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1、第三章 设计过程、原则及评价,一 设计的一般过程,设计是技术发展的关键，从本质上说，设计是一个问题求解的过程。问题存在于世界的每个角落，存在于生活的方方面面。我们不仅应有主动发现问题的意识，而且应掌握一些发现问题的方法。只有这样，才能从根本上发现问题，发现有价值的问题。,日常生活是我们存在的背景和基础，它往往蕴藏着丰富的问题资源，同时也离我们最近。曾经有人发现：当人生病需要躺着用直吸管吸取杯中的饮料时，如果管子弯折了，就喝不到饮料，引发了可弯吸管的发明。鲁班上山手被野草划破，发明了锯。,1.发现与明确问题,同学们生活中有没有发现哪些问题？饮水机：在倒水时手推开关会把一次性水杯压扁 台灯：写字时
2、手会遮住光线留下影子墨水瓶：吸墨水时会把笔弄脏 目前电梯存在以下问题：按钮不适合不同身高的人，只有视觉提示，没有考虑盲人等特殊人群。,睡觉时，我们易把放在床上的小电风扇踢翻，如何使风扇不易倒？市场上的刷头和把柄在同一条直线上，就使得一些人误拿来左右刷，没有起到护牙的作用，即使是知道要上下刷，但用起来却比较吃力，左边容易右边难。如何改进牙刷的结构，使人们改正错误的刷牙方法，使上下刷牙更容易。戴眼镜低头时，眼镜往往会滑落,案例分析1：便携式小凳的设计,陈晨是某市第一中学高一（6）班的学生。在平常的活动中，他发现儿童非常喜欢到户外活动，但是当他们玩累了，想休息一会儿时，却常常不能马上找到适合他们坐的
3、小凳。陈晨想，能不能为小朋友们设计一种适合他们在户外活动时使用并方便携带的小凳呢？,案例中的问题如何而来？案例中的陈晨等在设计的发现与明确问题阶段进行了哪些具体工作？,设计必须从调查需求、分析信息、发现与明确需要解决和值得解决的问题开始，并在此基础上提出设计项目，明确设计要求。,2.制定设计方案,在制定设计方案的过程中，始终明确：首先，运用不同的材料，结构可以产生不同的设计方案；其次，任何设计方案都有改进的可能性，好方案决不会仅有一个。,制定设计方案的一般步骤：,1、收集信息：,要尽可能通过各种渠道收集尽可能多的有关信息。,2、设计分析：,找出设计需要解决的主要问题，并分析解决问题的多种办法。
4、,3、方案构思（发展想法）：,最具挑战性，需要创新思维，大胆构思，发挥个人潜力。,4、方案呈现（绘画方案草图）：,将自己的构思和创意具体化，形象化和视觉化。根据自己的构思画成草图，根据草图再绘制详细的设计样图。,5、方案筛选：,选择方案，分析比较，权衡和选择。,几个常用构思方法及创造技法,一、不要放过身边出现的问题。你知道高压锅是怎样产生的吗？300多年以前，法国一位名叫巴本的医生，周末和全家人到山上去度周末。在煮土豆时，明明看到水已经沸腾，可土豆就是煮不烂。一家人很扫兴地回来了。可巴本医生并没有放弃所看到的现象。他找到了“水的沸点随压力的降低而降低，随压力的升高而升高”原理，从而制造出了世界
5、上第一个压力锅。假如巴本在野炊失败后，不再去思索“为什么？”，假如他只满足找到了解释野炊失败的原因，而不去着手压力锅的研制，那压力锅的发明就将和他失之交臂。,二、不要迷信权威。英国的大哲学家罗素来中国讲学，在开讲之前，他在黑板上出了一个题目：22等于多少？他问来听讲的学者们，他们都面带难色，回答不出来，因为他们想，罗素这样的大学问家，出的问题一定是很难的。但是，罗素却回答说，其实它就等于4。他的意思是说，请大家不要以为他讲的都对。不要迷信。在科学的发展过程中，有不少的人不迷信权威，而取得了成功，但是也有人因此而懊悔。,三、要善于借鉴和迁移。这里，给大家举两个例子：例1：一位年青的妈妈，下雨天骑
6、自行车去接孩子，把孩子裹在雨衣里，孩子又热又闷，哭着闹着要出来。这位妈妈一直想解决这个问题。一次在动物园，她看到袋鼠妈妈将小袋鼠放在胸前的袋里的情形，受到很大启发，她马上回家把雨衣前面开了一个洞，装上一个帽沿，这样，一个“袋鼠式母子雨衣”就出来了。这种雨衣，很快由厂家开发出来，顿时成为上海市场上的热门货。,例2：江西省一位初中二年级的女学生，在家里帮助父母到棉田里拔棉杆，由于棉杆根系发达，拔起来很费劲，她就想到能不能设计一种拔棉杆的工具，后来，她想到了用“羊角锤”拔钉的原理，经过移植，设计成了拔棉杆的工具，很受棉农的欢迎。,1971年，在伦敦召开的国际园林建筑艺术研讨会上，迪斯尼乐园的道路设计
