最新高中通用技術(shù)精品學案系列(-必修2-第三章-《系統(tǒng)與設(shè)計》學案)

PAGE用心愛心專心必修2第三章?系統(tǒng)與設(shè)計?學習資學習目標：⒈掌握系統(tǒng)的概念、系統(tǒng)的特性。⒉能用系統(tǒng)分析的方法解決實際問題。⒊知道系統(tǒng)優(yōu)化的意義，掌握系統(tǒng)優(yōu)化的一般性步驟。⒋知道系統(tǒng)設(shè)計的根本原那么，學會簡單系統(tǒng)設(shè)計的根本方法。⒌學做簡單系統(tǒng)的方案設(shè)計。學習材料：同學們都知道，神舟六號飛船已經(jīng)把聶海勝費俊龍送上太空，載人航天工程是一個很大的系統(tǒng)。它包括七大子系統(tǒng)：航天員系統(tǒng)、飛船應用系統(tǒng)、載人飛船系統(tǒng)、運載火箭系統(tǒng)、發(fā)射場系統(tǒng)、測控通信系統(tǒng)、著陸場系統(tǒng)。人體是高級、精密的系統(tǒng)，主要有八大子系統(tǒng)：消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、運動系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)。一、系統(tǒng)概述〔一〕系統(tǒng)的含義與分類1.什么是系統(tǒng)系統(tǒng)是由相互依存的假設(shè)干個局部組成的，具有特定功能的有機整體?；蛘哒f，此貼視由相互依存、相互作用的假設(shè)干元素構(gòu)成的，并完成特定功能的統(tǒng)一體。例：課本中的塑料大棚是系統(tǒng)，智能大樓是系統(tǒng)，一本書是系統(tǒng)，大到浩瀚的銀河系，小到原子它們都是系統(tǒng)。2.系統(tǒng)的分類〔1〕自然系統(tǒng)和人造系統(tǒng)：人體系統(tǒng)是自然系統(tǒng)；人造地球衛(wèi)星，橋梁〔不包括天生橋〕房舍等，屬于人造系統(tǒng)。由自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)復合的系統(tǒng)稱為復合系統(tǒng)。如：城市系統(tǒng)、村落系統(tǒng)?！?〕實體系統(tǒng)和抽象系統(tǒng)?！?〕靜態(tài)系統(tǒng)和動態(tài)系統(tǒng)：相對的〔4〕開放系統(tǒng)和封閉系統(tǒng)〔5〕系統(tǒng)的其他分類：簡單系統(tǒng)與復雜系統(tǒng)黑色系統(tǒng)與白色系統(tǒng)。由此可知構(gòu)成系統(tǒng)的三要素：〔1〕至少要有兩個或兩個以上的要素〔或局部〕；〔2〕各要素之間互相聯(lián)系、互相作用有一定的結(jié)構(gòu)。〔3〕系統(tǒng)的功能是組成要素所不具備的?！捕诚到y(tǒng)的根本特性1.整體性:系統(tǒng)的整體性也稱為集合性，是系統(tǒng)的最根本屬性。系統(tǒng)是一個整體，即具有整體的特性功能，目標和作用的有機整體。系統(tǒng)不是各元素的簡單集合，也不是簡單的數(shù)量相加。系統(tǒng)要求它的局部服從整體，強調(diào)整體觀點，整體目標和整體利益。2.相關(guān)性：系統(tǒng)的相關(guān)性也稱為關(guān)聯(lián)性。構(gòu)成系統(tǒng)的各元素之間是相互聯(lián)系、相互作用、相互依賴、相互影響的關(guān)系，是彼此相關(guān)的。3.目的性：系統(tǒng)的目的性也稱為功能性，每個系統(tǒng)都具有特殊的功能。這是區(qū)別不同系統(tǒng)的主要標志。4.