专题01 走进技术世界
【学习目标】
理解技术的定义及其在人类历史中的发展轨迹,从最初的石器时代到现代信息时代,以及中国在各个时代的技术创新和贡献。
探讨技术的未来趋势,包括技术如何塑造社会、引导社会变化,并从人类的根本利益出发,理性地看待技术的发展。
通过案例分析和活动体验,感知技术的普遍性及其在个人生活中的实际应用,理解技术对人的保护、解放和发展的多重作用。
分析技术与社会的关系,包括技术如何推动社会发展、改变生活方式、丰富文化内容,以及在政治、军事、文化等领域的应用。
探究技术与自然的关系,强调在开发利用自然资源时必须考虑环境保护,实现人与自然的和谐共生。
分析技术的性质,包括技术的目的性、实践性和综合性,理解技术与科学、社会、工程、数学、艺术等学科的关联。
讨论技术的创新性、复杂性和专利性,理解创新在技术发展中的核心地位,以及技术发展带来的伦理道德问题和知识产权的重要性。
培养学生使用技术的责任意识,形成对待技术的积极情感和理性态度,鼓励学生积极参与技术活动,共同建构和谐的技术世界。
【思维导图】
【知识梳理】
知识点一:技术的发展
追溯技术的历史
技术是为了满足人类需要而不断发展
衣
着衣遮身御寒 缝制、纺织、印染技术
食
进食以补充能量 食品烹饪加工、农作物栽培、家畜饲养技术
住
避风挡雨、抵御外来侵害 建筑技术
行
认识广阔的世界 车船制造技术
交往联系
交往以保持与别人的联系 通信技术
技术的定义
技术是从人类需求出发,秉承一定的价值理念,运用各种物质及装置、工艺方法、知识技能与经验等,实现具有一定使用价值的创造性实践活动。技术是人类文明的重要组成部分,是社会生产力水平的重要标志之一,是人类物质财富和精神财富的积累形式之一。
【技术体验】钻木去火
体验目的:通过钻木取火,体验技术的产生和发展。
活动准备:美工刀、手电钻、木工夹。材料:见下表(单位:mm)。
主要过程:
体验一:
1. 准备好助燃物。
2.用手电钻在①号松木板中间位置钻出小凹孔。
3.用木工夹固定带有小凹孔的①号松木板。
4.将③号榉木棍对准凹孔并反复搓动榉木棍,钻木取火。
5.用②号桐木板重复以上过程。
体验二:
1.使用表中③~⑥号材料组装成如图1—2所示的钻木取火工具。
2.使用该工具在钻好小凹孔的①号松木板上钻木取火。
3.用②号桐木板重复以上过程。
讨论:
在两次体验活动中,用松木板和桐木板有什么不同?钻木工具和木板之间应该如何匹配?
松木板和桐木板在质地上存在差异,这直接影响了钻木取火的效率。通常,松木板较软,更容易被钻出火星,而桐木板较硬,可能需要更大的力气和更多的搓动才能产生火种。在选择木板时,应考虑木材的密度和硬度,以及是否易于产生火种。
钻木工具与木板之间的匹配非常重要。工具的钻头应与预备的凹孔大小相适应,以保证可以最大程度地接触并摩擦木板。此外,工具的材质也会影响效率,一般选择硬度较高的木材或金属工具来提高取火的成功率。
钻木取火工具中惯性轮的作用是什么?如果换一个不同直径、不同厚度的惯性轮会对取火效率产生什么影响?绳子、惯性轮等如何安装才有利于取火操作?
惯性轮的作用主要在于增加旋转动能,存储能量并在需要时释放,以保持旋转速度的平稳,从而在钻木过程中产生持续且稳定的摩擦力。
如果更换直径更大或厚度不同的惯性轮,可能会对取火效率产生影响。一般来说,直径较大的惯性轮可以存储更多的动能,有助于保持更长时间的旋转,但同时也会增加整体装置的重量和体积。厚度的增加可能会让惯性轮更稳定,但过厚可能会使得整体装置过于笨重,不利于操作。
绳子和惯性轮的安装应该保证结构稳固且能够顺畅转动。绳子应均匀缠绕在惯性轮上,不宜过紧或过松,以免影响旋转的连贯性和速度。同时,确保所有的连接部位固定牢靠,避免在操作中出现危险。
除了钻木取火外,古人还探索和掌握了滑动取火、击石取火、金燧取火、火镰取火等方式,这些取火方式具有哪些特点?
