高中通用技术精品学案系列必修2第三章《系统与设计》学案.docx

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高中通用技术精品学案系列必修2第三章《系统与设计》学案

高中通用技术精品学案系列（-必修2-第三章-《系统与设计》学案）

必修2第三章《系统与设计》学习资料

学习目标：

⒈掌握系统的概念、系统的特性。

⒉能用系统分析的方法解决实际问题。

⒊知道系统优化的意义，掌握系统优化的一般性步骤。

⒋知道系统设计的基本原则，学会简单系统设计的基本方法。

⒌学做简单系统的方案设计。

学习材料：

同学们都知道，神舟六号飞船已经把聂海胜费俊龙送上太空，载人航天工程是一个很大的系统。

它包括七大子系统：

航天员系统、飞船应用系统、载人飞船系统、运载火箭系统、发射场系统、测控通信系统、着陆场系统。

人体是高级、精密的系统，主要有八大子系统：

消化系统、呼吸系统、循环系统、运动系统、内分泌系统、泌尿系统和生殖系统。

一、系统概述

（一）系统的含义与分类

1.什么是系统

系统是由相互依存的若干个部分组成的，具有特定功能的有机整体。

或者说，此贴视由相互依存、相互作用的若干元素构成的，并完成特定功能的统一体。

例：

课本中的塑料大棚是系统，智能大楼是系统，一本书是系统，大到浩瀚的银河系，小到原子它们都是系统。

2.系统的分类

（1）自然系统和人造系统：

人体系统是自然系统；人造地球卫星，桥梁（不包括天生桥）房舍等，属于人造系统。

由自然系统与人造系统复合的系统称为复合系统。

如：

城市系统、村落系统。

（2）实体系统和抽象系统。

（3）静态系统和动态系统：

相对的

（4）开放系统和封闭系统

（5）系统的其他分类：

简单系统与复杂系统黑色系统与白色系统。

由此可知构成系统的三要素：

（1）至少要有两个或两个以上的要素（或部分）；

（2）各要素之间互相联系、互相作用有一定的结构。

（3）系统的功能是组成要素所不具备的。

（二）系统的基本特性

1.整体性:

