資源簡介

技術與設計2
第三單元 系統與設計
第一節 系統的結構（2課時）
一、教材分析
[教材給出的學習目標]
1、從應用的角度理解系統的含義。
2、通過簡單的系統的案例分析，理解系統的基本特性。
[教材分析]
本節教材由1.什么是系統，2.系統的類型，3，系統的基本特性3小節組成。
本節的重要概念是：系統，子系統，整體性。
系統的結構是與系統的功能相對應的，用系統的結構主要基于以下兩點：一是系統的結構可以從空間上構架系統的定義、類型和基本特性，涵蓋本節的內容；二是系統本身的組成具有一定的結構，其結構是功能的基礎，前者決定了后者，結構的變化必然引起功能的變化。
本節以自行車的組成部分、各部分之間的相互聯系和它們的功能為例，引導學生認識系統的定義和系統的一般分類，引導學生理解系統的整體性、相關性、動態性和環境適應性等重要特性，強化學生對系統的理解。
二、學情分析
學生雖然接觸過系統，知道系統這個名詞，但實際上并不知道什么是系統。高二年級的學生對生活中的一些事例已經有所理解，但在具體分析、處理事情時僅僅是憑借個人的有限經驗或他人經驗，因此，本節是系統教學的入門知識，學習系統的概念，含義及其功能與特性，了解學習系統知識的價值。
三、教學目標
1、知識與技能：理解系統的含義，系統的構成，理解系統的基本特性。
2、過程與方法：通過分析自行車各個部件的功能，理解系統的含義，
通過討論，理解現實生活中各種系統所具有的系統的基本特性
3、情感態度與價值觀：形成正確的系統的觀點，通過本節的學習，能夠用系統的觀點來分析生活中一些現象。
四、教學重難點
教學重點：系統的構成；系統的基本特性
教學難點：系統的特性。
五、教學方法
　　講授法、討論法、案例分析法、對比分析法。
六、教學準備
1、教具：臺燈、自制投影片
2、教學設備：電腦，投影儀
七、教學過程：
（一）第一課時
1、導入
【師：】從本學期開始，我們繼續學習通用技術《技術與設計2》第三單元系統與設計，第四單元控制與設計的相關內容。在學習的過程中，同學們要注意將自己的生活實踐與我們現在所學的理論知道相結合，這樣才能更好地體會這門課程。
【師：】系統這個詞我們經常會說到，在生物中我們會說呼吸系統，我們說到計算機會說“計算機系統”；說到汽車，我們會說到動力系統，點火系統；……，那么什么是系統，我們如何從技術的角度去理解系統呢？今天我們就共同來學習第三單元系統與設計第一節系統的結構。
（1）展示圖片“盲人摸象”的圖片，
[生：]講解這個故事。
【師：】在我們的生活中，如果不用整體的、相互聯系的系統的觀點去看問題，就會犯類似的錯誤。整體具有的功能往往是任何一個部分所沒有的。我們不能只看到某個部分而忽略了整體的功能。
思考：你能列舉生活中遇到的類似的例子嗎？試舉幾例。
1）（一葉障目，不見泰山）《鹖冠子·天則》：“一葉蔽目，不見泰山；兩豆塞耳，不聞雷霆。　　有個楚國人，過著貧窮的日子，一次讀《淮南子》這本書，看到書中寫有“螳螂窺探蟬時用樹葉遮蔽自己的身體，可以用這種方法隱蔽自己的形體”，于是就在樹下仰起身子摘取樹葉。這片樹葉落到樹底下，樹下原先已經有許多落葉，不能再分辨哪片是螳螂隱身的那片樹葉。楚人便掃集收取樹下的好幾筐樹葉拿回家中，一片一片地用樹葉遮蔽自己，問自己的妻子說：“你看不看得見我？”妻子開始總是回答說“看得見”，整整過了一天，就厭煩疲倦得無法忍受，只得欺騙他說“看不見了”。楚人內心暗自高興，攜帶著樹葉進入集市，當著面拿取人家的貨物。于是差役把他捆綁起來，送到了縣衙門里。縣官審問他,聽他說了事情的起因經過后大笑起來，笑他只是個書呆子罷了。于是縣令把他放了,沒有治罪。 　　成語“一葉障目，不見泰山”原指一片樹葉擋住了眼睛，連面前高大的泰山都看不見。比喻為局部的、暫時的現象所迷惑，看不到事情的全局、主流及本質。
2）管窺蠡lí測：從竹管里看天。用瓢來量海水。比喻眼光狹窄，見識短淺。
3）管中窺豹：通過竹管子的小孔來看豹，只看到豹身上的一塊斑紋。比喻只見到事物的一小部分。
4）坐井觀天：比喻眼睛狹小，看到的有限。
（系統是一個整體，單個因素無法表現其全部）
2、新課講授
$3.1系統的結構
【師：】我們在日常生活和工作中，經常使用“系統”這個名詞。
