《技术与设计》I
技术设计的性质、分类及其知识产权
1、技术的性质
（1）技术的目的性：技术源于人类的需求与愿望。
（2）技术的双重属性。自然属性: 任何技术都必须符合自然规律，如永动机梦想的破灭；社会属性: 技术必然要受到社会条件的制约，如新旧社会对传染疾病的防范。
（3）技术的综合性：技术设计需要综合知识的应用，则重合作精神。
（4）技术的两面性：技术应用推动社会发展、给人们带来幸福，同时技术应用造成的负面影响不容忽视。
（5）技术的专利性
1）知识产权：智力劳动者对创造性劳动取得成果后依法享有的一种权利。包括占有权、使用权、处分权和收益权。
2）知识产权的内容:主要有著作权，如对图书、音像资料的保护；商标：厂家或产品的标志性图示；还有专利权。
3) 专利的三种特性:独占性、时间性、地域性。
4) 专利的种类：发明专利、实用新型专利、外观设计专利。
5) 专利申请的原则：先申请原则，即先申请专利，后发表论文或公开，避免因过早公开技术而丧失保护机会。
6)专利的有效期：发明专利20年。实用新型专利10年。外观设计专利10年。
7) 专利申请：主管单位是国家知识产权局（可登陆网站https://www.doczj.com/doc/019655878.html,），一是自己直接申请；二是到专利事务所委托专利代理人代办专利申请。
8）拓展：山东省近几年青少年科技教育发展很快，中学生参加创新大赛或申报专利的层出不穷，学生专利主要针对实用新型专利，并且对参加高考自主招生有一定的帮助。
2、技术、发明、创新和专利分类
（1）技术发明、原理创新、发明专利：三者相类似，都将一定的原理运用到产品设计中，可以说是原创的第一个，具有开创性、时代性、引领性。如电灯泡将电能转化成光能，太阳能热水器将太阳能转化成内能。
（2）技术革新、结构创新、实用新型专利：都是对原有物的改进与完善，尤其是对结构的改进，或对现有物的组合移植，使其有新的功效。
（3）外观创新、外观设计专利：是最常见，最简单的设计，但最容易忽视。只对产品形状、图案、色彩的改进，不变其物品的功效。如包装袋、各种不同外形的口杯。
设计的原则
设计的一般原则既是设计的规范，又是评价的尺度，同时是发明创造的准绳。可结合《技术与设计》新课程的开设特点：“课时新、全精美、可规范”来形象识记理解八大原则，即“科实新、全经美、可规范”，以下加以形象化说明：
1、科学性原则：设计要遵循自然规律，利用一定的科学理论或原理，如飞机、汽车外型的流线型，可减少阻力。
2、实用性原则：“为我所用，服务于人，方便实用”。如电视遥控器的发明。
3、创新性原则：“改进变化，精益求精，耳目一新”。可从产品的原理、结构、技术、材料、工艺等方面考虑改进实现创新。
4、安全性原则：安全性是产品设计最起码的需求，如小孩玩具的棱角不能太锋利。
5、经济原则：“物美价廉”，以最低的费用(成本)取得最佳的效果。
6、美观性原则：“喜欢舒服，爱不释手”，给人以美的享受。让人们从产品的外观和造型上得到美的体验、享受和精神上的愉悦。可通过对产品造型、大小比例、使用材料、色彩搭配、装饰图案等设计组合来
表达。
7、可持续发展原则：技术产品要考虑生态、环境、资源的长效性和可持续性，实用的同时要节能环保。
8、技术规范性原则：产品或设计要有统一的标准，达到互通互配的目的。如各种插头插座的匹配。
设计的表达与交流
设计的交流主要依靠图纸，图纸就是工程技术界的“语言”。用于设计交流的图通常有两种：透视图和三视图。
1、图纸的尺寸
尺寸界线、尺寸线（包括箭头）、尺寸数字（包括必要的符号及字母）是构成图纸尺寸的三要素。
