第三单元 系统与设计

第三单元系统与设计第一节系统的结构一、教学内容分析：本单元以系统为研究对象，既是前两个单元内容的延伸和一定程度上的综合，又是最后一单元的基础。本单元集中了很多核心概念和重要的思想和方法，学好本单元可以使学生运用系统的思想与方法，学好本单元可以使学生运用系统的思想与方法处理和研究问题，使学生掌握分析、设计系统的基本方法和步骤。本单元是本册教材的重要内容之一。这单元的内容分别是“一、系统的结构”、“二、系统的分析”、“系统的设计”。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；第二节“系统的分析”包括系统分析及其一般步骤和系统的优化两部分；第三节“系统的设计”主要是从系统设计应考虑的问题和一般步骤出发，对简单系统进行设计的内容。本节课的内容主要是理解什么是系统，系统的类型以及系统的基本特性。这些概念抽象，学生理解起来有些困难，因此应从系统的应用角度来理解系统的含义。通过看得见，摸得着的简单案例来进行分析，理解系统的概念与基本特性。二、教学对象分析：学生在学习了系统后，很想继续了解系统的特性。课本的理论知识学生可通过阅读、讨论等方法理解，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。让学生充分参与到教学中来，做学习的主人。三、目标：1.知识与技能：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。2.过程与方法：通过讨论，案例分析，掌握系统的基本特性，构成系统的基本思想。3.情感态度价值观：初步认识系统，感受系统科学的魅力。四、教学重难点：1.教学重点：1）系统的构成。2）系统的基本特性。2.教学难点：应用系统的基本特性分析问题。五、教学概述：本章的教学结合具体的教学内容采用“生活体验—问题提出―教学内容—案例分析―练习巩固―总结提升”的模式展开。在教学中把概念含义的学习置于具体的问题情景当中，通过丰富的案例使学生从生活体验到理性分析的思维升华过程。同时关注学生能否用不同的语言表达、交流自己的体验和想法。通过富有吸引力的现实生活中的问题，使学生回想和分析具体的生活案例，激发学生的好奇心和主动学习的欲望。让学生本着“回想—联想—猜想”的思维过程，对教学内容进行步步展开，使学生亲历自主探索和思维升华的过程。鼓励学生自主探究和合作交流，引导学生自主观察、总结，在与他人的交流中丰富自己的思维方式，获得不同的体验和不同的发展。2课时。六、教学器材：多媒体、挂图七、教学过程：一）引入新课：过渡：在日常的生活中，系统存在于我们的周围，下面请同学们，观察以下几幅图片，通过观察，初步总结系统的含义。多媒体展示：选取汽车、太阳系、人体的呼吸系统等多个案例，让学生充分感受系统的表象，进而总结出系统的含义。二）新课教学：1.什么是系统？教师：系统到底是什么？如何更深入理解系统？下面我样以对“自行车”的结构分析，来更深理解系统和子系统的概念。屏幕上展示自行车。思考：1)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。车架、车把、鞍座、前叉、脚蹬、链轮、车闸等主要部件组成。2)它们的作用：车把的作用：控制车的方向。脚蹬的作用：将人脚踩的力传递到链轮链条上。链轮和链条的作用：将动力机的运动和动力传递给执行系统的中间装置。前后车轮的作用：当脚踩脚蹬时,带动中轴,使大链轮转动起来经链条传动传给小链轮,再传到后轮,使其转动起来与地面产生摩擦,从而实现前进,而前轮在这时还起到导向作用,还可以起到防振,及地面对轮子的直接影响,又提高了舒适度。车闸的作用：利用摩擦力使得自行车减速或停止。3)结合生活经验和案例，分析当自行车出现下列情况时会导致什么情况？(1)车闸的橡皮松了刹车不灵（自行车将不能减速，更不容易停止，容易发生交通事故。）(2)车把固定螺钉松了方向把不准（车的行使方向不容易控制。）(3)链条断了无法行进（动力将不能传递给执行系统，车子就不能行使。）