資源簡介

通用技術 必修 技術與設計2
第三章　系統及其設計
第一節 　認識系統
教學背景
黨的二十大報告指出，“教育、科技、人才是全面建設社會主義現代化國家的基礎性、戰略性支撐。必須堅持科技是第一生產力、人才是第一資源、創新是第一動力，深入實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略”。
通用技術是一門與科學技術息息相關的學科。回顧人類的發展歷程，從石器時代、青銅時代、蒸汽機時代直到當今的信息時代，技術進步改變著人類的生活和生產方式。我們的生活、工作、生產處處都要用到技術，例如我們手中拿的圓珠筆和鋼筆就是多次技術改造的結果，使我們足不出戶就可以了解世界的電視機也是技術發明的成果。認識技術、善用技術，已成為現代人必須具備的素質。
教學目標：
理解系統的含義，知道系統的組成:系統、子系統和元素。
了解系統的分類，理解系統的主要特性。
通過案例分析，從技術應用的角度理解系統的含義。
經歷將基礎知識應用于技術實踐和創新的過程，同學們會養成實事求是、精益求精的習慣，能運用規范的技術語言和設計制作方法去解決一些實際的技術問題。
教材分析
這節課學生首次接觸到系統這一概念，這對學生全面、正確地認識系統十分重要，為進一步掌握系統的方法，用系統的觀點分析問題，進行系統的優化和設計，打下了堅實的基礎。
學情分析:
經過前面的學習，學生已經學習了流程、結構，對系統的認識難免是抽象、復雜、難懂。事實上，學生在日常生活中已經有意無意地運用了系統的思想和方法解決問題，只不過他們缺少一定的理論依據，并不了解自己這樣做的原因是什么。
教學重難點:
重點:從技術應用的角度，理解系統的含義和主要特性。
難點:通過對簡單技術系統的分析，理解系統的主要特性。
教學策略:
本節課教學主要由教師通過實物圖片和多媒體手段設置學習情境，并加以引導，讓學生在過程中自主探究、自主建構設計原則知識并形成能力。
教學準備:
展示用的圖片、其他技術產品、多媒體課件。
　　教學過程:
　　情景導入:
老師：本節課我們學習通用技術 必修 技術與設計2第三章系統及其設計
第一節 認識系統。
在我們的周圍，無處不存在著系統。系統有大有小，有復雜有簡單。任何系統都有一定的結構、特性和功能。了解系統的基本特性，有助于我們運用系統思維方法和系統分析的基本原則，分析影響系統運行和優化的相關因素，指導簡單的系統設計，從而增強自身的系統思考和工程思維的能力。
坐落在岷江中游的都江堰工程是世界文化遺產，它是世界上歷史最悠久的無壩引水工程，至今仍發揮著防洪灌溉作用（圖3-1)。公元前250年，秦國蜀郡太守李冰及其兒子在前人治水的基礎上，率領民眾完成都江堰水利基本工程。工程巧妙地利用當地地形、地勢和表面地質條件，就地取材，順勢引導水流，科學地解決了排沙、泄洪等問題，從而消除了岷江水患，使成都平原成為水旱從人的“天府之國”。
都江堰水利工程由三大主體工程和120個附屬渠堰組成。三大主體工程如圖3-2所示。
魚嘴分水堤工程。在眠江江心，以竹籠裝卵石堆砌成魚嘴狀，下接金剛堤，由此使眠江分漢為內江和外江。內江主要用以灌溉農田，外江主要作用是排泄洪水。百丈堤筑在魚嘴上游，迫使江水順流，以利于魚嘴分水和分沙。