尺寸界线用细实线绘制，并由图形的轮廓线、轴线或对称中心引出。也可以借助图形的轮廓线、轴线或对称中心做尺寸界线。尺寸线的终端一般用箭头表示尺寸的起止。尺寸数字表示构件的真实大小，一般标注在尺寸线的上方，也可以标注在尺寸线的中断处。水平尺寸的尺寸数字字头朝上，垂直尺寸字头朝左，倾斜尺寸字头有朝上的趋势。
常见尺寸标注方法：①角度标注；②直径或半径的标注；③球面的直径或半径的标注；
在标注角度尺寸时，尺寸界线沿径向引出，尺寸线是以角度顶点为圆心的圆弧。
标注直径或半径尺寸时，应在尺寸数字前分别加注符号?或R，若标注球面的直径或半径时，应在符号?或R前再加注符号S。
2、透视图：（也适用于美术考点）
（1）形成规律：近大远小、近宽远窄、近高远低、不平行于画面的平行线组的透视必交于一点（即灭点）。
（2）类型：按消失点的数目分：
①一点透视（又称平行透视）可同时观察到物体的前面和左右两侧的情况，因此一般用于室内布置、庭园、街景或主要表达物体正面形象的透视图。
②二点透视（又称角透视）主要画产品设计的效果图
③三点透视（又称斜透视）主要用于画建筑物（尤其高大建筑）的效果图
（3）画法：设视平线，取消失点，向消失点连线，图形画在连线内。
3、三视图的基本投影规律：
主、俯两视图反映了物体的长度，而且长对正；主、左两视图反映了物体的高度，而且高平齐；左、俯两视图反映了物体的宽度，而且宽相等。
体验技术设计与设计成果展现
一、设计的一般过程
技术设计从选题到制作成品都是创造性综合实践的过程。基本能力测试一般结合科学、综合实践、研究性学习出题考查。主要测试学生实践能力，中学生亲历几次技术设计活动对提高基本能力至关重要。
1、确定主题：发现与明确问题。
2、制定方案：最关键的创造性活动，需要集思广益、设计方案。可分为：收集处理信息，构思设计方案，主要是在大脑中反复设计修改，将大脑中无形的设想变成有形的草图以便交流；主要掌握三视图的画法:主俯视图长对正，主左视图高平齐，左俯视图宽相等；最后评价选择合适的最佳设计方案。
3、制作样品：即展示设计成果，对于制作工程较大的一般先制作模型，用来测试、评价、完善性能；对于设计简单、容易制作的产品可直接制作事物原型。还需了解有关材料，工具，设备及工艺方面的常识。
4、评价优化：评价设计成果是否符合设计的“八大基本原则”，比如科学、实用、创新、安全、经济、美观、可持续发展、技术规范原则，其中技术测试是检验产品性能及质量的科学手段，存在于生产施工前、生产施工过程、生产成品的测试中。
5、产品说明：产品说明书是设计者和使用者之间沟通的纽带，说明书的撰写要力求实事求是，不能夸大设计产品的性能，必须标明有可能带来的负面影响及安全隐患；表达要准确，不能用模棱两可的词语，更不能有误导性的语言；要通俗易懂，尽可能采用简单明了的语言，规范的字体。
二、展现设计成果材料
材料的品种很多，常见的材料可以分为三类：天然材料、合成材料、混合材料。
1、天然材料：是指取材于大自然且保持原来特质的材料，如木材、黏土、石材等。
2、合成材料：又称人造材料，是人为把不同的物质经化学方法或聚合作用而成的材料，其特质与原料不同，如塑料、玻璃、钢铁等。
3、混合材料：是天然材料和合成材料的综合，如胶合板、纸、混纺材料等，混合材料会保持部分原来的特质。
三、工具和设备常识
1、木工工具：常用的木工手工工具有锯、刨、凿、斧、钻及度量画线工具等，木工最基本的设备是工作凳或工作台，此外还有钻孔机、锯床、平刨机、木工车床等。
