《技术与设计2学生活动手册》活动六～十二教师参考
文档属性
| 名称 | 《技术与设计2学生活动手册》活动六～十二教师参考 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 623.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版 | ||
| 科目 | 通用技术 | ||
| 更新时间 | 2008-06-03 14:55:00 | ||
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《技术与设计2学生活动手册》教师参考 版权属浙江省教育厅教研室
活动六 学生公寓的分析
丽水中学 刘宏老师提供
一、本活动说明
根据《通用技术学科教学指导意见》，系统与设计单元第二节系统的分析安排3课时，本节教学可让学生通过活动来亲历系统分析的一般步骤，学习和遵循系统分析的主要原则。
本活动时间约需20分钟，可以用在学生学习教材案例之后，按照《活动手册》中的“活动提示”一步步进行活动。也可让学生边学习理论知识边活动。其中“活动提示2”的示意图可提前让学生做准备。
二、教学建议
1.本活动紧密结合学生实际，学生会有相当的活动兴趣。
2.活动提示1的填写需注意着眼点在“基本功能”上。
参考答案：
（1）睡觉；
（2）看书、自习；
（3）洗漱、卫生、洗衣等。
3. 活动提示2。可以事先提前一周布置，根据手册上的要求，按比例作图。不同的学校，情况也不一样，要求学生必须以实际情况为准，这样才有切身感受。
4．活动提示3。设计方案中的数据主要是指房间、床、桌子的长和宽，它是家具布局的制约因素，也是系统分析时的限制条件。
答案提示：
家具布局子系统主要看布局是否合理，如何能更有效方便地使用现有的家具。摆放的位置是否宜人，感觉是否舒服等。
供电子系统主要看开关、灯的配置是否合适，是否有利于起居，是否方便、安全。
供水子系统主要看是否符合我们的基本用水需求，以及是否方便、舒适等。
整体分析可综合以上内容进行。
根据实际情况提出改进建议，教师可视其可行性反馈给学校。
5．问题讨论
提示：
系统分析的综合性原则，就是要综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。学生公寓的安全，尤其是用电安全，是任何隐患也要不得的。
三、补充资料
家具要符合人体尺度。
在选择家具时，除了要注意家具的造型、质量和色彩外，必须考虑家具应适应人们的活动范围并符合人体健康美学的基本要求。也就是说，要根据人的活动规律、人体各部位尺寸和在使用家具时的姿势来确定家具的结构、尺寸和摆放位置。
按照我国正常人体生理测算，写字台高度应为750－780mm，考虑到腿在桌子下面的活动区域；要求桌下净高不小子580mm。座椅应与写字台配套，高低适中，柔软舒适，有条件的，最好能购买转椅，座椅一般高度宜为380－450mm，以方便人的活动需求。14岁以下小孩使用的书桌，台面至少应为600mmX500mm，高度应为580－710mm。座椅也要配合。成年男子书写与阅读用桌面的高度最好在 68～ 70厘米，成年女子使用的桌面高度应为 66～68厘米，综合各种因素，写字桌的桌面高度采用 70厘米左右为宜。不符合人体尺度的家具，会增加人的疲劳感。
一般，单人书桌可用 600mmXll00mm的台面，台高710－750mm。台面至柜屉底不可超过125mm，否则，起身时会撞脚。靠墙书桌，离台面450mm处可设一 100mm灯槽，上面用书柜或书架，这样，书写时，看不见光管，但台面却有充足光照。
活动七 发条动力玩具的分析
丽水中学 刘宏老师提供
一、本活动说明
根据《通用技术学科教学指导意见》，系统与设计单元第二节系统的分析安排3课时，本节教学可让学生通过活动来体验系统分析的一般步骤，学习和遵循系统分析的主要原则。
本活动时间约需45分钟，可以用在学生学习教材案例之后，按照《活动手册》中的“活动提示”一步步进行活动。注意课前通知学生按活动器材准备的要求备好材料。
二、教学建议
1.本活动能勾起学生对童年生活的回忆，学生会有相当的活动兴趣。
2.活动提示1主要是观察玩具身上的发条旋钮。
3. 活动提示2。
参考答案：
发条动力玩具应具备的基本功能是：
通过外力上紧发条，外力撤走后，被旋紧的发条通过机械机构驱动玩具上的轮子，玩具因此向前移动一段距离，随着发条的放松而停止。
目标是：能走得更久，走得更远。
4．活动提示3。
答案提示：
对测试的数据作如实记录。
拆开玩具要细心，能拆到什么程度，就什么程度。
一般可分为三个子系统：发条齿轮子系统（由旋钮、发条、一组齿轮等组成）、外壳支架子系统（由外壳、其他支架等组成）、轮胎子系统（由几个轮子和轴等组成）。
由发条齿轮子系统提供动力，驱动轮胎子系统，再由轮胎子系统背负着发条齿轮子系统和外壳支架子系统一起运动，外壳支架子系统包裹着发条齿轮子系统。
根据实际情况差别是肯定存在的，这种差别跟发条的长度、齿轮的数量大小、轮子的大小以及外壳支架的重量都有一定的关系。
认真试验，验证自己的观点。
5．问题讨论
提示：
系统分析的整体性原则，就是要首先着眼于系统整体，要先分析整体，再分析部分。就发条动力玩具的系统分析来看，整体要协调，即发条齿轮子系统要配上合适的外壳支架子系统和轮胎子系统才能发挥最佳效果（走得走得更久，走得更远）。
三、补充资料
发条和齿轮组不太容易拆开：就算拆开了，稍不留神，零件极易丢失；要想成功装回去也不会轻松。要是不拆开的话，确实看不清发条和齿轮是如何配合工作的。我这里画了一个示意图，供大家参考。
活动八 集雨灌溉系统的设计
浙江师范大学附属中学 何威年老师提供
一、本活动说明
系统设计就是在前面所学的系统分析基础上，根据系统的整体要求和各子系统之间的相互关系，对系统进行整体设计、评价和优化的过程。我们这一章节的教学过程中，安排同学们设计一个可以利用雨水对校园植被进行灌溉的装置。本次活动既让学生熟悉了系统设计的一般过程和方法，又提高了学生利用所学的技术知识解决生活中实际问题的能力，还培养了学生节省水资源的环保意识。
本次活动，建议教师先讲解系统设计的概念、应考虑的主要问题和一般步骤；然后引导学生自己根据教材所给出的两个系统设计的案例开展本次活动；最后对各小组的设计作品进行评价和分析，以加深学生对本节知识在实际中应用的理解。本次活动的时间建议安排3节课。
二、教学建议
1.校园集雨灌溉系统的设计要求比较简单：储存雨水、过量排除、灌溉植被。但是由于各个学校所处的环境和建筑物的各不相同，所以学生设计时应该也会有各自学校的特点。一般来说我们要求学生设计时不可以对校园的原貌进行较多的改变，所以我们建议教师根据自己班级的特点在两种难度中选择一个来进行设计。
高难度——从整个学校来考虑，把所有落入校园的雨水统一收集并储存起来，进行处理后对全部或者部分植被进行灌溉。这种难度下，雨水的统一储存和运输是个比较困难的问题。
低难度——仅仅是收集校园的某一块区域或者一幢建筑物所落下的雨水，进行储存并灌溉附近的植被。。
2.下面给出的设计分析的答案以低难度下收集某一建筑物屋顶的雨水为例。
参考答案：
（A）可以分为5个子系统——收集存储、定时排水、输送、灌溉、过量排除。其中定时排水子系统的设计是核心和难点。
（B）收集存储子系统的功能是收集并存储雨水；目标是尽可能多的得到雨水资源；工作环境一般在某个建筑物的顶部；限制条件是收集越多的雨水需要的存储装置就越大，雨水的质量也就越大，这可能对建筑物顶部结构造成破坏;还有就是脏水的处理和水池的清洗也是重要的限制条件。
