通用技术,系统与设计,实例

导读：　通用技术,系统与设计,实例(共5篇)...

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通用技术,系统与设计,实例(一)
高二通用技术 《控制系统方案的初步设计》教学案例

通用技术·必修二《控制系统方案的

初步设计》教学案例

——活用LEGO机器人辅助教学

中学，学中做。经历思维、实践过程，让学生在实践中提高分析问题、解决问题的能力，锻炼学生的逻辑思维能力和动手操作能力。

情感、态度和价值观：

通过多种形式的教学活动，提高学生学习技术课的兴趣。体会团队合作的精神和使用技术的责任感、使命感。体验科学探究的过程，激发学生对科学的求知欲和探究科学的勇气。培养勇于实践、勇于思考、勇于创新的精神和素质。

活动重点：

控制系统设计的一般思路，并通过三个学习任务，学生在合作学习的基础上，自行设计，共同分析问题、解决问题。

活动难点：

运用机械知识，拼装、搭建机器人模型，体会开环系统与闭环系统的设计与区别以及适用场合。

活动器材：

LEGO套装、ROBOLAB软件、计算机

活动课程设计：

活动过程中，4～5人为一组，采用合作式学习的教学方式，以问题为先导，任务驱动为动力，让学生自己发现、自己探索。

教学策略设计：

本节从理论上讲内容较难，学生理解起来比较困难，为了能有较好的课堂教学效果，设计如下：

1、使用LEGO机器人配件，指导搭建声控灯、自动门控制系统的开环模型，指南车自动闭环控制模型，从而引入课题。通过自主活动，引导研究一些贴近学生生活实际和典型的案例，使学生了解，尝试自主设计实验的活动过程。

2、引导学生进行“问题式学习”，通过尝试——发现，探索——研究的过程来掌握本节课的知识，在老师的帮助下，把生活中的经验逐步与控制系统联系起来，通过动手实践、改造，亲身体会，体验成就感！

3、创设情境，帮助学生在快乐、轻松的氛围中掌握知识。

实施教学：

1

教材分析与设计

本节课是通用技术（地质出版社）必修2《技术与设计2》第四章第五节的内容。这一节的目标是让学生体验控制系统设计的实际过程，并以三个实例：（1）声控灯、自动门控制系统的开环设计；（2）指南车自动控制系统的闭环设计展开教学，但是学校通用技术实验室多是一些钳工、木工等工具，这些工具用于本章教学发挥不了多大作用，但以上三个例子用我校现有的12套LEGO机器人配件实践教学，正所谓是工欲善其事，必先利其器，用机器人辅助教学可以起到事半功倍的效果，有利于教学处于轻松、直观的情境下顺利进行，本节是以学生为主体的课堂教学，亲自的参与、切身的体会，有利于学生对本章节的理解和掌握。

课时3节。

学情分析

1、通过本章已学过的内容，调查了解学生学习情况如下：学生反映所学内容基本能掌握，但提及自己是否想过尝试设计、制作控制系统时，少部分同学直言不会做，但大部分同学表示不喜欢在教室上通用技术学科课，希望有机会到实验室操作实践。

2、对于机器人，同学们早有耳闻。现在同学们能够亲自体验机器人更是兴奋不已，激发同学们的好奇心和动手做的欲望，开展机器人辅助通用技术教学，学生们非常乐意投入其中。

活动目标： 知识技能目标：

通过互动操作让学生在实践过程中，领悟知识，提高技能：

1、控制系统设计所经历的几个阶段和每个阶段的各种任务

2、画出系统方框图，形成初步设计方案 3、能设计制作一个控制方法，尝试用机器人搭建模型，并进行模拟控制和调试。

过程与方法：

通过在控制系统方案的设计、制作过程中，创设情景，发挥学生自主学习的积极性，让学生在做

专心 爱心 用心

1、乐高机器人简介

LEGO机器人以积木式搭建为主，ROBOLAB编程以图形化界面呈现。通过电脑编程，可以依靠程序完成一定操作或移动的机械装置，它可以有视觉、触觉等感觉功能，有识别和自主行动的功能。搭建机器人的主要零件有：微控制器、动力（马达）、传感器、齿轮及一些积木块。

乐高机器人易用、易于接受，机器人的制做都是徒手进行的，不需要借助其他任何工具。这一点使它非常容易被学生们接受，学生活动时可以很轻松的上手。学生们用它来实现一个设计可以只用很短的时间，这对于一节课45分钟来说是很有利的，学生在更改设计时从拆到装也可以在很短时间完成，这使学生们很快就可以看到他们的设计成果，对他们自己的设想能在很短时间得到反馈，这对学生的学习来说是很重要的。同时也在很大程度上减轻了教师教学的负担。

编程方面ROBOLAB图形化的编程软件，学生们只用十分钟可以很轻松的上手。ROBOLAB可以使机器人“活起来”，并且对学生图形化的思维方式也是一种训练，使学生更关注程序中的逻辑关系。

2、用LEGO机器人辅助通用技术课堂教学 电脑机器人——通用技术课堂教学的“助推器”，它的亮相对通用技术课堂教学无疑是巨大的冲击、无穷的震撼；它的加盟对教学研究确信是推波助澜、不同凡响。

LEGO机器人适用于通用技术学科《技术与设计一》、《技术与设计二》每一章节的辅助教学工具。

最近几年，许多中学把电脑机器人活动引入到通用

技术课堂教学当中，许多教师都在不断探索如何进行电脑机器人辅助通用技术教学，才能使这种跨学科、高操作性、极具挑战的内容，真正适合通用技术课程整合、综合创新活动的需要，提高学生的动手能力、协作能力和创造能力，使他们在积极的学习兴趣中不断探索和研究，实现自己的新创意、新设想、新设计。