2、钳工工具：画针、画规、样冲、角尺、锉刀、手锤及錾子、攻丝工具（丝锥和攻丝绞手）、套丝工具（扳牙和扳牙架）、钳工量具（游标卡尺、螺旋测微器、百分表等），钳工常用基本设备有钳台、台虎钳、砂轮机和钻床等。
四、工艺常识
是人们利用工具、设备对原材料或半成品进行技术处理，使之成为最终产品所进行的技术活动的总合。简单的说，就是将图纸表达的设计方案变成实体产品的生产活动的总合。工艺是保证生产顺利实施，提高产品质量和生产效率的有效手段。不同材料、不同产品的工艺过程有所不同。
再创设计新意
1、创新思维的特征
（1）开放性：敢于突破思维定势，乐于接纳新信息，善于输出新信息；能够打破现有框架的束缚，把设计过程视为推陈出新的过程。如牛顿发现万有引力定律。
（2）多向性：善于从不同角度思考问题，设计时能提出多种设想，能灵活地变换影响事物的因素。当思维在一个方向受阻时，善于转向思考或逆向思考。如人和物过河有多少方案？
（3）独立性（或叫独创性、求异性）：这种思维方式敢于追求与众不同、前所未有的见解，能大胆突破前人设计的时代局限。如半导体的发明。
2、技术试验的方法
技术测试是检验产品性能、质量的科学手段，技术测试包括各种技术检测和技术试验。技术试验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。
（1）优选试验法：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，这种试验方法称为优选试验法。如不同品种水稻的对比试验。
（2）模拟试验法：通过再现的形式来模拟现实发生情况的方法称为模拟试验法。如汽车的碰撞试验，在专用的场所模拟现实中的撞车事故，以考查汽车的性能。
（3）虚拟试验法：利用计算机技术来虚拟现实中的技术设计原型并进行试验的方法称为虚拟试验法。如：用计算机模拟“勇气”号火星探测器登陆火星表面的场景效果。
（4）强化试验法：通过扩大和强化试验对象的作用，以提高试验效率的方法称为强化试验法。
（5）移植试验法：在相互具有差异的事物之间，将某些共同相关的因素从一物移植到另一物进行试验，这样的方法就是移植试验法。如：作物的移植、学习方法的借用等。
产品的使用和维护
产品说明书也称用户手册，用于指导用户选择产品、使用产品，帮助用户了解产品的特性，确保用户正确安全地使用产品。
1、产品说明书的形式。
①条款直述式：例如某冰箱的说明书形式，这种形式的好处是条理清楚醒目。
②自问自答式：说明书将要说明的内容归纳成问题，按照一定顺序提出并逐一作答。
2、产品说明书的结构。
①设计说明：主要介绍产品的现有性能特征、产品的技术参数。
②使用说明：主要介绍本产品具体的、正确的操作和使用方法。
③注意事项：主要介绍在使用该产品的时候要着重注意的事项，或者是有可能产生的负面作用，以消除在使用过程中或违规操作后有可能带来的安全隐患。还包括出现意外情况时的应急解决方法和出现故障时的正确处理方法。
④联系方式：主要写清生产单位名称、地址、邮编、电话、传真及网址等。
3、撰写产品说明书的原则：实事求是；表达准确；通俗易懂；体现产品的设计特点并有所侧重。
《技术与设计II》
通过不倒翁理解结构的稳定性
1、不倒翁
是一种历史悠久的玩具，深受儿童的喜爱，传统的不倒翁是纸身泥底的。现在制作不倒翁的材料多种
多样，但是所有的不倒翁都有相同的特点：上半身为空心壳体、下半身是一个实心
的半球体，底部为圆形，重心比较低。当你将它倾斜以后，它的重力与它的着地点
之间就产生了一个力矩，在这个力矩的作用，使不倒翁恢复原来的状态，所以不倒