系统的整体性也称为集合性，是系统的最基本属性。

系统是一个整体，即具有整体的特性功能，目标和作用的有机整体。

系统不是各元素的简单集合，也不是简单的数量相加。

系统要求它的局部服从整体，强调整体观点，整体目标和整体利益。

2.相关性：

系统的相关性也称为关联性。

构成系统的各元素之间是相互联系、相互作用、相互依赖、相互影响的关系，是彼此相关的。

3.目的性：

系统的目的性也称为功能性，每个系统都具有特殊的功能。

这是区别不同系统的主要标志。

4.系统适应性：

系统都存在于一定的环境之中，并不断的与外界环境进行物质的能量的和信息的交换，系统必须适应外部环境的变化。

5.动态性：

物质都是不断变化，因此系统是一个动态的系统，处在运动变化和发展之中。

（三）典型系统的认识

1.棚室环境系统5.载人航天系统

2.智能化大楼系统6.教室系统

3.人体系统7.洗衣机系统

4.龙赛艇系统

二、系统的分析

⒈系统的思想

作为系统，它们都具有整体性、相关性、目的性和环境适应性。

系统的这些基本特性就构成了系统的基本思想。

在前面典型系统中，就体现了运用系统的思想来分析处理问题。

⒉系统分析及其一般步骤

⑴什么是系统分析

⑵系统分析的基本方法

运用系统的思想和定性定量相结合的方法，对系统进行分析就是系统分析的基本方法。

该方法包括以下三个阶段：

①阐明问题：

分析的对象（系统）、系统的整体功能、系统的组成

②分析研究：

系统内部机理，如洗衣机采用波轮方法旋转激起水流；系统内部各子系统的关联、配合；系统与其外部环境的关系；基本的定量分析。

③评价比较：

系统性能、品质评价、系统运行效果评价、同类系统间比较。

找出优劣。

⑶系统分析的一般步骤

⑷系统分析的主要原则

①整体性原则系统分析首先要着眼于子系统整体，要先分析整体，再分析部分；先看全局，后看局部；先看全过程，再看某一阶段；先看长远，再看当前。

②科学性原则：

系统分析一方面要有严格的工作步骤，另一方面应尽可能地运用科学方法和数学工具进行定量分析，使决策的过程和结果更具用说服力。

③综合性原则：

系统分析时还要注重总和性原则，要总和分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。

⒊学写简单的系统分析报告

简单的系统分析报告的内容包括：

系统的分析过程，如功能、构成、特性的定性、定量分析说明；依据，如系统的内部关系，系统与外部环境关系的挖掘；结论和建议。

如评价与小结。

报告的形式不拘一格。

三、系统的优化

1.影响系统优化的因素：

首先，优化追求的目标适度。

目标选得低，达不到优化。

目标选得太高，脱离实际，实现不了，等于没优化。

如修筑致富路，路的级别不能定的太高。

其次，实施系统优化，总要有付出，或称投入。

希望取得效果（如经济效益）达到最大，而投入（如经费）最小。

二看三比，称为效/耗（即效率/耗费）比。

显然，效/耗比越大，就越接近或达到最优化。

以修路实例而言，如效/耗比趋于最大，那么，修路就达到最优化。

对此，在不同场合有不同提法，如性/耗（即性能/耗费）比、性/价（即性能/价格）比等。

再次，系统优化是离不开条件的。

比如，修筑致富路，实测中心必须要勘测，调查，准备数据资料，使修出的路符合技术规范；要预算，校验，是为了准备修路所需要的人力、物力、财力等资源条件，条件欠缺的，要创造条件。

条件是否具备直接影响优化。

最后，还应注意的是，某些不确定性的或不可预见的因素也会影响系统优化。

因此在优化实施过程中，要及时调整计划与方法，回到优化之路。

2、最优化原则和步骤

⑴最优化原则：

①要定性和定量分析相结合的方法使系统最优化。

这就是说，不仅要对系统进行科学的定性分析和决策，还要对系统进行准确的定量分析，并且将二者结合起来交替进行，使系统最优化。

例如：

在修筑致富路实例中，预算、校验都需要进行定量计算和分析。

②坚持系统整体的最优化。

这就是说在处理优化过程中，在做优化决策时，要用好权衡的理念，权衡得与失，权衡当前与长远，权衡局部与整体。

如舍卒保车，弃车保帅，正是为了对弈时的最终胜利。

又如，在筑路工程中，通过增加少量的经费多投入一些人工从而获得修路的质量较大的提高或少占耕地。

这样做，可以保证“致富”这个“整体”。

③不间断的寻求系统最优化。

系统的发展具有阶段性，系统的最优化是相对的。

例：

由于受当前的需求和条件的约束，修出一条等级不太高的公路，就已经算是最优化了；待到真正富裕了原来修路不再能满足需求时，那么，我们在更高的路，以实现更高层次的最优化。