(4)车轮的辐条断了受力不均容易引起车圈变形（车轮容易变形。）过渡：经过了上面的练习，我们知道，组成系统的某部分出现了问题会影响到系统的整体功能，同时也会引起其他部分的无法正常工作。那这样我们对系统的含义可以总结为：这种由相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约的若干要素（element）或部分组成的具有特定功能的有机整体，称为系统（system）。系统根据一定的标准可划分为若干个子系统（subsystem）。子系统（subsystem）：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。马上行动：自行车的子系统。传动（动力）子系统：由脚蹬、曲柄、链轮、中轴、链条、飞轮等组成。制动子系统：由刹车柄、车闸、连接线等部件组成。承重子系统：由车架、鞍座、车轮等组成。方向控制子系统：车把、前叉上下轴承、前叉等组成。行驶子系统：由前后车轮组成。附设子系统：由前后挡泥板、车后架、车筐、车铃等。系统有大有小，有复杂有简单。对于较大型的系统和比较复杂的系统，根据一定的标准可划分为若干子系统（subsystem）：地球生态系统：海洋生态系统、森林生态系统、陆地生态系统等子系统。交通系统：航空运输系统、铁路运输系统、公路运输系统等子系统。管理系统：生产管理系统、营销管理系统、财务管理系统等子系统。任何系统又是更大系统的子系统。教师：教师根据部分同学的分析进行总结同时强调，对系统正确分析的重要性，我们要改进产品、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。然后，提出组成系统必备的三个条件：（见课件）构成系统，必须具备三个条件：第一、至少要有两个或两个以上的要素（部分）才能组成系统；第二、要素（部分）之间相互联系、相互作用，按照一定方式形成一个整体；第三、这个整体具有的功能是各个要素（部分）的功能中所没有的。马上行动：请指出下列系统分别由哪些要素（部分）组成，并说出相互之间有怎样的联系。系统的名称组成要素（部分）台灯灯座、灯泡、灯罩、电线、开关等学校多媒体教室实物展示台、投影机、电动屏幕、录像机、摄像机、VCD机、展台、音响设备等多种现代教学设备组成。手表表壳、表带、表芯等。缝纫机机头、机座、传动和附件2.系统的类型：1)按系统的规模分：小型系统、中型系统、大型系统和巨型系统2)按组成要素的性质（按人类干预的情况）分：自然系统、人造系统和复合系统。自然系统——原始的系统都是自然系统，如天体、海洋、生态系统等。又如呼唤系统、消化系统、循环系统、免疫系统等。人造系统——如人造卫星、海运船只、机械设备等。又如：交通系统、商业系统、金融系统、工业系统、农业系统、教育系统、经济系统、文艺系统、军事系统、社会系统等等。复合系统——既包含人造系统又包含自然系统。3)按系统与环境的关系分：开放系统、封闭系统和孤立系统。开放系统——是指在系统边界上与环境有信息、物质和能量交互作用的系统。例如商业系统、生产系统或生态系统，这些都是开放系统。在环境发生变化时，开放系统通过系统中要素与环境的交互作用以及系统本身的调节作用，使系统达到某一稳定状态。因此，开放系统常是自调整或自适应的系统.。封闭系统——是一个与外界无明显联系的系统，环境仅仅为系统提供了一个边界，不管外部环境有什么变化，封闭系统仍表现为其内部稳定的均衡特性。封闭系统——的一个实例就是密闭罐中的化学反应，在一定初始条件下，不同反应物在罐中经化学反应达到一个平衡态。注意物理上讲，还有严格划分，往往仅把没有物质来往的系统称封闭系统；而把没有物质、能量和信息来往的称为孤立系统。4)按学科领域就可分成自然系统、社会系统和思维系统；5)按范围划分则有宏观系统、微观系统；6）按状态划分就有静态系统和动态系统；稳态系统和非稳态系统；平衡系统、非平衡系统、近平衡系统、远平衡系统等等。马上行动：请分别列举以下系统的2~3个实例。