發(fā)現(xiàn)和明確問題

1、第三章第三章 怎樣進行設計怎樣進行設計l美國福特汽車公司美國福特汽車公司的一臺巨型發(fā)電機出現(xiàn)了故障的一臺巨型發(fā)電機出現(xiàn)了故障, ,很多人都很多人都修不好，后來請來了德國的電機修不好，后來請來了德國的電機專家專家斯坦梅茨斯坦梅茨來來修理修理. .德國德國專家來了以后，用了兩天的時間呆在發(fā)電機旁專家來了以后，用了兩天的時間呆在發(fā)電機旁, ,這看看那聽這看看那聽聽，最后聽，最后, ,他在發(fā)電機的頂上畫了一條線。告訴修理工，將他在發(fā)電機的頂上畫了一條線。告訴修理工，將頂蓋打開，將畫線處的線圈減少頂蓋打開，將畫線處的線圈減少1616圈。故障果然被排除了。圈。故障果然被排除了。l這這位德國專家向福特公司要

2、位德國專家向福特公司要1 1萬元美元的酬金。很多人認為萬元美元的酬金。很多人認為不值，因為故障很簡單，排除也很容易。但福特的老總認為不值，因為故障很簡單，排除也很容易。但福特的老總認為非常值。非常值。 案例l當時福特公司最著名的薪酬口號就是“月薪5美元”，這在當時是很高的工資待遇，以至于全美國許許多多經(jīng)驗豐富的技術工人和優(yōu)秀的工程師為了這5美元月薪從各地紛紛涌來。1條線，1萬美元，一個普通職員100多年的收入總和！l斯坦門茨看大家迷惑不解，轉(zhuǎn)身開了個清單：畫一條線，1美元；知道在哪兒畫線，9999美元。福特公司經(jīng)理看了之后，不僅照價付酬，還重金聘用了斯坦門茨。 l斯坦梅茨（Charles Pr

3、oteus Steinmetz，1865-1923），德國出生的美籍電機工程師、發(fā)明家，對交流電系統(tǒng)的發(fā)展作出巨大貢獻。l他一生的研究領域涉及發(fā)電、輸電、配電、電照明、電機、電化學等方面，他還進行過用汞燈照射以加速植物生長的實驗。他一生獲得近200項專利。斯坦梅茨還熱心于教育事業(yè)，在他擔任通用電氣公司總工程師期間還兼任斯克內(nèi)克塔迪聯(lián)合大學電氣工程專業(yè)教授，并對當時的大學教育提出了改革性意見，強調(diào)學生實驗的重要性。斯坦梅茨曾獲斯克內(nèi)克塔迪聯(lián)合學院博士學位、哈佛大學名譽博士。19011902年任美國電機工程師學會主席。他是美國藝術與科學學院院士，曾獲富蘭克林學會的克雷松金質(zhì)獎章。 愛因斯坦愛因斯坦

4、曾經(jīng)說過：曾經(jīng)說過：“提出一個提出一個問題比解決一個問題更重要問題比解決一個問題更重要”。 （一）設計問題的來源（一）設計問題的來源 在生活中有很多為我們所不知而需要在生活中有很多為我們所不知而需要解答的話題，這就是解答的話題，這就是問題。問題。問題形形色色，問題形形色色，有科學方面、有社會生活方面、有技術方有科學方面、有社會生活方面、有技術方面等。問題是永遠存在的。面等。問題是永遠存在的。n生活中處處存在著問題生活中處處存在著問題生活中的一些問題石油是不可再生資源，有沒有替代油？石油是不可再生資源，有沒有替代油？教室里的桌椅設計是否合理？教室里的桌椅設計是否合理？三輪車、摩托車、汽車轉(zhuǎn)彎時易

5、摔倒，三輪車、摩托車、汽車轉(zhuǎn)彎時易摔倒，怎么辦？怎么辦？雨衣有沒有缺點？雨衣有沒有缺點？在使用黑板擦擦黑板時有沒有發(fā)現(xiàn)問題？在使用黑板擦擦黑板時有沒有發(fā)現(xiàn)問題？人掉進深井，有沒有更好的施救辦法？人掉進深井，有沒有更好的施救辦法？l問題是如何產(chǎn)生的呢？ 人們的需求和愿望，可以說是一切技術問題的總來源。 例如：為了解決進食，人們設計了勺子、例如：為了解決進食，人們設計了勺子、筷子，西方人發(fā)明了刀叉?？曜?，西方人發(fā)明了刀叉。變色防燙碗變色防燙碗“一種自帶吸管的易拉一種自帶吸管的易拉罐罐”（獲得實用新型專（獲得實用新型專利證書）利證書）-該實用新型該實用新型解決實際問題所采用的解決實際問題所采用的技術

