1、发现与明确问题 发现问题第四章 发现与明确问题第一节 发现问题第四章 发现与明确问题第一节 发现问题【教材版本】通用技术必修1技术与设计1（江苏教育出版社）【设计理念】以生活中经常遇到的话题为切入点，创设情景促进学生思考，用任务驱动的学习方式，引导学生在师生互动、自我体验中完成本堂课的学习内容，拓展学生的思路，提高学生发现问题的能力。【教材分析】1.知识结构分析本节内容由问题的来源、发现问题的途径及方法、技术研究与技术实验三部分组成，在知识点的内在逻辑上这三个知识点是一种逐层递进的关系。发现问题是技术设计过程首要阶段，对学生理解设计的一般过程，建立发现问题、认识问题的意识，形成对问题的敏感性。
2、教学时间：1课时。2.知识发生发展过程分析发现问题的重要性及问题的来源这两部分内容是学习发现问题的方法的铺垫和准备。学习的重点在于使得学生理解和掌握发现问题的方法，而由于问题的种类不同，故此可针对不同种类的问题提炼出发现的方式。这也是本节课教学重点和难点。3.知识学习意义分析发现问题是从事任何活动的起点和发端。科学合理的问题是促进事物不断向前发展的动力。人类社会就在这样一个不断的发现问题和解决问题的过程中不断发展进步。因此，发现问题对技术发展、科学研究、生产生活都具有十分重要的意义。本节的学习在于掌握发现问题的方法，培养学生探索、思考、求新的精神。【学情分析】1.原有认知发展分析在高阶段学生已
3、经初步具备了分析问题解决问题的基本能力，能够从现象中分析隐藏与其后的本质，具有归纳总结、演绎和逻辑推理的能力。2.原有知识结构分析发现问题对于每位同学来讲似乎并不陌生，问题在我们生活当中无处不在，问题的提出是人类发展社会进步的基础。但我们的学生对问题却往往视而不见，问题如空气，习以为常、不能一起足够的重视与关注。即便能提出问题，可是从未考虑过问题的价值和意义。对问题的提出也不系统，在思维和习惯上没有明确的方式方法。这节课的意义在于从理论上对问题的提出进行一个归纳、总结，告知学生发现问题的视角，培养学生的问题意识。因此，学生的生活经验、对问题的思考就成为了学生进行本节学习的知识基础。同时，他们的
4、认知水平能够对现象进行总结。3.非认知因素分析高中学生具有强烈的好奇心和探索欲望，是他们学习的基础。【教学目标】1.知识与技能知识目标：明确发现问题的重要性，初步掌握发现问题的一般途径和方法。能力目标：能通过各种渠道收集与所发现问题相关的各种信息，并进行处理。2.过程与方法通过案例分析，使学生能够结合自己的亲身经历和日常生活，尝试着去发现问题，初步掌握发现问题的一般途径和方法，在相关文献材料的搜集和整理中能掌握信息搜集的方法和渠道，学会分析相关信息，并对其进行处理。3.情感、态度与价值观深切感受发现问题对社会进步及个人发展的重要作用。【重点难点】1.教学重点：掌握发现问题的一般方法。2.教学难
5、点：调动学生创新的积极性，培养学生的问题意识，激发学生的探究欲望，提高学生分析问题的能力。【教学资源】本节课的教学在多媒体教室完成。通过幻灯片呈现诸多的图片、视频案例，借以加深学生对本节课知识的理解。教学器材：直吸管、可弯曲吸管、折叠式剃须刀、电动剃须刀。【教学方法】情景教学法、小组讨论、比较法【教学过程】引入新课：“在第三章的学习中，我们已经对设计的一般过程有了深刻的认识，知道了发现和确定设计项目，是设计的一般过程中的首要阶段，是进行独立设计活动的第一步，是非常重要的一个设计环节。”, “为了使同学们更深入地了解和掌握设计过程，从本章开始，我们将详细地介绍几个主要设计环节的有关知识。”,“首
