第二部分 单元教学设计5 系统及其设计-高中信息技术和通用技术单元教学设计

  第二部分  通用技术   单元教学设计 5  系统及其设计　 161 << 单元教学设计 5 系统及其设计 王江肖  石家庄市第十五中学 一、单元主题：简易观赏鱼鱼缸的系统设计 系统及其设计是“技术与设计 2”必修模块中的内容，系统是技术学科的基本概 念，蕴含着基本的技术原理和丰富的技术思想与方法。本单元的案例设计主要基于 地质出版社出版的《通用技术（必修）：技术与设计 2》（简称地质版《技术与设计 2》），根据《普通高中通用技术课程标准（2017 年版 2020 年修订）》（简称“课程标 准”）以及教师用书。本单元内容以思维层面的学习为主，难度较大，主要是让学生 了解设计中的系统思想，帮助学生领悟系统设计的丰富内涵，提高运用系统设计原 理分析和解决实际问题的能力。 二、单元内容 （一）单元概念 本单元需要学生掌握的主要概念有系统、系统优化、系统设计。 >> 162 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 （二）单元内容分析 依据课程标准，地质版《技术与设计 2》介绍了结构、流程、系统、控制这四个 技术学科的基本概念及它们蕴含的基本技术原理和丰富的技术思想与方法。本单元 选自其中的系统部分，结合学业质量标准中“理解系统的基本特征，能运用系统分 析方法分析技术问题；知道系统与工程的联系，通过技术探究分析影响系统优化的 因素，并通过对简单系统设计的分析，初步掌握简单系统设计的基本方法”的要求 以及“能运用系统的思想对生活中的一些问题进行解决方案的设计，初步形成技术 的系统观念的基本思想和方法”的要求审视本单元，不难看出本单元主要带领学生 学习系统的相关知识及体验系统设计，进而培养学生的系统思想，增强学生运用系 统与工程思维解决实际技术问题的能力。 从解读课题的角度看，系统的概念来源于人类的长期社会实践，而运用系统的 思想、定性定量相结合的方法来解决问题，是一种具有广泛价值和意义的思维方式。 因此，引导学生体会、学会用系统的思想和方法分析问题、解决问题，有助于减少 处理问题时的盲目性，能够对事件进行更加理性的分析和科学的决策。 从单元概念的角度看，系统的含义是教学基础和重点，系统的思想是教学难点。 学生在理解系统含义时，可以从系统的实例开始，分析系统组成和基本特性，掌握 系统分析和系统优化的方法，为解决实际问题时进行简单系统的设计奠定基础。 鉴于以上分析，本单元的五节内容根据递进关系可以设置为三个阶段，安排 7 课时。采用大概念引导的项目教学，本单元完成地质版《技术与设计 2》的综合应用 实践“简易观赏鱼鱼缸系统的设计与实现”中“简易观赏鱼鱼缸的系统设计”部分。 三、单元目标 （一）学业要求 通过本单元的学习，学生能理解系统的基本概念和基本原理，能运用基本原理 进行基于问题解决的系统设计并加以物化，初步形成技术的系统观念等基本思想和 方法；能使用常用、规范的技术框图等技术语言构思与表达设计方案；能结合生产   第二部分  通用技术   单元教学设计 5  系统及其设计　 163 << 和生活的实际，形成和优化设计方案并实施；能从技术、环境、经济、文化等角度 评价技术设计方案和实施的结果，增强创新意识。 （二）单元素养目标 1. 图样表达 理解系统的含义、组成和层次关系，理解示意图表示的系统层次关系；利用示 意图理解系统的内部组成与外部环境的关系；运用系统特性分析的方法对简单系统 进行分析，并用示意图表达。 2. 工程思维 理解系统的基本思想，掌握系统分析的方法；能运用比较权衡的工程思维进行 多个设计方案或优化方案的选择，进而科学地决策。 3. 创新设计 学会简单系统的设计，并写出技术设计方案；认识到技术的创造性特征，形成 精益求精的科学态度，增强对系统与工程的关系的理解；通过对设计方案的展示交 流提高语言能力。 4. 物化能力 能选择合适的材料制作系统模型，提高工艺水平，增强动手能力、小组合作能 力，体会技术设计中的工匠精神。 