1、常見的系統：呼吸系統、傳動系統、生態系統、計算機硬件系統。（展示圖片）
（1）展示自行車圖片，問：結合生活經驗和案例，分析當自行車出現下列情況時會導致什么情況？
1.車閘的橡皮松了
2.車把固定螺釘松了
3.鏈條斷了
4.車輪的輻條斷了
**學生討論后寫出結果。并完成以下內容：
車把的作用是：
腳蹬的作用是：
鏈輪和鏈條的作用是：
前后輪的作用是：
車閘的作用是：
[師：] 通過自行車的分析，你認為什么是系統？
***（2）系統的含義： 由相互聯系、相互作用、相互依賴和相互制約的若干要素或部分組成的具有特定功能的有機整體。
學生活動：完成P65馬上行動。
臺燈 燈座 燈泡 燈罩 電線開關等
學校的多媒體教室 電腦 投影儀 音響設備 課桌椅 照明設備 投影屏幕等
手表 表殼、表帶、表芯等
計算機 顯示器，主機，鍵盤，鼠標，音響，
[師：] 構成系統，需要具備哪些條件呢？
***（3）構成系統的三要素 ：
至少要有兩個或兩個以上的要素（或部分） ；
各要素之間互相聯系互相作用，有一定的結構；
系統的功能是組成的要素所不具備的。
（展示生活中常見的系統，如汽車，人體系統……）
子系統：在某一整體結構中具有相對獨立，且具有特定功能的組成部分我們稱為子系統。
***（4）系統與子系統
系統有大有小，有復雜有簡單。對于較大的系統和比較復雜的系統，根據一定的標準可劃分為若干子系統（subsystem）。
任何系統又都包含更小系統的子系統。
（展示城市公交系統）
[師：] 大千世界，系統無處不在、無時不有。自然界中，一片森林，一棵樹，一片樹葉都是一個系統，甚至我們生物中學習到的細胞也是一個系統：細胞是由細胞膜、細胞質、細胞核等要素，按一定的結構形式組成的、表現出生命現象的系統。
在技術領域中，宇宙飛船，遠洋貨輪，車床，電風扇等都是系統，如電風扇由電機
、葉片、定時器、開關等組成的。
社會生活方面一座城市、一個家庭、一所學校、一個班級等都可以看成是系統。
（展示相關的圖片）
(5)系統的類型
[師：]系統是普遍存在的，也是多種多樣的。根據需要，可以對系統進行不同的分類。
自然系統與人造系統
實體系統與抽象系統
靜態系統與動態系統
封閉系統與開放系統
簡單系統與復雜系統
學生活動：
完成P66馬上行動：自行車能夠分成哪幾個子系統 ？
3 小結：
本節課主要內容：系統的含義，構成系統的三要素。構成系統的三個要素與系統的含義的關系。
4、課后反思：
本節課在講授的過程中，由于學生是高中生，不太愿意當眾講“盲人摸象”的故事，因此在教學過程中要注意對學生的鼓勵。在講解系統的含義的時候，如果直接將系統的定義念出，會顯得繁長，難以理解。因此我在講解系統的含義時，說：系統是一個有機整體。它具有特定的功能。它的各個要素之間有一定的聯系：相互聯系，相互制約，相互影響。這樣就會給學生一個整體性的印象，而且從這三個方面也可以讓學生與構成系統的三要素相聯系，也為后面系統的基本特性做一個鋪墊。而在系統與子系統的相關內容講解時，學生可以說出有多少子系統，但是對子系統的要素的界限分的不是很清，因此在后面講解此項內容時要通過更具體的實例對學生進行講解。
（二）第二課時
1、導入
[師：]上一節課主要講了系統的定義，系統由相互聯系、相互作用、相互依賴和相互制約的若干要素或部分組成的具有特定功能的有機整體。構成系統的三要素： 至少要有兩個或兩個以上的要素（或部分） ；各要素之間互相聯系互相作用，按照一定方式形成一個整體；系統的功能是組成的要素所不具備的。
[師：]現在我們再來看一下系統的含義：系統：由相互聯系、相互作用、相互依賴和相互制約的若干要素或部分組成的具有特定功能的有機整體。
系統是一個有機整體――》整體性
系統具有特定功能――〉目的性
系統的要素相互聯系、相互作用、相互依賴和相互制約――》相關性
2、新授 系統的基本特性
A、系統的整體性：是系統最基本的特性，也是觀察和分析系統最基本的思想和方法。
[師：]我們可以從以下方面理解系統的整體性：
A．1系統是一個整體，它不是各個要素（部分）的簡單相加，系統的整體功能是各個要素（部分）在孤立狀態下所沒有的。（×展示圖片）
