資源簡介

第三單元 系統與設計
第一節 系統的結構
一、教學內容分析：
本單元以系統為研究對象，既是前兩個單元內容的延伸和一定程度上的綜合，又是最后一單元的基礎。本單元集中了很多核心概念和重要的思想和方法，學好本單元可以使學生運用系統的思想與方法，學好本單元可以使學生運用系統的思想與方法處理和研究問題，使學生掌握分析、設計系統的基本方法和步驟。本單元是本冊教材的重要內容之一。這單元的內容分別是“一、系統的結構”、“二、系統的分析”、“系統的設計”。第一節“系統的結構”包括什么是系統、系統的類型和系統的基本特性三個部分；第二節“系統的分析”包括系統分析及其一般步驟和系統的優化兩部分；第三節“系統的設計”主要是從系統設計應考慮的問題和一般步驟出發，對簡單系統進行設計的內容。
本節課的內容主要是理解什么是系統，系統的類型以及系統的基本特性。這些概念抽象，學生理解起來有些困難，因此應從系統的應用角度來理解系統的含義。通過看得見，摸得著的簡單案例來進行分析，理解系統的概念與基本特性。
二、教學對象分析：
學生在學習了系統后，很想繼續了解系統的特性。課本的理論知識學生可通過閱讀、討論等方法理解，而對于學生來說較難的是運用理論進行具體的案例分析。因此，如何用系統的基本特性解決有關問題是本節的難點。在教學過程中應多列舉學生身邊的事例，并加以說明。有條件時可讓學生通過討論（或辯論）的方法解決有關問題。讓學生充分參與到教學中來，做學習的主人。
三、目標：
1.知識與技能：　
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。
2.過程與方法：
通過討論，案例分析，掌握系統的基本特性，構成系統的基本思想。
3.情感態度價值觀：
初步認識系統，感受系統科學的魅力。
四、教學重難點：
1.教學重點：
1）系統的構成。
2）系統的基本特性。
2.教學難點：
應用系統的基本特性分析問題。
五、教學概述：
本章的教學結合具體的教學內容采用“生活體驗—問題提出―教學內容—案例分析―練習鞏固―總結提升”的模式展開。
在教學中把概念含義的學習置于具體的問題情景當中，通過豐富的案例使學生從生活體驗到理性分析的思維升華過程。同時關注學生能否用不同的語言表達、交流自己的體驗和想法。
通過富有吸引力的現實生活中的問題，使學生回想和分析具體的生活案例，激發學生的好奇心和主動學習的欲望。讓學生本著“回想—聯想—猜想”的思維過程，對教學內容進行步步展開，使學生親歷自主探索和思維升華的過程。
鼓勵學生自主探究和合作交流，引導學生自主觀察、總結，在與他人的交流中豐富自己的思維方式，獲得不同的體驗和不同的發展。
2課時。
六、教學器材：
多媒體、掛圖
七、教學過程：
一）引入新課：
過渡：在日常的生活中，系統存在于我們的周圍，下面請同學們，觀察以下幾幅圖片，通過觀察，初步總結系統的含義。
多媒體展示：選取汽車、太陽系、人體的呼吸系統等多個案例，讓學生充分感受系統的表象，進而總結出系統的含義。
二）新課教學：
1. 什么是系統？
教師：系統到底是什么？如何更深入理解系統？下面我樣以對“自行車”的結構分析，來更深理解系統和子系統的概念。
屏幕上展示自行車。
思考：
1)自行車是同學們最常用的交通工具，提問學生，自行車由哪些構件組成。
車架、車把、鞍座、前叉、腳蹬、鏈輪、車閘等主要部件組成。
2)它們的作用：
車把的作用：控制車的方向。
腳蹬的作用：將人腳踩的力傳遞到鏈輪鏈條上。
鏈輪和鏈條的作用：將動力機的運動和動力傳遞給執行系統的中間裝置。
前后車輪的作用：當腳踩腳蹬時,帶動中軸,使大鏈輪轉動起來經鏈條傳動傳給小鏈輪,再傳到后輪,使其轉動起來與地面產生摩擦,從而實現前進,而前輪在這時還起到導向作用, 還可以起到防振,及地面對輪子的直接影響,又提高了舒適度。
車閘的作用：利用摩擦力使得自行車減速或停止。
3)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 剎車不靈 （自行車將不能減速，更不容易停止，容易發生交通事故。）
