小小工程師：隔音耳罩
進階設計循環五步：界定問題、構思、製作、測試、改良。隔音耳罩要輕於200克、降噪至少20分貝、成本50港元內。
- 設計循環：界定問題→構思→製作→測試→改良。
- 隔音耳罩規格：輕於200克、降噪至少20分貝、成本50港元內。
- 隔音靠鬆軟多孔的物料，耳墊要貼合防漏聲。
文體小知識：記敘文記下動手做的過程。這一篇跟小工程師用設計循環造隔音耳罩，從測試數據中學會改良。
§課文原文 Passage
1家政室裏攪拌機轟隆作響，音量高達90分貝，長期這樣會損害聽覺。學校舉辦工程設計活動：請小五同學運用設計循環，設計並製作一副隔音耳罩，保護在嘈雜環境工作的人。這正是小小工程師大顯身手的機會。
2工程師解決問題有固定方法，叫設計循環：第一步界定問題，弄清楚要解決什麼、用家是誰；第二步構思方案，畫設計圖、揀選物料；第三步製作原型，做出第一個樣品；第四步測試，量度樣品是否達標；第五步改良，按測試結果修改，再重新測試，直至滿足要求。
3這次活動的要求（規格）有三項：耳罩重量不可超過200克；能把噪音降低至少20分貝；材料成本不可超過50港元。可用物料包括海綿、發泡膠、氣泡紙和舊毛氈等隔音物料，工具只有剪刀和膠水，同學要動腦筋善用有限資源。
4製作過程熱鬧非常：有組別用兩層厚海綿夾住發泡膠板，模仿專業耳罩；有組別用氣泡紙包住耳罩外殼，再加毛氈襯裏。做好的原型要接受三項測試：用電子秤量重量，用分貝計量度戴上前後的音量差，再逐項計算材料成本。
5測試數據會誠實地反映設計的優劣：達標的組別總結成功原因；未達標的組別也不氣餒，因為設計循環本來就包括改良這一步——換物料、加厚隔音層、減去多餘裝飾，再做第二次測試。工程師正是在不斷測試和改良中，把產品愈做愈好。
6完成活動的同學都說，做工程師一點不容易：既要科學知識，又要精打細算，還要團隊合作。一副小小的隔音耳罩，讓大家體會設計循環的威力：有系統地界定、構思、製作、測試、改良，再難的問題也能一步一步解決。
1重點摘要 Summary
設計循環五步：界定問題、構思、製作、測試、改良。隔音耳罩要輕於200克、降噪至少20分貝、成本50港元內。
2生字卡 Vocabulary
工程師解決問題的步驟：界定問題、構思、製作、測試、改良。
運用科學和數學知識設計產品和解決問題的人。
產品的第一個樣品，用來測試設計是否可行。
能阻隔或吸收聲音的物料，例如海綿和發泡膠。
量度原型是否達到要求，例如重量和降噪分貝。
量度音量的單位，降噪20分貝即音量減少20分貝。
設計必須達到的要求，例如重量和成本的上限。
可用金錢的上限，這次耳罩活動是50港元。
按測試結果修改設計，令產品更符合要求。
顯示重量數字的量度工具，用來檢查耳罩是否輕於200克。
3逐步講解 Steps
- 第一步：界定問題與要求工程設計的第一步不是動手做，而是弄清楚問題。這次活動的問題是：嘈雜環境的音量達90分貝，會損害聽覺，需要一副能有效隔音的耳罩。規格有三：重量不超過200克，方便長時間佩戴；把噪音降低至少20分貝；材料成本在50港元預算內。把要求寫清楚，之後每一步都有依據，不會白費功夫。
- 第二步：構思方案與揀選物料構思時先畫設計圖，標明耳罩的形狀、耳墊的層數和物料。隔音的原理是阻隔和吸收聲音，所以宜選鬆軟多孔的隔音物料：海綿柔軟貼耳、發泡膠輕身、氣泡紙隔氣又隔音、毛氈可做內襯增加舒適。還要考慮成本，逐項列價錢，確保在50港元之內；工具只用剪刀和膠水，設計必須容易剪裁和黏合。
