集和分析信息——询问法
发现问题的途径与方法
（三）技术研究与技术试验
技术研究、技术试验是重要的技术活动，也是发现问题的途径与方法。通过技术研究、技术试验，我们有可能对已有技术问题的研究中发现与之相联系的问题，从已有的研究结论中发现新的问题，也有可能在技术研究、技术试验的过程中获得灵感、体悟，进而发现新的问题。
（三）技术研究与技术试验
案例分析：北京顺义新大桥垮塌
2006年12月，北京顺义新建的钢索斜拉桥在试验中垮塌，好在桥离河床低，又是枯水期，仅有三人负伤。该桥设计承重量100吨，试验时由10辆装载沙子的车驶往桥上，总载重约60吨，可见其实际可承载重量达不到设计要求。如不经试验而使用，后果不堪设想。
“驱车从凤凰古城出发，几百米处就经过了凤大路的第一座大桥——堤溪沱江大桥，该桥是采用传统工艺修建的大型4跨石拱桥，每跨65米，全长320多米，高42米，横跨沱江。整座桥梁气势宏伟，古乡古色，十分契合古城整体风貌”。
令人遗憾的是，这样一座想像美好的已建成尚未通车的大桥，在拆除施工脚手架时全部垮塌。当时进行拆除作业的工人约有123名，全部遇险，后经清理核对，已有57人获救（其中22人受伤）、22人遇难，44人下落不明。
有目击者说，没有任何预兆，大桥从一边的一个桥孔开始下塌，然后第二，第三，再中间┅┅，当时只听见轰的几声，只看见桥慢慢朝一个方向倒去，只有数秒钟，桥就变成了一堆石头。
案例分析—伽利略与体温表
体温表设计演示实验：
准备一小烧杯稀释的红墨水，一支细管玻璃棒，实验时先用手紧握玻璃棒，然后松开手把玻璃棒插入水中，发现玻璃棒中有红墨水进入，导致水位上升，再紧握玻璃棒，水位会下降，玻璃棒的水被压下去，揭示了体温表的设计问题
三、明确设计要解决的技术问题
弄清楚要设计的技术问题的所在，进而判断问题：
是否能够解决？（伪科学）
是否当前可以解决？ （技术水平、条件）
是否值得解决？ （投入、效益、成本）
四、拓展与应用
讨论：下面的例子是否应该定为设计问题？
1、水变油事件
2、近视治疗仪
3、增高仪

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