資源簡介

技術與設計2——教材問題及部分習題參考答案
第一單元 結構與設計
第一節 常見結構的認識
1．本節重要概念：結構、構件、實體結構、框架結構、殼體結構。
2.教材第2頁中的幾幅圖生動、形象地說明結構廣泛存在于自然界中。
3.教材第3頁“案例分析”中的三個實例，均說明自然界動物、植物中存在的各種各樣的結構可以用來為人類服務，人類可以從中獲取感悟而解決某些技術問題，實現一些發明創造。
4.教材第3頁“馬上行動”
受自然界事物結構的啟發而產生的產品有船槳（魚鰭）、人工冷光（螢火蟲）、風箏（鷹）、鋸（蝗螂臂或鋸齒草）、車輪（隨風旋轉的飛蓬草）、潛水艇（海豚）、聲吶（蝙蝠）、潛水用的腳蹼（鴨子）、潛水艇的流線型設計（魚類）等。本欄目的設置目的是讓學生內化“自然界結構對技術領域的啟發”，要養成對日常生活細心觀察的意識和創新意識，知道解決技術問題不僅需要正確的方法，更要有持久的恒心和毅力。
5.無論是自然界的結構現象的舉例，還是技術領域中的結構現象的舉例，教材都注重了知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀的統一。
6.教材第4頁“閱讀”
1907年的魁北克大橋坍塌，被列為20世紀十大技術失誤之一。
這里用反面例子來說明合理結構的重要性，給人以心靈的震撼，引起人們對結構的重視。
“閱讀”為選學內容。
7.教材第4頁“馬上行動”
自然界：地球的結構、金剛石的結構、樹的結構……
技術領域：汽車的結構、自行車的結構,2008年北京奧運會主體育場“鳥巢”的結構……
社會領域：教育管理系統的結構、家庭的結構、企業的管理結構……
8.從力學角度理解結構是一個難點，建議教師查閱有關結構力學和理論力學書籍，研究結構構件的受力以及基本受力形式。應注意結構概念不能只局限于建筑結構的理解上。
9.教材第5頁的插圖，形象地說明了構件的受力形式。
10.教材第5頁“馬上行動”
11．教材第6頁“案例分析”
這里側重分析簡易橋梁橋面的靜態受力。
12.教材第6頁“馬上行動”
吊蘭的支撐架承受吊蘭的拉力；橋墩承受來自橋面、橋上負載的壓力，兩端被托住的梁受到支撐力等。
13．教材第7頁“探究”
圖中，石磨的推桿中間用繩子吊起來，一是保持人在推磨時推桿始終在平行于地面的平面上運動，改變了人推磨時的用力方向，只需前推與后拉，使推磨更輕松；二是防止推桿彎曲變形，可以承載一些推桿的重力。
14.教材第7頁“小試驗”
試驗3：紙張彎曲跨度小，抗壓能力大。建造拱橋時，需要考慮拱橋的跨度和彎曲程度，跨度越小抗壓能力越大，但是橋面的傾斜度也越大，不利于通行。由于材料本身的強度不同，瓦楞狀紙的抗壓能力更大。
本試驗比較直觀地讓人感受不同形狀的紙張能承受不同大小的力，但不屬于嚴格意義上的而比較試驗。因為三種紙板跨度不同，形狀也不同，在這種情況下是不能進行比較的，而比較試驗的一個前提是“改變一個變量，其他條件不變”，這樣才能得出“變量”是否在起作用的結論，而且在紙板變形的過程中，它的內力也在變化（有預應力的產生），這也是一種條件的改變。
15.教材第7頁“3結構的類型”
《中國大百科全書》（中國大百科全書出版社,2002年4月第1版）認為：“從幾何角度進行分類，結構可分為桿和薄壁桿結構、板殼結構、實體結構等三類。”本書中的框架結構即指這里的“桿系結構”，基于框架結構的提法比較通俗易懂，因此采用此說法。本書中的殼體結構同板殼結構。
要求學生能指出這三種結構的不同應用場合，能對生活中常見的簡單結構的實例進行歸類。
16．教材第9頁“小試驗”
本試驗是對殼體結構能承受較大壓力的有力證明。當石板的重力通過木板、瓶蓋傳遞到雞蛋上時，被均勻地分散到了蛋殼的表面上，這正是殼體結構能承受更大的壓力的原因。
教師也可以根據本試驗的原理，引導學生設計類似的其他試驗，得出相同的結論。
17.教材第9頁“思考”
殼體結構具有十分良好的承載性能，能以很小的厚度承受相當大的荷載。外力作用于殼體結構時，外力分布在整個表面，并利用殼體結構幾何形狀（曲面）的合理性，以材料直接受壓來代替彎曲內力，大大減小了彎矩，從而充分發揮材料的潛力。當石板的重力通過木板、瓶蓋傳遞到雞蛋上時，被均勻地分散到了蛋殼的表面上，所以雞蛋可以承受較大的壓力。烏龜的外殼屬于殼體結構，它能承受較大的壓力，保護身體不受損害。
18.教材第9頁“案例分析”
生活中，許多物體的結構是很復雜的。為了分析問題的方便，往往忽略一些不重要的細節，抓住主要因素，分析其基本的受力情況。本案例中提到的建筑物結構、自行車結構都是如此。教師還可以列舉其他物體的結構對此加以說明。
19.教材第10頁“馬上行動”
柵欄——框架結構；圓形陶瓷裝飾品——殼體結構；冰山——實體結構；高層建筑的彎
頂——殼體結構；鋼化玻璃鍋蓋——殼體結構；竹排——框架結構；汽車外殼——殼體結構；人的頭蓋骨——殼體結構；古羅馬斗獸場——組合結構。
20.教材第10頁“練習”
第1題 實體結構：磚石、泥墻、大壩、橋墩等。框架結構;A字梯、鳥巢、輸電塔等。殼體結構：安全帽、氣罐、油罐等。多結構組合：自行車、木椅子、水箱浮子等。
第2題 本題是動手做的題目，既可以在學完本部分內容后做，也可以放在教學的過程中，讓學生結合自己所做的模型學習和分析三種結構的受力特點。結構的受力特點只能籠統地表達，因為如框架結構由于連接方式不同可能受力也會不同。
第3題 當出現交通意外時，摩托車手頭盔的某一部位受到一個大的撞擊力，由于頭盔是殼體結構，在受撞擊時外力沿殼體分布出去，使得所受力迅速分布到頭盔表面，形成整個頭盔表面均勻受力。這是對外力的第一次減弱，起到了保護摩托車手安全的作用。
頭盔內部還有一柔性減震結構，它可以減弱頭盔殼體上的力向人腦殼的傳遞，這樣就起了保護摩托車手安全的作用。
汽車的安全氣囊是現代汽車上的高技術裝置。當汽車前端發生強烈的碰撞時，安全氣囊就會瞬間從汽車方向盤內彈出來，墊在方向盤與駕駛人之間，防止駕駛人的頭部和胸部撞擊到方向盤或儀表板等硬物上。除了駕駛人前的方向盤有安全氣囊外，有些汽車的前排也安裝了乘客用的安全氣囊，另外有些汽車還在座位側面靠門一側安裝了側面安全氣囊。
第二節 穩固結構的探析
1．本節重要概念：穩定性、強度。
2.教材第11頁“馬上行動”
3.教材第12頁“案例分析”
結構的底座越大，結構越穩定。但是在我國四川廣漢三星堆出土的器具有許多都是尖底的。怎么擺放才能穩定呢？一種解釋是，當時那里的土地比較松軟，器具可以直接插到土里，這樣雖然器具是尖底的，但它與土所形成的支撐面還是比較大的。
這種看似不合理的結構，實際上恰恰反映了我國古代勞動人民的聰明智慧。
4．家中的電冰箱，4只支撐腳中有一只是可調節高低的，與照相機的支撐架是同樣道理。
5.教材第12頁“馬上行動”
A字形梯載人時能穩定的原因，主要可從梯子的形狀、梯子的重心兩方面分析。A字形梯的兩邊支腳分別與地面形成較大的支撐面，中間由橫梁固定，當人站上梯子時，人和梯子重心的垂線落在四個支撐腳形成的底面范圍內。因為支撐面大，人稍有傾斜，重心的垂線仍在支撐面內，所以結構是穩定的。如果沒有梯子中間的橫梁，梯子的支撐腳與地面的位置不能固定，梯子的支撐腳與地面的摩擦力不夠大時，由于兩梯腳是用鉸鏈連接的，當人站上梯子時，兩梯腳會向外滑動，A字形結構被破壞，失去平衡，梯上的人會跌落下來。
6.教材第13頁“案例分析”應注意，自行車的支撐架與地面的夾角不能過小，否則自行車的自身重力集中在支撐架上，同樣容易失去平衡。
7.教材第13頁“馬上行動”電動自行車或摩托車的支撐點與地面仍然構成三角形，一般情況下，后輪著地，前輪不受力，重心落在兩支撐點與后輪與地面的接觸點構成的三角形中，此時結構仍是穩定的。
8.教材第14頁“探究1”意在說明運動狀態中與靜止狀態中自行車的穩定條件不同。一
個旋轉物體的旋轉軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的。我們騎自行車其實也是利用了這個原理。輪子轉得越快越不容易倒，因為車軸有一股保持水平的力量。另外，人在反復練習后，掌握了隨時平衡車體平穩的能力也是一個比較重要的原因。
運動的自行車可保持平衡，其原因是比較復雜的，不能單純地用靜力學的知識來解釋，它跟轉動中的角動量有關，學生的知識儲備不夠，所以不需要從理論上向學生解釋。教師可通過旋轉的陀螺、雞蛋能直立來演示被廣泛使用的“陀螺現象”，并說明在運動結構中，如運動的自行車不倒的原因如同“陀螺現象”。
9.教材第14頁“思考”材料也是影響結構穩定性的因素。例如，汽車的車體采用殼體結構和薄鋼板材制造，是因為殼體結構表面能分散所受的力，薄鋼板材使車體質量較小。
現在的中、低檔轎車基本上是一體式、承載式車體，車體有橫梁。車體是框架和殼體結構的結合。殼體結構表面能分散所受的力，在同樣的安全性下，與單純的框架結構相比，可以使用更薄的鋼板材，使車體質量較小，重心下移。
10.教材第14頁“探究2”以左圖中的茶幾為例，茶幾面可以轉動，轉動位置不合適時它的重心會偏向一側，如果在茶幾面的另一側放置較重的物體，就可能使茶幾失去平衡，所以使用時要保證茶幾面中心與茶幾腳中心處在同一垂直線上。右圖中的茶幾，一側安裝了一組抽屜，如果在抽屜內放置過重的物品會造成重心偏向一側，就可能使茶幾失去平衡，所以抽屜內不能放置過重的物品。
左圖中的茶幾是設計師艾林·格雷于1925年設計的。最初，它被設計為床頭柜，圈形支架可以伸進床底下，以方便使用，同時高度也可以調整。
右圖中的茶幾是設計師卡羅爾·莫里諾于1949年設計的，這是他最富有想象力的生態造型的設計之一。它象征著一種原始生物，其流暢的波狀起伏線和不對稱的空洞可以全方位地引起人們的注意力。
11.教材第14頁“馬上行動”偏心輪等質量不均勻的旋轉件，在高速運轉時不穩定，引起很大的跳動。人們利用這個原理制作振動器。
12．教材第15頁“小試驗”的“試驗一”中，只有把鐵環增加在某一側，使重心不落在支撐面內，才可能傾倒。本試驗也可以使用其他物品替代不倒翁，只要能比較明顯地看出重心改變穩定性也隨之改變的關系就可以。
