高中通用技术第四章第三节黑箱方法

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知输入 及其相应 的拍 出 可 以判 别它 的功能或 行为 构 想出它的 至少是与 它通融 的组织和结 构 达到对 黑箱的了解和 控制
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治病 计算机 计算 雷达操 纵 我 们无一不是 将 它 们作为黑箱来处理 的 就是探求黑箱 内幕 我 们也多有使用
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测生词 的意 思 , 通过 一 些物理手段 来识别写字 人的年龄段 , 通过 对人的表悄 体态 的观察来辨 别一个人深层 的心理活动等
习 我 们完全 可 以 让黑 箱 思 维从 下意识和 经验
的层次上升为理性 的 自 觉行 为
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统一性 告诉 我们 事物 总是 呈系统形 式存 在 于 和谐 乏 中 同结构 的事物功能相类 功能相 同的事物结构相类 家米 切尔
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普通高中课程标准试验教科书
通用技术-必修1
第四章 展现设计成果
4.1 材料 4.2 工具与设备 4.3 工艺常识
4.4 原型与模型制作
4.1 材料
一、材料的分类
1.天然材料 天然材料是指取材于大自然且保持着原本特 质的材料，如木材、黏土、石材等。
4.1 材料
2.合成材料 合成材料又称人造材料，是人为把不同物质经化学 方法或聚合作用而成的材料，其特质与原料不同，如塑 料、玻璃、钢铁等。
4.2工具与设备
（2）錾子。錾子用碳素工具钢锻成，其切削部分磨成刀 刃形状，并经过热处理使其达到较高的硬度。有扁錾、 尖錾和油槽錾三种：①扁錾主要用于錾削平面，去除毛 刺和分割板料等；②尖錾主要用于錾削沟槽及分割曲线 形板料；③油槽錾主要用于錾削平面或曲面上的油槽。
4.2工具与设备
3.锉刀及其使用 （1）锉刀结构有锉身和锉柄两部分组成，各部位名称 如下图： （2）锉刀的种类。锉刀按其用途不同，可分为普通钳 工锉、整形锉和异形锉三类。
4.2工具与设备
4.攻丝工具及其使用 手工攻丝常用的工具有手用丝锥和攻丝绞手。
4.2工具与设备
手用丝锥。手用丝锥是加工内螺纹的工具，用 碳素工具钢或合金工具钢制成，有普通丝纹锥、圆柱 管螺纹丝锥和圆锥管螺纹丝锥。丝锥表面有开槽的外 螺纹，由工作部分和柄部所组成。工作部分又由切削 部分和校正部分组成。切削部分呈圆锥形，有锋利的 切削刃，切削负荷由多个切削刃分担，校正部分有完 整的牙形，主要是用于修光和校正切削部分已切出的 螺纹，具有导向作用。柄部为圆柱形，末端为方榫， 供夹持并传递扭矩。
4.2工具与设备
凿子: 凿子有平凿和 圆凿等，主要用于 凿削榫眼或其他局 部形状的铲削。凿 榫眼的平凿按宽窄 不同分为多种规格， 一般按凿眼宽度需 要来选用合适规格 的凿子。

高中通用技术会考复习全资料必修1第一单元走进技术世界技术:是人类为满足自身的需求和愿望对大自然进行的改造。

它具有（保护人）、（解放人）和（发展人）的作用。

2、技术对生活、生产、文化等方面的影响：技术促进（社会生产）的发展。

技术丰富（社会文化）容。

技术改变（社会生活）方式。

是推动社会发展和文明进步的主要动力之一。

3、技术对自然的价值：（1）依靠技术人类得以（利用自然）和（改造自然），并与自然保持和谐共处的友好关系。

（2）人类利用技术开发、改造自然时，应把握合理的尺度，要注意对自然的保护，不能忽视技术或产品对环境可能造成的负面影响。

技术的基本特性：目的性、创新性、综合性、两面性、专利性。

技术的发展需要创新，技术创新表现为（技术革新）和（技术发明）。

2.技术与科学的区别与联系：科学促进了技术的发展，技术推动了科学的进步。

4．知识产权在技术领域的重要作用：知识产权是人们基于自己的智力活动创造的成果和经营活动的标记、信誉而依法享有的权利。

狭义的知识产权包括（著作权）、（专利权）、（商标权）三部分。

专利申请步骤：提交申请阶段→受理阶段→初审阶段→公布阶段→实审阶段→授权阶段第二单元技术世界中的设计设计：是基于一定设想的、有目的的规划及创造活动。

2．技术与设计的关系：①设计是技术成果转化的桥梁和纽带。

②设计促进技术的革新。

当我们使用物品时，物品就与人产生了一种相互关系。

这种相互的关系就称为人机关系。

2．人机关系在设计中要实现的目标：①高效②健康③舒适④安全3．在设计中如何合理运用人机关系：①考虑到普通人群和特殊人群②考虑静态的人与动态的人的关系③满足人的心理需求和生理需求（例：办公空间一般应以冷色调为主，空间处理要简洁明快，以求产生严谨、高效的工作氛围。