6、先我们来学习发现问题这一节课的内容。”第四章 发现与明确问题第一节 发现问题一、发现问题的重要性：【案例分析】美国福特公司案例美国福特汽车公司的一台巨型发电机出现了故障，很多人都修不好，只得请来了德国的电机专家来修理。这位德国专家来了以后，用了两天两夜的时间呆在发电机旁，这看看，那听听，最后他在发电机的顶上划了一条线并告诉修理工，将顶盖打开，将划线处的线圈减少16圈。故障果然被排除了。（酬金多少？）这位德国专家向福特公司索要1万美元的酬金。很多人认为不值，因为故障很简单，排除也很容易。但福特的老总认为值。因为他发现了问题，而不在于排除故障的复杂与简单。发现的问题是否具有比较高的价值？提出一个问
7、题往往比解决一个问题更重要，因为解决问题也许仅仅是一个教学上或实验上的技能而已。而提出新的问题、新的可能性，从新的角度去看旧的问题，都需要有创造性的想像力，而且标志着科学的真正进步。爱因斯坦【美】生活并非尽善尽美，而问题所在之处恰恰是其不能满足人类需求的地方。为了满足需求，人们需要发现问题。从技术角度看，人类进步与发展的过程就是不断发现问题，不断进行设计，从而解决问题的过程。人的需求问题促使技术发展二、问题的来源1.什么是问题？在生活中，在很多为我们所不知而需要解答的话题，这就是问题。要求要解答的题目。需要研究解决的疑难和矛盾。2.你都遇到过哪些问题？在我们生活中，我们会碰到各种各样的，形形色
8、色的问题。有的是科学方面的问题，有的是社会方面的问题，也有的是技术方面的问题。世界上第一个发明体温计的人是谁？科学问题怎样测量出人的体温技术问题毒品问题，大学生就业问题，工人下岗，失业问题社会问题3.问题从何处来？通过举例，让学生将列举的问题进行分类总结出学问题的三个来源。（1）人类生存活动中必然会遇到的问题（必然碰到的）例：我们要解决如何进食，所以设计出刀叉。叉子、筷子；为了解决清洗衣服，人们设计出了洗衣粉、肥皂等。（2）别人给出的问题（别人给出的）在企业进行设计工作时，问题的来源大都属于这种。当汽车的速度超过200km/h时，空气阻力问题越来越明显。为了解决这个问题，人们设计了外观呈流线型
9、的汽车。（3）基于一定的目的有设计者自己主动发现问题（主动发现的）【案例分析】阅读P78电话的发明，贝尔针对的是什么问题？这个问题从何而来？答案：贝尔针对的是如何让声音通过电传输的问题。是贝尔自主发现并研究解决的问题。第一、第二种问题的提出往往比较明确，主要是针对一般的和已有的问题提出的，而第三种问题却是全新的，它需要我们积极主动地思考，需要我们细致入微地工作需要我们独具慧眼的发现。这类问题的发现，一方面可以挑战和拓展我们的能力，另一方面也有可能更好地满足人们的需要，推进技术的发展和创新。面对技术世界，有的人善于发现有价值的问题，有的人却“视而不见”，这不仅是问题意识的强弱所致，也牵涉到是否掌
10、握发现问题的方法。那么，发现问题有什么途径与方法呢？三、发现问题的途径与方法同学们，生活是蕴藏问题的大宝库，在生活中，偶然遇到的一个事件、一个器物、一个现象，甚至对偶然遇见的人或事的偶然一瞥、偶然一思，都可能引发一个问题的发现。生活中从来都不缺少问题，缺少的是发现问题的眼睛！P79案例：新式纺纱机的诞生说明：生活的点滴均可引发问题的发现。1. 敏锐观察，发现问题观察日常生活思考在日常生活中，你有过无意中发现问题的经历吗？【案例分析1】（1）屁股挨冻这么办？（2）铅笔盒的进步？（3）蒸锅中的碟子拿不出来怎么办？（4）剩余食物的软包装口敞开怎么办？【案例分析2】以下方案解决了什么问题？（1）图1马
