1、通用技术学生活动手册必修 1技术与设计 1教师参考总体说明通用技术课程以技术素养的提高为主要目标，注重基础知识与基本操作技能，注重学生对技术的思想和方法的领悟与运用，注重学生对技术的人文因素的感悟与理解，注重学生技术学习中的探究、试验与创造，注重学生情感态度与价值观以及共通能力的发展。通用技术课程将技术设计作为组织高中学生技术学习内容的主要线索，强调学生对技术所蕴含的思想方法、技术的操作方法、技术试验的方法以及技术学习的探究方法等方面的学习，突出学生创新精神和实践能力的培养。在实际教学中，课程目标如何在课堂中落实，通用技术课程的特点如何在课堂中体现，活动如何设计，操作载体如何选择等问题都是每位
2、通用技术教师面临的问题。 通用技术学生活动手册必修 1技术与设计 1在这方面作了一些探索，设计了 12 项活动。章节 活 动技术的未来 活动一 未来的技术设计中的人机关系 活动二 和谐之美技术试验及其方法 活动三 电池性能试验设计的一般过程 活动四 纸制桥梁的设计设计的一般原则 活动五 台灯的设计与制作设计的评价 活动六 自行车的评价发现问题、明确问题 活动七 我们的课桌椅适合吗？方案的构思方法 活动八 教室雨伞柜的设计设计表现图 活动九 设计表现图的绘制练习常见的技术图样 活动十 三视图练习工艺 活动十一 小三角架的制作制作模型 活动十二 人工鸟巢的设计与制作这些活动的设计紧扣教学的重点和难
3、点，考虑到实际教学的需要，力图使活动所需的材料容易解决，在活动时间安排上力求不超过一节课。根据实际的情况，这些活动可以作为学习探究的载体，或边学边做的载体，或应用的载体。具体由教师灵活处理为了辅助教师使用活动手册 ，编写了本教师参考对每项活动进行说明，包括本活动说明（活动设计意图、使用时间建议） 、教学建议（对学生活动的指导、难点提示、答案提示、学生评价） 、补充资料（与本活动相关的案例、图片、视频、软件等） 。活动一 未来的手机杭州师范大学附属中学 何威年提供一、本活动说明根据通用技术学科教学指导意见 ， 技术与设计 1的第一章就是走进技术世界，共 3 节内容，安排 5 个课时。所以在这里安
4、排一个活动，使同学们可以通过对“手机”这样一个大家都熟悉的事物的发展预测，来理解技术的价值和性质，推测技术的发展趋势。本次活动时间约需 15 分钟。教师可以根据实际情况，灵活处理该活动，可以安排用在学生学完第一章第二节后进行，也可以全章完成后进行。建议按照活动手册中的“活动提示”一步步进行活动，一方面培养学生的创新意识，一方面可以复习所学的有关概念。二、教学建议1.活动可以用手机发展的一系列图片来导入，以激发学生的活动兴趣。2.活动提示:（1）现在的手机都具有哪些功能？提示：通信、收发短消息、上网、游戏、FM 广播、播放各种格式的音频和视频文件、拍照片、拍短片、看小说等等。（2）你希望得到一个
5、什么样的手机？（从功能、形状、大小等方面来回答）提示：不同同学有各自不同的答案，教师注意引导学生从功能、形状、大小等几方面 详细说明。（3）手机的改进与技术的进步有什么关系？提示：我们都相信未来的手机会更加智能化，微型化，安全化，多功能化。随着科学技术的飞速发展，新手机的开发过 程中会有更多的多媒体功能被引入 进来。手机将会具有更加 强劲的运算能力，成为个人的信息 终端，而不是 仅仅具有通话 和文字消息的功能。（4）全班学生按照座位分成若干个 24 人小组，进行小组讨论，并完成“未来的手机”这个设计作业。作业要求：a.设计过程中所出现的科学技术与现有的科技有紧密的联系，不允许使用过于科幻的科技
6、概念。b.作品为 1015 年后一般人群所使用的大众手机。c.要有现有的其他实际产品来借鉴。此过程时间安排为 1015 分钟。部分答案如下：手机功能 所借鉴的产品 未来手机的发展趋势具有音频播放和收音功能。便携式 Mp3 播放器或者收音机几年后，大多数手机应该可以存放海量的歌曲；可以上网直接搜索需要的歌曲和歌词；可以用手机卡拉 OK；可以播放CD 级的高质量声音。拥有导航功能。 GPS（全球定位系统）信号 现在已经有一些手机具备了基本的 GPS接收机 功能。几年后，大多数手机都会有自己的 GPS 系统，那时手机不仅可以用来认识道路和建筑物，还可以很方便的找到你想找的人。具有强大的数据处理能力。
