专题04 方案的构思及其方法（知识清单）-2024-2025学年高中通用技术学考复习（苏教版）（苏教版）

专题04 方案的构思及其方法
【学习目标】
理解设计中的人机关系及其重要性。
掌握方案的构思过程及常用的构思方法。
能够运用人机关系理论和构思方法进行初步的设计方案思考。
【思维导图】
【知识梳理】
知识点一：设计中的人机关系
1.人机关系：人使用物品时，物品与人产生的相互关系。
（ “机” 包括工具、仪器、设备、设施及劳动保护用具等。人机不一定接触。）
在设计中，我们所设计的产品都是从人的需求出发，为人服务的。因此，人机关系也就成为设计活动中必须考虑的核心问题之一。
2.人机关系要实现的目标
高效 　人机协调，提供人的工作效率。例：自动化按钮
安全 　产品对人体不构成生理上伤害。如：安全帽、安全气囊、桌角
健康 　产品对人的健康不造成不良影响。
实例：
①人体工程学椅子设计
问题识别: 长时间的坐姿工作可能导致姿势不良，引发背痛、颈痛等健康问题。
设计解决方案: 设计一把符合人体工程学的椅子，其可以提供良好的支撑，尤其是对脊椎的支撑。椅子应该具有可调节的座位高度、靠背倾斜度和头枕位置，以适应不同用户的体型和需要。
预期效果: 该椅子能够减少长时间坐着工作所引起的身体疲劳和慢性伤害，如腰痛和颈椎病，从而保护使用者的健康。
②低蓝光屏幕
问题识别: 长时间使用电脑或手机屏幕会导致眼睛疲劳，甚至可能引起视力损害。
设计解决方案: 开发一种低蓝光屏幕技术，减少屏幕释放的有害蓝光量。屏幕设置应包括夜间模式，自动调节色温，降低对眼睛的压力。
预期效果: 这种屏幕能够减轻眼睛疲劳，减少因长时间看屏幕而引起的睡眠障碍，保护用户的视力健康。
舒适 　人体处于自然状态。
例：
①可穿戴加热外套
问题识别: 在寒冷的环境中工作或活动时，人体会感到不适，甚至可能导致身体健康问题。
设计解决方案: 设计一款可穿戴的智能加热外套，内置温度传感器和加热元件，用户可以根据个人需求调节温度。
预期效果: 该外套提供个性化的保暖解决方案，使用户在寒冷环境中也能保持身体的自然状态，提高舒适度和工作效率。
②静音键盘
问题识别: 嘈杂的打字声音会对用户造成干扰，影响集中力和工作效率。
设计解决方案: 开发一款静音键盘，采用柔软的材质和降噪设计，减少按键击打的声音。
预期效果: 使用这款键盘能够在不牺牲打字手感的情况下，显著降低噪音水平，为用户提供一个更安静、更舒适的工作环境。
3.实现合理人机关系的方式
普通人群和特殊人群（例：盲道、老年人手机）
静态的人与动态的人（例：静态尺寸是指人的构造尺寸，动态尺寸是指人的功能尺寸，包括人的动作范围、体形变化等测量数据，如：宾馆家具摆放的设计）
人的生理需求与心理需求（例：服装的款式颜色面料的设计）
信息的交互（例：可视屏通话、电梯的楼层提示音）
知识点二：方案的构思过程
1.设计分析，构思方案
设计分析
设计要求及因素——功能、结构、安全、成本，综合考虑物 、人、环境，产品各部分的作用和关系，多功能，选择材料，零部件应选标准件。
构思方案
梳理设计需求 →呈现设计方案
梳理设计需求：面对收集到的各种信息，要根据设计需求，找出设计需要解决的主要问题，并分析其可能解决的办法。
呈现设计方案：
不同的产品设计一般有不同的呈现方式，在不同的设计阶段，考虑技术交流的目的差异，设计方案呈现的手段、方式、视角会有很大区别；
个人设计观念的差异，同样会导致不同的设计呈现方式