3、实践环节

有了前面的探究，这个环节显得水到渠成。同学们已经初步具备了控制系统设计的能力，是一位准设计师了。现在机器人就在大家的面前，同学们，你们将怎么做？

这一环节的设计在于创设一个情境，激发学生的探究欲望，提供一个机会，发挥学生的想象力和创造力，引导学生主动探究。

实践一：声控灯控制系统

开环控制，被控对象是声控灯，输入是有声音/否，输出是灯亮/否，干扰因素是外界声源和电源电压的波动等。绘制系统框图和机器人模型和编程如下图：

实践二：自动门控制系统

开环控制，被控对象是门，

输入是有人否，

输出

是门开

/关。绘制系统框图和机器人模型和编程如下图：

(下转第118页)

乐高机器人在《通用技术》教学中大显身手

——闭环控制系统辅教案例

张劲天

2

浙江省宁波市第三中学

摘要：文章通过对“闭环控制系统”课堂教学案例的展示，进而对《通用技术》课程的教学内容和课程特点与乐高教学平台的优异品质作了比对，强调了乐高机器人在通用技术课堂教学中的巨大作用，提出了乐高教学平台可以与通用技术教学做到“全程无缝啮合”的观点。文中的附件还介绍了“小水塔水位自动控制系统”教具的具体制作方法。

一、“闭环控制系统”辅教案例

“闭环控制系统”是普通高中《通用技术》课程必修2教材第四单元“控制与设计”中的教学内容，技术性较为突出，用传统的教学方法显得力不从心。

1、教学内容简述

（1）闭环控制系统的定义：把系统的输出量返回到输入端，并对控制过程产生影响的控制系统，称为闭环控制系统。

（2）简单闭环控制系统的框图：

这样，学生对本课的教学缺乏兴趣导致对通用技术课程的学习失去信心便是顺理成章的了。【通用技术,系统与设计,实例】

现在我们来瞧一瞧利用乐高教学平台辅助本课的教学情景：我用乐高机器人套件制作了一个小水塔闭环自动控制系统教具，然后，把它拆散并统统装进一个乐高器材盒内，带上两个装满自来水的可乐瓶，当我一踏进教室门口时就引来了学生们惊诧的目光，“这是什么啊”，有学生好奇地问，我用魔术般的手法在一分钟内完成了教具的搭建，当一个立体的模型呈现在讲台上时，学生们一下子活跃起来了，“这好像是小水塔呀”！几位同学迫不及待地猜测着。

我先用RCX的1号程序演示一个开环控制的过程，起动水泵，水从水池中不断放进可乐瓶“水塔”中，渐渐地，水快要溢出瓶口了，学生们心急了，我关了RCX解释说：程序中水泵的工作是定时的，时间未到它就不停，这就是我们上节课学的开环

控制系统的缺点。接着，我用2号程序演示了一个闭环控制的过程，这时，小水泵就很懂事，该转则转、该停则停，学生们真切地看到了“水塔”中的水位始终在上下二个水位传感器之间，应用这样的控制系统就具有了很实用的价值。对照控制系统的动作，我在黑板上板书系统的I/O真值表，把LOBOLAB程序放在大屏幕上并作了一番解释，然后，要求同学们参照教材的描述分别指出在讲台上的这套闭环控制系统中，控制器、执行器、检测装置、比较器所对应的部件；给定量、被控量指的什么？控制系统又是怎么样工作的？因为有实物作参照，学生们分析理解就会轻松许多，互相讨论，回答问题较热烈，在教学过程中同学们兴趣十足地上台重组控制系统，自己启动控制程序，享受乐高机器人带来的快乐。整个课堂教学过程，学生全身心参与，始终沉浸在轻松愉快的氛围中，教学效果不言而喻，理想地实现了教学目标。基于乐高的教具，不但实现了既定目标，有时还可产生意想不到的效果。譬

3

（3）工作原理：检测装置测量出被控量并返回测的被控量进行比较，求出偏差值；控制器将这一偏差值进行运算处理，并向执行器下达控制指令；执行器根据指令对被控对象进行控制，从而使被控量稳定在一定的范围内。

2、教学要求与教情学情分析

教学要求一是熟悉闭环控制系统的基本组成，二是理解闭环控制系统的工作原理与作用。对于学生来说这是全新的内容以前从未接触过，面对众多的技术术语感觉是一团雾水。而对于教师，也少有控制技术方面的行家，普遍感到问题棘手，需要想方设法寻找教学的突破口。

3、两种教学方法比对

先让我们看一看传统的教学方法：课堂上教师照书念词，照图解说，空对空地问，空对空地答，45分钟的课堂教学就这样在沉闷枯燥的氛围中度过。先进一点的做一个PPT课件，或是一个FLASH动画，也难逃隔靴搔痒、云里雾里的命运，结果是教师痛苦，学生乏味，不求高效只求能通过省会考。

专心 爱心 用心

如：在本教具中，水位传感器利用了水的导电性，但在编程运行时发现水的导电性不等同于导线短接；一根乐高电线接在输入端口，可将它看成触感输入、也可看成光感或温感输入，学生亲手操作用RCX的显示屏证明了该观点的正确性，等等。乐高机器人使学生体验到了科学的神奇，理解了《通用技术》课程的重要意义。

二、乐高教学平台与《通用技术》教学的“全

程无缝啮合”

我们先来看一下课程的教学内容和特点：《通用技术》课程有两个必修模块，必修模块一强调的二个重点是：对技术的理解和对设计过程的把握。必修模块二有四个单元，它们分别是结构与设计、流程与设计、系统与设计和控制与设计。《通用技术》课程的特点是：创新性、技术性和实践性。

我们再看乐高教学平台的优异品质：它有功能强大的控制器RCX、易学易用的图形化编程软件、众多的传感器，使我们能轻而易举地实现对外界数据的采集与处理，它的构件品种多而全、且色彩艳丽、手感好、硬度适中、重量轻、零件间配合精度高、拆装容易、便于现场搭建、就算是一个从没玩过乐高的人，只要拥有它也能很快地上手，能做你所想，让你的想象马上变成现实。乐高机器人是放大镜——把教材中的重要概念放大得清清楚楚；乐高机器人是望远镜——让学生看到科技的未来；乐高机器人神通广大、教材中每一章节都有它的身影；