翁就不停地摇摆起来，但不会倒下去。如人们常见的“不倒翁杯”。
2、结构的稳定性
属于《技术与设计I 玲结构与设计章节的知识。主要研究物体保持平衡状态的能力，物体的状态受到干扰后，有所波动，但扰动消失后，能重新回到原来的平衡状态，则称为稳定，不回到原来的平衡状态，称为不稳定。
( l )影响结构稳定性的因素
①结构几何形状。
②支撑面大小。
③重心位置（重心所在点的垂线落在结构地面的范围内就是稳定的）。
（2）增加结构稳定性的方法
①常见方法：增大底面积；降低重心位置；利用三角形框架及其组合结构。
②减少长细比：长细比是指结构的纵向长度与横向截面的最大尺寸（如圆的直径）之比。构件的长细比越大越容易弯曲和变形。
3、结构的强度
是指物体结构抵抗变形的能力，强度的大小用应力来衡量。影响结构强度的因素：①结构的形状；②结构的材料；③材料的连接方式。
结构的类型
1、实体结构：是指结构体本身是实心的结构。
受力特点：外力分布在整个体积中。实体结构可以连续传递载荷，适于承受压力。
案例分析：长城、三峡大坝、厨房中的菜板子、实心墙、古代的城墙、柱子、实心球等。
2、框架结构：是指结构体由细长的构件组成的结构。
受力特点：支撑空间而不充满空间，能承受垂直和水平荷载。
框架结构是由杆件或板件连接而成的，构件可以是空心，也可以是实心；可以是平
面框架，也可以是空间框架。由于这种结构用料少，可以承受多种载荷，因此用得很广
泛。
案例分析：窗户、画框、房子、竹排、蔬菜大棚的棚体、建筑用脚手架、自行车、
艾菲尔铁塔、桌子、板凳、书橱、高压输电铁塔。
3、壳体结构：通常是指层状的结构。
受力特点：外力作用在结构体的表面上，由弧面整体分担承受，抵抗变形。
壳体结构是用薄壁壳状构件来替代空间框架而形成的一种空间结构。由于它可以将作
用在其上的集中横向载荷分散为沿壳体的压力。因此在场馆建设中用得很多。
案例分析：头盔，汽车飞机外壳、饮水杯、文具盒、装甲车、油罐、鸡蛋、核桃、瓜
子、西瓜、锅碗瓢盆……
流程与设计
1、认识流程：流程是一项活动或一系列连续有规律的事项或行为进行的程序。基本要素是环节和时序，时间上的先后顺序称之为时序，体现了具体活动内容的先后关系。环节是指整个过程的小过程，是间断性的过程概括。流程的表达有：文字表达，表格表达，图示表达（流程图）。
2、流程图：最常用的形式是框图，方框里的内容是每个环节要完成的任务，箭头方向表示时序（有的用数字序号表达时序）。流程图反映了环节、时序的具体情况。识读流程图的要点是：（1）找流程的环节，明确每个环节的功能和作用。
（2）弄清流程中时序的体现与特征。
3、流程设计的步骤：
第一步：首先要明确设计的目的和任务，明确流程所应遵循的内在变化规律。
第二步：要分析现有材料、设备、资金、人员、工艺和环境等因素。
第三步：列出流程涉及的主要事项，并进行初步的排列。
第四步：分析各事项（步骤）之间先后顺序，合理地安排流程的时序和环节。
第五步：选择一个合适的表达方式画出流程图，对于有严格时间的时序，要标注时间。
4、流程优化：为了提高效率、降低成本，可以改变时序和环节的顺序，也可增减环节。
系统与设计
本模块知识通常和人文与社会、生活、辩证统一的哲学思想分析解决问题相结合。
1、认识系统
系统是由相互依存的若干个部分组成的、具有特定功能的有机整体。构成系统的若干元素相互依存、相互作用，并完具有特定功能。
2、构成系统必须具备的三个条件
第一、至少要有两个或者两个以上的要素（部分）才能组成系统。
第二、要素（部分）之间相互联系、相互作用、按照一定方式形成一个整体。