定时排水子系统是把收集起来的雨水按照一定的时间的间隔进行有效的排放，这样做可以更好的利用雨水资源对植被进行灌溉，防止浇水量太多或者太少，提高灌溉的效果。为了方便安装和日后的维护，该装置建议安装在储水装置的附近，也放在建筑物的屋顶，但是为了防止日晒雨淋对系统的破坏，可以进行一定的防护。定时排水装置的最大限制条件就是设计和制作的难度较大，定时的精确性难以保证。
输送子系统是为了把定时排出的雨水（一般在建筑物顶部）通过一定的方式送到灌溉装置。为了方便日后的清洗和维修，建议安装在室外。在室外的输送装置最大的限制条件就是由于人群的活动而造成损坏的情况。
灌溉子系统是把定时排出的雨水，按照预先设计好的方式对选定区域内的植被进行灌溉的装置。为了使用方便，一般建议安装在植被附近。该装置的限制条件是制作的难度。
过量排除子系统是当雨水量过大时，可以通过相应的途径排除多余的雨水，防止储水区过重或者溢出。该装置一般也安装在储水区内。该子系统的限制条件为多余的雨水被排出储水区后如何顺利排空，并且不与储存的雨水混合。
（C）由于系统具有的整体性和相关性的特性，所以我们在设计这5个子系统时，要考虑到各个子系统之间是有机的组合，不是简单的叠加。整个系统是一个完整的综合体，具备一种特定的功能。因此不可以设计5个孤立的装置，而是要考虑各装置之间的互相作用和互相影响。例如：如果收集存储、定时排水、过量排除这3个子系统在同一位置，如何分布？定时排水和过量排水的通道如何做到互不影响？输送的管道如何连接定时排水和灌溉这两个装置？定时排出雨水的多少是否会影响灌溉装置的工作？储存雨水的多少又是否会影响定时排水装置的正常工作？……
3.讨论时，教师应该引导学生开拓思路，发挥想象，方法越多越好，便于选择出最合适的设计方案。
参考答案：
（A）定时排水子系统可以用闹钟控制，也可以用延时、定时电路来控制，还可以使用会自动反转的沙漏或者竹水具（计时用）等装置来控制；
收集存储子系统的设计可以是屋顶的大水池，也可以是地面或者地下的水箱；
输送子系统可以用原来的雨水管道，也可以使用斜面水槽或者软管；
灌溉子系统可以使用常见的喷嘴或者水龙头，也可以使用根据连通器原理的管道；
过量排除子系统可以在储水池的指定位置钻一孔，也可以使用储水池自然溢出的方法。
（B）学生设计的系统，比较常见的问题一般有3个：1、各个子系统都是独立设计，满足基本功能，但是很难组成一个整体来进行工作；2、系统中所采用的某些装置光知道功能，不知道工作原理；3、设计方案过于理想化和高科技化，缺乏实际使用的可能性。针对这些问题，教师应该鼓励学生多设计方案，以便于更好的选择；另外也可以给一些比较可行的方案提一些意见和建议。
（C）设计草图和设计说明可以相对简化，例如下图的利用闹钟的自动灌溉系统：
4.如果我们设计的装置可以根据室外温度或者太阳强度等情况手动或者自动设置浇水的时间间隔，那么该如何设计？
参考答案：
可以用温度或者湿度传感器来配合使用；也可以设置某种控制开关或者筏门来控制排水管的大小，让我们可以手动调节灌溉的水量来达到相同的效果。
提示：
可以参考资料1中提到的利用土壤的湿度来决定排水的时间间隔的这种设计。
5.如果需要利用雨水自动清洗学校建筑物的外墙立面和屋顶，该如何设计系统？
参考答案：
（1）建筑物屋顶的水箱安装阀们，并与喷嘴连接。喷嘴正对着墙的外立面，每层楼安装一个。每次只要打开水阀们就可以进行清洗工作了。
（2）把雨水由建筑物原有的排水管道运输到地面的储水池，然后用高压水龙对外墙立面进行清洗。
（3）储水区排出的雨水通过安装在建筑物屋顶和外墙立面的顶部的渗水膜或者非常多且细的小管子慢慢释放。这些细小的水流会对屋顶和外墙立面进行持续、大面积的清洗。
三、补充资料
资料1——自动灌溉系统的设计过程
徐洪家里有一个大阳台，养了很多花草，爸爸妈妈工作忙，平时给这些花草浇水自然成了徐洪的任务。尽管他很用心，可是前天还是有一盆花死掉了。难道是因为没有及时浇水的缘故？徐洪决定请教生物老师，搞明白植物到底需要怎样照料。
生物老师听了徐洪的描述，基本上判断是因为浇水出了问题。水是生物的命根子，浇多浇少可马虎不得。通常说，土壤的含水率在17％－48％之间比较好，用农民伯伯的经验来说，就是把土捏起来能成团，摔下去又能散开。
原来给花草浇水也得这么细致，要是有个自动的机器来完成这个工作就好了。徐洪灵光一现，干脆自己设计一个能自动浇水的机器。
想到容易实现难，从哪里开始呢？根据老师说的，浇水的关键就是使土壤保持合适的含水率，徐洪决定就从研究土壤的含水率开始。他先用捏团的办法试了试，发现这个方法太笼统，尤其是平时对土壤接触比较少的人，没法掌握好这个干湿的尺度。
那么，用什么方法来测量比较好呢？他想到了一个好办法。
“天平，微波炉”，这些就是徐洪测量土壤含水率的设备，挺像回事的吧。其实思路很简单，先称出一定量的土壤，用微波炉加热去除水分，减轻的重量就是这土壤所含的水分。如何保证土中的水分已经去除干净呢？这也难不倒徐洪，只要多次加热和称量，当重量不再随着加热而减少时，就表示土壤中的水分已经去除干净了。
做了依次试验后，结果表明这份土壤样本的含水率是百分之十二。要是种着植物，植物肯定会喊渴，的确需要浇水。但是如何才能自动完成浇花的工作呢？
定时也许是个解决方案。像微波炉的定时器一样，如果用一个定时器控制水流，隔一定的时间就浇一定量的水，这样不就能保持土壤的湿度了么。
还有没有更好的办法呢？有了，既然测量含水率是通过重量，我们也可以通过称重的原理来控制是否给植物浇水。把花盆放在一个类似电子秤的装置上，由于水的不断蒸发，花盆轻到一定的程度，就自动浇水了。
看，测了一次含水率，想到两种自动浇花的控制方法，收获真是不小。可是定时器的想法由于不能视阴天与晴天需要水量的变化而被否决了，而通过称重来决定是否浇水看来也不可行，因为每一盆花的大小轻重都不相同，而且植物也在不断地生长，所以通过重量进行判断并不现实。看来只有另想办法。
偶然间，徐洪在爸爸的一本书上看到有关电阻的内容，忽然想到，潮湿的土壤能导电啊，那么土壤的电阻是否和含水率有关系呢？
徐洪找来万用表，尝试着测量花盆里泥土的电阻。果然有所差异，土壤的电阻值与干湿程度有很大的关系，土壤越干电阻越大。另外，俩个电极之间的距离增大，电阻也会变大。找到了土壤湿度与电阻之间的关系，就能够通过测量电阻来控制是否要浇水，既不受天气变化的干扰，又不受花盆大小的影响，那样就太完美了。
有了思路就好办了。第一部就是建立土壤含水率与电阻之间的对应关系。徐洪准备了七份完全烘干，含水率为零的土壤，再用量筒量出由少到多六份清水，按顺序加进七份干土中。这样就得到了含水量由低到高的7组样品。通过测量7组样品的电阻，就能得到电阻与含水率的关系。不过先别忙测电阻，要等水分把土壤充分湿润才行，而且还有一个工序没有完成呢，就是电极的处理，因为如果电极之间的距离变化，电阻也会发生变化，看这样一来，正负极之间的距离就固定了，是个聪明的办法吧。
根据含水率与电阻之间的关系，徐洪确定了在他的测量条件下，400欧姆左右的电阻对应的含水率适合一般植物的生长。接下来的工作就是设计电路了来实现控制了。
爸爸为徐洪提供了一个现成的控制电路，只要稍作改动就可以用了，听起来简单，可对于刚上初中的徐洪来说就没那么容易了。幸亏有个搞电器工作的老爸的帮助，电路终于完成了。亲手把自己的想法变成实物，再看着机器一步步装备完整，这可真让人兴奋。