7、便携式电脑 随着技术的发展，手机的能力也会快速的发展起来，对于一些对屏幕要求不高的用户来说，用手机代替笔记 本电脑也是一个不错的选择。拥有巨大的数据存储空间海量 TB 级移动硬盘 存储技术的发展使硬盘和闪存的容量巨大化、体积微型化，几年后出现几千 G的闪存卡和几万 G 微型手机硬 盘是非常可能的。可以进行有效的身份识别并且记录本人的基本信息。声音、指纹、眼角膜等各种手段的身份识别仪器防盗技术的发展，把手机的控制与其他先进的技术手段联系起来，开 发出身份识别手机。这种手机每一个机器只有一个识别代码，甚至可以代替身份 证。具有各种多媒体采集和处理能力。专业摄像机、照相机、采访机和影碟机等各种便携式
8、小家电镜头技术的发展，使手机也可以具 备专业摄像机、相机的能力，可以满足一般人的基本要求。再加上各种电子芯片技 术的相互合成、组合，手机完全可以代替所有的便携式设备。3.问题讨论未来手机使用可能会造成什么样的负面影响？提示：手机的电磁波辐射影响健康；数量巨大的手机和手机电板废弃后造成严重的环境问题；手机木马和手机病毒的出现使得手机的使用安全下降，个人 隐私难保；手机的娱乐功能的日益强大，浪费了学生大量的精力和 时间三、参考资料活动二 和谐之美一、本活动说明人机关系简单的说就是人和机器之间的关系。这里的“机”是一个泛指的概念，除了通常说的机器以外，还可以是仪器、设备、工具等等，甚至是人所处的环境
9、。所以人机关系研究的是人和产品、环境的相互作用及其合理结合，使设计的产品和环境系统适合人的生理、心理等特征。它是设计活动中要考虑的核心问题之一。本次活动就是通过对多种产品人机关系的分析，来形象的说明人机关系的含义、需要实现的目标和实现合理人机关系的方法。本次活动时间约需 25 分钟，建议作为课堂配套练习来使用。上完一个知识点，做一部分练习的方式效果可能比较好。二、教学建议1.先讲解人机关系的概念，然后可以从生活中具体事物中开始详细讲解。 2.活动提示:（1）举例说出身边具有合理的人机关系要求的事物。 （如下面两个图例）A、扶手可以使够不到公交车横杆的人也可以拉住扶手，弥补身高不足的尴尬。B、地
10、面的 铜条可以增大行走时的摩擦力，不容易打滑摔跤。C、残疾人 专用的工具和家电、左手剪刀、有磁性的螺 丝刀、会自动鸣叫的电热水壶（）举例说出身边符合合理的人机关系要求的事物。 （例如下图的扶手和铜条）A：残疾人专用的工具和家电B：左手剪刀C：有磁性的螺丝刀D：会自动鸣叫的电热水壶（）下面的物品具有哪些特点？在这些物品中实现了哪些人机关系目标？提示：这个产品可以防烫、防滑，并且可以反复多次利用。它很好地实现了“安全、舒适”等人机关系目标。提示：与现在到处可见的平板式的插座不同， 这款插座最大的特点就是角度向上的面板不仅更加符合人眼的视线，可以 让使用者在连线时更好的 进行定位，而且避免了老年人在
11、弯腰和下蹲时出现的健康问题。另外，新颖的造型并不影响它的兼容性。目前市 场上的插头都可以使用该插座，标准化的设计 接口方便了众多的使用者。该产品实现了“ 健康、高效 ”等人机关系目标。提示：该产品为两用的沙发和茶几，既可以当作一般的沙发 和茶几来使用， 还可以当作书架，一物两用，节省空间。而且在沙发上休息时，存放和拿取书都很方便。 这个产品实现了“高效、舒适”等人机关系目标。提示：普通的笔都是通过手指与笔杆的摩擦来获取压力的，实际上这样会加速手部的疲劳。 长时间书写，容易造成手部酸痛，影响手腕和手指关节的健康。而这款新型的 Y 形笔，则是通过一个 Y 形的分叉将食指架住，从而分担一部分压力，减
12、缓疲劳。 这个产品实现了“ 高效、舒适、健康” 等人机关系目 标。提示：为了方便对暗处进行操作，有 设计师就在螺丝刀上增加了照明灯。独立的照明部分可以适应大部分尺寸的螺丝刀，只要将它套在普通的螺丝刀上，即可在使用 时提供照明。这个产品实现了“ 高效” 等人机关系目标。提示：弯腰这种在普通人看来小菜一碟的动作对于腿脚不灵便的人却成了高难度的动作，所以一旦拐杖意外脱手，想要再捡起来可就不那么容易了。不过有了这样一款拐杖垫，就可以大大减小这个动作的难度。它不 仅可以像普通的拐杖垫 一样防滑、减震，更重要的是当拐杖倒地的时候，你只要用脚尖 轻踩一下防滑垫的边缘即可 轻易的让拐杖重新回到你的手中。这个产