飛沙堰溢水排沙工程。在金剛提與離堆之間修建飛沙堰、平水槽等溢洪堤堰。汛期讓內江過量的江水漫過堤堰進入外江，以確保內江灌溉區的安全；枯水期攔水入內江，以保證灌溉用水。飛沙堰前修有彎道，江水形成環流，洪水超過堰頂時水中夾帶的泥石便排入外江。
寶瓶口引水工程。在玉壟山伸向氓江的長脊處，開鑿出一個寬20m、高40m、長80m的山口，以控制內江進水。山口因其功能奇特又形似瓶口，故取名“寶瓶口”。開鑿玉壟山分離的山丘叫離堆。在寶瓶口主渠后開辟走馬河、柏條河等分支河道，引江水流入成都平原，從而建立起一系列灌排河渠系統。另外，由于寶瓶口的壅水和離堆的頂托，湍急的江水形成強大的回旋流，由此而掀起的大量泥沙便隨著漫過飛沙堰的江水排入外江。
三大主體工程相互制約、巧妙配合，協調運行，并同120個附屬渠堰連成一個有機的整體，很好地發揮了分洪減災、引水灌溉的總體功能（圖3-3）。
都江堰水利工程是一個座大的水利工程系統。
導學思考
1.都江堰水利工程有怎樣的功能 它由哪些主體工程組成
2.幾個主體工程怎樣相互協調配合，共同完成都江堰的整體功能
一、什么是系統
實踐
目的和要求
制作一個手持式單簡望遠鏡。
通過望遠鏡制作實踐活動，理解系統的含義和基本構成。
材料及工具準備
目鏡1個( 直徑3cm的雙凹透鏡，焦距-7.5cm)，物鏡1個（直徑5cm的雙凸透鏡或平凸透鏡，焦距30cm），紙板1塊，剪刀，美工刀，尺子，鉛筆，膠水。
使用尖銳工具及安裝鏡片時要注意安全心。
勿用望遠鏡或鏡片直接觀測太陽和其他特別明亮的物體，避免眼睛受到傷害。
主要制作步驟
1.用紙板制作物鏡筒和目鏡筒。
2.在物鏡筒和目鏡筒上分別裝上物鏡片和目鏡片。
3.把目鏡筒插入物鏡筒，調節它們之間到合適的距離。
分析
1.望遠鏡有什么功能 它由哪些部分組成
2.用物鏡觀察遠處一個物體，你看到怎樣的圖像
3.用目鏡觀察同一物體，會看到怎樣的圖像
4.用望遠鏡觀察同一物體，會看到怎祥的圖像
5.試運用學習過的光學知識，說明為什么會出現上述現象
如果說都江堰是一個龐大、復雜的系統，那么上面制作的望遠鏡就是相對簡單的小系統。
系統無論大或小，簡單或復雜，都具備三個基本特征：
至少由兩個或兩個以上的部分(要素)組成；
部分（要素）之間相與聯系、相互作用，按照一定的結構形式組成個整體；
整體具有局部所沒有的特定功能。
系統是指由兩個成者兩個以上相互聯系、相互作用的部分（要素）所組成的，具有一定結構和功能的有機整體。
在日常生活、生產實踐和社會活動中，我們經常都會接觸和應用到系統，如圖3-6至圖3-10所示。
家庭是社會的“細胞”，它由每一個家庭成員共同組成。
盾構機是一種隧道暗挖施工的大型機械。它能自動完成推進、出土、襯沏等工作，并能實現遠程信息控制施工。
智能手機由中央處理器、存儲器、觸摸屏等組成。它是集通信、影像、定位導航等多功能于一體的技術系統。
汽車是一種常用的交通工具。它由動力、傳動、轉向、制動等部分組成，各部分又可細分成多個更小的部分。
珠江三角洲桑塘生態系統以塘基種桑、桑葉養蠶、蠶沙喂魚、塘泥肥桑，循環往復，保持生態平衡。
在宇宙中還有一些浩瀚、細微的系統。這些系統我們往往要借助工具才能觀察到，如圖3－11和圖3－12所示。
地球并不是孤立的天體，它同另外7個行星一起環繞著太陽旋轉，從而組成了太陽系的主體。
蜜蜂的復眼由很多六角形的單眼組成，這樣的結構使它具有很強的“動態視力”。