工作很顺利地完成了，水正从管子里一点点地向土壤中渗透呢。这玩意儿能灵吗？他决定再实验一下。一整杯水倒了下去，感应到土壤潮湿以后，机器开关“啪”地一声合上了。成功了！
资料2——我国的雨水利用
北京某些地方已经开始利用雨水补充日益减少的地下水。如图所示，降落至建筑物顶部、道路等下垫面上的雨水，若在设计标准内，则通过雨落管、道路雨水口等或直接排入绿地或透水性铺装地面补给地下水，或进入雨水收集管线，经过初期径流池除去受污染较重的初期径流，再进入沉淀池进行沉淀。沉淀后的雨水，在人工湖需补水时通过水泵提水补充人工湖用水，人工湖水满后，多余雨水进入过滤池，再通过回灌井补给地下水。若超过设计标准，则多余雨水径流溢流至市政管网直接排放。（此图由北京水利科学研究所提供）
资料3——国外如何利用雨水
美国——强制“就地滞洪蓄水”：
美国的雨水利用常以提高天然入渗能力为目的。如美国加州富雷斯诺市的地下回灌系统。10年间（1971~1980)的地下水回灌总量为1.338亿立方米，其年回灌量占该市年用水量的20%。在芝加哥市兴建了地下隧道蓄水系统，以解决城市防洪和雨水利用问题。其他很多城市还建立了屋顶蓄水和由入渗池、井、草地、透水地面组成的地表回灌系统。美国不但重视工程措施，而且还制定了相应的法律法规对雨水利用给予支持。如科罗拉多州、佛罗里达州和宾夕法尼亚州分别制定了《雨水利用条例》。这些条例规定新开发区的暴雨洪水洪峰流量不能超过开发前的水平。所有新开发区(不包括独户住家)必须实行强制的“就地滞洪蓄水”。
伦敦——世纪圆顶用雨水冲厕所：
以伦敦世纪圆顶的雨水收集利用系统为例，泰晤士河水公司为了研究不同规模的水循环方案，设计了英国2000年的展示建筑——世纪圆顶示范工程。在该建筑物内每天回收500立方米水用以冲洗该建筑物内的厕所，其中100立方米为从屋顶收集的雨水。这使其成为欧洲最大的建筑物内的水循环设施。从面积相当于12个足球场大小的10万平方米的圆顶盖上收集来的雨水，经过24个专门设置的汇水斗进入地表水排放管中。初降雨水含有从圆顶上冲刷下的污染物，通过地表水排放管道直接排入泰晤士河。由于储存容积有限，多余的雨水排入泰晤士河。收集的雨水在芦苇床中进行处理，芦苇床还能增加城市的景观多样性。
德国——放跑雨水要收费：
利用公共雨水管收集雨水，采用简单的处理后，达到杂用水水质标准，便可用于街区公寓的厕所冲洗和庭院浇洒。如位于柏林的一家公寓始建于上世纪50年代，经过改建扩建，居民人数迅速增加，屋顶面积仅有少量增加。通过采用新的卫生原则，并有效地同雨水收集相结合，实现了雨水的最大收集。从屋顶、周围街道、停车场和通道收集的雨水通过独立的雨水管道进入地下贮水池。经简单的处理后，用于冲洗厕所和浇洒庭院。利用雨水每年可节省2430立方米饮用水。另外德国还制定了一系列有关雨水利用的法律法规。如目前德国在新建小区之前，无论是工业、商业还是居民小区，均要设计雨水利用设施，若无雨水利用措施，政府将征收雨水排放设施费和雨水排放费。
丹麦——居民用水22％靠天降：
丹麦过去供水主要靠地下水,一些地区的含水层已经被过度开采。为此在丹麦开始寻找可替代的水源。在城市地区从屋顶收集雨水，收集后的雨水经过收集管底部的预过滤设备，进入贮水池进行储存。使用时利用泵经进水口的浮筒式过滤器过滤后，用于冲洗厕所和洗衣服。在7个月的降雨期，从屋顶收集起来的雨水量，就足以满足冲洗厕所的用水。而洗衣服的需水量仅4个月就可以满足。每年能从居民屋顶收集645万立方米的雨水，如果用于冲洗厕所和洗衣服，将占居民冲洗厕所和洗衣服实际用水量的68%。相当于居民总用水量的22%，占市政总饮用水产量的7%。
日本——运动场也是蓄水池：
日本于1963年开始兴建滞洪和储蓄雨水的蓄洪池，还将蓄洪池的雨水用作喷洒路面、灌溉绿地等城市杂用水。这些设施大多建在地下，以充分利用地下空间。而建在地上的也尽可能满足多种用途，如在调洪池内修建运动场，雨季用来蓄洪，平时用作运动场。近年来，各种雨水入渗设施在日本得到迅速发展，包括渗井、渗沟、渗池等，这些设施占地面积小，可因地制宜地修建在楼前屋后。日本于1992年颁布了“第二代城市下水总体规划”，正式将雨水渗沟、渗塘及透水地面作为城市总体规划的组成部分，要求新建和改建的大型公共建筑群必须设置雨水就地下渗设施。
综上所述，国外发达国家城市雨水利用的主要经验是：制定了一系列有关雨水利用的法律法规；建立了完善的屋顶蓄水和由入渗池、井、草地、透水地面组成的地表回灌系统；收集的雨水主要用于冲厕所、洗车、浇庭院、洗衣服和回灌地下水。
活动九 脚踏式垃圾筒的控制
丽水中学 刘宏老师提供
一、本活动说明
根据《通用技术学科教学指导意见》，控制与设计单元第一节控制的手段与应用安排1课时，本节教学可让学生通过活动来体验控制的手段，理解控制在生活中的应用。
本活动时间约需45分钟，可以用在学生学习教材案例之后，安排在课外，作为课外作业，按照《活动手册》中的“活动提示”一步步进行活动。
二、教学建议
1.本活动就是日常生活中的例子，学生会有相当的活动兴趣。
2.活动提示1可观察家中或亲友家的脚踏式垃圾筒来画，甚至于到超市去看这种商品，动手打开看看，一般不会碰坏的。
3. 活动提示2。
参考答案：
控制的对象是垃圾筒，控制的目的是打开垃圾筒的盖，控制的手段是用脚去踩垃圾筒下方的踏板。
4．活动提示3至动提示6，这里只是脚踏式垃圾筒控制装置的一种，学生见到的很有可能是跟这不一样的，可以按实际情况做。
5．活动提示7，可以对学生知道的这类控制装置做个改进。
6. 问题讨论
提示：
这种装置就其本质而言，是属于“一碰即开”的装置，只是在中间加进了一些联杆部件，主要是对力的作用方向进行改变，从而达到控制目的。从这个角度进行分析的话，窗帘的开启，某些门锁的开启，甚至就是自行车的刹车装置都是属于这类控制的。
自动感应式控制，总体思路就是加个红外感应器，来接收有东西靠近的信息，然后通过电子装置来驱动机械装置。
三、补充资料
红外线自动翻盖垃圾桶
随着人们生活水平的日益提高，对生活质量的要求越来越高，环境保护的意识逐渐提高，垃圾的处理也相应的有所提高，如垃圾的分类处理。鉴于此，有人设想能否将垃圾桶也实现自动化——自动翻盖垃圾桶就在这一设想下诞生了。
原理概述：当无人站在垃圾桶前时,红外线模块没有接收到反射信号,此时信号灯不点亮,桶盖不动作，此时为常态。
当有人从桶前走过(此信号属于干扰信号)时，红外线模块接收的信号由于电容C1的延时，继电器并不触发接通，所以电路对干扰信号有抗干扰的作用，和常态一样。当人站在垃圾桶前准备倒入垃圾时，站在桶前超过延时时间（2s），延时电路为C1通过Rp、红外线模块充电，当达到三极管VT1的导通电压时，继电器K吸合，K的主触点与2导通，此时有电机M通过限位开关SW主触点和触点3形成回路，电机转动，通过电机工作带动电机轴上的凸轮，利用杠杆的机械原理，使桶盖慢慢打开。
当张开到一个合适角度时，压迫限位开关SW对桶盖进行缓冲，SW的主触点被压到触点4上，此时电机停止转动，桶盖打开并等待投入垃圾；当人站在桶前还未离开时，桶盖并不关闭，是因为红外线模块继续接收到信号，垃圾桶保持开盖的状态；当人离开时，垃圾桶由于电容C1放电会延时（2s）关盖。关盖时，由于限位开关SW主触点与触点4接通，K释放，电机M通过K的主触点和触点1，SW的主触点和4点导通，电机转动使桶盖关闭。在关盖过程中，限位开关SW主触点和触点4断开，电机停转，桶盖自然关闭。
电路原理图
