北京市第二十四中學高中通用技術《技術與設計2》3.2《

1、二十四中教學案例紙課題名稱系統(tǒng)的分析（2課時）課標 要求通過簡單的系統(tǒng)案例分析，理解系統(tǒng)的基本特性，初步掌握系統(tǒng)分析的基本方法。 理解系統(tǒng)優(yōu)化的意義，能結合實例分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素。考綱 要求能運用系統(tǒng)分析的基本方法對生活、學習、工作中遇到的問題進行科學合理的分析，并提出優(yōu)化的方案。教學目標（知識與能 力、過程與 方法、情感 態(tài)度價值觀）1 .知識與技能：1）通過簡單的系統(tǒng)案例分析，理解系統(tǒng)的基本特性，初步掌握系統(tǒng)分析的基本方法。2）理解系統(tǒng)優(yōu)化的意義，能結合實例分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素。2 .過程與方法：能運用系統(tǒng)分析的基本方法對生活、學習、工作中遇到的問題進行科學合理的分析，并提出優(yōu)化的方

2、案。3 .情感態(tài)度價值觀：樹立系統(tǒng)分析問題的觀念，培養(yǎng)系統(tǒng)分析的觀點。 提高學生的技術素養(yǎng)， 增強面對技術世界的信心以及個人、社會、環(huán)境的責任心。教學重點理解系統(tǒng)基本特性及系統(tǒng)優(yōu)化的意義，能結合案例分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素。教學難點系統(tǒng)分析的基本方法和系統(tǒng)優(yōu)化，能遷移到日常生活中，并靈活的運用。教法 運用為了充分的體現(xiàn)教師的主導地位和學生的主體地位，在教學中把知識點的學習置于具體的情景中，通.過豐富的案例分析把平日的認識從日常生活中提升到理性分析的思 維上。在教學中要根據(jù)學生的認知規(guī)律，由淺到深，由易到難，以回想一一分析一一歸納一一遷移為主線，組織教學。鼓勵學生進行自主探究式的學習方法，交流討論

3、、歸納，要有團結合作的意識。明確技術離不開生活。要想真正的把技術這一學科掌握好， 必須把學到的知識遷移到生活 實際中去，要帶著問題走進課堂，再從課堂中走進社會、走進生活的環(huán)境中。教學背景分 析（教材分 析、學生分 析）系統(tǒng)的分析是選自普逋高中課程標準實驗教科書通用技術一一技術與設計2。本書主要學習系統(tǒng)分析的基本特征、基本方法，并對系統(tǒng)進行優(yōu)化，本節(jié)課是課標的重點要求，是系統(tǒng)設計的基礎， 以系統(tǒng)分析的基本方法指導簡單的系統(tǒng)設計，提高系統(tǒng)的有序性和整體運行效果，這樣才能使系統(tǒng)設計獲得整體的最佳效益，通過本節(jié)課的學習，學生會了解技術設計的一些文化內(nèi)涵，能歸納技術設計中的一些思想和方法，并把它們遷移到

4、日常的生活中解決問題，這樣有助于減少處理問題過程中的盲目性，并能學會對事件的理性分析和科學決策。通過上節(jié)課的學習，學生對系統(tǒng)的內(nèi)涵已經(jīng)有了初步的了解，再加上以前所學內(nèi)容和生活經(jīng)驗，涉入本節(jié)課的難度不是很大。課前準備典型案例及圖片的搜集，課件制作。一）引入復習：系統(tǒng)的基本特性有那些？整體性、相關性、目的性、動態(tài)性、環(huán)境適應性過渡：在日常生活中，每個人都會面臨選擇、面臨決策，那么決策方法有那些呢？決策方法有經(jīng)驗決策和科學決策；系統(tǒng)分析是一種科學決策的方法。第二節(jié)系統(tǒng)的分析二)新課教學：1 .什么是系統(tǒng)分析：為了發(fā)揮系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)系統(tǒng)的目標，運用科學的方法對系統(tǒng)加以周詳?shù)目疾?、分析、比較、試驗，并

5、在此基礎上擬定一套有效處理步驟和程序，或對原來的系統(tǒng)提出改進方案的過程，就是系統(tǒng)分析。系統(tǒng)分析的顯著特點：是完整地而不是零星地處理問題，考慮各種主要變化因素及其相互的影響，全面地思考和解決完問題。案例分析：漢字激光照排系統(tǒng)系統(tǒng)思考：在漢字照排方案的決策中， 系統(tǒng)的整體目標是什么？你認為王選進行決策的依教學過程據(jù)主要有哪些？1 1) 一是漢字字型信息量大，要解決字型信息量壓縮的問題；二是漢字的字型信息壓縮后存入計算機，需要將其快速還原和輸出。2 2)采取跨越式發(fā)展的技術路線，跨過第二代和第三代照排系統(tǒng)，直接研制第四代激光照排系統(tǒng)。講解本案例主要是讓學生明白到漢字激光照排對我國印刷、出版、傳媒等眾