本单元包含的思想和方法具有广泛的应用价值，让学生在学会系统相关知识的 基础上，亲历系统设计的基本过程，总结系统设计的方法，从而提高运用系统与工 程思维解决实际技术问题的能力，培养学生的技术核心素养。 四、单元教学策略 （一）基于项目的教学策略 课程标准建议“技术与设计 2”必修模块采用大概念引导大项目的方式进行项 >> 164 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 目设置。本案例选取了地质版《技术与设计 2》教材中多技术交叉综合应用实践案 例“简易观赏鱼鱼缸系统的设计与实现”作为模块大项目，各单元完成相应部分的 项目内容。本单元作为大项目设计分析的基础，完成简易观赏鱼鱼缸的系统设计（以 下简称“鱼缸系统”）。基于系统分析，鱼缸系统由三部分组成，系统设计框图参考 图 2-9。 缸体系统 缸架系统 生态系统 鱼缸系统 图 2-9   简易观赏鱼鱼缸系统组成示意图 “结构及其设计”单元完成鱼缸缸体和缸架的结构设计部分，“流程及其设计” 单元完成鱼缸缸体的制作与布景流程设计部分，“控制及其设计”单元完成鱼缸生态 系统中控制系统的设计部分。 按照目标设定、情境导入、知识联系、任务引领、活动贯穿、项目介绍、量化 评价的顺序开展基于项目的通用技术教学活动。 （二）单元项目教学任务分析 本单元的项目教学任务为简易观赏鱼鱼缸的系统设计，需设计鱼缸系统的组成 并制作出简易模型。 教学任务被分解为两部分，第一部分进行系统相关知识的学习，理解系统概念， 掌握系统分析和系统设计的方法。第二部分进行鱼缸系统的设计，运用系统的基本 思想与定性分析可以确定一级子系统的组成，相对较简单；对鱼缸的生态系统的设 计相对较复杂，强调运用系统分析中的定性定量相结合的方法，遵循系统设计的原 则，形成相互影响的系统模型，解决一定尺寸的鱼缸与照明、过滤及生物数量等要 素变量的匹配问题。   第二部分  通用技术   单元教学设计 5  系统及其设计　 165 << 五、课时安排及重点 （一）课时安排 课时安排如表 2-28 所示。 表 2-28  单元课时安排 阶  段 内  容 课  时 第一阶段 ：理解系统 揭开系统的面纱 1 第二阶段 ：系统分析 系统的基本特性分析 系统优化 2 ～ 3 第三阶段 ：简单系统的 方案设计 简单系统设计的基本方法 简单系统的设计方法 4 ～ 7 （二）教学重点 （1）理解系统的含义。 （2）理解系统的基本特性。 （3）了解系统优化的过程。 （4）掌握简单系统设计的基本方法。 （三）教学难点 （1）掌握系统分析的基本方法。 （2）掌握系统的定量分析。 （3）了解运用系统与工程思维解决实际技术问题、建立系统模型的过程。 >> 166 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 六、单元评价设计 （一）学业质量 通过本单元的学习，学生能理解系统的基本特性，能运用系统分析方法分析技 术问题；知道系统与工程的联系，通过技术探究分析影响系统优化的因素，并通过 对简单系统设计的分析，初步掌握简单系统设计的基本方法，增强运用系统与工程 思维解决实际问题的能力。 （二）评价内容 学习评价贯穿在整个过程中，包括课堂表现、任务、活动三方面，评价内容包 括知识、结果、图样表达、创新设计和工程思维等。具体评价内容和形式如表 2-29 所示。 表 2-29  “系统及其设计”单元学习效果评价表 教学阶段 评价内容 评价等级 核心素养 评价方式 作业设计 第一阶段 ： 理解系统 课堂参与度 能否分析鱼缸系统的类别 三级 技术意识 教师观察、记录 活动 1 活动 2 第二阶段 ： 系统分析 能否运用系统的基本特性 分析洗衣机系统 能否运用定量分析方法分 析赛龙舟系统中的变量 能否进行从家到学校出行 方案的系统分析 五级 工程思维 创新设计 教师观察、记录， 学生自评、互评，最 终以表格形式呈现 完成学案内容 活动 3 活动 4 活动 5 第三阶段 ： 简单系统的方 案设计 是否进行鱼缸的系统分析 是否完成系统优化 是否完成鱼缸系统的简易 模型制作 是否完成鱼缸系统的方案 设计 方案交流、评价中的表现 五级 工程思维 创新设计 图样表达 物化能力 教师观察、记录， 学生自评、互评， 教师评价，最终以 表格形式呈现 任务 1 任务 2 任务 3 任务 4 评价交流表   第二部分  通用技术   单元教学设计 5  系统及其设计　 167 << 七、课时教学设计 （一）课时 1  揭开系统的面纱 1. 