活动十 光控电子鸟的制作
安吉孝丰高级中学 顾翔立老师提供
一、本活动说明
本活动配合第四单元控制与设计中第二节控制系统的工作过程与方式。通过实践活动使学生熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程。建议活动时间为一课时。
二、教学建议
本次活动所用材料容易获得，但由于学生缺少对三极管以及震荡电路工作原理的理解，在教学过程中不需要对该电路的原理进行详细的讲解。
针对大多数学生对电子焊接活动缺少实践经验，因此，在动手组装前，首先应有足够的有关电子技术的基础知识的提示，主要内容有：认识色环、识别电容极性、三极管管脚排列顺序等，注意提示学生正确按照印刷版图插对管脚。其次应示范正确的电烙铁使用规范，注意提醒安全事项，防止烫伤、烫坏工作台等意外发生。
本电路焊点不多，完全可以作为初次尝试电子制作实践活动的载体。在前几年的浙江省高中劳动技术课的教学中，经过部分学校的实践中已得到验证，只要没有装错元件位置，绝大多数会取得成功。难点在于如何提高学生的电子焊接水平，短时间内希望提高到一定的水平是不现实的，教师应勤提示和纠正学生的错误操作，培养正确的使用习惯。
三、参考答案
5．1光控电子鸟的输入量是：光照的强弱。输出量是：鸟叫声（声音）。属于自动控制，属于开环控制。
5．2在安装和调试过程中，遇到的问题是焊接的质量没有能达到较高的要求，需进一步加强实践训练提高。
5．3电路制作成功后，可以加上自己的创意设计。除了光控方式以外，在老师的指导下可以改为声控、磁控等其它的控制方式。
活动十一 家用燃气减压阀与工作原理探究
长兴三中费根法 安吉孝丰高中顾翔立提供
本活动说明
本活动是配合《技术与设计2》控制与设计单元第二、三节，“控制系统的工作过程与方式”、“闭环控制的干扰与反馈”所开发，本二、三节教学的目标是让学生通过案例分析，了解闭环控制系统的基本组成，掌握简单闭环控制系统的工作过程并画出方框图，分析影响控制系统运行的主要干扰因素。《家用燃气减压阀与工作原理探究》通过拆卸和重新装配家用燃气减压阀的探究活动，能找出影响简单闭环控制系统运行的主要干扰因素，增强对闭环控制系统中反馈环节作用的感性认识。以培养善于观察、提出问题和解决问题的能力，动手实践能力。
本活动时间约需30分钟，可以用在学生学习“闭环控制的干扰与反馈”之后按照《活动手册》中的“活动”提示一步步进行活动。
二、教学建议
1．在拆卸和重新装配的过程中可结合第二单元《流程与设计》中“生产和生活中的流程”的内容，注意拆卸和装配的顺序，以加深对流程概念的理解。
2．问题讨论。
参考答案：
（1）减压阀在工作过程中主要的干扰因素有：
燃气灶具的出气量，当燃气灶具的旋钮调到高挡时，出气量就多；当燃气灶具的旋钮调到低挡时，出气量就少，这是主要干扰因素。
减压阀的呼吸孔，当减压阀的呼吸孔阻塞或不畅通时会对减压阀工作产生干扰因素。
人为的拧动调节螺塞，改变弹簧的压力会对减压阀工作产生干扰因素。
液化气瓶内的压力，当瓶内的气体不足时压力减小，会对减压阀工作产生干扰因素。
（2）减压阀的控制方式属于闭环控制。
因为，闭环控制系统就是指在系统的输入端与输出端之间存在反馈回路，输出量对对控制过程产生影响的控制系统，其核心是通过反馈来减少被控量的偏差。而减压阀存在这个反馈回路，通过反馈始终保持减压室的压力恒定（其工作原理见活动手册）。
（3）被控对象是减压室；执行器是阀垫；控制器是杠杆系统；检测器是弹簧；被控量是减压室的气压。
（4）每次开启钢瓶开关时，听到“丝”的一声，漏的不是液化气，是上气室的空气从呼吸孔排出的声音。当液化气进入减压室内，内部压力升高，导致橡皮薄膜向上移动，压缩了上气室的空间，多余的气体从呼吸孔迅速提出，便发出“丝”的一声。
（5）根据减压阀的工作原理，要保证供给灶具的气流大一点，也就是要求阀垫打开大一点，就应该将杠杆右端向下多压一点。根据这一原理，调节螺塞应该向下拧，以增加弹簧的压力，迫使杠杆右端下压，使得阀垫向上移动，以增加进气量。
三、补充资料
电压力锅的结构与工作原理
电压力锅的基本原理：发热盘通电后，加热内锅，当锅内有一定压力时，内锅向下发生位移，锅底的压力薄膜片变形，压力开关触点跳开，发热盘停止工作，锅内压力下降，,内锅上移，压力开关触点闭合，发热盘得电工作，如此循环往复，也是典型的闭环控制系统。当锅内没放水或锅内烧干时，发热盘底下的突跳式温控器触点断开，防止发热盘空烧。
（参见图片）
下图是电压力锅简易原理图：A 为密闭锅体，锅盖面积为400cm2。R1为工作时的加热电阻，L为指示灯，其电阻为20Ω，R2为保温电阻。S1为电源开关， S2为压力开关，闭合S1后，电路通过R1对电压力锅加热，当锅内气体压强达到设定值时，水开始沸腾，锅底向下移动，压力开关与触点a断开，并与b点接通，起到控压控温的目的，此时保温电路的总功率为20W。当锅内压力下降，内锅上移，压力开关与触点a接通，电路通过R1对电压力锅继续加热，如此循环往复，以保证锅内的压力达到到设定值。
活动十二 自动灭火装置的设计与制作
练市中学顾月平 安吉孝丰高中顾翔立提供
本活动说明
本活动是配合《技术与设计2》控制与设计单元第四节“控制系统的设计与实施”所开发的，通过自动灭火装置的设计与制作，经历控制系统的设计与实施，进一步理解控制系统的设计，有助于学生运用简单的控制方法解决现实生活中遇到相关问题，有利于发展学生良好的逻辑思维品质。
本活动时间约需45分钟，时间不够可以在课余完成。通过设计制作，使学生能画出简单的控制系统图，分析、理解其中的控制器、执行器的作用。
二、教学建议
建议学生课前查阅相关书籍、资料，了解生活周边相关案例，如宾馆卧房的报警灭火装置家用普通电饭堡温控装置。鼓励学生提出多种方案，并作交流讨论。在制作过程中尽量不使用220V交流电，在蜡烛点燃时，注意做好安全防火工作。
参考答案：
3．设计分析
A．整套控制装置要达到的目的是什么？所控制的对象是什么？
目的：是蜡烛点燃产生高温使双金属片弯曲变形，电路接通，电机通电运转产生风能将蜡烛熄灭。
控制的对象：是蜡烛
B．被控量是什么？有哪些重要特征？
被控量：火
特征：具有热，光重要特征
C．外界的主要干扰因素有哪些？
因素：电机转速、风速与方向受室内空气流动性影响。
4．设计方案
A．可以感知蜡烛已经点燃的方法有哪些？可以感知蜡烛熄灭的方法有哪些？
感知方法：主要有温度、光亮、二氧化碳含量、蜡烛本身质量变化等。
灭火方法：主要有喷水、风吹、像酒精灯帽一样缺氧等方式。
B．在设计的初步方案中，控制器、执行器分别是什么？（以双金属片控制为例）
控制器：根据温度变化产生联动控制执行器的动作
执行器：小电机
C．画出自动灭火控制系统方框图。
蜡烛点燃-------双金属片受热弯曲----电路导通-----电机运转------风吹灭蜡烛
D．画出自动灭火控制系统的结构草图。
略
5．制作过程
A．在制作过程中，要注意安全。
B．制作过程中，使用了哪些材料和工具？
材料：双金属片、小电机、电源、导线等。
工具：电烙铁、尖嘴钳、钢锯、直尺等。
6．试验过程
A．进行自动灭火试验。
B．记录试验结果。若达不到设计要求，请分析主要原因。
三、补充资料
普通机械型电饭煲的结构及工作原理
普通机械式电饭煲工作时，拨动杠杆按钮，磁钢吸合，拉住与之相连的杠杆，杠杆拨动微动开关，微动开关在杠杆的按压下接通回路，开始加热。当饭熟时，锅底温度升高，磁钢铝壳帽与锅底接触，磁钢温度达到150℃时失去磁性，在弹簧力作用下，杠杆下移，微动开关恢复常态断电。