新的系统不断替代旧的系统，新的优化不断出现。

因此，在最优化的同时，要遵循系统的动态，观点，推动系统不断进步。

⑵最优化一般步骤：

①提出需要最优化的问题，收集有关资料和数据；

②确定变量，建立定量计算方程（有关数字模型如用线性规划解决问题）和有关约束条件；

③选择合适的最优化方法；

④解方程，校验解的最优性；

⑤实施。

四、系统的设计

⒈系统的设计

⑴系统设计应考虑的主要问题

①系统设计的目的与要求。

系统设计要从整体出发，以系统整体功能的最优化为目的。

②系统各部分之间的相互联系与相互作用。

系统设计要运用系统的思想综合考虑各部分之间的关联、冲突问题，注意各部分的横向、纵向联系。

依据系统的动态性、环境适应性，既要考虑当前，也要考虑长远。

③系统设计方案的优化。

首先从系统整体考虑优化，统筹兼顾，再在此基础上完善各部分的设计。

⑵系统设计的一般步骤

系统设计的步骤主要包括：

将系统分解为若干子系统，确定各子系统的目标、功能及相互关联，对子系统进行技术设计和评价，对系统进行总体技术设计和评价等。

五、本章练习题

1.“丢卒保车”“一招不慎，全盘皆输”是我们日常生活中的常用语言，它们说明了系统基本特性的（）

A.整体性B.相关性C.动态性D.目的性

2.自行车是由若干主要部件组成的，这些部件相互联系，相互作用，形成了自行车，可以代步的功能。

其中任何一个主要部件出现问题，都有可能导致自行车无法正常工作。

这说明了系统的什么特性？

试说明车把、车蹬，链轮和链条，前后车轮，车闸等的作用？

（提示：

说明自行车是由几大部分组成，几大部分相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约，自行车是一个具有特定功能的有机整体。

车把：

控制自行车的方向。

脚蹬：

将人脚踩的力传递到链条上。

链轮和链条：

将动力传递到后轮，驱动自行车行走。

前后车轮：

车轮的滚动带动自行车整体行进，承受人和车的重力。

车闸：

控制自行车的速度。

）

3．自行车在下列情况下，可能导致什么后果？

（1）车闸与车圈结合部位的橡皮筋松了。

（容易导致刹车不灵）

（2）车把的固定螺钉松了。

（可能使自行车的方向把不准，酿成事故）

（3）链条断了。

（使自行车无法行进）

（4）车轮的辐条断了几根。

（容易使车圈受力不均而变形，增大摩擦阻力）

4．一堆沙子、钢筋、水泥等材料散放在一起没什么意义，但是如果将它们按照一定的结构形式造成一座桥梁，就具有了交通的功能，这个案例说明系统最基本的特性是（）

A．目的性B．动态性C．整体性D．适应性

5．下列说法错误的是（）

A．系统设计要从整体出发，以系统整体功能的最优化为目的

B．系统是一个整体，它是各个要素（部分）的简单相加

C．系统分析的显著特点是完整地而不是零星地处理问题，考虑各种主要变化因素及其相互的影响，全面地思考和解决问题

6．飞机在空中飞行时，时常看到大气对流的影响而产生颠簸，当飞机的检测装置接收到这一信号后，经过控制器的调节，能在很短的时间内调整好飞行状态，克服大气对流对飞机飞行的影响，保持平衡飞行。