6、方案是：一種自帶技術方案是：一種自帶吸管的易拉罐，包括易吸管的易拉罐，包括易拉罐體和易拉罐頂蓋及拉罐體和易拉罐頂蓋及吸管組成，其特征在于吸管組成，其特征在于吸管為一可彎折吸管，吸管為一可彎折吸管，插入易拉罐體內(nèi)部，易插入易拉罐體內(nèi)部，易拉罐頂蓋中的拉蓋連接拉罐頂蓋中的拉蓋連接著吸管扣件，吸管插入著吸管扣件，吸管插入吸管扣件內(nèi)。吸管扣件內(nèi)。 問題從哪里來？必然碰到的生活（衣、食、住、行等）生活（衣、食、住、行等）需要需要(為別人解決問題為別人解決問題)主動思考（開發(fā)新產(chǎn)品）主動思考（開發(fā)新產(chǎn)品）主動發(fā)現(xiàn)的別人給出的 人類的需求與愿望人類的需求與愿望不斷推動著物不斷推動著物質(zhì)產(chǎn)品和精神產(chǎn)品的生產(chǎn)和

7、創(chuàng)新，質(zhì)產(chǎn)品和精神產(chǎn)品的生產(chǎn)和創(chuàng)新，這些是產(chǎn)生設計課題的源泉。這些是產(chǎn)生設計課題的源泉。 1 1、人類的需求、人類的需求2、人類的愿望、人類的愿望(想飛想飛)（二）發(fā)現(xiàn)問題的途徑與方法（二）發(fā)現(xiàn)問題的途徑與方法書包的變化書包的變化側(cè)背書包側(cè)背書包 橫式側(cè)背書包橫式側(cè)背書包 雙肩運動書包雙肩運動書包 健康書包健康書包 拉桿書包拉桿書包 智能書包智能書包 ？ 人的需求是會隨著技術發(fā)展和時代人的需求是會隨著技術發(fā)展和時代的變化而變化的。其實我們除了可以從的變化而變化的。其實我們除了可以從無到有的創(chuàng)造新產(chǎn)品外，對熟悉的工具無到有的創(chuàng)造新產(chǎn)品外，對熟悉的工具或用品都可以提出新的要求，并重新設或用品都可以

8、提出新的要求，并重新設計。計。 書包的變化給我們什么啟示呢？書包的變化給我們什么啟示呢？ 從發(fā)展的眼光來看，世界上的從發(fā)展的眼光來看，世界上的一切事物都不可能盡善盡美，一旦一切事物都不可能盡善盡美，一旦找到這些找到這些事物的事物的“缺點缺點”并加以改并加以改進，事物就會在原有基礎上得到新進，事物就會在原有基礎上得到新的提高。的提高。2 2、從收集和分析信息發(fā)現(xiàn)問題、從收集和分析信息發(fā)現(xiàn)問題3、在技術研究與技術試驗中“尋求靈感、發(fā)現(xiàn)問題” 案例分析： 伽利略與體溫表 在一次課上，伽利略與學生一起 做實驗時，看到水溫升高后罐內(nèi) 水位就會上升，由此突然想到一 個技術問題:“能不能利用熱脹冷 縮的原理

9、制造出體溫計呢？”想到 這伽利略顧不得上課，就立刻奔回 自己的工作室，投入到技術試驗中。 試驗了很多次，每次都以失敗告終， 但他仍不氣餒。有一次，伽利略用手握住試管底部，讓管內(nèi)空氣漸漸變熱，然后把試管的上端插入冰水中，松手后發(fā)現(xiàn)，水慢慢地從試管里上升了一截，再握住試管，水又漸漸從試管里被壓了下去。從水的上升與下降已經(jīng)看出了溫度的變化。于是，他就把一個很細的試管裝上水，排出里面的空氣，密封并在試管上刻了刻度，這樣，最早的體溫表就研制成功了。模仿模仿DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的立體栽培雙螺旋結(jié)構(gòu)的立體栽培系統(tǒng)，節(jié)約土地又節(jié)水系統(tǒng)，節(jié)約土地又節(jié)水 通過實踐，黃建洪發(fā)現(xiàn)普通立體通過實踐，黃建洪發(fā)現(xiàn)普通立體栽培系

