北京第二十四中學(xué)高中通用技術(shù)技術(shù)與設(shè)計22

1、二十四中教學(xué)案例紙課題名稱系統(tǒng)的分析2課時課標(biāo) 要求通過簡單的系統(tǒng)案例分析,理解系統(tǒng)的根本特性,初步掌握系統(tǒng)分析的根本方法. 理解系統(tǒng)優(yōu)化的意義,能結(jié)合實例分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素.考綱 要求能運(yùn)用系統(tǒng)分析的根本方法對生活、學(xué)習(xí)、工作中遇到的問題進(jìn)行科學(xué)合理的分析,并提出優(yōu)化的方案.教學(xué)目標(biāo)知識與能 力、過程與 方法、情感 態(tài)度價值觀1 .知識與技能：1通過簡單的系統(tǒng)案例分析,理解系統(tǒng)的根本特性,初步掌握系統(tǒng)分析的根本方法.2理解系統(tǒng)優(yōu)化的意義,能結(jié)合實例分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素.2 .過程與方法：能運(yùn)用系統(tǒng)分析的根本方法對生活、學(xué)習(xí)、工作中遇到的問題進(jìn)行科學(xué)合理的分析,并提出優(yōu)化的方案.3 .情

2、感態(tài)度價值觀：樹立系統(tǒng)分析問題的觀念,培養(yǎng)系統(tǒng)分析的觀點. 提升學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng), 增強(qiáng)面對技術(shù)世界的信心以及個人、社會、環(huán)境的責(zé)任心.教學(xué)重點理解系統(tǒng)根本特性及系統(tǒng)優(yōu)化的意義,能結(jié)合案例分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素.教學(xué)難點系統(tǒng)分析的根本方法和系統(tǒng)優(yōu)化,能遷移到日常生活中,并靈活的運(yùn)用.教法 運(yùn)用為了充分的表達(dá)教師的主導(dǎo)地位和學(xué)生的主體地位,在教學(xué)中把知識點的學(xué)習(xí)置于具體的情景中,通.過豐富的案例分析把平日的熟悉從日常生活中提升到理性分析的思 維上.在教學(xué)中要根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,由淺到深,由易到難,以回想一一分析一一歸納一一遷移為主線,組織教學(xué).鼓勵學(xué)生進(jìn)行自主探究式的學(xué)習(xí)方法,交流討論、歸納,要有

3、團(tuán)結(jié)合作的意識.明確技術(shù)離不開生活.要想真正的把技術(shù)這一學(xué)科掌握好, 必須把學(xué)到的知識遷移到生活 實際中去,要帶著問題走進(jìn)課堂,再從課堂中走進(jìn)社會、走進(jìn)生活的環(huán)境中.教學(xué)背景分 析教材分 析、學(xué)生分 析?系統(tǒng)的分析?是選自普逋高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書?通用技術(shù)一一技術(shù)與設(shè)計2?.本書主要學(xué)習(xí)系統(tǒng)分析的根本特征、根本方法,并對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,本節(jié)課是課標(biāo)的重點要求,是系統(tǒng)設(shè)計的根底, 以系統(tǒng)分析的根本方法指導(dǎo)簡單的系統(tǒng)設(shè)計,提高系統(tǒng)的有序性和整體運(yùn)行效果,這樣才能使系統(tǒng)設(shè)計獲得整體的最正確效益,通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),學(xué)生會了解技術(shù)設(shè)計的一些文化內(nèi)涵,能歸納技術(shù)設(shè)計中的一些思想和方法,并把它們遷移到日常的

4、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(xué)會對事件的理性分析和科學(xué)決策.通過上節(jié)課的學(xué)習(xí),學(xué)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(xué)內(nèi)容和生活經(jīng)驗,涉入本節(jié)課的難度不是很大.課前準(zhǔn)備典型案例及圖片的搜集,課件制作.一引入復(fù)習(xí)：系統(tǒng)的根本特性有那些？整體性、相關(guān)性、目的性、動態(tài)性、環(huán)境適應(yīng)性過渡：在日常生活中,每個人都會面臨選擇、面臨決策,那么決策方法有那些呢？1決策方法有經(jīng)驗決策和科學(xué)決策；系統(tǒng)分析是一種科學(xué)決策的方法.第二節(jié)系統(tǒng)的分析二)新課教學(xué)：1 .什么是系統(tǒng)分析：為了發(fā)揮系統(tǒng)的功能,實現(xiàn)系統(tǒng)的目標(biāo),運(yùn)用科學(xué)的方法對系統(tǒng)加以周詳?shù)目疾?、分析、比擬、試驗,并在此根

