通用技术设计应用题深入分析探究(王建献)

《通用技术》设计应用题深入分析探究浙江省桐乡市高级中学王建献【内容摘要】通用技术设计题是通用技术测试的必考试题也是压轴题，是学分最容易失分也感觉最难的题型，本文从典型的测试方式出发，结合实际，把生活中用到一些常见结构的设计方法、【关键字】技术设计；结构设计当今世界，创新设计已经成为引领变革的重要因素，我们国家之所以在很多领域落后于人，最大的问题莫过于我们的工业大多以来料加工为主，缺乏自主创新能力，而一个产品的整个产业链分为标准、设计和制造，制造处于整个产业链的最低端，但是却需要耗费最高的人力和物力，产生最大的环境能源问题，这也就是为什么大部分的发达国家只负责标准和设计，把最后一个环节搬到大量发展中国家的主要原因。

所谓一流企业做标准，二流企业做设计，三流企业做产品。

一份名为《抓住苹果全球网络中的价值》的研究报告由三位教授合作完成。

三位教授通过分析iPhone和iPad全球供应链的价值分布发现，苹果公司在整个产业链中占据绝对控制权，供应商能不能赚钱得由苹果说了算，因此苹果总是能分走产品利润中的最大一份，产业链中的其他环节却只能拿到很少比例。

三位教授并不是首次调查苹果产品的全球产业链，2007年他们三人就曾对iPod进行过分析，结果显示当时每台售价299美元的iPod 中，苹果获得80美元，在中国大陆的组装成本估计仅为4美元。

报告中的数据显示，2010年苹果每卖出一台iPhone，就能拿走利润的58.5%，原材料供应商能拿到21.9%，韩国由于LG和三星为苹果提供技术含量较高的显示器和内存芯片，拿到利润的4.7%，欧洲、日本和中国台湾分别只能拿到1.1%、0.5%和0.5%。

劳动力成本在苹果全球产业链中的所占比例还不到6%，中国以外的劳动力能拿到iPhone利润的3.5%，中国的劳动力只能拿到1.8%。

报告认为，对于iPhone这样的产品，电子设备组装环节几乎没有什么价值，因为在每一部售价数百美元的iPhone中，估计支付给中国工人的薪水部分只有10美元或更少。

尽管每部iPhone背后都标注着中国制造(Made in China)，但中国工人分得iPhone总价值只有1.8%;而苹果作为iPhone的创造者，却能拿到利润的58.5%，这揭示了高科技电子设备中制造者和创造者的差距。

上面这些令人惊叹的数字很清楚的显示了设计创新在整个产业链中的价值。

我们在高中开设技术类课程，就是为了提高人们的创新能力和设计意识，转变人们的观念，扭转仅仅是生产大国的尴尬局面。

高中教材《通用技术》课程必修课程《技术与设计1》重点培养学生创新思维能力，通过对设计的一般过程的指导和学习，掌握设计的全部过程，培养学生主动发现技术问题，并积极进行探究设计，最终完成成果创新，无论是会考、三项考试和学业水平考试，技术设计应用能力均是技术考试考查的重点，所谓技术设计就是要求学生具有良好的设计创新能力，熟悉一些常见技术的实现方法，从而提高设计意识，培养技术素养。

技术考试的设计应用题大致可分为三种类型。

一种类型可称为整体设计，例如：【例题】小通很喜欢躺在床上使用笔记本电脑，但是笔记本电脑放在腿上很不方便，尤其是夏天，笔记本电脑发出的热量能把大腿烫伤，而且鼠标也没有地方放，操作起来非常不便。

小通看到医院里有一种可以放在床上，方便病人吃东西的床桌（图1是一张简易的床桌供参考），他也想弄一个，于是图1 床桌他来请求正在学习通用技术的你帮忙，请你帮小通设计一款适合在床上使用笔记本电脑的床桌。

