《现代设计理论与方法》教学模式探讨

第一篇：《现代设计理论与方法》教学模式探讨

摘要：本文针对《现代设计理论与方法》这门课的特点，以虚拟设计技术为实例，以提高学生应用能力，进而实现创新能力的培养为目标，针对《现代设计理论与方法》课程的教、学、考等方面的教学模式进行了分析探讨。

引言

随着科学技术的迅猛发展以及计算机技术的广泛应用，设计领域正在进行一场深刻的变革，各种现代设计理论与方法不断涌现，设计方法更为科学、系统、完善和先进。传统设计方法已发展成为一门新兴的综合性、交叉性学科——现代设计理论与方法。现代设计理论与方法的广泛应用，必将为我国的工业生产带来巨大的经济效益，对提高我国工业产品的设计质量，缩短设计周期，推动设计工作的现代化、科学化方面将发挥巨大作用。

《现代设计理论与方法》涉及到的内容较多，设计方法种类繁多，而且课时有限，传统的讲解授课模式，教学效果必然是课堂气氛沉闷，学生感觉枯燥、单调，为此应根据《现代设计理论与方法》课程的特点，积极探讨教学方法，分析学生的知识结构，以应用为主导，适可兼并理论，综合应用多种教学手段，多侧面、多角度的向学生展示知识信息。

1.教学模式的探讨

1.1传统设计与现代设计的比较

传统设计常用的设计方法有理论设计、经验设计和模型试验设计，设计过程是利用经验公式通过大量的手工或计算机计算，对所设计的产品的尺寸参数、性能等计算求解，制作模型样机，对实物样机进行试验分析、研究，有些试验是破坏性的，当通过试验发现缺陷时，又要回头修改设计制作样机，并再用样机试验，只有通过周而复始的设计——试验——设计过程，产品才能达到设计要求。

现代设计设计方法很多：优化设计、虚拟设计、有限元分析，并行设计，设计过程是利用现代设计手段，辅助计算机应用技术，在各种虚拟环境中真实地模拟产品的各种特性、工作环境，快速分析各种设计方案，进行对实物样机而言难以进行或根本无法进行的试验，直到获得最优的设计。

通过现代设计与传统设计的比较教学，使学生认识到现代设计的优点和传统设计的弊端，充分认识现代设计的设计过程、特点，以便更好的理解现代设计，利用现代设计方法进行产品设计开发，增加学习的积极性。

1.2理论教学与应用教学的统一

现代设计理论与方法设计理论复杂，牵扯的内容深，范围广，本科生很难理解和接受，所以教学中多利用现有的、成熟的设计实例，介绍其在产品设计中的使用过程、分析方法，同时兼顾设计理论的要点，使学生即会利用设计方法的设计过程、特点，同时明白设计方法的理论及应用，这样对于设计比较复杂的产品、较深的设计理论，枯燥的设计方法学习使学生能够用得得心应手，游刃自由。

1.3多媒体观摩教学

要提高教学质量，还必须进行教学手段的革新。多媒体技术是利用多媒体计算机综合处理和控制文字、图形、声音、图形、图像、动画和活动视频多种形式的媒体信息，是计算机辅助教学的最佳手段，可以按照教学需要、在诸多媒体元素之间建立起一定的逻辑关系，从而把它们有机的结合并呈现出来，同时完成一系列的人机交互式操作，并在这种交互过程中完成教学目标。

1.4网络教学

建立网上教学平台，以浏览器为用户界面，将课程教学文件、教学研究、学术动态及相关信息上网，用于指导学生学习，建立教学论坛，充分利用网络功能，调动学生的学习积极性，主动性，使师生共同学习，共同进步。

2.实践教学模式的探讨

2.1开设现代设计理论与方法设计综合设计实验周

由于学生课堂学习有限，很难做到现代设计理论与应用的综合试验训练，通过开设综合实验周，使学生集中一定时间，利用产品现代设计与开发过程，综合练习、理解掌握现代设计理论与方法的理念、应用和技巧，达到理论与实践的学习，充分掌握现代设计方法。

2.2现代设计方法与理论课外大赛

采用命题与自主命题的方式，在规定的时间内，要求学生利用现代设计方法完成某个小产品的设计开发、并进行有关的性能分析。通过举办现代设计课外作品大赛，一是可以普及推广现代设计的应用，还可以增加学生利用现代设计理论与方法能力的锻炼、增强学生的学习积极性，更好地融汇理解学习自己的专业知识。

3.考试模式的探讨

现代设计理论与方法的特点，是培养学生利用现代设计的能力，所以考试命题应注重应用能力的培养，考试可采用多种形式，如笔试测验与产品设计应用大作业综合训练的方式进行。

3.1教师命题上机操作

上课教师根据教学的重点，选择适合的命题，要求学生利用一种现代设计方法，在规定时间内，在计算机上完成产品的现代设计与分析试验研究；同时为了兼顾更好地、更多地掌握现代设计理论与方法，可以笔试测验一部分现代设计方法，以更广泛的掌握理解现代设计理论与方法，即采用实际操作与笔试联合考核的方式进行。