5、底上擬定一套有效處理步驟和程序,或?qū)υ瓉淼南到y(tǒng)提出改進(jìn)方案的過程,就是系統(tǒng)分析.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,全面地思考和解決完問題.案例分析：漢字激光照排系統(tǒng)系統(tǒng)思考：在漢字照排方案的決策中, 系統(tǒng)的整體目標(biāo)是什么？你認(rèn)為王選進(jìn)行決策的依教學(xué)過程據(jù)主要有哪些？1 1) 一是漢字字型信息量大,要解決字型信息量壓縮的問題；二是漢字的字型信息壓縮后存入計算機(jī),需要將其快速復(fù)原和輸出.2 2)采取跨越式開展的技術(shù)路線,跨過第二代和第三代照排系統(tǒng),直接研制第四代激光照排系統(tǒng).講解本案例主要是讓學(xué)生明白到漢字激光照排對我國印刷、出版、傳媒等眾多部門

6、的重要性,同時也讓學(xué)生知道本項技術(shù)是我國的技術(shù)水平已經(jīng)到達(dá)國際先進(jìn)水平.3 .系統(tǒng)分析的一般步驟：系統(tǒng)分析的出發(fā)點為了發(fā)揮系統(tǒng)的整體功能, 目的是尋求解決問題的最正確決策, 而生 產(chǎn)和生活中的一些問題,往往存在著許多相互關(guān)聯(lián)和一些不確定的因素,所以最正確決策只是在假設(shè)干方案中尋求的相對令人滿意的方案.系統(tǒng)分析的一般步驟可以描述為：明確問題,設(shè)立目標(biāo)一收集資料,制定方案一分析計算,評價比擬一檢驗核實,作出決策明確問題,設(shè)立目標(biāo)：明確要研究問題的性質(zhì)和范圍,提出所要到達(dá)的目標(biāo),明確約束條件.收集資料,制定方案：收集相關(guān)資料,制定解決問題的各種備選方案,預(yù)計可能產(chǎn)生的各種結(jié)果.分析計算,評價比擬：對

7、資料和數(shù)據(jù)做必要的計算,進(jìn)行各子系統(tǒng)的分析,再進(jìn)行系統(tǒng)的整體分析,將各種方案進(jìn)行評價比照,選擇最正確方案.檢驗核實,作出決策：如果對制定的方案不滿意,還可按上述程序反復(fù)進(jìn)行,直到獲的滿意為止.案例分析：田忌賽馬思考：1)田忌與齊王的三局賽馬可以有哪幾種方案？2)孫臏所出的主意,為什么能使田忌贏了齊王？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(jìn)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(jié)果以二比一贏了齊王.在以上各方案中,齊王與田忌的賽

8、馬結(jié)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??；或是某種性能不理想等等.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,也不可能對所有方 案進(jìn)行全面比擬,漫無邊際地去研究所有方案,無論在時間上還是人力上都急據(jù) 令金 & &叁心 感卻金叁不允許,運(yùn)用科學(xué)的方法就更為重要,缺乏資料,缺少對資料的科學(xué)計算和分析,只靠拍腦袋無法尋找到最優(yōu)方案.田忌賽馬能轉(zhuǎn)敗為勝

9、的主要原因：田忌賽馬能轉(zhuǎn)敗為勝與馬、 孫臏、田忌、齊威王這四個因素有關(guān), 他們是缺一不可的.但主要是由于孫臏的原因.1：明確問題,設(shè)立目標(biāo)問題：跑馬比賽,目標(biāo)：取得比賽勝利,約束條件：三匹馬參加比賽,每匹馬比賽一次.2:收集資料,制定方案田忌的賽馬共有6種方案：田忌齊士田忌齊士(1)上馬：上馬(2)上馬：上馬中馬：中馬中馬：卜馬下馬： 下馬下馬：中馬(3)上馬：中馬(4)上馬：中馬中馬：下馬中馬：上馬下馬： 上馬卜馬：卜馬(5)上馬： 下馬(6)上馬： 卜馬中馬：上馬中馬：中馬下馬：中馬下馬： 上馬3:檢驗核實,作出決策各種方案的比賽結(jié)果：4:分析計算,評價比擬選擇適宜的馬的出場順序.過渡：運(yùn)

