2.3技术设计的一般过程和方法第二课时（课件）-2025-2026学年粤科版高中通用技术必修一

第三节 技术设计的一般过程和方法（第二课时） 2.3.1 技术设计的方法 1 技术设计的方法 （一）设计草图的绘画 （二）设计方案的构思 徒手画图 用绘图软件绘制草图 黑箱法、列举法、移植借鉴法、筛选法 2 方案构思的方法－－黑箱法 黑箱法是一种在通用技术中常用的设计方案构思方法，它将系统视为一个“黑箱”，即只关注系统的输入和输出，而不考虑内部结构和工作原理。这种方法的核心是突出设计中的主要矛盾，抓住问题的本质，通过抽象化功能来简化设计过程。 3 方案构思的方法－－黑箱法 识别必要功能和基本功能：暂时忽略附加功能和非必要功能，只聚焦于系统必须完成的核心任务。 定义输入和输出：将必要功能以输入和输出的形式表达。输入是系统接收的物质、能量或信息，输出是系统产生的结果。这种抽象表达有助于设计师从功能角度出发，推导内部组件。 绘制黑箱图：用矩形表示黑箱（系统），箭头表示输入和输出流向。 4 方案构思的方法－－黑箱法 5 方案构思的方法－－黑箱法 黑箱：电饭煲 水、生米、电力 熟饭 6 方案构思的方法－－黑箱法 黑箱图直观展示功能转换关系，为后续详细设计提供基础。 黑箱法的优点在于它简化了复杂系统，鼓励设计师从用户需求出发，优先确保基本功能的实现。 黑箱：电饭煲 水、生米、电力 熟饭 7 创意雨伞 8 创意雨伞 9 创意雨伞 10 创意雨伞 11 创意雨伞 12 方案构思的方法－－列举法 优点列举法 缺点 列举法 13 方案构思的方法－－列举法 优点 列举法 14 方案构思的方法－－列举法 15 缺点 列举法 思考：它的缺点是什么？ 方案构思的方法－－列举法 16 活动要求： 4人一组，充分发挥小组成员的积极性，运用合适的思维方式，针对笔的一个缺点进行改进方案的构思。 活动时间： 2分钟 学生活动 17 方案构思的方法－－列举法 设计的参照物 优点、缺点及创新设想 设计构思草图（描述） 传统有线插排 优点 1. 提供多个插口，扩展性强。2. 技术成熟，成本低廉。3. 使用简单，即插即用。 草图描述：一个方形插排，侧面有USB-C口，顶部有无线充电区域，电线可缠绕收纳 缺点 1. 大型充电器会遮挡相邻插口，造成空间浪费。2. 插口类型单一，无法直接满足USB设备充电需求。3. 电线过长时整理不便，显得凌乱。4. 无智能控制功能，存在待机功耗。 创新设想 1. 优化空间布局：采用圆形或方形设计，插口分布在四周，间距加大，并全部朝向不同方向，彻底避免“插头打架”。 2. 集成现代接口：增加大功率USB-C和USB-A快充模块。 3. 集成无线充电：顶部平面增加Qi协议无线充电区域，可为手机、耳机充电。 4. 模块化与智能控制：设计可缠绕电线的凹槽；增加独立开关或APP控制，支持定时断电。 18 方案构思的方法－－列举法 设计的参照物 优点、缺点及创新设想 设计构思草图（描述） 普通双肩书包 优点 1. 双肩背负，分散压力，比单肩包更省力。2. 容量大，分层多，便于物品分类存放。3. 适用范围广，从学生到通勤族均可使用。 草图描述：一个书包，背部有内置移动电源，侧边有USB输出口，肩带上有反光条和重量传感器 缺点 1. 内部物品杂乱，寻找困难，常需翻遍整个包。2. 过重时对脊椎造成压力，且使用者不易察觉。3. 夜间行走安全性不足。4. 无法为电子设备充电。 创新设想 1. 物品定位系统：在关键隔层内置标签感应器，通过书包上的按钮或手机APP，让对应隔层的LED灯亮起，快速定位钥匙、钱包等小物件。2. 智能称重与提醒：背包带内置重量传感器，当书包超重或背负姿势长期不当时，通过震动或APP发出警示。 