(2)車把固定螺釘松了 方向把不準（車的行使方向不容易控制。）
(3)鏈條斷了 無法行進（動力將不能傳遞給執行系統，車子就不能行使。）
(4)車輪的輻條斷了 受力不均容易引起車圈變形（車輪容易變形。）
過渡：經過了上面的練習，我們知道，組成系統的某部分出現了問題會影響到系統的整體功能，同時也會引起其他部分的無法正常工作。那這樣我們對系統的含義可以總結為：
這種由相互聯系、相互作用、相互依賴和相互制約的若干要素（element）或部分組成的具有特定功能的有機整體，稱為系統（system）。
系統根據一定的標準可劃分為若干個子系統（subsystem）。
子系統（subsystem）：子系統是相對于大系統而言的，它是大系統中相對獨立且具有一定功能的組成部分。
要 素：指構成系統的最主要的元素。
馬上行動：自行車的子系統。
傳動（動力）子系統：由腳蹬、曲柄、鏈輪、中軸、鏈條、飛輪等組成。
制動子系統：由剎車柄、車閘、連接線等部件組成。
承重子系統：由車架、鞍座、車輪等組成。
方向控制子系統：車把、前叉上下軸承、前叉等組成。
行駛子系統：由前后車輪組成。
附設子系統：由前后擋泥板、車后架、車筐、車鈴等。
系統有大有小，有復雜有簡單。對于較大型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）：
地球生態系統：海洋生態系統、森林生態系統、陸地生態系統等子系統。
交通系統：航空運輸系統、鐵路運輸系統、公路運輸系統等子系統。
管理系統：生產管理系統、營銷管理系統、財務管理系統等子系統。
任何系統又是更大系統的子系統。
教師：教師根據部分同學的分析進行總結同時強調，對系統正確分析的重要性，我們要改進產品、提高產品的質量就必須正確分析系統的結構及其在整個系統中的作用。然后，提出組成系統必備的三個條件：（見課件）
構成系統，必須具備三個條件：
第一、至少要有兩個或兩個以上的要素（部分）才能組成系統；
第二、要素（部分）之間相互聯系、相互作用，按照一定方式形成一個整體；
第三、這個整體具有的功能是各個要素（部分）的功能中所沒有的。
馬上行動：
請指出下列系統分別由哪些要素（部分）組成，并說出相互之間有怎樣的聯系。
系統的名稱 組成要素（部分）
臺燈 燈座、 燈泡、 燈罩、 電線、 開關等
學校多媒體教室 實物展示臺、投影機、電動屏幕、錄像機、攝像機、VCD機、展臺、音響設備等多種現代教學設備組成。
手表 表殼、表帶、表芯等。
縫紉機 機頭、機座、傳動和附件
2.系統的類型：
1)按系統的規模分：小型系統、中型系統、大型系統和巨型系統
2)按組成要素的性質（按人類干預的情況）分：自然系統、人造系統和復合系統。
自然系統——原始的系統都是自然系統，如天體、海洋、生態系統等。又如呼喚系統、消化系統、循環系統、免疫系統等。
人造系統——如人造衛星、海運船只、機械設備等。又如：交通系統、商業系統、金融系統、工業系統、農業系統、教育系統、經濟系統、文藝系統、軍事系統、社會系統等等。
復合系統——既包含人造系統又包含自然系統。
3)按系統與環境的關系分：開放系統、封閉系統和孤立系統。
開放系統——是指在系統邊界上與環境有信息、物質和能量交互作用的系統。例如商業系統、生產系統或生態系統，這些都是開放系統。在環境發生變化時，開放系統通過系統中要 素與環境的交互作用以及系統本身的調節作用，使系統達到某一穩定狀態。因此，開放系統常是自調整或自適應的系統.。
封閉系統——是一個與外界無明顯聯系的系統，環境僅僅為系統提供了一個邊界，不管外部環境有什么變化，封閉系統仍表現為其內部穩定的均衡特性。封閉系統——的一個實例就是密閉罐中的化學反應，在一定初始條件下，不同反應物在罐中經化學反應達到一個平衡態。注意物理上講，還有嚴格劃分，往往僅把沒有物質來往的系統稱封閉系統；而把沒有物質、能量和信息來往的稱為孤立系統。
4)按學科領域就可分成自然系統、社會系統和思維系統；
5)按范圍劃分則有宏觀系統、微觀系統；
