資源簡介

系統的設計
一、教學內容分析
1.教學內容在教材中的地位
粵教版通用技術必修二《技術與設計2》第三章第四節的《系統的設計》，教材內容包括技系統設計的基本方法、簡單系統的設計。本課為第1課時，以系統設計的基本方法為教學內容。教材以我國的射電望遠鏡（FAST）為引入，介紹了系統設計要考慮的主要問題。再以水火箭的設計為例，介紹系統設計的基本方法。本節不僅是全章學習內容的總結和綜合運用，也是對已有知識和技能的綜合運用。
根據《普通高中通用技術課程標準（2017年版2020年修訂）》要求，學生應能通過對簡單系統的設計，初步學會簡單系統設計的基本方法，增強設計與交流過程中的創新意識、圖樣表達和工程思維的能力。結合教材內容，本課的教學重點是初步設計一個水火箭，并通過水火箭的設計歸納出系統設計的基本方法。
2.教學重點：初步設計一個水火箭；歸納出水火箭系統設計的方法。
3.教學難點：對水火箭的設計進行基本的設計分析。
二、教學對象分析
本課的教學對象是高一年級的學生，通過前面三節的學習，學生已經掌握了系統的特性和系統的思想方法，為進行系統設計奠定了基礎，學生也有了進行系統設計實踐的愿望。其次，學生對水火箭并不陌生，但對系統設計的具體方法卻知之甚少，在學習本節內容前讓他們進行簡單的系統設計，他們會無從下手。通過本次課學習，使學生在理解系統的設計是建立在對系統進行有效分析的基礎上，初步學會簡單系統設計的基本方法。
三、教學目標
圖樣表達：能在系統設計過程中運用圖形樣式對意念中或客觀存在的技術對象進行可視化的描述與交流。
工程思維：能以實現系統整體功能最優為目的，綜合考慮系統各部分之間的聯系，合理解決它們之間的沖突；注重系統與環境、部分與整體之間的協調。
物化能力：根據設計的要求，選擇合適材料和工具，完成制作任務。
四、教學策略
本節涉及系統設計的方法和理論，是專業性很強的內容。教師通過一則新聞引入新課，進入系統設計的學習，同時在課堂上以水火箭的設計為載體，使學生了解設計的基本方法。
五、教學過程
教學環 節 教師活動 學生活動 設計意圖
播放長征二號F運載火箭的視頻，請學生思考： 火箭送航天器上太空的主要步驟和設計這些步驟的目的？引出火箭及水火箭的原理，以及本節課的重點：設計水火箭系統。 通過熱點新
新 課 導入 觀看視頻思考、理解 聞引發學生興趣和民族自豪感，引
出概念。
明 確 系 設計要求：用容量為500毫升的飲料瓶制作氣壓式噴 通過具體案
統 設 計 水推進火箭。 例分析讓學
的 總 體 設計目標：射程45米以上，越遠越好。 聽講 生了解系統
目 的 及 思考 設計的基本
要求 方法
一、分析理想狀態下，水火箭的飛行軌跡
基 本 的設 計 分析：原理分析 可視為斜拋運動，軌跡是一條拋物線可分為主動段和被動段； 主動段飛行距離和持續時間短，主要為水火箭飛行提供動力； 被動段飛行距離和持續時間都很長，可以上升段 聽講思考 通過具體案例分析讓學生了解系統設計的基本方法
和下降段，是水火箭射程的主要來源。
二、分析理想狀態下，影響水火箭射程的主要因素
1. 根據斜拋運動的射程公式，彈道主動段的終點的
速度 1越快，水火箭射程越遠； 聽講
基 本 的設 計 分析：原理分析 發射仰角為45°時，水火箭射程最遠； 根據加速度公式，得出 1 的大小與主動段的加速度a，加速度的持續時間t成正比； 根據牛頓第二定律和壓強公式，得出a和水火箭的 思考 通過具體案例分析讓學生了解系統設計的基本
反沖推力F（P、S）成正比，和箭體的重量m成反比； 方法
5. 理想狀態下，加速度的持續時間t與動力艙高壓氣
體的量和水量成正比。
基 本 的設 計 分析：外部環 境 分析 三、分析空氣阻力對水火箭射程的影響 水火箭飛行時受到的空氣阻力越小，飛行動能損耗小，水火箭射程遠。 減小空氣阻力主要的三個方法： 給水火箭加一個尖形的整流罩； 減小水火箭箭體的橫截面積； 設計更加光滑的箭體表面。 聽講思考 通過具體案 例分析讓學生了解系統設計的基本方法
基 本 的設 計 分析：外部環 境 分析 三、分析天氣狀況對水火箭的影響 天氣狀況如風速、風向等時刻在改變。會影響水火箭的飛行姿態。當水火箭飛行偏離預定軌道時，會影響水火箭的射程。 設計時可以通過加裝尾翼和調節箭體重心的方式使水火箭飛行更穩定。 聽講思考 通過具體案 例分析讓學生了解系統設計的基本方法
水 火 箭的 初 步設計 確定系統的結構組成：箭體子系統、動力子系統、發 射子系統。 子系統設計分析及功能確定： 箭體子系統：由殼體、箭頭（配重）、箭翼組成，主要功能是減少空氣阻力，穩定、修正飛行姿態。 動力子系統：由動力艙、水、加壓的空氣、噴嘴、打氣筒氣壓計等輔助設施組成，主要功能是為水火箭發射提供動力。 發射子系統：由發射架和發射軌道組成，主要功能是控制水火箭的發射方向和發射仰角。 聽講思考 通過具體案例分析讓學生了解系統設計的基本方法
系 統 總體設計 系統總體設計: 列出各子系統各要素對水火箭射程的影響； 明確各因素之間存在聯系與沖突； 系統總體設計時，通過后續的優化步驟，以定量分析試驗等方式，在各要素的沖突間找到一個平衡點，以實現系統整體功能最優的目的。 思考理解 理解系統整合中的工程思維
制 作 水火箭 一.使用的工具：美工刀、剪刀、記號筆、鋼尺 二.使用的材料：飲料瓶、硬膠套、抽干文件夾、膠布、雙面膠、噴嘴。 三．注意事項：1.飲料瓶要完好無損。2.制作時應注意使箭頭、箭體、噴嘴的軸線要共線。3.尾翼的方向需要與箭體軸線的方向一致。 聽講思考 學習水火箭的制作方法
歸 納 與小結 一、明確設計水火箭系統的總體目標及要求； 二、對水火箭的原理和飛行的外部環境進行基本的設計分析； 三、初步設計水火箭系統；四、學習制作水火箭的方法； 五、歸納系統設計的基本方法。設計的基本方法： （一）明確設計的總體目的及要求； （二）調查研究，進行基本的設計分析； （三）系統的設計 1.系統整體組成； 2.子系統的設計； 3.系統的總體技術設計。 聽講歸納思考 總結所學知識，加深理解

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