（1）该床桌设计主要应该考虑哪些因素，请对每个因素进行简单设计分析？（6分）（2）请利用草图法表现你的设计方案。

（6分）（3）请列举三件制作该产品必须的加工工具并把下面的加工流程图补充完整。

(6分)此类题型重点考查学生整体创新设计能力，学生绘制草图比较随意，阅卷时主观因素很大，得分高低很大程度上取决于学生的绘图水平，而且考试时时间毕竟有限，不可能进行充分的考查论证，大部分学生都是模仿现有产品绘制草图，甚至直接模仿题目中给定的参考样品，虽然此种题型能考查学生的创新能力，但是由于各种限制，很难有实际意义上的考查效果，随着时间推移，这种考试形式在高考或学业水平考试中已经很少出现。

第二种类型为设计改进型，例如：【例题】孙丽发现家里使用的开放式鞋柜（如图2所示）有如下问题：鞋柜档板间的高度过髙，鞋帮稍 低的鞋子放置时剩余空间较大;鞋柜深度不够，稍大的鞋子放进后会露出少部分后跟。

于 是她想改进鞋柜的内部结构，要求：A. 鞋柜装上门；B. 至少能放置九双鞋子（含儿童鞋）和一双靴子；C. 能放高帮或高跟鞋。

请你帮助孙丽对鞋柜进行改进，解决上述问题达 到要求，并完成下列各题。

(1) 在设计之前需要收集相应的信息，下列信息中：①单只鞋子的相关尺寸:成年人大码低帮鞋（长、宽、高）大约为300mm X 100mm X 100mm;高帮鞋大约为300mmX100mmX 200mm 。

单只靴子大约为280mmX 取料 （▲） （▲） 表面光滑处理 （▲） 图2 鞋柜100mm X 550mm;②鞋子的材料；③木板的厚度: ④柜门的安装方式。

你认为要收集的是_____________________。

(2) 用草图表达你的设计方案士用文字说明。

(3) 请在草图上标注档板的间距。

此种题型一定要注意审题，比如本题题目中明确要求改进鞋柜的“内部结构”，结果很多学生直接重新设计一个新的鞋柜，明显违反了题目要求。

既然是设计改进，必然会有严格的技术要求，因此此类题型一般对尺寸较为敏感，需要学生进行准确的尺寸计算，不能随意绘制，重点考查并不是学生的创新能力，而是基本技术素养。

比如例题中已经明确给出了三种不同鞋子的尺寸大小，要满足能放一双靴子，靴子的高度已经给出，为550mm，考查柜子的原高只有650mm，只能单独开设一格长格子，有些同学提出靴子横着放可不可以，答案是不可以，这种已经超出了设计的范畴，是学生在设计中要避免的问题。

同时因为题目中已经说明原来的三格设计浪费空间，因此根据尺寸计算，可以改进成四格设计。

这里还有一个最主要的考查点就是柜子的深度只有290mm，而鞋子的长度却有300mm，题目中已经明确要求要装柜门，直接放置必然会有部分鞋跟露在外面而导致柜门无法关严，解决这个问题的最佳办法就是隔板设计成倾斜式，倾斜的角度可以利用反三角函数求得，除非题目中明确提出要标明角度，否则一般图3 鞋柜尺寸参考可以不标角度，只要能看出倾斜即可。

此类题型一般要求有精确的尺寸标注，因此除了绘制草图（一般是正等轴测图）外，可以利用三视图进行主要尺寸的标注。

图3是对本题的主要隔板的间距的主视图标注，可供参考。

第三种题型也是较难的题型，可以称为局部设计，重点考查的已经不是设计创新而是技术应用能力，通过此类题型能考查学生的基本技术素养，对生活中常见技术的观察和应用能力。

【例题】张华设想制作如图4（a）所示的家用小圆桌，准备利用废旧的落地电扇底座（见图4（b））作为支撑；台板选用木板制作（见图4(c）)。

图4 小圆桌请设计连接底座与台板的中间零件（材料自选），设计要求为：A.中间零件用直径为5毫米的螺钉与台板连接；B.中间零件与底座连接可靠，拆卸方便。

请根据上述设计要求，完成以下任务：（1）画出中间零件的设计草图，必要时可用文字说明；（2）在设计草图上标注中间零件的主要尺寸；（3）指出你选用的中间零件材料；（4）在以下螺钉中，最适合连接台板的是A.螺丝螺帽B.自攻螺丝C.膨胀螺丝D.元宝螺帽此类题型要求学生对生活中的常见技术有一定的认识和了解，并能通过草图的形式予以体现，因为是局部设计，需要跟已有的部件进行匹配，因此一般对尺寸敏感，需要有精确的尺寸标注。

