技术与设计1

技术学考 / 选考笔记，对应通用技术必修《技术与设计1》，按章整理。

走进技术世界

技术的价值

技术源于人类的需要和愿望，其根本目的是解决问题、满足需要。技术的价值集中体现在它与人、与社会、与自然的关系上。

技术与人

技术保护人、解放人、发展人，三者层层递进。

作用	含义	例子
保护人	弥补人体机能的不足，抵御外部伤害	衣服御寒、头盔护脑、疫苗防病
解放人	扩展人的能力，把人从繁重劳动中释放	机器代替体力、交通代替步行
发展人	提升人的智力、体力和精神境界	显微镜拓展视野、乐器丰富生活

• 保护人是基础，针对的是人自身的脆弱；
• 解放人扩展人的手、脚、感官乃至大脑的能力；
• 发展人在解放的基础上，进一步促进人的全面发展。

技术与社会

技术推动社会生产的发展，改变社会生活的方式，也促进社会文化的繁荣。例如活字印刷推动了知识传播，蒸汽机引发了工业革命。技术还改变着人的劳动方式、交往方式和思维方式。

技术与自然

技术是人利用自然、改造自然的手段。合理运用技术，可以协调人与自然的关系；滥用技术则会破坏环境，如围湖造田、过度砍伐带来的生态失衡。人类应在利用自然的同时保护自然，走可持续发展的道路。

技术的性质

技术具有五个基本性质，是学考的高频考点。

性质	含义	典型例子
目的性	为解决具体问题、满足特定需要而生	助听器为解决听力障碍而设计
创新性	创新是技术发展的核心，含发明与革新	蒸汽机到内燃机再到电动机
综合性	综合运用多学科知识，是多种技术集成	设计一辆汽车需力学、材料、电子
两面性	技术是把双刃剑，既造福也可能带来负面	农药增产却污染，塑料便利却难降解
专利性	技术成果受法律保护，具有知识产权	专利、商标、著作权

• 发明是创造前所未有的事物，革新是对已有技术的改进；
• 两面性要求人辩证看待技术，趋利避害；
• 专利须依法申请，经审批授权后才受保护，具有独占性、地域性和时间性。

判断题常考：技术的核心是创新，创新既包括技术发明，也包括技术革新。

技术与科学

科学回答「是什么、为什么」，技术回答「做什么、怎么做」。二者相互区别又相互联系。

	科学	技术
任务	认识自然，揭示规律	改造自然，创造产品
成果	论文、定理、原理	工艺、方法、产品
目的	有所发现	有所发明
与实践	提供理论依据	直接服务于生产生活

• 科学是技术的理论基础，技术是科学的实际应用；
• 技术的进步又为科学研究提供新的工具和手段（如望远镜、粒子对撞机）；
• 发现是科学，发明是技术，这是快速区分二者的口诀。

技术世界中的设计

技术与设计的关系

设计是技术活动的核心，任何技术产品的诞生都离不开设计。

• 技术的发展离不开设计：设计是技术成果转化为产品的桥梁；
• 设计的丰富和发展需要技术的支持：新材料、新工艺为设计提供更多可能；
• 技术更新会带来设计的创新，设计的创新又推动技术进步，二者相互促进。

设计有广义与狭义之分。广义的设计泛指有目的的创造性活动；本课程讨论的是技术设计，即以产品的功能、结构、工艺等为对象的设计。

设计的一般过程

设计的一般过程是一个不断优化的循环，主要包括以下五个环节。

• 发现与明确问题：找到需要解决的问题，明确设计要求和限制条件；
• 制订设计方案：收集信息，进行设计分析、方案构思、方案筛选，画出草图；
• 制作模型或原型：把方案变为实物，检验方案的可行性；
• 测试评估及优化：对模型进行测试，根据结果评估并改进方案；
• 产品的使用和维护：产品投入使用，编写说明书，做好维护。

这一过程不是简单的直线，各环节之间常有反复。设计中随时可能返回前面的环节重新修改，体现设计的反复性和优化特征。

人机关系

人机关系指人与所使用的产品（机器、工具、设施等）之间形成的相互关系。设计产品时必须充分考虑人机关系。

人机关系要实现的目标

人机关系要实现四个目标：高效、健康、舒适、安全。

目标	含义	例子
高效	提高工作效率，使人省力省时	合理的键盘布局、顺手的把手
健康	长期使用不损害人的身体健康	护眼台灯、符合坐姿的座椅
舒适	使用时感到方便、舒适、愉悦	柔软的座垫、合适的握感
安全	保障人的人身安全，避免伤害	圆角处理、防触电插座

• 安全是底线，健康着眼于长期影响，二者常被混淆；
• 儿童玩具做圆角、去掉小零件，同时体现安全与健康的考虑；
• 高效强调效率，舒适强调使用者的主观感受。

处理好人机关系需考虑的因素

• 普通人群与特殊人群：既要满足多数人，也要照顾老人、儿童、残障者等特殊人群；
• 静态的人与动态的人：既考虑静止状态下的尺寸，也考虑活动时的空间需要；
• 人的生理需求与心理需求：生理上如尺寸、力度，心理上如色彩、造型带来的感受；
• 信息的交互：产品应向人反馈信息，如指示灯、提示音、显示屏。

