設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性與工程思維 課件-2024-2025學(xué)年高中技術(shù)粵科版（2019）必修 技術(shù)與設(shè)計(jì)1

2.1設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性與工程思維目錄壹設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性思維貳工程思維在設(shè)計(jì)中的重要性肆設(shè)計(jì)思維與工程思維的培養(yǎng)路徑叁創(chuàng)造性思維與工程思維的融合設(shè)計(jì)的創(chuàng)造性思維第一節(jié)01創(chuàng)造性思維是解決問題的新穎方法，對(duì)于推動(dòng)設(shè)計(jì)和工程領(lǐng)域的進(jìn)步至關(guān)重要。定義與重要性02創(chuàng)造性思維鼓勵(lì)跳出常規(guī)，與傳統(tǒng)思維的線性和保守方式形成鮮明對(duì)比。與傳統(tǒng)思維的對(duì)比03蘋果公司的產(chǎn)品設(shè)計(jì)就是創(chuàng)造性思維的典型例子，其簡潔而創(chuàng)新的設(shè)計(jì)改變了整個(gè)行業(yè)。實(shí)際應(yīng)用案例發(fā)散思維

大腦在思維時(shí)呈現(xiàn)發(fā)散狀態(tài)的思維模式就是發(fā)散思維。

發(fā)散思維具有流暢性（靈敏、迅速）、變通性（不受約束）、獨(dú)特性（新角度、新觀點(diǎn)、新特點(diǎn)）等特性，是重要的創(chuàng)新思維方式。發(fā)散思維

人類的思維具有方向性，解決問題時(shí)，人們習(xí)慣按照熟悉的常規(guī)的思維路徑去思考，即采用正向思維。然而，有些問題從正向思考卻不易找到正確答案；若運(yùn)用逆向思維，則會(huì)取得意想不到的效果。逆向思維是擺脫常規(guī)思維羈絆的一種創(chuàng)造性思維方式。

（1）反轉(zhuǎn)逆向思維法。例如，在酒瓶軟木塞從正向拔不出來的情況下，逆向思維者想到，可以采用反向的方式，將軟木塞捺入酒瓶中，同樣實(shí)現(xiàn)將酒倒出來的目的。

（2）轉(zhuǎn)換逆向思維法。如歷史上被傳為佳話的司馬光砸缸救落水兒童的故事，就是運(yùn)用轉(zhuǎn)換逆向思維法的一個(gè)例子。

（3）缺點(diǎn)逆向思維法。例如，金屬腐蝕一般情況下是壞事，但人們利用金屬腐蝕原理進(jìn)行電鍍，把壞事變好事，就是缺點(diǎn)逆向思維法的一種應(yīng)用。聯(lián)想思維

聯(lián)想思維是指人的表象記憶系統(tǒng)中由于某種誘因使不同表象發(fā)生聯(lián)系的一種思維活動(dòng)。有人說聯(lián)想就像風(fēng)一樣，擾動(dòng)著人腦的活動(dòng)空間，它的“由此及彼、觸類旁通”的特性，常把人的思維引向更深、更廣闊的境地。

（1）接近聯(lián)想。是指時(shí)間上或空間上相互接近的事物之間形成的聯(lián)想。如“春江潮水連海平，海上明月共潮升。滟滟隨波千萬里，何處春江無月明。”春江、潮水、大海與明月被詩人聯(lián)系在了一起。

（2）相似聯(lián)想。是指由某一事物或現(xiàn)象想到與它相似的其他事物或現(xiàn)象。相似聯(lián)想有原理相似、現(xiàn)象相似、方法相似等。如技術(shù)設(shè)計(jì)中物體的連接方法，從釘子連接，可以聯(lián)想到焊接、粘接、榫接等。

（3）對(duì)比聯(lián)想。是指具有相反特征的事物或相互對(duì)立的事物之間所形成的聯(lián)想。如看到優(yōu)點(diǎn)就想到缺點(diǎn)，看到大就想到小，看到復(fù)雜就想到簡單等。