11、桶刷通常用痰盂盛，既占地方又不利于地面卫生清洁。（2）图2解决了不宜钉钩的光滑墙面安装挂钩的问题。（3）图3解决了拖把的放置问题。【案例分析3】再考考你：以下你发现了什么问题？如何解决？左图问题：防盗网装于内，玻璃坏了难于修补。解决方案：防盗网装于外，或防盗网设计成纵向条状。右图问题：桶盖抓手下大上小，容易打滑。解决方案：桶盖抓手设计成上下一样的，或大小变化不大、下小上大。【马上行动4】病人躺着用直吸管吸取杯中饮料，如果管子弯折，就喝不到饮料；人们在喂婴儿食物的时候不知道冷热，会烫着孩子；在使用折叠剃须刀时很不安全，常常刮破皮肤；怕打针怎么办？你知道这些问题的发现引发了哪些设计和发明吗？图例答
12、案： 一种自带吸管的易拉罐 变色防烫碗 飞利浦HQ46剃须刀（双层刀片设计剃须更舒适） 无针注射器问题探讨：善于在观察生活中发现问题者具备哪方面素质？关注生活，有较强的问题意识。具有对问题价值判断的敏感性。勤于思考，善于联想，具有解决问题的愿望。2.主动出击，寻找问题收集和分析信息组织学生阅读教材上收集信息的多种方法（见课本图）。案例：钢盔的发明。在第一次世界大战后，各国都对他们阵亡的士兵进行了统计，发现有相当比重的士兵因头部中弹而死。后来各国就研制了钢盔来保护士兵的头部。收集信息的途径：文献法、问卷法（开放式、封闭式、混合式）、询问法【交流活动】P81以高一（1）孙宇同学设计台灯为例，就“使
13、用台灯产生的苦恼”如何展开询问？【马上行动】请就钢笔的使用情况设计一份询问提纲，通过对同学的询问，发现问题并了解问题产生的原因。在使用笔的过程中有什么问题？发现这些问题，你有何设计设想？发现问题问题产生的原因如何解决笔摔过之后，就不好写了，会漏墨。笔尖容易开裂，装墨水的橡胶软管容易破。对笔尖和吸墨管的构造和材料做改进设计携带不方便，需要和纸配套使用。快节奏的生活方式和科技的发明使数码设备、U盘、笔记本等成为人们记录的首选。增加钢笔的附加功能，如收录音、计算、记忆等功能。笔盖容易掉笔盖和笔身是分离的，需要人工开合 。设计一个自动盖头问题存在于生活中，生活中也存在问题，问题处处在，时时有。只要同学
14、们细心、认真观察也可以发现问题。3. 研究试验，产生问题技术研究和技术试验【案例分析】1阅读P82案例，这个案例说明了什么？这个案例说明了技术研究与技术试验往往会触发灵感，发现新问题，进而产生新发明。【案例分析】2北京顺义新大桥垮塌2006年12月，北京顺义新建的钢索斜拉桥在试验中垮塌，好在桥离河床低，又置枯水期，仅有三人负伤。该桥设计承重量100吨，试验时由10辆装载沙子的车驶往桥上，总载重约60吨，可见其实际可承载重量达不到设计要求。如不经试验而使用，后果不堪设想。【思考】技术试验对发现问题有什么重要作用？在已有的技术研究中联系和发现新问题；在技术试验的过程中感悟和发现新问题 。【思考】你
15、认为发现问题的途径与方法还有哪些？刨根究底 抓住问题日本的本田公司就很推崇“抓住问题，追问到底”。比如，某台机器突然不动了，他们就采用追问到底来解决。“DD机器为什么不动了？”DD保险丝断了。DD为什么保险会断？DD超负荷，电流过大DD为什么超负荷？DD轴承润滑不好DD为什么轴承会润滑不好？DD吸不上润滑油。DD为什么吸不上油？DD油泵严重磨损DD为什么会磨损？DD是因为没有装过滤器进入了铁屑。问题到此，也就解决了。应该给油泵装过滤器。联想产生问题例1：鲁班由手被草的叶缘划破这一现象产生联想，进而发明了锯子。例2：既然凸透镜能聚集太阳光来点火，那么冰不是也能取火？做梦发现问题例：苯的分子式的发