设计方案时，我们可以运用设计草图进行构思。草图不仅能将一些想法较明确地表达出来，而且可以随意修改。在运用草图法进行构思的过程当中，可以捕捉灵感、自由发挥、不受约束。
2.比较、权衡设计方案
方案的比较：在构思形成各个方案之后，往往要对这些方案进行评判和比较，同时要从设计的目的和原则出发，针对一些相互制约的问题进行分析，选出较为满意的方案或集中各方案或集中各方案的优点进行改进。
方案的权衡：通过比较，明确各个方案会设计指标的符合程度。但是，要制定最初方案，还必须根据设计要求雪设计原则对各个方案进行权衡。
方案A：照明效果好，造型美观，稳定性较高；支持多种使用方式；耐久性一般；安全性较高，环保性较好；制作难，价格适中。
方案B：照明效果好，材料创新；稳定性缺乏考虑，耐久性欠佳；安全性高，环保性较好；造型一般；价格便宜。
方案C：模块组合方式，可支持多种场景使用；形式简单，摆放稳定；照明效果一般；安全性较好；制作简单，价格适中。
方案D：采用普通白炽灯泡，照明效果较差；造型一般，结构有一定创新；摆放稳定，耐久性较好；安全性不高，价格便宜。
方案的细化：经过方案的权衡和比较，一个比较合理的设计草案终于形成了，但很多细节仍然需要确定，如产品及零部件的尺寸、结构关系、材料及标准件选配、使用过程中的人机交互方式、使用维护等。
方案的呈现：呈现设计方案要说明设计思想、设计思路和设计成果。采用的方式通常包括展板、模型、视频及现场报告等；应用的技术手段包括设计方案的全套零部件图纸、三维渲染效果图或短视频、实物模型，以进一步阐释产品的使用场景、使用与维护方式、设计细节等。
知识点三：常见的构思方法
形态分析法：是指从整体的思想出发来看待事物，把事物看成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，最后再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。这种构思方法提供了一种逻辑结构，它可以代替随机的想法，其内容广泛而全面，有助于考虑到尽可能多的选择方案，并通过对这些选择方案进行综合分析而提出未曾考虑过的新的设计方案。一种产生多方案、行之有效的构思方法。
图4—18中的形态分析模型仅仅关注了灯罩造型、支撑方式、开关控制方式等三方面因素，且没有穷尽每种因素的选择可能，就已经得到了二百多种设计方案。
联想法：联想法就是由甲事物想到乙事物的思维过程。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。
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展创造性设想的一种构思方法。它的主要类型有检核表法、5W2H法、和田12动词法等。
设问法借助各种思维技巧，抓住事物具有普遍意义的方面进行提问。如奥斯本的检核表法，借助于联想、类化、组合、分割、颠倒顺序等思维技巧，抓住声音、颜色、气味、形状、材料等事物的基本属性大做文章。
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、结构仿生设计和肌理与质感仿生设计。仿生法已经被应用于各个领域，取得众多成果：蜂巢与蜂窝结构、昆虫复眼与显微镜、蛋壳与薄壳构造、萤火虫与人工冷光···
【题型精讲】
例1 1
地铁站与地面的连接通道，是由上下的自动扶梯、普通楼梯以及无障碍电梯等组成。该设计主要考虑了（ ）
