2019-2020年高中通用技術 系統(tǒng)的分析5教案 蘇教版必修2

1、2019-2020年高中通用技術系統(tǒng)的分析5教案蘇教版必修2教材：（鳳凰國標教材）普通高中課程標準實驗教科書通用技術（必修2）文檔內(nèi)容：系統(tǒng)的分析章節(jié)：第三單元系統(tǒng)與設計第二節(jié)系統(tǒng)的分析課時：第2課時一、教學目標1. 知識與技能目標（1）理解系統(tǒng)優(yōu)化的意義（2）能分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素（3）初步掌握系統(tǒng)最優(yōu)化的方法（4）能夠對一個簡單系統(tǒng)運用最優(yōu)化的方法進行分析（5）運用系統(tǒng)最優(yōu)化方法的一般性步驟對簡單系統(tǒng)進行優(yōu)化2. 過程與方法目標通過討論、案例分析，使學生懂得用所學的知識解決有關問題3. 情感態(tài)度和價值觀目標體驗系統(tǒng)優(yōu)化的意義，指導學生把系統(tǒng)優(yōu)化的思想延伸到整個生活和學習當中。二、教學重點

2、系統(tǒng)優(yōu)化的方法和一般步驟。三、教學難點系統(tǒng)優(yōu)化的過程分析。四、教學方法講授法、案例分析教學法、探究式教學法、小組學習法。五、設計思想1. 教材分析系統(tǒng)優(yōu)化是系統(tǒng)分析的深入和延伸，系統(tǒng)分析和系統(tǒng)優(yōu)化是系統(tǒng)設計的基礎，更是系統(tǒng)設計過程中的重要環(huán)節(jié)。本節(jié)教材中分三個部分：第一部分：案例分析“建造隔音墻”案例，目的是為了闡述系統(tǒng)的意義。從實例分析入手，降低教學難度，運用系統(tǒng)的思想定性分析的方法，進行研究、優(yōu)化，在分析過程中體驗系統(tǒng)優(yōu)化的意義。為了讓學生體會分析和優(yōu)化僅僅靠定性的分析是遠遠不夠的，還需要更多的定量計算才行，以“為江邊碼頭選址”為例，讓學生們建立數(shù)學模型并計算。第二部分：根據(jù)案例分析總結闡

3、述系統(tǒng)優(yōu)化方法和一般性步驟，分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素。要求學生運用系統(tǒng)的思想和定性、定量相結合的方法，確定研究課題、進行分析研究、評價比較、優(yōu)化方案。總結歸納出系統(tǒng)最優(yōu)化方法的含義。第三部分：通過試一試和技術試驗的活動，讓學生親自完成一個系統(tǒng)優(yōu)化的過程，體驗系統(tǒng)是如何優(yōu)化的。2. 設計理念本內(nèi)容是要求學生通過“觀察、分析、比較、核實”等方法做出正確的決策，從而理解系統(tǒng)分析的含義，學會系統(tǒng)分析的方法，體會系統(tǒng)分析在生活中的作用，形成初步的系統(tǒng)觀。3.教學策略設計六、教學準備多媒體課件七、教學過程復習鞏固：教師提問：什么是系統(tǒng)？學生1回答：由相互依存的若干要素組成的、具有特定功能的有機整體。教師提問

4、：系統(tǒng)的基本特性是什么？學生2回答：系統(tǒng)的基本特性可歸納為：整體性、相關性、目的性、環(huán)境適應性。教師總結：作為系統(tǒng)，它們就具有整體性、相關性、目的性、環(huán)境適應性，就構成系統(tǒng)的基本思想對系統(tǒng)分析的基本方法就是運用系統(tǒng)的思想和定性定量相結合的方法對系統(tǒng)及性分析。引入：教師講述田忌賽馬的故事，引出系統(tǒng)優(yōu)化的問題。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。田忌的賽馬共有6種方案田忌

5、齊王田忌齊王（1）上馬：上馬中馬：中馬下馬：下馬（2）上馬：上馬中馬：下馬下馬：中馬（3）上馬：中馬中馬：下馬下馬：上馬（4）上馬：中馬中馬：上馬下馬：下馬（5）上馬：下馬中馬：上馬下馬：中馬（6）上馬：下馬中馬：中馬下馬：上馬在以上各方案中，齊王與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?。换蚴悄撤N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，