这个现象说明了系统的什么基本特征？

（）

A．整体性B．相关性C．环境适应性D．动态性

7．在下列关于系统相关性的理解中，你认为正确的是（）

A．一个系统往往存在多个目标，这些目标还常常不一致，需要进行协调。

B．系统通常都是由若干部分组成的。

C．系统各组成元素之间，部分和整体之间不进相互关联、相互作用，而且任何一个组成部分发生变化，都会影响其它部分和整体任务的完成。

D．系统包含子系统，它又是更大系统的子系统。

8.2003年10月我国自行研制的载人飞船“神舟五号”飞入太空。

飞船和运载火箭共有几百个零部件，这些零部件本身都很一般，但它们按照一定的结构组合在一起就构成了性能优异的航天飞船，从而体现了系统的（）

A．动态性B.目的性C.整体性D.相关性

9.合金钢材料中，碳含量的高低影响着钢的强度、硬度和韧性，从而影响钢的耐磨性。

碳含量高则硬度高，韧性差；碳的含量低则硬度低，耐磨性差。

这反映了系统的什么基本特性（）

A.相关性B.环境适应性C.动态性D.整体性

10.台式计算机的CPU上安装的小风扇有时转的快，有时转的慢，这个现象说明了系统的什么基本特性（）

A.整体性B.相关性C环境适应性D.动态性

11.黑色系统是指（）

A.全部由黑色的材料组成的系统B.信息完全明确的系统

C.在夜晚生产制造出的系统D.信息不完全明确的系统

12.“泰坦尼克”号游轮，在当时该游轮各项技术性能是世界最先进的。

但是为什么触冰后全沉没？

请从系统的结构的角度理解，它主要反映了系统的什么基本特性（）

A.整体性B.相关性C目的性D.环境适应性

13.“系统论”是研究的一般模式、结构和规律的学问，“系统论”是一门跨学科的很横断科学是由哪位科学家创立的？

（）

A.马克思B.霍尔C.贝塔郎菲D.维纳

14.填空：

（1）系统工程的霍尔三维结构是指在运用系统工程时从三个侧面来考虑问题的方法。

第一个侧面叫__________维，第二个侧面叫_________维，第三个侧面叫_________维。

（2）系统作为黑箱，通过对_________与_________关系的研究，进而推断出系统内部结构及其功能的方法，就是黑箱方法。

15.系统分析的目的是（）

A.为了减少实验的失败B.为了减少系统内子系统的要素

C.为了减少设计决策的风险D.为了减少设计过程的不确定因素

16.走钢丝的人手上拿着一根长棒的目的是（）

A.美观B.重心低C.保护D.支撑

17.法国雕塑家罗丹给巴尔扎克雕像，人们都说双手太逼真，罗丹听到后就砍去双手，这一行为给你怎样的启示？

（罗丹砍去雕塑双手的目的在于使人们注意雕塑的整体，而不会再去注意这双手。

这给我们一个启示：

做任何事情，都要重视系统的整体性，必要的时候，要舍得抛弃部分而保存整体。

）

18.“木桶理论”认为，木桶的盛水量取决于最短的那块木板的长度。

请用系统分的观点解释。

（提示：

木桶有若干块木板组成，若把木桶看做一个整体，每块木板就是部分，“木桶理论”实际上反映了系统的部分与整体的关系，部分影响整体）

19.构成系统必须具备哪三个条件？

20.某村，人力兴旺，资源充足，但不富裕。

经分析发现，由于交通闭塞，本地的资源优势不能输出利用，外地的新技术，新物流也难以输入本村，严重影响了本村脱贫致富。

假如你是村长，怎样为本村筑好一条致富路？

（提示：

首先，根据本地区的地理情况，拟定几条修路的路线，然后，权衡当前的需求与将来发展的因素，结合筹集到的人力，物力和财力的情况制定出具体的修路方案。

为保证方案切实可行，须做好以下几方面的工作：

①勘测：

调查本村附近已有公路的方位与距离，预测筑路可能遇到的山水路障，收集资料和数据

②预算：

根据勘测选定的筑路路线，路长，预算出修筑路基、路面、穿山开洞，修筑桥梁等工程需要的a土方量、石方量；b筑路器材种类和数量；c人力数量；d经费数。

③选择合适的筑路方法和计划：

筑路的方法很多，如从这一端开始向另一端推进；或分段同时推进，再对接；或边开通隧道，建桥梁，边修路。

不同的方法和计划，需同时投入的人力多少是不一样的，效率也不一样。

采用什么方法和计划好，要根据本村人力、物力、财力可能到位情况综合考虑后确定。

）

21.阿波罗登月计划总负责人韦伯博士认为，我们没有使用一项别人没有的技术。

阿波罗登月飞船的每件东西都是原来已有的科学技术短程的物化，都有其特殊的功能，但就其单项技术来说，它的任何一个部件都不具有上天的功能，然而登月飞船却具有了宇宙飞船的功能。

请你根据所学的系统知识，谈谈你对这段话的理解。

（提示：

此例主要说明了系统的整体性，即系统是一个整体，它不是各个要素（部分）的简单相加，系统的整体功能是各要素在孤立状态下没有的，系统的整体功能大于组成系统的各部分的功能之和。