“試驗二”中，隨著屏風旋轉角度的增大，屏風穩定性由差轉好，再由好轉差。
13.教材第17頁“馬上行動”本表由學生依據生活經驗填寫。竹竿比脆性塑料桿能掛更
多的重物而不會斷裂，是因為不同材料、不同結構的抗拉性能不同。中間有焊接縫的鋼管受到撞擊時容易損壞，因為連接點容易斷裂。
14.教材第18頁結構的形狀對強度的影響有兩點，一是結構的外部形狀，二是結構的構
件截面形狀。對這兩點需要分別考慮，注意不要把它們混為一談。結構的外形相同，構件的截面不一樣，其強度不一樣，如上面提到的A字形梯的構件。
15.教材第18頁“小試驗”
試驗中應注意：(1)不同截面的紙筒懸掛的重物的位置應一致，也就是懸臂的長度應相同，這樣才有可比性。(2)在粘貼紙筒時，要盡可能使它們的截面周長相同，不要卷折成若干層。如果用截面為凹槽形狀的桿件做懸臂，從下圖可以看出，凹槽的朝向不同，所能承受的拉力也是不同的。這一結論最好由學生自己得出。
由于紙筒的一端很難用重物壓住，分量輕壓不住，如果分量重，則重物壓紙筒處產生變形，產生應力集中，試驗也將失敗，所以這個試驗建議用兩端架在兩個凳子之間的紙筒來做。槽鋼的試驗也是這個道理。
對于試驗中出現的與理論不符的情況，教師應指導學生學會分析原因，找出影響試驗結果的因素。
16.教材第19頁“馬上行動”
(1)用膠水加固連接部位，在不影響功能的前提下，對角線方向增加木條，如下圖所示。
（2)依次是：剛連接、鉸連接、剛連接。
(3)第一種是榫接，強度較大，結構最穩定。第二種是用釘子連接，當上端受壓力時，連接處（釘子）要承受剪切力，容易造成連接處斷裂，所以強度最小。第三種也是用釘子連接，但當上端受壓力時，連接處所承受的是壓力，同時因為沒有榫接打孔影響結構，所以強度最大。
17.教材第20頁“探究”
(1)一是增加瓶子的強度，受力不容易變形；二是增大手與瓶子之間的摩擦阻力，容易握住。
(2)本題可由學生自行觀察后得出結論。
(3)分體式空調器的室外機由于自身的重力比較大，在戶外的固定一般采用鐵架支撐的方式。若采用壁掛方式，打人墻體的膨脹螺釘的強度和墻體的強度都不足以承受室外機的重力，最后將出現斷裂以至于脫落。
18.教材第21頁“3結構與功能”引導學生進行結構與功能的討論是有意義的。在學習了結構本身的內容后，回到人對結構的需求層面討論其功能，為下一節的結構設計學習作進一步的鋪墊。
19.教材第21頁“案例分析1”本案例所選兩個實例的精當之處在于巧妙地利用了結構
本身的特點或只稍作改進，就實現了功能的擴展。
可以引導學生收集此類生活中常見的物品，并思考能夠擴展其功能的核心改進是什么。例如，在家具市場可以看到各種可展開作床用的沙發，它們的結構設計有何特色？
通過這些實物的分析，引導學生思考并總結結構與功能之間的關系。
21．教材第23頁“探究”
(1)本題從如何在冰上行走不打滑方面思考。如圖所示為哈爾濱的公園里的冰上自行車，
其特點是在前轉向軸的一端處裝有一只前冰刀，在后軸的兩端對稱地剛性連接兩個傾斜的盤狀冰刀，從而形成一種三點支撐的、可在冰面上前進、倒退、前后滑行及剎車的冰上自行車。
由于地區差異，有些地區的學生對冰不一定很熟悉，因此教師也可根據當地情況，讓學生探究“水上自行車”、“水陸兩棲自行車”或“無鏈條自行車”等如何實現。
(2)本題從上坡如何省力方面思考。可觀察市場上山地車的鏈輪的傳動方式。教師要引導學生去思考，去探究，而不是直接給答案。
22.教材第23頁“練習”
第1題當籃球架的重心落在支撐面積之外時，籃球架會發生傾倒。
如圖中的籃球架，假設AC=CB,由于球架籃板的重力，使得整個架子的重心落在CB以外，則籃球架是不穩定的。為了使籃球架穩定，一般都采取在地面BC處加重物或固定的措施。
第2題 屏風的結構一般是框架結構，多采用木、紙、布、塑料等材料。
第3題 在制作壁掛式書架時，一是要考慮用什么方式把書架固定在墻上，以滿足一定的強度要求；二是采用的材料自身重力（第1題）不能太大，同時應能承受一定數量書的重力。
第4題本題應放開讓學生自己分析。
第三節 簡單結構的設計
1．本節重要概念：結構設計。
2.結構設計的目標一般都得到設計者的重視，而設計的規劃和要求卻往往被忽視，這是造成很多設計事故的原因。
3.無論做哪一類結構設計，都需要首先了解國家、行業對此有哪些規劃和要求。這是設計者在進行結構設計時必須重視的問題。
4.教材第25頁“馬上行動”
生活中：《住宅建筑設計規范》、《民用建筑隔聲設計規范》、《住宅居室容積衛生標準》、《中小學校建筑設計規范》、《室外給水設計規范》、《室外排水設計規范》等。
工農業生產中：《建筑設計防火規范》、《鋼結構設計規范萬、《磚石結構設計規范》、《木結構設計規范》、《建筑抗震設計規范》等。
5.教材第25頁“結構設計應考慮的主要因素”可結合生活中的結構事例，如住宅窗戶防盜網的設計、秋千等游樂設施的設計、家庭院外柵欄的設計等，不同的設計所要重點考慮的因素是什么。
6.教材第26頁“馬上行動”可提示一種方案，廣告牌采用類似百葉窗形式或打許多小孔，使得風能順利通過，當然還要考慮到是否影響廣告效果、整體視覺效果等。
7．教材第26頁“討論”在結構設計中還有一些需要考慮的因素，如材料、民俗文化、地域特點等，還可以引導學生思考是否還有其他需要考慮的因素。
8.教材第26頁“案例分析”教師可提供一些相片架實物或圖片給學生欣賞和分析，也可讓學生自帶相片架，分析實際生活中的相片架結構的特點。
9.在實際生活中，人們選擇相片架時不僅考慮造型、材料、穩定性等因素，還考慮相片架的顏色、造型與房間的整體是否協調，相片架的擺放方式與房間的空間關系等。例如，房間內的桌子比較小，而房間的墻上有大面積的空白，此時就可能會選擇懸掛式的相片架，而不會選擇用支架式的相片架。
10.教師在教學時，應引導學生用人文的眼光看待設計，設計是為了滿足人們的需要的，設計是與實際生活情景相聯系的。
11.在制作相片架的過程中，教師應對學生進行恰當的指導，并提醒學生注意安全。
12.教材第29頁“馬上行動”可指導學生運用《技術與設計1》中掌握的技能對方案進行評價、優化和總結，根據發現的問題，從解決問題的角度去構思新的方案，列出要點。
13.教材第29頁“探究”可以讓學生上網找到木板夾心墻的圖片，再通過圖片分析其結
構，運用學過的知識研究其抗震的原因。
14.教材第29頁“練習”
練習中的3道題不一定都做，學生可以根據自己的興趣和愛好選做一道或兩道。可以采取以小組為單位的形式進行分工合作，引導學生打開思路，形成多種設計方案，在多方案中進行選擇。
第四節 經典結構的欣賞
1.教材只從技術角度和文化角度進行了評價元素的列舉，想出更多的評價角度和評價元素。
2.教材第31頁“思考”
“敞肩拱”可以加速排洪，減輕橋身自重，節省石料。“敞肩拱”是功能與結構形式的完美結合，也是富有創造性的表現。
同在趙縣的永通橋也是一座單孔敞肩弧形坦拱石橋，全長32 m，寬6．3m，主拱也采取縱向并列砌筑法，由21道縱向并列的拱券石砌成，跨度26 m,拱矢約5.2 m,橋面跨度很小，近于水平，極其便于車輛通行。在橋的拱肩上大拱上同樣伏設四個小拱，小拱與大拱幅度之比大于安濟橋，這是匠師因地制宜的創造性運用。
3.可以參觀附近的古代建筑，近距離地觀察飛檐、斗拱等構件的精巧設計，品味其歷史文化內涵。
4.斗拱也是中國木構架建筑特有的結構構件，由方形的斗、升和矩形的拱、斜的昂組成。在結構上挑出承重，并將屋頂的大面積荷載經斗拱傳遞到柱上。它有一定的裝飾作用，又是屋頂和屋身上的過渡。此外，它還是封建社會中森嚴的等級制度的象征和重要的建筑尺度衡量標準。
5.斗拱一般使用在高級的官式建筑中，稱為大式建筑。大體可分為外檐斗拱和內檐斗拱，
外檐斗拱中“斗”是最下面的構件，斗口的大小決定著整個建筑的尺寸；“拱”指“斗”上的短橫木；“昂”是斗拱中斜置的構件，室外為下昂，室內為上昂。
因為斗拱的重要性，歷代建筑對它十分重視，使它成為判斷建筑時代的重要標志之一。
6．教材第32頁“探究”
中國古建筑以木材、磚瓦為主要建筑材料，以木構架結構為主要結構方式，此結構方式由立柱、橫梁、順檁等主要構件建造而成，各個構件之間的連接點以榫卯相吻合，構成富有彈性的框架。
木構架結構有很多優點。首先，承重與圍護結構分工明確，屋頂重力由木構架來承擔，外墻起遮擋陽光、隔熱防寒的作用，內墻起分割室內空間的作用。由于墻壁不承重，這種結構賦予建筑物以極大的靈活性。其次，有利于防震、抗震。木構架結構很類似今天的框架結構，由于木材具有的特性，且構架的結構所用斗拱和榫卯又都有若干伸縮余地，因此在一定限度內可減少由地震對這種構架所引起的危害。“墻倒屋不塌”形象地表達了這種結構的特點。
7.阿納·雅格布森被認為是20世紀丹麥最有成就的建筑師、室內設計師、家具設計師和手工藝品設計師，也是僅有的幾個將自己的名字鐫刻在建筑與設計這兩個領域歷史里的設計師。他的作品不僅是博物館中的經典藏品，還有一些更成為丹麥人日常生活中不可缺少的一部分，如一只杯子或者一盞壁燈。他的作品具有適合的尺度、細節和意念。他還為自己的大部分建筑作品設計家具和配件。對作品，他注重細節和材料的選用，傳統與實用的結合。
8.教材第33頁“練習”可通過查閱資料，選做一道。
例如 蓋里椅 - 評價
功 能：在使用功能上，蓋里椅具有其他椅子相同的功效，唯一的缺點是沒有扶手，而且椅子面過于平直，坐久了人會覺得不舒服。
結構設計：蓋里椅結構上簡潔大方,線條明快,有流動感。占地面積小，卻十分平穩。但椅子的旋轉性差，不能隨意轉動使得它靈活性也差。
制造技術：蓋里椅要達到整體統一的完美線條和彎曲效果，還要考慮到重心的位置高低和椅子承受能力的大小，對制造來說，是一次挑戰。
審 美：蓋里椅的結構傳達出一種盤旋上升、奮發向上的精神，具有雕塑般的美感和強烈的時代氣息，形成了優雅的浪漫主義設計風格。
9.“本單元小結”可以讓學生自己設定思路進行總結，如采用表格式、圖示式、圖文并茂式等。
10.教材第34頁“綜合實踐”
第1題
第2題 建議作為學生課外作業，與綜合實踐活動、研究性學習等形式結合起來做。