刚接通电源时，即使不按下杠杆按键，由于双金属片温控器常温下触点闭合通电，电热盘以全功率加热，当温度升高，内锅温度达到70℃左右时，双金属片温控器触点断开，进入保温状态，这就是电饭煲插电后即使不按键也能得到温水的原因。但不按杠杆按键则煮不熟饭。普通电饭煲的电路原理便是这样。
活动六 学生公寓的分析
丽水中学 刘宏老师提供
一、本活动说明
根据《通用技术学科教学指导意见》，系统与设计单元第二节系统的分析安排3课时，本节教学可让学生通过活动来亲历系统分析的一般步骤，学习和遵循系统分析的主要原则。
本活动时间约需20分钟，可以用在学生学习教材案例之后，按照《活动手册》中的“活动提示”一步步进行活动。也可让学生边学习理论知识边活动。其中“活动提示2”的示意图可提前让学生做准备。
二、教学建议
1.本活动紧密结合学生实际，学生会有相当的活动兴趣。
2.活动提示1的填写需注意着眼点在“基本功能”上。
参考答案：
（1）睡觉；
（2）看书、自习；
（3）洗漱、卫生、洗衣等。
3. 活动提示2。可以事先提前一周布置，根据手册上的要求，按比例作图。不同的学校，情况也不一样，要求学生必须以实际情况为准，这样才有切身感受。
4．活动提示3。设计方案中的数据主要是指房间、床、桌子的长和宽，它是家具布局的制约因素，也是系统分析时的限制条件。
答案提示：
家具布局子系统主要看布局是否合理，如何能更有效方便地使用现有的家具。摆放的位置是否宜人，感觉是否舒服等。
供电子系统主要看开关、灯的配置是否合适，是否有利于起居，是否方便、安全。
供水子系统主要看是否符合我们的基本用水需求，以及是否方便、舒适等。
整体分析可综合以上内容进行。
根据实际情况提出改进建议，教师可视其可行性反馈给学校。
5．问题讨论
提示：
系统分析的综合性原则，就是要综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。学生公寓的安全，尤其是用电安全，是任何隐患也要不得的。
三、补充资料
家具要符合人体尺度。
在选择家具时，除了要注意家具的造型、质量和色彩外，必须考虑家具应适应人们的活动范围并符合人体健康美学的基本要求。也就是说，要根据人的活动规律、人体各部位尺寸和在使用家具时的姿势来确定家具的结构、尺寸和摆放位置。
按照我国正常人体生理测算，写字台高度应为750－780mm，考虑到腿在桌子下面的活动区域；要求桌下净高不小子580mm。座椅应与写字台配套，高低适中，柔软舒适，有条件的，最好能购买转椅，座椅一般高度宜为380－450mm，以方便人的活动需求。14岁以下小孩使用的书桌，台面至少应为600mmX500mm，高度应为580－710mm。座椅也要配合。成年男子书写与阅读用桌面的高度最好在 68～ 70厘米，成年女子使用的桌面高度应为 66～68厘米，综合各种因素，写字桌的桌面高度采用 70厘米左右为宜。不符合人体尺度的家具，会增加人的疲劳感。
一般，单人书桌可用 600mmXll00mm的台面，台高710－750mm。台面至柜屉底不可超过125mm，否则，起身时会撞脚。靠墙书桌，离台面450mm处可设一 100mm灯槽，上面用书柜或书架，这样，书写时，看不见光管，但台面却有充足光照。
活动七 发条动力玩具的分析
丽水中学 刘宏老师提供
一、本活动说明
根据《通用技术学科教学指导意见》，系统与设计单元第二节系统的分析安排3课时，本节教学可让学生通过活动来体验系统分析的一般步骤，学习和遵循系统分析的主要原则。
本活动时间约需45分钟，可以用在学生学习教材案例之后，按照《活动手册》中的“活动提示”一步步进行活动。注意课前通知学生按活动器材准备的要求备好材料。
二、教学建议
1.本活动能勾起学生对童年生活的回忆，学生会有相当的活动兴趣。
2.活动提示1主要是观察玩具身上的发条旋钮。
3. 活动提示2。
参考答案：
发条动力玩具应具备的基本功能是：
通过外力上紧发条，外力撤走后，被旋紧的发条通过机械机构驱动玩具上的轮子，玩具因此向前移动一段距离，随着发条的放松而停止。
目标是：能走得更久，走得更远。
4．活动提示3。
答案提示：
对测试的数据作如实记录。
拆开玩具要细心，能拆到什么程度，就什么程度。
一般可分为三个子系统：发条齿轮子系统（由旋钮、发条、一组齿轮等组成）、外壳支架子系统（由外壳、其他支架等组成）、轮胎子系统（由几个轮子和轴等组成）。
由发条齿轮子系统提供动力，驱动轮胎子系统，再由轮胎子系统背负着发条齿轮子系统和外壳支架子系统一起运动，外壳支架子系统包裹着发条齿轮子系统。
根据实际情况差别是肯定存在的，这种差别跟发条的长度、齿轮的数量大小、轮子的大小以及外壳支架的重量都有一定的关系。
认真试验，验证自己的观点。
5．问题讨论
提示：
系统分析的整体性原则，就是要首先着眼于系统整体，要先分析整体，再分析部分。就发条动力玩具的系统分析来看，整体要协调，即发条齿轮子系统要配上合适的外壳支架子系统和轮胎子系统才能发挥最佳效果（走得走得更久，走得更远）。
三、补充资料
发条和齿轮组不太容易拆开：就算拆开了，稍不留神，零件极易丢失；要想成功装回去也不会轻松。要是不拆开的话，确实看不清发条和齿轮是如何配合工作的。我这里画了一个示意图，供大家参考。
活动八 集雨灌溉系统的设计
浙江师范大学附属中学 何威年老师提供
一、本活动说明
系统设计就是在前面所学的系统分析基础上，根据系统的整体要求和各子系统之间的相互关系，对系统进行整体设计、评价和优化的过程。我们这一章节的教学过程中，安排同学们设计一个可以利用雨水对校园植被进行灌溉的装置。本次活动既让学生熟悉了系统设计的一般过程和方法，又提高了学生利用所学的技术知识解决生活中实际问题的能力，还培养了学生节省水资源的环保意识。
本次活动，建议教师先讲解系统设计的概念、应考虑的主要问题和一般步骤；然后引导学生自己根据教材所给出的两个系统设计的案例开展本次活动；最后对各小组的设计作品进行评价和分析，以加深学生对本节知识在实际中应用的理解。本次活动的时间建议安排3节课。
二、教学建议
1.校园集雨灌溉系统的设计要求比较简单：储存雨水、过量排除、灌溉植被。但是由于各个学校所处的环境和建筑物的各不相同，所以学生设计时应该也会有各自学校的特点。一般来说我们要求学生设计时不可以对校园的原貌进行较多的改变，所以我们建议教师根据自己班级的特点在两种难度中选择一个来进行设计。
高难度——从整个学校来考虑，把所有落入校园的雨水统一收集并储存起来，进行处理后对全部或者部分植被进行灌溉。这种难度下，雨水的统一储存和运输是个比较困难的问题。
低难度——仅仅是收集校园的某一块区域或者一幢建筑物所落下的雨水，进行储存并灌溉附近的植被。。
2.下面给出的设计分析的答案以低难度下收集某一建筑物屋顶的雨水为例。
参考答案：
（A）可以分为5个子系统——收集存储、定时排水、输送、灌溉、过量排除。其中定时排水子系统的设计是核心和难点。
（B）收集存储子系统的功能是收集并存储雨水；目标是尽可能多的得到雨水资源；工作环境一般在某个建筑物的顶部；限制条件是收集越多的雨水需要的存储装置就越大，雨水的质量也就越大，这可能对建筑物顶部结构造成破坏;还有就是脏水的处理和水池的清洗也是重要的限制条件。
定时排水子系统是把收集起来的雨水按照一定的时间的间隔进行有效的排放，这样做可以更好的利用雨水资源对植被进行灌溉，防止浇水量太多或者太少，提高灌溉的效果。为了方便安装和日后的维护，该装置建议安装在储水装置的附近，也放在建筑物的屋顶，但是为了防止日晒雨淋对系统的破坏，可以进行一定的防护。定时排水装置的最大限制条件就是设计和制作的难度较大，定时的精确性难以保证。
