选择性必修9 创造力开发与技术发明.pdf

TONGYONG JISHUPUTONG GAOZHONG JIAOKESHU绿 色 印 刷 产 品 绿 色 印 刷 产 品 选择性必修上海通用技术封面选修9 创造力开发与技术发明 4.5毫米.indd 1上海通用技术封面选修9 创造力开发与技术发明 4.5毫米.indd 12022/9/20 16:152022/9/20 16:15普通高中教科书通用技术选择性必修北京创造力开发与技术发明上海市中小学（幼儿园）课程改革委员会组织编写总 主 编：褚君浩副 主 编：朱志勇本册主编：孙时敏编写人员：孙时敏 曹杨璐 敖 培责任编辑：徐勇雁 梅栾芳美术设计：胡白珂普通高中教科书 通用技术 选择性必修 创造力开发与技术发明上海市中小学（幼儿园）课程改革委员会组织编写出版发行网（北京市海淀区中关村南大街17号院1号楼 邮编：100081）址 http:/版权所有未经许可不得采用任何方式擅自复制或使用本产品任何部分违者必究如发现内容质量问题，请登录中小学教材意见反馈平台：声明 按照中华人民共和国著作权法第二十五条中有关规定，我们已尽量寻找著作权人支付报酬。著作权人如有关于支付报酬事宜可及时与出版社联系。本册教材图片提供信息：本册教材中的图片由全景网、视觉中国等图片网站提供。通用技术是一门联系科学规律和技术应用的课程。人类在生产实践和科学实验的过程中，获得了知识，掌握了规律，形成了技术，进而在工程任务中利用技术，提升生产实践和科学实验的水平。实践认识再实践再认识，这样的过程循环反复，人类的科学技术不断提升，社会生产力不断发展。世界是物质的，物质是运动的。在我们周围充满着物质的多种多样的运动形式，除了常见的机械运动，还有光、声、热、电、磁、分子、原子、基本粒子、生命运动等。人们在观察和研究物质的这些运动形式时，发现了规律，运用规律发明了技术，相应产生了机械技术、光技术、声技术、热技术、电技术、磁技术、分子技术、核技术、生物技术等。这些技术分别或者集成起来在多类工程任务中得以应用，涉及机械工程、土木工程、热力工程、电子工程、光学工程、能源工程、环境工程、生物工程、航空航天工程、海洋工程、地质工程等。典型的工程，包括南浦大桥、世博会的中国馆、虹桥枢纽屋顶上的太阳能发电站、C919大飞机、风云四号等大工程，也包括制造服装、烹饪菜肴、室内装修、三维打印零件等小工程。工程任务完成后制造出各类产品，应用于社会方方面面不同领域，为社会创造财富。从事这些工作的勤奋踏实而富有创新精神的劳动者，成为了基础扎实的工程师和精益求精的工匠，他们是我们学习的楷模。我国古代人民的发现和发明造就了中国科学技术的辉煌历史，不仅有指南针、造纸术、印刷术、火药等重要发明，还有以都江堰水利工程、传统木建筑的榫卯结构等为代表的水利、天文、建筑、铸造、纺织、陶瓷、冶金、航海等古代科学技术，这些杰出的技术是中国古代科技文明的精粹，对人类文明发展和社会生产力的进步产生了巨大推动作用和深远影响。技术是人类利用自然规律实现某种功能和目标的一种能力，它的背后是科学规律，它的前面是工程任务。工程任务有明确目标，技术在完成工程任务中实现它的价值。例如，根据牛顿第三定律可以利用作用力的反作用力推进物体，这一原理可以用于火箭工程，再运用万有引力定律，可以发射地球卫星，甚至把嫦娥四号送到月球背面。技术的价值在工程任务中得到充分体现。把技术应用于工程，就要遵循工程的规范。实现技术的应用，完成一项工程任务，首先要明确这项工程的具体目标，提出完整可行并有创新的设计方案。设计方案又涉及工程目标物的结构、工艺流程、组成系统、意图控制等。方案的具体内容要用技术语言和图样表达出来，根据图样来操作加工，最后实现方案，完成工程任务。工程实施过程中的经验和教训，需要同行互相交流；是否完成了预期的目标要求，需要由外部专家和使用者进行评价。工程交付后，还要经受时间和应用的评判。同学们，新时代已经来临，新工业革命正在悄悄向我们走来。