第3題根據題中設計要求，制定設計方案，繪制設計草圖，并選擇材料制作一個多功能手拉車。
第二單元 流程與設計
第一節 生活與生產中的流程
1．本節重要概念：時序、環節、流程。
2.教材第38頁，自行車前輪裝圈上軸的過程圖是自行車前輪裝圈上軸的示意圖，在實際工廠生產中，很多步驟都是采用自動化生產完成的。
3.教材設置的“馬上行動”、“小試驗”和“思考”等欄目都是幫助學生對時序不可顛倒的理解。另外如在化學中學過的濃硫酸的稀釋過程。
4.教材第39頁“馬上行動”
青霉素注射前，先皮試；理由：排除青霉素過敏。
騎上自行車前，先收支架；理由：安全。
用鉆床鉆孔時，要先用樣沖定位；理由：精確。
5.教材第39頁“小試驗”這個試驗主要讓你體會正確的流程可以提高效率。
本試驗很容易在課堂上實現。從試驗中學生會發現，零件的安裝順序不同，結果就會不同，有的人可能不能安裝成功，通過多次試驗，形成對時序的切身的感受。
有條件的學校，可將本試驗的載體改為技術含量更高的內容，如電風扇的拆裝、電腦桌的拆裝等。試驗過程中，要注意安全問題。
6．教材第40頁“思考”
在明確故障之后，維修時，存在人與電源接觸的可能，如果未切斷電源，可能發生觸電事故。電工把切斷電源并掛上“正在維修，請勿接通電源”的警示牌這個環節作為任何維修的第一步，即使在某些情況下不一定必要，但養成了這種習慣可以在任何情況下確保安全，防止發生意外，又不會影響維修。例如，在更換保險絲這樣簡單的工作中，
7．教材第40頁“馬上行動”
(1)報名向班主任報到；
(2)注冊憑錄取通知書向學校注冊；
(3)繳費學校收繳學雜費，并開發票給學生；
(4)領書領取課本、作業本等學習用品；
(5)領取物品住校生領取生活、學習物品，安置寢室。
8.環節的劃分具有相對性，但也有一定的規律。這是一個難點。
9.教材第41頁“馬上行動1”
(1)這個案例要說明的問題是，時序不僅有前后順序，還有間隔時間長短的問題。
(2)舉例如水稻種植過程（選種→耕地→育秧→插秧→田間管理→收割），家庭自制香腸過程（把精肉剔掉脂肪和韌帶切成2 cm左右的菱形肉丁2500 g→其余剔下來的精肉、肥膘和圓蔥一起絞碎→混和后加入水500 g，抓拌打勻→把所有配料和1500 g水和勻，倒入肉餡中抓拌成糊狀，腌制4h→將塑料腸衣→端套入灌腸機（或大漏斗）灌制→灌制要飽滿，有氣泡的地方用針放氣，每根長20 cm，兩頭打扣→涼水下鍋，開鍋后小火煮制20 min即熟）等。
旅游：安排旅游行程時，不僅要安排路線，而且要安排在每一個景點逗留的時間。
10.舉例子時，要聯系當地實際，如水稻種植過程、家庭自制香腸過程等都有著相對嚴格的流程要求。
11．教材第41頁“馬上行動2”
旅游：明確時間安排→規劃目的地→聯系旅游團→隨團旅游→返回。
工程師畫圖：構思→布圖→畫底稿→反復修改、審核→寫圖紙說明→描圖。
果農嫁接：切削被接果樹嫁接位→剪切削優質果樹種枝或種芽→用繩線固定種枝或種芽。
12.教材第42頁“流程的表達”
流程的表達方式往往與場合有關，如公交站牌上某線路公交車的行車流程多以文字方式表達，發電廠或化工廠中控室的生產流程圖等多以圖示方式表達。
可以從自己日常生活中見到的流程圖（如醫院看病流程圖、圖書館借書流程圖等）入手進行講課。有條件的話，也可以上網下載各種流程圖。
13.教材第43頁，計算機編程的流程圖往往有特別的規定，如菱形框表示判斷，矩形框表示賦值或公式計算等。
這個程序上機運行后得到的結果是5050。這里只要求學生能了解這是流程圖的一種表達方式即可。
14.教材第43頁“馬上行動”中的示意圖也是流程圖的一種表達方式，了解流程圖表達方式的多樣性。
15.教材第43頁“思考”
16.教材第44頁“案例分析”這個案例說明了流程的重要性，特別是時序的意義。
17.教材第44頁“馬上行動”
將洗衣機洗衣（1h）與后4項工作電飯鍋煮飯（30 min）、燒菜（40 min）、吃飯（20 min）、飯后讀報(10 min)并列安排；如果再將后4項中的煮飯與燒菜同時做，實際使用時間僅需70 min,節約時間90 min。
18.列車時刻表的上行、下行是日常生活常見的流程圖，此外還有公共汽車或地鐵線路的上行、下行流程圖。在我國，列車的上行、下行是相對于首都北京來說的，上行指從其他地區開往北京，下行則指從北京開往其他地區。
19.教材第44頁“案例分析2”這個案例說明了流程的重要性，特別是時序、時間長短。
20.教材第45頁“馬上行動”
（1)提高生活效率：個人作息時間表。
（2)使生活變得有序、合理：學校課程表，醫院看病流程。
（3)使生活更為安全：青霉素注射前要皮試，煤氣灶的使用。
(4)提高學習效率：一周課外時間計劃表。
21.教材第45-46頁“案例分析”、“思考”這是一個流程的實例。教材對這個案例中的環節、時序作了分析。這樣安排的考慮是，首先，軟皮椅的生產流程安排要符合其自身的邏輯；其次，將目標相近的工序劃分為一個環節，便于按照質量標準進行檢查，保證質量。在保證質量的基礎上，采用并行作業，盡可能提高生產效率。
22.工序是工業生產的專業術語，工序的劃分不是絕對的。
23. 1789年，美國發生了這樣一件事情，美國政府要求工廠主惠特尼在15個月內生產1萬枝滑膛槍。這比諸葛亮3天之內要造10萬支箭的任務還要難完成。
惠特尼采用了一種新的方法完成了任務，他把造槍的工作化整為零，每個工種只生產其中的一種部件，然后把每種部件都放在一個袋子里，每個袋子都編上號，最后從不同的袋子里各取出一個零件就可以組裝成一枝槍。惠特尼就是靠這種方法完成了生產任務。他的這種方法為后來的流水線生產打下了基礎。
24.教材第47頁“案例分析”、“思考”這個案例同樣是流程的案例．給出了流程圖畫法實例。兩個工藝流程圖本質上是一回事，前者近似于實物流程，比較直觀；后者則以時間為線索，并標出各工序的時間長短，比較專業，崗位操作工就要看這個流程圖。
工件的熱處理包括加熱、淬火、清洗、回火等環節，去掉任何一個環節都不能達到工件的技術要求（如硬度、剛度）。如工件進人淬火油槽中冷卻是其中的關鍵環節，它直接關系到工件淬火質量的好壞，淬火技術的高低往往以冷卻操作的優劣來體現。
淬火的目的是提高鋼的強度和硬度，增加耐磨性，并通過回火處理可獲得既有較高的強度、硬度，又有一定彈性、韌性的具有優良綜合機械性能的工件。
25.工農業生產中，類似的生產流程圖很多，還可根據自己的經驗，選擇其他生產流程中的案例，如絲綢生產工藝流程、飲料生產工藝流程、工廠化養豬生產工藝流程、純凈水生產工藝流程、糕點生產工藝流程等。
26．教材第48頁“案例分析”、“思考”這是一個種植農作物的案例。農作物的生長有其自身規律，莊稼種植和管理等環節的安排應符合農作物的生長規律。
本案例是說明農業生產流程的。分析某種果樹嫁接的工作流程。
27.教材第49頁“練習”
第1題自行車補胎流程中，用銼子將洞口四周的胎皮銼毛，是必不可少的一個環節，目的是為了增大接觸面積，使補丁與胎皮的附著力更強。另外，還可以去除表面粉塵顆粒，
并使補丁處平整。完整的補胎流程是：
不按照這個流程操作，特別是不銼就補胎皮，肯定會漏氣。
第2題在畫十字路口紅綠燈的工作流程圖之前，要按照時間的順序，在表格中填寫各時間段車行的方向及行人通行的方向。本題是為了拓展學生視野，說明時序不都是單向的，還有循環的。
第二節 流程與設計
1．本節重要概念：流程設計。
2.教材第50頁“思考”
(1)在生產流程的設計中，還應實現環境保護、方便操作工工作等目標。
(2)木質家具的生產流程，其流程設計的目標主要是提高產品質量，提高生產效率，節省資源，安全生產。
3.教材第51頁“案例分析”生活、生產中流程的設計有兩種情況，一種是流程的若干環節是顯性的，也就是事物發展的規律較容易描述，如郵局郵件的分檢流程設計、快餐配送中心的工作流程等；另一種流程的設計要依據事物的內在屬性和規律，需要進行大量的試驗和漫長的探究才能得出的。合成氨的工藝流程的例子就是為了說明后者。
4.教材第51頁“馬上行動”
（1)新建化肥廠，流程設計上需要考慮優選工藝方案，降低能源和原材料消耗，減少污染排放，在資金允許的情況下選用精良設備和技術人員以提高生產效率等。
（2)將北方大豆移栽到南方，從種植流程上需要考慮適合植物種植的季節、氣溫、濕度、土壤以及病蟲害等因素。本題是農業方面的例子，教師可以補充一些由于動物或植物的引進而引起生態不平衡的例子，目的是引導學生理性地看待技術，技術不是萬能的。例如，水葫蘆和克氏鰲蝦（小龍蝦）就是引進的有害生物。
5.流程設計的步驟是以時序和環節為主要線索的。
6.教材第52～53頁“案例分析”、“思考”
該案例是個體和集體生產鐵錘的流程。教學中要比較它們之間不同的地方，并分析為什么會有這樣的不同。
(1)批量加工流程的特點，一是機械化程度提高，大多數工序由機床完成；二是有的工序可以在同一時間進行，提高了工作效率。
(2)在批量加工流程中，可分為錘頭加工、錘柄加工兩大環節，各環節還可分為若干道工序。
在小鐵錘的手工制作流程中，淬火、電鍍是最后兩道工序，從安全角度考慮，這兩步可由金工師傅統一制作而不要求學生完成。
教師要將流程設計的特點分析出來，要把條件說明白。
7.教材第53頁“練習”
第3題小木錘的制作流程也可分為錘頭加工、錘柄加工兩大環節。不同的是，錘頭的加工工藝發生了變化，它的工序主要包括下料、劃線、鉆孔、刨面等，錘柄加工的工序除不需要電鍍、攻絲外，其他基本與小鐵錘相同。
第三節 流程的優化
1．本節重要概念：流程優化。
2.流程的優化往往因不同的情境、不同的目的而體現出不同的目標和要求，進而也體現出不同的特點，可以是整體的改進，也可以是某一環節的改變，還可以是某一時序的改變。
3.教材第54頁“案例分析”
這個案例分析中的工期優化采用的是網絡計劃技術。
網絡計劃技術是一種組織生產和進行計劃管理的科學方法，被廣泛應用于工程設計、建筑工程施工、水利工程施工、設備修理等眾多領域。