7、被评为世界最佳设计。你知道这个设计方案是怎样形成的吗？主持迪斯尼乐园设计的世界著名建筑大师格罗培斯已经为通往各景点的道路设计方案修改了50多次，没有一次让他满意。,园区建设已快竣工，马上就要开放了，方案还没有定下来，当时，他正在巴黎参加一个庆典，工程部又打电话来催要道路设计方案。为此，他心里很是焦急。为了使自己清醒一下，他决定庆典一完先到法国的海滨去休息几天，争取回国前把方案定下来。,他驱车在法国南部的乡间公路上奔驰。这一带，是法国的葡萄产区，不少葡萄园主把葡萄摘下来在路边叫卖。但却少有人问津。车到了一处，那里停了很多车，原来这里的葡萄园主人是一位老太太，没有人力来叫卖，就让人们自行投钱，自行
8、摘葡萄。她用这种方法，每年都是最先卖完。格罗培斯突然得到一种启示:,他买了一篮葡萄，掉头回到巴黎，立即给工程部发去电报“撒上草种，提前开放”。不久，小草长出来了，整个乐园的空地被绿草覆盖，在乐园提前开放的半年里草地被踩出许多小道，有宽有窄，优雅自然。格罗培斯以这些踩出来的小道为蓝本，就形成了这个世界最佳设计。这里，他就是移植了法国老太太的方法“让人们自行选择”。,四、多想想物体的其他功能。一种物体在一般情况下经常被使用的功能称为该物体的“固有功能”。但若能从物体的基本性质入手去把握和开发它的其他功能，就会创造出意想不到的奇迹。“冰能取火”、“冰能输送汽油”，你相信吗？但这是真实的事情。,先说说
9、用冰取火,冰是透明的晶体，冰具有可塑性。根据冰的这两点基本特性，你可以将其做成一面凸透镜，用它来聚日光，不就可以取火了吗？,再说说用冰输送汽油。,南极科考队员要将运输船上是汽油送到基地，但船离基地的距离较远。现成的油管不够长，于是他们就想到了用冰的基本特性做“冰管”来输送汽油。他们先在铁管上缠上布条，浇上水，结冰后抽出铁管，“冰管”就做成了，要多长就接成多长。,如果只想到“冰可以降温”的固有功能，就不可能创造出这样的奇迹。其实，宋代诗人苏轼的佳句“横看成岭侧成峰，远近高低各不同；不识庐山真面目，只缘身在此山中”就给了我们这种方法的启示。,方案构思的其他方法（1）草图法设计时，我们可以运用草图法
10、进行构思。草图不仅能将一些想法较明确地表达出来，而且可以任意修改。在运用草图法进行构思的过程中，学生可以捕捉灵感、自由发挥、不受约束。（2）模仿法用模仿法进行方案的构思在日常生活中是比较常见的，如古代的许多工匠学艺。模仿法的方案构思在现代科学技术中，有很多丰富的内容，如仿生学、微型照相机、摄像机自动调焦的针孔摄像头就是通过研究鹰眼的成像原理后仿制出来的产品。（3）联想法要用联想的方法进行方案构思，人们就必须具备丰富的实践经验、较广的见识、较好的知识基础及较丰富的想像力。运用联想法构思后，我们不能盲目地实践，而应该首先对方案进行科学论证，而后再进行制作和实施。（4）奇特性构思法,(5)头脑风暴法
11、,什么是头脑风暴？当一群人围绕一个特定的兴趣领域产生新观点的时候，这种情境就叫做头脑风暴。由于会议使用了没有拘束的规则,人们就能够更自由地思考，进入思想的新区域，从而产生很多的新观点和问题解决方法。当参加者有了新观点和想法时，他们就大声说出来，然后在他人提出的观点之上建立新观点。所有的观点被记录下但不进行批评。只有头脑风暴会议结束的时候，才对这些观点和想法进行评估。,头脑风暴的诞生1941年，亚历克斯奥斯本,一个广告总经理,发现传统的商业会议制约了新观点的生产。他提出了帮助激发观点产生的规则。他在找寻把自由赋予人们思想和行动以激发产生新观点的规则。想出本来是他用来描述他开发的过程的词语，后来逐
12、渐变成头脑风暴而闻名于世。他把头脑风暴描述成一个小组试图通过聚集成员自发提出的观点，以为一个特定问题找到解决方法的会议技巧。他提出了如下规则:没有对观点的批评追求观点的数量在彼此的观点之上建立新观点鼓励狂热的和夸张的观点,他发现，当遵循这些规则的时候,更多的观点就被产生，而且更多的新颖观点带来了更多有用的观点。使用这些新规则,人们的自然的拘束减少了。这些拘束使人们不能提出他们感到可能被认为是错误或愚蠢的观点。奥斯本也发现，愚蠢观点的产生由于改变了人们思维方式，因而可以激发出非常有用的观点。正如你会发现的,这个最初技巧的发展是革命性的，已经改变了我们的世界。随着对过程的不断改进和创新的思考技巧的
