資源簡(jiǎn)介

通用技術(shù) 必修 技術(shù)與設(shè)計(jì)2
第三章　系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)
第二節(jié) 系統(tǒng)分析
教學(xué)背景
黨的二十大報(bào)告指出，“教育、科技、人才是全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐。必須堅(jiān)持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動(dòng)力，深入實(shí)施科教興國(guó)戰(zhàn)略、人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略”。
通用技術(shù)是一門與科學(xué)技術(shù)息息相關(guān)的學(xué)科?；仡櫲祟惖陌l(fā)展歷程，從石器時(shí)代、青銅時(shí)代、蒸汽機(jī)時(shí)代直到當(dāng)今的信息時(shí)代，技術(shù)進(jìn)步改變著人類的生活和生產(chǎn)方式。我們的生活、工作、生產(chǎn)處處都要用到技術(shù)，例如我們手中拿的圓珠筆和鋼筆就是多次技術(shù)改造的結(jié)果，使我們足不出戶就可以了解世界的電視機(jī)也是技術(shù)發(fā)明的成果。認(rèn)識(shí)技術(shù)、善用技術(shù)，已成為現(xiàn)代人必須具備的素質(zhì)。
教學(xué)目標(biāo)：
理解系統(tǒng)分析的基本方法，知道系統(tǒng)分析的主要步驟，理解系統(tǒng)分析的一般原則。
學(xué)會(huì)運(yùn)用系統(tǒng)分析的基本方法分析和解決問題。
能通過調(diào)查和參與等方式，體驗(yàn)分析、解決技術(shù)問題的愉悅感。
經(jīng)歷將基礎(chǔ)知識(shí)應(yīng)用于技術(shù)實(shí)踐和創(chuàng)新的過程，同學(xué)們會(huì)養(yǎng)成實(shí)事求是、精益求精的習(xí)慣，能運(yùn)用規(guī)范的技術(shù)語(yǔ)言和設(shè)計(jì)制作方法去解決一些實(shí)際的技術(shù)問題。
教材分析
這節(jié)課內(nèi)容主要為系統(tǒng)分析的基本方法，其中“系統(tǒng)分析的基本方法”是這一節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，是將書本知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相連接的一個(gè)重要途徑，使學(xué)生能夠運(yùn)用系統(tǒng)的思想和方法處理與研究問題。
學(xué)情分析:
經(jīng)過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)系統(tǒng)的含義和特性有了基本認(rèn)識(shí)，對(duì)具體系統(tǒng)實(shí)例已有所了解，對(duì)事物也有了一定的判斷能力。但他們對(duì)系統(tǒng)方法的運(yùn)用并不了解，在日常生活中還不會(huì)有意識(shí)地用系統(tǒng)的方法去分析問題、解決問題。
教學(xué)重難點(diǎn):
重點(diǎn):理解、掌握系統(tǒng)分析的基本方法。
難點(diǎn):能開始運(yùn)用系統(tǒng)分析的基本方法去分析和解決實(shí)際問題。
教學(xué)策略:
本節(jié)課教學(xué)主要由教師通過實(shí)物圖片和多媒體手段設(shè)置學(xué)習(xí)情境，并加以引導(dǎo)，讓學(xué)生在過程中自主探究、自主建構(gòu)設(shè)計(jì)原則知識(shí)并形成能力。
教學(xué)準(zhǔn)備:
展示用的圖片、其他技術(shù)產(chǎn)品、多媒體課件。
　　教學(xué)過程:
　　情景導(dǎo)入:
老師：本節(jié)課我們學(xué)習(xí)通用技術(shù) 必修 技術(shù)與設(shè)計(jì)2第三章系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)
第二節(jié) 系統(tǒng)分析。
德國(guó)大教學(xué)家高斯上小學(xué)的時(shí)候，老師在課堂上出了一道數(shù)學(xué)題:求1+2+3+4+……+100= 老師寫完后不久，高斯就算出了答案:5050。為什么高斯能這么快就算出答案呢