滑动取火是通过快速摩擦两块特定材料(如木棍与木板)来产生火花,其特点是简单易操作,但需要精准的技巧和适当的材料。
击石取火是使用硬质石头敲击产生火花到易燃物上,这种方式依赖于选对合适的石头和敲击技巧,具有一定的难度和技术要求。
金燧取火利用金属物品的摩擦产生火花,这种方法适用于携带方便且可靠性较高的场景。
火镰取火是通过刮擦火镰产生火花点燃易燃物,它的特点在于取火速度快,但需要一定的技巧和质量良好的火镰。
3.生产工具作为生产力的标志,它的进步推动了人类社会不断向前发展
信息时代:20世纪四五十年代开始的第三次工业革命,以原子能、电子计算机和空间技术及其产业为主要标志。
电气时代:19世纪70年代,发电机和电动机的相继发明使电力得以实际应用,人类进入电气时代。
蒸汽时代:18世纪中叶,瓦特成功改良联动式蒸汽机,机器加工、蒸汽动力成为生产力的主导,人类进入蒸汽时代。
铁器时代:公元前1200年左右,人类掌握了渗碳、淬火、回火等人工炼铁技术。
青铜时代:人类在冶炼天然铜的过程中,发明了青铜。青铜成为生产工具和兵器的主要材料。
石器时代:以打制和磨制的石器为主要工具,使早期的农业和畜牧业得到发展。
知识点二:技术的未来
对“技术的未来”的思考和憧憬,应当从人类的根本利益出发,从人类的共同利益出发,从人类的长远利益出发,更加理性的看待技术;以更为负责、更有远见、更其道德的方式使用技术;以亲近技术的情感、积极探究的姿态参与技术活动,并共同建造个人与社会、人类与自然、经济与文化相协调的技术世界。
知识点三:技术的价值
技术与人的关系:
保护人(保护人的安全和健康——生存)
解放人(解放或延伸了人体功能,效率更高能力更强——舒适)
发展人(人们拓宽认知、更新方法,精神智力发展——智慧)
技术与社会的关系:
技术推动社会发展和文明进步
促进社会的发展
改变社会生活方式
丰富社会文化内容
3、技术与自然的关系:
人类依靠技术利用和改造自然。
技术或产品对环境可能造成负面影响,要把握合理的尺度,保护自然。
技术的发展也给解决环境问题提供了可能(例:物料的再循环工艺)
知识点四:技术的性质
目的性:技术因人产生,为人服务。强调产品有功能、作用。
实践性:技术是把自然物加工成人造物的活动,产生于实践,在实践活动中实现。
综合性:跨学科、综合多方面知识(综合性并非指多功能、多特点、多工作模式)
技术与科学的区别:科学是发现规律并予以验证和公式化的知识体系。侧重认识自然。回答“是什么”“为什么”的问题。技术是人类开发大自然的手段和工具。侧重开发利用自然。回答“怎么办”的问题。
技术与科学的联系:科学促进了技术的发展,技术推动了科学的进步。
创新性:是技术发展的核心。创新表现为技术革新和技术发明。
复杂性:技术内容和体系变复杂,技术应用环境变复杂。
技术的复杂性使技术有两面性:可以带来福音和危害。(不是所有优缺点)
专利性:知识产权在狭义上包括:著作权、专利权、商标权。
专利包括:发明专利、实用新型专利、外观设计专利。
专利申请过程:提交申请→受理→初审→申请公布→实质审查→授权
用一个发明实例来理解技术的性质:
以“智能环保垃圾桶”的发明与实践过程为例。
1. 目的性
实例:在城市化快速发展的背景下,垃圾问题日益严重,传统的垃圾桶无法有效分类和回收垃圾,因此,设计一款智能环保垃圾桶成为迫切需求。这款垃圾桶的目的在于通过智能识别和分类,提高垃圾分类的效率和准确性,减少环境污染。
过程举例:在设计初期,团队明确了垃圾桶的设计目标,即实现自动分类、垃圾量监测和智能提醒等功能。