）④信息的交互（例：机的无液晶屏显示、有液晶屏显示、可以视屏通话。

案例：汽车的颜色）技术实验：我们通常将技术活动中为了某种目的所进行的尝试、检验、优化等探索性实践活动称为。

高中通用技术第四章发现与明确问题教学案高中通用技术第四章发现与明确问题教学案第四章发现与明确问题学习目标1．明确发现问题的重要性；初步掌握发现问题的一般方法；能通过各种渠道收集与发现问题相关的各种停息，并进行处理。

2．能根据设计对象和现有的工作条件列出具体的设计要求，包括应达到标准和所受到的限制；能制定一般的设计计划表。

知识要点一、发现问题1．问题的产生，主要有以下三种情况：人类生存活动中必然会遇到的问题；由别人给出的问题；基于目的由设计自己主动地发现问题，并试图解决它。

2．发现问题的途径有：观察日常生活；收集和分析信息；技术研究与技术试验等。

二、明确问题1．问题的价值一般从以下几方面来考虑：学科性、新颖性、实用性、技术可行性、投入产出比等。

2．问题解决所受的限制主要由以下几方面决定的：设计对象的特点和问题解决的标准、设计者的技术能力与条件。

限制是一种对设计的约束。

3．制定设计计划，主要包括以下内容：发现与明确问题、制定设计方案、制作模型或原型、测试、评估及优化、使用与维护。

例题分析解答于是他设计出右图这双鞋子。

按下鞋侧的按钮，就可将鞋在27码至37码之间调整。

据称，对很多两只脚不一样大的孩子来说，这样的鞋子是再好不过了，他们可以根据两只脚的尺寸自由调节鞋子。

这个家长发现问题的途径和方法是（）Ａ、观察日常生活B、收集信息C、分析信息D、技术研究与技术试验考核要求发现问题的一般方法应用考核难度容易题参考答案A解题分析发现问题的方法主要有四种：观察日常生活、收集信息、分析信息、技术研究与技术试验，这是一个生活中发现的问题，这位家长通过观察日常生活从而发现了问题。

[例2]某同学在研究性学习中，经过自己的努力，终于有了件小发明。

可是在他申请发明专利时，才猛然发现相同的产品在市场上已经早有销售了。

产生这样问题的原因，可能是忽略了设计的（）A、发现和明确问题环节B、制定设计方案环节C、制作模型和原型环节D、测试、评估和优化环节考核要求判断问题价值的方法应用考核难度稍难题参考答案A解题分析判断问题的价值，迄今为止，能否确认该问题尚未得到充分解决？这位同学设计的产品在市场上已经有销售了，说明该问题已经被解决了。