A．2系統的任何一個要素（部分）發生變化或出現故障時，都會影響其他要素（部分）或整體的功能的發揮。
A．3系統的整體功能大于組成系統的各部分的功能之和
A．4不能離開整體去分析系統中的任何一個組成部分。一個系統組織得好不好，就看它的整體功能即系統功能實現得怎樣。
學生活動：
案例分析：巴爾扎克的塑像：p069
羅丹這樣做的目的何在，雕塑家的這一行為給你以怎樣的啟示？
（讓人們看到其它的美所在。不能離開整體去分析任何一個組分，一個系統組織的好不好，就看它的整體功能實現的怎樣。羅丹砍去雕塑雙手的目的在于使人們注意雕像的整體，而不僅僅是注意這雙手。
【系統思路】做任何事情都要重視整體效應，必要的時候要舍得拋棄部分而保留整體。）
學生活動：根據系統的整體性特征，解釋右表中所列的現象：
現 象 原 因
“一個和尚挑水吃，兩個和尚抬水吃，三個和尚沒水吃。 ” 不符合整體性的原則、各組分之間，組分與整體之間協調的不好，不能形成良好的功能。
三個臭皮匠頂個諸葛亮 各組分之間，組分與整體之間協調的好，形成良好的功能。系統的整體功能大于組成系統的各部分的功能之和
一著不慎、全盤皆輸 各組分之間相互聯系、相互作用，任何一個元素或組分的變化都會影響其他元素和組分實現其功能。
“棄卒保車” 系統有很多的子系統，各子系統之間有一定的層次性，首先要保證主要組分，再考慮次要的。
【師】：如何理解“一著不慎，滿盤皆輸”？
（不管什么棋類比賽，關鍵的一著下錯，都很有可能輸掉整盤棋。
【系統思路】要重視關鍵因素。在一個系統中關鍵部分的變化，甚至會對全局產生決定性的影響。）
B相關性
組成系統的各要素之間或系統與部分之間的相互作用、相互聯系。
討論以下現象：
1為了保護草原植被，當地政府頒布了禁止大量捕殺野狼的法令，這是什么道理？
（狼捕殺羊、野兔等食草性動物，使其數量減少，從而起到保護植被的作用。
【系統思路】系統的各個元素、組分的變化會對其他的元素、組分起影響。）
2、自行車的功能：（展示圖片，概念自行車）
問：請問這三個系統分別能實現哪些功能？
問：雖然都是自行車系統，可它們的主要目的分別是什么呢？
C系統的目的性
任何系統都具有某種目的，都要實現一定的功能，這也正是區別不同系統的標志。
【問】：自行車為什么要有剎車功能？自行車的作用是提高速度，使人們可以更快地到達目的地，而剎車的作用卻是減速，兩者相矛盾。為什么還要剎車呢？
（在某些情況下（如下陡坡），行車速度和安全要求這兩個具體目標產生了矛盾，就得通過剎車來減速，進行協調，從而保證自行車更好地到達目的地。
【系統思路】系統的具體目標之間有矛盾時，要從系統的目的出發，進行協調。）
學生行動：
完成P71馬上行動：
人們將發條、游絲、齒輪、表殼等零件組裝成鐘表，其目的是：_________________________
經營管理系統通過優化和配置企業的人力資源和物力資源而形成，其目的是____________
C.3討論p071：作為一個系統，我國農業生產結構調整的目地是什么，是通過哪些途徑進行農業生產結構調整的？
｛（1）使產業結構更加合理，以增加農民的收入。
2）調減糧田面積，增加經濟作物和飼料作物。種植業開始形成糧食作物，經濟作物和飼料作物協調發展的基本格局。｝
（教師結合時政，講解最近幾年國家在醫療，養老方面政策的變化）
D 系統的動態性---側重系統的更新
【問：】臺式計算機的CPU上安裝的小風扇為什么有時轉的快，有時轉的慢？
(臺式計算機的CPU上安裝的小風扇是給CPU散熱用的。當處于開機狀態時，主機的溫度會升高，小風扇的轉速時快時慢，是因為在CPU的下方有一個溫度傳感裝置，當溫度高時，控制小風扇的轉速加快，當溫度低時控制小風扇的轉速變慢，從而達到動態控制CPU溫度的目的。)
[師：] 事物都是不斷變化，因此系統是一個動態的系統。在分析認識系統時，不僅要看到它的現在，還要看到它的未來，掌握系統的發展規律，從而預測系統的將來。
如：我們使用的鐘表，軍事上使用的雷達（展示圖片）都是動態的系統。
E 系統的環境適應性—系統的適應性
談談“春捂秋凍” 的含義：