6）按狀態劃分就有靜態系統和動態系統；穩態系統和非穩態系統；平衡系統、非平衡系統衡系統、遠平衡系統等等。
馬上行動：
請分別列舉以下系統的2~3個實例。
工業生產方面的系統：工業控制網絡系統、工業電視監控系統、光纖工業電視系統、工業除塵系統、工業排風系統、影子系統、清除系統垃圾。
農業生產方面的系統：農業生態系統、農業銀行系統、生產管理系統、生產率系統。
軍事方面的系統; 導彈跟蹤系統、防衛系統。
教育方面的系統：遠程教育系統 ( http: / / www. / s cl=3&f=1&wd=%D4%B6%B3%CC%BD%CC%D3%FD%CF%B5%CD%B3&tn=baidur" \t "_blank )、教育評價指標系統 ( http: / / www. / s cl=3&f=1&wd=%BD%CC%D3%FD%C6%C0%BC%DB%D6%B8%B1%EA%CF%B5%CD%B3&tn=baidur" \t "_blank )、教育電聲系統 ( http: / / www. / s cl=3&f=1&wd=%BD%CC%D3%FD%B5%E7%C9%F9%CF%B5%CD%B3&tn=baidur" \t "_blank )、教育培訓系統 ( http: / / www. / s cl=3&f=1&wd=%BD%CC%D3%FD%C5%E0%D1%B5%CF%B5%CD%B3&tn=baidur" \t "_blank )、教育管理系統 ( http: / / www. / s cl=3&f=1&wd=%BD%CC%D3%FD%B9%DC%C0%ED%CF%B5%CD%B3&tn=baidur" \t "_blank )、教育信息系統 ( http: / / www. / s cl=3&f=1&wd=%BD%CC%D3%FD%D0%C5%CF%A2%CF%B5%CD%B3&tn=baidur" \t "_blank )、教育指標系統 ( http: / / www. / s cl=3&f=1&wd=%BD%CC%D3%FD%D6%B8%B1%EA%CF%B5%CD%B3&tn=baidur" \t "_blank )、教育資源管理系統 ( http: / / www. / s cl=3&f=1&wd=%BD%CC%D3%FD%D7%CA%D4%B4%B9%DC%C0%ED%CF%B5%CD%B3&tn=baidur" \t "_blank )。
閱讀：系統論
教師進一步提問：若干要素之間是否相對獨立？請同學們閱讀課文后回答。
3.系統的基本特性：
系統的基本特性有：整體性、相關性、目標性、動態性、環境適應性。
1)整體性：
系統是一個整體，他不是各個要素（部分）簡單相加，系統的整體功能是各要素（部分）在孤立狀態下所沒有的。 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。
例如：自行車條輻的調整，動一條整個車輪都發生改變。
（1）美國“阿波羅”計劃中的飛船和運載火箭是由700多萬個零件組成。這些零件都很普通，甚至沒有一個是新研制的，為什么能實現把人送上太空的功能？
各部分按照一定的結構組成了系統，從而實現了整體的功能。
（2）巴爾扎克的塑像：
傳說，法國著名雕塑家羅丹曾經給文學家巴爾扎克雕了一座塑像。塑像雕好之后，大受人們的稱贊，人們特別對雕像上巴爾扎克的一雙手贊不絕口，都說這雙手太逼真、太生動了。羅丹聽到人們的議論后，卻毫不猶豫地從塑像上砍去了這雙手。
請解釋，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？
學生閱讀后討論：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。
中國有一句成語就表達了這個意思：“棄卒保車”。
（3）三個和尚的故事說明了什么？ “三個臭皮匠頂個諸葛亮”又說明了什么？