在课堂教学中，学生用它来加深对技术的理解、想象技术的未来、实践设计的全过程，用它来构思一个巧妙的结构、设计一个实用的系统、实施对某个对象的控制。《通用技术》课程的学习从此以快乐代替枯燥，以实际代替空洞。几组图片能说明一二。

图一

4

图三

图四

上图是学生们在《通用技术》课程的学习过程中利用课余时间设计的作品选粹。

图一：能分拣三种颜色的流水线，与企业实际的火柴包装流水线相近；

图二：乐高积木辅助制作的温控小电扇和磁控小车；

图三：能在粉笔上钻孔并锯断粉笔的联合机床，钻孔深度可设置；

图四：植树机与运输车，可完成树苗运输、挖坑、栽树、盖土、浇水功能。

在课堂教学中，教师用它制作教具、讲解教材中的概念、化解教学难题、设计课堂练习、展现技

术魅力、避免了空问空答的尴尬局面。

乐高机器人和通技教学能做到如此地“全程无缝啮合”，乐高教学平台为我们提供了安全、清洁、高效、可以发挥无限想象力的创新、设计与实践的舞台，用它来辅助教学能收到令人满意的效果，是我们提高《通用技术》课程教学效果的最佳选择。大家都来学做乐高机器人，让教师轻松、受益；让学生快乐、长进。

（二）系统的制作

1、小水泵焊接一条LEGO电线，用4毫米螺丝先与平板连接再扣在直角板上。

2、高低水位传感器直接用二根LEGO电线与LEGO梁固定，伸入水塔中，橡皮筋夹住瓶子。

3、橡皮管长短各一根端部以下10毫米用锯条锯一圈槽，与可乐瓶孔的连接就不会漏水。

4、机架用于固定组件，照图示或用其它积木均可。

5、低水位传感器接RCX的1号端口，高水位接2号端口；水泵接A端口。

（三）控制程序 1、输入输出真值表

三、附件

“小水塔水位自动控制系统”教具制作介绍

本教具除了水泵、水塔、水管以外，全都是LEGO机器人套件。具体做法如下：

（一）系统的硬件构成

1、控制器——LEGO控制器RCX一个。 2、传感器——LEGO电线二根。 3、小水泵——DC 8—12V一只。 4、小水塔——可乐瓶一个。 5、小水池——LEGO材料箱一只。 6、机架——LEGO积木若干。

7、水管——实验室橡皮管50厘米一根。

水泵与LEGO电线

2、ROBOLAB程序

电线作水位传感器 二根LEGO

读端口1子程读端口2子程

小水泵

可乐瓶

整机图

控制器RCX

零件图

说明：检测高低水位的二个传感器，是利用两条导线在水中会连通的原理制成，但连通的效果不

材料箱

同于按钮短接，而是有一定的电阻。因此，在读端口时将其作为模拟量来处理，所以在程序中用了光电传感器的图标。

橡皮管 LEGO积木

专心 爱心 用心 5

通用技术,系统与设计,实例(二)
2012通用技术复习_系统与设计

专题 系统与设计 知识框架

1．理解要素、部分、结构、功能之间的区别与联系，了解构成系统具备的三个条件。

2．了解系统由哪些要素构成，有没有子系统，其内在的关系如何，系统的功能是什么：在系统功能中，哪些要素或子系统在起主要的作用。

3．通过简单的系统案例分析，理解系统的基本特性。理解系统的整体性在系统基本特性巾的地位，区别系统的动态性与环境适应性的区别。

4．初步掌握系统分析的基本方法，了解系统分析的一般步骤，了解系统分析的主要原则。

5．通过简单的系统设计分析，了解系统设计是在系统分析的基础上．设计出满足预定目标的系统的过程、了解系统设计应考虑的主要问题。了解系统设计的一般步骤。

6．了解简单系统的方案设计所包含的几个环节。

7．掌握系统优化的概念，了解系统优化的意义。

8．了解影响系统优化的因素。 1．系统的观点一般包含下列几个方面：

(1)系统是一个整体，不是各个要素的简单相加。【通用技术,系统与设计,实例】

(2)系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的。

(3)任何一个要素发生变化或出现故障，都会影响整体功能的发挥。

(4)系统的整体功能大于组成系统的各部分功能之和，即通常所说的：1+1>2。

(5)不能离开整体去分析系统的任何一个组成部分。

(6)系统的各要素之间或系统与部分之间的相互作用、相互联系。

(7)任何系统都具有特定的功能。

(8)任何系统都是一个动态的系统，处在运动变化和发展之中。

(9)一个系统与其所处的环境之间通常都有物质、能量和信息的交换，外界环境的变化会引起系统特性的改变，并相应地引起系统功能和系统内各部分相互关系的变化。

2．动态性与环境适应性的比较

动态性是系统本身的运动特性，强调自身运动变化，系统本身是引起系统变化的主要原因，动态性是系统中体现运动变化的永恒的规律；环境适应性强调的是外部环境对系统的影响，是外在因素促使内部变化，或者说由于外部的物质能量发生变化，系统被动地适应着周围环境的变化。从这两个方面可以看出，系统本身是运动的，同时也可以随环境的变化而运动。动态性与环境适应性实际上是系统运动变化的两种不同的方式。

3．系统分析的整体性与系统特性中的整体性

系统的整体性是指系统总是以一个整体的形式存在，而且总是发挥着整体的功能。尽管它是由各要素

部分组成，但最后所表现的总是整体的特征。因此说整体性是系统本身的一个属性，是系统各要素构成的整体的意义指向，更多的侧重于系统产生的效果。 系统分析是对系统进行科学决策时的一种方法，整体性原则就是要求我们用整体而不是孤立的观点看问题。