2. 创新性
实例:智能环保垃圾桶在设计中融入了多项创新技术,如图像识别技术用于识别不同类型的垃圾,称重传感器用于监测垃圾量,以及物联网技术实现远程监控和数据传输。
过程举例:在图像识别技术的选择上,团队尝试并对比了多种算法,最终选择了一种准确率高、响应速度快的深度学习算法,这一创新选择大大提高了垃圾桶的分类准确率。
3. 实践性
实例:智能环保垃圾桶的设计不仅仅是理论上的构想,更需要在实践中进行验证和优化。在研发过程中,团队多次进行实地测试,根据反馈不断调整和改进产品。
过程举例:在实地测试中,团队发现垃圾桶在识别某些特定材质的垃圾时存在困难,于是对图像识别算法进行了针对性的优化,提高了识别的准确性。
4. 综合性
实例:智能环保垃圾桶的设计涉及了多个领域的知识和技术,如机械工程、电子技术、计算机科学等,需要团队成员具备跨学科的综合能力。
过程举例:在垃圾桶的结构设计上,团队成员不仅考虑了机械结构的稳定性,还结合了电子元件的布局和散热需求,确保了产品的整体性能。
5. 专利性
实例:智能环保垃圾桶的设计成果具备独创性和实用性,可以申请相关的技术专利,以保护团队的创新成果。
过程举例:在产品研发完成后,团队向国家知识产权局申请了多项技术专利,包括外观设计专利、实用新型专利和发明专利等。
6. 复杂性
实例:智能环保垃圾桶虽然功能强大,但其内部结构和工作原理相对复杂,需要较高的技术水平和专业知识才能理解和维护。
过程举例:在垃圾桶的电路设计中,团队采用了复杂的控制系统和传感器网络,这些组件之间的协调和控制需要精确的计算和调试。团队通过详细的设计和严谨的测试,确保了产品的稳定性和可靠性。
【题型精讲】
例1 1
小勇同学发明了“方便握笔器”,该作品参加市青少年科技创新大赛并得了大奖,但某工厂生产了该作品大量投放市场获得了很高的经济效益,于是小勇向法院提起了诉讼,但法院却不予受理。这是因为( )
A.小勇参加比赛公开了作品的内容
B.没有申请专利
C.作品太简单不予受理
D.小勇的发明已经过期
【答案】B
【讲解】小勇同学发明了“方便握笔器”,并参加了市青少年科技创新大赛,这意味着他公开了作品的内容。因此选项A不正确。由于没有申请专利,该作品没有得到法律的保护,所以其他工厂可以生产销售该产品,从而获得经济效益。因此,法院不予受理的原因是小勇没有申请专利。选项C和D与事实不符,因为是否简单或者发明是否过期并不是法院决定是否受理案件的依据。
例12
如图所示的智能斑马线,配有压力感应器,当有行人踩在上面时,斑马线会变成红色,警示过往车辆。而当能见度低的时候,会变成白色,可以让行人和驾驶员轻松的观察到斑马线。下列针对该智能斑马线说法错误的是( )
A.该智能斑马线的设计考虑到人机关系中信息交互因素
B.智能斑马线能有效降低交通事故的发生率,体现技术的目的性
C.该智能斑马线需要投入较高的成本,体现了技术的两面性
D.智能斑马线的使用,并不能完全保证行人的安全
【答案】C
【讲解】智能斑马线通过压力感应器和颜色变化来提醒行人和驾驶员,这是一个相对复杂的系统,需要电子、机械和软件的配合。所以选项C是错误的。选项A、B、D都是正确的描述,智能斑马线确实配备了压力感应器,并且在特定情况下会改变颜色以适应能见度低的环境。
【强化训练】
1..发明专利的保护期是:( )
A.5年 B.10年 C.15年 D.20年
2.张某发明了一种新型的摩托车自动报警防盗锁并将发明成果在某专业杂志上做了介绍。数月后某锁厂根据此资料生产出了这种防盗锁并投放市场,张某起诉该锁厂侵权,法院却不予受理。根据此案例,以下说法正确的是( )。