3.2设计论文

这种测试方法是把设计的内容、要求发给学生，要求学生在一段时间内完成设计，并提交设计分析论文，这种测试方法灵活性强，题目可大可小，也可以因人的能力不同，适合布置设计题目，同时设计题目可以是实际工程上的真题真做，也可以真题假做，学生可以充分发挥能动性，知识性、实用性和趣味性、创造性，在虚拟环境下设计出符合要求的产品，并议论文的形式写下来，这样既可以考核学生掌握现代设计理论与方法的掌握，又能锻炼学生的创新能力。

4.结论

实践证明，通过教、学、考等环节的模式教学行之有效，可明显改善传统教学模式的种种弊端，增加教学的可视性、知识性、实用性和趣味性，使教学过程生动、鲜活、附有节奏感和时代气息，激发学生学习兴趣和创造性、参与性，提高学生分析实际问题的能力，为学生将所学理论和技能应用于生产和科研工作中打下坚实的基础。

第二篇：现代设计理论与方法试卷

现代设计方法试题

一、单项选择题

1．CAD一词已经成为世界通用的名词，它是指（A）A．计算机辅助工程 B．计算机辅助制造

C计算机辅助设计 D．计算机辅助工艺规程设计 3．设备坐标系的维数一般为（B）A．一维 B．二维 C三维 D．四维 4．将平面图形沿X方向平移10个单位，沿Y方向平移15个单位，其坐标变换矩阵为（A）A． B．

C．D．

7．对约束优化问题，设计变量的选择（C）A．可以在可行域中 B．不允许在可行域中 C．只允许在可行域中 D．不一定在可行域中

8．要将一个有约束问题的求解转化为一系列无约束问题的求解，可以选择（C）A．复合形法 B．简约梯度法 C．罚函数法 D．共轭梯度法 9．在解决线性规划问题时，首选的优化方法为（B）A．外点罚函数法 B．单纯形法 C．拟牛顿法 D．变尺度法 11．有限元分析中，下列单元属于二维单元的是（D）

A．六面体单元 B．四面体单元 C．杆单元 D．三角形单元 12．用有限元方法求解问题获得的解属于（A）A．近似解 B．精确解 C．解析解 D．半解析解

13．采用杆单元进行平面刚架有限元分析，杆单元的一端具有（B）A．两个自由度 B．三个自由度 C．四个自由度 D．六个自由度

14．某刚架单元两节点对应的总体编码为5和3，则局部座标系下的单元刚度系数k在总体刚度矩阵中的位置为（D）

A．第5行第3列

B．第14行第3列

C．第5行第14列

D．第14行第14列 1 5．在平面应变问题中，沿轴线方向（C）

A．应变、应力都为零 B．应力为零，但应变不为零

C．应变为零，但应力不为零 D．应变、应力都不为零

16．若产品的平均寿命等于失效率的倒数则产品的寿命服从（C）A．正态分布 B．泊松分布 C．指数分布 D．二项分布 17．在平均安全系数不变的情况下，由于强度(或应力)的分散度增大会使零件的可靠度（A）A．降低 B．提高 C．不变 D．无法确定

18．当系统中任何—个零件发生故障都会导致整个系统失效，该系统是（A）A．串联系统 B．冗余系统 C．表决系统 D．非工作冗余系统 19．并联系统的可靠度比组成该系统的零件的可靠度（B）A．底 B．高 C．相等 D．不确定

20．产品工作到t时刻后的单位时间内发生失效的概率称为（D）A．平均寿命 B．平均失效密度 C．平均可靠度 D．平均失效率

二、多项选择题

21．下列设备属于CAD的输入设备的，有（BCE）

A．显示器 B．扫描仪 C．键盘 D．绘图仪 E．光笔

22．通过矩形窗口与矩形视区的匹配，可以实现图形的（ABD）A．放大 B．缩小 C．锗切 D．摇视 E平移

23．下列方法中属于利用目标函数的导数构造搜索方向的优化方法有（BE）A．坐标轮换法 B．梯度法 C．单纯形 D．Powell法 E．变尺度法 24．单元刚度矩阵具有（ACE）

A．奇异性 B．正定性 C．分块性 D．稀疏性 E．对称性

25．如图所示的2／4表决系统，下列情况系统可以正常工作的是（ABCDE）A．a、b失效c、d正常 B．a失效b、c、d正常 C．a、b、c、d正常 D．a、c正常b、d失效 E．a、d失效b、c正常