13、品实现了“ 高效、健康”等人机关系目标。3、问题讨论（1）除了教材中提到的“高效、健康、舒适、安全”这 4 个目标外，人机关系还可以实现哪些目标？提示：还有：“实用、环保、美观、便捷、 ”等人机关系目标。（2）通过上述例子，简单讲述人机关系对设计有哪些作用？提示：人机关系反映了“以人为本”的设计理念，是一种较为重要的设计方法。在设计中应用人机关系的目的主要是通过各学科知识的应用，来指导工作器具、工作方式和工作 环境的设计和改造，使得人的作业 在高效、安全、健康、舒适等几个方面的特性得以提高。（3）举例说明人机关系不合理的设计会给使用者带来什么不好的影响？提示：例如在一些大客车座椅，或者老板椅的
14、靠背上部，都有一道鼓起来的凸包。从设计上来说，这道凸包本来是用来 垫靠颈部的凹处，使人的 头颈 更舒服的。但是这些座椅的设计和生产直接从国外引进，而生 产者又没有有关的常识，尺寸上完全照搬。由于中国人的身材较西方人小，结果西人垫颈的凸包 对于大多数中国人来说 ，常常是 顶在后脑勺的，使得当身体后靠在椅背时，不得不稍稍低 头。又例如在操作计算机的时候，人 们常常是手臂向前悬空着来操作 键盘和鼠标的。手臂的悬空形成了肩颈部的静态疲劳，使得我 们能后靠在椅子靠背上作 业（后靠姿势会加大悬空的手臂的前伸程度，从而增大肩部所需的平衡力矩，加快肩颈部的疲劳），而当我们脱离靠背又手臂悬空时，体重就全部需要由
15、脊柱来承担，其结果或者是腰背的疲劳酸痛，或者是腰肌放弃维持直坐姿势而塌腰驼背，或者是把手腕抵在桌沿而引 发腕管综合症。（4）以同学们现在的校服为例，从人机关系的角度谈谈如何改进？提示：可以从校服的颜色、款式、大小、材料等方面来改进。由于每个学校的校服都不一样，而每个同学对事物的看法也都不一 样，所以答案也会有很大的差异。教 师要让学生根据人机关系的观点来回答。三、参考资料这种吸管杯子上的两个把手可以防止儿童使用时溅出饮料。很多儿童都喜欢用吸管喝 饮料，但是通常的吸管杯子都比较大，而且很笨重。结果小孩根本就拿不住，最后往往搞的一团糟。这种杯子添加了两个小把手，为了更加稳定把杯底的基座加大，再加上
16、防饮料溅出的设计，很适合儿童使用。而内外杯的组合设计可以让饮料更加保温，为 了吸引更多的孩子使用，设计师足足采用了四种明亮而单纯的颜色样式。这是一款最新的手电设计，对于出门远足或者需要夜间跑步、散步的人们来说再合适不 过了。我 们知道，目前传统手电的手柄很长，里面装着多 节的电池，拿的时间长了很容易感到疲惫，因 为你手里攥着电池的重量呢。而这个手电，将手柄设计在上部，将装电池的部位放在灯体的下部 ，这样以来，用户的手拎着手柄时感觉到更加自然和舒适。开关就设计在手柄上面，正好在放置拇指处，操作起来很方便，即便对戴着手套或者关节不太灵活的人们来说也非常方便。 设计师同样设计了远距灯和近距灯，这样以
17、来，观测地形更加方便了。活动三 电池性能的试验一、本活动说明电池的容量通常是指电池存储电量的大小。例如一节电池的额定容量是 1300mAh，那么如果以 0.1C（C 为电池容量）即 130mA 的电流给电池放电，该电池可以持续工作 10 小时（1300mAh/130mA=10h） ；如果放电电流为 1300mA，那供电时间就只有 1 小时左右。理想状态下，当然是额定容量越大的电池电量越大。但是数码设备实际工作时的电流不可能始终恒定在某一数值的。以数码相机为例，工作电流会因为 LCD 显示屏、闪光灯等部件的开启或关闭而发生较大的变化。因而电池能对某个设备的供电时间只能是个大约值，而这个值也只有通
18、过实际操作经验来估计。本次试验就是通过测量各种电池的正常工作时间，来判断哪种电池的使用实际件时间最长，为今后的选购作了技术性准备。同时，通过这个试验，我们还可以熟悉常见技术试验的一般过程和方法，并学会简单技术试验报告的书写。本次活动时间约需 45 分钟，建议在技术试验的内容讲解完成后，作为稳固练习来使用。二、教学建议1.活动提示（1）先把学生分为若干个 4 人小组。由于本次试验所需要的电池种类有点多，所以试验的样品可以由各组同学自行准备。最好选择那些广告中常见的、市场占有率较大的产品，同时最好也收集几个价格低廉的小厂家生产的电池或者假冒的劣质电池。（2）进行测试的电路可以如图 31 所示连接，
19、电阻的大小可以通过并联或者串联的方式来进行调整。（3）表 31 和图 32，学生根据自己小组的测试数据自行完成。其中图 32 用的是“先描点，后连线”的方法，与数学课上一样。（4）试验报告提示：试验名称：电池的性能测试试验目的：探究各种常见电池的续航能力。试验准备：不同品牌的 5 号一次性锌锰干电池、万用表、3.8V 的小电珠、电池盒、开关、导线、秒表、试验报告纸。试验过程：1.收集电池和电池盒，根据 电路图连接好 电路。2.电路接通后，单节电池开始 连续放电、每隔 3 分钟，测量一次电池两端电压的方式来进行，连续测量 7 次。 测量结果记录在活动手册的相关位置。3.更换一节电池再进行相同的测
