4.3 常用的构思方法 课件(共74张PPT)-2022-2023学年高中通用技术苏教版（2019）必修《技术与设计1》

(共74张PPT)
4.3常用的构思方法
任务一 体验形态分析法和联想法
任务二 尝试应用设问法和仿生法
走进情境：
在讨论设计方案时，有学生联想到乌龟的身体部位可以伸缩，把乌龟身体作为台灯底座，脖子作为支撑杆，头作为光源和灯罩；还有同学提出，模仿磁悬浮列车来设计悬浮台灯。这些脑袋大开的想法令大家眼前一亮。那么如何构思呢？
常用的构思方案——1.形态分析法
　 二战期间，美国情报部门探听到法西斯德国正在研制一种新型巡航导弹，但费尽心机也难以获得有关技术情报。然而，火箭专家兹维基博士却在自己的研究室里，轻而易举地搜索出法西斯德国正在研制并严加保密的乃是带脉冲发动机的巡航导弹。他能够坐在研究室里获得技术间谍都难以弄到的技术情报，是因为运用了他称之为“形态分析”的思考方法。
　 在研制过程中，茨维基在当时可能的技术基础上，分析了火箭的各主要组成要素可能具有的各种形态。
组成要素——状态 1 2 3 4 状态个数
1 使发动机工作的媒介物 真空 大气 水 地内部 4
2 推进燃料的工作方式 静止 移动 推动 旋转 4
3 推进燃料的物理状态 气体 液体 固态 3
4 推进的动力装置的类型 没有 内藏 外装 3
5 点火的类型 自己点火 外部点火 2
6 做功的连续性 持续的 断续的 2
可能的方案数4*4*3*3*2*2=576种 茨维基利用排列组合的原理，在一周之内就提交了576中火箭设计方案，其中就包括了德国保密的F-I型巡航导弹和F-2型火箭。在经过先发散后收敛的创造过程，美国很快获得了同样的先进方案，在军备竞赛中赶上了德国。
一个事物（技术装置）都可以分解成若干个子系统，直至分解成不能再分的要素为止，把要素创新排列组合，就会产生很多新的功能、方法或装置。
形态分析，是指从整体的思想出发来看待事物，把事物看出是几个功能部分的集合，然后把整体拆成几个功能部分，分别找出能够实现每一部分功能的所有方法，最后将这些方法进行重新组合，根据分析评价结果最终形成多种设计方案。形态分析法是一种产生多方案、行之有效的构思方案。
台灯的形态分析模型仅仅关注灯罩造型、支撑方式，开关控制方式，就已经有200多种方案了。
挖掘机形态分析法
利用可能的一切组合来构思，只要能把现有科技成果提供的技术手段全部罗列，就可以把现存的可能方案一网打尽。
优点
操作上困难，要在数目庞大的组合中筛选出可行的新品方案，选择不当，可能使组合过程的辛苦付之东流。
缺点
形态分析法的优缺点
需注意的问题
1.不必将不可能采用的手段填入形态分析表中，以避免组合表过于庞大。
2.综合思考时，最好有一个主要思想，从而更有效率。且这一步难度更大，须有较强的专业基础才行。
3.对于复杂的技术课题可分几个层次，可用逐项展开的方法不断深入主题，最后分几层进行主题组合。
常用的构思方法 ——2.联想法
爱因斯坦说过：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识的源泉。严格地说，想象力是科学研究的实在因素。”
联想法就是由甲事物想到乙事物。具体来说，是借助想象，把形似的、相连的、相对的、相关的或某一点上有相通之处的事物加以联结。
案例分析
用联想法设计灯具
案例：防盗音乐拉链
一位辽宁省梨树县的农民农闲到城里去的时候，看见有些人的手机上佩戴着能发光、发声的“来电显挂件”。他就想，如果将这个东西安到拉链上，于终他就设计出了防盗音乐拉链，在拉动拉链把手时拉链连杆就接通电路并发出声音。
功能迁移
案例：拔棉杆器