三、填空题

26．可靠度是对产品可靠性的概率度量。

27．系统的可靠度取决于组成系统的零部件的可靠度和零部件的组合方式。

28．CAD系统的软件根据其用途可分为三类，它们是：系统软件、支撑软件和专用。

29．在实体的边界表面表示法(B--re：p)中，实体外表面信息数据可分为两类，它们是几何信息数据和拓扑结构信息数据。

30．优化问题按目标函数的性质和约束的性质分为无约束优化问题和有约束优化

31．对于一种优化算法，如果从理论上讲经过有限步搜索可求出二次目标函数的极值点，则这种算法具有二次收敛性。

32．工程数据采用程序化方法处理时，一般有两种方法，一种为查表、插值的方法，另一种为将数据和线图拟合成经验公式。

33．梯度方向是指函数值增长最快的方向。

34．对结构进行有限元分析时，结构所受的载荷可以分为节点载荷和非节点载荷，对于非节点载荷需要进行载荷的移置处理。

35．用有限元法求解汽车在路面谱激励下的响应，该问题属于瞬态问题。

四、简答题

38.在有限元分析中，对结构划分的单元数是否越多越好？为什么？ 答．不是。

单元的数量取决于要求的精度、单元的尺寸和自由度数。

虽然一般单元的数量越多精度越高，但也有一个界限，超过这个值，精度的提高就不明显。39.系统的可靠分配按分配原则不同，有哪些分配方法？各自分配原则是什么？ 答．（1）系统的可靠度分配方法有：等同分配法、加权分配法和动态规划最优分配法。（2）（a）等同分配法按系统中各元件（子系统或零部件）的可靠相等的原则进行可靠度分配。

（b）加权分配法按各子系统在整个系统中的重要度以及各子系统的复杂度作为权重的原则来分配可靠度。

（c）动态规划最优分配法可以把系统的成本等因素为最小作为目标函数，而把可靠度不小于某给定值作为约束条件的原则分配可靠度；也可以把系统的可靠度尽可能大作为目标函数分配可靠度。

43．一组合变换如下，先将图形绕（3，4）点旋转60°，然后放大一倍。试求该组合变换的变换矩阵；

三角形各顶点的坐标为A（10，0）、B（10，20）、C（0，20），试求经过上述变换后三角形各顶点坐标。答．（1）将图形绕（3，4）点旋转60°的变换矩阵： = 将图形放大一倍

该组合变换的变换矩阵：

（2）三角形顶点坐标矩阵为： 变换后三角形的坐标： == 44．如图所示的平面桁架，由两个单元组成，单元（1）与单元（2），二者之间角为45°，单元（1）的局部坐标正方向为沿轴线方向由节点1指向节点3，单元（2）的局部坐标正方向为沿轴线方向由节点2指向节点3，在局部坐标系下每个单元的刚度矩阵分别为[K]=E，[K] =，求桁架的总体刚度矩阵[k].答．平面桁架的坐标转换矩阵为

由局部坐标系与总体坐标系的关系知：单元（1），单元（2）

在整体坐标下单元的刚度矩阵为

单元（1）局部码对应的总码为1、3，单元（2）局部码对应的总码为2、3

按照刚度订成法，可得出总体刚度矩阵为

5.已知某零件的工作应力和材料强度均服从正态分布，且应力的均值为480mpa，标准擦为36Mpa，材料强度的均值为600Mpa，标准差为76mpa，是确定零件的可靠度。解：零件的工作盈利和材料强度均服从正态分布

第三篇：《现代设计理论与方法》复习提纲

《现代设计理论与方法》复习提纲

第一章

设计方法学

1.现代设计目标：缩短产品设计周期；提高产品质量；降低生产成本。

T--缩短产品设计周期

Q--提高产品质量

C--降低其成本

2.传统设计法特点：静态的、经验的、手工式的、（近似计算）

现代设计法特点：动态的、科学的、计算机化的、（精确计算）

3.现代设计理论与方法的发展分为：（1)直觉设计阶段

（2)经验设计阶段

（3)半理论半经验设计阶段

（4)现代设计阶段 4.系统－执行特定功能而达到特定目的，相互联系，相互作用的元素。

具有特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即由两个或两个以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体都是系统。5.系统化设计的特征：由上而下、由总到细。

基本方法：系统的分析和综合。

6.黑箱法定义：把系统看成是一个不透明的，不知其内部结构的“黑箱”，在不打开黑箱的前提下，利用外部观测，通过分析黑箱与周围环境的信息联系,了解其功能的一种方法。

根据系统的某种输入及要求获得某种输出的功能要求，从中寻找出某种物理效应或原理来实现输入-输出之间的转换，得到相应的解决方法，从而推求出“黑箱”的功能结构，使“黑箱”逐渐变成“灰箱”、“白箱”的一种方法。7.系统化设计的步骤：

8、评价的目标内容：

（1)技术评价目标——可行性，创造性，可靠性

（2)经济评价目标——成本，利润，市场潜力

（3）社会评价目标——社会效益和影响

9.技术-经济评价法

（a)技术价 Wt :

Wt=(Piqi)/Pmax

（Pi-各技术评分值；qi-加权系数；Pmax-最高分值5分或10分）《现代设计理论与方法》复习提纲

（b)经济价Ww：

Ww=Hi/H=0.7Hz/H

（Hi-理想成本；H-实际成本）

（c)技术-经济综合评价 ：

均值法：W=（Wt+Ww)/2

双曲线法：

W=(Wt.Ww)

10.产品价值

V=F/C

(F-功能

C-成本)

11.寿命周期成本（要会画出它的曲线图，并做分析）

C=C1+C2

C1-生产成本

C2-使用成本

12、提高V途径（分5种情况讨论）

F ↑

/C →

=V ↑ 功能 F →

/C ↓

=V

↑ 成本

F ↑

/C ↓

=V ↑ 功能、成本 F ↑↑

/C ↑

=V ↑ 功能

F ↓

/C ↓↓

=V ↑ 成本

第二章

机械优化设计

1.优化设计的数学模型

统一形式描述：

min f(x)x=[x1,x2,„„„xn]

