HKDSE 設計與應用科技溫習筆記：科技的本質
同學你好！歡迎來到《科技的本質》溫習筆記。別擔心，科技並非只有機械人和太空船。它無處不在，由你手中的筆到銀包裡的八達通卡，都與科技息息相關。在這個章節中，我們將會探索科技的真正含義、它的起源，以及構成萬事萬物的基本要素（例如能量和物料）。學好這些基礎知識超級重要，因為它們是你將來所有精彩設計項目的基石。事不宜遲，立即開始啦！1. 創新與科技
這是核心概念！我們需要了解科技是什麼，以及新想法如何誕生和改進。科學與科技有咩大分別？
這是個經典問題，但其實比你想像中簡單。它們就像一對好朋友，各司其職。
- 科學（Science）是關於探索。它是提問「為什麼？」和「如何？」的過程，旨在理解自然世界。例如：一位科學家發現電流通過幼細的電線時，能使其發光。
- 科技（Technology）是關於應用。它是運用科學知識來解決問題和創造有用的事物。例如：一位工程師運用該科學知識，發明了電燈泡。
記憶小貼士：想想科學 = 科究世界。科技 = 製造工具。
發明與創新：有咩重要區別？
這兩個詞經常被混淆，但它們意義不同。弄清楚這一點，將真正顯示你對主題的理解。
發明（Invention）：這是創造前所未有、全新產品或流程的過程。
- 例子：亞歷山大·格拉漢姆·貝爾（Alexander Graham Bell）發明的第一部電話。這是一個全新的概念。
創新（Innovation）：這是對現有事物進行改進或重大突破的過程。它能使產品更好、更便宜，或以新的方式發揮作用。
- 例子：iPhone。電話早已存在，但Apple透過將其與相機、網絡瀏覽器和音樂播放器結合到一個易於使用的裝置中，實現了創新。
- 香港例子：八達通系統就是一個絕佳的創新例子！它並非發明了支付卡或無線技術，而是巧妙地將這些技術結合起來，成為一個超級方便的交通、購物等支付系統。
個案分析：單車
一部簡單的單車是科技的完美例子。讓我們按照課程大綱的要求來分析它：
- 能量轉換、傳輸及控制系統：
- 能量轉換：你的腿部肌肉推動腳踏（動能），被轉換為車輪的轉動。
- 傳輸：鏈條和齒輪將動力從腳踏傳輸到後輪。轉換齒輪可使踩踏更輕鬆或更費力。
- 控制：車把用於轉向（方向控制），剎車用於減速（速度控制）。
- 所用物料：
- 車架：常由鋼材（堅固但笨重）或鋁合金（更輕巧但依然堅固）製成。
- 輪胎：由橡膠製成，以提供抓地力並吸收震盪。
- 座墊：常由塑膠、泡綿和合成物料外層製成，以提供舒適感。
- 製造過程：
- 車架的管材被切割並焊接在一起。
- 車輪透過將輻條連接到輪框和花鼓來組裝。
- 所有標準零件（齒輪、剎車、鏈條、腳踏）隨後組裝到車架上。
溫馨提示：快速回顧
科技運用科學來解決問題。
發明 = 創造全新事物。
創新 = 改進現有事物。
本節重點
科技不僅僅是關於新事物；它更是關於如何有創意地解決問題。了解新概念（發明）和巧妙改進（創新）之間的區別至關重要。即使是單車這樣簡單的物件，也蘊含著各種不同的科技系統和巧妙的物料選擇。
2. 能量及能源
沒有能量，什麼都不能運作！設計師必須考慮產品的能量來源，以及如何高效地運用它。
能源的種類
我們可以將能源分為兩大類：
- 不可再生能源：這些資源的消耗速度遠超其形成速度。一旦耗盡，就需極長時間才能再次形成。
- 例子：化石燃料，如煤、石油和天然氣。
- 可再生能源：這些資源可自然補充或取之不盡。它們對環境更友善。
- 例子：太陽能（來自太陽）、風能和水力發電（來自流動的水）。
產品中的能量：設計師的責任
當你設計產品時，必須考慮其能量的「旅程」。這對於創造可持續發展和方便使用的產品來說，超級重要！
- 能量來源：你的產品將如何供電？是插電使用？使用電池？還是太陽能供電？