如同18世纪以机械化为特征的第一次工业革命、19世纪以电气化为特征的第二次工业革命、20世纪以信息化为特征的第三次工业革命，21世纪人类将开启以智能化为特征的第四次工业革命。人类致同学们致同学们 I总是先在观察或实践中发现规律，在此基础上发明了技术，进而推动技术的应用与发展。人们发现了质能关系，发明核技术；发现了受激辐射规律，发明激光技术；发现了光纤中光传输规律，发明光通信技术；发现了电磁波规律，发明无线通信技术；发现了半导体光跃迁规律，发明半导体照明技术；等等。先进技术为构建人类绚丽文明打下基础。谁掌握了规律，谁发明了技术，谁就获得了主导权。智能制造是新工业革命的重要特征，而通用技术是智能制造的基础课程之一。同学们，机遇和挑战在等待着我们！通用技术课程必修内容包括“技术与设计1”“技术与设计2”两个模块，它们分别从技术和设计的角度阐述通用技术的一般概念，并通过实践来帮助同学们体验技术与设计的内涵。选择性必修内容包括“技术与生活”“技术与工程”“技术与职业”和“技术与创造”4个系列11个模块。整体框架由图0-1表示。学习这门课程要注重掌握概念和加强实践，尤其要通过动手实践，来培养自己的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力等核心素养。图 0-1 课程内容整体框架生活工程职业创造智能家居应用设计服装及其设计现代家政技术技术与职业探索职业技术基础机器人设计与制作工程设计基础电子控制技术基元技术创造力开发与技术发明产品三维设计与制造科技人文融合创新专题控制的设计系统的设计流程的设计结构的设计技术与设计2交流与评价方案与实现技术的设计技术的性质技术与设计1通用技术人类科学活动和生产实践创造力开发与技术发明属于选择性必修课程的“技术与创造”系列课程教材，分为技术与创造力开发、创新思维与技法、创新工具与创客文化、发明成果及专利四部分内容。学习创造力开发与技术发明分册，能帮助同学们了解发明创造的必要条件，能够有意识地运用创新思维体验发明创造的过程，形成积极的创造意向和兴趣，培养良好的创造性思维品质。我们将一起通过案例分析理解技术的发展需要发明和革新，在技术作品设计与制作中，经历构思、设计、实现、运作的工程教育模式，体验发明创造的过程。同学们将在模拟解决真实问题的过程中，形成积极的创造意向和兴趣，进一步提升批判性思维品质和创造性思维品质。在学习过程中，希望同学们勤实践体验、多思考讨论，借助各种技术工具、资源进行学习与创新，不仅要理解和掌握具体的通用技术知识与技能，还要把握运用通用技术解决问题的思想方法。力技术电技术磁技术光技术声技术热技术II创造力开发与技术发明第一章 技术与创造力开发 1第 1 节 技术创新 2第 2 节 创造力及其开发 7第二章 创新思维与技法 19第 1 节 创造性思维 20第 2 节 创造技法 29第三章 创新工具与创客文化 41第 1 节 创新工具 42第 2 节 创客文化 49第 3 节 创新设计与制造 53第四章 发明成果及专利 65第 1 节 知识产权 66第 2 节 申请专利 70目 录从探测月球地质和资源的“嫦娥四号”到“中国制造”的标志之一“复兴号”，技术正不断地改变着我们的社会和生活。技术发展过程中，技术创新是核心。高性能架空导线材料与制备技术的发明、电视显示技术的革新等，技术的不断变革，持续推动着技术进步。技术创新活动，本质上要依靠人的创造力。每个人都有创造力，但想要实现技术创新，必须夯实基础能力、创造性思维能力和创造性实践能力等创造力要素。在发明创造的过程中，我们要从创新意识、创新精神、创新方法、创造性思维等多个维度，不断开发我们的创造力，不断提升我们的技术意识。第一章 技术与创造力开发第 1 节技术创新第2 节创造力及其开发第1节 技术创新在人类历史的长河中，从蒸汽机的发明到电力的广泛使用，从电子计算机的广泛使用到人工智能等全新技术的产生与使用，每一项技术的问世都是创新的结果，都闪烁着创新的光芒。我们说，各种利用技术提高资源配置效率的新活动都可以称之为创新，如技术创新、产品创新、过程创新等。