16、明元素周期表的发现四小结1.发现问题的重要性：2.问题的来源：（1）人类生存活动中必然会遇到的问题（必然碰到的）（2）别人给出的问题（别人给出的）（3）基于一定的目的有设计者自己主动发现问题（主动发现的）3发现问题的途径与方法（1）敏锐观察，发现问题观察日常生活（2）主动出击，寻找问题收集分析信息（3）研究试验，产生问题技术研究和技术试验五、课后反思：本节课因在课前对课件做了充分的准备，使运用课件教学取得较大的成功。“问题的种类”与“问题的来源”分别采用表格和图示的方法来论述，学生一目了然，提高了教学效率。课件中增加了许多生活中典型案例的分析，扩充了教学容量，增强了论述的说服力，使学生切实认识
17、到“问题无处不在”和发现问题的意义。补充“联想产生问题”利于启发学生开拓“发现问题的途径与方法”（这里将鲁班发明锯作为“联想产生问题”案例）补充：案例一：浙江省有一位高中学生，设计了一个“多功能量角器”。获得了浙江省青少年科技发明奖。她是怎样发现了这个设计项目的呢？原来是因为做错了一道数学题。一次数学作业本发下来，在一道题上老师划了一个大红叉。仔细一看是因为三角函数值查错了。她想，可不可以不用查表就得到函数值呢？如果能将函数值刻在量角器上，不是很方便吗？因此，她决定设计一个“多功能量角器”。经过她的刻苦钻研和实验，终于获得了成功。案例二：还是这所中学的一位高中学生。一个暑假，她到居住在乡下的奶
18、妈家去看望奶妈，看见兽医正在给小鸡做阉割手术，并得知，公鸡去势可以促进生长，提高产量。“去势可以提高产量”的结论在她的脑子中产生了强烈的反应。她马上想到，“公兔去势是不是也可以提高产量呢？如果可以，那奶妈家的100只长毛兔，不是就可以提高兔毛的产量了吗？”带着这样的疑问，她决定“试一试”，首先学习如何识别雄兔和雌兔，然后学习怎样选择试验兔，再学习给雄兔做去势手术，并在兽医的指导下，给三只雄兔作了去势手术，接下来就是等待试验的结果。74天过去了，结果也出来了，与未做手术的兔比较，产量增加7，为了进一步验证这个试验结果，她又和几个同学一起，又给10只雄兔做了手术，产量又增加了6.8。据专家估算，这
19、项试验的推广，将使新昌县全年增加收入74万元。这项成果被评为浙江省科技成果二等奖。这虽然只是一项技术的发现过程，但它和设计项目的发现是完全相同的。值得我们来学习和借鉴。案例三：也是一名高中生，他的邻居大叔在外打工时扭伤了腿，柱着拐杖回家休养。每天看到大叔艰难地上楼、艰难地下蹲。使章晓军同学产生了要为大叔减轻痛苦的强烈愿望。他经过分析，只要拐杖能随着人动作的需要变化长度，让拐杖什么时候都能起到作用，就能帮助用拐杖的人方便地完成上楼、下蹲等动作。经过多次的试验、改进，最后终于完成了这项产品的发明。并获得省科技发明二等奖。在这位高中生的发明的道路上，也不是一帆风顺的。他前面的两次尝试都失败了。一次是
20、“摔不破的眼镜”，（他喜欢运动，又戴着眼镜，经常摔破眼镜）另一次是“可变焦的透镜”。但是，失败并没有使章晓军同学止步。他仍然用挑剔的眼光仔细地观察日常生活中习以为常的事物，发掘它们不完善之处，寻找改进的最佳方法。就是在这种精神支持下，他终于获得了成功。案例四：一位中学生，在看电影的时候，看到农民用手让玉米脱粒的时候，就想起家乡的人用手脱粒的艰难情境，他决心要发明一个让家乡人民摆脱脱粒艰难的“家用玉米脱粒机”。在构思方案时，他受到农民在手工脱粒时，先用一个锥子，从玉米行缝中插入，左右晃动，把玉米粒挤下来的启发，想出了将玉米棒放入不断转动的圆筒中使之脱粒的基本方法，经过多次的试验和改进，终于制成了