- 能量轉換及效率：能量經常從一種形式轉換為另一種。例如：電風筒將電能轉換為熱能和動能（風扇的轉動）。效率是指輸入能量中有多少轉化為有用的輸出能量。低效率的產品會浪費大量能量（通常以熱能形式流失）。LED燈泡比舊式白熾燈泡高效得多，因為更多電力轉化為光，而不是白白浪費的熱量。
- 消耗、浪費與節約：
- 消耗：產品使用多少能量？這會影響用戶的電費單和對環境的影響。
- 浪費：低效率的產品會造成能量浪費。想想那些會發熱的電話充電器——那些熱能就是被浪費的能量！
- 節約：你如何設計產品來節省能源？例子：使用更高效的組件，或添加「自動關機」功能。
你知道嗎？
「幽靈負載」或「吸血鬼耗電」是指裝置在關閉但仍插著電源時所消耗的電力。作為設計師，設計出附帶真正「關閉」開關的產品，可以幫助節省意想不到的大量能源！
本節重點
能量是設計中一個至關重要的考慮因素。一個好的設計師會選擇合適的能源、追求高效率以減少浪費，並思考如何幫助使用者節省能源。這不僅對地球有益；更是良好設計的體現！
3. 物料及標準組件
想法很棒，但你需要實體材料才能將它們實現！了解物料，就像廚師了解他們的食材一樣重要。
常用物料特性
不同的物料有不同的行為方式。我們根據物料的特性來選擇它們。以下是一些主要概念：
- 應力與應變：
- 應力（Stress）是施加在物料單位面積上的力（類似壓力）。
- 應變（Strain）是物料在應力作用下變形或拉伸的程度。
- 想像你拉扯一條橡皮筋，拉扯的力量就是應力，而橡皮筋拉長了多少就是應變。
以下是你需要了解的主要物料類別：
- 塑膠：輕巧、良好絕緣體，易於塑造成複雜形狀。例子：用於飲品瓶的PET、用於水管的PVC。
- 木材：相對重量而言堅固、具天然美感、可再生，但易受濕氣影響。例子：用於簡單家具的松木、用於戶外家具的柚木。
- 金屬：堅固、延展性強（可拉伸成幼線）、良好導熱體及導電體。例子：用於建築的鋼材、用於飲品罐的鋁、用於電線的銅。
- 陶瓷：非常堅硬、良好絕緣體，可承受高溫，但具脆性（容易碎裂）。例子：用於陶器的黏土、用於玻璃的二氧化矽。
標準組件：工程界的樂高積木
想像一下，如果你需要為一個項目設計和製造每一顆螺絲，那將會花費無止境的時間！這就是為什麼我們使用標準組件的原因。
- 它們是什麼？它們是預製、常用、按照特定標準尺寸及規格製造的零件。
- 例子：螺母、螺栓、螺絲、軸承、開關和電阻器。
- 為何使用它們？
- 成本：它們大量生產，因此價格低廉。
- 可靠性：它們的品質一致。
- 供應：易於找到和更換。
- 效率：能為設計師節省大量時間。
個案分析：不起眼的飲品容器
讓我們以一個飲品罐或瓶為例，同時考慮課程大綱的重點：
- 原材料：鋁罐使用鋁土礦。塑膠瓶使用石油（原油）。
- 製造過程：鋁材被壓成薄片，然後沖壓和拉伸成罐狀。塑膠瓶則透過吹塑成形。
- 市場形態：圓柱形設計堅固、易於手持，並能高效堆疊，方便運輸和擺放於貨架上。
- 回收：鋁是高度可回收的物料，相比製造一個新罐，可節省超過90%的能量。塑膠亦可回收。這在設計中是一個非常重要的議題！
- 優化資源利用及政府政策：設計師嘗試使用更少物料（「輕量化」）來節省成本和資源。政府通常會透過廢物徵費計劃或在各地設置回收箱等政策來推廣回收。
常見錯誤：要避免啊！
不要只說「車架是由金屬製成的」。請更具體地說明！是鋼材還是鋁材？為什麼選擇這種金屬？務必嘗試將物料選擇與其特性和產品功能聯繫起來。例如：「選擇鋁合金作為單車車架，是因為它既能提供良好的強度，又輕巧，使單車更容易騎行。」
本節重點
你選擇的物料決定了你的產品能做什麼。一個好的設計師會理解不同物料的特性，並巧妙地使用標準組件，使他們的產品價格合理、可靠且生產高效。思考物料的整個生命週期，包括回收，是現代設計中至關重要的一部分。