10、用系統(tǒng)分析的方法處理具體問題時要遵循系統(tǒng)分析的主要原那么.3 .系統(tǒng)分析的主要原那么整體性原那么、科學(xué)性原那么、綜合性原那么三個主要原那么.1系統(tǒng)分析首先著眼于系統(tǒng)整體,要先分析整體,在分析局部；先看全局,后看局部； 先看全過程,再看某一階段；先看長遠(yuǎn),再看當(dāng)前.案例分析：丁謂修復(fù)皇宮想一想丁謂修復(fù)皇宮的方案為什么會成為我國古代運(yùn)用系統(tǒng)思想和方法的著名范例？本案例是講解系統(tǒng)整體性的一個著名案例,丁謂運(yùn)用了系統(tǒng)分析的根本方法.首先 著眼于系統(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(yuǎn),再看當(dāng)前.把燒磚、運(yùn)輸建筑材料和處理廢墟三項繁重的工程任務(wù)看成一個

11、整體中的相關(guān)局部,加以協(xié)調(diào)處理,從而找到獲得最正確效果的方案,節(jié)省了大量勞力、費(fèi)用和時間 ,一舉三得.馬上行動：p079請分析這一事件的問題所在,你認(rèn)為怎樣處理更為合理？2)科學(xué)性原那么系統(tǒng)分析一方面要有嚴(yán)格的工作步驟,另一方面盡可能地運(yùn)用科學(xué)方法和數(shù)學(xué)工具進(jìn)行定量分析,使決策的過程和結(jié)果更具說服力.閱讀：優(yōu)選法華羅庚院士他是中國解析數(shù)論、 典型群、矩陣幾何學(xué)、自守函數(shù)論與多復(fù)變函數(shù)論等很多方面研 究的創(chuàng)始人與開拓者.優(yōu)選法是快速尋找最正確方案的科學(xué)方法.具體的優(yōu)選法有很多,如黃金分割法、分?jǐn)?shù)法、對分法等.黃金分割法也稱0.618法.“黃金分割具有很高的使用價值,其中最著名的例子就是優(yōu)選學(xué)中的

12、“0.618法,該方法于70年代在我國得以推廣,并取得了很大的成就.在社會主義市場經(jīng)濟(jì)中, 科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ㄍ苡惺掳牍Ρ?在經(jīng)濟(jì)、金融中已得到廣泛應(yīng)用,形成“用科學(xué)的方法指導(dǎo)實踐,在實踐中驗證科學(xué)的良性循環(huán).我國著名數(shù)學(xué)家華羅庚在應(yīng)用 優(yōu)選法應(yīng)用做出杰出奉獻(xiàn).(1) “兩面針牙膏：采用優(yōu)選法科學(xué)生產(chǎn)大幅度降低鋁材消耗,每年節(jié)約鋁材幾噸；結(jié)果打了 3年漂亮仗.(2)著名數(shù)學(xué)家華羅庚教授在他晚年時,在全國講學(xué),介紹他的優(yōu)選法.當(dāng)時廣東有5個水泥廠,經(jīng)過優(yōu)選法的改進(jìn), 生產(chǎn)出6個水泥廠的產(chǎn)量,少建 1個水泥廠,這 個奉獻(xiàn)就很大.這就是說知識、健康帶來的財富,可以估算的和不可估算的都是很巨 大的.(

13、3)優(yōu)選法使得新西蘭培育出世界上最好的肉牛和奶牛.為了開展羊毛和肉類生產(chǎn),新西蘭采用先進(jìn)的培育技術(shù),改進(jìn)當(dāng)?shù)匮蛑坏钠贩N,使其具有國外引進(jìn)種群的特殊優(yōu) 點.如在煉鋼時需參加某種元素來增加鋼材強(qiáng)度,假設(shè)將試驗點取在這一元素用量區(qū)間的0.618處,獲得理想用量的試驗次數(shù)將大大減少.實驗證實,對一個因素的問題,用優(yōu)選法做16次試驗,就可到達(dá)“對分法做2000余次試驗的效果.3)綜合性原那么注重研究系統(tǒng)各局部之間的相互聯(lián)系和相互作用,既注重研究各局部間的橫向聯(lián)系, 也注重研究各局部間的縱向關(guān)系.系統(tǒng)分析總是為實現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)效勞的,應(yīng)將目標(biāo)排除優(yōu)先次序, 首先選取最優(yōu)先的目標(biāo),然后盡可能在不損害第一目標(biāo)的前