教室里的小朋友們拿起石板開始計(jì)算：“1加2等于3,3加3等于6,6加4等于10……”一些小朋友加到一個(gè)數(shù)后就擦掉石板上的結(jié)果，再加下去，數(shù)越來越大，很不好算。有些孩子的小臉兒漲紅了，有些孩子的手心、額上滲出了汗來。
還不到半個(gè)小時(shí)，小高斯就拿起了他的石板走上前去：“老師，答案是不是這樣？”
老師頭也不抬，揮著那肥厚的手，說：“去，回去再算!錯(cuò)了?！彼?，小孩子們不可能這么快就算出答案了。
可是高斯卻站著不動(dòng)，把石板伸到老師面前：“老師!我想這個(gè)答案是對(duì)的。”
數(shù)學(xué)老師本來想怒吼起來，可是一看石板上整整齊齊寫了這樣的數(shù)：5050。他驚奇起來，因?yàn)樗约涸?jīng)算過，得到的數(shù)就是5050，這個(gè)8歲的小孩子怎么這樣快就算出了得數(shù)呢？
高斯就向老師解釋說：“如果把從1到100這100個(gè)數(shù)首尾相加，1+100=101,2+99=101,3+98=101……這樣，每?jī)蓚€(gè)數(shù)的和都是101，100個(gè)數(shù)兩兩相加，就會(huì)有50個(gè)結(jié)果，而每個(gè)結(jié)果都是101，那么50個(gè)101加起來就等于5050?！?br/>高斯解題的方法體現(xiàn)了整體性、綜合性、最優(yōu)化的特點(diǎn)。
導(dǎo)學(xué)思考
高斯為什么能快地算出答案
一、系統(tǒng)的思想方法
通過前面的學(xué)習(xí)，大家知道掌握系統(tǒng)的特性可以幫助我們?nèi)妗⑸钊氲卣J(rèn)識(shí)事物，從而提高分析、處理問題的能力和工作效率。系統(tǒng)的特性構(gòu)成了系統(tǒng)的基本思想。
案例
丁謂修復(fù)皇宮
宋朝真宗年間，京城失火，皇宮被燒成廢墟?；馂?zāi)后，真宗皇帝命丁謂主持皇宮修復(fù)工程。丁謂首先下令在皇宮前大街挖溝取土燒磚，沒幾天大街就成了一條寬大的水渠。接著，他又下令將汴水引入水渠，用竹筏和船把建筑材料運(yùn)至宮門。京
皇宮修復(fù)完畢，水渠排水后，又把瓦礫灰土填入其中，復(fù)為大街。丁謂修皇宮的方案不僅節(jié)省了大量資金和勞力，而且大大加快了工程進(jìn)度。丁謂修皇宮是我國(guó)古代運(yùn)用系統(tǒng)思想和方法的著名范例。
立即行動(dòng)
丁謂修復(fù)皇宮方案有哪些優(yōu)點(diǎn) 為什么說他運(yùn)用了系統(tǒng)的思想方法 我們?cè)趯W(xué)習(xí)中，常常會(huì)運(yùn)用系統(tǒng)的思想方法，請(qǐng)舉出1-3個(gè)例子，并說明思考、分析、解決問題的過程。
知識(shí)窗
系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展
系統(tǒng)科學(xué)是以系統(tǒng)為研究和應(yīng)用對(duì)象的一門科學(xué)。古代人們就在哲學(xué)、科學(xué)、軍事、工程、天文歷法等領(lǐng)城中廣泛進(jìn)行了系統(tǒng)科學(xué)的實(shí)踐。在我國(guó)數(shù)千年的文明歷史發(fā)展長(zhǎng)河中，可以尋找到許多蘊(yùn)藏著系統(tǒng)思想的瑰寶，如聞名于世的儒家經(jīng)典《周易》所描述的八卦，春秋末期著名軍事家孫武所著的《孫子兵法》，戰(zhàn)國(guó)期間修筑的長(zhǎng)城、都江堰，還有成書于在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的醫(yī)學(xué)典籍《黃常內(nèi)經(jīng)》等，無不閃爍著系統(tǒng)思想的光輝。
在古布臘，德謨克利特 (Demokritus)最早提出和使用了“系統(tǒng)”一詞。哲學(xué)家、科學(xué)家亞里士多德 (Aristotle)提出了“整體大于它的各部分的總和”的觀點(diǎn)。古代的系統(tǒng)思想強(qiáng)調(diào)對(duì)自然界整體性、統(tǒng)一性的認(rèn)識(shí)，但由于歷史條件的局限，這種認(rèn)識(shí)仍然是表面的、不完全的。
20世紀(jì)40年代，生物學(xué)家貝塔朗菲 (Ludwig Von Bertalanffy) 創(chuàng)立了一般系統(tǒng)論。一般系論是運(yùn)用邏輯和數(shù)學(xué)的方法，考察整體和各部分的屬性、功能以及它們之間的相互制約的關(guān)系，并采用最優(yōu)化方法協(xié)調(diào)部分和整體的關(guān)系，求得系統(tǒng)的最住結(jié)果。但一般系統(tǒng)論闡述定量的結(jié)果較少。人們?yōu)榱诉m應(yīng)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大、生產(chǎn)技術(shù)和管理模式日趨復(fù)雜的情況，提出了系統(tǒng)分析和系統(tǒng)工程方法。
