小小工程师：隔音耳罩
进阶设计循环五步：界定问题、构思、制作、测试、改良。隔音耳罩要轻于200克、降噪至少20分贝、成本50港元内。
- 设计循环：界定问题→构思→制作→测试→改良。
- 隔音耳罩规格：轻于200克、降噪至少20分贝、成本50港元内。
- 隔音靠松软多孔的物料，耳垫要贴合防漏声。
文体小知识：记叙文记下动手做的过程。这一篇跟小工程师用设计循环造隔音耳罩，从测试数据中学会改良。
§课文原文 Passage
1家政室里搅拌机轰隆作响，音量高达90分贝，长期这样会损害听觉。学校举办工程设计活动：请小五同学运用设计循环，设计并制作一副隔音耳罩，保护在嘈杂环境工作的人。这正是小小工程师大显身手的机会。
2工程师解决问题有固定方法，叫设计循环：第一步界定问题，弄清楚要解决什么、用家是谁；第二步构思方案，画设计图、拣选物料；第三步制作原型，做出第一个样品；第四步测试，量度样品是否达标；第五步改良，按测试结果修改，再重新测试，直至满足要求。
3这次活动的要求（规格）有三项：耳罩重量不可超过200克；能把噪音降低至少20分贝；材料成本不可超过50港元。可用物料包括海绵、发泡胶、气泡纸和旧毛毡等隔音物料，工具只有剪刀和胶水，同学要动脑筋善用有限资源。
4制作过程热闹非常：有组别用两层厚海绵夹住发泡胶板，模仿专业耳罩；有组别用气泡纸包住耳罩外壳，再加毛毡衬里。做好的原型要接受三项测试：用电子秤量重量，用分贝计量度戴上前后的音量差，再逐项计算材料成本。
5测试数据会诚实地反映设计的优劣：达标的组别总结成功原因；未达标的组别也不气馁，因为设计循环本来就包括改良这一步——换物料、加厚隔音层、减去多余装饰，再做第二次测试。工程师正是在不断测试和改良中，把产品愈做愈好。
6完成活动的同学都说，做工程师一点不容易：既要科学知识，又要精打细算，还要团队合作。一副小小的隔音耳罩，让大家体会设计循环的威力：有系统地界定、构思、制作、测试、改良，再难的问题也能一步一步解决。
1重点摘要 Summary
设计循环五步：界定问题、构思、制作、测试、改良。隔音耳罩要轻于200克、降噪至少20分贝、成本50港元内。
2生字卡 Vocabulary
工程师解决问题的步骤：界定问题、构思、制作、测试、改良。
运用科学和数学知识设计产品和解决问题的人。
产品的第一个样品，用来测试设计是否可行。
能阻隔或吸收声音的物料，例如海绵和发泡胶。
量度原型是否达到要求，例如重量和降噪分贝。
量度音量的单位，降噪20分贝即音量减少20分贝。
设计必须达到的要求，例如重量和成本的上限。
可用金钱的上限，这次耳罩活动是50港元。
按测试结果修改设计，令产品更符合要求。
显示重量数字的量度工具，用来检查耳罩是否轻于200克。
3逐步讲解 Steps
- 第一步：界定问题与要求工程设计的第一步不是动手做，而是弄清楚问题。这次活动的问题是：嘈杂环境的音量达90分贝，会损害听觉，需要一副能有效隔音的耳罩。规格有三：重量不超过200克，方便长时间佩戴；把噪音降低至少20分贝；材料成本在50港元预算内。把要求写清楚，之后每一步都有依据，不会白费功夫。
- 第二步：构思方案与拣选物料构思时先画设计图，标明耳罩的形状、耳垫的层数和物料。隔音的原理是阻隔和吸收声音，所以宜选松软多孔的隔音物料：海绵柔软贴耳、发泡胶轻身、气泡纸隔气又隔音、毛毡可做内衬增加舒适。还要考虑成本，逐项列价钱，确保在50港元之内；工具只用剪刀和胶水，设计必须容易剪裁和黏合。
- 第三步：制作原型按设计图做出第一个样品，叫原型。工序包括：剪出两个耳罩外壳和耳垫，把隔音物料层层黏合，再做头带连接两边。制作时要留意：耳垫必须紧贴耳朵四周，否则声音会从缝隙漏入；头带松紧要适中，太紧会痛，太松会漏声。完成后先自行检查外观是否整齐、结构是否稳固，确认无误才交给下一步测试。
- 第四步：测试三项规格测试要公平和准确。重量：把耳罩放上电子秤，记下数字，对照200克上限。降噪：在固定音源前先用分贝计量度音量，再戴上耳罩量度，两者相减便是降噪分贝，对照20分贝下限。成本：把用去的物料逐项计价，对照50港元预算。测试时只改变一个条件，数据才可靠，并要把结果如实记录下来。
- 第五步：按数据改良设计测试后对照三项规格分析：超重便换上更轻的发泡胶或剪去多余部分；降噪不足便加厚海绵层或检查耳垫有没有漏声的缝隙；超支便改用回收物料或减少装饰。修改后再测试，循环往复，直至三项全部达标。这正是设计循环的精神：原型很少一次成功，工程师依靠测试数据不断改良，而非单靠运气，直至达标为止。
- 第六步：总结与分享完成设计后，向同学报告：问题是什么、设计怎样构思、测试数据如何、改良了什么。聆听别人的意见也是工程师的重要训练，别人的耳罩可能有值得借镜的地方。回顾整个过程，我们用了科学知识（声音和隔音）、数学计算（重量、分贝和成本）和团队合作，这正是科学、科技、工程与社会课的精髓。
5例题示范 Example
例题：两组同学测试隔音耳罩。设计目标：重量不超过200克、降噪至少20分贝、材料成本50港元内。甲组：重量180克，音量由85分贝降至58分贝，成本45元。乙组：重量215克，音量由85分贝降至70分贝，成本58元。哪一组达标？乙组可以怎样改良？
- 检查甲组三项规格：180克未超200克上限，达标。
- 甲组降噪：85减58等于27分贝，多于20分贝下限，达标；成本45元在50元内，达标。甲组三项全部通过。
- 检查乙组：215克超出200克上限，不合格；降噪只有85减70等于15分贝，不足20分贝，不合格；成本58元超出预算，不合格。乙组三项都不达标。
- 分析乙组失分原因：物料太重、隔音层不足令降噪不够、用料太多令成本超支。
- 改良建议：改用较轻的发泡胶代替厚海绵减重；把隔音层加厚或改用双层海绵加强降噪；改用回收物料并删去装饰悭钱，完成后再测试。
- 答案：甲组三项全部达标：180克轻于200克，降噪27分贝多于20分贝，成本45元低于50元。乙组三项都不达标：215克超重，只降噪15分贝，成本58元超支。乙组可这样改良：换较轻的发泡胶减重、加厚或改用双层海绵加强隔音、用回收物料并删去多余装饰以符合预算，然后按设计循环再测试，直至三项规格全部达标。
6常见错误 Mistakes
75 题快测 Quick check
Q1设计循环包括哪五个步骤？
Q2隔音耳罩的重量上限是多少？
Q3耳罩要把噪音降低至少多少分贝？
Q4这次工程的材料预算是多少？
Q5降噪测试怎样计算降噪分贝？
8重点回顾 Recap
- 设计循环：界定问题→构思→制作→测试→改良。
- 隔音耳罩规格：轻于200克、降噪至少20分贝、成本50港元内。
- 隔音靠松软多孔的物料，耳垫要贴合防漏声。
- 测试要公平：固定条件、如实记录数据。
- 原型很少一次成功，靠数据改良直至达标。