高中学业水平考试(通用技术)知识点复习高中学业水平考试(通用技术)知识点复技术与设计1第一章走进技术世界第一节技术的价值技术对人类有保护、解放和发展的作用。

它可以提供抵御不良环境和防止侵害的手段和工具，延长身体器官的功能，促进人的精神和智力的发展。

第二节技术的性质技术的性质包括目的性、创新性、综合性、两面性和专利性。

技术的产生和发展都是为了满足人类的需求和愿望，需要综合运用多个学科的知识。

技术具有两面性，既可以带来好处，也可能带来危害。

保护技术发明者的合法权益不受侵害，是技术的专利性。

技术和科学有区别和联系。

科学是认识自然的过程，技术是改造自然的过程。

科学回答“为什么”，技术解决“怎么办”。

科学和技术相互促进，科学推动了技术的发展，技术推动了科学的进步。

知识产权是人们基于自己的智力活动创造的成果和经营管理活动的标记、信誉而依法享有的权利。

狭义的知识产权包括著作权、专利权和商标权。

专利的申请和获得需要提交申请、受理、初审、公布、实质审查和授权等步骤。

第三节技术的未来第二章技术世界中的设计第一节：技术与设计的关系设计是一种有目的的创造活动，是基于一定设想的规划。

技术则是实现这些设想的手段和工具。

技术和设计密不可分，两者相互依存，相互促进。

第二节：设计中的人机关系人机关系是指在使用物品时物品与人之间产生的相互关系。

为了实现高效、健康、舒适和安全的人机关系，需要考虑普通人群和特殊人群、静态和动态的人、人的生理和心理需求以及信息的交互等因素。

第三节：技术试验及其方法技术试验是为了达成某种目的而进行的尝试和检验探索性实践活动。

常见的技术试验方法包括优选试验法、模拟试验法、虚拟试验法、强化试验法和移植试验法。

这些方法可以用于性能试验、优化试验、预测试验和信息试验等不同类型的试验。

第三章：设计过程、原则及评价第一节：设计的一般过程设计的一般过程包括发现和明确问题、制定设计方案、制作模型或原型、测试、评估和优化以及产品的使用和维护。

《通用技术》复习九：第四单元控制与设计高二（）姓名号次基本内容：1．人们按照自己的意愿或目的，通过一定的手段，使事物向期望的目标发展，这就是控制。

从控制过程中人工干预的情形来分，控制有人工控制和自动控制。

2．控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，这种控制系统称为开环控制系统。

把系统的输出量返回到输入端并对控制过程产生影响的控制系统称为闭环控制系统。

控制系统的工作过程通常可以用方框图来表示。

3．在控制系统中，除输入量以外引起被控量变化的各种因素，就是干扰因素。

4．以功能和行为的相似性为基础，用‘模型’、模拟‘原型’的功能和行为的方法就是功能模拟方法；通过对系统输入与输出关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法，就是黑箱方法。

5．控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程就是反馈。

利用反馈来分析和处理被控对象，通过系统的输出来调整系统的行为，使系统沿着预期的目标运行的方法，称为反馈方法。

一、控制的手段和应用1．控制系统中属于自动控制系统的是：（）A．按钮开关控制 B．普通自来水龙头C．花房恒温度控制D．汽车驾驶2．普通家用自行车的刹车控制属于：（）A．机械控制 B．气动控制 C．液压控制 D．电子控制3．家用压力锅实现压力自动控制的部件是①锅盖②密封圈③安全阀④重锤（ ）A．①②③ B．①②④ C．③④ D．①②③④二、控制系统的工作过程与方式4．按时间顺序进行控制的“交通路口红绿灯控制系统”系统中被控对象是（）。

A．控制电路　B．红绿灯 C．开关装置 D．路面车辆5．根植于历史文化名城泉州的提线木偶戏古称“悬丝傀儡”,又名“丝戏”,民间俗称“嘉礼”,乃流行于闽南语系地区的古老珍稀戏种，在提线木偶的控制过程中控制对象是（ ） A．手 B．提绳 C．木偶 D．大脑6．自动门控制系统的组成是（ ）A．门、控制对象、传感器 B．控制对象、门、控制器、传感器C．控制对象、执行器、控制器、传感器 D．门、驱动器、传感器、控制对象7．投篮的过程中，控制量是：（ ）A．篮框的位置 B．投篮的力度、角度 C．篮球的落点 D．以上皆是8．自行车刹车控制过程如下：刹车时，施加一定的握把力，通过杠杆系统，使刹车片压紧车圈（或轮轴），车轮减速。

“黑箱法”是指一个系统内部结构不清楚.或恨（根）本无法弄清楚时,从外部输入控制信息,使系统内部发生反应后输出信息,再恨据其输出信息来研究其功能和特性的一种方法。

1945年，控制论创始人N.维纳提出了“封闭盒”概念及其研究途径。

1948年，W.R.阿什比提出了黑箱概念，他说的黑箱就是维纳所说的封闭盒。

所谓“黑箱”，就是指那些既不能打开，又不能从外部直接观察其内部状体的系统，比如人们的大脑只能通过信息的输入输出来确定其结构和参数。

“黑箱”研究方法的出发点在于：自然界中没有孤立的事物，任何事物间都是相互联系，相互作用的。

所以，即使我们不清楚黑箱的内部结构，仅注意到它对于信息刺激如何作出反映，主义到它的输入--输出关系，就可以对它作出研究。

黑箱法从综合的角度为人们提供了一条认识事物的重要途径，尤其对某些内部结构比较复杂的系统，对迄今为止人们的力量尚不能分解的系统，黑箱理论提供的研究方法是非常有效的黑箱概念黑箱亦称“黑盒”或“黑匣”。

