发现和明确问题

1、第三章第三章 怎样进行设计怎样进行设计l美国福特汽车公司美国福特汽车公司的一台巨型发电机出现了故障的一台巨型发电机出现了故障, ,很多人都很多人都修不好，后来请来了德国的电机修不好，后来请来了德国的电机专家专家斯坦梅茨斯坦梅茨来来修理修理. .德国德国专家来了以后，用了两天的时间呆在发电机旁专家来了以后，用了两天的时间呆在发电机旁, ,这看看那听这看看那听听，最后听，最后, ,他在发电机的顶上画了一条线。告诉修理工，将他在发电机的顶上画了一条线。告诉修理工，将顶盖打开，将画线处的线圈减少顶盖打开，将画线处的线圈减少1616圈。故障果然被排除了。圈。故障果然被排除了。l这这位德国专家向福特公司要

2、位德国专家向福特公司要1 1万元美元的酬金。很多人认为万元美元的酬金。很多人认为不值，因为故障很简单，排除也很容易。但福特的老总认为不值，因为故障很简单，排除也很容易。但福特的老总认为非常值。非常值。 案例l当时福特公司最著名的薪酬口号就是“月薪5美元”，这在当时是很高的工资待遇，以至于全美国许许多多经验丰富的技术工人和优秀的工程师为了这5美元月薪从各地纷纷涌来。1条线，1万美元，一个普通职员100多年的收入总和！l斯坦门茨看大家迷惑不解，转身开了个清单：画一条线，1美元；知道在哪儿画线，9999美元。福特公司经理看了之后，不仅照价付酬，还重金聘用了斯坦门茨。 l斯坦梅茨（Charles Pr

3、oteus Steinmetz，1865-1923），德国出生的美籍电机工程师、发明家，对交流电系统的发展作出巨大贡献。l他一生的研究领域涉及发电、输电、配电、电照明、电机、电化学等方面，他还进行过用汞灯照射以加速植物生长的实验。他一生获得近200项专利。斯坦梅茨还热心于教育事业，在他担任通用电气公司总工程师期间还兼任斯克内克塔迪联合大学电气工程专业教授，并对当时的大学教育提出了改革性意见，强调学生实验的重要性。斯坦梅茨曾获斯克内克塔迪联合学院博士学位、哈佛大学名誉博士。19011902年任美国电机工程师学会主席。他是美国艺术与科学学院院士，曾获富兰克林学会的克雷松金质奖章。 爱因斯坦爱因斯坦

4、曾经说过：曾经说过：“提出一个提出一个问题比解决一个问题更重要问题比解决一个问题更重要”。 （一）设计问题的来源（一）设计问题的来源 在生活中有很多为我们所不知而需要在生活中有很多为我们所不知而需要解答的话题，这就是解答的话题，这就是问题。问题。问题形形色色，问题形形色色，有科学方面、有社会生活方面、有技术方有科学方面、有社会生活方面、有技术方面等。问题是永远存在的。面等。问题是永远存在的。n生活中处处存在着问题生活中处处存在着问题生活中的一些问题石油是不可再生资源，有没有替代油？石油是不可再生资源，有没有替代油？教室里的桌椅设计是否合理？教室里的桌椅设计是否合理？三轮车、摩托车、汽车转弯时易

5、摔倒，三轮车、摩托车、汽车转弯时易摔倒，怎么办？怎么办？雨衣有没有缺点？雨衣有没有缺点？在使用黑板擦擦黑板时有没有发现问题？在使用黑板擦擦黑板时有没有发现问题？人掉进深井，有没有更好的施救办法？人掉进深井，有没有更好的施救办法？l问题是如何产生的呢？ 人们的需求和愿望，可以说是一切技术问题的总来源。 例如：为了解决进食，人们设计了勺子、例如：为了解决进食，人们设计了勺子、筷子，西方人发明了刀叉。筷子，西方人发明了刀叉。变色防烫碗变色防烫碗“一种自带吸管的易拉一种自带吸管的易拉罐罐”（获得实用新型专（获得实用新型专利证书）利证书）-该实用新型该实用新型解决实际问题所采用的解决实际问题所采用的技术

6、方案是：一种自带技术方案是：一种自带吸管的易拉罐，包括易吸管的易拉罐，包括易拉罐体和易拉罐顶盖及拉罐体和易拉罐顶盖及吸管组成，其特征在于吸管组成，其特征在于吸管为一可弯折吸管，吸管为一可弯折吸管，插入易拉罐体内部，易插入易拉罐体内部，易拉罐顶盖中的拉盖连接拉罐顶盖中的拉盖连接着吸管扣件，吸管插入着吸管扣件，吸管插入吸管扣件内。吸管扣件内。 问题从哪里来？必然碰到的生活（衣、食、住、行等）生活（衣、食、住、行等）需要需要(为别人解决问题为别人解决问题)主动思考（开发新产品）主动思考（开发新产品）主动发现的别人给出的 人类的需求与愿望人类的需求与愿望不断推动着物不断推动着物质产品和精神产品的生产和