T s.t.gi(x)<=0 i=1,2,3„m hj(x)=o j=1,2,„„n(p

X（k+1）=x（k）+α（k）s（k）

x（k）——第K步迭代点

α（k）——第K步迭步长

s（k）——第K步迭代方向

3.终止准则：

X(k1)Xkksk1（1）点距准则： 《现代设计理论与方法》复习提纲

(2)下降准则：

f(X(k1))f(Xk)2

k1(3）梯度准则：

34.一维搜索方法 : 对一维（也称一元或单变量）函数f(x)寻求其极值点x*就是一维优化方法中限制最优解问题。

5.无约束极小化问题（无约束优化问题）：对于一个n维目标函数，在没有任何限制条件下寻求它的极小点的问题。

数学上表达为

minf(X)

X

R n

6、无约束优化方法分为哪两类方法，它们分别是什么？

（1）非梯度算法（不使用导数信息）：随机搜索法、坐标轮换法、Powell法、模式搜索法、单纯形法；

（2）梯度算法（使用导数信息）：梯度法、共轭梯度法、牛顿法、变尺度法。

7、变尺度法集合了梯度法和牛顿法的哪些优点？

前期属于梯度法，收敛速度快；后期属于牛顿法，在迭代极值点速度最快。8.单纯形法——对整个区间的点进行搜索，典型的直接法。

复合形法基本思路：在可行域中选取K个设计点（n+1≤K≤2n）作为初始复合形的顶点。比较各顶点目标函数值的大小，去掉目标函数值最大的顶点(称最坏点)，以坏点以外其余各点的中心为映射中心，用坏点的映射点替换该点，构成新的复合形顶点。反复迭代计算，使复合形不断向最优点移动和收缩，直至收缩到复合形的顶点与形心非常接近，且满足迭代精度要求为止。初始复合形产生的全部K个顶点必须都在可行域内。

9.有约束优化问题的分类：

直接法包括：网格法、复合形法、随机试验法、随机方向法、可行方向法。

间接法包括：惩罚函数法（内点法、外点法、混合法）、广义乘子法

10、要学会用公式构造惩罚函数（内点法和外点法）。内点法

f(X)1 或 (X,r(k))f(X)r(k)(X,r)f(X)ri1gi(X)(k)(k)m[ln(g(X)]ii1m

r(k)0 r(k1)Cr(k)0C1limk外点法

(X,r(K))f(X)r(K)pm22max(0,g(X))h(X)iji1j1

r(k1)Cr(k)1C

混合法

K((X,r(K))f(X)r11(K)ri1gi(X)3

m)h(X)jj1p2 《现代设计理论与方法》复习提纲

11.要学会用黄金分割法、牛顿法，梯度法进行具体的计算 12.多目标优化方法常用方法:（1）线性加权组合法；（2）功效系数法；（3）主要目标法。

第三章 有限元法及其应用

1.你所知道的有限元分析软件有哪些？

ANSYS、SAP、ASKA、MARC、ADINA、NASTRAN、FEPG、COSMOS等 2.ANSYS包括三个部分：

前处理模块、分析计算模块、后处理模块。3.有限元的基本思想是什么？(网上答案：自己删节)是把连续的几何机构离散成有限个单元，并在每一个单元中设定有限个节点，从而将连续体看作仅在节点处相连接的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量并在每一单元中假设一个近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律，再建立用于求解节点未知量的有限元方程组，从而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中的有限自由度问题。求解得到节点值后就可以通过设定的插值函数确定单元上以至个集合体上的场函数。对每个单元，选取适当的插值函数，使得该函数在子域内部、在子域分界面上以及子域与外界面上都满足一定的条件。单元组合体在已知外载荷作用下处于平衡状态时，列出一系列以节点、位移为未知量的线性方程组，利用计算机解出节点位移后，再用弹性力学的有关公式，计算出各单元的应力、应变，当各单元小到一定程度，那么它就代表连续体各处的真实情况。

4、有限元法的分析过程？

1)连续体离散化

2）单元分析

3)整体分析

4）确定约束条件

5)有限元方程求解

6)结果分析与讨论

5、有限元求解应力问题的三种方法 ：位移法、力法、混合法。

6、有限元法的力学基础是什么？

弹性力学，结构力学、材料力学等

7、三种常见杆状单元：杆单元、平面梁单元、空间梁单元。

8、形函数N：反映单元内位移的分布形态，是x y坐标的连续函数。

形函数N仅与坐标值x y有关，与位移大小无关《现代设计理论与方法》复习提纲

第四章 机械可靠性设计

1.可靠性的由来和发展

研究对象：寿命特征

基础：概率论、数理统计理论

知识：系统工程学、人机工程学、价值工程学、安全工程学等 2.机械可靠性设计的难点

1）应力因素对机械产品的失效率的影响难以准确预计

2）机械产品的寿命试验都很昂贵。

3）机械产品的可靠性数据资源非常缺乏。

3.可靠性：是指产品在规定条件和规定时间内，完成规定功能的能力。

四要素：１）研究对象

２）规定的条件

３）规定的时间

４）规定的功能 4.可靠度R（t）：产品在规定的条件下和在规定的时间内，完成规定功能的概率。

5、失效概率F（t）：产品在规定的条件下和在规定的时间内，丧失规定功能的概率。

R（t）+(t)=1

R(t)=1-F(t)

