論中學通用技術課程限制條件對學生進行技術設計的重要性

何威年

生活中每個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與限制性之間的平衡，設計活動也是如此。有人說“設計是帶著鎖鏈的舞蹈”，這一比喻非常形象。

設計是指人們參與的旨在提升后繼創新行為質量的活動或過程，意味著開發某些事物或是為了解決問題而執行計劃之前，要經過一個系統的、精細的規劃和觀念生成的過程。就學生而言，設計是他們日常必做的事情。例如，制訂學習計劃和假期出游計劃、決定自己房間的布置和擺放、設計自己的形象、選擇合適的午餐等。而對更加具體、更有技術含量的設計，我們稱之為簡單的技術設計，一般以設計一個具體實物或者方案為目的。

通用技術課程的必修模塊是“技術與設計1”與“技術與設計2”，其核心內容是培養學生的技術設計能力，其至關重要的是教會學生如何正確地進行技術設計。學生在進行具體的技術設計時，通常不是不能設計，而是不能合理地設計。其中，最重要的原因之一是無法正確地理解和解決具體設計所受的各種限制條件。無論是一個問題的解決，還是一項設計的進行，其限制條件主要由兩個方面決定，一是設計對象的特點和設計的標準即內在限制條件，二是設計者的技術能力與條件即外在限制條件。內在限制條件一般是指具體產品的功能、特點和要求，外在限制條件則是指具體設計項目所受到的來自設計人員不同專業上的制約，即設計者是否具有解決問題所需知識和技能，以及設計所受到人力、物力、財力、時間的限制。就學生的設計而言，基本上指的是利用現有資源，達到指定目標。因此，結合自身能力與條件對現有資源進行收集、取舍和利用，是學生需要解決的外在限制條件，而對設計目標的理解和處理是其需要解決的“內在限制條件”。

一、限制條件對技術設計的約束作用

通常來說，技術設計是從想法到產品的過程，必須嚴格地符合自然科學與技術這一“客體”的尺度，任何違背自然客體尺度的設計最終都是毫無意義的。因此，不具備基本功能，不能被正常加工，不滿足生產和銷售的經濟性要求，不符合使用者的操作習慣，不符合使用者的正常審美需求等，都違背了設計的各種內在限制條件。例如，汽車內部裝飾物（包括音響）如果出口日本，需要通過“內突規制”（轎車車輛內部突出物規定與限制），這其實是一種比較典型的內在限制條件。對一般的技術設計來說，內在限制條件是設計成功的基礎，必須被嚴格遵守。

與此相似，學生設計盡管非常常見和簡單，且可以通過多種途徑收集大量的資料，但由于生活經驗的缺失，會造成一些顯而易見的數據錯誤和功能忽視，以至于出現無法正確完成設計工作的情況。因此，要想順利地完成設計任務，必須要很好地確定內在限制條件。

技術設計的順利實施，不但存在內在限制條件，還會受到設計者主客觀條件的限制，即所謂的外在限制條件。對同一個作品，一千個設計師就有一千種設計，外在限制條件從根本上控制了設計的整個形勢。每個人都會因為自身的教育背景及對技術的掌握情況而受到限制。中學生由于知識和經驗的局限，很難駕馭較復雜的技術設計。尤其是對需要制作模型或原型的技術設計，不但要考慮基本的功能和設計要求，還要思考加工的工具、工藝和場地，否則很難產生較為合理的設計。因此，對學生的設計來說，外在限制條件在很大程度上決定了這一設計是否真正完成，其重要性甚至要在內在限制條件

之上。

以學生設計臺燈為例，使用220伏交流電時要保障其安全性，要思考燈罩的聚光性和不透光性該如何體現，臺燈大小、造型以及開關位置要符合使用習慣，且結構強度和穩定性要好，各構件間的連接要牢固和易于制作等，這些是學生設計臺燈的內在限制條件。如果我們無法滿足內在限制條件，設計作品就必然是無本之木、無源之水。而外在限制條件要根據學生的主客觀條件來決定。例如，甲使用葡萄酒的包裝木盒制作臺燈的支架，可能是因為在找材料時剛好看見家中有喝完酒剩下的木盒子;乙選擇用卡紙制作臺燈的燈罩，可能是因為自己的動手能力較差，認為用紙材料加工會容易點;丙可能會用鐵絲制作模仿小狗形狀的臺燈，也許在上網查資料時被一盞自制的小狗燈所吸引，自己想仿制;而丁所設計的臺燈，顯然是不能制作成功的（見圖1）。每個學生的設計、制作水平和條件不同，對尤其需要學生實際制作完成的設計，更要認識到限制條件的重要性，真正了解和解決它。

