2.4 技术试验及其方法课件-2025-2026学年苏教版高中通用技术必修一

镇雄长风中学 杨鹏 技术与设计 1 2.4 技术实验及其方法 第二章 技术世界中的设计 复习 设计的一般过程 发现与明确问题 制定设计方案 制作模型或原型 测试、评估及优化 产品的使用和维护 必修一：技术与设计（GT） 1、技术试验及其意义 在技术活动中，为了某种目的所进行的尝试、检验、优化等探索性实践活动。 2.4 技术实验及其方法 必修一：技术与设计（GT） 日常生活中 技术试验有哪些？ 2.4 技术实验及其方法 医院青霉素皮试 药品小白鼠试验 新冠疫苗的接种试验 汽车碰撞测试 必修一：技术与设计（GT） 2.4 技术实验及其方法 日常生活中 技术试验有哪些？ 天气预报 高铁通车试验等 安全帽超载试验 果树嫁接移植试验 必修一：技术与设计（GT） 2.4 技术实验及其方法 为什么要进行技术试验呢？ 必修一：技术与设计（GT） 8 2.4 技术实验及其方法 为什么要进行技术试验呢？ 可以验证技术是否成功，也是发现问题、探究规律、优化技术的关键。 1999年1月4日，投入使用两年零222天的重庆綦江虹桥轰然垮塌，42人遇难。经调查，该吊索的固定及钢管焊接结构设计存在错误。 通过技术试验可以使设计得以改进和完善，将设计的风险和失误降至最低。 必修一：技术与设计（GT） 9 2.4 技术实验及其方法 这是神舟四号飞船上新添的模拟人設备。虽說是假人可“他”卻会“呼吸”、 能“排汗”，皮肤軟綿綿的很像真人。 为什么要进行 “模拟人”试验？ 必修一：技术与设计（GT） [问题] 前面的四艘飞船为什么没有送人上天呢？它们去干什么了呢？ 2.4 技术实验及其方法 神舟一号（1999年11月20日） 中国第一艘无人试验飞船，主要验证飞船的关键技术，如舱段连接、调姿制动、防热和回收着陆等，为后续载人飞行奠定基础。 神舟二号（2001年1月10日） 中国第一艘正样无人飞船，系统结构进一步扩展，技术性能提升，为载人飞行进行更全面的验证。 神舟三号（2002年3月25日） 搭载模拟人，模拟航天员在太空的生理活动，验证生命保障系统和逃逸救生系统，提高载人飞行的安全性。 神舟四号（2002年12月30日） 在严寒条件下成功发射，完成载人飞行前的最后一次全面演练，为神舟五号的载人飞行做最后准备。 必修一：技术与设计（GT） 乘载设备和完全模拟载人状态的一名矮小結实 的“小伙子”。 神舟三号 搭乘南通灵芝等 神舟二号 神舟一号 搭 乘 少 量 青 椒 等 神舟四号 搭乘更多设备和一个模拟人 2.4 技术实验及其方法 必修一：技术与设计（GT） 2.4 技术实验及其方法 技术试验室技术活动中的一项职工要内容，在技术发明、技术革新、技术推广活动中，它不仅是对技术成功与否的验证，更是发现问题、探究规律、优化技术的关键。 技术试验是研究不可缺少的基本方法和手段，它对技术应用的实现起到有力的保障作用，通过技术试验，可以使设计得以改进和完善，将设计的风险和失误降到最低。这就是为什么要进行技术试验的原因。 技术试验及其意义 必修一：技术与设计（GT） 这是美国历史上最为严重的一起桥梁垮塌事故，它向人们说明了使用尚未被验证的新材料来代替原有材料会是多么的危险。1863年，克里夫兰的铁路巨头Amasa B．的斯托恩骄傲地宣称他们在桥梁设计技术上取得了一项重大进步，即桥梁的建筑材料全部采用铁制材料。斯托恩对这种较新的更为昂贵的材料过于信任，殊不知全部使用铁制材料建造桥梁存在实质性的缺陷：铁制桥梁就像联锁曲线锯一样靠压力将各部分装配在一起，而不是像原本的木制结构中各部分牢固的连接；如果有一个接合处发生移动，则整个结构都会随之移动。