可以說，系統無處不在，無時不有。在自然界和人類社會中，任何事物都處在一定的系統之中。
（一）、系統與子系統
任何系統都是它所從屬的更大范圍、更高一級系統的子系統。魚嘴分水堤工程（圖3-13），飛沙堰泄洪排沙工程和寶瓶口引水工程是組成都江堰這個復雜大系統的較小系統，即子系統。子系統又可以層層分解，如魚嘴分水排沙子系統可以分解為百丈堤，魚嘴、金剛堤三個低一級的子系統，這三個子系統還可以再分解成下一層的子系統。子系統各具功能，它們之間又相互依賴和相互作用，共同實現上一級系統的整體功能。
（二）子系統與元素
一般說來，元素是系統分解的最后層次或基本單元。要素是指構戰系統的主要元素，如目鏡、目鏡筒、物鏡、物鏡筒就是組成我們所制作的望遠鏡的主要元素（要素）。但元素與系統的概念是相對而言的，例如，目鏡相對于望遠鏡來說就是不可再劃分的最小單元。然而目鏡本身也是一個系統，從光學的角度來說，目鏡是一種透鏡，它是由兩個折射面包圍一種透明介質組成的。又如“人”相對于“社會”這一系統，是不可劃分的最小單元，即構成社會的要素；而相對于“生物界”這個系統來說，人體則是一個復雜的系統,可以層層分解為呼吸系統、消化系統、神經系統等子系統以及器官、組織、細胞等更小的子系統。由此可見，所謂元素的不可再分性，也是相對于它所屬的系統來說的。
立即行動
分析下表中的系統，并指出它們分別由哪些要素組成。
表3-1 系統與組成要素
系統 組成要素
機械鐘
自行車打氣筒
某商場（超市）布局平面圖
一種食物鏈
( 三) 系統的分類
根據不同的標準，從不同的角度，系統可以劃分為不同的類型。按照系統組成元素的性質，可分為自然系統、人工系統和復合系統。
自然系統就是由天然物質自然形成的系統，人工系統是指為達到某種目的而人為建立起來的系統；自然系統和人工系統相結合的系統叫作復合系統。
按照系統組成元素存在的形態，可分為實體系統和概念系統。由物質構成的系統叫作實體系統；由概念、原理、原則、理論、方法等非物質構成的系統叫作概念系統。
按照系統的運動狀態，可分為動態系統和靜態系統。從系統與外部環境的關系來看，可分為開放系統和封閉系統。根據不同的標準，還可以劃分不同類型的系統。
近年來，概念系統又被稱為軟科學系統。并日益受到重視。實際上，實體系統和概念系統在許多情況下是結合在一起的，實體系統是概念系統的物質基礎，而概念系統往往是實體系統的神經中樞，指導著實體系統的行動。
立即行動
請判斷下列系統屬于哪種類型，將相應的選項序號填入括號中。
1.A.自然系統　B.人工系統　C.復合系統
氣象系統（　　）
一所學校（　　）
森林系統（　　）
神舟十一號飛船（　　）
人體的中樞系統（　　）
農業生態系統（　　）
2.A.實體系統　B.概念系統
“一帶一路”倡議（　　）
銀河系（　　）
收割機（　　）
洗衣機工作流程（　　）
學校課程表（　　）
電視機遙控器（　　）
實踐
為了進一步了解系統，以3-5人為一組，對我們身邊的系統進行調查。
調查項目
活動1學校信息管理系統或社區信息管理系統
活動2家庭電氣線路或學校多媒體教室
調查內容
1.系統的基本構成
2.系統組成部分（要素）之間的聯系
3.系統的整體功能
展示與交流
用恰當的技術方式總結調查結果，在班上展示。從系統組成要素的存在形態來看，活動1和活動2調查的系統有什么相同點和不同點