14、提下完成下一個目標(biāo),這就需要綜合分析、 統(tǒng)籌兼顧、不可顧此失彼.系統(tǒng)分析還需要考慮設(shè)計方案出臺所帶來的后果.例建廠后帶來的環(huán)境污染、生態(tài)平衡破壞、水土流失某些情況下,綜合假設(shè)干方案的優(yōu)點,會取得意外效果.例中西醫(yī)結(jié)合治療了許多疑 難雜癥案例分析：p080根據(jù)以上內(nèi)容,你認(rèn)為孝襄高速公路的設(shè)計應(yīng)該綜合考慮那些目標(biāo)？1當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)多樣性.2減少投資.過渡：我們做任何事情都希望到達(dá)最優(yōu)化的效果.如希望以最小的本錢獲得最大的利潤,以最短的工期完成更多的工程量,以最少的能耗生產(chǎn)更多的產(chǎn)品,在單位上面積上盡可能提升農(nóng)業(yè)產(chǎn)量.那么如何進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化？4 .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

15、或約束條件下,根據(jù)系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo),采取一定的手段和方法,使系統(tǒng)的目標(biāo)值到達(dá)最大化或最小化.不同的目標(biāo),對應(yīng)著不同的優(yōu)化結(jié)果.案例分析：p081你認(rèn)為在你所在地區(qū),可采取那些提升農(nóng)作物產(chǎn)量的舉措？農(nóng)作物種植系統(tǒng)的優(yōu)化一一農(nóng)業(yè)間作套種.目的：實現(xiàn)增產(chǎn)、增收、提升土地的利用率.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(shù)水平田間治理病蟲害防治對產(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(jìn)也是一項優(yōu)化技術(shù),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(qiáng)度

16、、隔熱隔音效果的同時,節(jié)省了材料.飛機(jī)口制造中大量使用復(fù)合材料來減輕重量,提升了飛機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、飛行性能、節(jié) 省燃油等.上例中,優(yōu)化的目標(biāo)是增產(chǎn)增收和提升土地的利用率,這一目標(biāo)與土地的單位面積農(nóng)作物收益總和之間的關(guān)系就稱為目標(biāo)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(shù)水平、 套種的田間治理、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(biāo)函數(shù)產(chǎn)生顯著影響,并且可以認(rèn)為調(diào)節(jié)的因素.進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化應(yīng)考慮的三個要素：目標(biāo)與目標(biāo)函數(shù)：目標(biāo)與收益總和之間的關(guān)系約束條件：對目標(biāo)函數(shù)起限制

17、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).對于比擬復(fù)雜的系統(tǒng), 人們對其特征了解不夠, 所以需要運(yùn)用一定的數(shù)學(xué)的手段描述 它,進(jìn)而找到適宜的解決方案.2數(shù)學(xué)建模用數(shù)學(xué)公式或圖表等描述客觀事物的特征模型,稱為數(shù)學(xué)模型.案例分析：p081利潤問題三個要素目標(biāo)：家具銷售獲取最大利潤約束條件：材料、勞動力、合一同影響因素：椅子數(shù)量 x1、桌子數(shù)量x2 .決策變量 建立關(guān)系：目標(biāo)函數(shù)：Smax=50x1+60 x2約束條件：4x1+6 2W600 材料20 x1 + 18 x2<400 工時x1>8 , x2 >5 合同最優(yōu)方案：課堂探究：碼頭位置的選擇在江邊一側(cè)有 A、B兩個

18、廠,它們到江邊的距離分別是2km和3km,設(shè)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(yīng)建在什么位置,才能使運(yùn)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(xué)模型為：Smin=AC+BC最正確方案：碼頭建在與A廠到江邊垂直距離位置相距1.4km處,運(yùn)輸路線最短.3最優(yōu)化方法1運(yùn)用數(shù)學(xué)模型求解.能夠通過優(yōu)化建立數(shù)學(xué)模型的,得到的解就是最優(yōu)解2通過科學(xué)的估算、試驗實現(xiàn)不能夠確切描述目標(biāo)函數(shù)的,通過推算或推斷得到 滿意解為使系統(tǒng)到達(dá)最優(yōu)的目標(biāo)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

19、無論運(yùn)用怎樣的優(yōu)化方法, 都需要經(jīng)過假設(shè)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,取得最正確的經(jīng)濟(jì)效果,而投入的人力、物力、財力到達(dá)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(biāo)：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(shè)備數(shù)量、治理水平你還能想到什么方案？綜合分析各種方案,你認(rèn)為最合理的方案是哪一種？【案例】：阿拉斯加原油輸送方案(1)明確問題,設(shè)立目標(biāo)任務(wù)：由阿拉斯加?xùn)|北部的普拉德霍灣油田向美國外鄉(xiāng)運(yùn)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(dá)-50 C.當(dāng)前采用的一般方案：方案1由海路用油