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
第三節 系統的優化
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?；仡櫲祟惖陌l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：
了解系統優化的意義，了解影響系統優化的因素。
體會領悟系統優化的必要性和重要性,通過系統優化探究活動,培養學生的探究精神以及團隊合作意識。
能分析、總結和歸納出系統優化的方法，并能運用系統原理和系統分析方法，進行簡單的系統優化設計活動，嘗試解決技術問題，體驗參與技術設計的愉悅情感。
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
這節課內容主要本節主要介紹系統優化的過程、價值和意義，以及如何在系統分析的基礎上，進行系統優化。系統優化既是系統分析的深入，又是系統設計的基礎，更是系統設計過程中的重要環節，起到承上啟下的作用，是本章的重要內容之一。
學情分析:
經過前面認識系統、系統分析的學習，學生對系統的含義、特征及系統的思想和方法已經有了一定的認識。但分析過程中，不能靈活運用系統的思想和方法進行優化。
教學重難點:
重點:理解系統優化的意義及影響系統優化的因素。
難點:探究系統優化的方法，并能夠簡單應用。
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
第三節 系統的優化。
某班組織學生集體去郊外野營，在野營地用一條竹筒從遠處山泉引水做飯。五名同學同時拿著大小不同的容器去取水，但取水處只能容一個人站立，為了使同學們及時吃到香噴噴的飯菜，每人取水后就馬上回營地工作。
導學思考
有什么辦法使五個人總的取水時間最少 要考慮什么因素
一、系統優化的意義
案例
陶瓷窯爐的優化
陶瓷生產素有“原料是基礎，窯爐是關鍵”之說。隧道窯（圖3-30）是現代陶瓷工業廣泛使用的窯爐。顧名思義，隧道窯的窯體像一條隧道，里面鋪有軌道。全窯分預熱帶、燒成帶和冷卻帶三段。陶瓷制品坯體干燥后，裝上窯車，由推車機把窯車推進窯內，經過上述三個帶完成燒制過程。對比舊式窯爐，隧道窯有連續作業，產量高，勞動條件好，易于實現機械化、自動化等優點。但由于窯車等輸送設備影響了窯爐的氣密性，窯內上下溫度不均勻，因北焙燒時網長。另外，窯車及襯磚在升溫、冷卻的過程中，也浪費了大量熱能。
輥通窯《圖3-31)則是用連續平行排列的輥子造成輥道，把坯件直推放在輥道上，或者放在墊板上，通過傳動系統使輥子轉動，坯件依次通過預熱帶、燒成帶和冷卻帶出窯。由于輥子上下可直接加熱，窯內溫度均勻，大大縮短了制品燒成時間，在保證質量的同時，提高了產量。輥道窯還因為減少了窯車等熱耗設備，有效提高了熱利用率，與隧道窯比較，單位產品能耗節省了一半以上。
分析
1.陶瓷窯爐通過什么關鍵技術設備的改進，實現了窯爐的優化
2.上述技術設備的改進有什么意義
系統的優化就是在給定條件下，通過一定的手段和方法，使系統獲得更佳功能或更佳效益的過程。實現系統的最優化，就可以在一定資源條件下，取得最佳的效果，而投入的人力、物力、財力達到最小。
二、影響系統優化的因素
案例
千煙洲立體生態農業
千煙洲地處江西省泰和縣亞熱帶紅壤丘陵地區。過去的千煙洲是一個貧窮落后的小山村，土地貧脊，生產結構單一，只開墾了溝谷、河灘上的土地，重點生產糧食。20世紀80年代初，這一地區因地制宜，進行綜合開發和治理，改變土地利用結構，調整農業生產布局。從以糧食生產為主轉變為以林果為主的土地利用結構模式，形成“丘上林草丘間塘，緩坡溝谷果魚糧”的立體農業布局。從丘上到丘下，大體布局為:用材林(闊葉林或針闊混交林）一經濟林和毛竹一果園或人工草地一農田一魚塘（圖3－32）。這種山區生態農業模式，既有中、遠期才有收益的林果生產，又有短期可收益的農、牧、漁業的發展。10年后，千煙洲呈現出一派生機勃勃的景象。森林覆蓋率由0.43%提高到70%以上，水土流失基本得到控制；土地利用率由10.9%提高到91.5%；農業總收入由原來不到6000元，增加至100萬元以上；人均收入達到2 917.4元，比10年前增長了20.5倍。千煙洲地區農業生產走上了可持續發展的軌道。
