3.3 系统设计的优化与实现 教学设计-2023-2024学年高中通用技术苏教版（2019）必修《技术与设计2》

§3.2 系统分析与设计 第1课时 学 科 通用技术 年 级 高二 班 级 授课教师 章 节 第三章第三节 课题名称 系统分析与设计 课 型 新授课 授课时间 2024年3月1日 课标要求 通过技术探究，分析影响系统优化的因素，并通过对简单系统的设计实践，初步学会简单系统设计的基本方法，增强系统与工程思维的能力。 教学目标（核心素养） 1.结合案例，理解系统优化的意义，掌握影响系统优化的因素。（技术意识） 2.基于“校园雨水的收集和利用系统”，发现新问题，提出新策略，得到优化的新方案。（创新设计） 3. 结合案例学习，体悟系统的思想和方法并加以运用，理解约束条件和影响因素。（工程思维） 4.能够应用技术图样表达自己的设计方案。（图样表达） 教材分析 教材中主要引入“校园雨水收集与利用”的系统设计项目，引导学生历经系统设计实现的全过程，理解系统设计的基本方法，增强系统分析的思维与意识。本节课的立足点是带领学生展开基于问题的简单系统的设计实现。在实现过程中，教会学生如何去运用知识，发挥学生的创造力，为学生注入技术思想。 本节课是一节在设计基础之上的延伸设计课，旨在设计中发现问题，解决问题，并优化方案。在设计过程中，体会优化在系统设计中的意义，把握好系统优化的因素，比如材料、工艺、原理等。同时，系统优化的约束条件和影响因素是本节课的教学重点和难点。 学情分析 通过上节课的学习，学生对系统的设计已经有了初步的了解，再加上以前所绘制的设计图内容和生活经验，开展本节课的实操难度不是很大，但学生的实操能力较弱，工具的使用对学生的要求较高，学生接受略有困难；本节课专业知识要求较高，学生接受略有困难，要想分析透，时间可能稍紧，所以对有些内容可以利用多媒体进行展示，这样可以减少写和改的时间。 教学重点 （1）阐明系统优化的意义，理解系统优化的含义。 （2）能够准确探究影响系统优化的因素，并提出可靠的解决方案。 教学难点 （1）能够学会系统设计实现中对实体系统设计优劣的评价。 （2）能够理解并运用系统和工程思维分析解决问题。 教学方法 讲授法、案例分析教学法 教学过程 教师活动 学生活动 二次备课 新 课 引 入 一、走进情景 针对校园雨水的收集与利用系统。同学们通过系统的设计分析与讨论，基本形成了多个比较成熟的设计方案。如何让系统能更好满足学校实际需求且加工制作过程简单，为此同学们展开了讨论，各有千秋。 那么，校园雨水的收集与利用系统是否还有改良的可能性呢？引出本节课内容——系统优化与实现。 学生阅读情景 教 学 环 节 2、 新课讲解 任务一：探析系统分析的一般过程和基本方法 1、系统的优化 案例：农作物种植系统的优化——农业间作套种 根据农作物的生长特性、天气、气候等，利用农作物生长的季节差、时间差，把相同或不同类的农作物种植在一起，有“麦、棉、菜”“麦、瓜、棉、玉米”等多种套种模式供选择，实现增产、增收，提高土地利用率。 某地区因地制宜地选择了“麦、棉、瓜、红薯”的套种模式，在正常天气条件下，按照套种的技术要求操作，夏季可收小麦350-400千克/亩、红薯2500千克/亩、无籽西瓜5000千克/亩，秋季产籽棉225千克/亩，平均每亩收入超过3000元，比原先提高了近五成。 约束条件：农作物的生长特性、天气、气候 目标：增产、增收，提高土地利用率 目标的体现：土地单位面积农作物收益总和 例如：果园套种蔬菜、玉米套种大豆（展示图片） 总结：系统改良就是发现问题、解决问题，使系统变得更加完美，即系统的优化。 系统优化：在给定的条件（或约束条件）下，根据系统的优化目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化（或最小化）。 目标：最小成本获得最大利润、最少能耗生产更多产品、单位面积上收获更多的作物、最短时间掌握更多的知识等。 2、 影响系统优化的因素 ①约束条件：对系统的目标函数产生显著影响，并且可以认为调节的因素。例如：套种的技术水平、套种的田间管理、病虫害防治等 ②影响系统优化的因素：对系统优化产生限制作用，并且不可人为调节的因素。如：农作物的生长特性、天气、气候等因素。 总结：系统优化是以系统目标最优化为目的的，可称为“目标函数”。在系统优化过程中，可以从材料、工艺、结构、设备等方面着手，也可以增加附属功能。这些因素又分为两大类：一类可以人为改变，比如技术水平、技术管理等；另一类人为不能改变，比如自然规律、天气变化等。对优化目标产生限制作用，不能人为调节的，称为约束条件；可以人为调节的因素，称为影响因素。 案例：P92——利润问题 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平方米木板及20 h的工时