二、系統的主要特性
了解系統的主要特性，是我們認識系統、分析系統、掌握系統的思想和方法的關鍵。
（一）系統具有整體性
實踐
自行車（圖3-14）是我們常見的交通工具，從自行車功能的角度，分析自行車可以分為哪幾個子系統，每個子系統由哪些零部件組成，填入表3-2中。
子系統 功能 組成要素
自行車的各個子系統離開了自行車整體，還能發揮其功能作用嗎
整體性是系統最基本的屬性。由以上實踐活動可知，自行車各零部件按照一定的結構形式組成自行車的整體，在整體中相互配合，才能實現載人代步的功能。
系統的組成部分（要素）是構成系統整體的前提和基礎，沒有部分就沒有整體。系統的組成部分（要素）要在整體中才能發揮其各自的作用，但系統不是各個組成部分（要素）的簡單相加。系統整體功能不等于其組成部分功能之和。
立即行動
1.試用系統整體性的思想，對以下現象進行分析:
（1）三個臭皮匠，頂個諸葛亮。
（2）一個和尚挑水喝，兩個和尚抬水喝，三個和尚沒水喝。
2.相信大家都玩過一個叫“剪刀、石頭、布”的博弈游戲。這個游戲雖然簡單，但是構思十分巧妙。你能從系統整體性的角度，說說這個游戲的巧妙之處嗎
(二) 系統具有功能性
查閱有關資料，了解以下內容:
1.自行車是怎樣被發明的
2.在不斷改進的過程中，人們對自行車的性能指標要求有了怎樣的變化
3.人們在提高自行車速度性能的同時，更要完善剎車裝置，為什么
系統都是以實現某種功能為目的的，這正是區別不同系統的標志。
系統的目的一般通過更具體的目標來體現，系統的多個目標有時不完全一致甚至互相矛盾，這就需要協調，尋求平衡或折中的辦法，從而達到整體最佳的效果。
實踐
通過下列的試驗，探究系統的功能性。
試驗1
把筆帽套在筆桿上(圖3-15)。
1.閉上一只眼睛，把筆帽套在筆桿上，能否一次成功 結果:
2.兩只眼睛看著，把筆帽套在筆肝上，能否一次成功 結果:
試驗2
任意設定一個目標，用手模擬射擊瞄準（圖3-16）。
1.用兩只眼睛瞄準目標，結果:
2.閉上一只眼睛瞄準目標，結果:
生理學研完表明，兩只眼晴同時觀察物體，除了擴大視野、增強靈敏度以外，更重要的是使我們具有立體視覺。立體視覺使得手眼協調，動作更為準確。射擊瞄準時要求的是目標、前準星、后準星三點成一條直線。如果同時使用兩只眼睛瞄準，則視線就很難集中在一條直線上。
上面是從生理的角度去分析，人們根據不同的需要，發揮眼睛的視覺作用。請用系統的功能性去解釋這種現象。
(三) 系統具有相關性
早期的自行車（圖3-17），其腳踏通過曲軸直接連接在前輪上，每踩腳踏一圈，則帶動前輪轉一圈，這樣，前輪直徑越大，每踩腳踏一圈，車子所走的距離就越遠。但前輪的直徑會受到人腿長度的限制。
實踐
現代自行車是通過鏈條傳動方式傳遞動力的。自行車前進的距離不僅與后輪 的直徑有關，還與構成自行車的哪些要素有關？請通過以下實驗探究:
1.仔細觀察變速自行車的傳動系統，計算它的傳動比，并記錄在表3-3中。
I＝N1　／　N2
I——傳動比
N1——鏈輪齒數
N2——飛輪齒數
表3-3 變速自行車齒輪傳動比實驗記錄
序號 N1 N2 I＝N1　／　N2
2.觀察變速車的齒輪傳動比發生變化時，自行車的運行距離有什么變化。
（1）自行車處于最低速擋時，一人扶著自行車，另一人用手緩慢地搖動腳踏，使之繞中軸轉一圈（圖3-18） ，記下自行車前進的距離。