21、高效、省力的“家用玉米脱拉机”。并由学校制作成成品，送给了家乡的乡亲们。这项设计同样获得了省级奖励。案例五.南京的很多红旗出租车后座空调出风口经常会坏，因为经常被客人用脚踩。到了下雨天就会把泥留在上面不易清理，而且他们也没时间清理，时间一长就坏了。一位红旗轿车出租车司机针对问题发明了车后座空调出风口盖子，正对出风口处的小窗口上的盖子处挖出一块可开合。到了夏天天热盖子就开着，平时不用就合上，有效地解决了问题。这几个案例还说明：人人都可以进行设计，人人都可以有所发明，每个人都有创造的潜能。这个结论，不仅是实践的总结，它还得到了基因理论理论的支持。我们人类的祖先，在开始从动物界分离出来的时候，其实也
22、不比其它高等动物聪明多少。但是，随着人类不断地发明和创造。人的大脑就更加发达。这种发达的大脑，必然通过基因和遗传，在每个人的身上积淀起深厚的创造潜能。人在青少年时期，正是这种创造潜能最活跃的涌动期。好奇心、敏感性、跃跃欲试的勇气就是这种涌动最明显的体现。但是，好奇心容易在日复一日的司空见惯的氛围中窒息；敏感性容易在“事不关己”的惰性中麻木；而跃跃欲试的勇气则容易在对权威的过于迷信中消亡。许多人的创造潜能就是这样被沉埋于心底，长期尘封甚至霉烂掉了。因此，要将人的创造潜能化为现实创造，就要在青少年时期激发其好奇心，维护其敏感性，鼓励其敢试的勇气。我们开设通用技术课，就是要为同学们揭开蒙在创造上的神
23、秘面纱，让大家知道创造是每个人都可能的，而且从某种意义上看，创造又是十分简单的。我们要鼓励同学们积极动脑，勇敢地动手，尝试着去发明，去创造，并最终拿出成果来。我体会，这应该是我们在高中开设技术课程的最根本的目的，这也是技术素养的重要内容。举例六：在2004年9月，IBM公司员工状告公司的案件。IBM公司是全球有名的大公司，被人们称之为“蓝色的巨人”，该公司对待自已的员工就像对待自已的亲属一样，但就是在这样的一个公司，为什么会出现这样的情况呢？原来在IBM公司无尘车间工作过的员工，他们通过调查发出他们患癌症而死亡的比率是常人的4倍，他们新生儿畸形率是常人的8倍，为什么出现这样的情况，原来在无尘车
24、间工作时他们就要经常接触到一种化学物质，该化学物质对人体有毒，而该公司对员工隐瞒这种情况。文献法询问法：集体询问、家庭询问、电话询问、个别询问。案例七：日本的本田公司就很推崇“抓住问题，追问到底”。比如，某台机器突然不动了，他们就采用追问到底来解决。“机器为什么不动了？”保险丝断了。DD为什么保险会断？DD超负荷，电流过大DD为什么超负荷？DD轴承润滑不好DD为什么轴承会润滑不好？DD吸不上润滑油。DD为什么吸不上油？DD油泵严重磨损DD为什么会磨损？DD是因为没有装过滤器进入了铁屑。问题到此，也就解决了。应该给油泵装过滤器。以日本的本田公司就很推崇“抓住问题，追问到底”为案例说明：采用询问法
25、不仅可以发现问题，而且可以了解问题产生的原因。案例八：“天花病疫苗的发现” 因天花的蔓延所造成的人类的不幸是令人惨不忍睹的。在不到30年的时间内，欧洲先后就曾有五位国王或皇后因天花而丧生，人们因天花难以遏制的传染而惶恐。作为医生的琴纳，怀着一种强烈的责任感和浓厚的兴趣迫切希望能够对天花这种疾病的防治作出点努力。有一天，一位少女来到琴纳的诊所看病，琴纳根据少女的症状诊断她患的是天花。但是少女稍停片刻之后解释说：我这不是天花。我在奶牛场挤牛奶时，手指上的皮肤不慎被装牛奶的铁桶碰破了，当时没在意。后来，碰破的手指又接触到奶牛常患的痘疮上，第三天，我手上就生出了几颗小痘疮。这不是天花，几十年来，在我们