而在20多年的时间里，美国桥梁设计界一直采用可靠的豪威木制桁架结构，它在经典的对角线木制桁架结构中加入了螺纹钢直立支架，铁制接头提供了更高的强度，并且避免了全木制桁架结构所需的费力的细木工活。尽管如此，斯托恩还是声称他在1865年的这一创造是“绝对理想”的。在此后的11年中，尽管桥的局部发生了移位，但总体结构基本保持完好。然而在1876年12月29日，当一列旅客列车经过大桥时，一个内部隐藏着气泡的铁架发生断裂，整个桥梁随之倒塌，列车中的火炉引发了大火，有超过100名的旅客在事故中丧生。 阿什塔比拉河桥的垮塌 加拿大魁北克大桥的坍塌事故，当时重大19000吨的钢筋，在15秒时间内全部掉进河里，75人当场丧命。 2.4 技术实验及其方法 “阿什塔比拉河桥的垮塌” 案例给我们什么启示？ 案例分析 必修一：技术与设计（GT） 2.4 技术实验及其方法 轻视技术试验=造成事故！！！ 塔科马海峡大桥的倒塌是工程史上一次重大的结构失效事件，其根本原因是气动弹性不稳定（颤振），而设计过于轻巧、缺乏风洞试验和对气动效应的认识不足则是重要诱因。塔科马大桥的故事告诉我们：工程设计不仅要考虑静力荷载，还要充分考虑环境因素（如风、地震等）对结构的动态影响。只有将理论与实践相结合，才能确保结构的安全性和可靠性。 1940年美国塔科马海峡大桥坍塌事故完整影像 必修一：技术与设计（GT） 技术试验在技术活动中，不仅是对技术成功与否的验证、更是发现问题、研究规律、优化技术的关键。技术试验使设计得以改进和完善，将设计风险和失误降到最低。并对技术应用的实现起到了有力的保障作用。 如果不进行技术试验,你不可能了解材料的性能，产品的性能，不能发现设计中的问题，不能避免事故的发生。如果事先进行了试验，将会最大限度降低失误，避免损失 。 启示：技术试验具有重要作用 2.4 技术实验及其方法 必修一：技术与设计（GT） 2、技术试验的常见类型 按应用范围分类 农业试验 工业试验 科学技术试验 国防试验 2.4 技术实验及其方法 必修一：技术与设计（GT） 按目的分类 优化试验 预测试验 性能试验 提高质量、产量、性能、效益等 受淋雨、撞击等的结果状态 信息试验 研究行人保护装置采集数据 2.4 技术实验及其方法 抗拉力、冲击力，耐高低温等 必修一：技术与设计（GT） 各类产品实验 2.4 技术实验及其方法 必修一：技术与设计（GT） 桩基静载试验 桥梁静载试验 1、强化试验法 通过扩大对试验对象的作用，以提高试验效率的方法。 技术试验的常用方法 安全帽冲击试验 必修一：技术与设计（GT） 必修一：技术与设计（GT） 汽车相关的强化试验法 1、强化试验法 2.4 技术实验及其方法 必修一：技术与设计（GT） 2、优选试验法 如果你想买十斤橘子，而水果店有三个可供你选择的品种，你会怎么做？ 2.4 技术实验及其方法 必修一：技术与设计（GT） 袁隆平杂交水稻试验 水稻施肥对比试验水稻选种对比试验 不同品种棉花抗棉铃虫的对比试验 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。 杂交玉米 2、优选试验法 2.4 技术实验及其方法 必修一：技术与设计（GT） 3、模拟试验法 2.4 技术实验及其方法 通过再现的形式来模拟现实发生情况的方法。 模拟试验可以通过缩小或放大比例来模拟所设计的现场效果。 （如销售楼盘时呈现给买主的模拟房子。） 思考：你们还知道哪些模拟试验呢？ 汽车碰撞模拟试验 洪水模拟实验 必修一：技术与设计（GT） 模拟太空飞行 飞机、桥梁风洞试验 汽车模拟驾驶仪 3、模拟试验法 2.4 技术实验及其方法 模拟真实水坝建设,农田自动灌溉水路 飞机模拟驾驶仪 必修一：技术与设计（GT） 还可以通过缩小(放大)比例来模拟所设计的现场效果。 