0≤R(t)≤1，0≤F(t)≤1

6、失效率 λ(t)

失效率即故障率，是判断产品失效规律的基本参数。

简化定义：产品工作到时刻t,在此时刻以后的单位时间内发生失效的概率。

近似计算公式为：

λ*(t)=(n(t+Δt)-n(t))/([N-n(t)]Δt)

7、失效率曲线的三个特征区（要求能画出浴盆曲线）

早期失效区——试车、跑合阶段

正常工作区——使用寿命区λ(t)≤ λ0

功能失效区——疲劳和磨损阶段

8、会计算以下可靠性寿命指标

平均寿命——MTTF，MTBF

MTTF：

MTBF：

维修度：在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法完成维修的概率。(M(t))

有效度：可以维修的产品在某时刻具有或维持规定功能的概率。

可靠寿命——tr

中位寿命及特征寿命——t0.5

9、应力-强度干涉理论。（书p109）《现代设计理论与方法》复习提纲

10、可靠性系数的计算公式，并学会通过查表得出其可靠度。

若令ZRcs2c2s则RΦ(ZR)

ZR-----称为可靠性系数（或可靠性指数）

两类可靠性问题：

①已知ZR，求R=Φ(ZR)

可靠性估计

②已知R，求ZR=Φ-1(R)

可靠性设计 10.典型机械系统分为哪几种？

串联、并联、混联、表决系统

11.机械系统可靠度分配一般遵循哪些原则？

（1）技术水平。对技术成熟的单元，能够保证实现较高的可靠性，或预期投入使用时可靠性可有把握地增长到较高水平，则可分配给较高的可靠度。

（2）复杂程度。对较简单的单元，组成该单元零部件数量少，组装容易保证质量或故障后易于修复，则可分配给较高的可靠度。

（3）重要程度。对重要的单元，该单元失效将产生严重的后果，或该单元失效常会导致全系统失效，则应分配给较高的可靠度。

（4）任务情况。对整个任务时间内均需连续工作以及工作条件严酷，难以保证很高可靠性的单元，则应分配给较低的可靠度。

其它章节（以概念题为主，此部分占分较少）

1.列出你所知道的现代设计方法有哪些？

如并行设计、相似设计、稳健设计、绿色设计、智能设计、模糊设计、虚拟设计、动态设计和疲劳设计等

2.CAE——计算机辅助工程

CAM——计算机辅助制造

CAPP——计算机辅助工艺设计（前两者的联系桥梁）

PDM——产品数据管理

MPR-II——制造资源规划

ERP——企业资源规划

CIM/CIMS——现代集成制造系统 《现代设计理论与方法》复习提纲

3.相关性设计

相关性设计是为设计工作提供了极大的方便，系统会自动地更新与用户所修改的部分有关系的内容。4.动态分析法

实际产品往往是由一定数量的零件通过各种方式联接而成的机械系统，这时需要对整个系统进行静态和动态分析。

用黑箱法对此进行分析：首些要建立对象的数学模型，通常用复域中的传递函数、频域中的频率特性及时域中的微分特性来描述其数学模型。5.变型设计

它是实现快速响应的一种方法，这种方法特别强调对企业产品信息的标准化、规范化重组，通过对企业现有成熟产品的变型再设计，使企业的宝贵信息资源得到尽可能多的重用，从而实现快速响应，以赢得市场。

基本方法：相似设计和模块化设计 6.快速成型

它是近年来形成的一种全新技术，它完全摆脱传统“去除材料”加工方法，而是采用全新的“增加材料”加工法，将复杂的三维加工分解成简单的二维加工的组合。7.绿色设计的概念

通常也称为生态设计、环境设计、生命周期设计或环境意识设计等

设计过程划分：1）产品提高

2）产品再设计

3）产品功能创新

4）产品系统创新 8.虚拟设计：

虚拟设计是随着科学技术的发展，特别是计算机辅助技术的发展而发展起来的新设计方法。它是以虚拟现实技术为基础，以机械产品为对象的设计手段。9.虚拟现实：

在这工具帮助下，设计人员可预先以连续的、更加直观的方式观察和探索新概念、新工程或新产品。目前，没有任何技术可以代替它。10.虚拟设计的特点：

它能使产品设计实现更自然的人机交换，能系统考虑各种因素，把握新产品开发周期的全过程，提高产品设计的一次性成功率，缩短产品开发周期，降低生产成本，提高产品质量 11.虚拟技术有以下显著的特性：