A.张某没有申请专利,所以不拥有防盗锁的专利权
B.张某的发明已经过期失效
C.在杂志上介绍相当于获得了专利权
D.防盗锁技术不能申请专利权
3.显示器是电视机的核心部件,普通电视机常用的是阴极射线管。它经历了从球面显像管,柱面显像管,平面直角显像管到纯平显像管等革新过程。说明了技术的()
A.目的性 B.创新性 C.综合性 D.两面性
4.据国外媒体报道,美国苹果公司最近提交了一个“便携式设备上的太阳能电池”专利申请,这种电池可以用于手机、音乐播放器和笔记本电脑。现专利局要审查该专利是否具备新颖性、实用性以及专利法规定的其他长期条件。该过程属于专利申请程序中的哪个阶段( )
A.受理阶段 B.初审阶段 C.实质审查阶段 D.授权阶段
5.传统的汽车轮胎在汽车转弯时容易打滑。针对这一问题,人们发明了差速器。差速器允许两轮以不同的轮速转动,很好地解决了轮胎转弯打滑的问题。关于这项技术,以下说法不正确的是( )
A.这项发明可以申请专利,创造经济效益
B.差速器允许两轮以不同的轮速转动,体现了技术两面性
C.很好地解决了轮胎转弯打滑的问题,体现了技术的目的性
D.涉及到物理学、材料学等学科,体现了技术的综合性
6.分析评价
如图所示的是一款新型台灯,它由MP4、蓄电池、音箱等组合而成。它的主要特点是:在照明时可以一边欣赏音乐,一旦停电便可以用蓄电池对其进行供电。试分析:
(1)针对其主要特点,它解决的主要问题是:由MP4、蓄电池,音箱,台灯组成一个多功能台灯系统,体现了系统的___________;并且能在停电后通过蓄电池供电。实现了系统的_________。
(2)它解决问题的方法是:通过系统设计,将音箱,蓄电池与MP4组成底座,底座上安装了支撑架和灯罩等配件。从系统的基本特性看,区别于普通台灯的主要标志是系统的___________;在照明时可以一边欣赏音乐,一旦停电便可以用蓄电池对其进行供电,这些的功能的实现,体现了设计的实用与_________原则。
(3)它的一个优点是什么?一个缺点是什么?
(4)针对缺点提出两个合理的改进意见。
7.填空题
人工在道路上铺设地砖是一种重体力活,需要工人蹲着或是弯腰铺设。某公司开发研制的自动铺砖机(如图所示),工人站在操作台上,只需把砖块排列好,砖块会在重力作用下沿着铺砖机的轨道下滑,自动地铺在地面上。这台机器的特点是:
①能根据砖块的形状,铺出各种不同图案的路面;
②铺砖机的宽度可调节,适合不同宽度的路面;
③铺设道路的速度快,工作效率高;
④工人在对砖块排列时,手臂及腰部基本处于自然状态;
⑤工人操作不需要弯腰或蹲着搬地砖,劳动强度低;
⑥使用电能不污染环境;
⑦用工数量少,降低人工费用,节约成本。
请根据上述表述回答以下问题(在“ ”处填写合适的序号):
(1)能实现人机关系舒适目标的是_______ 、_______;
(2)能实现人机关系高效目标的是_______;
(3)能体现设计实用原则的是_______、_______;
(4)采用铺路机后,工人可以不必蹲着或是弯腰工作,这体现了技术可以 (从保护人、解放人、发展人中选择一个,填入“_______”处)。
参考答案
1.D
【详解】
根据大多数国家的专利法,发明专利的保护期限一般为20年。
2.A
【详解】
在很多国家,发明人必须通过正式的专利申请程序来获得专利权。仅仅在专业杂志上做介绍并不等于获得了专利权。
3.B
【详解】