美國(guó)蘭德公司倡導(dǎo)的系統(tǒng)分析方法以大量數(shù)學(xué)分析為手段，在全面考察決策面臨問題的基礎(chǔ)上，提出不同的目標(biāo)和解決方案，供決策者選擇。美國(guó)科學(xué)家霍爾(A D.Hall) 的系統(tǒng)工程方法論，提出了三維結(jié)構(gòu)方法體系。三維結(jié)構(gòu)由時(shí)間維、邏輯維、知識(shí)維組成。時(shí)間維表示系統(tǒng)工程實(shí)施過程按時(shí)間順序安排的工作階段；邏輯維表示運(yùn)用系統(tǒng)工程方法分析解決問題應(yīng)遵循的一般程序；知識(shí)維是指實(shí)施系統(tǒng)工程需要綜合運(yùn)用的各種專業(yè)知識(shí)。
二、系統(tǒng)分析的基本方法
系統(tǒng)分析是系統(tǒng)思想與分析方法的結(jié)合，即把要解決的向題作為一個(gè)系統(tǒng)加以詳盡地考察，并采用科學(xué)合理的方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析、試驗(yàn)和比較，從而提出可行性方案.使系統(tǒng)發(fā)揮整體功能，達(dá)到理想的總體目標(biāo)。系統(tǒng)分析是當(dāng)今決策分析的核心內(nèi)容。
案例
城市交通
某市是經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的城市之一，盡管該市政府在城市交通設(shè)礎(chǔ)設(shè)施方面加大了投入，但隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人流、物流、車流急劇膨脹，交通供需矛盾加劇。交通擁堵(圖3-21）日益嚴(yán)重，直接影響了市民的正常生活、工作，成為制約該市社會(huì)、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的“瓶頸”。為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)綠色化發(fā)展，該市政府將迅速解決交通擁堵問題、調(diào)整優(yōu)化交通結(jié)構(gòu)擺上了重要議事日程。
該市有關(guān)部門組織專家，為該市交通治“堵”。專家們對(duì)該市的交通狀況進(jìn)行了充分的調(diào)查研究，認(rèn)為造成該市交通擁堵的原因很復(fù)雜，但突出問題是道路和車、車和人的供需矛盾。主要表現(xiàn)為:
1.道路容量滯后，道路通行力低。
從2017年到2021年，該市的常住人口由725萬增長(zhǎng)到1004.58萬，汽車總量由58萬增長(zhǎng)到104.9萬，而道路建設(shè)只從4571 km增長(zhǎng)到5459km( 增長(zhǎng)率見圖3－22）。而且城市道路可建設(shè)空間有限，老城區(qū)已經(jīng)基本飽和。加上路網(wǎng)分布、路網(wǎng)結(jié)合不合理等因素，造成道路通行能力低下，交通供需矛盾凸顯。
2.公共交通相對(duì)滯后，交通方式結(jié)構(gòu)不合理。
公共交通是該市市民出行的一種重要交通工具。但該市公共交通發(fā)展緩慢，公共交通承擔(dān)的出行率低。Z017年擁有營(yíng)運(yùn)公共汽車9424輛，公交車占機(jī)動(dòng)車的比例僅為052% （圖3一23）。尤其是染乏容量大、速度快的公共交通，而小型客車、私人小客車卻大幅度增加。大量小運(yùn)量的機(jī)動(dòng)車占用了城市交通的道路資源，對(duì)于本來已不順暢的路面交通更是雪上加霜。
針對(duì)該市交通狀況，借鑒國(guó)內(nèi)外發(fā)達(dá)城市交通管理的經(jīng)驗(yàn)，專家們開出了治理交通擁堵的“處方”:進(jìn)一步落實(shí)“公交優(yōu)先”發(fā)展戰(zhàn)略，優(yōu)化公共交通結(jié)構(gòu)，減少個(gè)體出行，從而提高城市客運(yùn)系統(tǒng)的道路容量。針對(duì)改善公共交通結(jié)構(gòu)，提出三個(gè)方案:
方案一: 加大公共汽車投入，增開公交專用道。
方案二:修建地鐵。
方案三:建設(shè)快速公交系統(tǒng)（BRT）。
實(shí)踐