6、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。新課教學：（一）案例分析案例1：通過“建造隔音墻改善車流噪音污染”的案例定性的分析，體驗系統(tǒng)優(yōu)化的意義學生朗讀：XX年的新春，南京市人大十三屆三次會議上，王湘等10位代表共同提交議案，呼吁為城西干道沿線的民居和學校解決車流噪音污染問題。“城西干道從大橋南路到賽虹橋立交橋，是南京市貫穿城市交通的大動脈。城西干道全線貫通于XX年，因為有了城西干道，許多從大橋過來的車輛不必經(jīng)過市中心就可以便捷地通過包括城西干道在內(nèi)的繞

7、城公路通行。城西干道的出現(xiàn)，除了帶來交通便捷，也給沿線的數(shù)十萬市民帶來了噪音之苦。從大橋經(jīng)過城西干道的大多數(shù)是重型載貨車和大客車，而且城西干道的每天的車流量非常大。據(jù)調(diào)查，白天暢通時城西干道上的車輛平均時速為80邁，晚上可以達到100邁。重量大、速度快是城西干道上車輛的一大特點，車身和空氣的摩擦聲、發(fā)動機馬達聲是噪音的主要來源。城西干道沿線分布著大量的居民區(qū)，按照國家相關環(huán)保劃分標準，這些居民區(qū)屬于商業(yè)、居民、文教混合區(qū)，白天最大噪音值是60分貝，晚上最大噪音值是50分貝。但是兩邊的居民區(qū)噪音全線超標，在離高架不到15米的重噪音區(qū)圣淘沙花城19樓的一戶人家，更是測出了開窗峰值81.6分貝、谷值

8、65.8分貝，關窗峰值66.7分貝、谷值54.2分貝的超標噪音。長期生活在噪音中，人的健康會受到損害，可能導致心血管疾病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病。城西干道沿線不僅有民居還有學校，有的學生戴耳機睡覺；老師上課用喇叭講課;有的學生說：“在城西干道邊上住了4年，記得剛進校的時候整整一個星期就沒睡著覺。后來終于慢慢習慣了，如今到了夜里打雷都不醒，只是時常覺得精神疲勞、頭疼，還有點健忘。”噪音已經(jīng)傷害到這些學生的神經(jīng)系統(tǒng)。21世紀的城市人居環(huán)境不僅要講究安逸更要講究健康，現(xiàn)在正在建的城東干道高架已經(jīng)做了隔音墻的規(guī)劃，希望有關部門能考慮到城西干道沿線眾多居民區(qū)和學校的存在，也在這一區(qū)域安裝隔音墻，免去市民的噪音之苦

9、。”教師：問題提出來了，怎樣能夠改善城西干道周圍附近噪音的污染，優(yōu)化居民樓、學校等大環(huán)境系統(tǒng)。學生3：降低車體本身的噪音；學生4：讓車流在此路段減速通過；學生5：讓車道遠離學校學生6：修建隔音墻丁教師：隔音墻作用的本質(zhì)是改變噪音的傳播途徑，以達到改善污染的目的。交流討論分小組討論，派代表發(fā)言隔音墻的高度、長度如何考慮？呆學生：具體測量噪音嚴重的程度。通過實地調(diào)查城西干道車流附近學校、居民樓或其他建筑的規(guī)模數(shù)據(jù)來確定；隔音墻的墻體結構及外形怎樣考慮？呆學生：隔音墻的墻體結構外形因該市墻體垂直或略向車流一側傾斜；墻的頭部形狀略向內(nèi)側適度彎曲；如果道路兩側的建筑比較高時；修建的隔音墻的高度就要很高，