第三、这个整体具有的功能是各个要素（部分）的功能所没有的。
3、系统的类型：
系统不仅有大有小，而且其结构、功能、行为和环境也不尽相同，系统可按照不同的标准和需要分类：（1）自然系统和人造系统。
自然系统：是自然形成的系统。如人体系统。人造系统：是由人制造加工而成的系统，也称人工系统，如人造地球卫星、各种文具、桥梁、楼房等建筑物。由自然系统和人造系统复合而成的系统，称为复合系统，如城市系统、村落系统等。
（2）实体系统和抽象系统。
实体系统：由看得见、摸得着的具体实体为元素所构成的系统，也称硬系统。如：机器的传动系统、棚室的采暖加热系统等。抽象系统：由一些概念、原理、方法、制度、程序等为元素构成的系统，也称概念系统、软系统。如哲学、智力竞赛软件系统等。
（3）动态系统和静态系统。
静态系统：系统的结构和状态，不随时间的推移延续而变化的系统。如棚室环境系统、大桥、公路、房屋等。动态系统：系统的结构和状态具有产生、变化与发展、消亡过程的系统。如学校，它不仅有建筑物还有教师、学生；城市系统、生态系统。
绝大多数系统属动态系统；静态系统是有条件的、暂时（阶段性）的和相对的。
（4）开放系统和封闭系统。
封闭系统：是与外界无明显联系的系统，如密闭罐中的化学反应，停建或缓建的工程。开放系统：与外界环境有信息、物质和能量交互作用，如商业系统，生产系统，生态系统。系统与环境之间，不断地、广泛地交换，不断地输入、输出，系统才会具有生命力。绝对的封闭系统是很少见的。
4、系统的基本特性：
（1）整体性：也称集合性，注重整体，不是各个要素（部分）的简单相加，系统的整体功能是各要素（部分）在孤立状态所没有的。例如：一堆沙子，钢材，水泥散放在一起没有什么意义，但如果将它们按照一定的比例配置则成建筑结构。系统的整体功能大于组成系统的各部分的功能之和。
（2）相关性：也称关联性，是指组成系统的各要素之间相互作用、相互联系。
（3）目的性：也称功能性，任何系统都具有特殊的功能。
（4）环境适应性：系统与其所处的环境之间通常都有物质、能量和信息的交换，系统必须适应外部环境的变化。
5、系统设计的步骤：主要包括将系统分解为若干子系统，确定各子系统的目标、功能及相互关联，对子系统进行技术设计和评价，对系统进行总体技术设计和评价等。
控制与设计及其典型闭环控制分析
一、认识控制系统
控制系统是用以完成一定控制任务的元、部件的组合。控制系统通常分为开环控制系统和闭环控制系统。简单的控制系统由两部分组成，即被控对象和控制装置。其中的控制装置，包括传感器、控制器、执行器等环节，对于闭环系统来说，还包括反馈环节与比较环节。
1、开环控制
是指控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程，其系统的输出量不会对系统的控制作用产生影响。如电子门铃、声光控开关、遥控器、防盗报警系统、闹钟定时控制系统。系统图示：
2、闭环控制
系统的输出量要返回到输入端并对控制过程产生影响，信息流经一个闭合环路。信息除了自输入端单向传至输出端外，还要将输出信息反传给输入端（比较环节），存在信息逆向流动。如保温电饭锅的保温控制、电冰箱制冷控制、空调的温度控制。系统图示：
3、开环控制和闭环控制的区别
开环系统的输出量仅受输入量控制，输入量到输出量之间的信号是单向传递。在闭环系统的输入量和输出量之间，还有一条从输出量返回到输入端的反馈环节，它们形成了一条闭合回路，反馈环节使得输出量的改变对控制的过程产生直接影响。即闭环控制系统与开环控制系统相比增加了一个反馈、比较、判断的过程。