｛這是環境適應性的體現:由于人自身就是一個系統，春天多穿一些是對冬天的一種適應和銜接，秋天穿少一些是對夏天氣候的銜接和向冬天過渡的一種準備。兩者都是為了使人的身體逐漸適應外界氣溫的變化而不至于生病。（隨著外界氣候的變化，人們必須能適應周圍的環境，借助物質資料，才能保持和恢復人的活動。）｝
【師：】一個系統與其所處的環境之間通常都有物質、能量和信息的交換，外界環境的變化會引起系統特性的改變，并相應地引起系統功能和系統內部各部分相互關系的變化，系統要適應環境的變化而變化。
系統只有具有對環境的適應能力，才能保持和恢復系統原有的特性。
討論：運用系統的觀點解釋“木桶理論”
｛管理學中的“木桶理論”是指：人的能力大小是由他身上最劣質的素養決定的，一個企業成功的概率大小也是由這個企業的最薄弱的環節決定的，就像木桶的容水多少是由木桶最短的一塊木板決定的一樣。
木桶容水的多少還要由木桶的直徑決定。對于個人，如果你的能力只有那么大，你必須學習，不斷地增加自己的知識直徑。企業亦然，要不斷的進行改造、革新，以便更好的發展。
木桶容水的多少還要由木桶之間的木板是否箍的緊密有關，否則，你無論多大的木桶，都把水會漏光的，“木桶打水一場空”。 對于個人，也就是說：你要把自己的知識進行融會貫通，才能成就一番事業。對于企業，一定要進行多種文化的融解包容，同時要建造一個齊心協力的團隊，只有這樣，才能在萬眾一心的基礎上，將企業搞好。｝
本節課主要內容：系統的類型，重點理解并應用系統的基本特性，（本節主要講解了整體性，相關性），要學會運用系統的思想去處理生活學習中的問題。
4、課后反思：
本節課整體思路較好，在講解系統的基本特性時，根據系統的含義去總結，這樣就很好地將前后知識進行了銜接。在講系統的整體性時，學生做馬上行動的題時，對系統的整體性理解不是很好，因此在解釋現象時不能說到要點。在講系統相關性時給出的案例分析則是讓學生感覺在日常生活中，如何應用系統論的知識。在上課的過程中要注意語言表達的方式，盡可能簡練語言，強化語言功底。要多看課外知識，給學生增加新知識。提高學生的學習興趣。
3 小結：
系統的結構一節主要是系統的含義，構成系統的三要素。根據需求不同，系統有不同的類型。系統的五個基本特性（整體性，相關性，目的性，動態性，環境適應性）。系統的思想在生活中應用非常廣泛，應更多地將其應用于生活中。
第二節 系統的分析（2課時）
一、教材分析
[教材給出的學習目標]
1、初步掌握系統分析的基本方法。
2、理解系統優化的意義，能結合實例分析影響系統優化的因素。
[教材分析]
本節教材由1.系統分析及其一般步驟，2.系統的優化等2小節組成。
本節通過對漢字激光照排系統、田忌賽馬等案例的分析，引導學生理解系統分析的含義和一般步驟。將系統分析上升到哲學范疇，就是系統方法。系統方法是在考慮和處理問題時，從全局出發，從整體入手，一開始就抓住事物的要素與要素、要素與整體、整體與外部環境之間的相互聯系和相互作用。這樣就能從整體上把握事物，得出全面的認識。系統分析實際上是系統方法在決策中的運用，是系統方法的一種表現形態。教學時要注意從身邊的事例出發，培養學生運用系統方法分析和處理問題的能力。通過農作物的間作套種、最大利潤問題、裝修施工的組織優化等案例，分析系統優化的方法。教學時并不要求學生對優化問題做出比較復雜的數學運算，關鍵是引導學生結合實例分析影響系統優化的基本因素，做出適當的優化方案即可。系統的分析和系統的優化共同構成系統設計的基礎。
二、教學目標
1、知識與技能：初步掌握系統分析的基本方法；了解系統分析方法在日常生活和工農業生活中的廣泛應用；理解系統優化的意義，分析影響系統優化的因素。
2、過程與方法：能通過案例分析和實踐活動，初步掌握系統分析的基本方法，能結合實例分析影響系統優化的因素；
3、情感態度與價值觀：形成整體的認識，更好地把握系統的思想和方法，并運用系統的觀點分析事物。
三、教學重難點
教學重點：系統分析的思想方法，系統優化的方法。
教學難點：系統分析的思想方法。
四、教學方法
　　講授法、討論法、案例分析法、對比分析法，小組活動。
五、教學準備
1、教具：臺燈、自制投影片
2、教學設備：電腦，投影儀
六、教學過程：
（一）第一課時
1、引入：