10、應該建成封閉式的；墻體內(nèi)側表面應該做吸收聲音處理。隔音墻體的主材料怎樣選用為好？呆學生：利用隔音墻可以將噪音反射到上空，但僅將噪音反射到上空也是不夠的，還要使用很好的隔音材料。拿出幾套采用不同材料的方案，列表比較說明，在堅固、美觀、經(jīng)濟（造價、維修）等因素間權衡比較、決策。建造隔音墻的投入與改善車流噪音污染的總效果應如何評價？呆學生：從做到投入最小和效果最好；做必要的驗證試驗。教師：系統(tǒng)被改善了系統(tǒng)優(yōu)化北京市崇文區(qū)的夕照寺和幸福北里緊鄰京山鐵路，京山鐵路進出北京站必經(jīng)這個居民區(qū)，每天有140多列火車通過，在鐵路兩側修建了隔音墻。共有1100m長，高度分別是4.0m和5.2m，用隔音材料制成。這

11、一段是距鐵路最近，人口最稠密的地段，做建設隔音屏障前后對比監(jiān)測表明，噪音平均降至61-62分貝，比過去降低8.6-11.4分貝，低于國家規(guī)定的70分貝。但對于類似于香港城市高樓林立的情況，再高速公路兩側如果修建隔音墻必須修得很高才可以，如果墻修得太高，那么抗風暴的能力就會大大減弱，為增加抗風暴能力，選材時就會大大提高成本，這樣修建隔音墻就不是合適的優(yōu)化方法。教師：系統(tǒng)優(yōu)化的意義就是以最小的投入，獲取系統(tǒng)的最佳效益或最佳功能。再舉例：如：在蔬菜、西瓜的種植中，要使蔬菜防病和提高產(chǎn)量，要使西瓜抗御低溫的能力，就應采用嫁接技術，這是一項增產(chǎn)增收的栽培技術，嫁接的西瓜比自根西瓜增產(chǎn)1倍以上。如：建筑材

12、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)在采用了空心磚，在保證強度、隔熱隔音效果的同時，節(jié)省了材料。教師：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。在前一節(jié)的學習中，我們就曾接觸到數(shù)學模型的問題，比如龍舟賽艇案例分析中，可以根據(jù)牛頓第二定律進行定量描述a=F/m，這就是一個描述運動特性的數(shù)學模型。系統(tǒng)建模的目的是要將系統(tǒng)的原型抽象為數(shù)學模型，并運用已有的數(shù)學方法分析求解得出數(shù)學結論，再運用這一結論來解決實際系統(tǒng)中的問題。案例2：數(shù)學模型為：Smin=AC+BC過A點作關于直線DE的對稱點A1,連接A1B與DE相交于C

13、,這一點既為所求的碼頭的地點。根據(jù)相似三角形原理，求得DC=1.4km，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。教師：從“為江邊碼頭選址”這個例子，可以看出優(yōu)化僅僅靠定性的分析是遠遠不夠的，還需要更多的定量計算才行。（二）總結：1. 系統(tǒng)優(yōu)化的一般性步驟 提出需要優(yōu)化的問題；如：城西干道噪音污染問題就是需要進行優(yōu)化的問題；碼頭的選址也是一個系統(tǒng)優(yōu)化問題。 需要收集有關資料和數(shù)據(jù)，確定變量、建立定量計算方程（數(shù)學模型）和約束條件，選擇合適的最優(yōu)化方法如:具體測量噪音的嚴重程度；為保持方案可行，必須勘測、預算；建立隔音墻防噪音的數(shù)學模型及墻體參數(shù)條件，求解數(shù)學解；墻體結構與

14、材料與定量計算有關；經(jīng)費預算包括：購買器材、設備費用；外請工程設計與施工技術人員費用民工費用、機動調(diào)動費用 驗證和實施。條件校驗：逐項校驗修路工程所需的人力、物力、財力是否具備。實施與調(diào)整：實施計劃的過程2. 影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素 優(yōu)化追求的目標要適度。 希望投入最小，而取得的效益最大效/耗比性/耗比性/價比（比值越大，就越接近或達到最優(yōu)化） 系統(tǒng)優(yōu)化使離不開條件，條件是否具備直接影響優(yōu)化。 某些不確定的或不可預見的因素也會影響系統(tǒng)的優(yōu)化。3. 最優(yōu)化方法最優(yōu)化方法是系統(tǒng)學中的一個重要方法，它通常是指在一定的人力、物力和財力資源的條件下，使取得的效果（如生產(chǎn)產(chǎn)值、利潤、效益等）達到最大，而投入（