它是指内部构造还不清楚，由于条件的限制，只能通过外部观测和试验去认识其功能和特性的系统。

例如人的大脑、地球、密封的仪器等，都可以看作是黑箱。

我们把外部对黑箱的影响称为黑箱的输入，把黑箱对外部的反应称为黑箱的输出。

黑箱方法，也称“黑箱系统辨识法”。

通过观测外部输入黑箱的信息和黑箱输出的信息的变化关系，来探索黑箱的内部构造和机理的方法。

“黑箱”指内部构造和机理不能直接观察的事物或系统。

黑箱方法注重整体和功能，兼有抽象方法和模型方法的特征。

所谓黑箱方法，就是通过考察系统的输入、输出及其动态过程，而不通过直接考察其内部结构，来定量或定性地认识系统的功能特性、行为方式，以及探索其内部结构和机理的一种控制论认识方法。

黑箱方法，就是在不打开黑箱的情况下，只是通过外部观测、试验，找出输入和输出的关系，并由此来研究黑箱的功能和特性，探索其构造和机理的一种科学方法。

黑箱方法的出发点??“黑箱”的研究方法的出发点在于：自然界中没有孤立的事物，任何事物间都是相互联系，相互作用的，所以，即使我们不清楚“黑箱”的内部结构，仅注意到它对于信息刺激作出如何的反应，注意到它的输入—输出关系，就可对它作出研究。

闭环控制系统的工作过程教材：普通高中课程标准实验教科书通用技术（必修2）章节：第四单元控制与设计第三节闭环控制系统的工作过程课时：第1课时一、核心素养目标(1)理解闭环控制系统的含义。

(2)通过实践体验，能分析闭环控制系统的基本组成和工作过程。

(3)通过案例分析简单的闭环控制系统，学会画闭环控制系统的方框图。

(4)能结合闭环控制系统的工作过程，分析反馈在控制系统中的作用及其基本原理。

(5)能结合案例分析影响简单控制系统运行的主要干扰因素。

二、教学重点学会分析闭环控制系统的基本组成及工作过程，并画出控制系统的方框图.三、教学难点掌握分析闭环控制系统的一般方法。

四、设计思想1. 教材分析本节课教学内容为苏教版《技术与设计2》第四单元“控制与设计”的第三节“闭环控制系统的工作过程”。

在本节的学习中，学生要经历恒温箱控制系统的技术试验和分析过程，要站在工程设计的高度，应用系统分析方法与控制原理，解决生活中的实际问题，促使学生的系统思考和工程思维能力提升。

2. 教学策略设计（1）创设情境：以技术体验“搭建恒温箱控制系统”，引出课题。

（2）引导学生分析案例，概括出闭环控制系统工作过程，学会用方框图描述其控制过程。

（3）通过案例分析，认识反馈和干扰因素，能结合闭环控制系统的工作过程，分析反馈和干扰现象及其基本原理。

（4）通过巩固练习，引导学生总结、梳理重点。

五、教学准备1. 课件2.技术体验装置;恒温箱控制系统序号教学步骤教师活动学生活动1 情景导入走进情境：陈晨家住在北京，阳台上种植了许多植物。

冬天室外寒冷，陈晨想要设计一款恒温箱让阳台上的植物安全过冬。

创设情境，引出课题２任务一：解析闭环控制系统工作过程1. 搭建恒温箱控制系统技术体验：搭建恒温箱控制系统思考：恒温箱控制电路的工作状态取决于来自什么装置的信号？用方框图表示恒温箱控制系统的工作过程：设定→控制电路→制热或制冷模块→恒温器→实际温度温度检测装置在系统的输入量和输出量之间，除了从输入端到输出端之间，除了有从设定温度到实际温度的信息传递，还有一条从输出端返回到输入端的反馈环节，它们形成了一条闭合回路。