[師：]：前面我們學習了系統的定義、系統的基本特性。從前面的學習中知道：生活中的萬事萬物都是系統，我們做的事情也可以看成一個系統，在系統中某些要素變化時，會影響系統整體。今天我們就來具體學習“系統的分析”
2、新授：系統的分析
[師：]在生活中，每個人都會面臨選擇，面臨決策。（展示圖片）比如大家小學時都學過小馬過河的課文，小馬也面臨著選擇。
1）決策的方法
決策方法有經驗決策和科學決策； 系統分析是一種科學決策的方法。
【師：】我們要學習的系統分析就是一種科學決策的方法。什么是系統分析呢？
2）系統分析
A．含義
為了發揮系統的功能，實現系統的目標，運用科學的方法對系統加以周詳的考察、分析、比較、試驗，并在此基礎上擬定一套有效處理步驟和程序，或對原來的系統提出改進方案的過程
學生活動：完成P77案例分析“漢字激光照排系統”
思考：在漢字照排方案的決策中，系統的整體目標是什么？你認為王選進行決策的依據主要有哪些？
（1）一是漢字字型信息量大，要解決字型信息量壓縮的問題；二是漢字的字型信息壓縮后存入計算機，需要將其快速還原和輸出。
（2）采取跨越式發展的技術路線，跨過第二代和第三代照排系統，直接研制第四代激光照排系統。
[師：]系統分析出發點為了發揮系統的整體功能，目的是尋求解決問題的最佳決策
B．系統分析的一般步驟：
[師：]從系統分析的定義可以知識，進行系統分析時要經過考察，分析，比較，試驗四個階段，這就形成了系統分析的一般步驟：
(
檢驗核實
作出決策
) (
明確問題
設立目標
收集資料
制定方案
分析計算
評價比較
)
明確問題，設立目標→收集資料，制定方案→分析計算，評價比較→檢驗核實，作出決策
明確問題，設立目標：明確要研究問題的性質和范圍，提出所要達到的目標，明確約束條件。
收集資料，制定方案：收集相關資料，制定解決問題的各種備選方案，預計可能產生的各種結果。
分析計算，評價比較：對資料和數據做必要的計算，進行各子系統的分析，再進行系統的整體分析，將各種方案進行評價對比，選擇最佳方案。
檢驗核實，作出決策：如果對制定的方案不滿意，還可按上述程序反復進行，直到獲的滿意為止。
學生活動：案例分析:田忌賽馬
1）．目標是什么，有那些約束條件。
2）．收集那些方面的資料，有幾種方案。
3）．分析出的結果有幾種，那種最好。
4）.最終的決策取得了滿意的結果嗎？
【教師：】作為一個系統，通常就會有這樣或那樣的問題。如：效果不佳；或是投入的人力、物力、財力不是最小；或是某種性能不理想等等。因此系統需要改善，需要優化。
在現實生活中，由于受環境和條件的限制，不可能找出一切方案，也不可能對所有方案進行全面比較，漫無邊際地去研究所有方案，無論在時間上還是人力上都不允許，運用科學的方法就更為重要，缺乏資料，缺少對資料的科學計算和分析，只靠拍腦袋無法尋找到最優方案。
田忌賽馬能轉敗為勝的主要原因：田忌賽馬能轉敗為勝與馬、孫臏、田忌、齊威王這四個因素有關，他們是缺一不可的。
3）系統分析的主要原則：
A整體性原則：系統分析首先著眼于系統整體，要先分析整體，在分析部分；先看全局，后看局部；先看全過程，再看某一階段；先看長遠，再看當前。
學生活動：丁謂修復皇宮
馬上行動：p079
請分析這一事件的問題所在，你認為怎樣處理更為合理？
B科學性原則：系統分析一方面要有嚴格的工作步驟，另一方面盡可能地運用科學方法和數學工具進行定量分析，使決策的過程和結果更具說服力。
[學生閱讀：] 優選法
華羅庚院士
他是中國解析數論、典型群、矩陣幾何學、自守函數論與多復變函數論等很多方面研究的創始人與開拓者。
優選法是快速尋找最佳方案的科學方法。具體的優選法有很多，如黃金分割法、分數法、對分法等。黃金分割法也稱0.618法。
“黃金分割”具有很高的使用價值，其中最著名的例子就是優選學中的“0.618”法，該方法于70年代在我國得以推廣，并取得了很大的成就。在社會主義市場經濟中，科學嚴謹的方法往往能有事半功倍。在經濟、金融中已得到廣泛應用，形成“用科學的方法指導實踐，在實踐中驗證科學”的良性循環。我國著名數學家華羅庚在應用優選法應用做出杰出貢獻。
（1）“兩面針”牙膏：采用優選法科學生產大幅度降低鋁材消耗，每年節約鋁材幾噸；結果打了3年漂亮仗…….
