資源簡介

第三單元《系統與設計》第三節系統的設計教學設計
一、教學內容分析：
系統設計是研究和認識系統的目的，本節教學內容應圍繞系統設計展開。根據系統的目的和要求、各子系統之間的相互關系，對系統進行整體設計、評價和優化，就是系統設計。通過分析系統設計應考慮的主要問題，根據系統設計的一般步驟，應能進行簡單的系統項目設計。可結合具體實例讓學生分析系統設計應考慮哪些主要的問題，并組織討論活動。
本節由“1.系統的設計”、“2.簡單系統的設計的實現”等2小節組成。
本部分教材編寫突出連個特點：首先，突出技術的思想方法。教學內容體現了科技發展的先進成果和先進文化，是當代技術思想和方法重要的基礎組成部分，具有豐富的思想內涵和方法論意義，對所有學生的發展都具有教育價值，是技術的學習真正超越技能主義的局限，使技術成為“有思想的技術”，拓展學生對技術的認識，促使學生認識上的遷移和共通能力的發展。其次，強調運用理論和方法解決實際問題。這里更多的是注重學生從理論到實踐的第二次認識飛躍，在編寫安排上是從理論入手，最后回到設計的實踐。
二、教學對象分析：
通過上節課的學習，學生對系統的優化已經有了初步的了解，通過簡單系統的設計案例的分析，初步學會簡單系統設計的基本方法。
三、目標：
1.知識與技能：　
（1）通過簡單系統的設計案例的分析，初步學會簡單系統設計的基本方法。
（2）確定一個生活或生產中的簡單對象，根據設計要求完成系統的方案設計。
2.過程與方法：
通過案例進行系統設計,在設計中將系統的基本特性考慮到設計中去,考慮到系統各要素之間的作用和聯系, 進行系統分析和優化.
通過手電筒進行系統設計,在設計中將系統的基本特性考慮到設計中去,考慮到系統各要素之間的作用和聯系, 進行系統分析和優化.
3.情感態度價值觀：
（１）學會把系統思想和方法運用到自己的生活、工作和學習中去進行設計
（２）培養學生動手動腦實踐能力。
四、教學重難點：
1.教學重點：
(1)系統設計中要考慮的主要問題；系統設計的一般過程及思想方法。
(2)系統設計中要考慮的主要問題分析。
2.教學難點：
簡單系統的設計的實現。
五、教學概述：
在教學實踐中讓學生分成學習小組進行設計并給出設計方案，讓學生在技術實踐中學會系統設計的方法，教師引導學生進行總結和提升。通過案例簡單系統進行設計，把系統的思想貫穿于整個設計當中，初步學會簡單的系統設計的基本方法，學習如何進行系統設計。
2課時。
六、教學器材：
玩具電動機、燈泡、齒輪、手搖柄、導線等
七、教學過程：
一）引入：我們每個人都會在日常生活中遇到系統設計，系統設計運用的案例比比皆是。
例如：
家庭室內裝修設計
假期旅游行程設計
個人形象設計
班級管理系統設計
學校田徑運動會競賽日程表設計等等
第三節 系統的設計
二）新課教學：
閱讀課文第76到90頁，思考以下三個問題：
1、什么是系統設計？
2、系統設計應考慮的主要問題有哪些？
3、系統設計的一般步驟是什么？
（一）系統的設計
抽學生回答，檢查閱讀結果。加深其他學生印象。
1．系統的設計的涵義：
系統設計：在系統分析的基礎上，設計出滿足預定目標的系統的過程。
2．系統設計應考慮的主要問題：
（1）系統設計的目的與要求。
理解：從系統的整體出發，以系統整體功能的最優為目的
（2）系統各部分之間的相互聯系與相互作用。
理解：運用系統的思想綜合考慮各部分之間的關聯、沖突問題，注重各部分的橫向、縱向聯系。依據系統的基本特性，既要考慮當前，也要考慮長遠。
（3）系統設計方案的優化。
理解：從系統整體考慮優化，統籌兼顧，再在此基礎上完善個部分的設計。