20、试。4.根据表格中的数据在绘图纸上画出每个品牌电池放电的图像。5.进行数据分析。试验总结：一般是根据自己的分析结构，得出 结论 。提示：技术试验的格式不是唯一的，不同的 试验者和试验过 程，其 试验报告可以有不一样的形式，只要基本内容都表达清楚就可以了。五、问题讨论1如果我们要选择电池使用在照相机的闪光灯上，如何设计合理的技术试验？提示：照相机的电池与一般的电池有差异，使用 5 号电池的数 码相机主要使用的是镍氢充电电池。碱性干电池的特点是：在使用 过程中电池电压会逐渐 下降。如果在具有机械 驱动装置、变焦镜头、闪光灯及液晶显示屏等配置的数 码相机中使用 这种碱性干电池，那么在拍 摄过程中电压
21、将会变得不足，在降低到一定程度后，即使电池容量还有剩余，电池也无法继续使用。而镍氢充电电池则具有电池品质下降较为缓慢，可以有效地将电池能量用完的特性。所以我们设计技术试验时，可以简单 的用闪光灯的闪烁次数来检测 各种电池的好坏。2我们都知道费旧电池的危害性很大，如何设计一个技术试验来形象的说明？提示：为了弄清废旧电池对环境的危害程度，可以 让电池对 水、植物、土壤、动物等进行一系列不同实验。现举一例如下：实验名称：废旧电池污染对蒜苗生长所产生的影响。实验目的：研究废旧电池污染对蒜苗生长所产生的影响。实验器材：完整、可发育的蒜 头一颗；培养皿一个；小水槽一个； 废旧的南京电池一节；锤子、刀各一个
22、；水若干。实验步骤：第一步：用清水在培养皿中培养蒜头，我 们发现， 16 天后，已长出蒜苗，顶部绿苗约 15厘米，底部根长约 5 厘米。第二步：将 南孚电池用锤子和刀子弄碎放入水槽中，加入适量清水，3 天后，我们提取了水槽中液体的上清液，其中含有电池污染土壤的各种有害成份。我们将上清液倒入蒜苗培养皿中。第三步：我们观察发现，在以后的 12 天里，蒜苗几乎停止生长，顶部绿苗全部变黄，根部发黑，最后蒜苗死亡。实验结论：通过实验，我们发现废 旧电池对土壤污染很 严重，可以造成 农作物绝收。三、参考任务5 号电池的另一种测试（小熊在线提供）5 号一次性电池可以广泛应用于数码相机、MP3、便携式 CD
23、机、掌上游戏机、对讲机、遥控器和时钟等家用电器上。作为使用量最大的一次性电池，我们决定使用家用电子产品对 5 号一次性电池的性能进行检测，贴合实际使用环境，让消费者更直观的了解电池的性能表现。参加测试产品：南孚 5 号碱性电池、双鹿 5 号碱性电池、白象 5 号碱性电池、东芝 5号碳性电池、松下 5 号碳性电池。小熊在线 测试电池用电器：柯达 Z885 数码相机、A-DATA150XSD 存储卡；每次放入两节 5 号一次性电池。小熊在线 测试方式：开机后立即执行视频拍摄功能，直至电量不足相机自动关机，记录视频拍摄长度。小熊在线 测试环境：室内，气温 25 摄氏度。实测视频拍摄时间时长名次 电池
24、 实测视频拍摄时间1 南孚 5 号碱性电池 32 分 53 秒(1973s)2 白象 5 号碱性电池 17 分 23 秒(1043s)3 双鹿 5 号碱性电池 12 分 15 秒(735s)4 东芝 5 号碳性电池 1 分 15 秒(75s)5 松下 5 号碳性电池 1 分 08 秒(68s)将 5 个品牌电池的工作时间换算为秒后，我们绘制了下面这张图表：5 号一次性电池测试摄像时长图表从测试成绩来看，南孚 5 号碱性电池 以领先第二名近一倍的成绩拔得头筹。碱性电池阵营的白象和双鹿均大幅落后南孚。至于碳性电池的东芝和松下品牌，显然非常不适合在数码相机这类高负载的用电器上使用。小熊在线 单枚电池
25、市场价格：性价比名次 电池 单枚电池市场价格1 南孚 5 号碱性电池 1.4 元2 白象 5 号碱性电池 1.5 元3 双鹿 5 号碱性电池 1.83 元4 东芝 5 号碳性电池 0.9 元5 松下 5 号碳性电池 0.9 元根据价格，我们通过 拍摄时长/价格 公式，计算出各品牌电池的性价比。小熊在线 性价比性价比名次 电池 性价比值1 南孚 5 号碱性电池 14092 白象 5 号碱性电池 6953 双鹿 5 号碱性电池 4024 东芝 5 号碳性电池 835 松下 5 号碳性电池 765 号一次性电池测试性价比值图表从上面绘制的“性价比值”图表可以清晰的看到，南孚 5 号碱性电池 的性价