以上案例中，系統優化的目標:改善生態環境，提高農業生產經濟效益，幫助農民脫貧致富。
系統優化的約束條件:亞熱帶紅壤丘陵地區的地形、氣候、生物生長習性等。
影響系統優化的因素:直接影響生態環境和農業生產效益的因素。
立即行動
具體說說影響千煙洲生態農業系統優化有哪些因素。
實踐
模型飛機的優化
目的和要求
通過手擲模型飛機的性能優化，探究影響系統優化的因素。
要求:
1.飛機的飛行和著地姿勢正確。
2.飛機在空中沿直線滑翔的距離盡可能長（自定適當的目標）
材料及工具準備
泡沫板1塊、鉛筆、刻度尺、剪刀、工藝刀、普通回形針2枚、大型回形針2枚、牙簽若干、橡皮圈若干、護目鏡等。
注意：使用尖銳工具時要注意安全。
知識準備
了解模型飛機飛行的基本原理。
設計及優化過程
1.畫出飛機設計草圖，制作模型飛機。
探究：
飛機飛行時受哪些力的作用 在設計草圖上表示出來。
怎樣控制作用在飛機上的力
表3-6 飛機行時所受的力
力的名稱 應該增加或減少的力 如何增加或減少這種力 主要依據的科學原理
2.分組比賽，看哪個小組做的飛機飛得最好、最遠。
3.修改設計方案，重新制作模型。
表3-7飛機性能測試記錄
飛行次數 事故記錄 飛行距高/ｍ 優化方法
構件脫落 機頭著地 機身翻倒 其他
第一次
第二次
第三次
系統優化是一個不斷驗證、完善的過程。
探究
小組交流制作模型飛機的體會，探究模型飛機飛行調整技術，分析影響系統優化的因素。
1.可以通過哪些部件的優化，增加模型飛機直線滑翔的距離
2.模型飛機是否越輕越好 為什么要加上面重物（回形針）
3.一般模型飛機機身的外形設計都是呈窄長形的，為什么
4.模型飛機出現構件脫落、機頭著地、機身翻倒等情況的主要原因是什么
系統的優化不僅要注重系統中組成部分（要素）的優化，還要注重組成部分（要素）之間、組成部分（要素）與整體之間的協調和連接的有序性。
拓展與應用
系統的優化在未能建立優化目標與影響因素的數學關系時，無法得出量化的目標值，只能通過定性的分析或估計尋求較為滿意的結果。而系統的最優化通常是解決在一定的約束條件下，尋求系統的優化目標達到最大值成最小值的問題，這往往需要通過建立數學模型去解決。
立即行動
某木器廠生產桌子和柜子兩種產品，每種產品都需要兩種不同的木料?，F工廠有第一種木料72m，第二種木料56m，生產一張桌子和一個柜子所需要的木料及所得利潤如表3-8所示。問桌子和柜子各生產多少，才能獲取最大利潤
表3-8 木料和利潤
產品 所需木料/m 利潤/元
第一種 第二種
桌子 0.18 0.08 60
柜子 0.09 0.28 100
建立此問期的數學模型
決策變量:＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
目標函數:＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
約束條件:＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
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.列車提速是對鐵路運輸系統的優化。下列說法正確嗎 為什么
(1)只要有先進的機車，就能提速。
(2)不僅需要有先進的機車，還需要道路、橋梁、隧道等基礎設施的配套改進。
(3)只有使用“動車組”才能提速。
(4)只有重新能設鐵路，才能提速。
2.田忌賽馬的故牛中，田忌用哪種方案贏了齊王 從系統優化的角度分析田忌為什么能取勝。
3.查閱相關資料，了解青蒿素和雙氫青蒿素研制提取工藝的優化過程，說說你從中受到的啟發。
4.以分組的形式參觀附近的生態農業基地或技術革新工程，了解它們是怎樣實現系統優化的，這樣做對環境保護、提高生產效益有什么意義。各小組交流參觀的心得體會。

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