馬上行動：
思考：從系統設計的思路出發，怎樣理順這些關系？
學生：路向選擇——地質勘探——資金分配——人員調配——材料購置——施工進度
（1）要實現筑路工程的總體目標是：經濟、快速、安全、方便地選擇路向。
（2）進行地質勘探，哪些路段適合筑路，哪些路段不適合筑路，哪些地段適合架橋，哪些地段要避開耕地。
（3）選擇筑路技術方案，不同的地段實施不同技術方案，如公路要越過兩座山坡，是穿隧道還是繞道行。
（4）進行資金合理的分配
（5）考慮工期、人員、材料安排方案，合理安排人員，各段工程同時進行，實行并行施工，在不增加總資金的情況下，降低材料成本，減少材料的浪費，就近取材，就地取材，選擇合理路線購置材料。 在不增加過多人工的前提下，提高工程進度，提高勞動生產率。
3．系統設計的一般步驟：
（1）將系統分解為若干子系統；
（2）確定各子系統的目標、功能及其相互關系；
（3）對子系統進行技術設計和評價；
（4）對系統進行總體設計和評價。
可以概括為“總——分——總”。就是當我們要設計一個系統對象時，可以先將對象分解為一個子系統，分析和確定各個子系統的目標、功能以及它們之間的相互關系和結構組成，然后單獨對每個子系統進行技術設計、評價及優化，然后對由完成的子系統作為構件的系統整體進行總體技術設計和評價。
4. 系統設計的基本方法要點：
1.遵守設計的一般過程、方法和原則（見《技術與設計1》P35～P39）
2.遵守系統設計中特有的兩條原則：
（1）設計好系統中的每一個元素或子系統。
（2）設計好各元素或子系統之間的協調關系。
（二）簡單系統的設計的實現：
系統設計多用于比較復雜的社會系統工程、經濟系統工程、規劃系統工程、生態系統工程、能源系統工程、交通運輸系統工程、農業系統工程、工業及企業系統工程、軍事系統工程等方面（講解課本上兩個案例）。
案例分析：手電筒照明供電部分的設計
講解：王丹遇到了照明問題，想解決這個問題就要用到系統設計
（一）王丹的目的：用所學過的知識，設計并制作一只簡易的手電筒。
（二）設計要求：可照明的手電筒，攜帶方便，使用安全。
（三）設計分析：
1．手電筒的結構：
（1）可把手電筒看成一個整體
（2）再把手電筒照明供電部分分為兩個子系統，一個是照明子系統；另一個是供電子系統。
（3）照明子系統的要素是燈泡、導線。
（4）供電子系統的要素是電源、開關。
2．手電筒的功能
（1）手電筒的功能就是照明，取決于各個組成要素
（2）供電裝置電源是通過導線的連接驅動燈泡的發光，這些是基本要素，缺少任何一個，手電筒都不能正常工作。
3．手電筒的組裝
（1）將手電筒的各個要素按照一定的要求進行匹配，組裝才能達到目的功能
（2）合理選擇元器件
（四）設計方案：方案C
1．設計目標：設計一個自動發電手電筒，用發電機代替干電池進行供電。
2．手電筒系統的各要素：
3．工作原理：
用手搖動手柄，使齒輪轉動，帶動由磁鐵和線圈組成的發電機旋轉，線圈在磁場中轉動時切割磁感線產生感應電流，將機械能轉化為電能，輸出電流，使小燈泡發光。
（五）方案制作：
試驗：測試玩具電動機能否改裝為發電機
試驗器材：玩具電動機、小燈泡、粗棉線、導線。
試驗過程：
（1）在電動機的接頭上連接小燈泡。
（2）在電動機的轉軸上繞十幾圈的棉線。
（3）用力快速抽動棉線，使電動機的轉子迅速轉動，觀察小燈泡發光情況。
試驗總結：
當外力使電動機轉子迅速旋轉時，轉子線圈中產生感應電流，小燈泡發
光。玩具電動機經改裝可以發電。
講解：試驗獲得成功后，他們開始動手制作。
（1） 設計簡單電路，畫出電路圖。