26、比将竞争对手远远抛在后面。对于追求最高性价比的中国消费者来说，相信您已经有了明确的选择。活动四 纸制桥梁的设计一、本活动说明纸桥的制作是个非常有意思的活动，成本低廉，技术含量却很高。学生在设计和制作时，可以有很多的方案，可以有效的开拓学生的创新意识。另外虽然同学们都知道桥梁是由桥面、桥墩等组成的，也知道桥梁的承受力与桥面形状和所用的材料有关。但是由于学生平时较少接触“压力” 、 “形变” 、 “承重”等实际问题，所以他们虽然对物理中所学的力学知识有一些了解，但是很难与具体实际中的事物联系起来。通过本次试验，可以让学生自己观察到什么样的形状是最可以承受重量。本次活动就是通过纸桥的设计，来进一步熟
27、悉设计的一般过程的各个环节。本次活动时间约需 4560 分钟，建议先安排设计和制作，第二节课再次完成测试，效果可能比较好，时间也会比较宽裕。二、教学建议1. 教师拿出一张 A3 白纸，均匀分成两份，一半卷成直径 20 毫米的圆柱型，另一半反复对折成 20 毫米宽的硬纸片。然后在讲台上放置两张凳子，中间间隔 150 毫米，再把这两个物体架在两张凳子之间，两端用胶带纸固定。这时，教师再取出重物（可以是塑料袋中加入若干水的矿泉水瓶子）放置中央。结果我们每位同学都知道，直径 20 毫米的圆柱型可以承受至少半瓶水的重量，而 20 毫米宽的硬纸片只可以承受非常少的重量，甚至都放不了一个空瓶子。由这个简单的
28、试验引出今天活动的主题纸制桥梁的承重试验，希望同学们认真思考，仔细制作，设计出自己最完美的纸制桥梁结构。2.活动提示:（1）如果没有大量合适重量的标准砝码，教 师也可以选择别 的试验用重物。重物有两种，一种是装有大半瓶自来水的 500 毫升的矿泉水瓶，每个 净 重为 0.5 公斤；另一种是装有小半瓶自来水的 500 毫升的矿泉水瓶，重量 调整为 0.25 公斤。加重物时，教师在 20 公分左右木板两端各绑上一个塑料袋，然后逐步往塑料袋中加入不同重量的 矿泉水瓶，每次加量 为 0.5公斤（两端各加一个瓶子）。试验时 ，把两端 绑有装若干矿泉水瓶的塑料袋的木板放置在学生桥梁模型的中央，来测试哪个小
29、 组设计并制作的桥梁结构承受力最大。（4）试验完成后，最好安排由得分 优秀的小组介绍他们作品的制作方法。然后教师与学生一起仔细研究好讨论这些桥梁结构的特点，并分析出 这 个桥梁模型结构为什么会有比较高的承受力的原因。（5）试验完成后，如果大多数学生都有比较高的学习兴趣的 话，教 师可以把这个活动继续深入下去。我们可以再发给 学生 2 张 A3 铅化纸和几根普通的白线（选择弹力较小的线），让学生回家后用这些工具重新设计和制作一个桥梁模型，再来测试一下，哪个小 组的作品结构是最好的。3、问题讨论（1）桥梁的设计体现了设计过程中的哪几个环节？提示：桥梁的设计体现了设计一般过程中的：发现与明确问题、制
30、定设计方案、制作模型、测试和评估模型这几个环节。（2）为什么相同材料、同一种形状的桥梁其承重力会有差异？提示：影响结构的强度主要有三要素，除了材料和结构的形状外，结构中各构件的连接方式（例如胶水的多少、连接处的大小等）也有很大的影响。另外，制作的纸桥的精细程度也有 很大的影响。（3）如果用 2 张 A3 铅化纸和几根普通的白线（选择弹力较小的线） ，我们如何设计桥梁才能使桥梁达到最大承受力？提示：材料的增加可以使结构有更多的选择，还可以在薄弱的地方 进行加固。白 线这种新材料的加入，可以做成悬索桥结 构，也可以用来捆 绑和加固。具体的设计方案由各小组自行完成。（4）观察生活中真实的桥梁，尝试分
31、析这些桥梁有很高的承受力的原因？提示：生活中的桥梁在设计和施工时，主要需要研究 桥址的 选择；决定桥梁孔径；考虑通航和线路要求以确定桥面高程；考虑基底不受冲刷或冻胀以确定基础埋置深度；设计导流建筑物等；桥式方案设计；桥梁结构设计；桥梁施工；桥梁检定；桥梁试验；桥梁养护等方面。在建桥材料方面，以高强、轻质、低成本为选择的主要依据，近期仍以发展传统的钢材和混凝土为主，提高其强度和耐久性。对于建筑钢材的脆断机理、初始几何缺陷等，以及混凝土材料的非弹性问题(收缩 徐变以及疲劳等) ，将 继续作充分的研究，使能正确控制结构的受力和变形。至于碳纤维塑料等在 桥梁上的广泛应用， 还必 须在降低成本以后才有可