4.網絡計劃技術利用網絡圖表達計劃任務的進度安排及各項活動（作業、工序）之間的相互關系，在此基礎上進行網絡分析，預估出每一作業（工序）的時間，找出關鍵工序和關鍵線路，不斷地改善網絡計劃，求得工期、資源與成本的優化方案，并在計劃付諸實施過程中進行有效的控制和監督，以保證合理地使用人力、物力和財力，實現預定的計劃目標。
5.教材第55頁“馬上行動”
將做燈罩與買電器元件、焊底座這三件工作并行，于是，整個工期就由原來的11小時縮短為7小時。
這樣改進的前提是人力增加了，在同一時間內要有人做三件事，成本將有所提高。
6．教材第56頁“馬上行動”
這兩種切削方法的主要區別在切削量的多少。
7.教材第56頁“案例分析”本例是通過人工計算排列之后進行比較的，當配送地點很多時，人工計算的難度大而且費時，可編制程序，用計算機運行得到最佳方案，以提高計算效率。
8.流程的改進與材料和設備之間的關系是相互的，材料和設備可以是流程改進的原因和動力，流程改進也可以使材料和設備發揮更大的效用。
9.教材第57頁“馬上行動”
(1)銀行存取款流程的優化，依賴于計算機管理系統等設備條件的改善，依賴于操作人員技術水平的提高。
(2)相對于手動機床，數控機床機械加工的流程優化的條件也是設備的改進、程序設計和自動控制思想的引入。
10.教材第58頁“小試驗”
（1）單人制作紙制提兜流程分制作紙兜和提手兩環節。
紙兜：作圖、畫線、折紙、裁剪、粘貼等。
提手：折紙、裁剪、粘貼等。
最后將紙兜與提手連接起來。
(2)在流水作業中，每人做多少道工序，對應著不同的工作效率。
(3)可以討論：怎樣安排每個人的工序，效率才最高？
11.材料第59頁“練習”
第1題六角螺母、斧子屬于少切屑加工，鐵制窗框屬于焊接加工，鑄鐵鍋、塑料洗臉盆屬于無切屑加工。
第2，3題學生先實踐，在實踐基礎上再進行流程的優化。
13.教材第60頁“綜合實踐”
第1題可拆卸電腦桌裝配流程：
第3題 這是一座簡單的磚混結構房屋。
說明：磚混結構的房屋現在很少見，可選用當地常見的房屋讓學生練習。
第三單元 系統與設計
第一節 系統的結構
1.教材第64頁“案例分析”從自行車的實例來理解系統、子系統，要求能夠分析生活中的系統的組成要素和相互間的關系。
2．教材第65頁“討論”
車把的作用是：控制自行車的方向。
腳蹬的作用是：將人腳踩的力傳遞到鏈輪鏈條上。
鏈輪和鏈條的作用是：將動力傳遞到后輪，驅動自行車前進。
前后車輪的作用是：車輪的滾動帶動自行車整體前進。
車閘的作用是：控制自行車的速度。
分析出現下列情況時，可能會導致的后果：
①車閘的橡皮松了：會導致剎車失靈。
②車把固定螺釘松了：會使自行車的方向控制失靈。
③鏈條斷了：自行車無法前進。
④車輪的輻條斷了：車圈會發生變形。
3.教材第65頁“馬上行動”
4.教材第66頁“馬上行動”自行車可分為傳動子系統（由腳蹬、曲柄、中軸與鏈輪、鏈條、飛輪與車軸等組成）、制動子系統（由剎車柄、車閘、連接線等組成）、承重子系統（由車架、鞍座、車輪等組成）、行駛子系統（由前后車輪組成）、轉向子系統（由車把、前叉上下軸承、前叉組成）、附設子系統（由前后擋泥板、車后架、車筐、車鈴等組成）。
5.系統的分類總是根據研究對象的不同和研究的需要來劃分的。除了自然系統與人造系
統、實體系統與抽象系統的劃分方法外，還有其他的分法。例如，可劃分為靜態系統與動態系統、開放系統與封閉系統等。
(1)靜態系統和動態系統。系統的靜和動都是相對的。從某種意義上講，可以認為在宏觀上沒有活動部分的結構系統或相對靜止的結構系統為靜態系統，如大橋、公路、房屋等。而動態系統指既有靜態實體又有活動部分的系統，例如，學校就是一個動態系統，它不僅有建筑物，還有教師和學生。在中世紀以前，人們曾認為宇宙現象是永恒不變的，習慣將事物看成是恒定的、靜止的，這種看法在哲學上是唯心的或機械唯物論的。隨著科學的發展和人類的進步，人們才逐漸認識到世界不是恒定事物的集合體，而是動態過程的集合體，運動是永恒的。宇宙是一個動態系統，靜態是相對的。
(2)開放系統和封閉系統。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，在一定的初始條件下，不同反應物在罐中經化學反應達到平衡狀態。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，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。
6.只有抓住系統的整體性，處理好各要素之間、要素與整體之間的關系，才能獲得更好的整體效應。
7．教材第68頁“小試驗”
(1)在已經調整過的輻條上做出標記，便于再次整體觀察調整得是否合適，當然也可以用其他的辦法做出標記。
(2）如果不調整車圈，騎車時車圈左右偏轉，容易出現有的輻條斷開、有的輻條不受力、車圈變形等問題。
(3)可把車輪看成是自行車的一個子系統，輻條、車圈都是該子系統的組成要素，每根輻條共同受力，并將力均勻分布在車圈上，以保證自行車的正常行進。
8.教材第68頁“馬上行動”
(1)事例1：若干個字組成一個詞，而詞又是語言組織中可以獨立運用的最小單位，一個句子或段落是構成文章的要素。一篇文章的內容和思想卻是一個段落、一個句子或單個詞不可能表達的。
事例2：由26個不同色彩的小方塊組成的玩具魔方，變幻無窮，可以構成很多色彩的組合，而單個小方塊卻沒有這一功能。
事例3：一臺收錄機是把收音機和錄音機有機地結合起來而形成的一個系統，它不僅具備收音機所單獨具有的收音功能及錄音機所單獨具有的錄放音功能，而且還具有在收音的同時通過電路進行內錄的功能，這是收音機和錄音機各自的功能加起來也不具有的。
事例4：鋼筋混凝土結構的功能大于鋼筋、水泥、沙石的功能之和。
(2)“一個和尚挑水吃，兩個和尚抬水吃，三個和尚沒水吃”：三個人共同構成了一個系統，每個人都是其組成要素之一，如果三人之間的協作關系處理得不好，反而辦不好事情。
“三個小皮匠頂個諸葛亮”：三個皮匠構成一個整體，整體的功能大于單獨的個體功能之和。
“一著不慎，全盤皆輸”：說明在一個系統中局部對整體的制約，部分的變化會影響整體的變化，甚至還會對全局產生決定性的影響。
“丟卒保車”：系統是一個整體，是具有總體的特定功能、目標和作用的有機整體。它要求局部要服從整體，要有整體觀點和整體效益，要有整體目標。
9.教材第69頁“案例分析”羅丹砍去塑像雙手的目的在于使人們注意塑像的整體，而不是去注意雙手。這給我們一個啟示，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存整體。
10.教材第70頁“案例分析”
廚房的裝修中，空間的大小、廚具的購置、廚具的擺放等是一個系統中的若干要素，它們之間相互關聯、相互制約。
(1)吳瑾家廚房裝修存在的問題是：在廚房裝修的開始，沒有進行整體化的規劃和布局，如考慮廚具的擺放位置、電線和水管的走向、排風口和下水道口的預留等。
沒有根據廚房的空間位置恰當地購置廚具。
(2)購買或定整體廚具時，要以廚房的構造為依據，或者購買單件廚具，當然也要考慮廚房的構造。
11.在認識系統相關性的基礎上，理解在觀察和處理事物的時候應多從事物的內部和外部聯系上看問題，從全局和整體上把握事物，這樣才能幫助我們進行科學的系統分析，選擇最佳方案，進行科學決策。
12.在認識和處理系統問題時必須把握系統的目的性，在實際活動中要確立明確的目標，并努力使系統的發展朝著目標前進。
13.教材第71頁“馬上行動”
（1）為了滿足人們對計時功能的需要。
(2)實現企業利潤的最大化，成本和能源使用的最小化等。
14.教材第71頁“討論”
我國農業發展在進人受資源和市場雙重約束的新階段后，農產品價格持續低迷，農業生產效益低，農民收人增長緩慢。為了適應新階段變化的要求，我國的農業生產以市場為導向，著力調整和改善農產品的品種、品質，發展高產優質高效農業，目的是為了提高農業適應市場能力和綜合經濟效益，實現農業增長方式轉變。
主要調整途徑：
種植業中大宗農作物調整力度大，迅速發展優質農產品。
畜牧業生產適應城鄉居民消費結構的變化需要，由偏重數量增長向數量和質量并重的方向轉變，畜產品結構逐步優化。
漁業生產結構的調整重點是增加名特優新水產品的養殖面積和產量。
15.教材第72頁“討論”
在進行系統動態性的教學時，要注意引導學生善于用運動、發展的眼光研究和把握系統運動發展的方向和趨勢，要善于理解和掌握事物之間的各種聯系，以便合理地改善系統的結構和功能，充分發揮系統的整體功能。
（l）生活中運用系統的動態性思想對事物發展進行預測并取得成效的事例很多，例如，農民對植物的病蟲害的預防和治理，工業控制系統中的前饋控制方式等，都是跟蹤系統的發展變化，及時做出響應。前饋控制本教材不做要求，但在第四單元中，建議教師可將前饋控制的思想向學生提一提，作為一種了解。
(2)臺式計算機的CPU上安裝的小風扇，是給CPU散熱用的。當計算機處于開機狀態，主機的溫度會升高，小風扇的轉速時快時慢，是因為在CPU下方有一個溫度傳感裝置，當溫度高時控制小風扇的轉速加快，當溫度低時控制小風扇的轉速變慢，從而達到動態控制CPU溫度的目的。
(3)靜止是相對的，絕對靜止的系統是不存在的。任何系統都在不斷與外界進行著物質和能量的交換，只是有的系統的表現不那么明顯而已。例如，一塊石頭看起來是靜止的，可時間長了，它也會風化。
16.大自然中，鹿、兔奔跑速度快，能逃避猛獸追捕；刺猬身上長尖刺，使猛獸無從下口；黃鼬遇敵時突放臭氣，擾亂猛獸神志，影響其情緒，在其遲疑間跑掉。這些動物的特征都可以用具有環境適應性來概括。
綠草叢中的蟈蟈、北極地區的北極熊、冬天和夏天的雷鳥，這些動物的體色都與環境的色彩相似而不易被其他動物發現，因此叫保護色，保護色的作用也是為了保護動物自身的生存。
17.教材第73頁“馬上行動”
(1)人自身就是一個系統，春天穿多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。
(2)電冰箱的放置位置要與墻保持一定的距離，其目的是為了有一個適當的散熱空間，以保證它能正常工作。