系統(tǒng)適應性：系統(tǒng)都存在于一定的環(huán)境之中，并不斷的與外界環(huán)境進行物質(zhì)的能量的和信息的交換，系統(tǒng)必須適應外部環(huán)境的變化。5.動態(tài)性：物質(zhì)都是不斷變化，因此系統(tǒng)是一個動態(tài)的系統(tǒng)，處在運動變化和開展之中。〔三〕典型系統(tǒng)的認識1.棚室環(huán)境系統(tǒng)5.載人航天系統(tǒng)2.智能化大樓系統(tǒng)6.教室系統(tǒng)3.人體系統(tǒng)7.洗衣機系統(tǒng)4.龍賽艇系統(tǒng)二、系統(tǒng)的分析⒈系統(tǒng)的思想作為系統(tǒng)，它們都具有整體性、相關(guān)性、目的性和環(huán)境適應性。系統(tǒng)的這些根本特性就構(gòu)成了系統(tǒng)的根本思想。在前面典型系統(tǒng)中，就表達了運用系統(tǒng)的思想來分析處理問題。⒉系統(tǒng)分析及其一般步驟⑴什么是系統(tǒng)分析⑵系統(tǒng)分析的根本方法運用系統(tǒng)的思想和定性定量相結(jié)合的方法，對系統(tǒng)進行分析就是系統(tǒng)分析的根本方法。該方法包括以下三個階段：①說明問題：分析的對象〔系統(tǒng)〕、系統(tǒng)的整體功能、系統(tǒng)的組成②分析研究：系統(tǒng)內(nèi)部機理，如洗衣機采用波輪方法旋轉(zhuǎn)激起水流；系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)、配合；系統(tǒng)與其外部環(huán)境的關(guān)系；根本的定量分析。③評價比擬：系統(tǒng)性能、品質(zhì)評價、系統(tǒng)運行效果評價、同類系統(tǒng)間比擬。找出優(yōu)劣。⑶系統(tǒng)分析的一般步驟明確問題、設(shè)立目標明確問題、設(shè)立目標分析計算、評價比擬檢驗核實、做出決策收集資料、制定方案⑷系統(tǒng)分析的主要原那么①整體性原那么系統(tǒng)分析首先要著眼于子系統(tǒng)整體，要先分析整體，再分析局部；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。②科學性原那么：系統(tǒng)分析一方面要有嚴格的工作步驟，另一方面應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(jié)果更具用說服力。③綜合性原那么：系統(tǒng)分析時還要注重總和性原那么，要總和分析，統(tǒng)籌兼顧，不可顧此失彼，因小失大。⒊學寫簡單的系統(tǒng)分析報告簡單的系統(tǒng)分析報告的內(nèi)容包括：系統(tǒng)的分析過程，如功能、構(gòu)成、特性的定性、定量分析說明；依據(jù)，如系統(tǒng)的內(nèi)部關(guān)系，系統(tǒng)與外部環(huán)境關(guān)系的挖掘；結(jié)論和建議。如評價與小結(jié)。報告的形式不拘一格。三、系統(tǒng)的優(yōu)化1.影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素：首先，優(yōu)化追求的目標適度。目標選得低，達不到優(yōu)化。目標選得太高，脫離實際，實現(xiàn)不了，等于沒優(yōu)化。如修筑致富路，路的級別不能定的太高。其次，實施系統(tǒng)優(yōu)化，總要有付出，或稱投入。希望取得效果〔如經(jīng)濟效益〕到達最大，而投入〔如經(jīng)費〕最小。二看三比，稱為效/耗〔即效率/消耗〕比。顯然，效/耗比越大，就越接近或到達最優(yōu)化。以修路實例而言，如效/耗比趨于最大，那么，修路就到達最優(yōu)化。