【系統思路】系統不是各個元素（組分）的簡單相加。如果將它們之間的相互聯系和相互作用協調好，就能得到“1+1>2” 的效果。反之亦然。
辯論：在一個系統中，各要素好，則整體性能是否好？
①某球隊有的是球星，但他們各打各的，最終這個球隊打不贏一支普通的球隊。說明了什么？
②某校畢業班學生學習很緊張，有一位教師為了提高自己所教學科的成績，他充分利用自習、晚修等時間給學生補課。請你談談他的做法是否正確？為什么？
馬上行動：
1.請舉例說明“系統的整體功能大于組成系統的各部分的功能之和”這一論點。
系統的名稱 系統的整體功能 各部分的功能
呼吸系統 完成呼吸，為人體提供氧氣 傳送空氣：向肺內運送空氣，不能執行氣體的交換
教育系統 能有序的完成整個教育教學工作。 學校：直接教育學生，向學生傳授知識，但不能形成公平公正的教育機制。
水利灌溉系統 由水庫蓄水、分水閘分配水量、引水渠輸水等配合工作，起到灌溉農田的作用。 分水閘；按需求分配水量，否則，分配不合理，造成水源的浪費。
2.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。
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。
2)相關性：
相關性是指組成系統的各個要素之間或整體之間相互作用、相互聯系。系統的各組分或元素只要有一個變化都會影響其他元素和組分實現其功能。
(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。]
相同的道理，為了使野生動物園的羚羊更有活力、生命力更強，可以引進狼或豹子等肉食動物。
(2)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。
案例分析：廚具的安裝
思考：
1. 請分析吳瑾家的廚房裝修與廚具安裝出現問題的原因所在：
忽視系統的相關性，家庭裝修是一項系統性很強的工程，各項工作之間、各種設施之間存在著必然的聯系，它們互相影響互相制約，只有從它們的相關性出發，處理好各方面的關系，才能事半功倍。
2. 如果讓你設計，你將如何處理，才不至于出現這類管線打架和有安全隱患現象的問題？
在預埋廚房水管和電線時，就要考慮好哪里是烹飪區，哪里是儲藏區等，再決定水電的管道和線路實際；在購買廚具時，要依照廚房的個性化要求來選購，具體裁衣，協調安排好風、水、火、電的接口，還要考慮造型、色彩以及人機關系和工程材料等方面的方面的因素。
3)目的性：
系統都是以實現某種功能為目的的，這是區別這一系統與那一個系統的標志。設計和分析一個系統時，必須先弄清其目的，否則就無法構成一個良好、有序的現實系統。系統的多個目標有時不完全一致，甚至矛盾，這就需要協調，尋求平衡或折衷的辦法，從而更好地實現其目的。
（1）人們為什么要發明自行車？
自行車的由來：世界上第一輛自行車出現于1790年，由法國人希布拉克用木材制成，沒有腳蹬，靠雙腳交替踏地前進。1801年，俄國人阿爾塔莫諾夫發明了一輛輪子前后掛著的小車。這些發明家把它作為禮物獻給了俄國沙皇。1831年，德國人德列斯發明了車把，可以方便地轉彎。 1839年，英國人麥克米倫發明了腳踏，裝于前輪上。 1880年，法國人基爾梅發明了鏈條，用它帶動后輪旋轉。 1888年，英國人鄧勒普發明了充氣車胎。
結合自行車演變，讓學生理解：任何系統都具有某種目的，都要實現一定的功能。
（2）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。
馬上行動：
填寫：
1.人們將發條、游絲、齒輪、表殼等零部件組裝成鐘表，其目的是：
實現能準時的體現時間的功能。
2.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：
實現企業利潤的最大化，成本和能源使用的最小化。
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？