比如本题中的中间零件设计，因为要跟下面的圆管底座链接，目前常见的只有两种办法，一种是插在里面，一种是套在外面。

如果是插在里面，则中间零件的直径应该等于40mm （安装的一些尺寸误差可以忽略不计，也就是没必要标成39mm 或其他）；如果是套在外面，则中间零件应该是中空的，内径等于50mm 。

但是这里单单一根管子是不够的，因为要跟上面的木质桌面连接，因此还需要一个圆台（当然方的也可以），管子和盘子之间采用焊接的形式进行连接。

为了提高强度，采用的材料一般应该是金属材料。

而金属零件与木质部件的连接常见的就是自攻螺丝为主，因此圆盘上必须钻孔，孔的直径题目中已经给给出，必须是5mm 。

图5是一个可供参考的草图。

总结以上三种题型，对于整体设计，学生可以参考生活实际产品，往往大致可以把设计图画出来，而对于后两种题型，大部分学生对于很多细节设计缺乏了解，往往觉得无从下手，是考试的难点。

下面总结了一些常见的局部结构，供分析探讨。

一、题目要求便携设计一般常见的便携设计可以分为伸缩式、折叠式、拆装式。

1.伸缩式。

伸缩式是比较常见的提高便携性的设计，常见的有三折的雨伞、照相机三脚架、落地的电风扇（图6）等。

其基本原理就是大管套小管，再增加相应的锁止装置即可实在无级调整高度目的，其可调整的最大长度是小管和大管的总长，最小高度是大管的高度，适合用在需要题目中给出高度可调范围并要求连续调节的场合。

2.折叠式。

折叠式结构通常都是利用四边形的不稳定性实现高度可调功能，相比伸缩式，精密的折叠设计可以获得更好的便携性，但是设计难度比伸缩式要高很多，需要掌握比较巧妙的结构设计能力，当然现成的折叠结构也可以拿来模仿。

常见的折叠结构产品有：折叠式板凳、折叠式家具、折叠式自行车（图7）等。

具有折叠功能设计的玩具也很多，比如变形金刚玩具就是其中的代表，可以说是折叠玩具的最高境界，如果对这方面比较了解，设计时完全可以拿来参考。

图6伸缩结构图7 折叠结构3.拆装式。

通用技术必修1教材《技术与设计1》的第三章就介绍了一种可以说是便携到极致的小板凳（图8），采用的是拆装式结构，这种结构虽然便携可以做到极致，但是往往强度略低，而且复杂的结构拆装都需要时间，对于需要频繁变换形式的产品可能就略嫌麻烦。

目前很多家具产品为了节省物流开支，基本都采用了拆装式的结构，用户可以自行进行组装和拆卸。

二、题目要求方便移动要做到方便移动，最佳的办法肯定是装轮子，但是装轮子不是随便画几个圆圈就好的，如果题目要重点考查轮子设计的话，那么必须对轮子进行深入了解。

常见的轮子是万向轮，万向轮有很多式样，图9列举常见的几种。

有些移动不需要万向移动，只有沿着某个方向平行移动，这种移动方式一般采用导轨设计，比如抽屉的设计，窗户、移门的设计，简图9 带锁止的万向轮图8 拆卸式小板凳易的移动可以设计成直接两条轨道滑动摩擦的形式，但是为了保持移动顺畅，一般在导轨中间增加轮子改成滑动摩擦。

图10是两种可参考的导轨设计。

三、题目要求角度调节角度调节在设计中也经常出现，实现的方法很多，有些仅仅是依靠零件之间的摩擦力进行调节，往往强度不大，一般采用齿啮合的方式比较牢靠。