6、多部門的重要性，同時也讓學生知道本項技術是我國的技術水平已經(jīng)達到國際先進水平。3 .系統(tǒng)分析的一般步驟：系統(tǒng)分析的出發(fā)點為了發(fā)揮系統(tǒng)的整體功能， 目的是尋求解決問題的最佳決策， 而生 產(chǎn)和生活中的一些問題，往往存在著許多相互關聯(lián)和一些不確定的因素，所以最佳決策只是在若干方案中尋求的相對令人滿意的方案。系統(tǒng)分析的一般步驟可以描述為：明確問題，設立目標一收集資料，制定方案一分析計算，評價比較一檢驗核實，作出決策明確問題，設立目標：明確要研究問題的性質和范圍，提出所要達到的目標，明確約束條件。收集資料，制定方案：收集相關資料，制定解決問題的各種備選方案，預計可能產(chǎn)生的各種結果。分析計算，評價比較：對

7、資料和數(shù)據(jù)做必要的計算，進行各子系統(tǒng)的分析，再進行系統(tǒng)的整體分析，將各種方案進行評價對比，選擇最佳方案。檢驗核實，作出決策：如果對制定的方案不滿意，還可按上述程序反復進行，直到獲的滿意為止。案例分析：田忌賽馬思考：1)田忌與齊王的三局賽馬可以有哪幾種方案？2)孫臏所出的主意，為什么能使田忌贏了齊王？田忌賽馬戰(zhàn)國時代，齊王常與他的大將田忌賽馬，雙方約定每場各出一匹馬，分三場進行比賽。齊王的馬有上、中、下三等，田忌的馬也有上、中、下三等，但每一等都比不上齊王同等的馬，于是田忌屢賽屢輸。一日，田忌的賓客、 對軍事頗有研究的孫臏給田忌出了一個主意，結果以二比一贏了齊王。在以上各方案中，齊王與田忌的賽馬

8、結局有以3: 0贏的，也有以2: 1贏的，但只有 3一種情況是田忌以2: 1取勝于齊王的，孫臏正是把這種方案推薦給了田忌，就是上述方案（3）。教師：作為一個系統(tǒng)，通常就會有這樣或那樣的問題。如：效果,不佳；或是投入的人力、物力、財力不是最??；或是某種性能不理想等等。因此系統(tǒng)需要改善，需要優(yōu) 化。在現(xiàn)實生活中，由于受環(huán)境和條件的限制，不可能找出一切方案，也不可能對所有方 案進行全面比較，漫無邊際地去研究所有方案，無論在時間上還是人力上都急據(jù) 令金 & &叁心 感卻金叁10不允許，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，只靠拍腦袋無法尋找到最優(yōu)方案。田忌賽馬

9、能轉敗為勝的主要原因：田忌賽馬能轉敗為勝與馬、 孫臏、田忌、齊威王這四個因素有關， 他們是缺一不可的。但主要是由于孫臏的原因。1：明確問題，設立目標問題：跑馬比賽，目標：取得比賽勝利，約束條件：三匹馬參加比賽，每匹馬比賽一次。2:收集資料，制定方案田忌的賽馬共有6種方案：田忌齊士田忌齊士(1)上馬：上馬(2)上馬：上馬中馬：中馬中馬：卜馬下馬： 下馬下馬：中馬(3)上馬：中馬(4)上馬：中馬中馬：下馬中馬：上馬下馬： 上馬卜馬：卜馬(5)上馬： 下馬(6)上馬： 卜馬中馬：上馬中馬：中馬下馬：中馬下馬： 上馬3:檢驗核實，作出決策各種方案的比賽結果：4:分析計算，評價比較選擇合適的馬的出場順序

10、。過渡：運用系統(tǒng)分析的方法處理具體問題時要遵循系統(tǒng)分析的主要原則。3 .系統(tǒng)分析的主要原則整體性原則、科學性原則、綜合性原則三個主要原則。系統(tǒng)分析首先著眼于系統(tǒng)整體，要先分析整體，在分析部分；先看全局，后看局部； 先看全過程，再看某一階段；先看長遠，再看當前。案例分析：丁謂修復皇宮想一想丁謂修復皇宮的方案為什么會成為我國古代運用系統(tǒng)思想和方法的著名范例？本案例是講解系統(tǒng)整體性的一個著名案例，丁謂運用了系統(tǒng)分析的基本方法。首先 著眼于系統(tǒng)整體，要先分析整體，再分析部分；先看全局，后看局部；先看全過程， 再看某一階段；先看長遠，再看當前。把燒磚、運輸建筑材料和處理廢墟三項繁重的工程任務看成一個整體