- 第三步：製作原型按設計圖做出第一個樣品，叫原型。工序包括：剪出兩個耳罩外殼和耳墊，把隔音物料層層黏合，再做頭帶連接兩邊。製作時要留意：耳墊必須緊貼耳朵四周，否則聲音會從縫隙漏入；頭帶鬆緊要適中，太緊會痛，太鬆會漏聲。完成後先自行檢查外觀是否整齊、結構是否穩固，確認無誤才交給下一步測試。
- 第四步：測試三項規格測試要公平和準確。重量：把耳罩放上電子秤，記下數字，對照200克上限。降噪：在固定音源前先用分貝計量度音量，再戴上耳罩量度，兩者相減便是降噪分貝，對照20分貝下限。成本：把用去的物料逐項計價，對照50港元預算。測試時只改變一個條件，數據才可靠，並要把結果如實記錄下來。
- 第五步：按數據改良設計測試後對照三項規格分析：超重便換上更輕的發泡膠或剪去多餘部分；降噪不足便加厚海綿層或檢查耳墊有沒有漏聲的縫隙；超支便改用回收物料或減少裝飾。修改後再測試，循環往復，直至三項全部達標。這正是設計循環的精神：原型很少一次成功，工程師依靠測試數據不斷改良，而非單靠運氣，直至達標為止。
- 第六步：總結與分享完成設計後，向同學報告：問題是什麼、設計怎樣構思、測試數據如何、改良了什麼。聆聽別人的意見也是工程師的重要訓練，別人的耳罩可能有值得借鏡的地方。回顧整個過程，我們用了科學知識（聲音和隔音）、數學計算（重量、分貝和成本）和團隊合作，這正是科學、科技、工程與社會課的精髓。
5例題示範 Example
例題：兩組同學測試隔音耳罩。設計目標：重量不超過200克、降噪至少20分貝、材料成本50港元內。甲組：重量180克，音量由85分貝降至58分貝，成本45元。乙組：重量215克，音量由85分貝降至70分貝，成本58元。哪一組達標？乙組可以怎樣改良？
- 檢查甲組三項規格：180克未超200克上限，達標。
- 甲組降噪：85減58等於27分貝，多於20分貝下限，達標；成本45元在50元內，達標。甲組三項全部通過。
- 檢查乙組：215克超出200克上限，不合格；降噪只有85減70等於15分貝，不足20分貝，不合格；成本58元超出預算，不合格。乙組三項都不達標。
- 分析乙組失分原因：物料太重、隔音層不足令降噪不夠、用料太多令成本超支。
- 改良建議：改用較輕的發泡膠代替厚海綿減重；把隔音層加厚或改用雙層海綿加強降噪；改用回收物料並刪去裝飾慳錢，完成後再測試。
- 答案：甲組三項全部達標：180克輕於200克，降噪27分貝多於20分貝，成本45元低於50元。乙組三項都不達標：215克超重，只降噪15分貝，成本58元超支。乙組可這樣改良：換較輕的發泡膠減重、加厚或改用雙層海綿加強隔音、用回收物料並刪去多餘裝飾以符合預算，然後按設計循環再測試，直至三項規格全部達標。
6常見錯誤 Mistakes
75 題快測 Quick check
Q1設計循環包括哪五個步驟？
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貝？
Q4這次工程的材料預算是多少？
Q5降噪測試怎樣計算降噪分貝？
8重點回顧 Recap
- 設計循環：界定問題→構思→製作→測試→改良。
- 隔音耳罩規格：輕於200克、降噪至少20分貝、成本50港元內。
- 隔音靠鬆軟多孔的物料，耳墊要貼合防漏聲。
- 測試要公平：固定條件、如實記錄數據。
- 原型很少一次成功，靠數據改良直至達標。