二、控制系统框图
1、控制系统的环节
传感器：感知信号并传递信号至下一环节。
控制器：根据传送来的信号产生控制器信号并传送到下一环节。传送来的信号在开环系统中是有传感器直接传送过来的，而闭环系统中是比较环节中产生的信号。
执行器：是控制器输出信号的执行机构。
比较环节：比较输入量与反馈量的大小与极性，产生信号，再传给控制器。
2、通道与回路
信息流经的路径叫做通道。闭环控制系统有两类基本通道：前向通道和反馈通道。前向通道中，信息流自系统输入量，经比较环节、控制器、执行器直至被控对象。反馈通道中，信息流来自被控环节的输出量，流经反馈环节，再反馈到系统的输入端（比较环节）。两条通道，构成闭合回路，即闭环，简称回路。
3、绘制框图的方法
依次确定系统各个环节：被控对象，执行器，控制器，反馈环节（对闭环系统而言）。
确定被控量（输出量）、控制量、输入量、反馈量和偏差量。
用带箭头的直线表示信息在系统中流动、传递的方向与过程，再加上比较环节（闭环系统）。
在绘制框图中，先画被控对象，再画执行器，接着画控制器、反馈环节，最后比较环节，连线闭环，并标注各量。
三、典型的闭环控制——家用电冰箱的结构和制冷原理图
1、工作原理
家用电冰箱主要由压缩机、冷却器和散热器组成，它们之间用一根管道相连。管道里装有一种沸点很低的制冷剂。压缩机在管道的底部，它使制冷剂不断地在管道里循环。制冷剂流动到狭窄的毛细管时，受到强大压力，由气态变成液态，通过散热器对外放出热量。当制冷剂通过较粗的管道组成的冷却器时，由于压力突然降低，制冷剂由液态立即变为气态，从而吸收电冰箱内的热量，使电冰箱内的温度降低，达到制冷的效果。
2、结构原理图
3、控制分析
输入：根据冰箱内放置食物的保存要求，预先设置一个恰当的冷藏温度。
控制（处理）：由电子电路组成,核心部件是一个微处理器——微型电脑。能对预置设定的温度和输出中检测到的电信号进行比较、分析和判断，并发出命令。
输出：由电磁继电器组成。当它接到“接通”压缩机指令时，便接通压缩机工作电路。当它接到“停止”的指令时，继电器便断开压缩机的工作电路。
检测与反馈：主要由温度传感器组成。温度传感器装在冷藏室内，它将检测到的冰箱冷藏温度转变为电信号并反馈到电子控制系统的控制（处理）部分。
提升自己的技术素养必看案例——电饭煲原理
如图所示是电饭煲电路简图。其中，K1为限温开关，K2为双金属片保温开关，
R为电热盘中管状电热元件，T为热熔式超温保护器，R1、R2为限流电阻，L1为煮
饭指示红色氖灯，L2为保温指示黄色氖灯。试述电饭煲的工作过程。
原理如下：电饭煲的奇异功能，就在于K1、K2两个开关的妙用。插头插入电
路，闭合K1之前，你会看到红、黄两指示灯交替发光。内锅温度开始较低，双金
属片开关K2自动接通，L2支路被短路，黄灯L2不亮，红灯亮，且R发热。当内锅
温度达到70摄氏度—80摄氏度时，K2自动断开，由于R< 用手按下磁钢式限温开关K1，此时L2支路被短路，黄灯L2不亮，L1支路与R并联，红灯L1亮且R持续发热。当内锅温度达100摄氏度时，内锅中的水汽化完。饭煮熟后，K1自动跳开，如同K2自动跳开一样的道理，进行上一段分析中的循环，米饭温度保持在70摄氏度—80摄氏度范围。一旦磁钢式限温开关K1失灵，内锅温度过高时，热熔式超温保护器T将发挥作用，使电路断开。（推荐理由：主要透过这一实例，了解简单的物理电路知识、技术控制知识）
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