7、创新，质产品和精神产品的生产和创新，这些是产生设计课题的源泉。这些是产生设计课题的源泉。 1 1、人类的需求、人类的需求2、人类的愿望、人类的愿望(想飞想飞)（二）发现问题的途径与方法（二）发现问题的途径与方法书包的变化书包的变化侧背书包侧背书包 横式侧背书包横式侧背书包 双肩运动书包双肩运动书包 健康书包健康书包 拉杆书包拉杆书包 智能书包智能书包 ？ 人的需求是会随着技术发展和时代人的需求是会随着技术发展和时代的变化而变化的。其实我们除了可以从的变化而变化的。其实我们除了可以从无到有的创造新产品外，对熟悉的工具无到有的创造新产品外，对熟悉的工具或用品都可以提出新的要求，并重新设或用品都可以

8、提出新的要求，并重新设计。计。 书包的变化给我们什么启示呢？书包的变化给我们什么启示呢？ 从发展的眼光来看，世界上的从发展的眼光来看，世界上的一切事物都不可能尽善尽美，一旦一切事物都不可能尽善尽美，一旦找到这些找到这些事物的事物的“缺点缺点”并加以改并加以改进，事物就会在原有基础上得到新进，事物就会在原有基础上得到新的提高。的提高。2 2、从收集和分析信息发现问题、从收集和分析信息发现问题3、在技术研究与技术试验中“寻求灵感、发现问题” 案例分析： 伽利略与体温表 在一次课上，伽利略与学生一起 做实验时，看到水温升高后罐内 水位就会上升，由此突然想到一 个技术问题:“能不能利用热胀冷 缩的原理

9、制造出体温计呢？”想到 这伽利略顾不得上课，就立刻奔回 自己的工作室，投入到技术试验中。 试验了很多次，每次都以失败告终， 但他仍不气馁。有一次，伽利略用手握住试管底部，让管内空气渐渐变热，然后把试管的上端插入冰水中，松手后发现，水慢慢地从试管里上升了一截，再握住试管，水又渐渐从试管里被压了下去。从水的上升与下降已经看出了温度的变化。于是，他就把一个很细的试管装上水，排出里面的空气，密封并在试管上刻了刻度，这样，最早的体温表就研制成功了。模仿模仿DNA双螺旋结构的立体栽培双螺旋结构的立体栽培系统，节约土地又节水系统，节约土地又节水 通过实践，黄建洪发现普通立体通过实践，黄建洪发现普通立体栽培系

10、统存在两个问题：浇灌过程中栽培系统存在两个问题：浇灌过程中水浪费现象严重；采光不均匀，导致水浪费现象严重；采光不均匀，导致不同平台的植物生长状况不均衡。不同平台的植物生长状况不均衡。 黄建洪联想到利用黄建洪联想到利用DNA双螺旋结构双螺旋结构优越性改造立体栽培系统，经历半年多的设优越性改造立体栽培系统，经历半年多的设计修改，他终于成功实施了设计方案，与普计修改，他终于成功实施了设计方案，与普通立体栽培系统比，该系统的植物种植密度通立体栽培系统比，该系统的植物种植密度更高。并且它可以根据植物的需要定时喷水，更高。并且它可以根据植物的需要定时喷水，比普通立体栽培更节水。同时，它还能根据比普通立体栽

11、培更节水。同时，它还能根据不同平台植物的采光需要进行旋转，让所有不同平台植物的采光需要进行旋转，让所有的植物能获得均匀的采光。这个设计可以广的植物能获得均匀的采光。这个设计可以广泛应用于大棚蔬菜的种植、各种花卉的培育泛应用于大棚蔬菜的种植、各种花卉的培育以及育种等多个领域。以及育种等多个领域。 浙林本科生一项试验独具创意浙林本科生一项试验独具创意 中国工程院院士袁隆平，中国研究杂交水稻的创始人，世界上成功利用水稻杂交优势的第一中国工程院院士袁隆平，中国研究杂交水稻的创始人，世界上成功利用水稻杂交优势的第一人。他于人。他于1964年开始从事杂交水稻研究。年开始从事杂交水稻研究。 2004年年10