（2）著名數學家華羅庚教授在他晚年時，在全國講學，介紹他的優選法。當時廣東有5個水泥廠，經過優選法的改良，生產出6個水泥廠的產量，少建1個水泥廠，這個貢獻就很大。這就是說知識、健康帶來的財富，可以估算的和不可估算的都是很巨大的。
如在煉鋼時需加入某種元素來增加鋼材強度，若將試驗點取在這一元素用量區間的0.618處，獲得理想用量的試驗次數將大大減少。實驗證明，對一個因素的問題，用優選法做16次試驗，就可達到“對分法”做2000余次試驗的效果。
閱讀材料：案例：人力飛機
人類很早就想實現“上天”的夢想，人們于是模仿鳥的外型和飛行動作進行嘗試，但不管裝上翅膀還是以人力驅動撲翼飛機，結果都以失敗告終。吸取經驗后，海斯勒和維林吉爾在別人的基礎上采用科學的方法進行設計，取得了成功。他們抓住了人力飛機是依靠人做動力的關鍵，進行了分析計算。他們知道，一個強鍵的運動員連續做功的功率只能達到250W左右，同時他們還知道：P=k1v3 ‘ s=k2/v2得出以下結論：飛機的速度應很低，機翼面積應該很大；而且由于飛行速度低，即使飛機的結構稍大，也不會增加太大的阻力。于是，他們參考了自行車車輪的構造原理，利用中央垂直管和牽引鋼絲組成的機翼支撐結構，使面積很大的機翼并不太重。此外，他們還對飛機設計進行了許多細節的改進。1936年，他們的飛機飛到5米的高度，航行了45米，空中飛行時間達到20秒，終于實現了依靠人力“飛天”的夢想。
C綜合性原則：系統分析總是為實現系統目標服務的。當存在多個目標時，需要綜合分析，統籌兼顧，不可顧此失彼，因小失大。
注重研究系統各部分之間的相互聯系和相互作用，既注重研究各部分間的橫向聯系，也注重研究各部分間的縱向關系。
系統分析總是為實現系統目標服務的，應將目標排除優先次序，首先選取最優先的目標，然后盡可能在不損害第一目標的前提下完成下一個目標，這就需要綜合分析、統籌兼顧、不可顧此失彼。
系統分析還需要考慮設計方案出臺所帶來的后果。（例建廠后帶來的環境污染、生態平衡破壞、水土流失）
某些情況下，綜合若干方案的優點，會取得意外效果。（例中西醫結合治療了許多疑難雜癥）
案例分析：p080
根據以上內容，你認為孝襄高速公路的設計應該綜合考慮那些目標？1）當地的生態多樣性。2）減少投資。
3、小結
本節課主要講解了系統分析的定義及其一般步驟，從系統分析的定義可以對應到其分析的一般步驟。對于系統分析的基本原則，要注意與系統的基本特性相區別。
4、課后反思
本節課較好的地方在于，講系統分析的一般步驟時，將系統分析的定義溶入其中，讓學生不會感覺到陌生。漢字激光照排系統這個案例學生反映說太陌生，這個系統的內部構造及理論知識老師和學生都沒有接觸過，所以此案例只能以讓學生了解的方式去看。在科學性原則中加入了一個“人力飛機”的閱讀材料，旨在拓寬學生的知識面，提高學生對問題的分析能力。但在學生回答問題時，教師對學生的評價不足，不能很好地對學生的回答做出回應。這在每一節課都有顯示，因此在今后的教學中要注意，強化，改善這一弱點。
（二）第二課時
1、問題引入：
學校餐廳一到午飯時間，大家就要排著長隊等候。如何減少學生就餐排隊時間？請你提出這一問題的幾種解決方案并選擇最可行的辦法。
[生：] 學生聽講、思考
[師：]作為一個系統，通常就會有這樣或那樣的問題。如：效果不佳；或是投入的人力、物力、財力不是最小；或是某種性能不理想等等。因此系統需要改善，需要優化。
　　在現實生活中，由于受環境和條件的限制，不可能找出一切方案，也不可能對所有方案進行全面比較，漫無邊際地去研究所有方案，無論在時間上還是人力上都不允許，運用科學的方法就更為重要，缺乏資料，缺少對資料的科學計算和分析，只靠拍腦袋無法尋找到最優方案。
那么，什么是系統的優化？如何進行系統的優化？
2、新授：系統的優化
（1）系統優化的概念
系統的優化是指在給定的條件（或約束條件）下，根據系統的優化目標，采取一定的手段和方法，使系統的目標值達到最大化（或最小化）。
系統優化的意義就是以最小的投入，獲取系統的最佳效益或最佳功能。
[師：]提問：還有哪些系統優化的實例？
[生：] 思考、討論并回答問題。
[師：]如：在蔬菜、西瓜的種植中，要使蔬菜防病和提高產量，要使西瓜抗御低溫的能力，就應采用嫁接技術，這是一項增產增收的栽培技術，嫁接的西瓜比自根西瓜增產1倍以上。
　　如：建筑材料的改進也是一項優化技術，以往建筑物的墻體多采用實心磚，現在采用了空心磚，在保證強度、隔熱隔音效果的同時，節省了材料。