10、統(tǒng)存在兩個問題：澆灌過程中栽培系統(tǒng)存在兩個問題：澆灌過程中水浪費現(xiàn)象嚴重；采光不均勻，導致水浪費現(xiàn)象嚴重；采光不均勻，導致不同平臺的植物生長狀況不均衡。不同平臺的植物生長狀況不均衡。 黃建洪聯(lián)想到利用黃建洪聯(lián)想到利用DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)雙螺旋結(jié)構(gòu)優(yōu)越性改造立體栽培系統(tǒng)，經(jīng)歷半年多的設優(yōu)越性改造立體栽培系統(tǒng)，經(jīng)歷半年多的設計修改，他終于成功實施了設計方案，與普計修改，他終于成功實施了設計方案，與普通立體栽培系統(tǒng)比，該系統(tǒng)的植物種植密度通立體栽培系統(tǒng)比，該系統(tǒng)的植物種植密度更高。并且它可以根據(jù)植物的需要定時噴水，更高。并且它可以根據(jù)植物的需要定時噴水，比普通立體栽培更節(jié)水。同時，它還能根據(jù)比普通立體栽

11、培更節(jié)水。同時，它還能根據(jù)不同平臺植物的采光需要進行旋轉(zhuǎn)，讓所有不同平臺植物的采光需要進行旋轉(zhuǎn)，讓所有的植物能獲得均勻的采光。這個設計可以廣的植物能獲得均勻的采光。這個設計可以廣泛應用于大棚蔬菜的種植、各種花卉的培育泛應用于大棚蔬菜的種植、各種花卉的培育以及育種等多個領域。以及育種等多個領域。 浙林本科生一項試驗獨具創(chuàng)意浙林本科生一項試驗獨具創(chuàng)意 中國工程院院士袁隆平，中國研究雜交水稻的創(chuàng)始人，世界上成功利用水稻雜交優(yōu)勢的第一中國工程院院士袁隆平，中國研究雜交水稻的創(chuàng)始人，世界上成功利用水稻雜交優(yōu)勢的第一人。他于人。他于1964年開始從事雜交水稻研究。年開始從事雜交水稻研究。 2004年年10

12、月，中國超級雜交稻研究第二期目標現(xiàn)場實測在深圳市月，中國超級雜交稻研究第二期目標現(xiàn)場實測在深圳市龍崗區(qū)龍崗區(qū)進行。有關專家對進行。有關專家對48畝實驗田的超級雜交水稻晚稻的實測結(jié)果表明：每畝高達畝實驗田的超級雜交水稻晚稻的實測結(jié)果表明：每畝高達847公斤，標志著中國超級雜交稻育種研公斤，標志著中國超級雜交稻育種研究繼續(xù)領跑世界。究繼續(xù)領跑世界。 2007年年3月月16日，袁隆平赴香港中文大學日，袁隆平赴香港中文大學聯(lián)合書院聯(lián)合書院參加參加“杰出學人到訪杰出學人到訪”活動，并作學術報活動，并作學術報告。他表示：在第一、第二階段取得良好成果的基礎上，第三階段超級雜交水稻育種計劃已順勢告。他表示：在

13、第一、第二階段取得良好成果的基礎上，第三階段超級雜交水稻育種計劃已順勢推出，目標是在推出，目標是在2015年將每畝水稻產(chǎn)量提高到年將每畝水稻產(chǎn)量提高到900公斤，并達到公斤，并達到“種三產(chǎn)四種三產(chǎn)四”，即種植，即種植3畝田，產(chǎn)畝田，產(chǎn)出原來出原來4畝田的稻谷。畝田的稻谷。 2011年年9月月19日，日， 指導的超級稻第三期目標畝產(chǎn)指導的超級稻第三期目標畝產(chǎn)900公斤高產(chǎn)攻關獲得成功，湖南公斤高產(chǎn)攻關獲得成功，湖南隆回縣隆回縣百畝百畝試驗田畝產(chǎn)達到試驗田畝產(chǎn)達到926.6公斤。公斤。 1981年年6月月6日，袁隆平和秈型雜交水稻獲國內(nèi)第一個特等發(fā)明獎。日，袁隆平和秈型雜交水稻獲國內(nèi)第一個特等發(fā)明