圖2和圖3是不同事物的設計草圖。從這些設計草圖中，我們可以發現很多錯誤，如圖2中將合頁安裝在凳面上會影響使用的舒適性，而且兩條相交的木質凳腳開長槽，無論中間用什么連接都不可能在地面上支撐。圖3的移動小書柜看似沒有問題，但細究就會發現，由于尺寸沒有標注單位，而我們一般會默認為毫米，就會發現這個書柜的尺寸實在太小，不實用。學生的設計草圖，乍一看似乎不錯，但由于受知識技能水平的制約，缺乏實際動手的經驗，對設計的外在限制條件考慮不足，就容易出現“看上去很美”但實際無用的設計。

二、主要的限制條件及簡單解決方法

在學生進行技術設計全過程的各個環節，限制條件無處不在，要想較好地了解學生對其的理解程度，應該把它放到各個環節中給予分別剖析。

1.收集資料階段

以學生通過百度搜索查找小木橋的設計與制作受到的限制條件為例，當以設計、限制、限制條件、約束、約束條件、設計局限性、設計缺陷、設計誤區等詞語中的任何一個為關鍵詞進行搜索時，均無所得，即使只想尋找一些其他學校的類似設計作品時，使用學生設計作品、小木橋的設計或木橋制作為關鍵詞時，所得圖片信息也非常罕見。這一問題還出現在百科類、提問類網站中。一個問題的提出，能得到的往往是大量的重復資料和無用信息，有用的資料微乎其微。

因此，教師要建議學生使用專業網站和論壇，如樂土網、肉丁網、專利之家、人人小站、工業設計之家等。此外，還可以參照真實物體進行輔助設計，如木橋設計可以參考真實的橋梁設計，簡化后

使用。

2.設計分析與方案構思階段

由于大多數學生的知識面狹窄，閱歷少，導致設計方案單一化、簡單化。以臺燈設計這一偏重設計的活動為例，在設計開始前，教師可以讓學生欣賞最近幾年流行的臺燈設計作品，精選設計創新和制作簡單的作品，或提供之前學生作品的照片來拓展學生的思維。對于木橋制作這一偏重制作的活動，在設計前，教師給學生介紹一些結構穩固性的知識和結構力學的經典應用案例，對其也會產生很大的

幫助。

3.設計方案的呈現階段

設計師給人的最初印象是坐在繪圖板前不停繪制和涂抹的人，這是因為他們要以一種非常視覺化和圖形化的方式表達自己的思想和工作。因此，繪圖能力的好壞也直接制約著設計的質量，也是學生進行技術設計時的最主要限制條件。但當前中學生繪制草圖、三視圖的能力普遍較差，基本上不會使用任何計算機繪圖軟件，導致設計表現方法欠缺，無法把自己的設計方案完整地呈現出來，更無法給予進一步的交流和改進。

但畫草圖沒有捷徑，只有靠大量的練習才能掌握這一技巧。教師應有計劃地增加學生畫草圖的訓練，從最簡單的立方體開始，然后是簡單幾何體的疊加和切割，慢慢增加幾何體的數量，爭取早日達到能繪制簡單小家具的程度。另外，大多數學生之所以畫不好草圖，除線條不流暢、線條不直、粗細不均或彎曲不圓滑之外，主要的問題是空間想象能力欠缺和透視表現不夠準確。準確的透視、流暢的線條，再加上對物體體積感的把握，是畫好草圖的關鍵。由于多數學生之前很少接觸草圖，而通用技術課的教學時間又嚴重不足，因此教師可選擇一個簡單的計算機繪圖軟件進行講解，如谷歌公司推出的“SKETCHUP”（草圖大師），其就是一個很好的三維繪圖軟件。

4.模型制作階段

制作階段，學生會受到加工材料和加工工具的限制。盡管在模型制作前通常會講解一些關于材料、工具、設備的特性等陳述性知識，介紹加工工藝和技術操作規范等規范知識，但技術知識與操作技能之間尚存在較大的距離，僅僅從技術層面知道“怎么做”，并不能保證他實際上“會做”這件事。