(3)舉例：北方城市供水系統的主管道一般埋人地下，并進行防腐處理，露天管道有保溫措施，所有管道和供水槽需有余水排空裝置。這些都是為了使供水系統在冬天能正常工作而采取的防凍措施。
雨雪天氣，路面較滑時，汽車須裝上防滑鏈條，或采取其他防滑措施，以使汽車正常行駛。
18.教材第74頁“練習”
第1題木桶由若干塊木板組合而成，若把木桶看作一個整體，每塊木板就是部分，“木桶理論”實際上反映了系統的部分與整體的關系，部分影響整體。
第2題用系統的觀點分析，如果把和面看作一個系統，則干面粉和水是其組成要素，這兩個要素間的關系十分重要，只有兩要素之間量的比例適當時，和好的面團才軟硬適中。日常生活中有很多事例可以很好地說明系統思想的運用。
第3題方案（1）：內存不變，更換一個大容量的硬盤，對提高系統的整體性能作用不大。
方案（2)：分別升級CPU、主板和內存，這一方案相對合理。
方案(3）：與方案（l）一樣，內存不變，只換一個大的顯示器，同樣不能提高系統的整體性能。
第4題系統論是建立在現代科學技術基礎上的綜合性的理論和方法，它的哲學意義在于
有力地證明了馬克思主義哲學關于物質世界普遍聯系的原理。貝塔朗菲承認馬克思的辯證法對系統論的形成起了巨大作用，并且認為系統論和辯證唯物主義是雷同的。系統論是一門跨學科的橫斷科學，它提供的綜合性的理論和方法，并不是一般的世界觀和方法論，因此，它不是哲學。但是，系統論為馬克思主義哲學提供了新的思想材料。
第二節 系統的分析
1.本節重要概念：系統分析、系統優化。
2.系統分析是在第二次世界大戰末期提出來的，起初被用于武器系統的分析研究，后來又被運用于國防戰略及國家安全政策的制定。1960年以后，行政機關和企事業單位也逐步采用系統分析方法進行各種決策問題的研究。
系統分析的出發點是為了發揮系統的整體功能，實現系統的整體目標。例如，家庭要購買一件高檔用品，這對于家庭就是增加了一個子系統，需要購買的對象很多，而資金有限，買什么、發揮什么功能，對實現改善生活這個系統整體目標才是最恰當的，就需要進行分析，如果決策不當，就會影響家庭生活的改善。例如，若沒有人愛好鋼琴，買一架鋼琴閑置在家里就是浪費；若沒有多少食品需要冷藏，買一臺大電冰箱當擺設也是浪費。系統分析要考慮整體目標。
3.教材第77頁“案例分析”、“思考”
通過“漢字激光照排系統”案例，可介紹王選為什么要發明漢字激光照排系統。活字印刷術是人類歷史上最偉大的發明之一。活字印刷主要有三個步驟，即制活字、排版和印刷，當時書報生產依然仿照這個過程。漢字字數繁多，排字架組織復雜，占地廣大，揀字也極費時間，因此漢字排字一直是印刷術中的一個難題。幾十年來，各國都在迅速地擺脫傳統的活字排字方式，而向照相排字方式發展。在當時興起的電腦排版技術，由于漢字比西方文字復雜得多，也未能在我國推廣。長期以來，我國印刷行業始終難以擺脫手工揀字拼版的落后狀況。王選綜合運用精深的數學、計算機等多學科知識，歷經15個寒暑，研制開發成功“漢字激光照排系統”而被譽為中國印刷術第二次革命，為漢字告別鉛字印刷開辟了通途。并介紹今天漢字激光照排系統的印刷術與古代印刷術相比具有哪些優越性。第一，字體和字型比古代印刷術多；第二，排照速度比古代快；第三，版面靈活，富于變化；第四，排照視覺效果好。
對這個案例，主要是引導學生主動意識到系統分析不只是對系統觀點的應用，它也是一種處理問題的科學方法，其目的是尋求一種解決問題的最佳決策。因此，在系統分析中，需要做出多種方案，然后分析不同的方案可能產生的結果，從中選擇解決問題的最優方案。因此，以選擇解決問題的最優方案為重點，是系統分析的一個特點。
可以說，系統的分析是建立在對該事件的內部規律、外部環境（條件）、實現功能等的充分研究的基礎上的，它是一個不斷完善、不斷改進、不斷優化的過程。
思考解答：
在漢字照排方案的決策中，系統的整體目標是提高漢字的信息壓縮技術和還原速度。王選進行決策的依據，一是我國漢字印刷業的現狀，二是市場需求，三是王選良好的基礎學科和計算機知識背景以及我國具有的激光等技術基礎。
教師也可以因地制宜，設計學生動手實踐代替該案例，只要能達到同樣的學習效果就行，教師可靈活安排。
4.系統分析不只是對系統觀點的運用，它也是一種處理問題的科學方法，其目的是尋求一種解決問題的最佳決策。
系統分析需要分析不同的方案可能產生的結果，從中選擇解決問題的最優方案。因此，以選擇解決問題的最優方案為重點，是系統分析的一個特點。
在現實生活中，由于受環境和條件的限制，不可能找出一切方案，也不可能對所有的方案進行全面比較，且漫無邊際地去研究所有的方案，無論是在時間上還是在人力上都是不允許的，因此運用科學的方法就更為重要。缺乏資料、缺少對資料的科學計算和分析，只靠拍腦袋是無法尋找到最優方案的。
5.教材第78頁“案例分析”、“思考”
教師可以與學生一起分析案例，深化理解系統分析的一般步驟，經歷從6種方案中尋找使田忌制勝的方案的過程，領會分析、比較、得出最優方案的過程。在這個分析的過程中滲透了數學排列組合的科學方法，也充分體現了下面要學習的系統分析的科學性原則。
案例分析參考解答：
解答方法一：
（1）共有6種方案：
田 忌 齊 王
第一種方案：上等馬 上等馬
中等馬 中等馬
下等馬 下等馬
第二種方案：下等馬 上等馬
上等馬 中等馬
中等馬 下等馬
第三種方案：中等馬 上等馬
上等馬 中等馬
下等馬 下等馬
第四種方案：中等馬 上等馬
下等馬 中等馬
上等馬 下等馬
第五種方案：……
第六種方案：……
(2)在以上各方案中，齊王和田忌的賽馬結局有以3:0贏的，也有以2：1贏的，但只有一種情況是田忌以2：1取勝齊王的，孫臏正是把這種方案推薦給了田忌，這就是上述的第二種方案。
6.教材第79頁“案例分析”通過歷史事件“丁謂修復皇宮”的案例分析，感受系統分析的過程中整體性原則的魅力及現實意義。再結合“馬上行動”的內容，對比脫離了整體性原則可能帶來的不便。
7．教材第79頁“馬上行動”這一事件的原因在于，電信部門、煤氣公司、市政部門三家沒有統一協調，造成了各自封閉的局面。各部門只根據自己的時間進行施工，沒有從全局著眼，缺少整體統籌的觀念，給市民帶來了不便。好的處理辦法是，三家共同協商，一次性地解決問題。
8.教材第80頁，系統分析的綜合性原則，注重研究系統各部分之間的相互聯系和相互作用，既注重研究各部分間的橫向聯系，也注重研究各部分間的縱向聯系，既考慮當前，也考慮長遠。分析的基本思路是“綜合一分析一綜合”。
9.教材第80頁“案例分析”此案例給我們的啟示是，系統分析時還要注重綜合性原則，要綜合分析，統籌兼顧，不可顧此失彼，因小失大。要注重研究系統各部分之間的相互聯系和相互作用，既注重研究各部分間的橫向關系，也注重研究各部分間的縱向關系，既考慮當前，也考慮長遠。分析的基本思路是“綜合一分析一綜合”。
孝襄公路的設計中，我們應該對自然環境、資金、長遠影響等因素進行綜合分析，如果破壞銀杏林的話，勢必對生態造成影響，這是增加再多資金也無法挽回的。工程指揮部最后決定增加資金繞路，孝襄公路已于2005年9月30日正式全線開通。
10.教學時應注意通過幾個典型的案例分析，讓學生理解在解決問題時是如何實現系統優化的。
系統優化是在系統的約束條件規定的范圍內，從多種可行方案或技術手段中得出最優解或滿意解，使系統達到最優的目標。
11．教材第81頁“案例分析1”
例如，在蔬菜、西瓜的種植中，要使蔬菜防病和提高產量，使西瓜具有抵御低溫的能力，就應采用嫁接技術，該技術是一項增產增收的栽培技術，嫁接的西瓜比自根西瓜增產1倍以上。
又如，建筑材料的改進也是一項優化技術，以往建筑物的墻體多采用實心磚，現在采用了空心磚，在保證強度、隔熱隔音效果的同時，節省了材料。
本部分內容重點在于讓學生能結合實例分析影響系統優化的因素。例如，上述案例“農作物種植系統的優化—農業間作套種”，優化的目標是增產增收和提高土地利用率，影響系統優化的因素就是套種的技術水平、套種的田間管理、病蟲害防治等。
但是，對于比較復雜的系統，人們對其特征了解不夠，所以需要運用一定的數學手段描述它，進而找到合適的解決方案。
12.教材第81頁“案例分析2”
這一案例的數學模型屬于線性規劃模型。線性規劃就是求一組非負的數值，滿足一組線性等式或不等式的約束條件，使一個線性目標函數達到最優（最大或最小）。一般線性規劃模型的形式為：
式中max表示求極大值min表示求極小值s. t.表示受約束于或約束條件,Z是目標函數，
x ：是決策變量。
該案例蘊含的知識很豐富，教師應該組織學生進行討論，從而歸納出利用最優化方法解決問題的一般步驟，對案例中的數學方程的解答可以不做要求。
利用最優化方法解決問題的一般步驟：
①提出需要進行最優化的問題，收集有關資料和數據；
②建立求解最優化問題的有關數學模型，確定變量，列出有關約束條件，分析模型；
③選擇合適的最優化方法；
④求解方程；
⑤最優解的驗證和實施。
數學描述的手段是系統分析常用的一種方法，對于比較復雜的系統，人們對其特征了解不夠，所以需要運用一定的數學方法描述，進而找到合適的解決方案。系統建模的目的是要將系統的原型抽象為數學模型，并運用已有的數學方法分析求解得出數學結論，再運用這一結論來解決實際系統中的問題（如“田忌賽馬”問題）。根據課程標準，對數學建模以及求解方法不作過高要求。
13.教材第82頁“閱讀”
該模型用于拓展教師的視野和認識，并不對學生作任何要求。
在以往課程的學習中，我們就曾接觸到數學模型的問題，如自由落體運動的公式h＝gt2 ，就是一個反映物體運動的路程隨時間變化的數學模型。
14.教材第83頁“案例分析”
這里的答案是不唯一的，對于行得通的方案都應視為是正確的。例如：
15.教材第84頁“思考”
（1)流水施工方式特點：①工期較短；②需要水電、木工和油漆各一個裝修隊工作；③人力、施工設備、材料的投入比平行施工少。
（2)流水施工組織方式，裝修工期和資源利用最為合理。
（3）本案例中，影響優化的因素有施工時間、裝修隊和設備的數量等。
16.教材第84頁“閱讀”
霍爾的三維結構體系形象地描述了系統工程研究的框架。當然對其中任一階段和每一個步驟，還可進一步展開，形成分層次的樹狀體系。