12、月，中国超级杂交稻研究第二期目标现场实测在深圳市月，中国超级杂交稻研究第二期目标现场实测在深圳市龙岗区龙岗区进行。有关专家对进行。有关专家对48亩实验田的超级杂交水稻晚稻的实测结果表明：每亩高达亩实验田的超级杂交水稻晚稻的实测结果表明：每亩高达847公斤，标志着中国超级杂交稻育种研公斤，标志着中国超级杂交稻育种研究继续领跑世界。究继续领跑世界。 2007年年3月月16日，袁隆平赴香港中文大学日，袁隆平赴香港中文大学联合书院联合书院参加参加“杰出学人到访杰出学人到访”活动，并作学术报活动，并作学术报告。他表示：在第一、第二阶段取得良好成果的基础上，第三阶段超级杂交水稻育种计划已顺势告。他表示：在

13、第一、第二阶段取得良好成果的基础上，第三阶段超级杂交水稻育种计划已顺势推出，目标是在推出，目标是在2015年将每亩水稻产量提高到年将每亩水稻产量提高到900公斤，并达到公斤，并达到“种三产四种三产四”，即种植，即种植3亩田，产亩田，产出原来出原来4亩田的稻谷。亩田的稻谷。 2011年年9月月19日，日， 指导的超级稻第三期目标亩产指导的超级稻第三期目标亩产900公斤高产攻关获得成功，湖南公斤高产攻关获得成功，湖南隆回县隆回县百亩百亩试验田亩产达到试验田亩产达到926.6公斤。公斤。 1981年年6月月6日，袁隆平和籼型杂交水稻获国内第一个特等发明奖。日，袁隆平和籼型杂交水稻获国内第一个特等发明

14、奖。 2001年年2月月19日，袁隆平院士获首届日，袁隆平院士获首届“国家最高科学技术奖国家最高科学技术奖”。颁奖仪式在人民大会堂举行，。颁奖仪式在人民大会堂举行，由国家主席江泽民亲自颁授奖励证书和奖金（由国家主席江泽民亲自颁授奖励证书和奖金（500万元）。万元）。2000年国家年国家最高科学技最高科学技术奖获奖者术奖获奖者袁隆平袁隆平1、设计、设计问题的来源问题的来源（）人类的需求与愿望是设计问题的来源（）人类的需求与愿望是设计问题的来源（）要知道人们的需求与愿望（）要知道人们的需求与愿望,要去了解、调查。要去了解、调查。（）设计可以是原创性设计，也可以是改进性设计。（）设计可以是原创性设计

15、，也可以是改进性设计。小结：小结：2、发现、发现问题的途径问题的途径（）（）观察日常生活观察日常生活：养成观察的习惯，形成观：养成观察的习惯，形成观察的灵敏性。制定好观察提纲，有计划地实行察的灵敏性。制定好观察提纲，有计划地实行观察。观察。（）（）收集和分析信息收集和分析信息：通过调查、访问、媒体、：通过调查、访问、媒体、互联网、查阅资料等。互联网、查阅资料等。（）（）参加技术研究与技术试验参加技术研究与技术试验。二、明确设计要解决的技术问题 明确设计要解决的技术问题明确设计要解决的技术问题就是要弄清楚要设计的技术问就是要弄清楚要设计的技术问题的所在，进而判断问题是否题的所在，进而判断问题是否

16、能够解决，是否当前可以解决，能够解决，是否当前可以解决，是否值得解决是否值得解决1、判断问题是否能够解决就是判断要、判断问题是否能够解决就是判断要解决的问题有没有违反科学理论和客观解决的问题有没有违反科学理论和客观规律。规律。 凡是伪科学的或者反科学的问题都不应徒劳地设计。n永动机永动机n长生不老药长生不老药2、判断问题是否当前可以解决，解决、判断问题是否当前可以解决，解决这个问题是否超出了当前的能力与条这个问题是否超出了当前的能力与条件。件。 如果是当前科学技术水平无法解如果是当前科学技术水平无法解决的问题，就不适宜进行设计；对超决的问题，就不适宜进行设计；对超出当前物质条件和工作条件（人力

17、、出当前物质条件和工作条件（人力、物理、资源等）的问题，也不适宜进物理、资源等）的问题，也不适宜进行设计。行设计。3、判断问题是否值得解决，是解决、判断问题是否值得解决，是解决这个问题是否有价值，这个问题是否有价值，投入产出比投入产出比如何，社会效益如何，综合效益如如何，社会效益如何，综合效益如何，不符合成本效益原则的设计一何，不符合成本效益原则的设计一般都不宜考虑。般都不宜考虑。判断下列问题的价值：判断下列问题的价值：1 1、2 2、 4 4、能否去火星上种果树？能否去火星上种果树？5 5、怎样才能把冬天下的雪都有效利用起来？怎样才能把冬天下的雪都有效利用起来？6 6、能不能把水能不能把水“变成变成”油？油？l案例分析：案例分析： 水变油事件水变油事件曾有人声称做了大量实验曾有人声称做了大量实验发明了水变油的技术，即水通过机器后变成了发明了水变油的技术，即水通过机器后变成了油。水变油一度被宣传为中国继