论中学通用技术课程限制条件对学生进行技术设计的重要性

何威年

生活中每个人都知道真正的自由并非完全自由，真正的自由在于完全自由与限制性之间的平衡，设计活动也是如此。有人说“设计是带着锁链的舞蹈”，这一比喻非常形象。

设计是指人们参与的旨在提升后继创新行为质量的活动或过程，意味着开发某些事物或是为了解决问题而执行计划之前，要经过一个系统的、精细的规划和观念生成的过程。就学生而言，设计是他们日常必做的事情。例如，制订学习计划和假期出游计划、决定自己房间的布置和摆放、设计自己的形象、选择合适的午餐等。而对更加具体、更有技术含量的设计，我们称之为简单的技术设计，一般以设计一个具体实物或者方案为目的。

通用技术课程的必修模块是“技术与设计1”与“技术与设计2”，其核心内容是培养学生的技术设计能力，其至关重要的是教会学生如何正确地进行技术设计。学生在进行具体的技术设计时，通常不是不能设计，而是不能合理地设计。其中，最重要的原因之一是无法正确地理解和解决具体设计所受的各种限制条件。无论是一个问题的解决，还是一项设计的进行，其限制条件主要由两个方面决定，一是设计对象的特点和设计的标准即内在限制条件，二是设计者的技术能力与条件即外在限制条件。内在限制条件一般是指具体产品的功能、特点和要求，外在限制条件则是指具体设计项目所受到的来自设计人员不同专业上的制约，即设计者是否具有解决问题所需知识和技能，以及设计所受到人力、物力、财力、时间的限制。就学生的设计而言，基本上指的是利用现有资源，达到指定目标。因此，结合自身能力与条件对现有资源进行收集、取舍和利用，是学生需要解决的外在限制条件，而对设计目标的理解和处理是其需要解决的“内在限制条件”。

一、限制条件对技术设计的约束作用

通常来说，技术设计是从想法到产品的过程，必须严格地符合自然科学与技术这一“客体”的尺度，任何违背自然客体尺度的设计最终都是毫无意义的。因此，不具备基本功能，不能被正常加工，不满足生产和销售的经济性要求，不符合使用者的操作习惯，不符合使用者的正常审美需求等，都违背了设计的各种内在限制条件。例如，汽车内部装饰物（包括音响）如果出口日本，需要通过“内突规制”（轿车车辆内部突出物规定与限制），这其实是一种比较典型的内在限制条件。对一般的技术设计来说，内在限制条件是设计成功的基础，必须被严格遵守。

与此相似，学生设计尽管非常常见和简单，且可以通过多种途径收集大量的资料，但由于生活经验的缺失，会造成一些显而易见的数据错误和功能忽视，以至于出现无法正确完成设计工作的情况。因此，要想顺利地完成设计任务，必须要很好地确定内在限制条件。

技术设计的顺利实施，不但存在内在限制条件，还会受到设计者主客观条件的限制，即所谓的外在限制条件。对同一个作品，一千个设计师就有一千种设计，外在限制条件从根本上控制了设计的整个形势。每个人都会因为自身的教育背景及对技术的掌握情况而受到限制。中学生由于知识和经验的局限，很难驾驭较复杂的技术设计。尤其是对需要制作模型或原型的技术设计，不但要考虑基本的功能和设计要求，还要思考加工的工具、工艺和场地，否则很难产生较为合理的设计。因此，对学生的设计来说，外在限制条件在很大程度上决定了这一设计是否真正完成，其重要性甚至要在内在限制条件

之上。

以学生设计台灯为例，使用220伏交流电时要保障其安全性，要思考灯罩的聚光性和不透光性该如何体现，台灯大小、造型以及开关位置要符合使用习惯，且结构强度和稳定性要好，各构件间的连接要牢固和易于制作等，这些是学生设计台灯的内在限制条件。如果我们无法满足内在限制条件，设计作品就必然是无本之木、无源之水。而外在限制条件要根据学生的主客观条件来决定。例如，甲使用葡萄酒的包装木盒制作台灯的支架，可能是因为在找材料时刚好看见家中有喝完酒剩下的木盒子;乙选择用卡纸制作台灯的灯罩，可能是因为自己的动手能力较差，认为用纸材料加工会容易点;丙可能会用铁丝制作模仿小狗形状的台灯，也许在上网查资料时被一盏自制的小狗灯所吸引，自己想仿制;而丁所设计的台灯，显然是不能制作成功的（见图1）。每个学生的设计、制作水平和条件不同，对尤其需要学生实际制作完成的设计，更要认识到限制条件的重要性，真正了解和解决它。

