資源簡介

《第三節 系統的優化》教學設計
【教材內容分析】
粵教版通用技術必修《技術與設計 2》“第三章系統及其設計”共有 4 節內容，而本節“系統的優化”是第三節的內容，是在學習了第一節“認識系統”、第二節“系統分析”的基礎上對系統優化的意義和影響因素的探究，在內容上承接了認識系統、分析系統的知識點，是對知識點的理解應用，同時也為學習第四節“系統的設計”初步學會簡單系統設計的基本方法奠定了基礎。本節課共有 2 部分內容：系統優化的意義、影像系統優化的因素，考慮到章首頁的學習目標“理解系統優化的意義，通過技術探究，分析影響系統優化的因素”，因此，本節課重點從系統探究實踐出發，分析影響系統優化的因素，總結系統優化的一般步驟，理解系統優化的價值與意義。
【學情分析】
學習本節課前，學生已經學習了認識系統和系統分析的基本方法，能夠分辨什么是系統，能夠簡單分析系統的基本構成和主要特性，同時學生能夠分辨積極和消極的影響，做出簡單的歸納總結，而這節課的主要活動又是探究生活中的系統，如娃娃機，是青少年比較喜歡的活動項目，因此，學生在學習過程中，具備探究所需的基本知識和技能，應該可以主動參與，享受體驗系統的樂趣，能夠搜集和思考分析信息，歸納總結知識，融會貫通，舉一反三。
【教學目標】
（1）提高技術意識，善于觀察技術現象，樂于探究技術特點，能夠主動搜集、分析技術的相關信息，能夠從技術應用的角度分析某一項技術設計對系統的積極或消極影響，并判斷其在系統應用中的發展趨勢。
（2）提升創新設計的能力，面對某一具體系統對象，能夠探究分析系統存在的問題，明確要解決的問題，根據系統的優化目標和約束條件，選擇合適的優化方案，完成系統的優化設計。
（3）增強系統思考和工程思維的能力，學會從生活或學習中確定一個簡單的系統對象，分析系統優化的目標和約束條件，并運用比較權衡的分析方法，選擇當前約束條件下最優的方案對系統進行優化，理解優化系統的意義。
【教學重、難點】
教學重點：影響系統優化的因素；系統優化的意義。
教學難點：探究系統優化的方法。
解決辦法：
把握重點：確定學習目標后，設計學生探索體驗兒童抓娃娃機的活動，思考探討一些問題，比如“如果你是生產廠商，你會將它投入市場嗎？”逐步引出學生對本節課重點的思考：什么是影響系統優化的因素？優化系統有什么價值和意義？
突破難點：新知識的習得，是建立在原有的知識基礎上的。在探究系統優化的方法過程中，要做到循循善誘，引導學生積極參與到探究活動環節，享受體驗系統的樂趣，運用在第一節認識系統、第二節系統分析的基本方法學到的知識和方法，探究系統基本組成和主要特征，分析系統存在的問題，明確系統優化的目標和約束條件，歸納影響系統優化的因素，總結系統優化的一般步驟，認識系統優化的意義。
【教學理念與方法】
結合杜威“從做中學”的教學論，設計學生體驗和探索兒童娃娃機系統的活動，習得經驗；基于習得經驗，采用啟發式教學法，思考分析影響系統優化的因素和優化系統的意義；在探究活動中，主要實行學生參與體驗、觀察、思考的自主學習，體驗探索的樂趣，實行分組探討，引導學生思考分析系統優化的影響因素和意義，并嘗試得出自己的結論。重要的是讓學生學會思考，學會交流，學會聆聽他人觀點，學會分析總結自己的觀點，體驗和學習獲取新知的過程與方法，提升自身的學科素養。
【課型及課時】
新授課；時長40 分鐘，共 1 課時。
【教學媒體與資源】
【教學流程】
【教學過程】
教學 環節 教學內容 教師活動 學生活動
情境導入 （15min） 學習目標：探究系統，分析系統存在的問題，明確系統優化的目標和約束條件，分析影響系統優化的因素，尋求約束條件下的最優方案進行優化系統，理解系統優化的意義。 介紹本節課的學習目標和教學環節。 認真聽課，理解學習目標，熟悉學習流程。
設計意圖：明確這節課的學習目標，了解這節課的上課環節。
抓娃娃比賽：每組 2 個幣，每個幣凈時 1分鐘，比賽哪個組夾到最多娃娃。規則如下：無論什么情況，只要時間停止、耗盡或手中無幣，該組比賽結束；禁止作弊，發現即終止該組該輪比賽；取得最好成績的小組，獎勵 3 分，計入組員課堂表現考核。 教師講解抓娃娃比賽規則。 學生了解規則，積極參與抓娃娃的比賽。
設計意圖：講解比賽，設置獎勵規則，激活學生的興趣。
分析娃娃機系統的基本組成： 2、在比賽過程中，觀察、思考“娃娃機存在什么問題？” 介紹娃娃機的基本組成，引導學生思考問題。 學生一邊抓娃娃，一邊觀察，一邊思考問題。
設計意圖：認識系統的基本組成，用問題來引導學生思考系統優化。
小組討論 （5min） 每個小組準備一張紙，結合探究體驗和觀察分析，小組交流探討上一環節的問題，并思考討論“能不能把娃娃機投入到市場”這個話題，把討論的觀點寫在紙上，提交給教師。 教師指導學生研討問題，提醒學生做好筆錄。 小組探討問題的結論，做好記錄。
設計意圖：小組合作，享受交流探討樂趣。
講授新課 （5min） 希沃視頻展臺：展示典型的小組觀點，總結大部分小組的對“娃娃機投入市場”這個話題的看法。引導學生思考： 如何進行優化系統？ 教師使用希沃展臺展示各組看法，總結學生看法，并引導學生優化系統。 學生提交成果，認真學習其他組的成果，結合教師的分析，思考如何進行系統優化。