三峡大坝模拟试验 3、模拟试验法 2.4 技术实验及其方法 必修一：技术与设计（GT） 港珠澳大桥风洞试验 上海东方明珠塔风洞试验 3、模拟试验法 2.4 技术实验及其方法 必修一：技术与设计（GT） 4、虚拟试验法 利用计算机技术来虚拟现实中的技术设计原形并进行试验的方法。 用计算机模拟火星探测器登陆火星表面 采用虚拟试验法的好处： 缩短周期、节省研制经费。 2.4 技术实验及其方法 分离相机为“祝融号”火星车（左）和着陆器拍下的合影照。 必修一：技术与设计（GT） 模拟试验法和虚拟实验法的区别： 虚拟试验法：利用计算机虚拟现实中的技术设计原形进行的试验方法。 模拟试验法：以再现的形式模拟现实发生的情况的试验方法。 2.4 技术实验及其方法 必修一：技术与设计（GT） 一位渔民看到大连人养殖海参经济效益好，也想到老家东海养海参致富。 【讨论】他马上从大连引进大批量 “参苗”进行养殖合适吗？ 5、移植试验法 2.4 技术实验及其方法 海参网箱养殖 必修一：技术与设计（GT） 5、移植试验法 2.4 技术实验及其方法 《晏子春秋·杂下之十》，原文是“橘生淮南则为橘，生于淮北则为枳，叶徒相似，其味不同。所以然者何？水土异也。” 为什么会这样呢？ 因为水土不同。 必修一：技术与设计（GT） 在相互有差异的事物之间，将某些共同相关的因素从一物移植到另一物进行试验。 5、移植试验法 其他试验法：创新试验法、中间试验法、工业试验法等。 【思考】同学们还知道哪些移植试验法的应用？ 2.4 技术实验及其方法 心脏移植 必修一：技术与设计（GT） (1)技术试验的实施包括 ①制定计划 ②抽取样本 ④分析数据 ③进行试验 ⑤得出结论 四、技术试验的实施与报告的写作 技术试验实施过程不是一帆风顺，也会出现意外。 2.4 技术实验及其方法 必修一：技术与设计（GT） 犹太裔加拿大科学家：斯洛廷 《当核材料接近临界值》 2.4 技术实验及其方法 必修一：技术与设计（GT） 2.4 技术实验及其方法 1979年9月13日的空投核试验，降落伞未打开，导致核弹落地未爆炸，却撞成碎片。 期间，他为了找到试验失败原因，不让别人去，自己却进入事故地点察看。最终导致英年早逝。 邓稼先与核弹试验 必修一：技术与设计（GT） 人们在技术试验中可能会遭遇不可预料的危险，甚至有人为了获得资料在试验中英勇献身，你对此有什么体会？ 技术试验是一种探索性的实践活动，需要试验者具有科学的精神、严谨的态度，技术试验往往要经历一个曲折的过程，需要试验这拥有顽强的毅力。 2.4 技术实验及其方法 路易斯·斯洛廷帮助发明了原子弹。1946年5月，斯洛廷在实验室里工作时发生了意外，一阵强烈的辐射被发射出来并击中斯洛廷。后来，他的病情迅速恶化，不到两个星期就死了。 必修一：技术与设计（GT） 思考和讨论： 不同的技术试验报告应该呈现哪些共同的内容呢？ 2.4 技术实验及其方法 必修一：技术与设计（GT） ①试验目的； ②试验准备；（材料、仪器、工具和设备） ③试验步骤； ④试验记录； ⑤试验总结。 （2）试验报告的写作 １．试验报告的文字应力求简明扼要。 ２．试验记录应该完整和真实。 ３．记录内容应包括实验的全过程。实验现象反 常时，应做出明显标记，做详细记录。 ４．为了数据准确，试验应重复次。 5．技术试验完成后要分析和总结试验结论。 试验报告撰写 注意 2.4 技术实验及其方法 必修一：技术与设计（GT） 在技术活动中，技术试验是必不可少的。