32、能。在桥梁勘察设计方面，随着交通事 业的迅速发展，大跨度或复杂的桥型将不断涌现。高速公路的发展，对桥梁设计亦将提出新的要求。在桥式方案 设计中，将有可能利用结构优化设计理论，借助电子计算机选 出最佳方案。在结构设计计算中，采用空间 理论来分析桥梁整体受力已成 为可能；以概率统计理论为基础的极限状态设计理论，将 进一步反映在桥涵设计规范中，使桥梁设计的安全度得到科学合理的保证。桥梁美学作为时 代、民族的文化在某些方面的反映，将愈来愈受到人 们的重视：桥梁的面貌将蔚为大观。在桥梁施工方面，对施工组织 将充分利用电子计算机进行 经济有效的管理。在施工技 术中，将不断引用新技术和高效率、高功能的机具设
33、备，借以提高质量、缩短工期、降低造价。如采用激光测量控制结构的精确定位；引用自升式水上平台克服深水基础的困难；利用遥控设备在沉井、沉箱中挖基，以减少劳动强度并避免人身危险；利用高质量的焊接技术，借能推广工地焊接等，此外，装配式桥梁也将有所发展，以使结构和构件标准化，生产工业化。在桥梁养护维修方面，要求对 既有桥梁建立完善的技术档案管理制度。在桥梁维修检查中，引用新型精密的测量仪表，如用声测法对结构材料的缺陷以及 弹性模量进行测定；用手携式金相摄影仪检查钢材的晶体结构俾能及早进行加固防患于末然，以便延长桥梁的使用寿命。三、参考资料桥梁结构知识1、桥梁的组成部分与各部分的作用一根树干架在两岸就形成
34、了一座最简单的单孔独木桥。其所承受的重力（竖直的）或外力（竖直的或水平的），叫做荷载。 树干作为梁，起承受重力的作用，在桥梁上的学名就叫做承重结构。如果木头的长度小于两岸的距离， 则可在两岸之间设立一至数个木的或 砖、石砌筑的支承物，然后在支承物与支承物之间及支承物与河岸之间 架设由若干根木梁组成的承重结构，于是便形成了多孔桥。为了防止河岸在承重结构的压力作用下崩塌， 则可紧贴河岸用石 块或木排桩做成挡墙，将承重结构支承在挡墙上。又 为了便于通行，可在并排的木梁上铺上小圆木或木板，做成桥面。此时桥面与承重结构统称桥的上部结构。两岸之 间的支承物称作 桥墩；岸边的支承物兼挡墙称作侨台。桥墩与桥台
35、统称为桥的下部结构。上部结构是跨越部分，又称跨越 结构或桥跨结构；下部结构是支承部分，又称支承结构。2、上部结构近代桥梁由于所承受的载重和跨度都比较大， 结构就比上面 说的要复杂一点。拿上部结构来说，如果承重结构是梁，就叫做主梁，可以用 钢（钢板栗、钢箱梁、 铜街梁）、钢筋混凝土（跨度不大时）或预应力混凝土做成。承重结构如果是拱，就叫做主拱（多于一片拱时拱肋）；如果是悬索，就叫做主索或大缆。上承式（桥面在承重结构的上方）铁路钢桁梁的组成部分，其钢轨铺在枕木上，枕木 铺在纵梁上，纵梁支承在横梁上，横梁支承在主梁（行架式承重结构）上。此时钢轨与枕木部分叫做桥面， 纵梁与横梁部分叫做桥道 结构。桥面
36、设在承重结构上方的叫做上承式桥；桥面设在承重结构下方的叫做下承式桥（在两片（或数片）主梁之间用纵向的及横向的杆件，将两片很薄的主梁联成一个协性较大的空间结构，以抵抗横向的及纵向的力（风力、车辆摇摆力、 线路在曲线 上时的离心力等）。这些联结杆件形成一个联结系统，叫做 联结系。于是上部结构便扩 充为四个部分，即：1桥面；2桥道结构；3承重结构及 4联结系。3、下部结构荷载是通过上部结构的承重结构传递至下部结构的墩台顶面的。为了使上部结构与下部结构的受力明确（在支点处力的作用位置明确），以便进 行精确的力学计算，同 时为了上部结构与下部结构之间的连接可靠，必须在上、下部结构之间 有一个保证力的作用
37、位置明确并且连接牢固的支点构造，这个支点构造就叫做支座。对于梁式桥来说，由于荷载和温度的作用，梁都会发生变形。这种变形在支座处有两种：一种是梁弯曲时的转动变形；另一种是梁伸缩时的移动变形。既允许梁作伸缩变形又允许梁作转动变形的支座叫活动支座；只允许梁作转动变形而不能作伸缩变形的支座叫固定支座。每根梁只能有一个固定支座，其余的均为活动支座。桥墩与桥台一般用砖、石砌筑或混凝土灌筑而成，在旱地上有时可用钢做成。承受墩台底部压力的土壤或岩石叫做地基。如果地基具有设计需要的足够的承载力，那么就可将墩台身的底面根据地基承载力的大小和墩台稳定的需要适当扩大，直接支承在距地面深度不大的地基上。这个扩大了的部分