1）自主性

2）交互性

3）沉浸感

4）实时性 12.虚拟环境交互技术主要集中在三个方面：

听觉、触觉反馈系统、视觉

13.虚拟设计的近期目标：把设计人员从键盘和鼠标上解脱下来。

远期目标：创新设计

责任编辑：金祖近、朱苏凯

第四篇：教学设计理论与方法

专题四：教学设计理论与方法

教学设计是一种理论，它是书写教案的说明和前提，也是上好课的前提。但在实际工作中，有效教学计划效果却不容乐观，有些教师因各种原因属于备课或匆匆忙忙地备课，根本达不到体育教学设计的实际意义和效果。因此，在我们的教育教学活动的实践中，我们的有些教学设计也只是停留在很肤浅的层面上，要么应付学校的检查，要么流于形式，没有实际的效果。体育与健康教学设计是根据教学内涵和体育与健康教学实际操作需要而设计的系统研究规划、教学过程及其方法。它属于围观层次的教学设计，主要包括体育与健康课程设计，教学单元设计，课堂教学设计及媒体材料设计等。教学设计是在教学前对教学过程的预先筹划，从而合理安排教学情境，以期达成教学目标的系统性设计。它主要包括教学目标、材料设计和组织安排等方面的内容。

一、教学计划的制定。当一个教学目标和实现这一教学目标的内容载体——教学计划，被确定以后，自然就要设计一个符合这一计划内容的教学程序，然后再根据各段程序的需要制定出科学合理的教学方案，这一方案也就是我们常说的“课堂教学设计”。它就是实现和连接教学目标、内容、方法、效果的生命线。制定出科学合理、实用的教学计划，是广大教师重视教育与实施教育教学的一个重要组成部分。

教学计划大致可分为学年教学计划，学期教学计划，单元教学计划和课时教学计划。以学期教学计划为例来看看如何制定教学计划。

教学计划，可以资助你有计划实施自己的想法，并能合理完成教学任务，同时也便于以后总结自己的教学情况，提高自己的教学能力、积累经验，发现不足提供可能条件，制定教学计划是有必要的。从学科教学来看，根据本学期的教学内容，结合班级的学生情况，有目的的研究教学思想、教学方法明确教学任务、教学重点难点等方面，以此来制定自己的教学计划，顾名思义，就是明确自己每天、每周、每月都应该做点什么，怎么做，为什么这样做，要做到什么程度等等。一份好的教学计划，要务实、可操作学生习惯、学习方法、思维能力等方面真正受益，从而将每个想法落到实处。下面以学期教学计划来进行讨论。

一、学期教学计划的构成

1、本学期教学的总目标和总要求；

2、对学生情况的简要分析；

3、对本学期的材料内容、对教材的简要分析、学期的教学重点和难点的解析；

4、提高本学期课堂教学质量的主要措施；

5、教学课题的课时分配及进度；

二、制定学期为教学计划的要求

1、教材分析要符合新课标的要求，要做到概括性强、备课清楚、知识全面。

2、在教学方面的要求方面：要要强调教学的结构，强调通过教学使学生达到的标准，目的要切实可行。要做到“突出纲目，启智导学”。教学计划要简明扼要，对应传授哪些知识、技能、培养什么能力，解决哪些问题、主要步骤等，要清楚地列出纲目，不要长篇大论、连篇累牍。

3、教学重点难点方面，重点、难点要分开。可依据新课标和教学参考书制定教学重点和难点。另外，在教学中，教学难点具有一定的相对性，因此要依据对学生的了解确定不同水平学生的学习难点。

4、在教学措施方面：教学措施建立在教师新课标、教科书和学生“三熟”的基础上，教学措施要体现在教师对新课标，教材的准确性把握和对学生情况的深入分析，既要“依标扣本”，又要“有所创新”。应注意巧妙、新颖、精要的“三结合”。教书育人和培养学生的知识能力是教学的出发点和最终归宿。

5、在课时和教学进度方面：一般应根据新课标的规定进行安排。切实可行的教学工作计划，是新课堂的教学设计必须要做好的工作。它是指为完成教学目标，使教学发挥效力的各种条件的计划与准备，任何教学只有具备一定的条件，才能有效的进行，离开了一定的条件，就可能使课堂教学低效，甚至无效。对于教学计划与准备的评价，可以从以下几个方面考虑：课前对教材的钻研是否融合贯通、理解透彻；是否能吃透《课程标准》精神和熟悉教材内容的基础上确定好教学重点，并能联系学生实际确定教学点；教学目标的确定与表述是否适当；是否能根据教学内容和实际条件，灵活

选择教具制作课件，对教具、课件如何准确无误地演示，是否做好了充分准备；教学材料的选择是否体现生活化，是否与学生的现实生活紧密联系起来；教案的编号是否注意层次安排、衔接紧密、框架明晰，并密切内在联系；对于板书的设计是否规范，简要等等。因此，教学计划很重要，是进行有效教学的重要环节。教师课前的精心计划与准备是开展教学活动的必要前提。

二、备课

教育家苏霍姆林斯基在著作中曾误过这样一件事：一位历史教师讲公开课，极其成功，课后，有人问他：“您这堂课讲得这样好，请问您备课用了多长时间？”他回答道：“可以说这堂课我准备了一辈子，但是要问直接备课的时间，那我告诉您，只有十分钟，由此看来备课对于每个教师上好每堂课来说是多么的重要。