A．静态的人与动态的人 B．普通人群和特殊人群
C．信息的交互 D．人的生理需求与心理需求
【答案】B
【讲解】A选项：静态的人与动态的人。这个选项没有直接反映出设计考虑的主要对象，因为无论是静态还是动态的人，都是设计的使用者，而没有明确指出设计考虑的具体因素。
B选项：普通人群和特殊人群。这个选项更符合题目描述，因为地铁站的设计确实需要考虑到不同人群的需求，包括普通人群和特殊人群（如残疾人士等）。自动扶梯、普通楼梯以及无障碍电梯的设置，正是为了满足不同人群的使用需求，使他们都能方便地进出地铁站。
C选项：信息的交互。虽然信息交互在地铁站的设计中也有一定的作用，但它并不是连接通道设计主要考虑的因素。
D选项：人的生理需求与心理需求。这个选项过于宽泛，没有具体指向题目描述中的设计内容。
例12
在电水壶设计中，为了实现合理的人机关系，从信息交互角度考虑的设计是（ ）
A．弧形手柄 B．可收纳绕线盘 C．水垢过滤网 D．加热指示灯
【答案】D
【讲解】A.弧形手柄：从信息交互角度考虑，弧形手柄的设计可以提供更好的握感和控制力，方便用户操作。
B.可收纳绕线盘：从信息交互角度考虑，可收纳绕线盘的设计可以让用户更方便地管理和存放电线，避免缠绕和混乱。
C.水垢过滤网：从信息交互角度考虑，水垢过滤网的设计可以防止水垢进入电水壶内部，保护加热元件和电路系统，提高使用寿命。
D.加热指示灯：从信息交互角度考虑，加热指示灯的设计可以让用户直观地了解电水壶的加热状态，避免因不了解加热情况而造成安全隐患或浪费能源。
例13
根据蝙蝠超声定位原理，人们发明了盲人用的“探路仪”。这种探路仪内装一 个超声波发射器，盲人带着它可以发现电杆、台阶、桥上的人等，这采用的方案构思法是（ ）
A．联想法 B．草图法 C．模仿法 D．奇特构思法
【答案】C
【讲解】根据蝙蝠超声定位原理，人们发明了盲人用的“探路仪”。这种探路仪内装一 个超声波发射器，盲人带着它可以发现电杆、台阶、桥上的人等。这采用的方案构思法是模仿法。
模仿法是一种通过对已有系统或生物结构进行模仿来创新的方法。在这个问题中，人们通过观察蝙蝠使用超声波进行定位和导航的方式，将这一原理应用到盲人的“探路仪”设计中。这个设计过程就是模仿了蝙蝠的超声定位原理，因此答案是C.模仿法。
【强化训练】
1.国内大部分中小学校服的设计款式采用了运动装或休闲装，而没有采用西装，以满足课间操及体育课的需求。主要是为了（ ）
A．健康目标 B．舒适目标
C．符合人体的动态尺寸 D．符合人体的静态尺寸
2.如图所示是一款充电式电动小锤，锤利用振动敲入钉子，下列关于小锤的设计分析和评价中不正确的是（ ）
A．锤头角度调节方便，主要考虑了物的因素
B．利用振动敲钉子，符合设计的实用原则
C．没有电线，适用于更多场合，主要考虑了环境的因素
D．手柄的大小合适，主要考虑了人的因素
3.如图所示是一款新型锅盖，以下关于该锅盖分析错误的是（ ）
A．L型把手应选 用导热性能好的材料生产
B．L型把手设计可变成支架让锅盖立起来，节省空间
C．L型把手设计让握持更方便，烹饪时手被烫概率更低
D．积水槽可防止锅盖上的冷凝水流到案板上，卫生、实用
4.判断题：在设计活动中，为了保证设计的顺利实现，需要制定设计计划。（ 　）
5.判断题：方案的比较和权衡是一个综合考虑过程，它们相互关联、互相制约。抓住设计的核心与关键是权衡设计方案的必要条件。（ ）
6.简答题：王强同学准备设计制作一个既可光控又可遥控的台灯。为了完成这个项目设计，他需要掌握哪些知识？请问他可选用的标准件有哪些？