工业生产方面的系统：工业控制网络系统、工业电视监控系统、光纤工业电视系统、工业除尘系统、工业排风系统、影子系统、清除系统垃圾。农业生产方面的系统：农业生态系统、农业银行系统、生产管理系统、生产率系统。军事方面的系统;导弹跟踪系统、防卫系统。教育方面的系统：远程教育系统、教育评价指标系统、教育电声系统、教育培训系统、教育管理系统、教育信息系统、教育指标系统、教育资源管理系统。阅读：系统论教师进一步提问：若干要素之间是否相对独立？请同学们阅读课文后回答。3.系统的基本特性：系统的基本特性有：整体性、相关性、目标性、动态性、环境适应性。1)整体性：系统是一个整体，他不是各个要素（部分）简单相加，系统的整体功能是各要素（部分）在孤立状态下所没有的。整体性是系统最基本的特性，也是观察和分析系统最基本的思想和方法。例如：自行车条辐的调整，动一条整个车轮都发生改变。（1）美国“阿波罗”计划中的飞船和运载火箭是由700多万个零件组成。这些零件都很普通，甚至没有一个是新研制的，为什么能实现把人送上太空的功能？各部分按照一定的结构组成了系统，从而实现了整体的功能。（2）巴尔扎克的塑像：传说，法国著名雕塑家罗丹曾经给文学家巴尔扎克雕了一座塑像。塑像雕好之后，大受人们的称赞，人们特别对雕像上巴尔扎克的一双手赞不绝口，都说这双手太逼真、太生动了。罗丹听到人们的议论后，却毫不犹豫地从塑像上砍去了这双手。请解释，罗丹这样做的目的何在，雕塑家的这一行为给你以怎样的启示？学生阅读后讨论：让人们看到其它的美所在。不能离开整体去分析任何一个组分，一个系统组织的好不好，就看它的整体功能实现的怎样。罗丹砍去雕塑双手的目的在于使人们注意雕像的整体，而不仅仅是注意这双手。【系统思路】做任何事情都要重视整体效应，必要的时候要舍得抛弃部分而保留整体。中国有一句成语就表达了这个意思：“弃卒保车”。（3）三个和尚的故事说明了什么？“三个臭皮匠顶个诸葛亮”又说明了什么？【系统思路】系统不是各个元素（组分）的简单相加。如果将它们之间的相互联系和相互作用协调好，就能得到“1+12”的效果。反之亦然。辩论：在一个系统中，各要素好，则整体性能是否好？①某球队有的是球星，但他们各打各的，最终这个球队打不赢一支普通的球队。说明了什么？②某校毕业班学生学习很紧张，有一位教师为了提高自己所教学科的成绩，他充分利用自习、晚修等时间给学生补课。请你谈谈他的做法是否正确？为什么？马上行动：1.请举例说明“系统的整体功能大于组成系统的各部分的功能之和”这一论点。系统的名称系统的整体功能各部分的功能呼吸系统完成呼吸，为人体提供氧气传送空气：向肺内运送空气，不能执行气体的交换教育系统能有序的完成整个教育教学工作。学校：直接教育学生，向学生传授知识，但不能形成公平公正的教育机制。水利灌溉系统由水库蓄水、分水闸分配水量、引水渠输水等配合工作，起到灌溉农田的作用。分水闸；按需求分配水量，否则，分配不合理，造成水源的浪费。2.根据系统的整体性特征，解释右表中所列的现象：现象原因“一个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃，三个和尚没水吃。”不符合整体性的原则、各组分之间，组分与整体之间协调的不好，不能形成良好的功能。三个臭皮匠顶个诸葛亮各组分之间，组分与整体之间协调的好，形成良好的功能。一着不慎、全盘皆输各组分之间相互联系、相互作用，任何一个元素或组分的变化都会影响其他元素和组分实现其功能。“弃卒保车”系统有很多的子系统，各子系统之间有一定的层次性，首先要保证主要组分，再考虑次要的。2)相关性：相关性是指组成系统的各个要素之间或整体之间相互作用、相互联系。系统的各组分或元素只要有一个变化都会影响其他元素和组分实现其功能。(1)为了保护草原植被，当地政府颁布了禁止大量捕杀野狼的法令，这是什么道理？狼捕杀羊、野兔等食草性动物，使其数量减少，从而起到保护植被的作用。【系统思路】系统的各个元素、组分的变化会对其他的元素、组分起影响。]相同的道理，为了使野生动物园的羚羊更有活力、生命力更强，可以引