（2） 根據電路圖，選擇元器件，2．5V的燈泡、導線、發電機、大齒輪、小齒輪、發電機座子、手柄等。
（3） 通過手搖柄控制燈泡發光。
工作原理：手柄的軸與大齒輪軸連接，利用輪軸原理，把手運動帶動大齒輪轉動，大齒輪與小齒輪嚙合提高小齒輪的轉速，帶動發電機的轉子高速旋轉，快速切割磁感線引起磁通量的變化，產生感應電動勢，有了感應電流，使小燈泡持續發光。
學生動手試驗制作：
問：你們在設計和制作時遇到哪些問題？
學生：小玩具電動機選擇，大小齒輪的匹配。
問：對手電筒的設計方案怎樣進行優化的？
案例分析：“室內住宅電氣系統設計”
現在人們最大消費就是購房，當房子買下后，面臨的就是裝修問題了。在裝修過程中，許多業主和裝修公司都十分重視“木工活”、“瓦工活”的施工質量和效果，人們容易忽視住宅的室內電氣設計，導致裝潢完成后才發現有設計不合理之處，或住戶對每條線路的走向一無所知，殊不知，對將來的使用影響最大的，既不是地上的磚鋪得平不平，也不是墻壁上的涂料刷得是否牢固，而是室內電線、電話線、有線電視光纜的鋪設是否安全合理，使用后出現了故障能不能檢修，所以進行住宅室內電氣線路設計很重要。
隨著住戶各類家用電器的逐漸增多，特別是空調、電熱水器等大功率電器的使用，住宅電氣設計由原來的純照明向多功能的方向發展。為避免住戶使用過程中的電氣線路過載等狀況的發生，運用系統的思想整體地進行電氣線路的設計是非常必要的。
下面我們就對楊輝購買的一套135.6m2的三室二廳的新房室內電氣線路進行系統的設計.
組織學生討論并分析教材第89頁案例: “室內住宅電氣系統設計”明確室內住宅電氣系統的設計從以下方面考慮。
（一）系統設計的目的與要求：
1．分析室內照明的功能需求，書房、臥室、客廳、廚房、衛生間和涼臺的照明要求是如何的？
2．系統組成部分之間的相互聯系和作用：針對不同的照明需求來選擇怎樣的燈具？
3．如何計算家居總用電量？
4．室內照明的電線敷設的安全標準？
5．系統設計方案及其優化：
（二）設計要求:
1.用電負荷:照明用電負荷800w，娛樂用電負荷1500w，廚房用電負荷1300w，空調用電負荷3000w。最大功率P=800w+1500w+1300w+3000w=11100w
2．照明和各種家用電器使用安全、方便，相互之間影響小，便于維修。
（三）設計分析；
1．設計的目的方便住戶使用，滿足住戶的舒適和審美要求，便于維修，安裝規范，確保室內電氣線路的安全。
2．室內配電系統由電源配電箱和若干個回路組成，它們構成了室內電器線路系統的子系統。
3．當某一回路發生故障時，不影響其他回路的正常工作。
（四）設計方案：
1．電源配電箱
電源通過住宅的專用配電箱再進入室內房間，配電箱中應有短路、過載和漏電保護，具有過負載、
過電壓和漏電保護功能。每戶應設置強弱電箱，配電箱內應設動作電流30MA的漏電保護器，分路經過控開后，分別控制照明，空調，插座等。控開的工作電流應與終端電器的最大工作電流相匹配，一般情況下，照明10A，插座16A，柜式空調20A，進戶40-60A。
2．電路的設計
楊揮家用電負荷最大值約為11.1kw，通過安全電流11.1kw/220v=21A,電流過大各線路必須采用單獨的電路回路。室內配電系統采用多回路形式，本例設計有照明回路、插座回路、空調回路，對于廚房、浴室設立單獨回路。
3．導線與電器設備選擇
（1）導線:為了防火、維修及安全，最好選用有長城標志的“國標” 塑料或橡膠絕緣保護層的單股銅芯電線，線材槽載面積一般是：照明用線選用1.5平方毫米，插座用線選用2.5平方毫米，空調用線不得小于4平方毫米，接線選用綠黃雙色線，接開關線(火線)用紅、白、黑、紫等任一種。但在同一家裝工程中用線的顏色用途應一致。