7.简答题：现有四种可用的材料，分别是塑料薄板、三合板、椰子壳和竹筒，要求设计一个能够放在写字台上的自制笔筒。请你根据所提供的材料完成以下任务：
（1）使用不同材料分别构思两个设计方案（注明所用材料）。
（2）选择其中一个方案，分别从材料选用、稳定性和加工难易程度的角度，对其进行简要评价。
8.创新应用题：
随着人类社会的不断发展，生活垃圾的处理问题越来越引起世界各国的高度重视。为了更好地回收垃圾废物，同时又能保护环境卫生，各国都采取一系列的回收措施，垃圾箱的使用便是其中的一种。假设让你设计一种在城市街道使用的环保垃圾回收箱，你会怎样设计？请说说你所设计的环保垃圾箱的构造特点和相应的功能作用。
参考答案
1．C
【详解】
本题考查设计中的人机关系。国内大部分中小学校服的设计款式采用了运动装或休闲装，而没有采用西装，以满足课间操及体育课的需求。主要是为了符合人体的动态尺寸。
2．A
【详解】
本题考查设计的一般原则。锤头角度调节方便，主要考虑了人的因素，A错误；利用振动敲钉子，符合设计的实用原则，B正确；没有电线，适用于更多场合，主要考虑了环境的因素，C正确；手柄的大小合适，主要考虑了人的因素，D正确。
3．B
【详解】
A．L型把手应选用导热性能好的材料生产。这个选项是正确的，因为把手是与锅盖直接接触的，如果把手材料导热性好，那么在烹饪过程中，把手的温度也会相对较高，可能会烫手。因此，选择导热性好的材料可以有效降低把手的温度，提高使用安全性。
B．L型把手设计可变成支架让锅盖立起来，节省空间。这个选项是错误的，因为从图中可以看出，锅盖的底部并没有设计成可以立起来的支架结构，所以无法实现节省空间的效果。
C．L型把手设计让握持更方便，烹饪时手被烫概率更低。这个选项是正确的，因为L型把手的设计可以让使用者更容易地握住锅盖，从而减少手部与高温锅盖的接触时间，降低被烫伤的概率。
D．积水槽可防止锅盖上的冷凝水流到案板上，卫生、实用。这个选项是正确的，因为积水槽的设计可以有效地收集和引导锅盖上的冷凝水，避免水滴落到案板上造成污染或损坏。同时，这种设计也更加卫生和实用。
4．正确
【详解】
在设计活动中，为了确保设计的可行性、有效性和可持续性，确实需要制定详细的设计计划。设计计划通常包括目标设定、资源分配、时间安排、风险评估等要素，它有助于指导整个设计过程，并确保各个阶段的工作能够协调一致地推进。
5．正确
【详解】
方案的比较和权衡确实是一个复杂的综合考虑过程，其中不同的设计方案会相互影响，每个方案都有其优势和劣势。设计师需要对不同方案进行深入分析，识别出它们的关键因素，并根据项目的具体需求和限制条件来做出权衡决策。这一过程中，抓住设计的核心与关键点对于找到最合适的解决方案至关重要。
6．他需要掌握电学、光学、无线电、自动控制、美学、材料学等。他可选用的标准件有灯泡、灯座、插头、开关、灯头、金属软管支撑杆等。
【详解】
王强同学设计一个既可光控又可遥控的台灯，涉及到多个学科领域的知识。以下是他需要掌握的知识领域和解析：
电学：了解电路的基本工作原理、电流、电压、电阻等概念，以及如何安全地连接和布置电路。
光学：掌握光的基本特性，包括光的传播、反射、折射等，以便设计出合理的照明效果。
无线电：理解无线信号传输的原理，包括射频(RF)通信、红外(IR)控制等，这对于遥控功能至关重要。