输送子系统是为了把定时排出的雨水（一般在建筑物顶部）通过一定的方式送到灌溉装置。为了方便日后的清洗和维修，建议安装在室外。在室外的输送装置最大的限制条件就是由于人群的活动而造成损坏的情况。
灌溉子系统是把定时排出的雨水，按照预先设计好的方式对选定区域内的植被进行灌溉的装置。为了使用方便，一般建议安装在植被附近。该装置的限制条件是制作的难度。
过量排除子系统是当雨水量过大时，可以通过相应的途径排除多余的雨水，防止储水区过重或者溢出。该装置一般也安装在储水区内。该子系统的限制条件为多余的雨水被排出储水区后如何顺利排空，并且不与储存的雨水混合。
（C）由于系统具有的整体性和相关性的特性，所以我们在设计这5个子系统时，要考虑到各个子系统之间是有机的组合，不是简单的叠加。整个系统是一个完整的综合体，具备一种特定的功能。因此不可以设计5个孤立的装置，而是要考虑各装置之间的互相作用和互相影响。例如：如果收集存储、定时排水、过量排除这3个子系统在同一位置，如何分布？定时排水和过量排水的通道如何做到互不影响？输送的管道如何连接定时排水和灌溉这两个装置？定时排出雨水的多少是否会影响灌溉装置的工作？储存雨水的多少又是否会影响定时排水装置的正常工作？……
3.讨论时，教师应该引导学生开拓思路，发挥想象，方法越多越好，便于选择出最合适的设计方案。
参考答案：
（A）定时排水子系统可以用闹钟控制，也可以用延时、定时电路来控制，还可以使用会自动反转的沙漏或者竹水具（计时用）等装置来控制；
收集存储子系统的设计可以是屋顶的大水池，也可以是地面或者地下的水箱；
输送子系统可以用原来的雨水管道，也可以使用斜面水槽或者软管；
灌溉子系统可以使用常见的喷嘴或者水龙头，也可以使用根据连通器原理的管道；
过量排除子系统可以在储水池的指定位置钻一孔，也可以使用储水池自然溢出的方法。
（B）学生设计的系统，比较常见的问题一般有3个：1、各个子系统都是独立设计，满足基本功能，但是很难组成一个整体来进行工作；2、系统中所采用的某些装置光知道功能，不知道工作原理；3、设计方案过于理想化和高科技化，缺乏实际使用的可能性。针对这些问题，教师应该鼓励学生多设计方案，以便于更好的选择；另外也可以给一些比较可行的方案提一些意见和建议。
（C）设计草图和设计说明可以相对简化，例如下图的利用闹钟的自动灌溉系统：
4.如果我们设计的装置可以根据室外温度或者太阳强度等情况手动或者自动设置浇水的时间间隔，那么该如何设计？
参考答案：
可以用温度或者湿度传感器来配合使用；也可以设置某种控制开关或者筏门来控制排水管的大小，让我们可以手动调节灌溉的水量来达到相同的效果。
提示：
可以参考资料1中提到的利用土壤的湿度来决定排水的时间间隔的这种设计。
5.如果需要利用雨水自动清洗学校建筑物的外墙立面和屋顶，该如何设计系统？
参考答案：
（1）建筑物屋顶的水箱安装阀们，并与喷嘴连接。喷嘴正对着墙的外立面，每层楼安装一个。每次只要打开水阀们就可以进行清洗工作了。
（2）把雨水由建筑物原有的排水管道运输到地面的储水池，然后用高压水龙对外墙立面进行清洗。
（3）储水区排出的雨水通过安装在建筑物屋顶和外墙立面的顶部的渗水膜或者非常多且细的小管子慢慢释放。这些细小的水流会对屋顶和外墙立面进行持续、大面积的清洗。
三、补充资料
资料1——自动灌溉系统的设计过程
徐洪家里有一个大阳台，养了很多花草，爸爸妈妈工作忙，平时给这些花草浇水自然成了徐洪的任务。尽管他很用心，可是前天还是有一盆花死掉了。难道是因为没有及时浇水的缘故？徐洪决定请教生物老师，搞明白植物到底需要怎样照料。
生物老师听了徐洪的描述，基本上判断是因为浇水出了问题。水是生物的命根子，浇多浇少可马虎不得。通常说，土壤的含水率在17％－48％之间比较好，用农民伯伯的经验来说，就是把土捏起来能成团，摔下去又能散开。
原来给花草浇水也得这么细致，要是有个自动的机器来完成这个工作就好了。徐洪灵光一现，干脆自己设计一个能自动浇水的机器。
想到容易实现难，从哪里开始呢？根据老师说的，浇水的关键就是使土壤保持合适的含水率，徐洪决定就从研究土壤的含水率开始。他先用捏团的办法试了试，发现这个方法太笼统，尤其是平时对土壤接触比较少的人，没法掌握好这个干湿的尺度。
那么，用什么方法来测量比较好呢？他想到了一个好办法。
“天平，微波炉”，这些就是徐洪测量土壤含水率的设备，挺像回事的吧。其实思路很简单，先称出一定量的土壤，用微波炉加热去除水分，减轻的重量就是这土壤所含的水分。如何保证土中的水分已经去除干净呢？这也难不倒徐洪，只要多次加热和称量，当重量不再随着加热而减少时，就表示土壤中的水分已经去除干净了。
做了依次试验后，结果表明这份土壤样本的含水率是百分之十二。要是种着植物，植物肯定会喊渴，的确需要浇水。但是如何才能自动完成浇花的工作呢？
定时也许是个解决方案。像微波炉的定时器一样，如果用一个定时器控制水流，隔一定的时间就浇一定量的水，这样不就能保持土壤的湿度了么。
还有没有更好的办法呢？有了，既然测量含水率是通过重量，我们也可以通过称重的原理来控制是否给植物浇水。把花盆放在一个类似电子秤的装置上，由于水的不断蒸发，花盆轻到一定的程度，就自动浇水了。
看，测了一次含水率，想到两种自动浇花的控制方法，收获真是不小。可是定时器的想法由于不能视阴天与晴天需要水量的变化而被否决了，而通过称重来决定是否浇水看来也不可行，因为每一盆花的大小轻重都不相同，而且植物也在不断地生长，所以通过重量进行判断并不现实。看来只有另想办法。
偶然间，徐洪在爸爸的一本书上看到有关电阻的内容，忽然想到，潮湿的土壤能导电啊，那么土壤的电阻是否和含水率有关系呢？
徐洪找来万用表，尝试着测量花盆里泥土的电阻。果然有所差异，土壤的电阻值与干湿程度有很大的关系，土壤越干电阻越大。另外，俩个电极之间的距离增大，电阻也会变大。找到了土壤湿度与电阻之间的关系，就能够通过测量电阻来控制是否要浇水，既不受天气变化的干扰，又不受花盆大小的影响，那样就太完美了。
有了思路就好办了。第一部就是建立土壤含水率与电阻之间的对应关系。徐洪准备了七份完全烘干，含水率为零的土壤，再用量筒量出由少到多六份清水，按顺序加进七份干土中。这样就得到了含水量由低到高的7组样品。通过测量7组样品的电阻，就能得到电阻与含水率的关系。不过先别忙测电阻，要等水分把土壤充分湿润才行，而且还有一个工序没有完成呢，就是电极的处理，因为如果电极之间的距离变化，电阻也会发生变化，看这样一来，正负极之间的距离就固定了，是个聪明的办法吧。
根据含水率与电阻之间的关系，徐洪确定了在他的测量条件下，400欧姆左右的电阻对应的含水率适合一般植物的生长。接下来的工作就是设计电路了来实现控制了。
爸爸为徐洪提供了一个现成的控制电路，只要稍作改动就可以用了，听起来简单，可对于刚上初中的徐洪来说就没那么容易了。幸亏有个搞电器工作的老爸的帮助，电路终于完成了。亲手把自己的想法变成实物，再看着机器一步步装备完整，这可真让人兴奋。
工作很顺利地完成了，水正从管子里一点点地向土壤中渗透呢。这玩意儿能灵吗？他决定再实验一下。一整杯水倒了下去，感应到土壤潮湿以后，机器开关“啪”地一声合上了。成功了！
资料2——我国的雨水利用