4．系统优化的方法与方案

在系统优化中，目标函数：给定一个“函数”F(x)，以及自变量x应满足的一定条件，求x取怎样的值时，F(x)取得最大值或最小值。通常，称F(x)为目标函数，x应满足的条件为约束条件。从系统优化层面上来说，即是实现目标与限制条件之间的函数关系式。在多数技术设计中，需要对这个目标函数进行周密的运算，找出最合理的方法和方案。

约束条件：对目标函数产生影响而非人为调节的限制条件。

【例1】下列关于系统要素与系统功能的叙述，正确的是( )

A．要素的功能决定系统的功能 B．系统的功能决定要素的功能

Ｃ．要素的变化引起系统的功能变化 D．系统功能发生变化，要素必然变化

（分析）本题考查要素与系统的关系。系统是由要素构成的，要素是构成系统的最主要的元素。系统是一个整体，它不是各个要素的简单相加，系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的。系统的任何一个要素发生变化时，都会影响其他要素的发挥，同时影响系统的整体功能。 答案：C

【例2】机器零件的胡乱堆积构不成机器系统，只有当它们按照一定的装配关系组合起来时，才能构成机器系统。这表明了系统的( )

A．整体性 B．动态性 Ｃ．结构性 D．相关性

（分析）本题考查“系统的基本特性”。系统是一个整体，它不是各个要素的简单相加，而是按照一定的关系组合成的一个整体．系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的。而相关性是强调各要素之间及系统和要素之间的相互作用、相互联系。 答案：A

【例3】小张发现自己骑车特别费力。于是，他对自行车系统的各组成部分进行分析与研究，从车圈到轮胎，从链轮到脚蹬，最后排除了故障。下列选项与上面的案例无关的是( )

A．小张考虑到系统的整体性 B．小张对系统进行了整体性分析

Ｃ．小张对自行车系统进行了优化 D．小张进行了系统设计

（分析）本题考查系统的特性、系统分析的主要原则及系统的优化等内容。系统的整体性表示系统的最基本特性，它不是各个要素之和，系统的整体性是各要素所没有的。由于系统存在着整体性，于是就出现了系统的整体分析方法。对系统的优化是指在给定的条件下，根据系统的优化的目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化。本案例应该说与系统设计无关。 答案：D

【例4】 赵伟在家里看见母亲在阳台上晒衣服很不方便，就决

定用自己学过的知识设计一个升降式晾衣架。他查阅资料，又对商店

里的成品进行分析研究，最后采用图所示的设计图。请你用系统分析

的方法来分析此晾衣架，指出不足之处，提出优化的方法．

[提示]图示的升降式晾衣架是一个系统，主要由三个部分组成：动

力部分(摇手)、传动部分(绳索与滑轮)、目标部分(两根晒衣杆)。这三摇手 个部分组成一个晾衣架是有欠缺的，至少还缺少另外一个部分：制动

部分。如果没有制动部分，那么，晾衣架就根本无法悬在空中。另外，

当摇手一摇时，两根晒衣杆同时升降，这在操作上存在严重缺陷的。

因此，还必须考虑两根晒衣杆分开控制。要在整体上实现功能的优化，

在设计的时候必须充分考虑其科学性与实用性，可以进行以下几个方

面的优化处理：

(1)制动部分应该与摇手连在一起．采用一种既操作方便、灵活，

又容易实现控制的结构。而摇手应该是折叠式的，而且是内置式的结

构。(如图所示)

(2)采用两杆分别控制，所以用两个摇手来分别控制。

(分析)本题主要考查学生是否能用系统分析的方法来进行具体的分析，让学生了解系统分析法是怎样进行分析，同时，还必须有理论联系实际的能力，实现具体的优化。系统分析的方法，其实就是用整体的联系的观点分析系统，发挥系统功能，实现系统目标的分析方法。如果要分析某个系统，就必须了解该系统的整个工作过程，了解实现其功能过程中可能会产生什么情况。

一、基本题

1．台灯是一个系统．它由灯泡、支撑架、灯罩、开关、底座等五个部分组成。其中灯泡不能被称为系统的( )

A．环节 B．子系统 Ｃ．部分 D．要素

2．尽管杭州的道路建设年年有大的投入，但是，随着私家车的不断增加，杭州的道路反而变得越来越拥挤了。市政府对整个交通系统进行分析后，决定建设地铁．下列说法正确的是 ( )

A．有了地铁就能对交通系统实现优化

B．因为地铁速度快。才实现对交通系统的优化

C．因为地铁在地下运行，才实现对交通系统的优化

D．必须与其他交通工具及基础设施配套，才能实现优化

3．每个系统都由两个或两个以上的要素构成，而每个要素之问都有相关性。下列对系统相关性的理解．正确的是( )

A．各要素在系统的地位平等 B．各要素在系统的作系统的作用相同

C．各要素对系统整体功能的影响相似 D．各要素对系统的作用不同，但相互影响

4．阿基米德式螺旋抽水机是古希腊科学家阿基米德在公元前3世纪为了将水从大船的船舱中排出而发明的。这个系统属于( )

A．自然系统和人造系统 B．实体系统和抽象系统

C．自然系统和社会系统 D．人造系统和实体系统

5．系统论的创立者是( )

A．美国科学家维纳 B．美国数学家申农

Ｃ．美籍生物学家贝塔朗菲 D．美籍数学家冯-诺依曼

6．下列成语其含义与整体性无关的是( )

A．盲人摸象 B．只见树木，不见森林

C．头痛医脚，脚痛医头 D．见风使舵

7．认为“系统要素好，整体性能一定好，以局部说明整体”的机械论观点违反了系统的( )

A．整体性原则 B．目的性原则 C．相关性原则 D．功能性原则

8．水分子也可以看成一个系统，而水分子的性质与H、O的性质不同。这说明( )