13、介绍，你会非常容易地生成观点。无论你是在小组里或独立工作，你不需要为新观点感到无措。你可以在亚历克斯奥斯本的著作应用想像力中阅读他最初的方式。,头脑风暴活动指南许多问题并不是随着闪现在头脑中的第一个念头而自动解决的。为了寻求最佳解决方案，需要考虑多种可能的解决方案。被认为是最好的行动方法之一就是头脑风暴法。头脑风暴法是定义一个问题、概念以及与主题相关的任何事情的行动，它从不忽视来自任何微弱声音中的建议。所有的主意都将被记录下来并，仅当头脑风暴论结束以后才予以评价。,过程1、在一个小组或者大组中选择一位主持人和一位记录员（他们可以是同一个人）。2、通过头脑风暴法来定义问题或者概念。确保每人对将要
14、探索的问题都有清晰的了解。3、建立讨论活动的规则。这些规则包括：*主持人控制讨论进程。*承认每个人作出的贡献。*确保没有人侮辱、贬低、或者评价另一参与者或者他的/她的回应。*声明没有一个答案是错误的。*记录每一个回答，除非它被一再重复。*设定发言时间限制，到时立即终止发言。,4、开始集体自由讨论。主持人选择小组成员共享他们的答案。记录员记录下所有的回应，使得每个成员能够看到这些反映。确保在讨论结束以前不要评价或批评任何回答。5、一旦集体讨论结束，马上检查记录结果和开始对各种回应进行评价。检查这些回应记录的时候，一些基本的要求包括：*寻找任何重复或者相似的答案。*将相似的概念聚集在一起。*剔除明
15、确不合适的回应。*精简了记录清单以后，继续运用小组讨论的方式，讨论剩余的回应内容。,三、制作模型或原型,完成方案筛选以后，我们就要开始根据绘制的样图进行制作设计产品的模型。一般地，模型制作包括两个阶段，即绘制图样和制作模型或原型。,四、测试、评估及优化,要明确设计方案是否可行，我们还要必须进行各种测试、评估，以优化设计方案、完善产品原型。,1、测试：,在模型或原型制作完成后，一般需要对其进行测试。测试的目的是检验产品在操作、使用过程中，在结构和技术性能方面能否达到预定的设计要求。,对于便携式小凳，你觉得应该测试它的哪些特性？,思考：,便携式小凳的承重强度试验！,2、评估：,在测试的基础上，我们
16、还要对设计方案和产品进行较为全面的对比评估。,【讨论】我们应该从那些方面对小板凳进行评估？,3、优化：,在对设计方案和产品进行对比评估的基础上，提出相应的优化和改进。,五、产品的使用和维护,在产品使用过程中，正确的使用合维护既可以使产品更好地满足人们的需求，又能延长其使用寿命。所以，掌握正确的使用和维护方法对于产品使用者来说尤为重要。为此，我们通常要设计一份产品使用说明书。,设计的一般过程,五、产品的使用和维护,四、测试、评估及优化,三、制作模型或原型,二、制定设计方案,一、发现和明确问题：,神秘的反物质,1930年英国物理学家狄拉克提出电子有两种，除了有带负电荷的电子外，还有带正电荷的电子，
17、这两种电荷恰好一正一反，带负电荷的电子叫正电子，带正电荷的电子叫反电子。长期以来，人们一直认为电子只有一种，所以对狄拉克的预言半信半疑。没想到两年以后狄拉克的预言得到了证实，美国物理学家安德森在实验室果然发现了反电子。后来人们陆续又发现了反质子、反中子等等各种各样的反粒子。反粒子发现的多了，人们自然会想到，既然物质是由电子、质子和中子组成的，那么是不是由反电子、反质子和反中子组成的物质就是反物质呢。于是科学家们设计好方案进行实验，功夫不负有心人，科学家们终于在实验室得到了结构比较简单的反氘（dao），这说明反物质的设想并不荒唐。,反物质这东西很神秘的，只要一露面，立即就会与正物质结合，同时放出大量的能量。据说1908年中西伯利亚的通古斯大爆炸就是由于天外飞来一块由反物质组成的陨石，反物质与正物质通古斯河上空结合放出大量能量而造成的。据估计，一克反物质与正物质结合时，放出的能量相当于世界上几个最大水电站发电量的总和。科学家预测假如利用反物质推动太空船，六星期到达火星将不是梦想。但是，要利用反物质，就必须首先找到反物质，在地球上人们尚未找到可利用的反物质。令人可喜的是科学家发现在地球之外十分遥远的银河系中心存在一个反物质源，它喷射出一个“反物质喷泉”，这些反物质能不能为人类所利用至今还是个谜。,