對此，在不同場合有不同提法，如性/耗〔即性能/消耗〕比、性/價〔即性能/價格〕比等。再次，系統(tǒng)優(yōu)化是離不開條件的。比方，修筑致富路，實測中心必須要勘測，調(diào)查，準備數(shù)據(jù)資料，使修出的路符合技術(shù)標準；要預算，校驗，是為了準備修路所需要的人力、物力、財力等資源條件，條件欠缺的，要創(chuàng)造條件。條件是否具備直接影響優(yōu)化。最后，還應注意的是，某些不確定性的或不可預見的因素也會影響系統(tǒng)優(yōu)化。因此在優(yōu)化實施過程中，要及時調(diào)整方案與方法，回到優(yōu)化之路。2、最優(yōu)化原那么和步驟⑴最優(yōu)化原那么：①要定性和定量分析相結(jié)合的方法使系統(tǒng)最優(yōu)化。這就是說，不僅要對系統(tǒng)進行科學的定性分析和決策，還要對系統(tǒng)進行準確的定量分析，并且將二者結(jié)合起來交替進行，使系統(tǒng)最優(yōu)化。例如：在修筑致富路實例中，預算、校驗都需要進行定量計算和分析。②堅持系統(tǒng)整體的最優(yōu)化。這就是說在處理優(yōu)化過程中，在做優(yōu)化決策時，要用好權(quán)衡的理念，權(quán)衡得與失，權(quán)衡當前與長遠，權(quán)衡局部與整體。如舍卒保車，棄車保帥，正是為了對弈時的最終勝利。又如，在筑路工程中，通過增加少量的經(jīng)費多投入一些人工從而獲得修路的質(zhì)量較大的提高或少占耕地。這樣做，可以保證“致富〞這個“整體〞。③不間斷的尋求系統(tǒng)最優(yōu)化。系統(tǒng)的開展具有階段性，系統(tǒng)的最優(yōu)化是相對的。例：由于受當前的需求和條件的約束，修出一條等級不太高的公路，就已經(jīng)算是最優(yōu)化了；待到真正富裕了原來修路不再能滿足需求時，那么，我們在更高的路，以實現(xiàn)更高層次的最優(yōu)化。新的系統(tǒng)不斷替代舊的系統(tǒng)，新的優(yōu)化不斷出現(xiàn)。因此，在最優(yōu)化的同時，要遵循系統(tǒng)的動態(tài)，觀點，推動系統(tǒng)不斷進步。⑵最優(yōu)化一般步驟：①提出需要最優(yōu)化的問題，收集有關(guān)資料和數(shù)據(jù)；②確定變量，建立定量計算方程〔有關(guān)數(shù)字模型如用線性規(guī)劃解決問題〕和有關(guān)約束條件；③選擇適宜的最優(yōu)化方法；④解方程，校驗解的最優(yōu)性；⑤實施。四、系統(tǒng)的設(shè)計⒈系統(tǒng)的設(shè)計⑴系統(tǒng)設(shè)計應考慮的主要問題①系統(tǒng)設(shè)計的目的與要求。系統(tǒng)設(shè)計要從整體出發(fā)，以系統(tǒng)整體功能的最優(yōu)化為目的。②系統(tǒng)各局部之間的相互聯(lián)系與相互作用。系統(tǒng)設(shè)計要運用系統(tǒng)的思想綜合考慮各局部之間的關(guān)聯(lián)、沖突問題，注意各局部的橫向、縱向聯(lián)系。依據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)性、環(huán)境適應性，既要考慮當前，也要考慮長遠。③系統(tǒng)設(shè)計方案的優(yōu)化。首先從系統(tǒng)整體考慮優(yōu)化，統(tǒng)籌兼顧，再在此根底上完善各局部的設(shè)計。⑵系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟系統(tǒng)設(shè)計的步驟主要包括：將系統(tǒng)分解為假設(shè)干子系統(tǒng)，確定各子系統(tǒng)的目標、功能及相互關(guān)聯(lián)，對子系統(tǒng)進行技術(shù)設(shè)計和評價，對系統(tǒng)進行總體技術(shù)設(shè)計和評價等。