A．系统要素之间相互影响 B．要素的性质影响系统整体

Ｃ．整体的性质不是要素所具备的 D．要素的性质可以分析出整体的性质

9．系统是由相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约的若干要素组成的具有特定功能的有机整体，它与系统外环境的关系是( )

A．环境适应系统的变化 B．环境决定系统的变化

Ｃ．系统决定环境的变化 D．系统适应环境的变化

10．计算机鼠标是一个完整的系统。下列叙述中，不作为鼠标构成系统的条件的是( )

A．内部由电路及光电感应传感器等要素构成 B．有具体鼠标的功能

Ｃ．鼠标内部的要素都是相互关联的 D．鼠标的外形设计符合人机关系

11．进行系统分析的出发点是为了发挥系统的整体功能，目的是( )

A．了解系统结构 B．明白系统的原理

Ｃ．熟悉系统的运行过程 D．寻求最佳决策

12．一般来说，进行系统分析的初始环节是( )

A．收集资料，制订方案 B．分析计算．评价比较

Ｃ．明确问题，设立目标 D．检验核实．作出决策

13．某包装公司为某一个产品设计纸箱，在决定纸箱的大小、厚度、材质时．需研究各个方面的因素：产品的自重与外形特征，产品的湿度及抗压性要求，产品的存放、搬运要求．集装箱空间的适配，产品的制造特点，成本及国家的一些技术规范，等等。如果我们把设计纸箱作为一个系统工程，那么这个研究过程称为( )

A．系统的认识 B．系统的优化 C．系统的分析 D．系统的设计

14．下列针对汽车发动机起动系统的说法，错误的是( )

A．起动系统具有系统的所有特性 B．整体性是起动系统的重要特性

C．组成起动系统的各部分是相关的 D．起动系统的环境适应性就是动态性

15．分析题 笛卡儿方法论的主要观点是把复杂的问题分割成若干个简单的问题进行分析处理。他的理论对西方近代科学的飞速发展起到了巨大的促进作用。但直到阿波罗号登月工程的实施，科学家才发现，有的复杂问题无法分解，必须以复杂的方法来对待，因此导致系统工程的创生。请你用系统的观点分析，笛卡儿的方法论主要违背了系统理论中的什么原则。

二、拓展题

16．时钟由于运行时间久，内部齿轮磨损，动力不足，就会产生报时的偏差。这说明系统是（ )

A．动态的 B．综合的 Ｃ．适应环境 D．稳定的

17．时钟结构中的任何一个齿轮的损坏都会影响时钟的正常功能，这说明( )

A．要素决定系统 B．要素发生变化．影响整体功能

C．系统是各要素之和 D．整体功能大于各要素功能之和

18．某公司为了节约能源，计划设计一个在冬天能够供热而在夏天能降温的地热泵技术系统，如图。该系统主要由地热泵、地下管道、冷热输出器及控制器组成。该公司在设计中不需要首先考虑的是( )

A．查阅国外地热泵技术系统的相关资料

B．实现热泵技术的可行性

C．系统的科学性

D．系统装置进行技术试验

19．新研制的汽车下线后，必须用检测系统进行完整的检测。该检测系统是指( )

A．管理部 B．技术部门 Ｃ．检测设备 D．检测流程

20．“二战”期间，美军的运输船要通过日军控制的海域，有被日本空军击沉的危险。

如果在运输船上时装高射炮，可以使日军的飞机不敢低空飞行，从而有效降低被击沉的可能性，但由于加装高炮后会使每艘船的运输量减少，客观上运输船通过该海域的频次不得不增多，这义将增加被击沉的可能性。这个事例可以说明，系统优化的实现需要( )

A．减少约束条件 B．降低目标函数 C．降低影响因素 D．综合各种因素

2l．评价题 某中学生对自己家里的分离式水龙头(注：此水龙头主要用在公

共场所，水龙头的旋扭部分与阀门部分可以随意分开，如图)进行仔细的观

察、分析、研究后．结合挂锁与钥匙的结构特点(锁开时不能取出钥匙，锁

合时才能取出钥匙)，发明了“锁式活动水龙头”。这种水龙头突出的优点是：

当拔出旋钮时水龙头必然关闭水阀，如果正常使用时，则旋钮无法与龙头

分离。这种设计有效地解决了因为停水时不知道阀门是否关闭(旋扭已经被

取下)而造成大量水的浪费。

请结合系统的“整体性、相关性和目的性’’三个特性对该“锁式活动水龙头”系统进行评价。

22．分析题 从挂锁这个系统实例，来分析系统的整体性、相关性、目的性、动态性和环境适应性五个基本特性。

【资料】铁挂锁主要是由锁芯、弹子、锁舌、钥匙构成。锁芯和锁体之间有一排

等径的小孔，每个小孔中装有两只弹子，上面加弹簧。当钥匙插入时，每个孔中的两

个弹子正好分在锁芯和锁体之间的结合面两边，从而带动锁舌滑动，锁也就打开了。

当钥匙拔出或插入别的钥匙时．弹子在弹簧和钥匙的作用下参差不齐地穿插在锁芯和

锁体之间的结合面上，因此，锁芯不能转动，锁也就打不开了。所有的弹子只要有一

个蹩在锁芯和锁体之间的结合面上，锁就打不开。

23．巴蜀中学李双江、陈力维两位同学在第22届重庆市青少年科技创新大赛中展出了“交通信号夜间工作系统”，如图。发明者认为，深夜里信号灯的“黄闪”，车辆和行人都可以通过．对双方都不安全。而他们设计的系统，就是在红绿灯前一定距离的路面上安装地感线圈的同时，在斑马线两边装上红外线探头。红外线探头的作用就是感应是否有人在等待通过红绿灯。当地感线圈感应到有车辆过来时，如果红外线探头也感应到有人在等待通过红绿灯．它便会通过电路等设施，将信号传输到红绿灯，此时便会亮起红灯，并响起“请快速通过”的语音提示。而红灯亮的时间会根据斑马线的长短来设定。如果没有人等待通过， 车辆就会在红绿灯下“畅通无阻”。请简要对该系统进行分析，指出该系统在具体控制过程中的不足．从而提出新方案对该系统进行优化设计。