在技术设计后期，进行综合性的整体试验可为设计的评价提供准确、客观的依据，同时也可发现问题、深化认识、推动技术设计的发展。 2.4 技术实验及其方法 五、技术试验在设计中的作用 必修一：技术与设计（GT） 本章小结 技术世界异彩纷呈，技术发展突飞猛进，设计在其中起着举足轻重的作用。设计是技术进步的关键。 设计中要考虑人机关系，实现有高效、健康、舒适、安全等目标，以符合设计的产品为人、宜人的理念。合理人机关系的实现要综合考虑普通人和特殊人的需要、生理需求和心里需求、静态人和动态人的不同尺寸及交互信息等方面的问题。 在技术发明、技术革新、技术推广的活动中，技术试验的作用不可忽视，它是发现问题、探究规律的关键。技术试验的方法和种类很多，应根据具体的目的选择合适的方法实施技术试验。技术试验完成后，应及时总结并撰写技术试验报告。 2.4 技术实验及其方法 必修一：技术与设计（GT） 技术原因造成的十件悲剧 “瓦萨”号沉没（1628年8月10日瑞典 ） “瓦萨号”战船（The ‘Vasa’）。这艘船是以瑞典瓦萨王朝（1523－1654）创始人 Gustavus Vasa 的姓氏命名的。 “瓦萨”号战舰是由瑞典国王阿道夫.古斯塔夫下令于1625年开始建造的一艘3桅战舰，长69.00米，宽11.70米，吃水4.80米，排水量1210吨，帆面积1275平方米，舰上有133名船员、300名士兵，有二层炮甲板，装备64门炮，属三级在线军舰。1628年8月10日,处女航时沉没于斯德哥尔摩港内。 2.4 技术实验及其方法 必修一：技术与设计（GT） 技术原因造成的十件悲剧 海厄特摄政通道垮塌（1981年7月17日） 1981年7月17日，美国密苏里州堪萨斯城新建的海厄特摄政通道的三个“悬浮通道”发生垮塌。调查证明，事故原因是工程师的最初设计是将三个通道中的两个悬挂在公用的垂直金属杆上。但施工方却没有按照这一设计，而是采取了最致命的简单办法，用较短的杆将每一层悬挂在上一层上。这样两层的通道实际上就挂在了四层上，使其连接头处承受的重量加倍。当通道上聚集了过多的人时，连接处就承受不住了。设计者们曾要求在施工过程中亲临现场，但这被一个不愿再付出额外开销的业主回绝了。由于信息交流渠道不畅以及偷工减料，114条生命成为了这场美国历史上最严重的建筑结构事故中的牺牲品。 技术原因造成的十件悲剧 必修一：技术与设计（GT） 2.4 技术实验及其方法 技术原因造成的十件悲剧 易洛魁剧院大火（1903年12月30日） 　1903年12月30日，芝加哥的易洛魁剧院失火。它在当时可以称得上是陆地上的“泰坦尼克”，两者有着很多的相似之处：事故发生之前它们的设计都被认为是最新的、不可能被摧毁的，而出事时却造成了巨大的人员伤亡，造成602人丧生，比32年前芝加哥大火死亡人数的两倍还要多。 必修一：技术与设计（GT） 1998年6月3日，一辆由慕尼黑开往汉堡的城际列车在埃舍德小镇发生重大脱轨事故，造成101人死亡、105人受重伤。事故的起因是：列车上的一个新型车轮的钢圈由于金属疲劳出现断裂，在途经调换轨道时恰好把护轨铲起，损坏的车轮脱离了轨道，在到达下一个调换轨道处时，断裂的钢圈意外地碰到控制阀，从而导致后面的车厢与前面的车厢走在了两条不同的轨道上，最后，列车的第三节车厢直接撞在了一座路桥右侧的柱子上，路桥随即倒蹋，后面的车厢全部陆续地撞在了一起。 2.4 技术实验及其方法 技术原因造成的十件悲剧 Eschede列车出轨（1998年的6月3日） 必修一：技术与设计（GT） 2.4 技术实验及其方法 技术原因造成的十件悲剧 阿什塔比拉河桥垮塌（1876年12月29日） 这是美国历史上最为严重的一起桥梁垮塌事故，它向人们说明了使用尚未被验证的新材料来代替原有材料会是多么的危险。