五、本章練習題1.“丟卒保車〞“一招不慎，全盤皆輸〞是我們?nèi)粘Ｉ钪械某Ｓ谜Z言，它們說明了系統(tǒng)根本特性的〔〕A.整體性B.相關(guān)性C.動態(tài)性D.目的性2.自行車是由假設(shè)干主要部件組成的，這些部件相互聯(lián)系，相互作用，形成了自行車，可以代步的功能。其中任何一個主要部件出現(xiàn)問題，都有可能導致自行車無法正常工作。這說明了系統(tǒng)的什么特性？試說明車把、車蹬，鏈輪和鏈條，前后車輪，車閘等的作用？〔提示：說明自行車是由幾大局部組成，幾大局部相互聯(lián)系、相互作用、相互依賴和相互制約，自行車是一個具有特定功能的有機整體。車把：控制自行車的方向。腳蹬：將人腳踩的力傳遞到鏈條上。鏈輪和鏈條：將動力傳遞到后輪，驅(qū)動自行車行走。前后車輪：車輪的滾動帶動自行車整體行進，承受人和車的重力。車閘：控制自行車的速度?！?．自行車在以下情況下，可能導致什么后果？〔1〕車閘與車圈結(jié)合部位的橡皮筋松了?！踩菀讓е聞x車不靈〕〔2〕車把的固定螺釘松了?！部赡苁棺孕熊嚨姆较虬巡粶?，釀成事故〕〔3〕鏈條斷了?！彩棺孕熊嚐o法行進〕〔4〕車輪的輻條斷了幾根?！踩菀资管嚾κ芰Σ痪冃?，增大摩擦阻力〕4．一堆沙子、鋼筋、水泥等材料散放在一起沒什么意義，但是如果將它們按照一定的結(jié)構(gòu)形式造成一座橋梁，就具有了交通的功能，這個案例說明系統(tǒng)最根本的特性是〔〕A．目的性B．動態(tài)性C．整體性D．適應性5．以下說法錯誤的是〔〕A．系統(tǒng)設(shè)計要從整體出發(fā)，以系統(tǒng)整體功能的最優(yōu)化為目的B．系統(tǒng)是一個整體，它是各個要素〔局部〕的簡單相加C．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，全面地思考和解決問題6．飛機在空中飛行時，時?？吹酱髿鈱α鞯挠绊懚a(chǎn)生顛簸，當飛機的檢測裝置接收到這一信號后，經(jīng)過控制器的調(diào)節(jié)，能在很短的時間內(nèi)調(diào)整好飛行狀態(tài)，克服大氣對流對飛機飛行的影響，保持平衡飛行。這個現(xiàn)象說明了系統(tǒng)的什么根本特征？〔〕A．整體性B．相關(guān)性C．環(huán)境適應性D．動態(tài)性7．在以下關(guān)于系統(tǒng)相關(guān)性的理解中，你認為正確的是〔〕A．一個系統(tǒng)往往存在多個目標，這些目標還常常不一致，需要進行協(xié)調(diào)。B．系統(tǒng)通常都是由假設(shè)干局部組成的。C．系統(tǒng)各組成元素之間，局部和整體之間不進相互關(guān)聯(lián)、相互作用，而且任何一個組成局部發(fā)生變化，都會影響其它局部和整體任務的完成。D．系統(tǒng)包含子系統(tǒng)，它又是更大系統(tǒng)的子系統(tǒng)。8.2003年10月我國自行研制的載人飛船“神舟五號〞飛入太空。飛船和運載火箭共有幾百個零部件，這些零部件本身都很一般，但它們按照一定的結(jié)構(gòu)組合在一起就構(gòu)成了性能優(yōu)異的航天飛船，從而表達了系統(tǒng)的〔〕A．動態(tài)性B.目的性C.整體性D.相關(guān)性9.合金鋼材料中，碳含量的上下影響著鋼的強度、硬度和韌性，從而影響鋼的耐磨性。碳含量高那么硬度高，韌性差；碳的含量低那么硬度低，耐磨性差。這反映了系統(tǒng)的什么根本特性〔〕A.相關(guān)性B.環(huán)境適應性C.動態(tài)性D.整體性10.