北京某些地方已经开始利用雨水补充日益减少的地下水。如图所示，降落至建筑物顶部、道路等下垫面上的雨水，若在设计标准内，则通过雨落管、道路雨水口等或直接排入绿地或透水性铺装地面补给地下水，或进入雨水收集管线，经过初期径流池除去受污染较重的初期径流，再进入沉淀池进行沉淀。沉淀后的雨水，在人工湖需补水时通过水泵提水补充人工湖用水，人工湖水满后，多余雨水进入过滤池，再通过回灌井补给地下水。若超过设计标准，则多余雨水径流溢流至市政管网直接排放。（此图由北京水利科学研究所提供）
资料3——国外如何利用雨水
美国——强制“就地滞洪蓄水”：
美国的雨水利用常以提高天然入渗能力为目的。如美国加州富雷斯诺市的地下回灌系统。10年间（1971~1980)的地下水回灌总量为1.338亿立方米，其年回灌量占该市年用水量的20%。在芝加哥市兴建了地下隧道蓄水系统，以解决城市防洪和雨水利用问题。其他很多城市还建立了屋顶蓄水和由入渗池、井、草地、透水地面组成的地表回灌系统。美国不但重视工程措施，而且还制定了相应的法律法规对雨水利用给予支持。如科罗拉多州、佛罗里达州和宾夕法尼亚州分别制定了《雨水利用条例》。这些条例规定新开发区的暴雨洪水洪峰流量不能超过开发前的水平。所有新开发区(不包括独户住家)必须实行强制的“就地滞洪蓄水”。
伦敦——世纪圆顶用雨水冲厕所：
以伦敦世纪圆顶的雨水收集利用系统为例，泰晤士河水公司为了研究不同规模的水循环方案，设计了英国2000年的展示建筑——世纪圆顶示范工程。在该建筑物内每天回收500立方米水用以冲洗该建筑物内的厕所，其中100立方米为从屋顶收集的雨水。这使其成为欧洲最大的建筑物内的水循环设施。从面积相当于12个足球场大小的10万平方米的圆顶盖上收集来的雨水，经过24个专门设置的汇水斗进入地表水排放管中。初降雨水含有从圆顶上冲刷下的污染物，通过地表水排放管道直接排入泰晤士河。由于储存容积有限，多余的雨水排入泰晤士河。收集的雨水在芦苇床中进行处理，芦苇床还能增加城市的景观多样性。
德国——放跑雨水要收费：
利用公共雨水管收集雨水，采用简单的处理后，达到杂用水水质标准，便可用于街区公寓的厕所冲洗和庭院浇洒。如位于柏林的一家公寓始建于上世纪50年代，经过改建扩建，居民人数迅速增加，屋顶面积仅有少量增加。通过采用新的卫生原则，并有效地同雨水收集相结合，实现了雨水的最大收集。从屋顶、周围街道、停车场和通道收集的雨水通过独立的雨水管道进入地下贮水池。经简单的处理后，用于冲洗厕所和浇洒庭院。利用雨水每年可节省2430立方米饮用水。另外德国还制定了一系列有关雨水利用的法律法规。如目前德国在新建小区之前，无论是工业、商业还是居民小区，均要设计雨水利用设施，若无雨水利用措施，政府将征收雨水排放设施费和雨水排放费。
丹麦——居民用水22％靠天降：
丹麦过去供水主要靠地下水,一些地区的含水层已经被过度开采。为此在丹麦开始寻找可替代的水源。在城市地区从屋顶收集雨水，收集后的雨水经过收集管底部的预过滤设备，进入贮水池进行储存。使用时利用泵经进水口的浮筒式过滤器过滤后，用于冲洗厕所和洗衣服。在7个月的降雨期，从屋顶收集起来的雨水量，就足以满足冲洗厕所的用水。而洗衣服的需水量仅4个月就可以满足。每年能从居民屋顶收集645万立方米的雨水，如果用于冲洗厕所和洗衣服，将占居民冲洗厕所和洗衣服实际用水量的68%。相当于居民总用水量的22%，占市政总饮用水产量的7%。
日本——运动场也是蓄水池：
日本于1963年开始兴建滞洪和储蓄雨水的蓄洪池，还将蓄洪池的雨水用作喷洒路面、灌溉绿地等城市杂用水。这些设施大多建在地下，以充分利用地下空间。而建在地上的也尽可能满足多种用途，如在调洪池内修建运动场，雨季用来蓄洪，平时用作运动场。近年来，各种雨水入渗设施在日本得到迅速发展，包括渗井、渗沟、渗池等，这些设施占地面积小，可因地制宜地修建在楼前屋后。日本于1992年颁布了“第二代城市下水总体规划”，正式将雨水渗沟、渗塘及透水地面作为城市总体规划的组成部分，要求新建和改建的大型公共建筑群必须设置雨水就地下渗设施。
综上所述，国外发达国家城市雨水利用的主要经验是：制定了一系列有关雨水利用的法律法规；建立了完善的屋顶蓄水和由入渗池、井、草地、透水地面组成的地表回灌系统；收集的雨水主要用于冲厕所、洗车、浇庭院、洗衣服和回灌地下水。
活动九 脚踏式垃圾筒的控制
丽水中学 刘宏老师提供
一、本活动说明
根据《通用技术学科教学指导意见》，控制与设计单元第一节控制的手段与应用安排1课时，本节教学可让学生通过活动来体验控制的手段，理解控制在生活中的应用。
本活动时间约需45分钟，可以用在学生学习教材案例之后，安排在课外，作为课外作业，按照《活动手册》中的“活动提示”一步步进行活动。
二、教学建议
1.本活动就是日常生活中的例子，学生会有相当的活动兴趣。
2.活动提示1可观察家中或亲友家的脚踏式垃圾筒来画，甚至于到超市去看这种商品，动手打开看看，一般不会碰坏的。
3. 活动提示2。
参考答案：
控制的对象是垃圾筒，控制的目的是打开垃圾筒的盖，控制的手段是用脚去踩垃圾筒下方的踏板。
4．活动提示3至动提示6，这里只是脚踏式垃圾筒控制装置的一种，学生见到的很有可能是跟这不一样的，可以按实际情况做。
5．活动提示7，可以对学生知道的这类控制装置做个改进。
6. 问题讨论
提示：
这种装置就其本质而言，是属于“一碰即开”的装置，只是在中间加进了一些联杆部件，主要是对力的作用方向进行改变，从而达到控制目的。从这个角度进行分析的话，窗帘的开启，某些门锁的开启，甚至就是自行车的刹车装置都是属于这类控制的。
自动感应式控制，总体思路就是加个红外感应器，来接收有东西靠近的信息，然后通过电子装置来驱动机械装置。
三、补充资料
红外线自动翻盖垃圾桶
随着人们生活水平的日益提高，对生活质量的要求越来越高，环境保护的意识逐渐提高，垃圾的处理也相应的有所提高，如垃圾的分类处理。鉴于此，有人设想能否将垃圾桶也实现自动化——自动翻盖垃圾桶就在这一设想下诞生了。
原理概述：当无人站在垃圾桶前时,红外线模块没有接收到反射信号,此时信号灯不点亮,桶盖不动作，此时为常态。
当有人从桶前走过(此信号属于干扰信号)时，红外线模块接收的信号由于电容C1的延时，继电器并不触发接通，所以电路对干扰信号有抗干扰的作用，和常态一样。当人站在垃圾桶前准备倒入垃圾时，站在桶前超过延时时间（2s），延时电路为C1通过Rp、红外线模块充电，当达到三极管VT1的导通电压时，继电器K吸合，K的主触点与2导通，此时有电机M通过限位开关SW主触点和触点3形成回路，电机转动，通过电机工作带动电机轴上的凸轮，利用杠杆的机械原理，使桶盖慢慢打开。
当张开到一个合适角度时，压迫限位开关SW对桶盖进行缓冲，SW的主触点被压到触点4上，此时电机停止转动，桶盖打开并等待投入垃圾；当人站在桶前还未离开时，桶盖并不关闭，是因为红外线模块继续接收到信号，垃圾桶保持开盖的状态；当人离开时，垃圾桶由于电容C1放电会延时（2s）关盖。关盖时，由于限位开关SW主触点与触点4接通，K释放，电机M通过K的主触点和触点1，SW的主触点和4点导通，电机转动使桶盖关闭。在关盖过程中，限位开关SW主触点和触点4断开，电机停转，桶盖自然关闭。
电路原理图
活动十 光控电子鸟的制作
安吉孝丰高级中学 顾翔立老师提供
一、本活动说明
本活动配合第四单元控制与设计中第二节控制系统的工作过程与方式。通过实践活动使学生熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程。建议活动时间为一课时。
二、教学建议