图2和图3是不同事物的设计草图。从这些设计草图中，我们可以发现很多错误，如图2中将合页安装在凳面上会影响使用的舒适性，而且两条相交的木质凳脚开长槽，无论中间用什么连接都不可能在地面上支撑。图3的移动小书柜看似没有问题，但细究就会发现，由于尺寸没有标注单位，而我们一般会默认为毫米，就会发现这个书柜的尺寸实在太小，不实用。学生的设计草图，乍一看似乎不错，但由于受知识技能水平的制约，缺乏实际动手的经验，对设计的外在限制条件考虑不足，就容易出现“看上去很美”但实际无用的设计。

二、主要的限制条件及简单解决方法

在学生进行技术设计全过程的各个环节，限制条件无处不在，要想较好地了解学生对其的理解程度，应该把它放到各个环节中给予分别剖析。

1.收集资料阶段

以学生通过百度搜索查找小木桥的设计与制作受到的限制条件为例，当以设计、限制、限制条件、约束、约束条件、设计局限性、设计缺陷、设计误区等词语中的任何一个为关键词进行搜索时，均无所得，即使只想寻找一些其他学校的类似设计作品时，使用学生设计作品、小木桥的设计或木桥制作为关键词时，所得图片信息也非常罕见。这一问题还出现在百科类、提问类网站中。一个问题的提出，能得到的往往是大量的重复资料和无用信息，有用的资料微乎其微。

因此，教师要建议学生使用专业网站和论坛，如乐土网、肉丁网、专利之家、人人小站、工业设计之家等。此外，还可以参照真实物体进行辅助设计，如木桥设计可以参考真实的桥梁设计，简化后

使用。

2.设计分析与方案构思阶段

由于大多数学生的知识面狭窄，阅历少，导致设计方案单一化、简单化。以台灯设计这一偏重设计的活动为例，在设计开始前，教师可以让学生欣赏最近几年流行的台灯设计作品，精选设计创新和制作简单的作品，或提供之前学生作品的照片来拓展学生的思维。对于木桥制作这一偏重制作的活动，在设计前，教师给学生介绍一些结构稳固性的知识和结构力学的经典应用案例，对其也会产生很大的

帮助。

3.设计方案的呈现阶段

设计师给人的最初印象是坐在绘图板前不停绘制和涂抹的人，这是因为他们要以一种非常视觉化和图形化的方式表达自己的思想和工作。因此，绘图能力的好坏也直接制约着设计的质量，也是学生进行技术设计时的最主要限制条件。但当前中学生绘制草图、三视图的能力普遍较差，基本上不会使用任何计算机绘图软件，导致设计表现方法欠缺，无法把自己的设计方案完整地呈现出来，更无法给予进一步的交流和改进。

但画草图没有捷径，只有靠大量的练习才能掌握这一技巧。教师应有计划地增加学生画草图的训练，从最简单的立方体开始，然后是简单几何体的叠加和切割，慢慢增加几何体的数量，争取早日达到能绘制简单小家具的程度。另外，大多数学生之所以画不好草图，除线条不流畅、线条不直、粗细不均或弯曲不圆滑之外，主要的问题是空间想象能力欠缺和透视表现不够准确。准确的透视、流畅的线条，再加上对物体体积感的把握，是画好草图的关键。由于多数学生之前很少接触草图，而通用技术课的教学时间又严重不足，因此教师可选择一个简单的计算机绘图软件进行讲解，如谷歌公司推出的“SKETCHUP”（草图大师），其就是一个很好的三维绘图软件。

4.模型制作阶段

制作阶段，学生会受到加工材料和加工工具的限制。尽管在模型制作前通常会讲解一些关于材料、工具、设备的特性等陈述性知识，介绍加工工艺和技术操作规范等规范知识，但技术知识与操作技能之间尚存在较大的距离，仅仅从技术层面知道“怎么做”，并不能保证他实际上“会做”这件事。