创新是技术发展的核心所在，是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭动力。一个国家只有拥有了强大的自主创新能力，才能在激烈的国际竞争中赢得主 动。一、技术创新随着社会的发展、文明的进步、经济的增长，技术也在不断地进步和发展。一切技术最终都要实现一定的绩效，都要经历不断地好中再好、优中选优的过程。为了满足越来越优的要求，这个过程就需要不断创新，不断进步。技术创新是指一种能使整个社会生产力得以跃进性提高的新技术体系逐步取代原有技术体系，并成为社会生产力主导的创新活动。因此，技术创新是技术发展的灵魂，也是技术发展的核心。技术创新有两种表现形式：一种是以创造新技术为目的的创新，即技术发明，如发明一种新的激光技术；另一种是以科学技术知识及其创造的资源为基础的创新，即技术革新，如以现有的激光技术为基础开发一种新产品或新服务。1.认识技术的创造性特征，知道创新是技术发展的核心。2.理解技术发展需要发明和革新。学习目标2创造力开发与技术发明二、技术发明发明是发明人的一种思想，这种思想可以在实践中解决技术领域里特有的问题。技术发明一般是人们运用科学发现的成果创造出一种以前不存在的人工事物或方法的实践活动。技术发明具有以下特点。第一，技术发明是创造过去尚未出现过的事物。如蒸汽机技术的发明开创了热能向机械能的转化，在基本原理上区别于仅有机械能转化的简单机械。第二，技术发明是新颖的技术成果。如电灯中用钨丝代替碳丝，用充氩代替真空，虽然都是依据电热发光的同一原理，但是进行了新的技术改进。第三，技术发明需要提供先进的原理、结构和功能。如与电子管计算机相比，晶体管计算机提供了更为先进的技术，在原理、结构和功能效益上均优于电子管计算机。第四，技术发明必须是有应用价值的创新。如中国工程院院士袁隆平先生在杂交水稻上的一系列技术发明，主要是源自人口大国对于粮食的需求。案例高性能架空导线破解特高压输电难题架空导线是电网中用量较大、极为关键的组成部分之一。目前，特高压、远距离、大容量输电对架空导线的导电率、强度、耐热性能和疲劳性能均提出了较高的要求。但是，材料的导电率提升往往受到材料的强度、耐热性和疲劳性的制约。为了解决这一问题，我国上海某项目团队历经20余年，研制出了高性能铝合金导线材料。项目团队通过理论计算和科学实验，采用新型铝合金材料制备耐热导线，化解了导电率和耐热性之间的矛盾；通过全流程精细控制技术和超细夹杂物的去除技术，消除了材料内部潜在的疲劳裂纹源，增加了铝合金材料的强度。目前，高性能铝合金导线材料已经在国家电网旧网改造工程和特高压大跨越工程中获得大量应用（图1-1）。图1-1 架设高性能铝合金导线现场讨论&交流1.阅读以上案例材料，讨论该项目团队研制了哪种架空导线材料与制备技术，解决了哪些电力传输方面的难题？2.列举历史上技术发明推动技术发展的例子，并分析原因。第一章 技术与创造力开发 3三、技术革新技术革新是以提高技术成果的性能为目标，在原有技术原理的基础上和范围内，对原有技术成果在构成要素、结构方式、外部形状和工艺流程等方面的改变和调整。任何技术的发展都有一个技术革新的过程。例如，世界上第一辆汽车问世时，在构成要素、结构方式、外部形状和工艺流程等方面都尚需改进和完善。通过技术革新不断从发动机、车身结构、材料、传动等方面进行调整更新、优化功能、提高指标，从而使汽车技术在其技术原理所允许的范围内不断向前发展。案例电视显示技术的变迁电视机作为每个家庭的客厅娱乐中心，已经伴随人们走过了近一个世纪。在这段漫长的时光里，电视机也随着人们不断提升的视听追求，而完成了一次又一次的升级（图1-2）。图1-2 电视显示技术的发展阴极射线管（cathoderaytube，CRT）显示技术是电视显示技术的“开山鼻祖”。CRT显示技术具有对比度高、色彩明亮、价格低廉等优势，同时也有清晰度低、体积巨大、辐射强、屏幕易碎等劣势，并且很难做到大屏化和轻薄化。20世纪70年代，等离子（plasmadisplaypan