凡事预则立，不预则废。教师上课，教案的准备非常重要，我们常称这一过程为备课。备课是讲课的起始环节，是教师力求取得最佳课堂效果的先决条件，是教师教学行为和学生学习行为的点子库，也是提高教师自身素质的有效理论。目前许多学校和教师群体都出现这样的问题：教案固定的格式、工整书写、但却缺乏反思与修改。这些“整齐”的备课往往不具备实用性，备课本上写的东西多是为了应付学校教导处等管理机构的检查，按部就班，陈旧老套，缺乏教师的思考。教师“书写”的时间大于“思考”的时间——将大多数备课的时间用于书写、用于文字的堆砌，缺乏思考和原创，实用价值不大，形成了“备课”、“上课”两张皮的问题。很

显然，这样的教案是“死的”，这样的备课是无效的，在课程改革的今天，我们的备课也亟待注入新的活力。

备课的主体是教师，现在的备课方式实用吗？备课管理中出现了哪些问题？教师心目中的理想备课方式是什么？这些问题都还得问问老师们。为此本人做了相应的调查，看看一线教师的有效备课形式。

（一）来自一线教师的备课调查就

就我自己而言，我们采用的是集体备课形式（电脑打印稿），但我们觉得工作量很大，且容易造成浪费（主要是指打印纸张式相应的耗材）。我想我们身边有很多好的教学资源，如课善于利用，一定会达到事半功倍的效果。我们有一些教学经验丰富的教师，他们的教研课教案设计精彩，如能让大家借鉴，一方面节约备课时间，另一方面让我们的教学更富有实效性，另外“翻写”名家的教学设计也是一个很好的办法，让大家在短时间内提升自己。另外在条件允许的情况下，领导能否考虑将老师们辛勤劳动的备课成果集中形成资源库，如将同一课程不同教师的优秀教案整理成册，也给大家提供一个多元化的选择。

（体育教师，17年教龄）

在网络上大量搜索资料，（主要是上课的背景资料和同一教学内容的教案），在这些资料的基础上整理自己的思路，主要是关键环节的提问以及需要学习讨论的问题，将自己的思路写在书上是一种很实用的方式。

（体育教师，7年教龄）

资源共享+结合本班学习实际+自我反思。第一次备课：由于一个年级所教学的知识内容相同，因此，备课资料也可共享，如精品教案年级统一购买，网上教案资源共享。资料相对集中后，用打印的形式呈现出来。第二次备课：在集体备课的前提下，课前教师要二次备课，要祥细批注和修改，增补删改，有些甚至可以结合本班情况合并课时或者另外选择重备，并二次备课：课后应有本课的反思，以及借例分析，还要对课后练习情况进行分析，以便及时调整教案和上课的策略。

（体育教师，15年教龄）

体育课一般按项目来备课，如“立定跳远”，就备这个项目单元的课，而不是分节去备，因为各班情况不一，分课时备课根本就不可能完全实施，而应根据各班的情况进行调整，这样根据实际情况去上课、实用、操作性强。

（体育教师，20年教龄）

在实际备课的过程中，“备课生”还需加强。对于任课教师来说，所教班级多，而且可能每学年遇到教学班的情况都不一样，如果学生情况不了解清楚，就备不出高质量的课，这样就直接影响教学的效果。认为对刚接到的新班可否采用超2—3时的备课，这样有利于教师及时根据学生情况调整教学，以免做无用功。等教师和学生都相应适应、了解后，再超周、超月备课资源，再进行个性修改，提高备课的实效性。

（体育教师，12年教龄）

共同搜集优秀的教案（如名家名师发表的教案），学习、借鉴，再根据自身和学生实际情况做好一些修改、调整、集体备课共同研讨各单元的重难点，再各自针对各班到个人的特点进行修改。

（体育教师，6年老龄）

目前提倡集体备课，它集体每位教师的智慧，精心设计教案，也减轻了其他教师的工作量，但有的学校规模小，教师少，集体备课的条件并不具备。教师应去教学实践中，发现备课的不足，及时修改和补充，形成自己的教学特色，这样随着工作和教龄的增长，自己的教案也逐渐丰满和完善。实际上，最利于学生发展提高能力的教案，才是最佳选择，不应拘于某一固定的备课方式。

（体育教师，15年教龄）

我认为无论什么方式，都必须再现出该学科的特点，强调出课堂的重点，同时注重学生怎样才能最大可能地接受课堂知识，利用课堂知识解题。

（体育教师，16年教龄）

目前的备课是各自为战、教师多在应付检查，缺乏针对学生的备课，多以教师为中心。我主张切实落实集体备课，博采众家之长，充分利用网络资源，发挥教师的群体优势。

（体育教师，20年教龄）

（二）备课方式中存在的问题及分析

以上摘录了一些集体备的看法，每个人的意见不同，如借鉴名家教案（或优秀教案），有的教师赞成，有的却反对，有的赞成集

体备课，有的却认为个人深钻教材才是优秀教师成才之道。无论如何，我们首先要面对现实，解决现实中所遇到的那些困惑。

1、备课不是为了“好看”。

备课是为了明确教师们上课思路，是对课堂的预设。备课是为了教师们上课，而不是为了“好看”！许多学校检查教师备课时，往往提倡教师书写工整，备课详细，甚至用备课的字数、每课时备课的页数来衡量教师备课的质量。这样的检查方式显然是一个错误的导向。