专题七 系统与设计

1 A 2 D 3 D 4 D 5 C 6 D 7 A 8 C 9 D l0 D l1D 12 C 13 C 14 D

l5.笛卡尔的方法论主要观点是把复杂的问题分割成若干简单的问题进行分析处理，他这种理论主要违背系统论中的：(1)整体性原则：系统分析首先着眼于系统整体要先分析整体，再分析部分。把组成系统的各要素分析，也就无视系统的最大性质：整体性的存在、 (2)相关性原则：系统的各要素是相互联系，相互影响．相互制约的，如果抛开系统的相关性，那么也就无法得到系统的统一性．笛卡儿把复杂问题分割成若干简单问题，就无视这种相关性的存在。 (3)科学性原则：把-

一个整

通用技术,系统与设计,实例(三)
通用技术《控制与设计》单元设计

表3-1 主题单元设计模板

一、控制是普遍存在。

用一些典型的、生活中的例子让学生了解控制是普遍存在，对控制有初步的认识，打破其神秘感。 现代社会中的例子：

生产、生活中的例子（图片） 古代社会中的例子： 案例1：大禹治水（图片）

问题：大禹治水过程中，通过什么手段实现治理好水患的目的？ 答案：通过“疏通河道，泄洪为主” 手段实现治理好水患的目的。 案例2：木牛流马：

据研究：木牛和流马是汉代独轮手推车的两种改进设计，通过改进使人的负重有所减轻。木牛是一种轮子稍小一些的独轮手推车，载重大，前由人拉、后由人推，运行较慢；流马载重小，轮子稍大一些，由一人推，运行速度很快。诸葛亮所说“木牛流马”应是比喻它们运行的灵便程度和载重量的大小：木牛行动较

学习活动设计（针对该专题所选择的活动形式及过程）

笨而慢，像牛；流马行动敏捷而快，像马。不是说它们外形像牛像马。 目的：帮助军队运送战略物资。 案例3：希罗自动门（图片）

希罗自动门的相关材料见教参P66或江苏版P107。 希罗自动门说明了什么道理？

道理是：利用气压和液压动力装置，实现自动开门、关门。

总结：事物发展的结果可能是人们预先期望的，也可能与预期的目标不相符，甚至是不希望得到的。如果人们想达到某一特定的目的，就必须运用适当的手段来实现。 那么，运用什么手段来实现呢？ （引入控制的概念） 二、控制的涵义

控制是根据自己的目的，通过一定的手段使事物沿着某一确定方向发展的行为和过程。

结合事例（用音乐喷泉的事例），重点阐明控制的对象是什么；控制要达到什么目的；采取什么控制手段。 [探究活动]

请同学们说说你在生活学习中所见到的应用控制的事例。 如：

学校：学校的音乐铃声、多媒体教学系统、足球场草地自动喷淋系统、体育馆的自动伸缩坐椅等。 家庭：冰箱、电饭煲、微波炉等。

社会：交通信号灯、电子警察、电梯、程控电话交换机等 三、控制的分类

从控制过程中人工干预的情形来分：

•人工控制：人工纺纱、普通自来水龙头，旋转按钮打开电灯、驾驶汽车等；

•自动控制：数控机床、饮料自动装罐生产线、花房恒温控制、十字路口红绿灯的转换等 按照执行部件的不同，控制分为：机械控制、气动控制、液压控制、电子控制等 对于自动控制

通用技术,系统与设计,实例(四)
通用技术教学设计

通用技术教学设计

汉中市2327学校

【课 题】 系统的结构（第一课时）

【教 材】 通用技术-《技术与设计2》必修2

【教 师】 大 地

一、教学目标

1. 知识与技能

理解系统的含义和基本类型。

理解系统的基本特征。

2. 过程与方法

能对简单系统的进行应用案例分析。

3.情感态度和价值观

学会用整体的、互相联系的系统的观点看待和解决问题。

二、教学重点：系统的含义，系统的构成

三、教学难点：系统的基本特性。

四、教学方法：讲授、讨论、辩论。

回忆所学过系统的知识→指导学生阅读→教师总结→案例分析→复习巩固

五、设计思想

1. 教材分析

本单元以“系统”为研究对象，集中了“系统、子系统、优化、系统分析、系统思维”等许多核心概念和“结构决定功能、系统优化” 1

等重要的思想和方法。本单元分三节来组织教材内容，它们分别是系统的结构、系统的分析、系统的设计。本节系统的结构包括什么是系统、系统的类型和系统的基本特性三个部分；同学们学完本节后，从应用的角度理解系统的含义。通过简单的系统的案例分析，理解系统的基本特性。建立系统意识，学会运用系统的思想和方法处理问题。

第一节系统的结构包括什么是系统、系统的类型和系统的基本特性三个部分。本节的重要概念是：系统、子系统、整体性。

系统的结构是与系统的功能相对应的，用系统的结构主要基于以下两点：一是系统的结构可以从空间上架构系统的定义、类型和基本特性，涵盖本节的内容；二是系统本身的组成具有一定的结构，其结构是功能的基础，前者决定了后者，结构的变化必然引起功能的变化。

2. 学情分析

学生虽然接触过系统，知道系统这个名词（如人体系统），但实际上并不知道什么是系统。因此，本节是系统教学的入门知识，学习系统的概念、含义及其特性，了解学习系统知识的价值。而对于学生来说较难的是运用理论进行具体的案例分析。因此，如何用系统的基本特性解决有关问题是本节的难点。在教学过程中应多列举学生身边的事例，并加以说明。有条件时可让学生通过讨论（或辩论）的方法解决有关问题。