紧固件
连接件
密封件
轴承
弹簧
4.2 方案的构思过程
构思设计方案
梳理设计需求：根据设计要求，找出设计需要解决的主要问题，并 分析其可能的解决办法。
呈现设计方案：不同的产品设计一般有不同的呈现方式。设计方案 时，我们运用设计草图进行构思。
方案的比较：要从设计的目的和原则出发，针对一些相互制约的问 题进行分析，选出较为满意的方案或集中各方案的优点进行改进。
不同的设计问题关涉不同的人机关系 设计中都要考虑人机关系需要实现的目标
高效 安全 健康 舒适
4.1 设计中的人机关系
人机关系目标|高效
在设计中,应把人和机作为一个整体来考虑， 合理或最优地分配人和机的功能，以促进二 者的协调，提高人的工作效率。
4.1 设计中的人机关系
人机关系目标|安全
指人们在操作和使用产品的过程中，产品对人的身体不构成生理上 的伤害，产品与人接触的部分不允许有尖角和锋利的边槽，易产生危险 的地方应进行安全保护设计。
EG:汽车的气囊设计、冲床的安全保护设计、儿童座椅前的护栏设计等。
4.1 设计中的人机关系
人机关系目标|健康
人机关系所追求的健康,是 指人在长期使用产品过程中不会 对健康造成不良的影响。
4.1 设计中的人机关系
人机关系目标|舒适
在自然状态下，不会过早 的疲劳。
包括心理上的舒适感受。
4.1 设计中的人机关系
设问法借助各种思维技巧，抓住事物具有普遍意义的 方面进行提问。
例如：检核表法、5W2H法、和田12动词法等。
奥斯本检核表法
奥斯本的检核表法: (1)现有的发明有无其他的用途? (2)现有的发明能否引入其他的创造性设想? (3)现有的发明可否改变形状、制作方法、颜色、音响、味道? (4)现有的发明能否扩大使用范围，延长它的寿命? (5)现有的发明可否缩小体积、减轻重量或者分割化小? (6)现有的发明有无替代用品? (7)现有的发明能否更换一下型号，或更换一下顺序? (8)现有的发明是否可以颠倒过来使用? (9)现有的几种发明是否可以组合在一起?

我们把所要研究的对 象看成黑箱，通过对 系统输入和输出的研 究，进而推断出系统 内部结构及功能的方 法。
我们把外部对黑箱 1、事物本身特征 的影响称为黑箱的 2、人们的认识能力 输入，把黑箱对外 部的反应称为输出。
归纳总结（二）
程序的测试阶段，测 试时，负责设计输入 和输出时检验程序的 对与错，而不负责程 序代码具体是怎样运 行的。
对弱智人进行测试，让 他来拼搭图案，这种简 单的图案，弱智人群拼 搭所需要的时间比正常 人要长，反应迟钝。这 说明他智商有问题。
中医诊断疾病， 人口的研究，人口学家利
通过对病人的望、 用人口普查获得的信息建
闻、问、切来了 立我国人口发展的动态模病。
种细节，人口变化的信息
来推断若干年后的变化状
况
旋转快
熟
用同样的力，使鸡
蛋在桌子上转动.
旋转慢
生
课后思考：利用黑箱方法如何挑选西 瓜，并完成技术试验报告？
Thank You!
祝大家学习愉快!
讨论： 1、什么是黑箱？什么是黑箱方法？
2、如何理解黑箱定义中的系统输入和输出？ 试举例说明。
3、黑箱方法能否破坏我们的研究对象？确 定一个事物是否是“黑箱”的依据是什么？
4、黑箱方法的应用领域有哪些？请举例说 明。
归纳总结（一）
黑箱亦称“黑匣”或 “黑盒”。是指内部构 造不清楚，由于条件的 限制，只能通过外部观 测和试验去认识其功能 和特性的系统。

黑箱理论在高中物理中的应用□陈永新在高中物理中有个实验——“用多用电表探究黑箱中的电学元件”。

要求学生用多用电表对黑箱进行测量后，在不打开黑箱的情况下对黑箱内部的结构做出判断。

其实，在科学研究当中，控制论的创始人维纳首先把这一类问题或与之相类似的问题称之为黑箱，并且提出了处理这类问题的基本思路与方法，我们习惯上把它称为黑箱理论或黑箱方法。

一、什么是黑箱在日常生活和科学研究中，我们常常会遇到这样的情况：我们的研究事物，由于种种条件的限制，不能直接通过观察的手段了解其内部结构或其运行机理，仿佛遇到一个既不透明又打不开的黑箱子。