（2）電器設備：電源配電箱、電表、控制開關漏電保護開關、電源插座、開關面板、插座的選材面板的尺寸應與預埋的接線盒的尺寸一致；表面光潔、品牌標志明顯，有防偽標志和國家電工安全認證的長城標志；開關開啟時手感靈活，插座穩固，銅片要有一定的厚度；面板的材料應有阻燃性和堅固性。
（五）線路布置
1．智能系統：在住宅電氣線路設計中應預埋電話線、有線電視信號線、視頻線、網絡線，在客廳和三間睡房預埋電話線、有線電視信號線、視頻線、選擇其中一間睡房作為書房，預埋網絡線。
2．照明回路：在睡房、客廳、飯廳、廚房、浴室、涼臺室安裝一個主光源吊燈，在睡房和客廳的墻壁上安裝輔助光源壁燈。
3．功能電路：廚房放置冰箱、電飯堡、電熱水器，排氣扇電源插座，浴室安裝淋浴器、洗衣機的電源插座，睡房和客廳安裝空調的電源插座，書房安裝娛樂電視機、音響、電腦等的電源插座都是獨立的電源回路。
4．線路布置圖：在形成了住宅的電氣線路設計方案后，繪制出線路走向位置尺寸圖和線路布線圖，編寫《電氣線路設計說明書》草擬布線圖。
（1）劃線。確定線路終端插座，開關，面板的位置，在墻面標畫出準確的位置和尺寸。
（2） 開槽。
（3）電源線配線
（4） 埋設暗盒及敷設PVC電線管。
（5） 穿線。
（6） 安裝開關，面板，各種插座，強弱電箱和燈具。
（7） 檢查。
（8） 完成電路布線圖，并向住戶反饋設計方案，根據住戶的意見進行修正。提交設計單位備案。
5．布線要求原則：
（1） 設計布線時，執行強電走上，弱電在下，橫平豎直，避免交叉，美觀實用的原則。
（2） 開槽深度應一致，一般是PVC管直徑+10MM。
（3） 電源線配線時，所用導線截面積應滿足用電設備的最大輸出功率。一般情況，照明1.5平方空調掛機及插座2.5平方，柜機4.0平方，進戶線10.0平方。
（4） 暗線敷設必須配阻燃PVC管。插座用SG20管，照明用SG16管。當管線長度超過15m或有兩個直角彎時，應增設拉線盒。天棚上的燈具設拉線盒固定。
（5） PVC管應用管卡固定。PVC管接頭均用配套接頭，用PVC膠水粘牢，彎頭均用彈簧彎曲。
（6） PVC管安裝好后，統一穿電線，同一回路電線應穿入同一根管內，但管內總根數不應超過8根，電線總截面積（包括絕緣外皮）不應超過管內截面積的40％。
（7） 電源線與通訊線不得穿入同一根管內。
（8） 電源線及插座與電視線及插座的水平間距不應小于500mm。
（9） 電線與暖氣、熱水、煤氣管之間的平行距離不應小于300mm，交叉距離不應小于100mm。
（10） 穿入配管導線的接頭應設在接線盒內，線頭要留有余量150mm，接頭搭接應牢固，絕緣帶包纏應均勻緊密。
（11） 安裝電源插座時，面向插座的左側應接零線（N），右側應接相線（L），中間上方應接保護地線（PE）。保護地線為2.5平方的雙色軟線。
（12） 當吊燈自重在3kg及以上時，應先在頂板上安裝后置埋件，然后將燈具固定在后置埋件上。嚴禁安裝在木楔、木磚上。
（13） 連接開關、螺口燈具導線時，相線應先接開關，開關引出的相線應接在燈中心的端子上，零線應接在螺紋的端于上。
（14）導線間和導線對地間電阻必須大于0.5MΩ。
（15）電源插座底邊距地宜為300mm，平開關板底邊距地宜為1300mm。掛壁空調插座的高度1900MM。脫排插座高2100MM，廚房插座高950MM，掛式消毒柜1900MM，洗衣機1000MM。電視機650MM。
（16）同一室內的電源、電話、電視等插座面板應在同一水平標高上，高差應小于5mm.