1863年，克里夫兰的铁路巨头Amasa B．的斯托恩骄傲地宣称他们在桥梁设计技术上取得了一项重大进步，即桥梁的建筑材料全部采用铁制材料。斯托恩对这种较新的更为昂贵的材料过于信任，殊不知全部使用铁制材料建造桥梁存在实质性的缺陷：铁制桥梁就像联锁曲线锯一样靠压力将各部分装配在一起，而不是像原本的木制结构中各部分牢固的连接；如果有一个接合处发生移动，则整个结构都会随之移动。而在20多年的时间里，美国桥梁设计界一直采用可靠的豪威木制桁架结构，它在经典的对角线木制桁架结构中加入了螺纹钢直立支架，铁制接头提供了更高的强度，并且避免了全木制桁架结构所需的费力的细木工活。尽管如此，斯托恩还是声称他在1865年的这一创造是“绝对理想”的。在此后的11年中，尽管桥的局部发生了移位，但总体结构基本保持完好。然而在1876年12月29日，当一列旅客列车经过大桥时，一个内部隐藏着气泡的铁架发生断裂，整个桥梁随之倒塌，列车中的火炉引发了大火，有超过100名的旅客在事故中丧生。 必修一：技术与设计（GT） 技术原因造成的十件悲剧 2.4 技术实验及其方法 圣弗朗西斯水坝决口（1928年3月12日） 　　 威廉姆·马赫尔兰德是一位成就卓著的设计师，他是洛杉矶供水系统的创建人，著名的胡佛水坝及巴拿马运河也是他参与设计的，而他却在一个鲜为人知的圣弗朗西斯水坝项目上阴沟翻船。这个水坝位于洛杉矶西北72公里处的圣弗朗西斯科特峡谷。1928年3月12日，就在马赫尔兰德刚刚检查过这座水坝并且声称状况良好的第二天，这座水坝便决口了，喷涌出的水幕据称有24米高，决堤的水流急速地向太平洋方向奔涌，水流经过之处有超过500人丧生。后来的调查表明，水坝的基座较原来认为的要薄，而且工程师们并没有完全意识到水的上涌作用，没有建造用于渗漏减压的设备。 必修一：技术与设计（GT） “大西洋皇后”号和“爱琴海舰长”号相撞事故（1979年7月19日） 巨型油轮存在着潜在的事故危险。这些漂浮着的庞然大物足有400米长，重量超过40万吨，需要5公里的距离才能够停下来。大多数油轮仅有一个较大的推进器，同时油轮上用于应对紧急情况的设备形同虚设，而油轮上的人员、动力以及处理意外情况的能力都十分有限。两艘油轮在天气晴好的条件下依靠雷达导航，如果航行速度过快，可能会发生相互碰撞。1979年7月19日，可能发生的不幸终于不可避免地发生了：在一场并不算罕见的暴风雨中，向当时实行种族隔离制度的南非偷运原油的“大西洋皇后”号和“爱琴海舰长”号在多巴哥岛附近相撞了。两艘船上总共有26名船员丧生，而且向海中泄漏了1.85亿升原油，相当于1989年阿拉斯加瓦尔迪兹港原油泄漏量的4.5倍。但由于事发地点远在千里之外，因此这次历史上最大的油轮泄漏事件很快就从人们的记忆和新闻报道中消失了。 2.4 技术实验及其方法 技术原因造成的十件悲剧 必修一：技术与设计（GT） 2.4 技术实验及其方法 技术原因造成的十件悲剧 AT&T电话线路瘫痪日（1990年1月15日） 千年虫是人们预料到的可能爆发的问题，却没有大规模发作；而10年前美国电话电报公司(AT&T)的软件故障却是没有人预料到的。AT&T旗下的MaBell公司拥有世界上最大、最知名的性能可靠的电话网络系统，即使飓风和地震都不能对它造成损坏。然而在1990年1月15日，AT&T114个交换中心中的一个中有一个开关发生了很小的机械故障，正是这点小故障却立刻导致了该中心的瘫痪。故障发生后，当工作人员启动备份系统时，系统却发出了使其他交换中心掉线并重置的信号，而且其他中心也随之向外发送类似的信号。事后一位作家在他的文章中描述说，那天系统全部崩溃，“就像一百多个摔跤选手挤在一个小台子上一样”，每一个人站起来都要把别人拉到。