而了解加工材料的限制是設計創新、設計可行性及材料選擇的重要依據，是學生技術素養結構中知識要素的重要方面。課程標準要求學生要知道一兩種材料的特性，那這里的“知道”是什么意思。首先，從技術的角度來說，“知道”材料的特性并不是要知道材料的化學結構，而只是對材料所體現的強度、硬度等力學特性有一些了解，這關系到產品設計的形態及制品的穩定性、可靠性、安全性等。其次，從學習要求看，要求知道一兩種材料的特性，不是讓學生單純地識記陳述性知識，而是要通過具體的任務情境了解不同的材料特性，如進行技術試驗體會不同材料的抗拉和抗壓特性。只有這樣，才能讓學生將對材料特性的學習與解決實際技術問題結合起來。這同樣適用于對加工工具的限制，并非簡單地通過教一些模型或者工藝的陳述性知識，而應使學生在動手實踐的過程中思考。

綜上所述，限制在學生的技術設計過程中無處不在，只有充分理解各個階段的設計所受到的限制條件，才能設計出合理、可行的方案。

三、限制條件對技術設計的促進作用

技術設計過程中，設計師在設計時必然受到自身技術能力的制約，必然帶來不同程度的設計作品，每個產品都是他們精心設計的結果，凝聚和反射著設計師主觀的影子和現實環境中無數客觀的限制。因此，限制條件不僅對設計有著約束作用，很多時候也能夠帶來靈感和創新。圖4是杭州西溪濕地博物館的設計圖。博物館要求實用空間大，但要盡可能地擁有更多的綠化。這兩個自行矛盾的限制條件讓設計師產生很大的困惑，最后形成這樣的一個方案：以“山丘”作為表現載體，將博物館“埋”入“山丘”中，表面設有洞穴似的采光井;“山丘”內部呈空洞型，通過殼體結構形成巨大的空間;外部全部覆蓋綠色的植被，遠遠望去，緩緩的山丘似乎融入西溪的山水之間。這一獨特的設計完美地解決了設計最難的限制條件，由此產生一個經典設計。

限制條件不但會為設計者帶來靈感，還是設計得以順利實施的必要保證，是設計評價的基本準則。教師可以給出下列一些設計題目，讓學生根據條件進行設

計。如：

1.請學生設計一個有創意的柜子，材料和用途自定。

2.請學生設計一個在教室中使用的裝置，用于解決下雨天雨具的存放問題。

3.請學生設計一種教室用雨傘柜，用于放置各種雨傘，設計時要滿足如下要求：①供全班同學使用;②結構保持穩定、牢固，使用要方便、安全;③放置在教室的空置空間，不影響正常的學習和生活;

④使用雨傘柜時不能造成教室地面積水，要求盡可能的美觀、創新。

可以發現，盡管前兩道設計題目的限制條件較少，看似放寬了設計要求，尤其是第一道設計題幾乎沒有提出任何要求，但“太多的選擇等于沒有選擇”。當學生碰到這類寬泛的設計題目時，反而有種無從下手的感覺。第三道設計題目要求明確，學生在克服一個個限制條件的過程中，很自然地就會完成設計，反而更容易上手。同時，有了完整的設計要求，意味著能以此作為評價標準，而像“設計一個有創意的柜子，材料和用途自定”這樣的題目，很難在設計完成后對其評價和評定。

生活中每個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與限制性之間的平衡，設計活動也是如此。有人說“設計是帶著鎖鏈的舞蹈”，這一比喻非常形象。“舞蹈”象征著設計者對設計最佳效果的追求，“鎖鏈”則形象地指出設計過程的難度，即本文提到的各種限制條件。從來就沒有完美無缺的設計，一個好的設計作品是各種限制條件制約、妥協并綜合考慮后得出的產物。一個好的設計者能夠認識到設計的限制，并在此基礎上進行最大限度的自由發揮。因此，當學生遇到教師提出的種種看似很難做到的設計要求時，應主動思考并解決問題，而不是只會抱怨問題。我們要擁抱限制，習慣在限制下設計，這才是學會真正技術設計的第

一步。

（作者單位：浙江省杭州師范大學附屬中學）

（責任編輯：孫建輝）