38、就叫做扩大基础或浅基础。如果地基浅层的承载力不足以承受墩台身传下的压力，则要将基础下降到一定的深度，直到满足承 载力的需要为止。下降的方法一类叫沉井，一类叫沉桩。沉井与沉 桩统称深基础。深基础与浅基础在受力方面的不同之处在于：浅基础只靠基础底部面积传递压力；深基础则除了依靠沉井或桩尖的底部面积将压力传递给地基以外，还依靠井壁和极壁与土层间的摩阻力，将一部分荷载传至地基。所以深基础的承载能力要比浅基 础为大。这样一来，桥梁的下部结构通常就由三个部分 组成：1支座；2. 墩台；3基础。桥梁工程指桥梁勘测、设计、施工、养护和检定等的工作过程，以及研究这一过程的科学和工程技术，它是土木工程的一个分支。
39、桥梁工程学的发展主要取决于交通运输对它的需要。古代桥梁以通行人、畜 为主，载重不大，桥面纵坡可以较陡，甚至可以铺设台阶。在有重 载马车之后，载重量逐步加大，桥面纵坡也必须使之平缓。这时的桥梁材料仍以木、石为主， 铸铁和锻铁 很少使用。自从有了铁路以后，桥梁所承受的 载重逐倍增加， 线路的坡度和曲 线标准要求又高，且需要建成铁路网以增大经济效益，因此， 为要跨越更大更深的江河、峡谷，迫使 桥梁向大跨度发展。石材、木材、铸铁、 锻铁等桥梁材料，显然不合要求，而 钢材的大量生产正好满足这一要求。在技术方面，只是凭经验修桥 ，曾使 19 世纪 8090 年代的 许多铁路桥发生重大事故；从这时起，正在发
40、展中的结构力学理论得到了重视，而在它的静力分析理 论完全确立并广泛普及之后，桥梁因强度不足而造成的事故显然大为减少。二十世纪以来，公路交通有很大 发展。在内 陆，需要在更多的河流、峡谷之上建桥。在城市中，以及在各种交通线路相交处，需要建造立交桥。在沿海，既需在大船通航的河口、海湾、海峡修建特大跨度桥梁，又需在某些海岛与大陆之间修建 长桥。桥梁需要大量修建，而人力、物力、财力有限；于是，不断提高技术水平，引用新材料、新工艺、新桥式，对结构行为进行更精确的数值分析，采用更精确的 结构试验进行验证，以使桥梁建设的经济效益不断提高，已成为时代的要求。活动五 台灯的设计与制作一、本活动说明台灯是我们每个
41、家庭都离不开的生活必须用品，更是我们每个同学学习的好帮手。一盏自己设计并制作，巧妙而独特的台灯，可以陪伴我们更好的度过一个又一个学习的夜晚。台灯的设计可以多种多样，让学生根据所学的关于设计一般原则的知识，来设计并制作完成一个台灯作品，可以进一步理解设计的基本原则是设计过程和设计评价的重要指导和依据。由于设计方案的多样化，所以本次活动我们可以提供给学生一部分关键材料，再让学生自己收集其他材料的形式来完成。既有统一的比较性，又有自己的创新，这样的方式比较合理。本次活动时间约需 90 分钟，建议讲完知识点后的巩固练习来使用。二、教学建议1.在正式设计前，可以让同学们先收集和分析材料，然后根据材料进行
42、设计，最后进行创新优化的方法。这样可以有效的避免在设计完成后，没有办法制作模型的情况。2.活动提示:（1）观察下面两盏台灯，分别写出它们的特点及其所体现的设计原则。提示：图 52 的特点是与闹钟结合，一 举两得；一帆风顺，既美观、又有寓意。 这个台灯所体现的设计原则主要有：美观原则、创新原则、 实用原则。图 53 的特点是有很强的中国特色，有一种古典美。这个台灯所体现的设计原则主要是：美观原则、创新原则、实用原则。（2）请你设计一盏台灯，要求材料成本低廉、设计巧妙、使用安全。A提示：制作时多用绝缘材料；避免外观的破损和断裂造成的漏电；使用标准绝缘胶布固定电线接头；测试前，用电笔 测试各部件是否
43、漏电；测试时 ，最好要求戴橡胶手套，不光脚，手脚干燥；可能的话，要有大人或者同学陪伴完成试验。B提示：可以参考必修 1 教材的 96 页98 页中的相关内容。C.提示：略（3）根据设计方案和所提供的材料，分小组制作一盏台灯。提示：如果制作时间过长或者课时不足时，可以安排一部分工作回家完成。（4）你小组所设计、制作的台灯体现了设计的哪些原则？提示：根据各小组的作品填写。3、问题讨论（1）在台灯的设计中，最重要的原则是哪些？说明原因。提示：在台灯的设计中，首先关注制作和使用的安全、照明功能的满足和结构的稳固性，所以最重要的设计原则一定是实用原则。一般来 说，中学生的 设计 以方案呈现为主，所以为了