3. 集成移动电源与安全设计：书包内嵌大容量移动电源，侧边提供USB输出口；肩带和包体使用大面积反光材料，提高夜间 visibility。 19 方案构思的方法－－列举法 希望点列举法:主动型创新技法，根据需要、愿望列举各种希望点来提出新的思路和设想，以便解决问题。 缺点列举法:被动型创新技法，全面列出创造对象目前存在的具体缺点，提出改进、开发创新思路，从而改进、消除这些缺点。 20 方案构思的方法－－移植借鉴法 原理 结构 方法 材料 用途 …… 移植借鉴法 在电动平衡车设计中， 设计人员从人体的平衡 系统结构中获得启迪触发 灵感，并通过联想将其原理合理应用到设计中。 21 方案构思的方法－－移植借鉴法 原理移植 23 3.方案构思的方法－－移植借鉴法 结构移植 24 方案构思的方法－－移植借鉴法 方法移植 25 26 移植借鉴物 创新设计构思 壁虎的脚掌 灵感来源：壁虎脚掌上有数百万根极细的刚毛，刚毛与物体表面分子之间产生“范德华力”，从而能在垂直光滑表面轻松爬行。 创新设计：设计一款供消防员、玻璃清洁工或探险家使用的“吸附式攀爬手套”。 具体方案： 1. 手套掌心材料：采用人造仿生微纳结构材料，模拟壁虎刚毛，产生强大的吸附力。 2. 可控吸附系统：通过一个微机电系统控制。当手掌平贴表面时，系统通电使微结构有序排列，产生吸附力；当需要抬手时，通过一个特定的撕揭角度（如同壁虎抬脚）或系统断电，即可轻松解除吸附。 3. 安全系统：集成备用吸盘和安全绳挂点，作为双重保险。 优势：无需真空泵，静音、节能，可在光滑的垂直表面（如玻璃、金属）提供可靠的吸附力。 27 移植借鉴物 创新设计构思 荷叶的叶面 灵感来源：荷叶表面有微米级的乳突结构，并覆盖有纳米级的蜡质晶体。这种微观结构使水滴无法浸润叶面，而是形成水珠滚落，并带走表面的灰尘，称为“荷叶效应”。 创新设计：开发一种“仿生自清洁建筑外墙涂料”。 具体方案： 1. 涂料微观结构：在涂料中添加能形成类似荷叶表面微纳结构的添加剂，使其在干燥成膜后具备超疏水（憎水）和疏油的特性。 2. 工作原理：下雨时，雨水在墙面上会形成水珠而非水膜，水珠在滚落过程中能有效地将墙面的灰尘、污染物包裹并带走。 3. 附加效益：保持建筑外墙长期清洁，减少人工清洗成本和化学清洁剂的使用，更加环保。 优势：实现建筑“免清洗”，节约水资源和维护成本，延长建筑外观寿命。 28 移植借鉴物 创新设计构思 啄木鸟的头部结构 灵感来源：啄木鸟每天以极高的频率和力量啄击树木，其大脑却不受损伤。得益于其特殊的生理结构： - 坚硬的喙：直接吸收大部分冲击。 - 舌骨结构：像安全带一样环绕大脑，起到缓冲和约束作用。 - 头骨结构与脑脊液：颅骨疏松多孔，能有效分散震动。 创新设计：设计一款用于建筑、登山等高风险行业的新型减震安全头盔。 具体方案： 1. 仿生分层结构：头盔外壳模仿坚硬的喙；内衬采用不同密度的复合泡沫材料，模拟多孔的头骨结构，以分级吸收和分散冲击能量。 2. 内置仿舌骨悬挂系统：在头盔内部设计一个弹性织带系统，将内衬与头部非刚性连接。在受到冲击时，该系统可以发生微小形变，延长缓冲时间，同时牢牢稳定头部，减少脑组织的晃动。 3. 优化外形：借鉴啄木鸟头部的流线型，优化头盔外形，进一步减少冲击力的直接传递。 优势：相比传统头盔，能更有效地减少旋转冲击力和线性冲击力对大脑的损伤，提供更高级别的保护。 29 方案构思的方法－－筛选法 问题 材料 优点 缺点 饭堂餐盘制作应选择什么材料 木 结实耐用 不环保，不易制作 瓷 外观精美 易碎，成本高 塑料 质量小，结实耐用 油污不易清洗，不方便消毒杀菌 不锈钢 结实耐用，易清洗 成本较高 30 方案构思的方法－－筛选法 筛选法的核心：通过对大量初步构想进行系统化的评估和筛选，基于明确的标准，逐步收敛到最优的几项功能，避免决策时的盲目和主观。 