（4）因果聯(lián)想。由于兩個(gè)事物存在因果關(guān)系而引起的聯(lián)想?？梢杂梢蛳氲焦?，也可以由果想到因。如在合成樹脂中加入發(fā)泡劑，得到質(zhì)輕和隔音性能良好的泡沫塑料。對(duì)這種因果關(guān)系進(jìn)行聯(lián)想，在水泥中加入一種發(fā)泡劑，結(jié)果發(fā)明了質(zhì)輕、隔熱、隔音的氣泡混凝土。

（5）類比聯(lián)想。是通過對(duì)一種事物與另一種（類）事物對(duì)比而產(chǎn)生的聯(lián)想。常見的有形式類比、功能類比等。如根據(jù)與蜻蜓翅的減振結(jié)構(gòu)的形式類比，設(shè)計(jì)飛機(jī)的減振裝置；根據(jù)與某種生物的功能類比，設(shè)計(jì)具有近似功能的新裝置，如各種機(jī)械手、鱷魚夾等。創(chuàng)造性思維在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用用戶中心設(shè)計(jì)跨學(xué)科融合設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)師通過結(jié)合不同學(xué)科知識(shí)，如藝術(shù)與科技，創(chuàng)造出既美觀又實(shí)用的產(chǎn)品。設(shè)計(jì)師深入理解用戶需求，通過用戶反饋迭代產(chǎn)品設(shè)計(jì)，確保設(shè)計(jì)的實(shí)用性和創(chuàng)新性。可持續(xù)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過程中考慮環(huán)境影響，采用可持續(xù)材料和方法，創(chuàng)造對(duì)環(huán)境友好的產(chǎn)品解決方案。創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)與提升組織團(tuán)隊(duì)頭腦風(fēng)暴會(huì)議，鼓勵(lì)自由表達(dá)和集體智慧的碰撞，以培養(yǎng)和提升團(tuán)隊(duì)成員的創(chuàng)造性思維。定期參與設(shè)計(jì)實(shí)踐，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行反思，有助于設(shè)計(jì)師理解創(chuàng)造性思維的應(yīng)用和提升。通過跨學(xué)科學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)師可以吸收不同領(lǐng)域的知識(shí)，激發(fā)創(chuàng)新思維和解決問題的新方法。鼓勵(lì)跨學(xué)科學(xué)習(xí)實(shí)踐與反思團(tuán)隊(duì)頭腦風(fēng)暴工程思維在設(shè)計(jì)中的重要性第二節(jié)工程思維強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)化地分析問題，如在設(shè)計(jì)中通過模塊化來優(yōu)化產(chǎn)品的整體性能。系統(tǒng)化問題解決01工程思維倡導(dǎo)持續(xù)迭代和優(yōu)化，例如在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不斷測試和改進(jìn)以達(dá)到最佳效果。迭代與優(yōu)化02工程思維中，量化分析是核心，設(shè)計(jì)師通過數(shù)據(jù)分析來指導(dǎo)設(shè)計(jì)決策，確保設(shè)計(jì)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。量化分析03案例