**（2）學生活動：ppt課件展示教材P081頁案例分析。
問題：1.何為間作套種？
2.本案例中采取了哪些措施來提高農作物產量？
3.你認為所在地區，可采取哪些提高農作物產量的措施？
4.本例中系統優化的目標是什么？
5.本例中約束條件有哪些？
6.增產增收的因素有哪些？
(教師歸納)進行系統優化應考慮的三個要素：
目標函數：目標與收益總和之間的關系
約束條件：對系統的目標函數起限制作用，不能人為調節。
影響因素：產生影響，可人為調節。
[師：]在生活中，我們經常會遇到一些復雜的數學問題，純定量分析是不夠的，我們常常是借助數學手段定量與定性結合的分析比較，尋求最優方案。
（PPT課件展示案例:利潤問題。）
[師：]提問：這里，系統需要進行最優化的目標是什么？
　 [師：]提問：利潤受到哪些人為可調節的因素影響？
　 [師：]提問：在這個利潤問題的系統中，又存在哪些不能人為解決的約束條件呢？
若把利潤最大值用Smax表示，變量每周生產桌子數用X1表示,每周生產椅子數用X2表示，請你根據已知條件，列出求解最優化問題的有關數學式子。
　　Smax=50X1+60X2 ①
約束條件：
其中①式體現了目標與產量、利潤總和之間的關系,也就是目標函數。②③④式則體現了約束條件。
提問：假定生產8張桌子，計算一下椅子最多可以生產幾張？利潤是多少？
（課件展示該問題用計算機編程求得的答案。）
（3）數學模型：以上計算表明，經過數學方法求出的就是最優值。這種用數學公式、圖表等描述客觀事物的特征模型的思想就是建模思想，建立的模型就叫數學模型。數學模型是研究和掌握系統運動規律的有力工具，它是分析、設計、預報或預測、控制實際系統的基礎，是我們在解決問題時，常用的一種方法。
（4）最優化方法：以上我們通過兩個案例的研究和分析，明確了用最優化方法求解問題的步驟。最優化方法通常是在一定人力、物力、財力資源條件下，使經濟效益（如產值、利潤等）達到最大，并使投入的人力、物力達到最小的方法。最優化方法可以實現很多系統的優化，有些系統的優化可以用數學模型求解，但并不是所有的都可以用數學模型來求解，有的系統優化可以通過科學的估算、試驗等方法來實現。
(1)運用數學模型求解。能夠通過優化建立數學模型的，得到的解就是最優解。
(2)通過科學的估算、試驗實現。不能夠確切描述目標函數的，通過推算或推斷得到滿意解。
3小組探究活動—課程表的優化
提出小組活動任務:××學校高一年級×班課程表存在許多問題，請你運用系統優化的思想，提出該課程表存在的問題，并對該課程表進行優化(假定老師們只帶這一個班的課)，完成小組探究活動表(基本要求及小組探究活動表見ppt課件)。
4、小結：1）、系統優化的含義。2）、數學模型的概念。3）、最優化方法。
5教學反思
本節內容屬于第三章《系統與設計》的教學內容，而高二學生目前才學到第二章《流程與設計》，因而對于什么是系統，系統分析的概念、步驟及原則幾乎一無所知。因此，在教學時我采用了學生日常生活中比較熟悉的典型事例：就餐時排隊時間長來引入新課，收到了較好的效果。在設計小組探究活動時，采用了一個需要進行優化的班級的課程表為例，引導大家進行討論、分析、設計，基本上達到了教學目標。但感覺學生的活動還不夠充分，特別是小組活動時排課這一環節，有些組由于時間緊不能夠向大家展示自己的優化方案。
小組探究活動—課程表的優化
組長:____________ 組員:_________________________________
1、語數英每周各五節課，理化每周各三節，政史地每周各兩節課，信息、體育各兩節課，音樂、美術每周一節課。
2、每周安排兩節自習課。
未優化的課程表 時間節次星期一星期二星期三星期四星期五 上 午1語文數學語文自習地理2數學英語英語英語語文3歷史體育物理數學數學4地理政治化學信息政治下 午5體育語文數學歷史化學6英語信息化學物理英語7自習物理語文自習自習
該課程表存在的問題
優化后的課程表 時間節次星期一星期二星期三星期四星期五 上 午1234下 午567
第三節 系統的設計（2課時）
一、教材分析
[教材給出的學習目標]
1、通過簡單系統的設計安全的分析，初步學會簡單系統設計的基本方法。
2、確定一個生活或生活中的簡單對象，根據設計要求完成系統的方案設計。
[教材分析]
本節教材由1.系統的設計，2.簡單系統的設計的實現等2小節組成。