设计过程、原则及评价

设计的一般原则

设计应遵循以下七条原则，各原则之间既相互联系又可能相互制约。

原则	含义
创新原则	设计要有新意，避免简单模仿
实用原则	产品要有实用价值，能满足使用需要
经济原则	以较低的成本实现设计目标
美观原则	造型、色彩、材质使人产生美感
道德原则	设计应符合社会公德，尊重他人
技术规范原则	遵守相关的技术标准和规范
可持续发展原则	节约资源、保护环境，兼顾长远

• 创新是设计的灵魂，实用是设计的出发点；
• 各原则之间存在矛盾时需权衡，如追求美观可能增加成本，与经济原则冲突；
• 技术规范指国家或行业统一制定的标准，如螺纹标准、安全标准，须严格执行；
• 可持续发展要求兼顾当代与后代的利益，从材料选择到废弃处理全程考虑环境影响。

设计的评价

设计的评价贯穿设计的全过程，可分为两类。

类别	对象	作用
对设计过程的评价	每一环节的进展与决策	及时发现问题，调整方向
对最终产品的评价	完成后的产品	检验是否达到设计目标

评价的依据主要有两个方面。

• 依据设计的一般原则：从创新、实用、经济、美观等角度衡量；
• 依据设计要求：对照设计之初确定的具体指标，逐条核对。

评价应做到客观、全面。既要有设计者的自我评价，也要有他人和使用者的评价，多方结合才能得出可靠结论。

发现与明确问题

发现问题的途径

问题的来源可以归纳为三类。

途径	含义	例子
观察日常生活	从生活现象中发现不便与不足	雨伞易被风吹翻，想到改进结构
收集分析信息	从技术资料、市场反馈中发现问题	从投诉记录发现产品缺陷
技术研究试验	在研究与试验中发现新问题	实验中发现材料强度不够

• 观察是最直接的途径，关键在于做有心人，留意习以为常的现象；
• 收集信息时要注意信息的真实性和时效性；
• 有价值的问题往往就藏在人们熟视无睹的地方。

明确问题

发现问题后，需要判断问题是否有价值、是否可行，再把它转化为明确的设计课题。

• 问题的价值：是否真实存在、是否有普遍性、解决后是否有意义；
• 问题的可行性：从现有的技术条件、经济条件、时间和环境等方面判断能否解决；
• 判断可行性要从技术、经济、环境等多角度综合考虑，缺一不可。

明确设计要求与设计要求

明确问题后要确定设计要求，它是设计的目标和约束，也是后续评价的依据。设计要求通常包括产品的功能、性能、外观、成本、使用环境等方面。

明确的设计要求应做到具体、可检验。例如「结实」不如「能承受 50 kg 的压力」明确，后者才便于测试和评价。

收集和处理信息

信息是设计的基础。收集信息的常用方法有查阅文献、问卷调查、实地考察、访谈咨询等。

• 收集到的信息要进行筛选、分类、分析，去伪存真；
• 处理信息时要判断其可靠性，多个来源相互印证；
• 有用的信息才能为设计决策提供支持。

方案的构思及方法

设计分析

在构思方案前要先做设计分析。设计分析围绕物、人、环境三个要素展开，它们对应产品的不同方面。

要素	关注点	例子
物	产品的功能、结构、材料、工艺	台灯用什么材料、怎么连接
人	使用者的生理和心理需求	台灯高度、亮度是否护眼
环境	产品的使用与制造环境	台灯放在书桌还是床头

• 物是核心，直接决定产品能否实现功能；
• 人体现人机关系，是设计以人为本的要求；
• 环境既指使用环境，也包括生产和废弃时对环境的影响。

三要素并非孤立，一个设计往往要在三者之间权衡。例如为省成本改用某种材料，可能影响使用者的舒适感受。

方案的构思方法

方案构思是把设计要求转化为具体设想的过程，常用方法有以下几种。

方法	含义
草图法	用简图快速记录和表达设计想法
模仿法	借鉴已有产品或自然界的形态与结构
联想法	由一个事物联想到相关的解决办法
奇特构思法	打破常规，提出新颖大胆的设想

• 草图法最常用，能把抽象的想法直观呈现，便于交流和比较；
• 模仿法中借鉴自然界形态的方式又称仿生，如模仿鸟类设计飞机；
• 构思阶段应尽量多提方案，为后续筛选留出空间。

方案的比较和权衡

构思出多个方案后，要进行比较和筛选，从中选出较优方案。

• 比较的依据是设计要求和设计的一般原则；
• 各方案往往各有优劣，需要在功能、成本、美观等指标间权衡；
• 权衡不是找完美方案，而是在约束条件下取综合最优；
• 常用列表逐项打分的方式，把主观判断变得直观可比。