三峽工程中的工程思維

三峽工程是具有防洪、發(fā)電、航運(yùn)等巨大綜合效益的多目標(biāo)開發(fā)工程，是治理和開發(fā)長江的關(guān)鍵性骨干工程（圖2-5）。三峽工程的設(shè)計(jì)和建設(shè)體現(xiàn)了工程思維的特點(diǎn)。（1）科學(xué)性。工程設(shè)計(jì)和施工必須嚴(yán)格遵循科學(xué)性。例如：大壩選址要調(diào)查地質(zhì)結(jié)構(gòu)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)要有足夠的穩(wěn)固性，且歷史上沒發(fā)生過大地震等；大壩的結(jié)構(gòu)和高度必須根據(jù)歷史上最大洪水的流量來設(shè)計(jì)；大型輪船必須能順利通航；安裝功率合適的發(fā)電機(jī)組；設(shè)計(jì)排沙方案，避免造成庫內(nèi)河床淤積；通過設(shè)計(jì)保留魚類通道。這些都需要經(jīng)過系統(tǒng)考慮，以及科學(xué)設(shè)計(jì)和施工。（2）定向性。工程思維是指工程對(duì)象是特定的，工程的時(shí)間、地點(diǎn)是指定的。例如，工程對(duì)象是三峽工程；壩址位于長江三峽西陵峽河段，控制流域面積達(dá)100萬km2。根據(jù)1993年5月獲國家批準(zhǔn)的初步設(shè)計(jì)報(bào)告，三峽工程按計(jì)劃分三個(gè)階段進(jìn)行施工，從1993年的準(zhǔn)備工程算起，總工期17年。（3）求解的非唯一性。工程的設(shè)計(jì)和施工可以有多種方案備選。例如，三峽工程設(shè)計(jì)和施工過程中都需要有多種方案和多個(gè)隊(duì)伍，經(jīng)評(píng)估投標(biāo)確定采用哪個(gè)方案和哪個(gè)施工隊(duì)。案例

三峽工程中的工程思維（4）價(jià)值性。工程思維有明確的價(jià)值目標(biāo)，其中包括社會(huì)價(jià)值目標(biāo)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值目標(biāo)、生態(tài)價(jià)值目標(biāo)等。例如，三峽工程的生態(tài)價(jià)值目標(biāo)是防止和減少工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，如搬遷文物、遷移庫區(qū)內(nèi)居民、建魚類通道、開展庫區(qū)綠化等。三峽工程的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益主要有以下幾點(diǎn)：①三峽水庫總庫容393億m3，防洪庫221.5億m3，水庫調(diào)洪可消減洪峰流量達(dá)2.7萬～3.3萬m3/s，是世界上防洪效益最為顯著的水利工程。②三峽水電站總裝機(jī)1820萬kW，年平均發(fā)電量846.8億kW·h，是世界上最大的電站。③三峽大壩的船閘是世界上級(jí)數(shù)最多、總水頭最高的內(nèi)河船閘。（5）集成性和綜合統(tǒng)籌性。工程活動(dòng)是許多技術(shù)要素和非技術(shù)要素的集成，工程是一個(gè)系統(tǒng)的概念。三峽工程在設(shè)計(jì)和施工過程中，除技術(shù)要素外，還有許多非技術(shù)要素要綜合考慮，如行政領(lǐng)導(dǎo)和管理，各單位和部門的配合，突發(fā)災(zāi)害的防范，等等。（6）矛盾性和協(xié)調(diào)性。在科學(xué)思維中，不允許在科學(xué)理論體系內(nèi)部出現(xiàn)邏輯矛盾。但在工程中，卻常常不得不面對(duì)“相互矛盾的要求”。例如，三峽大壩建得越高，其蓄水調(diào)控能力就越大，防洪效果就越好，但上游被淹的土地就越多，生態(tài)破壞就越大，人口搬遷也越多。面對(duì)這些矛盾，決策者常常采取權(quán)衡協(xié)調(diào)的方式來解決。案例

三峽工程中的工程思維（7）可靠性要求和“容許誤差”的限度。三峽工程在設(shè)計(jì)和施工過程中，必須考慮施工質(zhì)量和各部分的可靠性。認(rèn)真挑選施工單位、監(jiān)理單位和驗(yàn)收單位，定出各種構(gòu)件的允許誤差和施工誤差的最大允許值等。（8）工程風(fēng)險(xiǎn)。必須考慮工程帶來的風(fēng)險(xiǎn)。例如：①三峽工程對(duì)環(huán)境和生態(tài)的影響非常廣，尤其對(duì)庫區(qū)的影響最直接和顯著。②如果設(shè)計(jì)、建設(shè)不可靠，或突發(fā)地震等災(zāi)害，可能帶來的危害。③在國防安全方面，三峽大壩有可能成為受襲的目標(biāo)。必須采取各種補(bǔ)救和防范措施來減少工程風(fēng)險(xiǎn)。由上面的案例分析可知，工程思維中的許多特點(diǎn)，是其他思維方式?jīng)]有的。工程思維對(duì)設(shè)計(jì)的影響