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。
原理迁移
讨论：随意选取几个名词，试着用联想法构思一种台灯或者其他物品的方案。
利用联想法进行方案构思，不一定能使技术设计一次性成功，但它有可能为构思找到一种方法或一条形成方案的路径。运用联想法进行构思后，不能盲目实践，而应该首先对方案进行科学论证，然后在实施。
常用的构思方法 ——3.应用设问法
设问法是通过多角度提出问题，从问题中寻找思路，进而做出选择并深入开发创造性设想的一种构思方法。
学会提问
信用卡的诞生
据说有一天，美国银行家弗兰克在纽约一家饭店招待客人用餐，就餐后发现他的钱包忘记带在身边，场面非常尴尬，不得不打电话叫妻子带现金来饭店结账。于是麦弗兰克产生了创建信用卡公司的想法。1950年，弗兰克与他的好友施奈德合作投资，在纽约创立了"大莱俱乐部”，为会员们提供一种能够证明身份和支付能力的卡片，会员凭卡片可以记账消费，这和当下信用卡“先消费，后还款”的理念一致。
学会提问
拍立得的诞生
二战期间，一个美国人艾德文正在给小女儿拍照，小女儿问父亲为什么要等一周才能看到照片。女儿直率的问题让他开始思考。顾客希望买上商品立刻就能用。那么照相机为什么就不一样呢？能否在一个很小的封闭空间内用几秒钟洗出相片呢？1948年，第一架60s拍立得照相机在波士顿上市销售？
为什么需要很长时间才能看到照片？
能否用机器代替重复人工劳动打印？
学会提问
复印机的诞生
卡尔逊在纽约专利办公室的工作需要重复打印、复制大量的重要文件，卡尔森患有关节炎，视复制文件为痛苦及单调的工作，这份苦差事，刺激了卡尔逊，他励志要发明一种设备，只有轻轻一按，就可以将文件复印下来，最终发明了利用具有光电导特性的材料在静电作用下经曝光从绝缘体变为电的良导体来复制原稿的复制技术
学会提问
什么是问题？
对事物产生疑问、要求回答或需要解释的题目
从对象看：别人不懂或自己不懂的
从内容看：包括对书本里、生活中、社会上等一切的提问和质疑。
学会提问
笨问题
如果一个问题只能有一个答案，没有其他可能性，或明知故问。
今天两个进球都是你打的，高不高兴？
您中了头奖，有没有很开心？
你们家被火烧了，你难过吗？
孩子生病了，你心疼吗？
学会提问
笨问题
如果一个问题只能有一个答案，没有其他可能性，或明知故问。
怎样才能制作出永动机来？
隐含着一定能制造出永动机来，这是一个伪命题。
重锤永动机
浮力永动机
重力永动机
学会提问
找问题
改进战斗机的学问
　二战时，美英联军对德国展开了大轰炸。由于德国防空力量强大，美英空军损失惨重，人机皆亡比例达11%。
　　为此，汤姆逊带领一个研究小组，着手改善这一现象。他们检查了执行任务归来的所有飞机，发现机腹部位都布满了弹痕，而机翼大都完好无损。由此，汤姆逊大胆地推断：机腹部位较易受到炮火攻击，而机翼则可相对自如地避开炮火。
　　于是，汤姆逊把主要精力都花在改进机腹上，采用了更加坚固的材料。可是，被击毁的人机比例仍没下降。看到新返回飞机的机腹又是伤痕累累的，汤姆逊千方百计地改进机腹的防护，却始终收效甚微。
这时，汤姆逊的一位朋友打来电话，说：“如果你仍然只顾研究改进机腹，花再大的代价也是徒劳！”
　 汤姆逊奇怪地问：“为什么这样说？”
朋友说：“所有返回的飞机，都是机翼完好而机腹被击中，这不正说明—飞机机腹受袭，还可幸运地返航；而机翼受损的飞机，则无一能够幸免吗？所以，你要解决的，是机翼问题而非机腹呀！”这番话让汤姆逊如醍醐灌顶，他尝试着加固了机翼，果然，被击毁的飞机数量很快减少了。
改进机腹，没有效果
改进机翼，找对了问题
设问法是通过多角度提出问题，从问题中寻找思路，进而做出选择并深入开发创造性设想的一种构思方法。它的主要类型有奥斯本检核表法、5W2H法、和田十二动词法。