你認(rèn)為優(yōu)先采用哪一種方案比較適合該市實(shí)際 并說說你的依據(jù)，通過生活實(shí)踐、走訪有關(guān)交通部門、查閱相關(guān)資等，了解三種方案的利弊，結(jié)合該市交通狀況，加以綜合分析、比較，從而做出判斷。
可從以下方面考慮三種方案的利弊:
1.乘客的需求:費(fèi)用、便捷性。
2.對(duì)城市環(huán)境影響:噪聲、廢氣排放等。
3.社會(huì)、經(jīng)濟(jì)條件的約束:資金、建設(shè)周期等。
4.其他:運(yùn)載量、運(yùn)營(yíng)速度、準(zhǔn)點(diǎn)率、能耗、受路面干擾（車輛、行人）程度等。
知識(shí)窗
快速公交系統(tǒng)
快速公交系統(tǒng)（Bus Rapid Transit），簡(jiǎn)稱BRT， 是一種介于快速軌道交通與常規(guī)公交之間的新型公共客運(yùn)系統(tǒng)，其投資及運(yùn)營(yíng)成本比軌道交通低，而運(yùn)營(yíng)效果接近于軌道交通。它是利用現(xiàn)代化公交技術(shù)配合智能運(yùn)輸和運(yùn)營(yíng)管理，開辟公交專用道和建造新式公交車站，實(shí)現(xiàn)軌道交通式運(yùn)營(yíng)服務(wù)，達(dá)到輕軌服務(wù)水準(zhǔn)的一種獨(dú)特的城市客運(yùn)系統(tǒng)。
1974年，巴西庫(kù)里奇巴（Curitiba）市建成世界上第一條快速公交線。之后，世界上許多城市仿效它的經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)改良了不同類型的快速公交系統(tǒng)。昆明是我國(guó)最早開通BRT的城市，之后，北京、鄭州、杭州、廣州等地也陸續(xù)建成BRT系統(tǒng)。
在深入調(diào)查研究、廣泛征集意見、充分論證的基礎(chǔ)上，該市市交委醞釀出改善城市交通狀況的決策思路，將傳統(tǒng)公交退出長(zhǎng)距離的運(yùn)營(yíng)模式，遠(yuǎn)程運(yùn)輸讓給地鐵、中速公交來完成，從而減少地面長(zhǎng)距離運(yùn)輸，緩解交通擁堵。
某市在治理城市交通擁堵問題的決策過程中，運(yùn)用了系統(tǒng)分析的方法。系統(tǒng)分析所研究的對(duì)象各種各行，不可能套用一種不變的模式，但是都有基本的步驟和原則。系統(tǒng)分析的基本方法一般包括幾個(gè)步驟，如圖3-27所示。
闡明問題 確定目標(biāo)
明確分析對(duì)象的性質(zhì)和范圍，分析系統(tǒng)運(yùn)行的約束條件，確定系統(tǒng)要達(dá)到的總體目標(biāo)。
分析研究 制訂方案
分析系統(tǒng)內(nèi)部與外部環(huán)境（包括制約條件）的關(guān)系、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及相互關(guān)系、子系統(tǒng)目標(biāo)與總體目標(biāo)的關(guān)系。提出可行性方案。
評(píng)價(jià)比較 確定最住方案
對(duì)系統(tǒng)性能指標(biāo)、運(yùn)行效果等進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，比較各方案，選擇最佳方案。
系統(tǒng)分析一般遵循內(nèi)部組成與外部條件相結(jié)合，局部與整體相結(jié)合、當(dāng)前目標(biāo)與長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)相結(jié)合、定性分析與定量分析相結(jié)合的原則。
分析
前面關(guān)于城市交通問題的討論，是怎樣體現(xiàn)系統(tǒng)分析的基本原則的
表3-5 系統(tǒng)分析的基本原則
分析問題 系統(tǒng)分析的基本原則
為什么公共汽車便宜、便捷，但不一定是優(yōu)化公共交通結(jié)構(gòu)的首選 （從公共交通與城市交通的關(guān)系考慮） 系統(tǒng)局部與整體相結(jié)合
為什么公共交通專用道造價(jià)比較低廉，該市還要考慮采用其他交通方式 （考慮增開公交專用道的制約條件） 系統(tǒng)內(nèi)部組成與外部環(huán)境相結(jié)合
為什么地鐵造價(jià)昂貴，許多大城市還加快地鐵建設(shè) （考慮地鐵建設(shè)對(duì)加快城市化進(jìn)程的意義） 當(dāng)前目標(biāo)與長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)相結(jié)合