工程思維強(qiáng)調(diào)效率和系統(tǒng)性，幫助設(shè)計(jì)師優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，縮短產(chǎn)品從概念到市場的周期。優(yōu)化設(shè)計(jì)流程

工程思維注重問題分析和解決，使設(shè)計(jì)師在面對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)問題時(shí)，能夠提出創(chuàng)新且實(shí)用的解決方案。提升問題解決能力

工程思維倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展，鼓勵(lì)設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過程中考慮環(huán)境影響，推動(dòng)綠色設(shè)計(jì)和可持續(xù)產(chǎn)品開發(fā)。增強(qiáng)可持續(xù)性考量如何將工程思維融入設(shè)計(jì)過程

工程思維要求在設(shè)計(jì)之初明確目標(biāo)和限制條件，如成本、時(shí)間、材料等，確保設(shè)計(jì)的可行性和效率。01明確設(shè)計(jì)目標(biāo)與約束

通過不斷迭代設(shè)計(jì)原型并進(jìn)行測試，工程思維強(qiáng)調(diào)實(shí)際操作和反饋，以優(yōu)化設(shè)計(jì)并解決實(shí)際問題。02采用迭代和原型測試

工程思維注重團(tuán)隊(duì)合作，通過有效溝通確保設(shè)計(jì)過程中的每個(gè)環(huán)節(jié)都能順利對(duì)接，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。03強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)協(xié)作與溝通創(chuàng)造性思維與工程思維的融合第三節(jié)創(chuàng)造性思維強(qiáng)調(diào)新穎性與想象力，鼓勵(lì)跳出傳統(tǒng)框架，如蘋果公司的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。創(chuàng)造性思維的定義與特點(diǎn)工程思維注重實(shí)際應(yīng)用與問題解決，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性與邏輯性，例如波音飛機(jī)的設(shè)計(jì)過程。工程思維的核心要素特斯拉汽車的創(chuàng)新設(shè)計(jì)體現(xiàn)了創(chuàng)造性思維與工程思維的結(jié)合，既追求設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性，又確保技術(shù)的可行性。兩者融合的實(shí)踐案例兩者之間的關(guān)聯(lián)與差異創(chuàng)造性思維強(qiáng)調(diào)新穎性與想象力，鼓勵(lì)跳出傳統(tǒng)框架，如蘋果公司的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。創(chuàng)造性思維的定義與特點(diǎn)工程思維注重實(shí)際應(yīng)用與問題解決，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性與邏輯性，例如波音飛機(jī)的設(shè)計(jì)過程。工程思維的核心要素特斯拉汽車的創(chuàng)新設(shè)計(jì)體現(xiàn)了創(chuàng)造性思維與工程思維的結(jié)合，既追求設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性，又確保技術(shù)的可行性。兩者融合的實(shí)踐案例融合創(chuàng)造性思維與工程思維的方法跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)合作通過組建由不同專業(yè)背景成員組成的團(tuán)隊(duì)，促進(jìn)創(chuàng)新思維與實(shí)際工程問題解決能力的結(jié)合。迭代設(shè)計(jì)過程采用快速原型制作和迭代反饋，將創(chuàng)造性想法轉(zhuǎn)化為可行的工程解決方案。模擬與原型測試?yán)糜?jì)算機(jī)模擬和實(shí)物原型測試，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性，確保創(chuàng)新與工程實(shí)踐的有效結(jié)合。融合實(shí)踐案例分析01蘋果公司通過將創(chuàng)造性思維與工程思維結(jié)合，推出了iPhone等革命性產(chǎn)品，改變了現(xiàn)代通訊方式。02SpaceX利用創(chuàng)新的工程設(shè)計(jì)和創(chuàng)造性思維，實(shí)現(xiàn)了火箭的重復(fù)使用，降低了太空探索的成本。03特斯拉將工程學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)