臺式計算機的CPU上安裝的小風扇有時轉(zhuǎn)的快，有時轉(zhuǎn)的慢，這個現(xiàn)象說明了系統(tǒng)的什么根本特性〔〕A.整體性B.相關(guān)性C環(huán)境適應性D.動態(tài)性11.黑色系統(tǒng)是指〔〕A.全部由黑色的材料組成的系統(tǒng)B.信息完全明確的系統(tǒng)C.在夜晚生產(chǎn)制造出的系統(tǒng)D.信息不完全明確的系統(tǒng)12.“泰坦尼克〞號游輪，在當時該游輪各項技術(shù)性能是世界最先進的。但是為什么觸冰后全漂??？請從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的角度理解，它主要反映了系統(tǒng)的什么根本特性〔〕A.整體性B.相關(guān)性C目的性D.環(huán)境適應性13.“系統(tǒng)論〞是研究的一般模式、結(jié)構(gòu)和規(guī)律的學問，“系統(tǒng)論〞是一門跨學科的很橫斷科學是由哪位科學家創(chuàng)立的？〔〕A.馬克思B.霍爾C.貝塔郎菲D.維納14.填空：〔1〕系統(tǒng)工程的霍爾三維結(jié)構(gòu)是指在運用系統(tǒng)工程時從三個側(cè)面來考慮問題的方法。第一個側(cè)面叫__________維，第二個側(cè)面叫_________維，第三個側(cè)面叫_________維?！?〕系統(tǒng)作為黑箱，通過對_________與_________關(guān)系的研究，進而推斷出系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其功能的方法，就是黑箱方法。15.系統(tǒng)分析的目的是〔〕A.為了減少實驗的失敗B.為了減少系統(tǒng)內(nèi)子系統(tǒng)的要素C.為了減少設(shè)計決策的風險D.為了減少設(shè)計過程的不確定因素16.走鋼絲的人手上拿著一根長棒的目的是〔〕A.美觀B.重心低C.保護D.支撐17.法國雕塑家羅丹給巴爾扎克雕像，人們都說雙手太逼真，羅丹聽到后就砍去雙手，這一行為給你怎樣的啟示？〔羅丹砍去雕塑雙手的目的在于使人們注意雕塑的整體，而不會再去注意這雙手。這給我們一個啟示：做任何事情，都要重視系統(tǒng)的整體性，必要的時候，要舍得拋棄局部而保存整體?！?8.“木桶理論〞認為，木桶的盛水量取決于最短的那塊木板的長度。請用系統(tǒng)分的觀點解釋?！蔡崾荆耗就坝屑僭O(shè)干塊木板組成，假設(shè)把木桶看做一個整體，每塊木板就是局部，“木桶理論〞實際上反映了系統(tǒng)的局部與整體的關(guān)系，局部影響整體〕19.構(gòu)成系統(tǒng)必須具備哪三個條件？20.某村，人力興旺，資源充足，但不富裕。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，由于交通閉塞，本地的資源優(yōu)勢不能輸出利用，外地的新技術(shù)，新物流也難以輸入本村，嚴重影響了本村脫貧致富。假設(shè)你是村長，怎樣為本村筑好一條致富路？〔提示：首先，根據(jù)本地區(qū)的地理情況，擬定幾條修路的路線，然后，權(quán)衡當前的需求與將來開展的因素，結(jié)合籌集到的人力，物力和財力的情況制定出具體的修路方案。為保證方案切實可行，須做好以下幾方面的工作：①勘測：調(diào)查本村附近已有公路的方位與距離，預測筑路可能遇到的山水路障，收集資料和數(shù)據(jù)②預算：根據(jù)勘測選定的筑路路線，路長，預算出修筑路基、路面、穿山開洞，修筑橋梁等工程需要的a土方量、石方量；b筑路器材種類和數(shù)量；c人力數(shù)量；d經(jīng)費數(shù)。③選擇適宜的筑路方法和方案：筑路的方法很多，如從這一端開始向另一端推進；或分段同時推進，再對接；或邊開通隧道，建橋梁，邊修路。