例如研究人脑的思维活动，既不能从外部看出，也不可以通过生理解剖从内部观察得到大脑的工作原理，这类事物都可称之为黑箱。

所以黑箱并不是一定要真的存在一个黑色的箱子，而是对这一类事物的一个形象的比喻。

二、黑箱问题的处理方法遇到黑箱问题，如何去研究，我们知道：自然界中不存在孤立的事物，所有事物都是相互作用，相互联系的。

根据这一特点，我们可以设计这样一种方法：1．信息的输入：用其他事物对黑箱施加影响。

2．信息的输出：黑箱对其他事物作出的反应。

3．系统分析：综合处理输入与输出的信息，猜想黑箱模型的几种模型。

4．验证与控制：对结果进行验证和实现对黑箱的控制。

三、几个应用实例【例1】2012年江苏高考第10题第3问：如图所示的黑箱中有三只完全相同的电学元件，小明使用多用电表对其进行探测。

在判定黑箱中无电源后，将选择开关旋至“×1”挡，调节好多用电表，测量各接点间的阻值。

测量中发现，每对接点间正反向阻值均相等，测量记录如上表。

两表笔分别接a 、b 时，多用电表的示数如表格所示。

请将记录表补充完整，并在答题卡的黑箱图中画出一种可能的电路。

1．信息的输入：用多用电表对其测量。

2．信息的输出：即多用电表的读数。

3．系统分析：每对接点间正反向阻值均相等，即为普通电阻，不存在二极管之类的电学元件，也就是黑箱中即为三个等值的电阻。

实验内容MUJ－4B电脑计时器的功能测试：测试方案：1、接通电源，功能选择“S1计时1”，接着让“U”型挡光片来回多次通过光电门，然后按下“转换”按钮，记录并分析计时器显示的数据；2、功能选择“S2计时2”，分别使用“U”型挡光片和条形挡光片，多次重复让挡光片通过两个光电门这一过程，然后按下“转换”按钮，记录并分析计时器显示的数据；3、功能选择“PZh碰撞”，使用两个“U”型挡光片分别从两个光电门外侧向内靠拢，接着再分开向外，，再次经过两个光电门，然后记录计时器显示的数据。

重置计时器数据后，使用两个条形挡光片重复上述过程。

接着，对两次记录的数据进行分析；4、功能选择“a 加速度”，接着让“U”型挡光片通过两个光电门，记录计时器显示的数据；重置计时器数据后，使用条形挡光片重复上述过程。

接着，对两次记录的数据进行分析；5、功能选择“g重力加速度”，按灭“电磁铁”按钮，接着让“U”型挡光片通过两个光电门，记录计时器显示的数据；重置计时器数据后，使用条形挡光片重复上述过程。

接着，对两次纪录的数据进行分析；6、功能选择“T周期”，让“U”型挡光片来回通过光电门，观察计时器显示的数据的变化，记录并分析数据；7、功能选择“J计数”，让“U”型挡光片来回通过光电门，观察计数器显示的数据的变化。

通过分析比较，可以得知，在使用“PZh碰撞”和“a加速度”功能时，只能用“U”型挡光片，不能使用条形挡光片，这是因为它们所测的时间是第一次挡光开始到第二次挡光开始的时间，而不是挡光片挡光开始到挡光结束的时间。

将测试结果综合起来，可形成一份MUJ－4B电脑计时器使用说明：1、S1计时1：可连续测量每个光电门从挡光开始到挡光结束的时间，并可存储20次的时间测量值。

其中，E1、E2、E3…E20分别表示每次光电门从档光开始到档光结束的时间。

2、S2计时2：可连续测量光电门从第一次挡光开始到第二次挡光开始经过的时间，并可存储20次的测量时间值。

若机械系统的分功能有3 个，分别为 A 、B 、C ，它们对应的功能载体数目为3 、5 、4 个。 从理论上讲可以组合出的方案数：

在全体方案中，我们还必须考虑相容性条件，连接条件等，因此有些方案并无存在 价值或价值不大，可以在初步筛选时去除。 （四） 方案评价和选择 由于根据形态学矩阵法所得可行方案数目往往很大，必需先进行初评。初评的标准 可以定为新颖性、先进性和实用性，把一些三性不好的先加以筛除。然后用适合该类机 械系统的技术经济指标进行综合评价，选择出综合最优的方案。 （五） 举例 运用形态学矩阵法来构思单缸洗衣机的可行方案。 （1） 总功能分解 单缸洗衣机的总功能包括 “盛装衣物”、“分离脏物” 和 “控制洗涤”3 个分功能。 （2） 分功能求解 盛装衣物的功能载体有铅桶、塑料桶、玻璃钢桶、陶瓷桶等4 种；分离脏物的功能 载体有机械摩擦、电磁振荡、超声波等3 种；控制洗涤的功能载体有人工手控、机械定 时、电脑自动控制等3 种。 （3） 列出形态学矩阵 列出形态学矩阵，如表3 －3 因此，理论上可组合出4 ×3 ×3 ＝36 种方案。
形态学矩阵法
机械产品的总功能分解成若干分功能后，我们可以用 “穷尽法” 将各分功能的解全 部列出，于是就可写出功能－功能解的形态学矩阵。
一、形态分析的基本特点
形态学矩阵法是一种系统搜索和程式化求解的分功能组合求解方法。 因素和形态是形态学矩阵法中的两个概念。所谓因素是指构成机械产品总功能的各 个分功能。而相应的实现各分功能的执行机构和技术手段，则称之为形态。例如：某机 械产品的分功能为 “间歇运动”，那么 “棘轮机构”、“槽轮机构”、“间歇凸轮机构” 等 执行机构，则为相应因素的表现形态。 形态学矩阵法是建立在功能分解和功能求解的基础上，为了尽可能获得多种多样的 功能解，可以参考现有的解法目录和机构类型手册。 形态学矩阵法是进行机械系统组成和创新的基本途径，得到多种可行方案，经筛 选、评价可以获得最佳方案。 二、形态学矩阵法的运用步骤 （一） 总功能分解 通过总功能分解可以求得若干分功能。这种总功能分解往往要与机械的工艺动作过 程联系起来考虑，使分功能的动作能够用某一类的执行机构来实现。因此，这种分解需 要设计人员有丰富的设计经验、全面的资料积累和巨大的创新能力。 （二） 形态构想和功能求解 这就要从分功能的性质寻找实现的工作原理，然后从工作原理寻求功能载体。这一 过程要求设计者掌握多学科专业知识和相应的情报资料，求得各种各样功能载体，保证 可行方案有足够的数量。 （三） 方案组成 在功能分解和功能求解的基础上，我们可以列出下表所示的形态学矩阵。