2、教师要有充足的时间来备课。

体育教师由于所带的班级较多，一般情况下都是超工作量，除了上课以外，还有训练队的训练时工作，学校群体活动工作等等，能够在上班时间挤出时间备课的教师不多，而下班以后，教师们身心俱疲，大多数教师没有精力再奖大量时间用于备课，一些教师往往对备课应付了事，甚至抄袭别人的备课教案，或者干脆从网上下载打印后应付学校的检查。

3、教师的备课无用

有一些教师备课非常认真，但由于实际情况的变化，精心准备的教案却不能直接用于教学，上课前还得“二次备课”，精心写出的教案成了“摆设”，形成了“备课”，“上课”两张皮的问题。

4、集体备课的误区

有些教师非常依赖于集体备课，甚至认为集体备课应形成打印稿供大家共用。有些学校形成了“教师一人备一个内容，大家合起一共用”的格局，并把这种现象冠之以“集体备课”的称谓。这样的备课方式是不利于教师的专业发展的，把“备课”这样一个重要的环节简单化了。

5、对备课重要性认识不够

一些教师非常重视课后对学生的辅导，即所谓的“补差”。却没有深究学生为什么会出现这么多知识或能力的缺失。精心的备课能够提高教学效益，使“辅差”的工作量减少。

从教师们的备课记录来看，我们可以发现，教师们对备课的看法是不尽相同的，存在的一些矛盾。因此，为了实现教师的有效备课，提高备课、上课的质量，结合新课程改革，教师备课必须完成以下要求：

一是掌握好备课的指导思想，即面向全体学生，注重每一个学生充分发展，因材施教、注重差异、体现教师的科学精神和智慧。

二是把握如何备课中的各个环节。三是控制好备课的具体要求。

因此，我们应该加深对有效备课的认识，争取做到首先是“备而能用”。即备课应该备而能用。减少无效备课，“备课”、“上课”不能两张皮，高效地完成教学任务。有利于教师的专业成长，使教师的教学水平迅速提高。最后是“有利于学”。即让学生觉得快、学得扎实，所有的知识过手，培养能力到位，力争较好地完成教学目标，向课堂要效益。

第五篇：现代设计理论与方法作业

1.什么是设计方法学？它的研究对象是什么？包含哪些研究内容？

答：

（1）设计方法学是研究产品设计规律、设计程序及设计中思维和工作方法的一门综合性学科。

（2）它的研究对象有：设计对象、设计进程、设计评价、设计思维、设计工具、现代设计理论与方法的应用。（3）设计方法学的研究内容包括以下几方面:

① 分析设计过程及各设计阶段的任务, 寻求符合科学规律的设计程序。将设计过程分为设计规划(明确设计任务)、方案设计、技术设计和施工设计四个阶段, 明确各阶段的主要工作任务和目标, 在此基础上建立产品开发的进程模式, 探讨产品全寿命周期的优化设计及一体化开发策略。

② 研究解决设计问题的逻辑步骤和应遵循的工作原则。以系统工程分析、综合、评价、决策的解题步骤贯彻于设计各阶段, 使问题逐步深入扩展, 多方案求优。

③ 强调产品设计中设计人员创新能力的重要性, 分析创新思维规律, 研究并促进各种创新技法在设计中的运用。

④ 分析各种现代设计理论和方法如系统工程、创造工程、价值工程、优化工程、相似工程、人机工程、工业美学等在设计中的应用, 实现产品的科学合理设计, 提高产品的竞争能力。

⑤ 深入分析各种类型设计如开发型设计、扩展型设计、变参数设计、反求设计等的特点, 以便按规律更有针对性地进行设计。

⑥ 研究设计信息库的建立。用系统工程方法编制设计目录——设计信息库。把设计过程中所需的大量信息规律地加以分类、排列、储存, 便于设计者查找和调用, 便于计算机辅助设计的应用。

⑦ 研究产品的计算机辅助设计。运用先进理论,建立知识库系统, 利用智能化手段使设计自动化逐步实现。

2.有的产品有目的的降低使用寿命，甚至为一次性产品，举例说明这种设计正反两方面的特点和意义。

答：

这种设计好的方面：①提升产品的性能。在设计过程中，降低产品的寿命可以减少产品设计中的难点，从而更专注于产品的性能。②降低产品的成本。保持产品较高的使用寿命需要更精密的技术或是更精细的材质，降低产品寿命的同时必然可以降低产品的成本。③促进企业的发展。低寿命的同时也提升了产品的循环时间，加速了产品更新换代的时限，从而提升企业的需求，带动企业的发展。

这种设计不好的方面：①不利于绿色经济。产品寿命的降低加速了产品再次生产的循环时间，从某种程度来讲，增加了能耗，不利于发展节约经济；例如一次性筷子等。②提升了产品客户的成本。在促进设计公司发展的同时也间接的提升了使用客户的成本，客户需要在比先前更短的时间内更新产品或是服务，增加了维护的成本；例如湿巾等。

思考题：为什么矿泉水瓶是圆的，牛奶盒是方的？

答：

可乐等碳酸饮料如果震荡的话，里面的液体就会膨胀，用方瓶装的话就会变形；而圆型容器在受压时，压力的分布在容器壁上各点可以均匀分布，因此受压均匀，不易变形。

牛奶多需要冷藏保鲜，用方瓶可节省存储空间。