設計意圖：從學生的體驗出發，引出系統優化的內容。
分析廠家生產娃娃機的目的和客戶消費目的出發，分析這款娃娃機問題，從提出優化目標，分析影響優化的因素，確定優化方案，落實優化，判斷是否最優等 5 個步驟，引導學生總結系統優化的一般步驟，理解系統優化的意義。 系統優化的意義是在給定的條件下，通過一定的手段和方法，使系統獲得更佳效益。 從廠家和客戶兩個角度，分析講授，引導學生思考總結。 認真聽課，跟著教師的思路思考系統優化的一般步驟和意義。
設計意圖：從系統存在的問題，分析影響系統優化的因素，并從不同角色的角度去思考、權衡比較優化的方案，感悟系統優化的意義，體驗系統優化的一般流程。
鞏固練習（10min） 豬舍優化案例：一農戶計劃建一個小型的豬舍，里面有兩排八間總面積 80 m 的豬圈（圖 1，圖 2），應當怎樣設計才使圍欄和隔欄的總長度最短？ 分析優化的目標和約束條件。 （1）優化的目標：豬圈的圍欄和隔欄的總長度達到最小值（Lmin）； （2）優化的約束條件：豬圈的總面積S = 80m 。 建立數學模型。 設豬圈的長、寬分別為 x 和 y（x，y≥0），則有：S = 2xy，①；L = 4x + 10y，② 求解過程。 由①②得： 由配方法可得：L ≥ 2 因此，當長x = 10米，寬y = 4 米時，圍欄與隔欄的總長度最短為 80 米。 教師將娃娃機探討活動過渡到豬舍優化的案例中，按照系統優化的一般步驟，分析講解豬舍如何設計才能使圍欄和隔欄的總長度最短？ 學生細心聽講，按照教師的指引分析豬舍優化的目標、影響豬舍優化的約束條件，并思考嘗試在優化目標和優化約束條件之間建立數學關系，嘗試通過建立數學模型來解決豬舍優化問題。
設計意圖：從玩樂案例過渡到生活成產案例，思考如何將系統優化步驟遷移到實際應用中，認識定性、定量分析。
課堂總結 （3min） 總結系統優化的一般步驟，明確系統優化是一個不斷驗證、完善的過程，理解系統優化的意義： 系統的優化可以讓我們在一定的資源條件下，取得最佳的效果，而投入的人力、物力、財力達到最小。 生活中還有許多值得我們關注的事物，比如我們的作息安排、學習計劃等，我們可以運用系統優化的流程步驟，細心觀察，尋找最合理的優化方案，取得最佳的效果。 教師總結系統優化的一般步驟，啟發學生學會反思生活中的事物，嘗試用系統優化的一般步驟去優化生活中問題。 學生細心聽講、理解系統優化的一般步驟和系統優化的意義，思考生活中的哪些事物可以嘗試優化，達到更佳的效益。
設計意圖：總結系統優化的一般步驟，啟發學生學以致用。
布置作業 （2min） 作業 1：課本 107 頁“立即行動”； 作業 2：完成課堂學習評價表。 教師布置作業。 學生完成作業。
設計意圖：體驗系統優化的一般步驟，鞏固學習成果。
【教學評價】
形成性評價：學生在課堂中完成任務的情況，見附表 1；
終結性評價：學生對學習目標的掌握程度，見附表 2。
【教學設計小結】
本節課運用杜威“做中學”的教學方法，帶領學生體驗抓娃娃，探究娃娃機系統，提出問題，分析影響娃娃機系統優化的因素，理解系統優化的意義，由此來學習理解本章的重點，再結合課本“拓展與應用”的案例，加深學生對“系統優化的一般步驟”的理解，啟發學生將系統優化的方法遷移到生活中去。但是，設計的探究活動，要求老師具備較強的把握時間和課堂管理的能力，可能會增加了學生達到預期學習效果的不確定因素。因此，在教學實踐中，應該注意對教學環節的時間管理。合理的教學時間分配，是保證學生學習效果、完成教學目標的重要因素。
附表 1 形成性評價表：
形成性評價內容 評價方式
自評 互評 師評
能夠分析出娃娃機的系統組成要素和主要特征，能夠分析出娃娃機存在的問題。
能夠與小組成員探討娃娃機優化的目標和約束條件，敢于發表自己的觀點。
能夠分析影響娃娃機系統優化的因素和優化的意義。
能夠確定豬圈優化的目標和約束條件，并建立數學模型，準確找到系統優化的目標函數。
能夠歸納出系統優化的一般流程，并嘗試運用到生活學習中其他系統的優化中。
說明：A-優秀，B-良好，C-合格，D-待改進
附表 2 終結性評價表
終結性評價內容 評價方式
自評 互評 師評
善于觀察技術現象，樂于探究技術特點，能夠主動搜集、分析技術的相關信息，能夠從技術的角度分析某一項技術設計對系統的積極或消極影響，并判斷其在系統應用中的發展趨勢。
面對某一具體系統對象，能夠探究分析系統存在的問題，明確要解決的問題，根據系統的優化目標和約束條件，選擇合適的優化方案，完成系統的優化設計。
能夠從生活或學習中確定一個簡單的系統對象，分析影響該系統的因素，明確優化目標，并運用比較權衡的分析方法，選擇合適的方案對系統進行優化，理解優化系統的意義。
說明：A-優秀，B-良好，C-合格，D-待改進

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