黑箱方法通用技术
黑箱方法是指通过分析输入和输出，推断系统内部的工作原理，而不知道内部构造细节的方法。

通常用于破解、反编译、调试和逆向工程等领域。

通用技术是指在不同领域都能够使用的技术。

在黑箱方法方面，通用技术包括以下几种：
1. 逆向工程：通过对软件程序的逆向分析来确定其内部逻辑和功能。

2. 番茄工作法：通过分段工作和休息来提高效率，通常是利用25分钟的工作时间和5分钟的休息时间交替进行。

3. 转录工具：通过将输入和输出记录在文本文档中，并进行比较和分析，推断出系统的工作原理。

4. 虚拟机技术：通过在虚拟环境中运行软件程序，禁用或变更其内部功能，从而推断其内部原理。

5. 网络协议分析：通过网络协议分析工具来捕获和分析网络数据包，以推断网络通信的工作原理。

这些通用技术在黑箱方法中都有着重要的作用，并且不断地发展和更新。

黑箱理论在高中物理中的应用□陈永新在高中物理中有个实验——“用多用电表探究黑箱中的电学元件”。

要求学生用多用电表对黑箱进行测量后，在不打开黑箱的情况下对黑箱内部的结构做出判断。

其实，在科学研究当中，控制论的创始人维纳首先把这一类问题或与之相类似的问题称之为黑箱，并且提出了处理这类问题的基本思路与方法，我们习惯上把它称为黑箱理论或黑箱方法。

一、什么是黑箱在日常生活和科学研究中，我们常常会遇到这样的情况：我们的研究事物，由于种种条件的限制，不能直接通过观察的手段了解其内部结构或其运行机理，仿佛遇到一个既不透明又打不开的黑箱子。