整个过程可以分为四个步骤： 1. 明确设计目标 → 2. 广发构思 → 3. 制定筛选标准 → 4. 评估与筛选。 31 第一步：明确设计目标与定位 首先，我们必须确定这辆自行车是为谁设计的，主要用途是什么。这决定了我们后续所有构思和筛选的方向。 设计目标：设计一款面向都市通勤者的下一代智能自行车。 目标用户核心需求： 便捷性：应对复杂的城市路况和通勤最后一公里问题。 安全性：在车流密集的城市道路中保障骑行安全。 舒适性与趣味性：提升骑行体验，满足现代科技生活方式。 32 第二步：广发构思（头脑风暴） 基于设计目标，我们进行头脑风暴， 提出所有可能添加的功能构想（不加以评判）。 构想编号 功能构想描述 F1 电动助力系统：内置电机与电池，在上坡或疲劳时提供辅助动力。 F2 内置GPS与防盗系统：通过手机APP实时追踪车辆位置，异常移动时报警。 F3 自动变速器：根据骑行速度和路况自动切换档位。 F4 集成前后车灯与转向灯：提高夜间和转向时的可见性，模仿汽车转向灯。 F5 手机APP集成：显示速度、里程、导航，并控制自行车设置。 F6 太阳能充电板：在车篮或车架表面集成太阳能板，为电子设备充电。 F7 折叠设计：可快速折叠，便于携带上地铁或放入汽车后备箱。 F8 内置蓝牙音箱：骑行时可播放音乐。 F9 健康监测传感器：在车把上集成心率传感器，数据同步至手机。 F10 模块化设计：车把、坐垫、货架等可快速拆换，适应不同需求。 F11 防刺穿轮胎：使用实心胎或特殊填充物，从根本上杜绝爆胎。 F12 无线充电：停车时可通过专用底座为助力电池无线充电。 33 第三步：制定筛选标准 为了客观评估以上构想，我们制定4项核心筛选标准，并为每项标准分配权重 （总分10分） 筛选标准 权重 说明 1. 用户价值 4 该功能对目标用户（都市通勤者）的核心需求满足程度。是否解决了关键痛点？ 2. 技术可行性 2 现有技术实现该功能的难易程度和可靠性。 是否成熟稳定？ 3. 成本控制 2 该功能对整车制造成本的增加是否在合理范围内？ 4. 与核心体验相关性 2 该功能是否与“骑行”这一核心体验紧密相关，而非画蛇添足？ 总分 10 34 第四步：评估与筛选 现在我们使用上述标准对每个构想进行打分（每项标准1-5分，1分最差，5分最佳），并计算加权总分。 加权总分 = (用户价值得分 × 4) + (技术可行性得分 × 2) + (成本控制得分 × 2) + (相关性得分 × 2) 构想 用户价值 (x4) 技术可行性 (x2) 成本控制 (x2) 相关性 (x2) 加权总分 筛选结果 F1: 电动助力 5 (20) 5 (10) 3 (6) 5 (10) 46 ✅ 保留 F2: GPS防盗 5 (20) 5 (10) 3 (6) 4 (8) 44 ✅ 保留 F11: 防刺穿轮胎 4 (16) 5 (10) 4 (8) 5 (10) 44 ✅ 保留 F4: 集成车灯 4 (16) 5 (10) 5 (10) 5 (10) 46 ✅ 保留 F7: 折叠设计 4 (16) 5 (10) 3 (6) 4 (8) 40 ⚠️ 备选 F5: APP集成 4 (16) 5 (10) 4 (8) 4 (8) 42 ✅ 保留 F3: 自动变速 3 (12) 4 (8) 2 (4) 5 (10) 34 ❌ 淘汰 F8: 蓝牙音箱 2 (8) 5 (10) 4 (8) 2 (4) 30 ❌ 淘汰 F9: 健康监测 2 (8) 4 (8) 3 (6) 2 (4) 26 ❌ 淘汰 F6: 太阳能充电 2 (8) 3 (6) 2 (4) 2 (4) 22 ❌ 淘汰 F10: 模块化 3 (12) 4 (8) 2 (4) 3 (6) 30 ❌ 淘汰 F12: 无线充电 2 (8) 3 (6) 2 (4) 3 (6) 24 35 筛选结果分析与最终方案 最终保留的核心功能组合： 通过筛选法，我们清晰地看到，得分最高的功能构成了这辆“都市智能通勤自行车”的核心卖点： 电动助力系统 (F1)：解决城市通勤劳累和上坡难题，核心价值最高。 GPS与防盗系统 (F2)：解决通勤者担心的车辆被盗这一巨大痛点。 集成智能车灯系统 (F4)：极大提升夜间通勤的安全性，成本可控。 防刺穿轮胎 (F11)：提供极高的可靠性，避免因爆胎导致通勤延误。 手机APP集成 (F5)：作为智能功能的控制中枢，与GPS、助力模式设置等深度集成。 36 活动要求： 1.4人一组，充分发挥创造性思维和现有技术，设计一盏球形灯。 2.画出设计草图，并说明设计理念与设计亮点 活动时间： 10分钟 学生活动 37 方案一：模块化磁吸拼装球灯 设计理念：打破“灯是完整一体”的传统观念，将创意与组装的乐趣融入照明。让用户成为自己灯光的设计师。 设计亮点： 模块化设计：灯体由多个相同的、可磁吸拼接的塑料或硅胶模块组成，像乐高一样可以自由组装、拆卸。 动态造型：用户可以拼成标准的球形，也可以发挥创意，拼成异形灯、挂饰，甚至拆开作为多个小夜灯使用。 交互乐趣：拼接过程本身就是一种互动和解压。内置的LED灯带通过磁吸触点导电，任意拼接都能亮灯。 草图描述： 主图：一个由多个六边形模块拼成的完整球体。 分解图：展示单个模块的结构，突出其边缘的磁铁和导电触点。 使用场景图：展示球体被拆开，拼成了一串悬挂的灯链。 38 方案二：仿生蒲公英感应夜灯 设计理念：将自然之美与科技结合，创造一款充满诗意、智能互动的氛围灯。它不只是一盏灯，更是一个会呼吸的艺术品。 设计亮点： 仿生形态：灯罩是一个磨砂半透明的球体，内部中心是光源，周围延伸出无数条纤细的导光纤维，模仿蒲公英的种子，营造柔和、梦幻的光晕。 智能感应： 入夜自亮：内置光敏传感器，环境光变暗时，自动亮起微光。 吹熄控制：模仿吹蜡烛，用户对着灯顶的传感器轻轻一吹，灯即可熄灭或点亮。增加了情感化交互的乐趣。 无线充电：底座是一个无线充电座，球体灯可以轻松取下移动，放回底座即可充电。 草图描述： 主图：一个球体，内部有放射状的细丝发出柔和的光。 交互图：一个人正在对着球灯的顶部“吹气”。 三视图：展示球灯放在无线充电底座上的样子。 39 方案三：“月相”投影氛围灯 设计理念：把宇宙的静谧与变化带入室内。这不仅仅是一盏灯，更是墙面上的一幅动态光影画。 设计亮点： 双层球体结构： 外层：一个可旋转的、不透光的球壳，上面镂空雕刻着月相变化的图案（新月、上弦月、满月、下弦月）。 内层：一个固定的、高亮LED灯珠。 动态月相投影：旋转外层球壳，镂空的月相图案会将光影投射到墙壁和天花板上，创造出不断变化的月相效果。 多种模式：可通过触摸或APP控制，改变灯光颜色（如模拟月光冷白色、或温馨暖黄色）和亮度，适应不同场景需求。 草图描述： 爆炸图：展示外层镂空球壳、内层灯芯和底座三部分。 效果图：展示灯在黑暗房间中，将清晰的月牙形光斑投射在墙上的场景。 细节图：展示球壳上的几种月相镂空图案。 40 技术设计的方法 （一）设计草图的绘画 （二）设计方案的构思 徒手画图 用绘图软件绘制草图 黑箱法、列举法、移植借鉴法、筛选法 （三）设计的分析 设计的需求分析 设计的功能分析 （四）设计中的人机关系 41 Lavf58.30.100 $