下圖是霍爾三維結構的示意圖。
霍爾三維結構示意圖
17.教材第85頁“練習”
第1題提示：
方案1：在就餐時間增加食堂的窗口和工作人員；
方案2：不同年級學生的下課時間錯開20 min;
方案3：加強工作人員的培訓，提高工作效率；
方案4：新建一個學生食堂。
系統分析過程：
(1)明確問題，設立目標。
系統存在的問題的是食堂小、學生多，出現了中午就餐時間學生們排長隊等待就餐的現象。因此，系統改進的目標是減少學生就餐排隊的時間。
（2)尋找各種解決方案。
（3）比較、權衡方案。
經過分析比較發現，方案1由于場地面積有限，食堂的窗口和工作人員不能過多增加；方案2將不同年級學生的下課時間錯開20 min,在年級比較少的學校較易實行，但如果在年級比較多的學校，如完全中學，有6個年級，則整個時間差約有1個小時，會對食堂管理和學校管理帶來很大的影響；方案3中工作人員的工作效率不能無限地提高，對現狀幫助不大；而方案4雖然需要經費和場地，但如果從整體目標和長遠考慮，這個方案是最可行的。
(4)檢驗核實，做出決策。
經過多方案權衡，方案4是最可行的。
第2題A地區的失誤在于，沒有考慮到毀林開荒和圍湖造田對生態系統和生態環境的影響，沒有考慮子系統各要素組合成新的系統整體后所產生的不良功能。
B地區農業經濟走上了良勝發展的道路，從系統觀點看，就是因為他們從系統整體出發，從全局和長遠利益出發，注意了建設經濟林與發展農業生產、保護生態環境和繁榮城鄉，注意了各要素組合成新的系統以后所產生的新的整體功能。
第3題以專業化產生優化為例，專業化表現為開始走向分工。一個小雜貨鋪，由于老板經營有方而發展成為一個大商場，在增加雇員的同時，必然伴隨著工作的分工，并且商場的規模越大，分工越細。最初進貨、賣貨、結算、打掃清理等都由雜貨鋪老板一人完成，現在都由各部門分工去做，各個分工的部門就是專業化的部分。
以新的投入產生優化為例，投入的表現方式有很多，經濟生活中的投入是我們熟悉的，開飯店，修公路，建水壩，成立一個機構，使用工具、雇工，都是投入的表現，而投人的目的一定是使整個系統產生更大效益。
協作產生優化、創新產生優化可由學生自行分析。
第三節 系統的設計
1.本節重要概念：系統設計。
2.講解進行系統設計必須考慮的主要問題，應抓住系統的整體功能、系統各部分之間的聯系、系統的整體優化這三個重點。
3.教材第86頁“馬上行動”
這里重點突出“系統的整體優化”。
為山里的村莊策劃一個筑路工程設計方案：
第一，要實現的總體目標是安全、經濟、快速地完成筑路工程。
第二，要選擇好筑路技術設計方案，如做好有關環境的地質勘探，遇到山坡時是穿隧道還是選擇繞行等。
第三，要考慮施工的工期、人員的調配、材料的分期采購和儲存。
第四，要考慮如何降低材料的成本和消耗，在不增加入工的前提下提高工程進度等。
4.教材第87頁“案例分析”
這是一個環保小手電筒的設計實例。設計的獨特之處在于，從系統的思想出發，首先分析手電筒的內部結構，在此基礎上進行多種方案設計，并選擇其中的環保設計方案進行制作。該案例詳細地分析了“自發電手電筒”設計、實驗過程，有興趣的學生也可以動手制作自發電手電筒。但是在方案的設計過程中教師應該提供必要的指導，及時幫助學生解決所遇到的問題，同時注意啟發學生的創造性思維，運用多方案解決問題。在學生進行技術實驗和方案設計的過程中，應該提醒學生加強安全意識，注意自我保護。
學生對手電筒的系統構成比較熟悉，尤其是對其中的照明供電電路，學生有一定的生活經驗和感性認識，而且這部分內容相對來說比較簡單，這樣的安排既降低了學習難度，又便于從案例分析中總結系統設計的方法和原則。在進行案例分析時，可以讓學生參照案例進行設計制作，特別是自發電手電筒的制作，有條件的學校應該鼓勵學生付諸實施。同時也要啟發學生“自發電”有多種方式，鼓勵學生進行探究。本案例的重點是通過這樣一個簡單系統的設計與實踐，體驗和總結其中運用的系統的思想和方法，以及系統設計的一般步驟和過程。
可組織學生討論和交流教材上的案例分析中的“思考”。
5.在方案制作過程中，教師應提供指導，及時幫助學生解決遇到的困難，同時要注意啟發學生的創新思維，運用多方案解決問題。
在技術試驗和方案制作過程中，應加強學生的安全意識。
6.教材第89頁“案例分析”
這個案例與“手電筒照明供電部分的設計”有相似之處，就是考慮到學生的知識基礎、生活經驗和感性認識，只是本案例比前面的案例復雜得多。應該說與前面的案例有一個遞進的關系。
在進行案例分析時，要說明隨著現代家庭各類家用電器的逐漸增多，特別是空調、電熱水器、電磁爐、微波爐等一些大功率用電器的使用，住宅電氣設計由原來的純照明電路向多功能、多負載電路的方向發展。為了避免室內電器使用過程中的電氣線路過載等狀況的發生，運用系統的思想和方法，對其進行整體的電氣線路設計是非常必要的。例如，不只一臺空調的家庭居室，最好是要做到一臺空調敷設一條電源專線，并且有良好的接地保護線路。電器設備的選擇要盡可能做到安全可靠和經濟合理，電器設備的容量等級寧大勿小，但是也要避免過大而造成浪費。一般來說，在計算工作電流的基礎上大一級即可。在電氣技術規范上應選用符合國際電工委員會IEC標準和國內GB、JB有關行業標準，并具有產品質量認可證書的電器產品。鑒于城鄉的差別、地域的不同，教學時教師可根據當地和本校實際條件和情況，適當調整“設計方案”和“方案實
施”的內容，但一定要滿足設計要求。
7.教材第90頁，鑒于城鄉的差別、地域的不同，教學時教師可根據當地實際條件，適當地調整“設計方案”和“方案實施”的內容，但必須能夠滿足設計要求。
8.教材第91頁“練習”
第1題
（方案1：在就餐時間增加食堂的窗口和工作人員；方案2：不同年級學生的下課時間錯開20 min；方案3：新建一個學生食堂）
第2題關鍵是運用系統的思想，設計分選設備中的各個部分，使它們之間構成特定的關
系，才能實現分選并達到可調孔徑的目的。
第3題運用系統的思想解決，方案如下：
①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。
9.教材第92頁“綜合實踐”
第1題以米蒜間套為例：
①選地、整地和施肥：地塊選擇地勢平坦、土質肥沃、具有灌溉條件的土壤。秋翻地，早春整地。結合整地，每畝施人農家肥3500 kg。
②種植形式：米蒜間套采取大壟寬行形式，即玉米兩小壟變一大壟，壟寬90 cm，2行；在玉米大壟間留45 cm一條壟作平畦間套種3行大蒜。在玉米壟上采取密植，株距30 cm，每畝保苗3300株；在玉米壟間平畦上按行距20 cm平播3行大蒜，株距7～8 cm。
③適時精心播種:3月下旬整地，起壟，開溝，溝中澆透水，每畝施15 kg磷酸二銨。墊一層細土，栽上大瓣紫皮大蒜，栽時蒜瓣豎直，根朝下按在細土中，然后蓋一層細土糞，摟平壓實。5月上旬，當大蒜長到6片葉時，播種玉米。玉米選用高產雜交種“丹玉13號”，刨埯穴播，穴距30cm,每畝3 300穴。播種時，每畝施10 kg磷酸二銨，播后及時鎮壓保墑。大蒜長到3片葉時，開始摟地松土，以后生長出一片葉摟地松土一次，共摟3遍，以便提溫保墑，促進幼苗早生快長。大蒜6片葉時每畝追施尿素等氮肥，追肥后澆一次透水。6月中旬大蒜抽苔，7月上旬收獲大蒜。
第2題為了確保網絡的高效性與可靠性，應采用結構化的布線系統。也就是說，在布線網絡中，所有的組件都是相互分離，同時又緊密地集成在一起并且形成互補。從優化網絡性能的角度來考慮，結構化布線系統是必不可少的。
第3題首先應提出可能出現的方案，對各種方案進行評價、權衡、比較，再作出選擇。
第四單元 控制與設計
第一節 控制的手段與應用
1.本節重要概念：控制、人工控制、自動控制。
2.任何一種控制都是有目的、有對象、有手段的。
3.教材第96頁“馬上行動”
魚塘：有可能干涸，有可能溢出水來；其中的魚可能多而肥，也可能少而弱等。
成熟的西瓜：可能被人摘下吃掉，可能被榨成汁做成飲料，也可能爛在西瓜地里等。
流行性病毒：可能傳染人群使人發病，可能被人體的抵抗力所戰勝，可能通過預防和綜合治理而被控制等。
（回答上述問題很重要的一點是，不要受固有思想或者固有條件的約束，引導學生說出其他多種可能性。如果條件改變以后，如下雪、結冰后魚塘會出現什么情況？如果條件改變，流行性病毒有可能把人類毀滅嗎？）
4.教材第96頁“案例分析”、“思考”
本案例說明采用不同的控制手段得到的控制效果是不同的。有的能達到目的，有的不能。
大禹采用挖通河道、匯集洪水至江河中的辦法實現了泄洪的目的。生活中，人們通過控制電燈的辦法實現照明，通過修筑道路連接各地，方便人們的出行和相互聯系。
5．教材第97頁“小試驗”
教材只講了可以將圓周運動轉變為直線運動，它同樣可以將直線運動變為圓周運動。反過來考慮問題，是技術中常用的一種思想方法。
在試驗過程中，教師應給予適當的指導，如有其他更好的試驗載體，也可根據實際情況另行安排。
6.教材第97頁“馬上行動1”自行車中的控制：剎車控制、速度控制、方向控制等。
7.教材第97頁“馬上行動2”參考事例：
8.除教材第98頁控制的分類之外，自動控制系統還可按照不同的標準進行分類。按控制方式分，有開環控制系統、閉環控制系統（反饋控制系統）、復合控制系統；按系統功用分，有溫度控制系統、壓力控制系統、位置控制系統等；按系統性能分，有線性控制系統、非線性控制系統、連續控制系統、離散控制系統、定常控制系統、時變控制系統、確定性控制系統和不確定性控制系統
等；按參量變化規律分，有恒值控制系統、隨動控制系統和程序控制系統等。
9.哈格里夫斯是英國的一名普通工人，但是他卻發明了紡紗機，他的妻子是一名紡紗工人，盡管每天辛苦工作，但還是不能滿足織布所需。于是他想為自己的妻子制做一架效率高的紡車，但是總沒有好的主意。有一天，他不小心將妻子的紡車碰倒了，奇怪的是，原來水平放置的紡錘直立了起來，但是線卻沒有斷，紡錘還在動。看到了這個情景，他有了靈感。他在原來的紡車上加了幾個紡錘，再用一個輪子帶動它們，使老紡車變成可以同時控制多個紡錘紡線的新紡車。