14、獎。 2001年年2月月19日，袁隆平院士獲首屆日，袁隆平院士獲首屆“國家最高科學技術獎國家最高科學技術獎”。頒獎儀式在人民大會堂舉行，。頒獎儀式在人民大會堂舉行，由國家主席江澤民親自頒授獎勵證書和獎金（由國家主席江澤民親自頒授獎勵證書和獎金（500萬元）。萬元）。2000年國家年國家最高科學技最高科學技術獎獲獎者術獎獲獎者袁隆平袁隆平1、設計、設計問題的來源問題的來源（）人類的需求與愿望是設計問題的來源（）人類的需求與愿望是設計問題的來源（）要知道人們的需求與愿望（）要知道人們的需求與愿望,要去了解、調(diào)查。要去了解、調(diào)查。（）設計可以是原創(chuàng)性設計，也可以是改進性設計。（）設計可以是原創(chuàng)性設計

15、，也可以是改進性設計。小結(jié)：小結(jié)：2、發(fā)現(xiàn)、發(fā)現(xiàn)問題的途徑問題的途徑（）（）觀察日常生活觀察日常生活：養(yǎng)成觀察的習慣，形成觀：養(yǎng)成觀察的習慣，形成觀察的靈敏性。制定好觀察提綱，有計劃地實行察的靈敏性。制定好觀察提綱，有計劃地實行觀察。觀察。（）（）收集和分析信息收集和分析信息：通過調(diào)查、訪問、媒體、：通過調(diào)查、訪問、媒體、互聯(lián)網(wǎng)、查閱資料等?；ヂ?lián)網(wǎng)、查閱資料等。（）（）參加技術研究與技術試驗參加技術研究與技術試驗。二、明確設計要解決的技術問題 明確設計要解決的技術問題明確設計要解決的技術問題就是要弄清楚要設計的技術問就是要弄清楚要設計的技術問題的所在，進而判斷問題是否題的所在，進而判斷問題是否

16、能夠解決，是否當前可以解決，能夠解決，是否當前可以解決，是否值得解決是否值得解決1、判斷問題是否能夠解決就是判斷要、判斷問題是否能夠解決就是判斷要解決的問題有沒有違反科學理論和客觀解決的問題有沒有違反科學理論和客觀規(guī)律。規(guī)律。 凡是偽科學的或者反科學的問題都不應徒勞地設計。n永動機永動機n長生不老藥長生不老藥2、判斷問題是否當前可以解決，解決、判斷問題是否當前可以解決，解決這個問題是否超出了當前的能力與條這個問題是否超出了當前的能力與條件。件。 如果是當前科學技術水平無法解如果是當前科學技術水平無法解決的問題，就不適宜進行設計；對超決的問題，就不適宜進行設計；對超出當前物質(zhì)條件和工作條件（人力

17、、出當前物質(zhì)條件和工作條件（人力、物理、資源等）的問題，也不適宜進物理、資源等）的問題，也不適宜進行設計。行設計。3、判斷問題是否值得解決，是解決、判斷問題是否值得解決，是解決這個問題是否有價值，這個問題是否有價值，投入產(chǎn)出比投入產(chǎn)出比如何，社會效益如何，綜合效益如如何，社會效益如何，綜合效益如何，不符合成本效益原則的設計一何，不符合成本效益原則的設計一般都不宜考慮。般都不宜考慮。判斷下列問題的價值：判斷下列問題的價值：1 1、2 2、 4 4、能否去火星上種果樹？能否去火星上種果樹？5 5、怎樣才能把冬天下的雪都有效利用起來？怎樣才能把冬天下的雪都有效利用起來？6 6、能不能把水能不能把水“變成變成”油？油？l案例分析：案例分析： 水變油事件水變油事件曾有人聲稱做了大量實驗曾有人聲稱做了大量實驗發(fā)明了水變油的技術，即水通過機器后變成了發(fā)明了水變油的技術，即水通過機器后變成了油。水變油一度被宣傳為中國繼