而了解加工材料的限制是设计创新、设计可行性及材料选择的重要依据，是学生技术素养结构中知识要素的重要方面。课程标准要求学生要知道一两种材料的特性，那这里的“知道”是什么意思。首先，从技术的角度来说，“知道”材料的特性并不是要知道材料的化学结构，而只是对材料所体现的强度、硬度等力学特性有一些了解，这关系到产品设计的形态及制品的稳定性、可靠性、安全性等。其次，从学习要求看，要求知道一两种材料的特性，不是让学生单纯地识记陈述性知识，而是要通过具体的任务情境了解不同的材料特性，如进行技术试验体会不同材料的抗拉和抗压特性。只有这样，才能让学生将对材料特性的学习与解决实际技术问题结合起来。这同样适用于对加工工具的限制，并非简单地通过教一些模型或者工艺的陈述性知识，而应使学生在动手实践的过程中思考。

综上所述，限制在学生的技术设计过程中无处不在，只有充分理解各个阶段的设计所受到的限制条件，才能设计出合理、可行的方案。

三、限制条件对技术设计的促进作用

技术设计过程中，设计师在设计时必然受到自身技术能力的制约，必然带来不同程度的设计作品，每个产品都是他们精心设计的结果，凝聚和反射着设计师主观的影子和现实环境中无数客观的限制。因此，限制条件不仅对设计有着约束作用，很多时候也能够带来灵感和创新。图4是杭州西溪湿地博物馆的设计图。博物馆要求实用空间大，但要尽可能地拥有更多的绿化。这两个自行矛盾的限制条件让设计师产生很大的困惑，最后形成这样的一个方案：以“山丘”作为表现载体，将博物馆“埋”入“山丘”中，表面设有洞穴似的采光井;“山丘”内部呈空洞型，通过壳体结构形成巨大的空间;外部全部覆盖绿色的植被，远远望去，缓缓的山丘似乎融入西溪的山水之间。这一独特的设计完美地解决了设计最难的限制条件，由此产生一个经典设计。

限制条件不但会为设计者带来灵感，还是设计得以顺利实施的必要保证，是设计评价的基本准则。教师可以给出下列一些设计题目，让学生根据条件进行设

计。如：

1.请学生设计一个有创意的柜子，材料和用途自定。

2.请学生设计一个在教室中使用的装置，用于解决下雨天雨具的存放问题。

3.请学生设计一种教室用雨伞柜，用于放置各种雨伞，设计时要满足如下要求：①供全班同学使用;②结构保持稳定、牢固，使用要方便、安全;③放置在教室的空置空间，不影响正常的学习和生活;

④使用雨伞柜时不能造成教室地面积水，要求尽可能的美观、创新。

可以发现，尽管前两道设计题目的限制条件较少，看似放宽了设计要求，尤其是第一道设计题几乎没有提出任何要求，但“太多的选择等于没有选择”。当学生碰到这类宽泛的设计题目时，反而有种无从下手的感觉。第三道设计题目要求明确，学生在克服一个个限制条件的过程中，很自然地就会完成设计，反而更容易上手。同时，有了完整的设计要求，意味着能以此作为评价标准，而像“设计一个有创意的柜子，材料和用途自定”这样的题目，很难在设计完成后对其评价和评定。

生活中每个人都知道真正的自由并非完全自由，真正的自由在于完全自由与限制性之间的平衡，设计活动也是如此。有人说“设计是带着锁链的舞蹈”，这一比喻非常形象。“舞蹈”象征着设计者对设计最佳效果的追求，“锁链”则形象地指出设计过程的难度，即本文提到的各种限制条件。从来就没有完美无缺的设计，一个好的设计作品是各种限制条件制约、妥协并综合考虑后得出的产物。一个好的设计者能够认识到设计的限制，并在此基础上进行最大限度的自由发挥。因此，当学生遇到教师提出的种种看似很难做到的设计要求时，应主动思考并解决问题，而不是只会抱怨问题。我们要拥抱限制，习惯在限制下设计，这才是学会真正技术设计的第

一步。

（作者单位：浙江省杭州师范大学附属中学）

（责任编辑：孙建辉）