10.教材第98頁“案例分析”這個案例講的是控制的發展歷史過程。可以考慮其控制方式的變化，及為什么能產生這些進步。
11.教材第99頁“馬上行動1”
人工控制：人工紡紗，普通自來水龍頭，撳按鈕打開電燈，拖地清潔地板，駕駛汽車等。
自動控制：數控機床，飲料自動裝罐生產線，花房恒溫控制，十字路口紅綠燈（根據車流量大小改變紅綠燈時間）的轉換，遙控電視更換節目頻道，聯合收割機割麥子等。
12.教材第99頁“馬上行動2”
控制被廣泛地應用于生活、生產和國防的各個方面。
洗衣機是生活中常見的控制實例。普通型洗衣機能自動正反交替地轉動，到達定時后自動停轉；半自動型洗衣機是把洗滌、漂凈、脫水這三大步驟中的前兩步放在同一個缸里進行，洗滌后由人把衣物從一個缸里取出放到另一個缸里脫水，再放人前一個缸里漂洗，再放人后一缸中脫水；全自動型洗衣機將三大步驟都放在同一缸里實現，全都由控制系統自動進行，不需人工直接干預，使用者只要設定各步驟的時間，把臟衣服放進去（洗衣粉備足，水管接好），待聽見鈴聲響，再去拿出已經甩干的衣服即可。
13．教材第100頁“思考”這種自動控制電熱水器，正面有一根供人們觀察箱內水位高低的玻璃管和一對指示燈。當水位低于某一位置時，熱水器自動打開進水閥門進水，同時指示燈跳到加熱狀態；當水位加到一定位置時，熱水器自動關閉進水閥，繼續加熱，直到水煮沸，進入保溫狀態。此時，電熱水器中的水就可飲用了。
14.教材第101頁“辯論”這兩個命題并不矛盾。從經濟學角度看，發展技術密集型產業，解放勞動生產力，減輕人的勞動強度，是社會發展的趨勢，而富余的勞動力則可以通過發展第三產業得以解決。
15.教材第101頁“練習”
第1題（1)人工控制；(2)人工控制；(3)自動控制；(4)自動控制。
第2題機械控制：普通水龍頭、浮子—杠桿水位控制、電飯煲等；電子控制：電子計算器、家用電冰箱、自動門和汽車自動變速器的電子控制裝置等；氣動控制：化工生產中常用的氣動閥門、公共汽車車門開關控制等；液壓控制：建筑工地打樁機、修理汽車用的液壓千斤頂等。
第3題通過觀察自行車的剎車控制裝置發現，調節自行車后輪的車閘與后車圈的距離，使后輪的車閘更靠近后車圈，可以使后輪剎車控制更加靈敏。
第二節 控制系統的工作與方式
1.本節重要概念：控制系統、開環控制、閉環控制。
2.從人們生活中常見的自行車、電風扇等事例人手，來理解控制系統。學生可根據親身經驗體會控制系統的含義，認識輸入、輸出是什么，以及它們之間一定的關系。
3.教材第102頁“馬上行動”
4.開環控制系統是生活和生產中最常用的方式，教師可選擇學生熟悉的案例進行分析，讓學生學會分析開環控制系統的組成和工作過程。
5．教材第103頁“案例分析”
自動門是較典型的開環控制系統。它不僅能自動開門，當人離開后又能自動關門。它的功能與閉環控制的區別要特別注意講清楚：有人→開門；無人→關門。
6.教材第103頁“馬上行動”
例如，聲控燈、自動烘手機、自動水龍頭、洗衣機、防盜報警器、火災報警器、電風扇的風速控制、投影屏幕的升降控制、直流電動機和數控機床等。
7.教材第104頁“案例分析”要注意講清“信號是單向轉遞的”這句話。
該案例分析中控制系統的輸入量、輸出量、被控對象、執行器、控制器、控制量等元件或參量，進一步鞏固學生對控制系統的認識。
8.執行器按傳送信息或動力的物質形態，可分為電動、氣動、液動三類，它們各有特點，適用于不同的場合。
9.液動執行器是油壓或水壓系統。在日常生活中幾乎用不著液動設備，只在工業的重型設備上使用。液動執行器推力最大，現在一般都是機電一體化的，但比較笨重，如三峽船閘用的就是液動執行器。
10.電動執行器的執行機構和調節機構是分開的兩部分，其執行機構分角行程和直行程
兩種。
11.氣動執行器的執行機構和調節機構是統一的整體，其執行機構有薄膜式和活塞式兩類。活塞式行程長，適用于要求有較大推力的場合；薄膜式行程較短，只能直接帶動閥桿。由于氣動執行機構有結構簡單、輸出推力大、動作平穩可靠且安全防爆等優點，在煉油等對安全要求較高的生產過程中有廣泛的應用。
12.教材第104頁“馬上行動”
（1)①音樂噴泉的控制過程可以用下圖表示：
圖中，輸入信號是隨音樂節奏而改變的電信號，輸出信號則是和著音樂節奏時起時伏、時緩時急的噴泉水流。
這一開環控制系統的特點是，輸入信號到輸出信號之間的信息傳遞是單向的，沒有反饋通道，所以這是一個開環控制系統，其輸出量僅受輸入量控制。當調速水泵或者噴泉頭出現問題，不能按照音樂節奏噴水時，系統本身不能自動檢測輸出信號的狀態，不能進行調整和補償，也就是說由于某種干擾作用使輸出信號出現非正常狀態，系統本身沒有自動糾正的能力，要進行糾正，必須再借助于人工。
②公共汽車車門的開關控控制：公共汽車車門的開關控制是氣動控制，司機操作開關裝置，電流控制“電磁閥”的啟閉，通過電磁閥決定壓縮空氣的流向，最后由壓縮空氣推動活塞開門或關門。方框圖如下：
輸入量為開關信號，輸出量為車門的開與關，控制量為氣動活塞的行程。
(2)電視機和遙控器組成一個開環控制系統。接通電源，打開電視機的開關，將遙控器的前端對準電視機上的紅外檢測裝置，通過撳按鈕，可以選擇頻道節目。
13．教材第105頁“小試驗”
這個小試驗難度不大，學生親自動手制作。可制做一個活動猴演示，控制其他動作表情，這樣可以充分發揮學生的創造力。材料除了可用硬紙板外，還可用2～-3mm厚的泡沫板，用裁紙刀切割。各部分的連接可用螺釘連接（或把圓珠筆芯切成一小截一小截作為套子套在牙簽兩端替代螺釘）。
14.教材第105頁“探究”
(1)賓館自動叫醒服務工作過程：客人撥通自動叫醒服務電話，電腦自動應答，并提示客人輸入房間號和需叫醒的時間，到時電腦將自動打電話叫醒客人。本系統是一個開環控制系統，所以如果系統自身的計時有誤，系統不能自動調整過來，叫醒時間也就要出差錯。方框圖如下：
(2)火災自動報警系統由火災探測器、現場報警部件和報警控制器組成。火災探測器包括感煙探測器和感溫探測器，現場報警部件包括警鈴、訊響器、報警門燈等，報警控制器按顯示方式的不同可分為數碼顯示和液晶漢顯兩種不同的類型。方框圖如下：
輸入量為煙霧信號，輸出量為報警聲，控制量為電信號。
15.建議先通讀后面一節的內容，充分認識開環控制系統和閉環控制系統的區別，以便更好地組織和設計本小節的教學內容。
16．從控制系統的基本組成來看，閉環控制系統是在開環控制系統的基礎上增加了一個由檢測裝置等構成的反饋環節。
17.閉環控制系統的檢測環節是把系統的輸出信號傳到系統的輸入端，與給定值進行比較。系統的輸出信號往往是各種物理量，如電壓、流量、速度等，而這些量又往往與系統的給定值性質
不同，取值的范圍也不同，所以不能與輸入信號直接比較，需要測量并轉化，檢測環節就是起著這個作用，它就像是控制系統的眼睛和皮膚，感知和傳遞系統輸出信號的變化。
18.教材第106頁“馬上行動”
（1)家用縫紉機的縫紉速度控制系統：開環控制系統。
（2)電冰箱的溫度控制系統：閉環控制系統
（3)走道燈的聲光控制系統：開環控制系統。
(4)交通路口紅綠燈自動控制系統：閉環控制系統
一般的交通路口紅綠燈控制系統，其紅、綠、黃燈亮的時間是固定的，不會根據車流量大小而改變紅綠燈的時間，這種紅綠燈控制系統為開環控制系統。如果控制系統能根據車流量大小改變紅綠燈時間，說明控制系統有檢測車流量的裝置，并把檢測到的信息反饋給控制系統，從而改變紅綠燈的時間，這是一個閉環控制系統
19.教材第107頁“閱讀”
通過閱讀材料，讓學生體會古代自動控制裝置的巧妙和魅力。如果能做成模型演示，效果更好。
20.教材第107頁“練習題”
第1題家用壓力鍋的壓力控制是開環控制系統，通過高壓鍋蓋上的安全閥和排氣孔實現壓力控制。
安全閥上有一個重錘，它平時壓在高壓鍋的排氣孔上。當高壓鍋內溫度升高時，鍋內氣體的壓力增大，超過一定值時，由于鍋內氣體壓力的作用，重錘被頂起，蒸汽不停地從排氣孔向外冒，使高壓鍋內氣體的壓力下降到安全值范圍內。
第2題對于糧庫的溫度和濕度自動控制，一般采用閉環控制系統，增設定時檢測溫度和濕度的裝置，與給定的溫度和濕度值比較，當出現偏差時，相應調節溫度或濕度。方框圖如下：
第3題當壓力過高時，蒸汽把橫桿連同重錘頂起來，使鍋爐內的蒸汽通過排氣孔排出，使
壓力降到限定值。
橫桿的作用：橫桿使得重錘的位置可以調節，調節重錘離左端的距離就改變了限制的壓
力值。
第三節 閉環控制系統的干擾與反饋
1.本節重要概念：干擾因素、反饋、功能模擬方法、黑箱方法。
2.控制系統的干擾因素是導致系統不穩定的因素。控制系統的穩定性能與控制系統對干
擾因素的控制、克服能力直接相關。
3.教材第108頁“馬上行動”
（1)開電冰箱門：外面熱氣進人冰箱將會引起箱內溫度變化，屬于干擾因素。
(2)電冰箱所在房間溫度從20℃變到32℃：屬于干擾因素。
(3)把熱菜或熱飯放人電冰箱中：屬于干擾因素。
(4)在電冰箱外放一盆冷水：嚴格說這也會引起環境溫度的變化，但這種變化一般有利于冰箱實現目標，不屬于干擾因素。
4.教材第109頁“思考”
自動扶梯的升降控制系統：扶梯承載的重力、電機輸出電壓的波動等。
利用滑輪組提升重物的控制系統：滑輪組的摩擦力、電機電源的波動等。
蔬菜大棚的溫度控制：外部環境溫度的變化、大棚保溫材料的保溫性能產生變化等。
5.教材第109頁“案例分析”
教材主要給出了磁場變化產生的干擾，還可以讓學生列舉其他可能的干擾。
6.教材第109頁“馬上行動”
這里首先要明確什么是“干擾的利用”。所謂干擾的利用，是指由于對閉環控制系統施加某種干擾（該系統的干擾因素），使這個控制系統的工作產生某種變化，而這種變化將給干擾的施加者帶來某種積極的效果，這就是干擾的利用。據此，我們可以列舉以下利用干擾的事例：
(1)為了使壓力鍋內的壓力迅速減小，向鍋體澆冷水。
(2)為了改變人體和環境熱交換的平衡狀態，及時增減衣服，迅速達到保暖或降溫的目的。
7.克服干擾因素是指克服對本控制系統產生的干擾因素；干擾因素的利用是指在特定的情況下，通過一定的手段對其他控制系統施加干擾。兩者的主體不同。