有人认为，“系统”对于中学生太深奥、枯燥，其实这是误解，本单元尽可能地回避生涩概念，从学生的生活经验出发，通俗地引出系统概念，通过对 “一个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃，三个和尚 2

没水吃”“三个臭皮匠顶个诸葛亮”等谚语的理解，以及很多有趣的案例分析，循序渐进地探讨系统的基本特性、系统的分析、优化和设计，进而培养学生运用系统的思想分析和解决问题的思维方式和能力。

本节从同学们最熟悉的自行车着手，通过认识自行车的组成部分、相互间的联系和它们的功能，学习一些关于系统的基本知识，了解有关系统的基本概念。同时通过多个案例与小试验，帮助同学们理解系统的整体性、相关性、目的性、动态性和环境适应性等基本特性。

六、教学准备：相关的挂图、自行车等实物或模型、课件。

七、教学过程：

（一）引入

“系统”一词是一个经常使用的词汇。课前可请同学们从各大搜索引擎对“系统”一词进行搜索统计，查阅概念、定义。

我们发现，系统似乎看不清，摸不透，有些神秘。那么，什么是系统？它有什么特性？

（从学生日常生活中常见的事情入手，引导学生回想自己的生活体验，让学生谈谈自己的生活经历，他们是如何理解的，要注意引导学生更多的思考和回忆，要渗透“利用情景学习”的教学设计思想。问题的提出是为了激发学生进一步学习的欲望和兴趣。）

在理解系统的含义前，先给学生们讲个故事：我国古代《申鉴时事》中记载的有关用网眼捕鸟的故事。

课堂讨论：

3

（1）上述故事说明了什么？分别造成了什么后果？

（引导学生从多方面去思考和举例来说明故事体现出来的什么思想。）

（2）展示汽车图片，让学生大致了解汽车四大组成部分，教师得出答案，汽车四大组成部分：

①发动机系统 ②底盘系统 ③车身系统 ④电气系统

教师分析汽车组成部分相关系统，缺少其中任何一部分都无法正常行驶。提问：

a.有人说汽车行驶时是车轮在路上滚动，才能行驶，所以人就可以坐在车轮走。

b.有人说汽车行驶时是发动机动力驱驶汽车行驶，所以人可以坐发动机走。

通过对汽车结构的简单分析，得出：汽车行驶不是单一组成部分能完成，各组成部分间要相互作用和依赖，才能使汽车能正常行驶，这就是我们技术中所要学的：用整体的系统的、观点去处理问题。

（二）新课

第一节 系统的结构

1. 系统

教师：系统是什么？如何更深入理解系统？根据学生的知识水平，下面以对“自行车”的结构分析，来更深理解系统和子系统的概念。 展示自行车实物。

4

教师：自行车是同学们最常用的交通工具，提问学生，自行车由哪些构件组成。

学生：（略）

总结学生回答问题的基础上，由教师照实物再详细讲解。 并在讲解过程中重点分析各组成构件间的关系（相互作用、相互联系、相互制约）然后得出“课件”中系统的定义。由此提出相互概念： 系统：相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约的若干要素或部分组成的具有特定功能的有机整体。