美国航空公司估计他们在这次事故中损失了20多万个预定电话，而哥伦比亚广播公司甚至都不能到其本地电话局查询损失的情况。最后调查证明，这次事故的罪魁祸首是一个复杂软件的升级版本中一行错误的代码，AT&T进行此次升级的目的是要加快电话拨叫的速度。AT&T曾被大加称赞的交换系统也发生了相同的故障。该公司主席阿兰在事后承认，正是由于其自身系统的冗余性造成了问题的扩散。它没有在冗余系统与主系统之间进行足够的隔离；它应该在对新软件完成实际的全面测试之前保留备份系统中的原有软件，也许是由于AT&T的程序员们过于相信自己软件的可靠性，才没有这样做。 必修一：技术与设计（GT） 2.4 技术实验及其方法 技术原因造成的十件悲剧 1965年美国东北部电力中断（1965年的9月9日） 2001年加利福尼亚频繁的停电事故不免让人们回想起1965年发生在美国东北部的大规模的停电事故。但那次事故并不像加州的事故一样是由于违反操作规程、市场操纵或人力短缺造成的。其原因是技术方面的，而且恰恰是由于为防止电力供应不足和电力中断所采取的措施而引起的。在上世纪50年代用电量剧增的时候，为了确保电力供应，各电力公司将纽约、新英格兰和安大略湖地区的电网连接成一个巨大的网络。当一个地区的用电量达到高峰时，其他地区可以对其进行补充。但是要想预测多大范围、多复杂的电网才会起实际作用是非常困难的，工程人员们没有预测某一地区电力供应的浪涌会对其他地区造成什么样的影响，而这种影响可以使整个电网崩溃。工程设计人员在从尼亚加拉到安大略地区的输电线上仅安装一个简单的继电切换开关作为触发器，当电源浪涌超过设定的某一水平后它将自动跳开。1965年的9月9日，该线路的电力负载超过了设定值，于是开关跳开，结果原本流向多伦多的电流反过来注入了纽约西区，使线路发生堵塞，发电机不得不停机才避免子被烧毁。这一环路向南扩展到纽约市，向东到达了缅因州的边界。此次停电面积达到了20.72万平方公里，受影响人口达3000万，其中包括美国最大的城市纽约。 必修一：技术与设计（GT） “协和”飞机失事（2000年7月25日） 2000年7月25日之前，有着26年数千万公里从未有过失事纪录的“协和”式超音速飞机一直是航空界安全性和速度方面的一颗闪亮的明星。虽然“协和”式飞机在结构、空气动力学特性以及推进装置方面有着出色的设计，但它也具有一些低水平的致命设计缺陷：它的高起飞速度对轮胎的磨损极大，尽管更换频度达到了普通喷气式飞机的5倍，但它的轮胎还是经常发生爆裂；同时它机翼中的燃料箱也没有进行足够的防撞加固，而这在较新型的飞机中是必需的预防措施。由于存在上述的缺陷，再加上不幸出现了一点意外：从一架大陆航空公司的DC-10飞机上脱落了一根钛制的“耐磨衬带”，正好落在法国航空公司一架即将要从巴黎起飞的“协和”式飞机的跑道上，当“协和”式飞机的轮胎与这根防磨带碰撞时，轮胎上一大块橡胶被撕裂下来甩入了机翼中，在机翼表面撞开一个600平方厘米的大洞，导致燃料泄漏燃烧。这次事故使飞机上109名乘客全部丧生，另外4名地面人员死亡。“闪亮的明星”就这样在2000年7月25日陨落了，这正印证了“千里之堤，溃于蚁穴”的道理。在这次事故后，法国航空公司和英国航空公司给所有的“协和”式飞机更换了新的轮胎，新轮胎经过测试可以在每小时403公里的速度下承受钛金属条的撞击，同时他们还对飞机的起落架进行了加固，并安装了燃料箱防弹衬套以防止发生类似的燃料泄漏。一个本来可以预见到的事故源终于在发生了事故之后被消除了。 2.4 技术实验及其方法 技术原因造成的十件悲剧 必修一：技术与设计（GT） 每一种知识都需要努力! 都需要付出，感谢你们！ $