（17）安裝開關，面板，插座及燈具時應注意清潔，宜安排在最后一涂乳膠漆之前。
6．各房間的布線：
（1）臥室：　
一般應為6支路線：包括電源線、照明線、空調線、電視饋線、電話線、電腦線。
臥室各線終端欲留：床頭柜的上方欲留電源線口，還應欲留電話線口。寫字臺或電腦臺上方應
裝電源線、電視饋線、電腦線、電話線接口。照明燈光采用單頭燈或吸頂燈，多頭燈應加裝分控器，重點是開關，采用雙控開關，單聯，空調線終端接口欲留。
（2）走廊、過廳：　
應為2支路線：包括電源線、照明線。電源終端接口欲留1—2個。燈光應根據走廊長度、面積而定、如果較寬可安裝頂燈、壁燈；如果狹窄，只能安裝頂燈或透光玻璃頂，在戶外內側安裝開關。
（3）廚房：
應為2支路線：包括電源線、照明線。電源線部分尤為重要，最好選用4mm2線，因為隨著廚房設備的更新，目前使用如微波爐、抽油煙機、洗碗機、消毒柜、食品加工機、電烤箱、電冰箱等設備增多，所以應根據客戶要求在不同部位欲留電源接口，并稍有富余，以備日后所增添的廚房設備使用，電源接口距地不得低于50cm，避免因潮濕造成短路。照明燈光的開關，最好安裝在廚房門的外側。
（4）餐廳：　
應為3支路線：包括電源線、照明線、空調線。電源線盡量欲留2至3個電源接線口。燈光照明最好選用暖色光源，開關選在門內側。空調也需按專業人員要求欲留接口。
（5）衛生間：　
應為3支線路：電源線、照明線、電話線。電源線以選用4mm2線為宜。考慮電熱水器、電加熱器等大電流設備，電源線接口最好安裝在不易受到水浸泡的部位，如在電熱水器上側，或在吊頂上側。電加熱器，目前看好的是浴霸，同時可解決照明、加熱、排風等問題，浴霸開關應放在室內。而照明燈光或鏡燈開關，應放在門外側。在相對干燥的地方欲留一個電話接口，最好選在坐便器左右為宜，電話接口應注意要選用防水型的。最好在坐便器旁再安個排風扇開關。
（6）客廳：　　
客廳布線一般應為8支路線：包括電源線（2.5mm2銅線）照明線（2.5mm2銅線）、空調線（4mm2
銅線）、電視線（饋線）、電話線（4芯護套線）、電腦線（5類雙腳線）、對講器或門鈴線（可選用4芯護套線，備用2芯）、報警線（指煙感，紅外報警線，選用8芯護套線）。
客廳各線終端欲留分布：在電視柜上方欲留電源（5孔面板）、電視、電腦線終端。空調線終端欲留孔應按照空調專業安裝人員測定的部位欲留空調線（16A面板）、照明線開關。單頭或吸頂燈，可采用單聯開關；多頭吊燈，可在吊燈上安裝燈光分控器，根據需要調節亮度。在沙發的邊沿處欲留電話線口。在戶門內側欲留對講器或門鈴線口。在頂部欲留報警線口。客廳如果需要擺放冰箱、飲水機、加濕器等設備，根據擺放位置欲留電源口，一般情況客廳至少應留5個電源線口。
（7）書房：　
應為7支線路；包括電源線、照明線、電視線、電話線、電腦線、空調線、報警線。