11、中的相關部分，加以協(xié)調處理，從而找到獲得最佳效果的方案，節(jié)省了大量勞力、費用和時間 ，一舉三得。馬上行動：p079請分析這一事件的問題所在，你認為怎樣處理更為合理？2)科學性原則系統(tǒng)分析一方面要有嚴格的工作步驟，另一方面盡可能地運用科學方法和數(shù)學工具進行定量分析，使決策的過程和結果更具說服力。閱讀：優(yōu)選法華羅庚院士他是中國解析數(shù)論、 典型群、矩陣幾何學、自守函數(shù)論與多復變函數(shù)論等很多方面研 究的創(chuàng)始人與開拓者。優(yōu)選法是快速尋找最佳方案的科學方法。具體的優(yōu)選法有很多，如黃金分割法、分數(shù)法、對分法等。黃金分割法也稱0.618法?！包S金分割”具有很高的使用價值，其中最著名的例子就是優(yōu)選學中的“0.6

12、18”法,該方法于70年代在我國得以推廣，并取得了很大的成就。在社會主義市場經(jīng)濟中， 科學嚴謹?shù)姆椒ㄍ苡惺掳牍Ρ?。在?jīng)濟、金融中已得到廣泛應用，形成“用科學的方法指導實踐，在實踐中驗證科學”的良性循環(huán)。我國著名數(shù)學家華羅庚在應用 優(yōu)選法應用做出杰出貢獻。(1) “兩面針”牙膏：采用優(yōu)選法科學生產(chǎn)大幅度降低鋁材消耗，每年節(jié)約鋁材幾噸；結果打了 3年漂亮仗.(2)著名數(shù)學家華羅庚教授在他晚年時，在全國講學，介紹他的優(yōu)選法。當時廣東有5個水泥廠，經(jīng)過優(yōu)選法的改良， 生產(chǎn)出6個水泥廠的產(chǎn)量，少建 1個水泥廠，這 個貢獻就很大。這就是說知識、健康帶來的財富，可以估算的和不可估算的都是很巨 大的。(3

13、)優(yōu)選法使得新西蘭培育出世界上最好的肉牛和奶牛。為了發(fā)展羊毛和肉類生產(chǎn)，新西蘭采用先進的培育技術，改進當?shù)匮蛑坏钠贩N，使其具有國外引進種群的特殊優(yōu) 點.如在煉鋼時需加入某種元素來增加鋼材強度，若將試驗點取在這一元素用量區(qū)間的0.618處，獲得理想用量的試驗次數(shù)將大大減少。實驗證明，對一個因素的問題，用優(yōu)選法做16次試驗，就可達到“對分法”做2000余次試驗的效果。3)綜合性原則注重研究系統(tǒng)各部分之間的相互聯(lián)系和相互作用，既注重研究各部分間的橫向聯(lián)系， 也注重研究各部分間的縱向關系。系統(tǒng)分析總是為實現(xiàn)系統(tǒng)目標服務的，應將目標排除優(yōu)先次序， 首先選取最優(yōu)先的目標，然后盡可能在不損害第一目標的前提下

14、完成下一個目標，這就需要綜合分析、 統(tǒng)籌兼顧、不可顧此失彼。系統(tǒng)分析還需要考慮設計方案出臺所帶來的后果。（例建廠后帶來的環(huán)境污染、生態(tài)平衡破壞、水土流失）某些情況下，綜合若干方案的優(yōu)點，會取得意外效果。（例中西醫(yī)結合治療了許多疑 難雜癥）案例分析：p080根據(jù)以上內(nèi)容，你認為孝襄高速公路的設計應該綜合考慮那些目標？1）當?shù)氐纳鷳B(tài)多樣性。2）減少投資。過渡：我們做任何事情都希望達到最優(yōu)化的效果。如希望以最小的成本獲得最大的利潤，以最短的工期完成更多的工程量，以最少的能耗生產(chǎn)更多的產(chǎn)品，在單位上面積上盡可能提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。那么如何進行系統(tǒng)的優(yōu)化？4 .系統(tǒng)的優(yōu)化1）系統(tǒng)優(yōu)化的涵義：系統(tǒng)的優(yōu)化是指在給