26、奶牛场所有挤奶的姑娘中，没有一个患天花的，只是差不多都患过这种小痘疮。听了少女的话，琴纳仿佛意识到了什么，然而又有点半信半疑。在此后近20年的时间中，琴纳一边行医一边经常到奶牛场，仔细观察奶牛生痘疮，牛痘怎样感染到人的身上，人感染了牛痘后又有哪些症状。在经过细心的观察之后，他做了详细的记载，接着就开始了在动物身上接种牛痘，然后再接种天花的试验。1796年5月17日，被称为死神的帮凶的天花从此被人类征服了。分析：琴纳是怎么发现天花疫苗的？他用了哪些方法？出于解救天花病患的目的，主动从少女的话中发现了问题“几十年来，在我们奶牛场所有挤奶的姑娘中，没有一个患天花的，只是差不多都患过这种小痘疮。” 他
27、通过仔细的观察，详细的记录和多次的试验才发现了天花疫苗。案例九：“关键期理论的发现” 性学家劳伦茨在偶然中发现他的一只小鸭子没有跟着母鸭子走，带着这样的疑问，他做了个实验，把刚出生的小鸭子跟母鸭子分离，他就在小鸭子的身边走来走去，结果发现这只小鸭子永远也学不会跟随母鸭子，反而跟随他。 别小看这小鸭子，它们使劳伦茨获得了诺贝尔奖据此提出了关键期理论，即小鸭子的这种先天学习（他称之为“印刻”现象）只在其出生后一个短暂的关键期内发生，一旦形成就不会改变，并形成永久性依恋。如果错过这一时期，就不再出现这么好的学习时机。案例郁闷的一天小明今天上课迟到了。昨天爸爸去外地出差，妈妈又在医院值班。小明怕今早起
28、不来，昨晚睡前，拿出新买的闹钟，设定好闹铃的时间。早上5点钟闹铃就响了，小明醒来一看，时间还早，就又睡下。可是这一觉睡过了头。要是闹钟能够设定每隔一段时间就自动提醒，那该多好啊！从床上起来，匆匆忙忙从冰箱里取出速冻水饺放进锅里煮，却发现水饺冻成一团，怎么都分不开。背上书包，赶紧开门，却怎么也旋不开防盗门上那个开锁的旋扭。匆匆忙忙骑上自行车，发现轮胎是瘪的！这轮胎天天漏气，哎，要是有不漏气的轮胎该多好！上了一辆公交车，发现IC卡刷不了，原来刷卡机“罢工”了，小明没带零钱，这下完了，只能走到学校去了。回答发现的问题苯在1825年由英国科学家法拉第(Michael Faraday,1791-1867
29、)首先发现。此后几十年间，人们一直不知道它的结构。苯地结构成了十九世纪的一个很大的化学之谜。当时所有的证据都表明苯分子非常对称，大家实在难以想像6个碳原子和6个氢原子怎么能完全对称地排列、形成稳定的分子。为了探究谜底，凯库勒每天只睡三四个小时，工作起来就忘记了休息，黑板、地板、笔记本，甚至墙壁上，到处都是他写下的化学结构式，但是一直没有结果。直到有一天，凯库勒苦思冥想，他长期以来一直想把苯分子的结构式表达出来。他想着想着，困倦了，几乎要昏昏入睡。坐在壁炉前打了个瞌睡，原子和分子们开始在幻觉中跳舞，一条碳原子链像蛇一样咬住自己的尾巴，在他眼前旋转他被这奇异的梦惊醒了。这珍贵的一刹那梦境，给他带来
30、了启示：凯库勒明白了苯分子是一个环，苯分子用一个六角形的环状结构来表示不是很好吗？ 在德国化学会成立25周年庆祝大会上，凯库勒报告了自己发现苯环结构的经过，开玩笑地对人们说：“先生们，让我们学会做梦吧”凯库勒抓住这梦中的一闪念，迅即解决了这长期困扰他的问题，从而对有机化学理论做出了卓著的贡献，成为灵感促成发明的著名事例。有人为了更形象的描述苯地环状结构，还用蛇环和猴环图描述苯的环状结构从此，苯分子C6H6有了一种固定的权威性的表述方法。就是现在充满了我们的有机化学教科书的那个六角形的圈圈。凯库勒认为苯环结构是6个碳原子构成平面六边形，每个碳原子均连接一个氢原子，环内碳碳单键双键交替如图：苯的凯库勒式：