自动控制：学习传感器的工作原理，例如光敏电阻或光敏三极管用于光控开关，以及微控制器编程，用于处理信号并控制台灯的开/关。
美学：设计时需考虑产品的外观和用户体验，确保台灯既实用又具有吸引力。
材料学：了解不同材料的特性，选择适合的材料来制作台灯的各个部件，如耐热、绝缘和结构强度等。
至于标准件的选择，以下是可用的标准件及其解析：
灯泡：选择适合的LED或节能灯泡，考虑到能效和发光效率。
灯座：根据所选灯泡类型，选择合适的灯座以适配灯泡。
插头：选择符合当地标准的电源插头，确保安全供电。
开关：可以选择普通机械开关或者更高级的光控和遥控开关模块。
灯头：连接灯泡和电路的重要部分，需要根据设计选择合适的灯头。
金属软管支撑杆：如果设计中包含可调节方向的光源，可能需要使用金属软管支撑杆来实现灵活调整。
7.（1）方案一：使用塑料薄板制作一个圆柱形笔筒。将塑料薄板弯曲成圆柱形状，边缘可以用胶水或胶带固定。这种设计简单且制作快速。
方案二：利用三合板制作一个立方体形的笔筒。将三合板切割成合适大小的板块，然后通过钉子或胶水拼接成立方体形状。
方案三：采用椰子壳作为自然风格的笔筒。选择一个大小合适的椰子壳，打磨光滑并可以在外部进行装饰或涂鸦。
方案四：用竹筒制作一个具有自然风格的笔筒。将竹筒截取适当长度，打磨光滑后可直接使用，或可在外部进行刻字或装饰。
（2）选择方案一（塑料薄板圆柱形笔筒）进行评价：
材料选用：塑料薄板是一种轻便且成本较低的材料，易于获取，适合作为笔筒的材料。
稳定性：圆柱形设计可以为笔筒提供良好的稳定性，但需要确保底部平坦且重量适中，以增加摩擦力防止滑动。
加工难易程度：这种设计相对简单，只需将塑料薄板弯曲并粘合即可，加工难度较低，适合自制。
【详解】本题要求根据给定的四种材料设计一个笔筒，并从材料选用、稳定性和加工难易程度三个方面对所选方案进行评价。在设计时，考虑了材料的特性和易得性，以及最终产品的实用性和美观性。评价所选方案时，考虑了材料的成本和加工过程的简便性，以及产品在使用过程中的稳定性。这样的设计思维和评价方式有助于在实际生活中创造出既实用又经济的自制笔筒。
8．设计的环保垃圾回收箱构造特点和功能作用：
构造特点：
分类功能：垃圾箱分为多个部分，每个部分针对不同的垃圾分类，如可回收物、有机垃圾、有害垃圾等。
标识清晰：每个分类部分都有清晰的标识和说明，方便使用者正确投放垃圾。
易清洁：垃圾箱设计为便于清洁的结构，例如平滑的内壁、可拆卸的内胆等。
防臭密封：每个分类部分都具有良好的密封性能，减少异味扩散。
智能感应：垃圾箱配备传感器，当有人靠近时自动打开，避免手部直接接触。
功能作用：
促进垃圾分类：通过分类功能鼓励人们进行垃圾分类，提高垃圾回收的效率。
提高公共卫生：清晰的标识和易清洁的设计有助于保持环境卫生。
减少环境污染：良好的密封性能可以防止异味和污染扩散，改善城市环境质量。
增强用户体验：智能感应功能提供了更便捷的使用体验，鼓励更多人正确使用垃圾箱。
【详解】本题要求设计一种环保垃圾回收箱，其构造特点需要结合现代科技，同时考虑城市街道的具体使用场景。设计的垃圾箱应满足现代城市对环保、智能、高效与卫生的需求。通过模块化设计、智能分类系统、太阳能供电等元素，体现了创新和可持续发展的设计理念。这种垃圾箱不仅提高了垃圾分类的效率，还减少了能源消耗，并通过智能技术提升了城市管理的便捷性。设计中的每一个功能都有其实际的应用价值，从提高容量到延长使用寿命，都旨在优化城市街道的垃圾处理问题，保护环境卫生，符合现代社会对公共设施的期待。