15、定的條件（或約束條件）下，根據(jù)系統(tǒng)的優(yōu)化目標，采取一定的手段和方法，使系統(tǒng)的目標值達到最大化（或最小化）。不同的目標，對應著不同的優(yōu)化結果。案例分析：p081你認為在你所在地區(qū)，可采取那些提高農(nóng)作物產(chǎn)量的措施？農(nóng)作物種植系統(tǒng)的優(yōu)化一一農(nóng)業(yè)間作套種。目的：實現(xiàn)增產(chǎn)、增收、提高土地的利用率。條件：農(nóng)作物的生長特性、天氣、氣候。手段：利用農(nóng)作物生長的季節(jié)差、時間差。約束條件：農(nóng)作物的生長特征、天氣、氣候等因素對農(nóng)作物套種起著限制作用，是不能人為調節(jié)的。套種的技術水平田間管理病蟲害防治對產(chǎn)量有直接影響，并可以人 為調節(jié)?？蓛?yōu)化。建筑材料的改進也是一項優(yōu)化技術，以往建筑物的墻體多采用實心磚，現(xiàn)在采用了空

16、心磚，在保證強度、隔熱隔音效果的同時，節(jié)省了材料。飛機口制造中大量使用復合材料來減輕重量，提高了飛機的結構強度、飛行性能、節(jié) 省燃油等。上例中，優(yōu)化的目標是增產(chǎn)增收和提高土地的利用率，這一目標與土地的單位面積農(nóng)作物收益總和之間的關系就稱為目標函數(shù)。農(nóng)作物的生長特性、 天氣、氣候等因素對作物套種起到限制作用，并且是不能人為調節(jié)的，稱為約束條件。套種的技術水平、 套種的田間管理、病蟲害防治等對套種的產(chǎn)量產(chǎn)值有直接影響，這些是增產(chǎn)增收的影響因素。影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素是指對系統(tǒng)的目標函數(shù)產(chǎn)生顯著影響，并且可以認為調節(jié)的因素。進行系統(tǒng)優(yōu)化應考慮的三個要素：目標與目標函數(shù)：目標與收益總和之間的關系約束條件：

17、對目標函數(shù)起限制作用，不能人為調節(jié)影響因素：產(chǎn)生影響，可人為調節(jié)。對于比較復雜的系統(tǒng)， 人們對其特征了解不夠， 所以需要運用一定的數(shù)學的手段描述 它，進而找到合適的解決方案。2）數(shù)學建模用數(shù)學公式或圖表等描述客觀事物的特征模型，稱為數(shù)學模型。案例分析：p081利潤問題三個要素目標：家具銷售獲取最大利潤約束條件：材料、勞動力、合一同影響因素：椅子數(shù)量 x1、桌子數(shù)量x2 。（決策變量） 建立關系：目標函數(shù)：Smax=50x1+60 x2約束條件：4x1+6 *2600 （材料）20 x1 + 18 x2<400 （工時）x1>8 , x2 >5 （合同）最優(yōu)方案：課堂探究：碼頭

18、位置的選擇在江邊一側有 A、B兩個廠，它們到江邊的距離分別是2km和3km,設兩廠沿江方向的距離是3.5km,現(xiàn)在要在江邊修建一個碼頭，使得兩廠的產(chǎn)品能夠順利過江，問碼 頭應建在什么位置，才能使運輸路線最短？分析：根據(jù)要求可畫出上圖，在江邊DE上求一點C,使C到A、B兩廠的距離之和為最短。數(shù)學模型為：Smin=AC+BC最佳方案：碼頭建在與A廠到江邊垂直距離位置相距1.4km處，運輸路線最短。3）最優(yōu)化方法（1）運用數(shù)學模型求解。能夠通過優(yōu)化建立數(shù)學模型的，得到的解就是最優(yōu)解（2）通過科學的估算、試驗實現(xiàn)不能夠確切描述目標函數(shù)的，通過推算或推斷得到 滿意解為使系統(tǒng)達到最優(yōu)的目標而提出的求解方法

19、稱為最優(yōu)化方法。系統(tǒng)優(yōu)化的方法是多樣的，但無論運用怎樣的優(yōu)化方法， 都需要經(jīng)過若干次完善和驗證， 才能得出最優(yōu)解或 滿意解。4)系統(tǒng)優(yōu)化的意義實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化，就可以在一定資源條件下，取得最佳的經(jīng)濟效果，而投入的人力、物力、財力達到最小。5)系統(tǒng)優(yōu)化的實現(xiàn)：案例分析：p083裝修施工的組織優(yōu)化目標：對資源的利用是最為合理約束條件：水電、木工、油漆依次序裝修影響因素：施工時間、裝修隊數(shù)量、設備數(shù)量、管理能力你還能想到什么方案？綜合分析各種方案，你認為最合理的方案是哪一種？【案例】：阿拉斯加原油輸送方案(1)明確問題，設立目標任務：由阿拉斯加東北部的普拉德霍灣油田向美國本土運輸油田。(2)收集資料，制定方案環(huán)境：油田處于北極圈內(nèi)，海灣常年處于冰封狀態(tài)，陸地最低氣溫達-50 C。當前采用的一般方案：方案1由海路用油船