書房內的寫字臺或電腦臺，在臺面上方應裝電源線、電腦線、電話線、電視線終端接口，從安全角
度應在寫字臺或電腦下方裝電源插口1-2個，以備電腦配套設備電源用。照明燈光若為多頭燈應增加分控器，開關可安裝在書房門內側。空調欲留口，應按專業安裝人員要求欲留。報警線應在頂部欲留接線口。
（8）陽臺：
應為2支線路：包括電源線、照明線。電源線終端欲留1—2個接口。照明燈光應設在不影響晾衣物的墻壁上或暗裝在擋板下方，開關應裝在與陽臺門相聯的室內，不應安裝在陽臺內。
7．方案實施：
布線的時候的特別要求：
強電和弱電的管槽之間距離30厘米以上，因為并排走線強電和弱電之間會有干擾。
（1）插座多裝，寧濫勿缺。樓梯間一定要有插座。爐灶旁邊不要設插座，有安全隱患。
（2）開關不要放在門背后等距離狹小的地方。
（3）走道里最好設計一個雙控燈，這頭打開，那頭關閉。
（4）插頭最好買帶有面板的，一些長時間不用的插座不容易損壞。
（5）餐廳燈要考慮餐桌擺放的位置，否則燈不在餐桌正中。
（6）小的射燈一定要裝變壓器，沒有變壓器，燈就像隨時會爆炸的小炸彈，最后的結果是永遠不
（7）多買2眼的插座，3眼的電器少。
（8）有線插座要買寬頻的。
（9）原有的下水管、地漏的位置最好別改變。改不好的話，最容易泛水。
（10）電工管線鋪完沒封槽之前，畫出走線圖。
（11）為了省電，請精確規劃平時微弱耗電電器(如電視、DVD機、微波爐、空調，DVD機等)的插座。不拔插頭都處于待機狀態的DVD最好裝有開關的插座面板，因為待機所耗的電在普通電表里讀不出來，但分時電表會讀出來。
（12）穿好線管后要把線槽里的管道封閉起來，用水泥砂漿把線盒等封裝牢固，其合口要略低于墻面
0. 5cm左右，并保持端正。走暗線時通信線不僅不能和電源線的管路一起走，并且還要保持50厘米
以上的間距，否則會產生電磁干擾。
小結與練習：
1、課堂小結
（一）系統的設計
1．系統的設計的涵義：
2．系統設計應考慮的主要問題：
3．系統設計的一般步驟
（二）簡單系統的設計的實現
（三）系統設計的主要過程
2、練習
(1)
評價項目 方案1 方案2 方案3
成本投入狀況 少 少 多
實施的速度 快 快 慢
管理的可行性 可行 較可行 有經費可行
技術的先進性 一般 一般 先進
技術實現的可行性 可行 可行 可行
可能產生的負效應 職工人數增多 影響學生正常時間就餐 投入較慢
整體效果 可行 較可行 較可行
(2) 關鍵是運用系統的思想，設計分選設備中各個部分，使它們之間構成特定的關系，才能實現分選并達到的可調孔徑的目的。
(3) 運用系統的思想解決，方案如下：
①應增加管道和集水設備；
②實現定時排水澆灑；
③當集水設備裝滿時，通過下水道排水。

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