44、培养学生的创新意识和技术素养，第二位重要的就是 创新原 则了。（2）在设计台灯的过程中，是否有一些原则是相互制约的？你是如何进行抉择的？提示：设计的 7 个原则全部完美的达成是不太可能的。经济 原则和美观原则大多数情况下都是相互制约，同时创新原则和技 术规范原则也有相当大的相互制 约。 类似的相互制约在设计时是比较常见的。一般来说，中学生的设计作品，首先满足包括安全在内的实用原则，其他原则可以根据设计事物的不同要求，自行 调整。（3）下面是两件同学的作品，它们分别体现了设计的哪些原则？提示：图 54 所体现的设计原则主要有：经济原则、实用原 则、美 观原则、可持续发展原则。图 55 所体现的设
45、计原则主要有：美观原则、创新原则、 实 用原则。活动六 自行车的评价杭州师范大学附属中学 何威年提供一、本活动说明本次活动时间约需 20 分钟左右。教师可以根据实际情况，灵活处理该活动，可以安排学生每学完一个知识点，完成一个活动提示，逐步进行；也可以整节内容完成后，一起完成。通过本活动，一方面可以让学生对技术评价的过程和方法加深了解，学会对其他产品进行合理的技术评价后作出选择；另一方面还可以让学生了解技术产品的发展历程。二、教学建议1. 活动提示（1）参考答案：功能 用轮子代替双脚前进，方便、速度快。开始有了运动转换装置，把转动变为移动前进。开使用齿轮组和链条，比较省力。结构 使用木头材料，只
46、有两个轮子而没有传动装置。装实心橡胶轮胎、前轮大、后轮小、坐垫较高、装有脚踏板和曲柄连杆装置，骑者可以双脚离开地面的自行车。自行车前后轮改为大小相同，后轮导向和驱动，并增加了链条、滚动轴承、飞轮、脚刹、弹簧等部件。 安全性 不安全，无法控制方向，无法刹车，前进不稳定。重心高，稳定性差。上下车不方便、不安全。比较好。人机关系 非常差，仅仅比步行略微高效。 ，较差，符合高效的目标。安全性、舒适性比较差。很好，符合高效、舒适、安全的目标。环境适应 依靠双脚，可以适应大多数人可以行走的环境。环境适应很差，需要有平整、坡度不大的道路。环境适应一般，需要道路或者平地。（2）a. 参考答案：女式自行 车缺少
47、横档，破坏了车体的三角架结构，对强度有一定程度的影响。主要是为了方便女士的上、下车，和突发情况下的双脚制动。女式自行车是根据女士身形不高、和服饰特点设计的。女式自行车与普通自行车所适用的 环境一样，需要平地或者道路。山地车是专门为越野(丘陵,小径 ,原野及砂土碎石道等) 行走而 设计的自行车，其主要特征是：宽胎、直把、粗壮的车架 和前后的减震，骑行较舒适。宽而多齿的轮胎能抓稳泥、沙、石等各种路面；粗壮的车架经得起颠簸、跳 跃、碰撞； 减震器可以有效吸收冲 击；宽平直的车把有利于平稳掌握方向、控制平衡；大速比 变速范围可以保持足 够的驱动力应付陡峭、崎 岖的路况。山地车具有很强的环境适 应性，可
48、以在很多情况下使用， 。公路自行车是一种适合在平整、坡度不太大的公路上骑行的自行 车。它有着苗条、轻巧的车架（当然强度也很可靠），羊角般的弯 车把， 纤细、浅纹（甚至光滑）的轮胎。总的要求：尽量减少自身重量、减少路面摩擦、减少前进风阻，提高速度。公路自行车主要使人的得到的乐趣在于：“速度的快感” 。其环境适应性非常差，需要很好的道路条件。b.参考答案：举例，用设计的一般原 则来评价公路自行车。050100价 价 价 价 价 价 价价 价价 价 价 价价 价价 价价 价 价 价 价 价价 价 价 价（3）参考答案：这款折叠自行车是一种非常方便携带作休闲娱乐的自行车，小巧玲珑可爱，自由自在。与常见
49、的折叠车相比，它有很强的创新性。它轮子极小，采用高性能车胎，时速可达24km；车架可折叠成一个中型旅行袋那么小； 车身很轻，只有 5.5kg；这款折叠自行真正体现了折叠、便携的特点，可以很容易地存放在家里或放在汽车后尾箱里带走。作为一般市内“散步”、交通工具或 轻松郊游，其实用性非常好。但是由于其着重于轻便和可折叠，强度一般不太高，速度不太快，不适宜崎岖路况或强度运动，而且价格比较高。2. （1）参考答案：在现代交通工具中，自行 车一直是和人们 的日常生活关系最密切的产品之一。自行车 200 年的发展，其形制演变的动力之源在于： “人的需求与技术进步的互动发展。 ”设计就是充分运用科技的成果为人服务，将需求与技 术 的可能性转化为现实的产品。各种各样功能、造型的自行车充分 说明技术的发展离不开设计 ，设计是技术成果转化的桥梁和纽带。同时自行车发展的这 200 年，新材料、新技术、新工艺也说明技术更新为设计提供了更为广阔的发展空间。使设计 的主题更加丰富，也 为产品的更新 换代创造了更加便利的条件