系統設計是研究和認識系統的目的，本節教學內容應團結系統設計展開。根據系統的目的和要求，各子系統之間的相互關系，對系統進行整體設計、評價和優化、就是系統設計。通過分析系統設計應考慮的主要問題，根據系統設計的一般步驟，應能進行簡單的系統項目的設計。可結合具體實例讓學生分析系統設計應考慮哪些主要的問題，并組織討論活動。
二、教學目標
1、知識與技能：初步學會簡單系統設計的基本方法；掌握系統設計應遵循的基本原則；領悟系統設計的基本方法。根據設計要求完成系統的方案設計。
2、過程與方法：通過簡單系統的設計安全的分析，初步學會簡單系統設計的基本方法。
確定一個生活或生活中的簡單對象，根據設計要求完成系統的方案設計。
3、情感態度與價值觀：培養學生運用已有的知識解決實際問題的能力，形成系統的技術與設計基本能力和素養
三、教學重難點
教學重點：系統設計中要考慮的主要問題；系統設計的一般過程及思想方法。
教學難點：系統設計中要考慮的主要問題；
四、教學方法
　　講授法、討論法、案例分析法、對比分析法，小組活動。
五、教學準備
1、教具：臺燈、自制投影片
2、教學設備：電腦，投影儀
六、教學過程：
（一）復習引入
【師】：系統是由許多相關要素組成具有特定功能的有機整體。在我們世界中，系統無處不在，無時不有。
系統存在于我們生活的方方面面中。(展示圖片)在我們的人造世界中，許多系統并不是自然存在的，它們需要我們大家去精心設計，達到較好的效果。
那么什么是系統設計呢？如何進行系統設計？我們今天一起來學習“系統的設計”
【板書】：3.3系統的設計
（二）新授 系統的設計
A 閱讀課文第76到90頁，思考以下三個問題：
1.什么是系統設計？
2.系統設計應考慮的主要問題有哪些？
3.系統設計的一般步驟是什么？
【師】：前面我們學習系統分析時出發點為了發揮系統的整體功能；目的是尋求解決問題的最佳決策。因此系統設計可以為這樣的定義：
定義：系統設計是在系統分析的基礎上，設計出滿足預定目標的系統的過程。
【師】：系統分析要有考查、分析、比較、試驗的過程，因此對系統設計的定義可以為：
系統設計：對需要設計的系統進行調查分析、籌劃研究、評價實施、運行改善……，直到完成一個能協調工作的實際系統的過程。
【師】：有了系統設計的定義，如何進行系統設計呢？
系統設計應考慮的主要問題。
1）系統設計的目的與要求。
前面講授系統定義時，提到：系統是一個有機整體，這個整體帶有特定的功能。因此系統具有目的性。因此在系統設計中我們要從整體出發，以系統整體最優為目的。
2）系統各部分之前的相互聯系與相互作用
運用系統的思想綜合考慮各部分之間的關聯、沖突問題，注重各部分的橫向、縱向聯系。依據系統的基本特性，既要考慮當前，也要考慮長遠。（學生制作的電動風車）
3）系統設計方案的優化
從系統整體考慮優化，統籌兼顧，再在此基礎上完善各部分的設計。
【馬上行動】：
閱讀P87【案例分析】“手電筒照明供電部分的設計”。并考慮以下問題
1)王丹在設計的過程中考慮了哪些問題？
2）王丹在進行設計時遇到了哪些問題？她是如何解決的？
3）請總結王丹的設計步驟。
4、系統設計的一般步驟
（1）將系統分解為若干子系統；
（2）確定各子系統的目標、功能及其相互關系；
（3）對子系統進行技術設計和評價；
（4）對系統進行總體設計和評價。
可以概括為“總——分——總”。就是當我們要設計一個系統對象時，可以先將對象分解為一個子系統，分析和確定各個子系統的目標、功能以及它們之間的相互關系和結構組成，然后單獨對每個子系統進行技術設計、評價及優化，然后對由完成的子系統作為構件的系統整體進行總體技術設計和評價。
試一試：
請四人一組對課本P91的第2題、第3題進行設計。（畫出設計圖）
1、可調孔徑的分選裝置的改進設計
2、高架橋或高樓雨水收集利用問題
設計題目：
設計要求：
設計 分析
設 計 方 案
（二）第二課時
觀看系列節目《我愛發明》——鐵甲威龍。體會在該片中發明者設計作品時體現的系統思想。
《我愛發明》系列節目與通用技術學科聯系較緊。每一個發明人在發明的過程中的思考，實踐與本學科的設計是緊密聯系的。因此在系統與設計一個單元完成后，讓學生觀看“防彈衣”“防割手套”的發明過程，對他們有很好的啟迪作用。

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