）

22.A地区有山有水有湖泊，就是耕地面积少。

20世纪50年代以来，他们的做法是毁林开荒，开湖放水，围湖造田，并在湖水的源头兴建水库，扩大水浇地面积，一时间，粮食生产上去了，但却带来了一系列灾难，由于毁林开荒，乱砍滥伐造成水土流失严重，每年有大量泥沙流入湖中，由于围湖造田，开湖放水，使得湖面缩小，湖水减少，而这些变化又引起这个地区气候恶化，近30年发生了三次大旱灾，每次都造成大批庄稼旱死，粮食大幅度减产，近些年，这一地区才又开始退耕还林，保湖蓄水。

B地区农村的人们耕地也比较少，他们通过调整农业结构，开发低丘缓坡，在那里建立各种经济林基地，如在山坡上种植青枣，板栗等，有的还实行林粮间作，使荒山野岭变成了绿色园林，这样，不仅农业生产上去了，而且还绿化了山区，改善了环境。

请同学们用系统的方法分析以上两个案例中做法的优缺点以及用到了系统的哪些特性。

（提示：

A地区的失误在于没有考虑到毁林开荒和围湖造田对生态系统和环境的影响，没有考虑子系统各要素组成新的系统整体所产生的不良功能。

B地区农业经济走上了良性发展的道路，从系统观点看，就是因为他们从系统整体性出发，从全局和长远利益出发，注意了建设经济林与发展农业生产，保护生态环境和繁荣城乡，注意了各要素组合成新的系统以后所产生的新的整体功能。

）

23.普通高中的课程体系是包括“语言与文学”、“数学”、“人文与社会”、“科学”、“技术”、“艺术”、“体育与健康”、“综合实践活动”等8个学习领域组成的整体。

其中每个领域都具有特定的功能。

例如，数学是一门研究客观事物的空间形式和数量关系的科学，它为自然科学和社会科学的研究提供不可或缺的定量分析方法，同时，数学对于培养人们的逻辑思维有着重要的作用，以至于有人说数学是思想的体操。

又如，艺术使用形象来反应现实但比现实更具有典型性的意识形态（包括文学、音乐、绘画、影视等），提高艺术修养对于陶冶人的道德情操丰富精神文化生活，增进人际交往有着其它学习领域不可替代的作用。

总之，提供上述8个领域的学习水平对于提升人的整体素质都是十分重要的。

用系统优化的方法设计一个合理安排各科学习的方案，以利于提高自己的整体素质。

24.日本丰田董事长——奥田硕曾讲过“只有那些能够自如的应对经营环境的变化，不断进行自我变革的企业才能超越时代保持住自身的优势。

”试用系统特性分析之。

25.某家具厂要安排一周的生产计划，产品是桌子和椅子。

制作一张桌子需4㎡木板及20小时，制作一只椅子需6㎡木板几及18小时的工时，每周能拥有的木材板料是600㎡，可利用的工时是400小时；每张桌子的利润是50元，每只椅子的利润是60元。

按合同每周至少要交付8张桌子和5只椅子，并假定所有产品都能够销售出去。

那么，该厂每周生产桌子和椅子的数量分别为多少时获得的利润最大？

（提示：

用数学方法，设利润为Smax，桌子x张，椅子y张，由题意列式：

Smax=50x+60y

20x+18y≤400

x≥8

y≥5

4x+6y≤600

由题意可看出，x取最小，y取最大，Smax为最大

即x=8，y=13，Smax=1180元

26.如图：

甲乙为产粮基地，ABC为国家粮库，运费及各粮库能存粮食，如图：

问如何调运粮食，使运费最省？

（提示：

设好参数列式：

x1+x2+x3=35

y1+y2+y3=80

x1+y1=25

x2+y2=50

x3+y3=40

S=5x1+2x2+3x3+3y1+7y2+4y3

从题意中可以看出某些信息，最后可得Smin=175万元）

27.简单系统的设计

（1）手电筒照明供电系统的设计

（2）室内住宅电器系统的设计

（3）教室系统的设计

（提示：

搞系统设计要按照设计要求进行设计分析，定出设计方案，最后方案实施。

）