本次活动所用材料容易获得，但由于学生缺少对三极管以及震荡电路工作原理的理解，在教学过程中不需要对该电路的原理进行详细的讲解。
针对大多数学生对电子焊接活动缺少实践经验，因此，在动手组装前，首先应有足够的有关电子技术的基础知识的提示，主要内容有：认识色环、识别电容极性、三极管管脚排列顺序等，注意提示学生正确按照印刷版图插对管脚。其次应示范正确的电烙铁使用规范，注意提醒安全事项，防止烫伤、烫坏工作台等意外发生。
本电路焊点不多，完全可以作为初次尝试电子制作实践活动的载体。在前几年的浙江省高中劳动技术课的教学中，经过部分学校的实践中已得到验证，只要没有装错元件位置，绝大多数会取得成功。难点在于如何提高学生的电子焊接水平，短时间内希望提高到一定的水平是不现实的，教师应勤提示和纠正学生的错误操作，培养正确的使用习惯。
三、参考答案
5．1光控电子鸟的输入量是：光照的强弱。输出量是：鸟叫声（声音）。属于自动控制，属于开环控制。
5．2在安装和调试过程中，遇到的问题是焊接的质量没有能达到较高的要求，需进一步加强实践训练提高。
5．3电路制作成功后，可以加上自己的创意设计。除了光控方式以外，在老师的指导下可以改为声控、磁控等其它的控制方式。
活动十一 家用燃气减压阀与工作原理探究
长兴三中费根法 安吉孝丰高中顾翔立提供
本活动说明
本活动是配合《技术与设计2》控制与设计单元第二、三节，“控制系统的工作过程与方式”、“闭环控制的干扰与反馈”所开发，本二、三节教学的目标是让学生通过案例分析，了解闭环控制系统的基本组成，掌握简单闭环控制系统的工作过程并画出方框图，分析影响控制系统运行的主要干扰因素。《家用燃气减压阀与工作原理探究》通过拆卸和重新装配家用燃气减压阀的探究活动，能找出影响简单闭环控制系统运行的主要干扰因素，增强对闭环控制系统中反馈环节作用的感性认识。以培养善于观察、提出问题和解决问题的能力，动手实践能力。
本活动时间约需30分钟，可以用在学生学习“闭环控制的干扰与反馈”之后按照《活动手册》中的“活动”提示一步步进行活动。
二、教学建议
1．在拆卸和重新装配的过程中可结合第二单元《流程与设计》中“生产和生活中的流程”的内容，注意拆卸和装配的顺序，以加深对流程概念的理解。
2．问题讨论。
参考答案：
（1）减压阀在工作过程中主要的干扰因素有：
燃气灶具的出气量，当燃气灶具的旋钮调到高挡时，出气量就多；当燃气灶具的旋钮调到低挡时，出气量就少，这是主要干扰因素。
减压阀的呼吸孔，当减压阀的呼吸孔阻塞或不畅通时会对减压阀工作产生干扰因素。
人为的拧动调节螺塞，改变弹簧的压力会对减压阀工作产生干扰因素。
液化气瓶内的压力，当瓶内的气体不足时压力减小，会对减压阀工作产生干扰因素。
（2）减压阀的控制方式属于闭环控制。
因为，闭环控制系统就是指在系统的输入端与输出端之间存在反馈回路，输出量对对控制过程产生影响的控制系统，其核心是通过反馈来减少被控量的偏差。而减压阀存在这个反馈回路，通过反馈始终保持减压室的压力恒定（其工作原理见活动手册）。
（3）被控对象是减压室；执行器是阀垫；控制器是杠杆系统；检测器是弹簧；被控量是减压室的气压。
（4）每次开启钢瓶开关时，听到“丝”的一声，漏的不是液化气，是上气室的空气从呼吸孔排出的声音。当液化气进入减压室内，内部压力升高，导致橡皮薄膜向上移动，压缩了上气室的空间，多余的气体从呼吸孔迅速提出，便发出“丝”的一声。
（5）根据减压阀的工作原理，要保证供给灶具的气流大一点，也就是要求阀垫打开大一点，就应该将杠杆右端向下多压一点。根据这一原理，调节螺塞应该向下拧，以增加弹簧的压力，迫使杠杆右端下压，使得阀垫向上移动，以增加进气量。
三、补充资料
电压力锅的结构与工作原理
电压力锅的基本原理：发热盘通电后，加热内锅，当锅内有一定压力时，内锅向下发生位移，锅底的压力薄膜片变形，压力开关触点跳开，发热盘停止工作，锅内压力下降，,内锅上移，压力开关触点闭合，发热盘得电工作，如此循环往复，也是典型的闭环控制系统。当锅内没放水或锅内烧干时，发热盘底下的突跳式温控器触点断开，防止发热盘空烧。
（参见图片）
下图是电压力锅简易原理图：A 为密闭锅体，锅盖面积为400cm2。R1为工作时的加热电阻，L为指示灯，其电阻为20Ω，R2为保温电阻。S1为电源开关， S2为压力开关，闭合S1后，电路通过R1对电压力锅加热，当锅内气体压强达到设定值时，水开始沸腾，锅底向下移动，压力开关与触点a断开，并与b点接通，起到控压控温的目的，此时保温电路的总功率为20W。当锅内压力下降，内锅上移，压力开关与触点a接通，电路通过R1对电压力锅继续加热，如此循环往复，以保证锅内的压力达到到设定值。
活动十二 自动灭火装置的设计与制作
练市中学顾月平 安吉孝丰高中顾翔立提供
本活动说明
本活动是配合《技术与设计2》控制与设计单元第四节“控制系统的设计与实施”所开发的，通过自动灭火装置的设计与制作，经历控制系统的设计与实施，进一步理解控制系统的设计，有助于学生运用简单的控制方法解决现实生活中遇到相关问题，有利于发展学生良好的逻辑思维品质。
本活动时间约需45分钟，时间不够可以在课余完成。通过设计制作，使学生能画出简单的控制系统图，分析、理解其中的控制器、执行器的作用。
二、教学建议
建议学生课前查阅相关书籍、资料，了解生活周边相关案例，如宾馆卧房的报警灭火装置家用普通电饭堡温控装置。鼓励学生提出多种方案，并作交流讨论。在制作过程中尽量不使用220V交流电，在蜡烛点燃时，注意做好安全防火工作。
参考答案：
3．设计分析
A．整套控制装置要达到的目的是什么？所控制的对象是什么？
目的：是蜡烛点燃产生高温使双金属片弯曲变形，电路接通，电机通电运转产生风能将蜡烛熄灭。
控制的对象：是蜡烛
B．被控量是什么？有哪些重要特征？
被控量：火
特征：具有热，光重要特征
C．外界的主要干扰因素有哪些？
因素：电机转速、风速与方向受室内空气流动性影响。
4．设计方案
A．可以感知蜡烛已经点燃的方法有哪些？可以感知蜡烛熄灭的方法有哪些？
感知方法：主要有温度、光亮、二氧化碳含量、蜡烛本身质量变化等。
灭火方法：主要有喷水、风吹、像酒精灯帽一样缺氧等方式。
B．在设计的初步方案中，控制器、执行器分别是什么？（以双金属片控制为例）
控制器：根据温度变化产生联动控制执行器的动作
执行器：小电机
C．画出自动灭火控制系统方框图。
蜡烛点燃-------双金属片受热弯曲----电路导通-----电机运转------风吹灭蜡烛
D．画出自动灭火控制系统的结构草图。
略
5．制作过程
A．在制作过程中，要注意安全。
B．制作过程中，使用了哪些材料和工具？
材料：双金属片、小电机、电源、导线等。
工具：电烙铁、尖嘴钳、钢锯、直尺等。
6．试验过程
A．进行自动灭火试验。
B．记录试验结果。若达不到设计要求，请分析主要原因。
三、补充资料
普通机械型电饭煲的结构及工作原理
普通机械式电饭煲工作时，拨动杠杆按钮，磁钢吸合，拉住与之相连的杠杆，杠杆拨动微动开关，微动开关在杠杆的按压下接通回路，开始加热。当饭熟时，锅底温度升高，磁钢铝壳帽与锅底接触，磁钢温度达到150℃时失去磁性，在弹簧力作用下，杠杆下移，微动开关恢复常态断电。
刚接通电源时，即使不按下杠杆按键，由于双金属片温控器常温下触点闭合通电，电热盘以全功率加热，当温度升高，内锅温度达到70℃左右时，双金属片温控器触点断开，进入保温状态，这就是电饭煲插电后即使不按键也能得到温水的原因。但不按杠杆按键则煮不熟饭。普通电饭煲的电路原理便是这样。