奥斯本检核表法
（设想提问法、分项检查法）
《创造性思维》
创新方法之母
记号 检核项目 新设想名称 新设想概述
1 有无其他用途
2 能否借用
3 能否改变
4 能否扩大
5 能否缩小
6 能否代用
7 能否调整
8 能否颠倒
9 能否组合
有无其他用途
水管还有没有其他用途？
自行车轮胎的发明
有个苏格兰医生邓禄普先生，在用橡皮水管给花草浇水时，发现充水的皮管很有弹性，就把一截装满水的皮管绑到自行车，但车轮太重，经过反复试验，终于发现充气皮管更加稳定省力
能否借用（模仿）
受石油工业中用小机器人来探测管道漏洞做法的启发
制造出各种内窥镜用于医疗的工作（胃镜、肠镜等）
能否改变（形状、颜色、味道……）
1898年亨利·丁根将轴承的滚柱改成圆球，发明了滚珠轴承，这一形状的改变，大大提高了轴承的使用寿命
1898年亨利·丁根将轴承的滚柱改成圆球，发明了滚珠轴承，这一形状的改变，大大提高了轴承的使用寿命
能否改变（形状、颜色、味道……）
能否扩大（扩大使用范围，延长使用寿命、增加产品特性……
牙膏中加入某一药物或成分，改变其特性。
牙膏中加入某一药物或成分，改变其特性。
扩大自行车轮胎
能否缩小（简化、压缩、浓缩、微型化、缩短、变窄……）
能否替代
早在罗马时期，车马与行人交叉行驶，经常使交通堵塞，还不断发生事故，为此，人们便将人行道与马车道分开，并把人行道加高，还在靠近马路口的地方砌起一块块凸起路面的石头——跳石，作为指示行人过街的标志。行人可以踩着这些跳石，慢慢穿过马路。马车运行时，跳石刚好在马车的两个轮子中间。随着汽车的发明，城市内更是车轮滚滚，从前的那种跳石已无法避免交通事故的频频发生。20世纪50年代初期，英国人在街道上设计出了一种横格状的人行横道线，规定行人横过街道时，只能走人行横道，于是伦敦街头出现了一道道赫然醒目的横线，看上去就像斑马身上的白斑纹，因而人们称它为斑马线。
完全由电力或电磁力驱动的火车替代了以前的蒸汽列车。
能否替代
能否调整（变换规格型号、日程计划、因果关系、速度、频率…）
能否调整（变换规格型号、日程计划、因果关系、速度、频率…）
能否颠倒（正负颠倒、首尾颠倒、上下颠倒……）
能否组合（混合、合成、配套……）
能否组合（混合、合成、配套……）
记号 检核项目 新设想名称 新设想概述
1 有无其他用途 理疗保温瓶 利用保温瓶的热气对人体进行理疗，如预防感冒、止痛等
2 能否借用 自加热保温瓶 借用化学反应原理制成自加热保温杯
3 能否改变 球形保温瓶 按照个性化需求设计球形保温杯，满足求异心理
4 能否扩大 保温桶 扩大传统保温瓶的容积
5 能否缩小 保温杯 缩小体积，开发多种保温杯，如旅游、中药保温杯
6 能否代用 不锈钢胆保温瓶 用薄不锈钢材料代替传统玻璃保温瓶瓶胆，还可使瓶胆一体化
7 能否调整 冰盒 调整瓶口、手提及比例尺寸使之成为冰盒
8 能否颠倒 倒置式保温瓶 变传统直立为倒置，用旋转式支架使保温瓶口朝下倒水
9 能否组合 智能净水保温瓶 将保温瓶、水处理系统及电脑控制组合，使瓶具有自动净水功能
新型保温瓶的检核表
和田十二法
和田十二法是我国学者许立言、张福奎在奥斯本检核问题表基础上，借用其基本原理，加以创造而提出的一种思维技法。它既是对奥斯本检核问题表法的一种继承，又是一种大胆的创新
(1) 加一加:加高、加厚、加多、组合等。
(2) 减一减:减轻、减少、省略等。
(3) 扩一扩:放大、扩大、提高功效等。
(4) 变一变:变形状、颜色、气味、音响、次序等。
(5) 改一改:改缺点、改不便、不足之处。
(6) 缩一缩:压缩、缩小、微型化。
(7) 联一联:原因和结果有何联系，把某些东西联系起来。