（2）分別選中速、最高速擋，重復以上的步驟。將實驗結果記錄在表3-4中。
表3-4 齒輪傳動比和運行距離關系實驗記錄
擋位 最低速擋 中速擋 最高速擋
自行車前進距離/m
實驗結果表明，自行車的鏈輪和飛輪的配合發生變化，自行的運動性能也發生變化。
系統內各部分（要素）之間、部分（要素）與系統整體之間存在著相互依賴和相互制約的特定關系，某一個部分（要素）的變化，會引起其他部分（要素）和系統整體的變化。
（四）系統具有環境適應性
請同學們思考以下問題:
1.自行車為什么要更新換代？變速自行車、山地自行車是怎樣出現的
2.有的自行車在腳踏、鞍墊或擋泥板上裝有反光片，作用是什么
3.在平坦路，上坡路，下坡路上騎自行車，你是如阿控制車速的 為什么
任何系統都存在于一定的環境之中，必然要與外界進行物質、能量和信息的交換，外界環境的變化會相應地引起系統功能和系統內部各部分（要素）的變化。系統具有適應環境的變化，保持原有功能的特性。
立即行動
雷鳥(圖3-19）是一種寒帶鳥類。它的棲息地一般地勢平坦，又因嚴寒而缺乏植被，所以雷鳥沒有天然隱蔽場所。在每年的冬季和夏季來臨之前，它會完全更換新羽。冬天，雷鳥除中央一對黑色的尾羽外，其他都是雪白的羽毛，與大地的銀裝一致。夏天大地披上了綠裝，它又換成了黑褐色帶棕黃色斑紋的羽毛。為什么雷鳥會隨著季節的變換更換新羽
討論、思考、形成小論文。
每位同學組織一篇小作文，可以從不同的方面進行展開。
完成后，與同學們進行討論、分享。
課后作業
1.水由氫和氧兩種要素構成，當你口渴時，分別吸入氫氣和氧氣，并不能為你解渴，這說明（　　　）。
A.至少要有兩個或兩個以上的要素才能構成系統
B.系統的組成部分（要素）之間按照一定的結構形成整體
C.系統的整體功能是各組成部部分（要素）的功能所沒有的
2.某企業為了追求高品質，用國外知名品牌汽車的發動機和變速箱組裝生產了一款小轎車，但汽車生產出來后出現了許多向題，實現不了高品質。這主要反映了系統的（　　　）。
A.整體性　B.環境適應性　C.相關性
3.機械傳動系統的零部件之間常常會有磨損，為了保持系統的性能，必須定期添加潤滑劑或更換零件，這反映了系統的（　　　）。
A.整體性　B.相關性　C.功能性
4.“春捂秋凍”是北方天氣變化時人們穿衣變化的一種寫照，它體現了系統的（　　　）。
A.整體性　B.相關性　C.功能性
5.探究以下的問題，理解系統的組成部分是怎稱通過相互聯系和相與作用共同實現系統整體功能的。
（1）人跑步的時候只是四肢在運動嗎
（2）為什么一邊吃飯一邊看書不好
（3）如果人的大腦死亡，人的生命就結束。
6.感應水龍頭通過紅外線發射原理實現自來水自動出水和關水的功能。當人的手放在水龍頭紅外線區域內，紅外線發射管發出的紅外線被人手反射到紅外線接收管，然后通過信號處理（變換和放大）傳送給電磁閥，電磁閥接收信號就打開閥芯，使水龍頭出水。當人手離開紅外線區域，電磁閥沒有接收信號，閥芯關閉使水龍頭關水。從上可知，感應水龍頭主要由紅外發射器、紅外接收器、信號處理器和電磁閥等組成。
試畫出感應水龍頭系統功能方框圖，分析它的整體性、功能性、相關性和環境適應性。

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