设计图样的绘制

技术语言的种类

技术语言是表达和交流技术思想的工具，形式多样，各有适用场合。

类别	含义	例子
图样类	用规范的图形表达形状和尺寸	三视图、机械加工图
文字类	用文字说明产品的信息	产品说明书、技术文件
表格类	用表格呈现数据和参数	元件参数表、检测记录表
符号类	用约定符号传递特定信息	电路符号、交通标志
网络语言	用于计算机之间的技术表达	编程语言、标记语言

其中，图样是工程技术中应用最广、最重要的技术语言，能准确表达物体的形状和尺寸。

正投影与三视图

三视图建立在正投影的基础上。正投影指投射线相互平行、且垂直于投影面的投影。用三个相互垂直的投影面分别投影，得到三个视图。

视图	投影方向	反映的尺寸
主视图	由前向后投影	物体的长和高
俯视图	由上向下投影	物体的长和宽
左视图	由左向右投影	物体的高和宽

三视图之间存在严格的位置和尺寸对应关系，概括为九个字：

长对正、高平齐、宽相等。

• 长对正：主视图与俯视图的长度对正对齐；
• 高平齐：主视图与左视图的高度平齐对齐；
• 宽相等：俯视图与左视图的宽度相等。

三视图的位置是固定的：俯视图在主视图正下方，左视图在主视图正右方，不能随意摆放。

简单形体的三视图

画简单形体三视图时，先确定物体的摆放位置，再逐个画出三个视图。

• 可见轮廓线画粗实线，不可见轮廓线画虚线；
• 对称中心和轴线画细点画线；
• 画图时要始终保持「长对正、高平齐、宽相等」的对应关系；
• 常见基本体（长方体、圆柱、圆锥、球）的三视图应熟记。

机械加工图的尺寸标注

三视图只表达形状，要制造产品还须标注尺寸。尺寸标注由尺寸界线、尺寸线和尺寸数字组成。

• 尺寸界线：表示所注尺寸的起止范围，用细实线，超出尺寸线约 2 mm；
• 尺寸线：两端带箭头，指向尺寸界线，用细实线，不能用轮廓线代替；
• 尺寸数字：标注实际大小，与图形比例无关，水平方向字头朝上；
• 标注要做到正确、完整、清晰、合理，同一尺寸只标一次，不重复不遗漏。

常见尺寸符号：直径用 ⌀，半径用 R，正方形用 □，厚度用 t。

常见的技术图样

除三视图外，工程中还有多种专用图样，各有用途。

图样	用途
机械加工图	指导零件的加工制造
装配图	表达零件之间的装配关系
效果图	直观表现产品外观、色彩和质感
电路图	表示电子元件的连接关系
建筑图	表达建筑物的结构和布局

• 效果图接近真实观感，用于展示和交流，常带透视和色彩；
• 机械加工图要求精确规范，是生产的直接依据；
• 不同图样服务于设计的不同阶段，从构思到制造各有侧重。

模型或原型的制作

模型的功能

模型是按一定比例、以立体或其他形式表现设计对象的实物。在设计中制作模型有两大功能。

功能	含义
使设计对象具体化	把抽象的构思变成可见可触的实物
帮助分析设计的可能性	验证方案的功能、结构是否可行

设计过程中的模型有不同层次。草模用于推敲外观造型，概念模型用于表达设计构思，功能模型用于验证功能，结构模型用于检验结构。

原型则是接近最终产品、能实现全部功能的样品，通常在模型之后制作。

工艺

工艺指利用工具和设备，对原材料进行加工处理，使之成为产品的方法。常见的工艺有金工、木工、电子、塑料成型等。

金工工艺

金工是对金属材料进行加工的工艺，主要工序如下。

工序	含义
划线	在毛坯上画出加工的界线
锯割	用锯把材料分开或切出形状
锉削	用锉刀去除余量，修整表面
钻孔	用钻头在工件上加工出孔
连接	用焊接、铆接、螺纹等把零件连成整体

木工工艺

木工是对木材进行加工的工艺，常见工序有锯、刨、凿、钻和连接等。

• 木工连接常用榫卯、钉接、胶接等方式；
• 锯割时留出加工余量，刨削使表面平整；
• 无论金工还是木工，都要遵守安全操作规程，正确使用工具和防护用品。

模型的制作

制作模型一般按以下步骤进行。

• 选材要根据模型的用途，如展示模型可用泡沫、纸板，功能模型宜用实材；
• 画线下料要留出加工余量，做到量准、划清；
• 加工成型综合运用各种工艺，注意精度和安全；
• 装配调试把各部分组合并检验功能，发现问题及时修改。

产品说明书

产品完成后要编写产品说明书，它是指导用户正确使用和维护产品的文字资料。

• 说明书一般包括产品名称、功能特点、使用方法、注意事项、维护保养等内容；
• 语言要简明、准确、通俗，必要时配图说明；
• 说明书是产品的重要组成部分，也是技术语言中文字类的典型应用；
• 安全警示和注意事项须醒目标出，保障使用者安全。