(8) 学一学:模仿形状、结构、方法，学习先进。
(9) 代一代:用别的材料代替，用别的方法代替。
(10)搬一搬:移作他用。
(11)反一反:能否颠倒一下。
(12)定一定:定个界限、标准，能提高工作效率。
(1) 加一加:加长、加高、加厚、加多、组合等。
(2) 减一减:减轻、减少、省略等。
(3) 扩一扩:放大、扩大、提高功效等
4.缩一缩:压缩、缩小、微型化。
5. 变一变:变形状、颜色、气味、次序等
(6) 改一改:改缺点、改不便、不足之处。
(7) 联一联:原因和结果有何联系，把某些东西联系起来。
(8) 学一学:模仿形状、结构、方法，学习先进。
(9) 代一代:用别的材料代替，用别的方法代替
10)搬一搬:移作它用。
(11)反一反:能否颠倒一下。
(12)定一定:定个界限、标准，能提高工作效率
序号 检核内容 设想名称 简要说明
1 加一加 自行车反光镜 车头安装折叠反光镜，像摩托车一样，增加安全性
2 减一减 无链条自行车 取消链条，利用杠杆原理把踏脚由旋转运动改为上下运动
3 扩一扩 水陆两用自行车 车两侧加四个气囊，充足气后可浮于水面，车后装小型螺旋桨
4 缩一缩 折叠式自行车 折叠后缩小体积，便于提上楼
5 变一变 助动式自行车 安装大型发条，在有电的地方接通电源就可以上紧发条，骑车时放松发条助力
6 改一改 车头可转动自行车 车头可转动90度，停车场车多时转动车头方便取出
7 联一联 多功能自行车 农村可用自行车抽水，脱粒，按上拖斗可以运输
8 学一学 电动式自行车 安装蓄电池和小电机
9 代一代 塑料式自行车 用碳纤维塑料做成的车架取代金属车架，强度大，重量轻
10 搬一搬 家用健身自行车 可在家锻炼身体
11 反一反 发电自行车 用自行车拖动小型发电机，停电时解决照明用电
12 定一定 自动限速自行车 使自行车不能超速行驶，增加安全性
自行车 的创新
5W2H分析法又叫七问分析法，是二战中美国陆军兵器修理部首创,广泛用于企业管理和技术活动，对于决策和执行性的活动措施也非常有帮助，也有助于弥补考虑问题的疏漏。
(1)What--是什么 目的是什么 任务是什么？条件是什么？方法是什么？规范是什么？重点是什么？规范是什么？功能是什么？与什么有关？
(2)Why--为什么要做 可不可以不做 有没有替代方案 为什么是这种颜色、大小、材料
(3)Who--谁 由谁来做 谁不能做？与谁有关，谁来决策？谁会赞成？反对？
(4)When--何时 什么时间做 何时完成？什么时机最适宜
(5)Where--何处 在哪里做 何处最适宜？
(6)How --怎么做 如何提高效率 如何实施 方法是什么
(7)How Much--多少 做到什么程度 数量如何 质量水平如何 费用产出如何
常用的构思方法——4仿生法
仿生法是模拟自然生物形态进行设计的方法，主要类型包括:功能仿生设计、形态仿生设计、结构仿生设计、肌理与质感仿生设计。
仿生学的起源
远古时代
人类处于农牧渔时代，人类的祖先模仿蜘蛛网编网捕鱼；受果实和瓢虫滚动的启发发明了轮子……
生存 ——自卫——竞争
仿生学的起源
工业时代
人们模仿植物和动物的结构，创造新的建筑结构：
模仿鸟的飞翔发明飞机；
模仿人与动物发明机器人；
模仿海豚发明潜艇……
观察 ——灵感——模仿
仿生学的起源
信息时代
人们模仿人的运算发明计算机；
分析 ——启示——设计
功能仿生设计
仿蝙蝠超声波导盲手杖
蜻蜓式直升机及仿生机器:
形态仿生设计
海螺楼梯仿生设计
肌理与质感模仿
结构模仿
奥运场馆国家体育场“鸟巢”
仿象鼻机器臂
车轮的仿生设计
蜂窝板
马上行动：利用仿生法，设计一款身边使用的任何一个小物件。