技术的发展经历了多个阶段的革新,表明技术不断进步和创新。
4.C
【详解】
在专利申请过程中,实质审查阶段是审查员对申请进行详细分析的阶段,以确定其是否符合新颖性、非显而易见性和实用性的要求。
5.D
【详解】
虽然差速器的设计和制造可能涉及物理学原理和材料学知识,但这个选项并不是评价差速器技术特点的正确描述。差速器主要体现了技术的创新性和应用性。
6.分析评价题
(1)整体性, 优化
(2)目的性, 创新
(3)优点:节约空间,功能齐全。缺点:设备单一而且受限制,用户不能使用自己现有的设备。
(4)改进意见:① 将增加一个时钟功能。② 将MP4功能改进成输入音频接口,既节约成本和 空间,又可外接不同的音频设备,如手机,MP3等。
【详解】
(1)这款新型台灯的主要特点在于它将MP4、蓄电池和音箱等组件集成在一起,形成了一个多功能台灯系统。这种设计体现了系统设计的“整体性”原则,即各个部分或组件相互关联、相互依赖,形成一个统一的、协调的整体。此外,该台灯在停电时能够通过蓄电池继续供电,这体现了系统设计的“优化”原则,即在满足用户需求的基础上,实现系统的最优性能。
(2)在解决问题时,设计者通过将音箱、蓄电池与MP4组成底座,并配备支撑架和灯罩等配件,完成了台灯的整体设计。这种设计使得台灯不仅仅具有照明的功能,还能播放音乐,体现了系统设计的“目的性”原则,即设计是为了满足特定的目标或需求。同时,在照明时欣赏音乐和停电时使用蓄电池供电等功能的实现,体现了设计的“实用”与“创新”原则。实用原则指的是设计要满足用户的需求,创新原则则是指设计要新颖、独特,能够给用户带来全新的体验。
(3)这款台灯的一个优点是它功能齐全且节约空间。它将多种功能集成在一个设备中,使得用户在使用时更加便捷,同时也节省了空间。然而,它也存在一个缺点,即设备单一且受限制。由于MP4是内置的,用户可能无法使用自己现有的设备,如手机或MP3等,这在一定程度上限制了用户的选择和体验。
(4)针对上述缺点,可以提出以下两个合理的改进意见:
① 增加一个时钟功能:这个功能不仅丰富了台灯的功能,而且可以满足用户在照明和听音乐的同时查看时间的需求,提高了设备的实用性和便利性。
② 将MP4功能改进成输入音频接口:通过这个改进,用户可以将自己的音频设备(如手机、MP3等)连接到台灯上,通过台灯的音箱播放音乐。这样既节省了成本和空间,又增加了用户的灵活性和选择权。这样的设计更加人性化,能够更好地满足用户的需求。
7.填空题
(1)④、⑤(2)③;(3)①、②;(4)解放人
【详解】
首先,我们要明确各个点描述的是关于自动铺砖机的不同特性和优势。这些特性和优势可以对应到人机关系的不同目标、设计的不同原则以及技术对人的影响。
人机关系的舒适目标:这通常指的是设计能够减少人的体力消耗,使人处于自然舒适的工作姿态。在这里,工人站在操作台上,手臂及腰部基本处于自然状态(④),以及工人操作不需要弯腰或蹲着搬地砖(⑤),都是舒适目标的体现。
人机关系的高效目标:这通常指的是设计能够显著提高工作效率。自动铺砖机铺设道路的速度快,工作效率高(③),是实现高效目标的例子。
设计的实用原则:这一原则要求设计出的产品或系统必须能够满足人们的需求和愿望。在这里,铺砖机能根据砖块的形状,铺出各种不同图案的路面(①),以及铺砖机的宽度可调节,适合不同宽度的路面(②),都是实用原则的体现。
技术对人的影响:从描述中,我们可以知道采用铺路机后,工人可以不必蹲着或是弯腰工作。这反映了技术通过改善人的工作条件来“解放人”。