子系统：子系统是相对于大系统而言的，它是大系统中相对独立且具有一定功能的组成部分。

要素：指构成系统的最主要的元素。

教师介绍了相关概念后，让学生回过头来进一步对自行车进行分析，并能区分出自行车整车系统中的各子系统（最好让学生按照实物进行子系统分析）。

学生分析：（略）

教师根据部分同学的分析进行总结，强调对系统正确分析的重要性，要改进产品、提高产品的质量就必须正确分析系统的结构及其在整个系统中的作用。

形成系统必备的三个条件：

（1）至少要有两个或两个以上的要素（部分），这些要素（部分）可以是组件、零件、个体，也可能是子系统。

（2）各要素之间相互联系、相互作用，有一定的结构。 5

通用技术,系统与设计,实例(五)
[通用技术必修 技术与设计2]《系统与设计》学案

《系统与设计》学案

“系统”一词是一个经常使用的词汇，各大搜索引擎对“系统”一词的搜索统计，可是我们仔细想想，好

多系统我们似乎看不清，摸不透，有些神秘感！那么，什么是系统？它有什么特性？

【学习目标】

1、从应用的角度理解系统的含义。

2、通过简单的系统的案例分析，理解系统的基本特性，初步掌握系统分析的基本方法。

3、理解系统优化的意义，能结合实例分析影响系统优化的因素。

4、通过简单的系统设计案例的分析，初步学会简单系统设计的基本方法。

5、确定一个生活或生产中的简单对象，根据设计要求完成系统的方案设计。

【知识整理】

一、从应用的角度理解系统的含义。

先思考两个故事：

我国古代《申鉴 时事》中记载的有关用网眼捕鸟的故事。

法国雕塑家罗丹关于《巴尔扎克的雕像》的传说。

【讨论】这两个故事说明了什么？ 分别造成了

什么后果？ 再来看，下列实例那

些是系统那些不是系统：

塑料大棚 、一支球队、一个原子、一辆自行车、一片湖泊、一只小熊、手表、缝纫机、 一片森

林、智能大楼 、 一架飞机、手机

总结：

那么现在大家根据以上的例子跟故事来总结系统的含义：

1、系统的含义：

由相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约的若干要素或部分组成的具有特定功能的有机整体。

2、构成系统的三要素：

（1）

（2）

（3）

台灯：由那些部分组成？ 它的功能是什么？ 它的组成

部分是否具有台灯整体的功能？

自行车：由那些部分组成？ 它的功能是什么？ 它的组成部

分是否具有台灯整体的功能？

3、自行车由传动系统；制动系统；承重系统；方向控制系统等等组成，这说明一个系统内部可以有罗干

的 组成，而传动系统又有脚蹬、链轮、链条等组成

4、系统的分类 系统可按不同的标准和需要来分类：

（1）人体系统 系统；城市系统 系统

（2）自行车的传动系统 系统；计算机的操作系统 系统

（3）氨气的合成系统是 ，生态系统是 系统。

（4）简单系统

复杂系统

（5）黑色系统

白色系统

二、通过简单的系统的案例分析，理解系统的基本特性，初步掌握系统分析的基本方法。

请同学们说出下列谚语或实例中所蕴涵的科学道理

（1）人们往往希望汽车跑得又快又省油，但车速过快会格外耗油，有个折中的最适当的速度叫经济速度，

最省油。

（2）过度发展畜牧业，导致绿洲变成荒漠。

（3）一个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃，三个和尚没水吃。

（4）三个臭皮匠顶个诸葛亮。

（5）要经常给机械手表上链，即拧发条。

（6）春捂秋冻 、舍卒保车 、弃车保帅 、 三个臭皮匠顶个诸葛亮 、人心齐，泰山

移 、唇亡齿寒 、皮之不存，毛将焉附 、水能载舟，亦能覆舟 、上行下效 、

多米诺效应 、用进废退 、蝴蝶效应

总结：

系统的基本性质

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（1） 是系统的最基本特性，也是观察和分析系统最基本的思想和方法。

（2）系统的任何一个要素或部分发生变化或出现故障时，都会影响到其他要素（部分）或整体的功能的

发挥，这是系统的 特性。

（3）相关性指

（4）目的性指 这是区别不同系统的标志。

（5）环境适应性指

（6）动态性指

（7）层次性

系统的思想 ：

系统分析的基本方法：

系统分析的步骤：

思考：下列的事例体现了系统的什么特性？

（1）任何一个机械传动系统的零件之间都会有磨损，为了保持系统的性能，必须定期给零件添加润滑剂

或更换零件

（2）竹子开花，大量熊猫死亡

（3）地球包含于太阳系，太阳系又包含于银河系。

理解系统优化的意义，能结合实例分析影响系统优化的因素。

三、理解系统优化的意义，能结合实例分析影响系统优化的因素。

系统优化

系统优化的意义

系统优化的一般性步骤

系统优化的影响因素：

1、

2

3

4

最优化方法：

最优化的原则：1、

2、

3、

最优化的一般步骤：

系统设计的基本原则：

知识练习检测

一、选择题：

1、一棵大树是一个系统，它属于（ ）

A、抽象系统 B、开放系统

C、静态系统 D、人造系统【通用技术,系统与设计,实例】

2、系统的基本特性包括（ ）

A、整体性、先进性、相关性、目的性、层次性、动态性

B、整体性、可靠性、目的性、环境适应性、层次性、动态性

C、整体性、相关性、目的性、环境适应性、层次性、动态性

D、整体性、开放性、实用性、可靠性、层次性、动态性

3、飞机在空中飞行时，时常受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，保持平稳飞行。

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

4、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、部分和整体之间不仅相互关联，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。

5、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

6、一堆沙子、钢筋、水泥等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

7、下面那一种做法可能使学习系统优化（ ）

A、学习目标定的高出实际水平很多

B、以一种学习方法为主，且根据不同科目动态调整

C、课本是最接近大纲的，也包括了所有最典型的例题跟练习题，所以只用课本学习即可，不用任何的参

考资料

D、学习成绩一般基础不牢，购买大量价格昂贵的学习资料用于提高自己的学习

8、系统优化的意义（ ）

A、获取系统的最佳效益或最佳功能

B、改善系统的环境

C、调整系统的结构

D、改变系统的特征

9、在比较水稻一年种两季还是三季产量才会高时，有人说三三进九不如二五一十，这体现了系统的（ ）

分析方法。

A 目标分析 B任务分析 C定性分析 D定量分析

10、原来，冬天的时候为了保暖，我们经常在窗子上贴一层薄膜，而在夏天时我们就换上纱窗，这体现了

系统设计的（）原则

A整体性原则 B动态性原则 C综合处理的原则 D人性化设计的原则

11、赵明同学家所在街道的人行道路在一年内进行了铺设通讯线路、煤气管道、下水管道修理三次施工，

给市民带来了生活的不便，这说明对于道路的改造不符合系统设计的（）原则

A整体性原则 B动态性原则 C综合处理的原则 D人性化设计的原则

12、在我们的生活中，人们经常需要对很多技术产品不断进行改进，以满足不同人群的需要，那么空调器

从普通的定频空调发展到节能和制冷快的变频空调，属于下列优化原因的什么优化：（ ）

A专业化带来的优化、

B联合、 协作产生的优化、

C创新、革新产生的优化、

D新的投入产生优化

二、非选择题：

1 、一个人一天不吃饭，也不喝水，在这段时间内，我们可以把人体系统看作一个封闭系统（ ）

2、制定的优化目标是否适度，是影响系统优化的一个重要因素（ ）

3、坚持系统的整体最优化，是系统优化的原则之一（ ）

4、对一个系统进行优化，往往只需要改进或完善系统中某一结构即可（ ）

5、系统是一个整体，他是各个要素简单相加（ ）

6、“木桶理论”认为，木桶的盛水量取决于最短的那一块木板的长度。请用系统的观点解释。

7、“泰坦尼克”号油轮，在当时该油轮各项技术性能是世界最先进的。但是为什么触冰后会沉没？这说明

系统具有（ ）性，轮船撞上冰山，山给予轮船的是一种（ ）力，轮船之所以沉没说明所用材料的（ ）

性能不好，在制作轮船的过程当中我们可以通过（ ）来预测它的这种性能，在实验过程中我们将用到（ ）

系统分析方法，这种实验属于（ ）实验，还属于（ ）实验 ，轮船属于（ ）结构，轮船稳定性的

主要原因（ ）。

错题整理及反思：

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