例如研究人脑的思维活动，既不能从外部看出，也不可以通过生理解剖从内部观察得到大脑的工作原理，这类事物都可称之为黑箱。

所以黑箱并不是一定要真的存在一个黑色的箱子，而是对这一类事物的一个形象的比喻。

二、黑箱问题的处理方法遇到黑箱问题，如何去研究，我们知道：自然界中不存在孤立的事物，所有事物都是相互作用，相互联系的。

根据这一特点，我们可以设计这样一种方法：1．信息的输入：用其他事物对黑箱施加影响。

2．信息的输出：黑箱对其他事物作出的反应。

3．系统分析：综合处理输入与输出的信息，猜想黑箱模型的几种模型。

4．验证与控制：对结果进行验证和实现对黑箱的控制。

三、几个应用实例【例1】2012年江苏高考第10题第3问：如图所示的黑箱中有三只完全相同的电学元件，小明使用多用电表对其进行探测。

在判定黑箱中无电源后，将选择开关旋至“×1”挡，调节好多用电表，测量各接点间的阻值。

测量中发现，每对接点间正反向阻值均相等，测量记录如上表。

两表笔分别接a 、b 时，多用电表的示数如表格所示。

请将记录表补充完整，并在答题卡的黑箱图中画出一种可能的电路。

1．信息的输入：用多用电表对其测量。

2．信息的输出：即多用电表的读数。

3．系统分析：每对接点间正反向阻值均相等，即为普通电阻，不存在二极管之类的电学元件，也就是黑箱中即为三个等值的电阻。

利用黑箱法做的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解黑箱法的概念及其在科学研究中的应用。

2. 学生能够掌握运用黑箱法进行问题分析、推理和解决的基本步骤。

3. 学生能够掌握本年级相关学科知识，将黑箱法与实际学习内容相结合。

技能目标：1. 学生能够运用黑箱法对未知问题进行独立分析和推理，培养解决问题的能力。

2. 学生能够通过小组合作，共同探讨黑箱法在实际案例中的应用，提高团队协作和沟通能力。

3. 学生能够运用黑箱法进行自主探究，培养创新思维和科学研究能力。

情感态度价值观目标：1. 学生对黑箱法产生兴趣，认识到科学研究的趣味性和挑战性。

2. 学生能够在面对未知问题时，保持好奇心和求知欲，勇于尝试和探索。

3. 学生通过黑箱法的应用，培养严谨、客观、理性的科学态度，提高对事物的分析判断能力。

4. 学生在小组合作中，学会尊重他人意见，培养团结协作的精神。

课程性质：本课程为学科交叉的实践性课程，旨在培养学生运用黑箱法解决问题的能力。

学生特点：本年级学生具有较强的逻辑思维能力和好奇心，有一定的自主学习能力。

教学要求：教师需引导学生将黑箱法与实际学科知识相结合，注重培养学生的实践操作能力和团队协作能力。

通过教学设计和评估，确保学生达到课程目标，实现学习成果。

二、教学内容本课程教学内容以黑箱法为核心，结合以下学科知识进行组织：1. 自然科学：选取课本中关于自然界现象的部分，如物理、化学、生物等章节，通过黑箱法分析自然现象背后的原因。

2. 数学：运用黑箱法解决数学问题，如几何图形的性质、方程式的求解等，提高学生的逻辑思维和推理能力。

3. 社会科学：结合历史、地理等学科，运用黑箱法分析社会现象和历史事件，培养学生的分析判断能力。

详细教学大纲如下：第一周：黑箱法概念及基本原理介绍，引导学生了解黑箱法及其在学科中的应用。

第二周：自然科学案例分析，让学生运用黑箱法分析自然现象，掌握基本步骤。

第三周：数学问题解决，指导学生运用黑箱法解决数学问题，提高逻辑推理能力。

利用黑箱法做的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解黑箱法的概念及其在科学研究中的应用。

2. 学生能够掌握运用黑箱法进行问题分析的基本步骤。

3. 学生能运用黑箱法对所学的学科知识进行整合，形成系统认识。

技能目标：1. 学生能够运用黑箱法对未知问题进行有效探究，提高解决问题的能力。

2. 学生能够通过黑箱法的实际操作，培养观察、分析、推理等逻辑思维能力。

3. 学生能够运用黑箱法进行团队合作，提高沟通与协作能力。

情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对未知事物的探索精神，增强学习兴趣。

2. 学生能够认识到黑箱法在科学研究中的重要性，增强对科学方法的尊重。

3. 学生能够在黑箱法的实践中，体会团队合作的力量，培养集体荣誉感。

课程性质分析：本课程为学科探究活动，通过黑箱法的实践应用，帮助学生深入理解学科知识，培养科学探究能力。

学生特点分析：针对所在年级学生的认知水平，注重培养学生的逻辑思维能力和实际操作能力，激发学生的学习兴趣。

教学要求：1. 教师应关注学生在黑箱法实践过程中的参与度，引导他们主动探究、积极思考。

2. 教师应注重培养学生的团队合作精神，提高他们的沟通与协作能力。

3. 教学过程中，教师应及时给予学生反馈，帮助他们调整学习方法，提高学习效果。

二、教学内容本节课依据课程目标，结合教材相关章节，组织以下教学内容：1. 黑箱法的基本概念与原理- 引导学生理解黑箱法的定义及作用。

- 分析黑箱法在科学研究中的应用案例。

2. 黑箱法的操作步骤与应用- 介绍黑箱法的具体操作流程，包括观察、假设、验证等环节。

- 通过实例演示，指导学生掌握黑箱法的应用技巧。

3. 学科知识的黑箱法探究- 结合教材内容，选取合适的学科知识点进行黑箱法实践。

- 引导学生运用黑箱法对知识点进行分析，形成系统认识。

4. 团队合作与交流分享- 将学生分组，进行黑箱法实践操作。

- 鼓励各小组展示成果，进行交流分享，提高学生的沟通能力。