15、如能源、資金、人力、時間等）達到最小的一種方法。 要用定性和定量分析相結合的方法是系統(tǒng)最優(yōu)化 堅持系統(tǒng)整體的最優(yōu)化。運用好權衡理念，舍卒保車，棄車保帥，這是為了保證對弈的最終勝利。 不間斷地尋求最優(yōu)化，系統(tǒng)的發(fā)展具有階段性，系統(tǒng)的優(yōu)化是具有相對性的，要遵循系統(tǒng)的動態(tài)觀點，推動系統(tǒng)不斷進步。八、教學反思在教學過程中，以優(yōu)化作為教學主線，以案例為載體，一步步分析展開，完成教學任務，達到教學目的。對隔音墻實例可以指導學生對確定的研究問題進行實地參觀、測量、調(diào)查和向專家咨詢，得到第一手材料后，再讓學生進行討論交流，在相互評價、自我評價過程中獲得學習的樂趣。2019-2020年高中通用技術系統(tǒng)的分析6教

16、案蘇教版必修2教材：（鳳凰國標教材）普通高中課程標準實驗教科書通用技術（必修2）文檔內(nèi)容：系統(tǒng)的分析章節(jié)：第三單元系統(tǒng)與設計第二節(jié)系統(tǒng)的分析課時：第2課時一、教學目標1. 知識與技能目標理解系統(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. 過程與方法目標能運用系統(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。3. 情感態(tài)度和價值觀目標學生能運用系統(tǒng)分析的基本方法，對自己準確定位，協(xié)調(diào)好自己與同學、老師、長輩等之間的關系。二、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。三、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

17、生活中，并靈活的運用。四、教學方法講授法、案例分析教學法、探究式教學法、小組學習法。五、設計思想1. 教材分析系統(tǒng)的分析是選自普通高中課程標準實驗教科書通用技術技術與設計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。2. 設計理念本課

18、是要求學生通過“觀察、分析、比較、核實”等方法做出正確的決策，從而理解系統(tǒng)分析的含義，學會系統(tǒng)分析的方法，體會系統(tǒng)分析在生活中的作用，形成初步的系統(tǒng)觀。3. 教學策略設計為了充分的體現(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，以回想分析歸納遷移為主線，組織教學。鼓勵學生進行自主探究式的學習方法，交流討論、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

19、社會、走進生活的環(huán)境中。4. 學情分析通過上節(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，其實學生在生活中其實已經(jīng)初步掌握了系統(tǒng)分析的方法，并能夠加以運用。只不過他們?nèi)鄙僖欢ǖ睦碚撘罁?jù)，并不了解自己之所以有這樣或那樣的決定是因為什么，因此需要我們通過講解把系統(tǒng)分析從他們的生活中提煉出來。使他們能夠區(qū)別經(jīng)驗決策與科學決策的區(qū)別和優(yōu)缺點，能夠掌握系統(tǒng)分析的方法，用系統(tǒng)的觀點分析事物。六、教學準備多媒體七、教學過程課堂過渡：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

20、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？1. 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(diào)節(jié)的。套種的技術水平田間管理病蟲害防治

21、對產(chǎn)量有直接影響，并可以人為調(diào)節(jié)。可優(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)在采用了空心磚，在保證強度、隔熱隔音效果的同時，節(jié)省了材料。飛機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(diào)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

22、響，并且可以認為調(diào)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：對目標函數(shù)起限制作用，不能人為調(diào)節(jié)影響因素：產(chǎn)生影響，可人為調(diào)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。現(xiàn)實世界的原型數(shù)學模型數(shù)學結論分析對原型的分析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+60x2約束條件：4x1+6x2W

23、600（材料）20x1+18x2W400（工時）x128,x225（合同）最優(yōu)方案：課堂探究：碼頭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

24、確切描述目標函數(shù)的，通過推算或推斷得到滿意解最佳方案：為使系統(tǒng)達到最優(yōu)的目標而提出的求解方法稱為最優(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？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-50C。當前采用的一般方案：方案1由海路用油船運輸方案2用帶加溫系統(tǒng)的油管輸送（3）分析計算，評價比較處理策略：考慮到安全和供油的穩(wěn)定性