使產業結構更加合理，以增加農民的收入。
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。
4）動態性：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。
討論p72：
1. 某學校一位教師肩膀疼痛，一位醫生用各種藥物和方法治療肩膀，都收不到良好的治療效果。令一位資深的醫生認為：人體是一個復雜的系統，“頭痛醫頭，腳痛醫腳”是不能解決問題的，他對該病人進行了全面身體檢查，最后發現病人患肺癌，右肩膀疼是癌細胞擴散的結果。后經系統診斷和綜合治療，病人的病情得到控制。
2. 根據產熱的多少進行散熱。
3. 沒有。任何事物都是不斷變化的。任何系統都是一個動態的系統，處于運動和發展之中。
5）環境的適應性：
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。
(1)家用電冰箱不能緊貼墻壁放置，汽車在雪地行走輪胎要加鏈條，這是都為什么？
冰箱放置與墻保持距離，目的是有一個適當的散熱空間，從而保持正常工作。
一般汽車在雪地上會因為打滑而無法正常行走，因此在輪胎上加鏈條是起防滑作用。
結論：系統只有在一定的環境條件下才能保持（或恢復）其原有的特性。
（2）自行車為什么要不斷地進行更新換代？
當外部環境條件變化時（路況改變－跋山涉水，市場需求變化－舒適休閑），自行車就必須更新換代（如增加新的功能，提高性能、舒適度），才能繼續存在和發展下去。
【系統思路】要不斷完善系統，使系統能適應新的環境。
馬上行動
1.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。）
2. 家用電冰箱不能緊貼墻壁放置。
冰箱放置與墻保持距離，目的是有一個適當的散熱空間，從而保持正常工作。即：系統只有在一定的環境條件下才能保持（或恢復）其原有的特性。
3.工程技術中，這類通過系統調節以適應外界環境變化的事例很多，請列舉幾例，填入下表：
事例 外界環境的變化 系統通過調節，適應環境的變化
汽車的雨刷 雨天，擋風玻璃模糊 利用雨刷及時的擦拭擋風玻璃
導彈跟蹤系統 當被跟蹤無方向改變時 跟蹤系統及時的改變方向，繼續跟蹤




系統必須適應外部環境的變化。只有能夠適應外部環境的變化并保持最優適應狀態的系統，才能發揮自身作用，實現可持續的發展，否則是沒有生命力的。
討論：p073
思考：下列的事例體現了系統的什么特性？
（1）人們往往希望汽車跑得又快又省油，但車速過快會格外耗油，有個折中的最適當的速度叫經濟速度，最省油。（相關性）
（2）過度發展畜牧業，導致綠洲變成荒漠。（相關性）
（3）一個和尚挑水吃，兩個和尚抬水吃，三個和尚沒水吃。（整體性）
（4）三個臭皮匠頂個諸葛亮。
（5）要經常給機械手表上鏈，即擰發條。
（6）春捂秋凍（參考解答：環境適應性。
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。）
補充：
木桶理論：
一只沿口不齊的木桶，其存水量的多少？不取決于最長的那塊木板，而取決于最短的那塊木板。
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。
木桶理論的外延還可以擴大到：
1）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。
2）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。
4.小結：
一、系統的含義
元素、相互、整體功能
二、系統的類型
三、系統的特性
整體性、相關性、目的性、動態性、環境適應性
八、教學反思：
在教學過程中，以基本特性作為教學主線，并進一步展開。以案例為載體完成教學任務，達到教學目的。
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