如果專家們不掌握充分的資料數(shù)據(jù)，能找出該市交通擁堵的癥結(jié)嗎 定性分析與定量分析相結(jié)合
拓展與應(yīng)用
為了使決策依據(jù)更科學(xué)可靠，系統(tǒng)分析往往會(huì)借助數(shù)學(xué)工具，對(duì)可行性方案進(jìn)行綜合分析、全面評(píng)價(jià)和優(yōu)化。
運(yùn)籌學(xué)是從系統(tǒng)總體角度尋求系統(tǒng)最優(yōu)解的數(shù)學(xué)工具，動(dòng)態(tài)規(guī)劃則是運(yùn)籌學(xué)的一個(gè)重要分支，是解決多階段決策問題的一種數(shù)學(xué)方法。一項(xiàng)決策往往需要經(jīng)過多階段的決策過程，動(dòng)態(tài)規(guī)劃就是把多階段過程轉(zhuǎn)化為系列單階段問題，利用各階段之間的關(guān)系，逐個(gè)求解，依次判斷，從而組成一個(gè)決策序列。它廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)、企業(yè)管理、科研項(xiàng)目的決策過程。
案例
從A城運(yùn)送一批貨物到Z城，兩城之間有多個(gè)站點(diǎn)，各站點(diǎn)之間有公路相連，連線上的數(shù)宇表示距離( 圖3-2)。如果用枚舉法找出一條最短的路徑，計(jì)算量會(huì)很大。若我們使用階段決策的方法，就可以比較簡(jiǎn)單、快速地選擇出最住的運(yùn)輸路徑。
這個(gè)例子中我們是分階段一步一步地依次進(jìn)行評(píng)判，其實(shí)就是運(yùn)用了運(yùn)籌學(xué)中動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法。利用這種方法，我們就可以輕而易舉地解決圖3－28中多站點(diǎn)運(yùn)輸路線選擇的問題了。
討論、思考、形成小論文。
每位同學(xué)組織一篇小作文，可以從不同的方面進(jìn)行展開。
完成后，與同學(xué)們進(jìn)行討論、分享。
課后作業(yè)
1.我國(guó)古書上記載了一則這樣的故事:臨河的寺廟崩塌，門口的一對(duì)花崗巖石獅子墜落到河中。幾年后僧人重修廟宇，求河工打撈石獅了。這是一條沙底河，河工在寺廟附近的河段內(nèi)努力搜尋卻找不到石獅子。你覺得河工應(yīng)該繼續(xù)在附近找尋，還是往河的上游或是沿河往下游搜尋呢
(1)系統(tǒng)的組成部分，由石獅了、沙和流水組成的一個(gè)流體力學(xué)系統(tǒng)。
(2)系統(tǒng)組成部分的特點(diǎn):沙“輕浮”（密度較?。?，石獅子“堅(jiān)實(shí)”（密度較大）。
故事的結(jié)果是河工在離寺廟幾百米的上游河段找到這對(duì)石獅子。你能說明其中的道理嗎
2.冬季的某天上午8時(shí)30分，14名攝影愛好者乘坐一架小型民航客機(jī)飛往北方的一個(gè)城市。飛行15min后，飛機(jī)的通信設(shè)備突然出現(xiàn)故障，導(dǎo)致飛機(jī)與地面失去聯(lián)系。此時(shí)駕駛員發(fā)現(xiàn)已經(jīng)迷航，但無法返航，只好降低高度繼續(xù)向北飛行。直到燃料將盡，機(jī)組人員只好決定迫降。駕駛員選擇前方一個(gè)帶狀小湖作為迫降點(diǎn)，他說著陸地的正北方約30km處有一個(gè)小村莊。飛機(jī)在已結(jié)成冰的湖面上硬著陸，冰層破裂，正、副駕駛員當(dāng)場(chǎng)不幸身亡。14名乘客中只有2人臉部和手上皮膚被劃破，其余12人毫發(fā)無損。他們迅速登上了湖的岸邊，并以飛機(jī)上取出一些可隨身帶走的物品。這些物品是：磁羅盤、地圖、溫度計(jì)、3包有錫紙包裝的口香糖、8塊巧克力、3小塊黃油、1疊報(bào)紙、1捆麻繩、一大張帆布、攝影器材和一些普換的衣服。之后，飛機(jī)迅速沉入湖底。
14名幸存者緩過氣來環(huán)視四周，只見一片茫茫白雪，雪深至小腿，附近散布著一叢叢灌木，地上散落著一些飛機(jī)的碎片。周圍沒有無線通信信號(hào)。當(dāng)時(shí)已是中午12時(shí)10分，太陽(yáng)時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，吹北鳳，氣溫為-28°C，所有人身穿的只是北方城市里的一般防寒衣服。身處絕境，假設(shè)你是14名幸存者之一，為了盡快脫離危險(xiǎn)，你將如何決策
(1)用頭腦風(fēng)暴法提出決策方案。
(2)評(píng)價(jià)哪個(gè)方案最合理。

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