8.反饋方法是分析、處理問題時常用的方法。閉環控制系統中必定存在反饋。
根據反饋在系統中作用與特點的不同，可以將其分為正反饋和負反饋兩種。
負反饋的特點可以從“負”字上理解，通過輸入、輸出之間的差值作用于控制系統，控制器使這個偏差不斷縮小。負反饋形成的系統，控制精度高，系統運行穩定。
正反饋在自動控制系統中主要是用來對小的變化進行放大。核反應就是一個正反饋的例
子，鈾- 235、钚- 239這類重原子核在中子轟擊下，通常會裂變生成2個中等質子數的新核，并放出2~3個中子和200 MeV的能量。利用這種正反饋可以形成大規模的核反應。
本書所涉及的都是負反饋。
9.教材第110頁“案例分析”這個案例十分形象地說明了反饋的含義與作用。
10.教材第111頁“馬上行動”
“花房恒溫自動控制”系統工作過程分析：根據需要設定一個花房溫度值，由溫度檢測裝置測出花房的溫度，當花房的溫度低于設定的溫度值時，自動開啟加熱升溫裝置。
11．教材第111頁“小試驗，，
這是一個加入了人的控制因素的閉環控制系統，“臺燈照度控制系統”只是控制系統的一部分，整個系統的控制對象是臺燈，輸出量是桌面的照度，輸入量是一個合適的照度區間。其控制過程是：光敏電阻測量桌面的實際照度，并將其轉換為相應的電學量后返回到輸入端與合適的照度區間相對應的電學量相比較，若存在誤差就報警。再由人或自動裝置去改變燈的亮度，直到報警解除（誤差消除）。
如果單獨將“視力保護提醒器”視為一個控制系統，它只能是一個開環系統。系統的控制對象是揚聲器（報警喇叭），輸出量為喇叭響（報警）或不響，輸入量則是桌面的照度，一定的照度范圍和喇叭的響與不響相對應，這正符合開環控制的原理。
12.閉環控制系統能克服干擾，使被控量穩定在給定值范圍之內。
13．教材第112頁“案例分析”、“思考”
在此系統中，引起水位變化的因素只有進水量和出水量（包括蒸發量），出水量是不可控的，屬于干擾，進水量是可控的，因此，只有選擇進水量為控制量，沒有別的選擇。當然，控制進水量的途徑可以是改變進水閥的開度，也可以用改變進水閥前后的壓力來實現。由于水箱不一定要時刻都保持最高水位，可以改為當水位降至某個水位時開啟閥門，當水位升至最高水位時關閉閥門，只要進水量足夠大，也可以實現控制目標。這種控制系統是開環控制，設備要求相對簡單可靠。
如果是收集雨水的水箱，則進水量不可控。所以，在進行控制系統設計時，應對各個參數進行分析。
14.教材第113頁“案例分析”、“思考”
在加熱爐控制系統中，主要的干擾因素有加熱爐外環境溫度的變化和加熱器電壓的變化等。
系統通過熱電偶檢測實際爐溫，如與給定爐溫有偏差，控制器就會將這個偏差信號傳遞給加熱裝置，以升高或降低爐溫，使之向給定值變化，直到偏差消除，保證爐溫保持在給定范圍內。
15.教材第114頁“馬上行動”
從上表可以看出，對一個開環控制系統增加反饋裝置和比較環節就能構成一個閉環控制
系統。
16．功能模擬方法是用模型來實現一定功能和行為的方法。
功能模型是指以功能行為的相似為基礎而建立的模型。例如，獵手瞄準獵物的過程與自動火炮系統的功能行為是相似的，但二者的內部結構和物理過程是截然不同的。
17．教材第115頁“探究”
這個問題是在閱讀教材第115頁的閱讀材料“功能模擬方法的提出”的基礎上進行的探究。功能模仿方法就是用功能模型來模仿客體原型的功能和行為的方法。所謂功能模型就是以功能行為相似為基礎而建立的模型。功能模擬方法為仿生學、人工智能、價值工程提供了科學方法。
18.黑箱方法是通過對系統的輸入與輸出關系的研究推斷系統內部結構和功能的方法。通過觀測黑箱外部輸入信息（外界對黑箱的影響）和輸出信息（黑箱對外界的反應），研究和認識其功能、特性、結構、機理。例如，盧瑟福通過高速粒子沖擊原子（信息輸入黑箱）觀測粒子散射特征（黑箱輸出信息）以推測原子的內部結構。它根據觀測的輸入（因）和輸出（果）的數據建立黑箱模型（數學模型、框圖模型等）進行分析預測，化繁為簡。
黑箱方法便于研究那些既不能打開、又不能從外部直接觀察其內部狀態的系統，如只能通過信息的輸入、輸出來確定人們大腦的結構和參數，便于研究規模龐大、結構復雜、因素繁多、功能錯綜的系統，如生態系統、經濟系統、社會系統等。黑箱方法從綜合的角度為人們提供了一條認識事物的重要途徑。
19.教材第116頁“馬上行動”
利用輸入和輸出信息的變化來認識事物的功能和特性或推斷其內部結構，這種方法就是黑箱方法。這種方法在很多地方都能用到，例如：
(1)借助于專用的測試儀器向集成塊輸入信息，從集成塊輸出的信息來判斷集成塊的功能和質量的好壞。這也是一種黑箱方法。
(2)智商的測定，主要是測試人們對問題的回答是否敏捷。一個孩子如果對各種形象問題、語言問題、邏輯問題都能夠很好地解答，那就說明他的大腦發育很好，智商很高。
(3)用考試成績來判斷學習過程和狀況。
(4)用試劑來檢查溶液的酸堿度。
20.黑箱方法事例：
（1)啟動計算機，通過運行某類有特定意義的應用程序，來觀察計算機的基本性能。
(2)通過技術試驗測定某種鋼材的硬度，從而判斷其基本組成。
（3)選購彩色電視機，看圖像的清晰度、顏色；聽聲音；摸電視機外殼，感覺散熱情況，從而判斷電視機性能的好壞。
21.教材第116頁“練習”
第1題花房溫度控制的要求基本屬于恒溫控制。因此，它的溫度控制系統通常應設計為
閉環控制。其參考方框圖如下：
簡要工作過程：測溫裝置測量花房實際溫度，將其轉換為與設定溫度量綱相同的信號并與之比較得到誤差信號，誤差放大裝置將誤差信號放大后去推動增降溫裝置，實施增溫或降溫，使花房溫度向設定溫度趨近，直至誤差被消除。
冬季設定溫度為18℃，夏季設定溫度為25℃。
第2題在可調光臺燈中，人手調節臺燈旋鈕實際上是在改變臺燈內部可變電阻的阻值。
根據電路原理，電壓一定，改變電阻，電路中的電流也隨之改變，因此燈泡的亮暗也隨之變化。
如果人調節旋鈕是為了獲得某一認定的合適的亮度，這時“人”作為某些環節加入到了控制過程之中，那么這時的控制就是一個人工閉環控制。其控制過程是：人眼檢測臺燈的實際亮度反饋到大腦，與認定的合適亮度進行比較，如果臺燈亮度較暗，大腦就會發出指令，讓手旋動旋鈕，使燈泡亮度增大；反之，就減小亮度。這種控制可能會反復進行，直至臺燈亮度滿意為止。方框圖如下：
當人感覺燈光暗時，通過調節臺燈的旋鈕使其變亮；當感覺燈光過強時，通過調節臺燈的旋鈕使其變暗。人眼的觀察相當于檢測環節。
第3題帆板是靠風推動帆來行駛的，要使帆板速度最快，必須轉動風帆，使之具有最大的迎風面積。由于風向是不定的，因此這是一個隨動控制。人對風向的觀察相當于這一控制系統中的檢測環節。其控制過程為：人同時觀測風向（由風標顯示）和風帆的角度，經過大腦的判斷，如果風帆的角度不符合風力最大的要求，則大腦指揮運動員轉動風帆，使之達到要求。在這個系統中，風帆是控制對象，風帆角度是被控量，風向是輸入量。只不過這個輸入量是一個隨時間而變化的未知函數。
如果要將帆板的控制構建成一個閉環自動控制系統，則既要安裝風向測量裝置，又要安裝風帆角度測量裝置，并使二者同步。兩個測量裝置將測得的結果同時輸入到計算控制裝置中，在這里得到誤差信號，還得增加一個根據誤差信號去轉動風帆的執行機構，以實現帆板的自動控制。
第四節 控制系統的設計與實施
1.本節重要概念：控制系統設計。
2.根據不同的設計需求，應該有對應的設計目標，要借鑒來自各方面的先進經驗，同時要有自己的設計創意。
以電熱毯設計為例，應有若干層發熱線和包覆層，控制器要實現調溫、定時、過熱熔斷保護、過熱控制保護和精確溫控等。要保證安全措施到位，工作穩定可靠，在此基礎上實現減少成本、舒適美觀、降低能耗等指標。
3.教材第119頁“案例分析”
這個案例是開環控制系統設計的實例，用以說明開環控制系統設計的過程與方法，體現控制系統設計的一般思路。教學中，要注意體現對需要明確的問題的分析方法的教學。
教學時可以讓學生探究：如果要求熱風擋又分強風擋和弱風擋，應該如何設計？
4.教材第120頁“案例分析”、“討論”
這個案例是閉環控制系統設計的實例，用于說明閉環控制系統設計的過程與方法，體現控制系統設計的一般思路。教學中，同樣要注意體現對需要明確的問題的分析方法的教學。
在抽水馬桶水箱自動控制系統的設計案例中，如果要節約用水，減少水箱每次沖水的量，你能設計哪幾種方案？
水箱一次的沖水量實際上是隨水箱的橫截面積和水位設定高度而變化的，即
沖水量一水箱橫截面積X設定高度
因此，要減少每次沖水量，應該從減少水箱橫截面積和設定高度人手。具體方案可以有：
①將杠桿支點右移，使浮球在較小的高度上關閉進水閥（圖見教材）。
②在水箱中放人比水重的物體，起到減小水箱平均截面積的作用。
③控制出水閥開啟的時間，使其在水未放完之前關閉出水閥。這相當于改變設定高度。
④在水箱中放置1-2塊磚頭，以減少水箱的實際蓄水量。
⑤設計兩種沖水方式，一種是半箱水沖洗，一種是整箱水沖洗。
5.教材第121～123頁“案例分析”、“思考”
教師可根據當地實際及本校、本班級的情況，選擇其他項目和材料進行設計。
這個案例也是開環控制系統設計的例子，可以采用升旗裝置模型進行設計。要注意使升旗至桿頂的時間與國歌播放時間同步的調試方法的教學。
各方案的特點是：
方案A在控制上采用機械裝置，對電子知識要求不高，但升旗和唱國歌的啟動需要人工同步，定時裝置的精度不高，容易產生不協調現象。
方案B此方案同樣有啟動不容易同步的問題，但定時器的精度較高。
方案C可以增加學生的知識面，但需要補充電子線路的知識，比較費時，課時難以保證。
方案D升旗和唱國歌同步啟動，由于CD唱機比較普遍，器材準備較其他方案容易。
因此，方案D實現比較容易。
其實，對升旗來說，可以采用人工控制。由升旗手觀察國旗位置和唱國歌的快慢，經判斷后來調整升旗速度以保證唱國歌結束時國旗到頂。
建議教師查閱相關電子類的書籍，指導學生識讀該案例中的電路圖。
6．教材第123頁“思考，，
鼓勵學生提出

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