不同的方法和方案，需同時投入的人力多少是不一樣的，效率也不一樣。采用什么方法和方案好，要根據(jù)本村人力、物力、財力可能到位情況綜合考慮后確定?！?1.阿波羅登月方案總負責人韋伯博士認為，我們沒有使用一項別人沒有的技術(shù)。阿波羅登月飛船的每件東西都是原來已有的科學技術(shù)短程的物化，都有其特殊的功能，但就其單項技術(shù)來說，它的任何一個部件都不具有上天的功能，然而登月飛船卻具有了宇宙飛船的功能。請你根據(jù)所學的系統(tǒng)知識，談談你對這段話的理解?！蔡崾荆捍死饕f明了系統(tǒng)的整體性，即系統(tǒng)是一個整體，它不是各個要素〔局部〕的簡單相加，系統(tǒng)的整體功能是各要素在孤立狀態(tài)下沒有的，系統(tǒng)的整體功能大于組成系統(tǒng)的各局部的功能之和。〕22.A地區(qū)有山有水有湖泊，就是耕地面積少。20世紀50年代以來，他們的做法是毀林開荒，開湖放水，圍湖造田，并在湖水的源頭興建水庫，擴大水澆地面積，一時間，糧食生產(chǎn)上去了，但卻帶來了一系列災難，由于毀林開荒，亂砍濫伐造成水土流失嚴重，每年有大量泥沙流入湖中，由于圍湖造田，開湖放水，使得湖面縮小，湖水減少，而這些變化又引起這個地區(qū)氣候惡化，近30年發(fā)生了三次大旱災，每次都造成大批莊稼旱死，糧食大幅度減產(chǎn)，近些年，這一地區(qū)才又開始退耕還林，保湖蓄水。B地區(qū)農(nóng)村的人們耕地也比擬少，他們通過調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，開發(fā)低丘緩坡，在那里建立各種經(jīng)濟林基地，如在山坡上種植青棗，板栗等，有的還實行林糧間作，使荒山野嶺變成了綠色園林，這樣，不僅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上去了，而且還綠化了山區(qū)，改善了環(huán)境。請同學們用系統(tǒng)的方法分析以上兩個案例中做法的優(yōu)缺點以及用到了系統(tǒng)的哪些特性?！蔡崾荆篈地區(qū)的失誤在于沒有考慮到毀林開荒和圍湖造田對生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境的影響，沒有考慮子系統(tǒng)各要素組成新的系統(tǒng)整體所產(chǎn)生的不良功能。B地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟走上了良性開展的道路，從系統(tǒng)觀點看，就是因為他們從系統(tǒng)整體性出發(fā)，從全局和長遠利益出發(fā)，注意了建設(shè)經(jīng)濟林與開展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，保護生態(tài)環(huán)境和繁榮城鄉(xiāng)，注意了各要素組合成新的系統(tǒng)以后所產(chǎn)生的新的整體功能?！?3.普通高中的課程體系是包括“語言與文學〞、“數(shù)學〞、“人文與社會〞、“科學〞、“技術(shù)〞、“藝術(shù)〞、“體育與健康〞、“綜合實踐活動〞等8個學習領(lǐng)域組成的整體。其中每個領(lǐng)域都具有特定的功能。例如，數(shù)學是一門研究客觀事物的空間形式和數(shù)量關(guān)系的科學，它為自然科學和社會科學的研究提供不可或缺的定量分析方法，同時，數(shù)學對于培養(yǎng)人們的邏輯思維有著重要的作用，以至于有人說數(shù)學是思想的體操。又如，藝術(shù)使用形象來反響現(xiàn)實但比現(xiàn)實更具有典型性的意識形態(tài)〔包括文學、音樂、