目标设定 技术意识：通过系统实例的展示与分析，了解系统的组成，理解系统的概念， 掌握系统的分类，初步建立系统的观点。通过实际情境分析系统组成，让学生由体 验到理解再到掌握，培养学生的技术意识。 2. 情境导入 观赏生态鱼缸，感知系统功能，理解系统。 3. 知识联系，活动贯穿 （1）理解系统概念。创设生活情境：展示生态鱼缸视频，让学生感知生态鱼缸 这个微型人造生态系统，理解系统的概念，并完成活动 1。 活动 1 ：观察生态鱼缸，思考其功能和组成，说一说对系统的理解。 教师引导：生态鱼缸是一个模仿自然界生态系统的装置，它包括了鱼类、水草、 微生物、过滤系统、灯光系统等，这些都是组成系统的元素。这些元素相互作用， 形成一个相对封闭且能够自我运作的生态系统。在这个生态系统中，各部分是环环 相扣的，鱼缸中的水给植物根部灌溉，植物根系一方面吸收水中的营养，一方面净 化水质，鱼可以吃掉植物的弱根，灯光能使植物进行光合作用，植物释放更多的氧 气，各部分相互联系、相互制约、相互作用、相互依存，形成了一个生机勃勃的生 态景观。这就是系统，并引出系统的概念。 分析：学生在感知生态鱼缸系统的基础上理解系统的概念，继而对都江堰水利 工程系统、塑料大棚温室生态系统进行分析，让学生意识到系统是普遍存在的，不 同的系统的组成是不同的，加深对系统的理解。 （2）介绍系统的分类。根据结构、功能、所处环境，系统可分为多种类型，体 会不同类型系统的工作原理，完成活动 2。 >> 168 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 活动 2 ：讨论、分析生态鱼缸系统的类型，填在表 2-30 中。 表 2-30  生态鱼缸系统的类型 分类方法 所属类型 根据系统的形成原因 根据系统存在的形式 根据系统与外界环境之间的关系 根据系统的状态和时间的关系 4. 项目介绍 在学生理解了系统概念的基础上，教师提出本单元的学习目标，为了更好地完 成目标，选择了项目式的教学策略。本单元首先介绍“技术与设计 2”必修模块的 大项目“简易观赏鱼鱼缸系统的设计与实现”，其次介绍该项目在各单元中的任务分 解。本案例将“技术与设计 2”必修模块的四个单元的顺序进行了调整，确定本单元 是项目设计的基础单元，完成简易观赏鱼鱼缸的系统设计，做出鱼缸系统的简易模 型。其余三个单元的项目任务是依据本单元的系统设计进行的。 由于学生对系统设计的相关知识并不了解，因此本单元将项目设计分为两个任 务，第一个任务是知识任务，即学习系统相关知识，安排两个学习阶段；第二个任 务是设计任务，即在已有知识基础上进行单元项目设计，安排一个设计阶段。 分组准备：将学生分成 4 ～ 6 人一组，为以后的小组活动和交流做准备。 5. 量化评价 阶段学习效果评价如表 2-31 所示。 表 2-31   阶段 1学习效果评价表 评价内容 评价方式 自我评价 小组评价 教师评价 过程评价 师生互动 是否积极思考教师的问题 是否基于已有经验构建新的知识体系 是否积极参与课堂讨论 活动 1 活动 2 活动 3   第二部分  通用技术   单元教学设计 5  系统及其设计　 169 << （二）课时2  系统的基本特性分析 1. 目标设定 工程思维：通过分析波轮式洗衣机系统和赛龙舟系统的组成与功能、系统各部 分之间的关系、系统与外界环境之间的关系，引导学生理解系统的特性，培养学生 运用系统的思想和定性定量相结合的方法分析问题的基本思路。 了解系统分析的概念，掌握系统分析的一般过程和基本原则。 2. 情境导入 选用学生生活中常见的案例进行系统特性分析，例如波轮式洗衣机系统和赛龙 舟系统。对波轮式洗衣机系统进行定性分析；对赛龙舟系统进行定量分析。 3. 知识联系，活动贯穿 （1）分析波轮式洗衣机系统，理解系统的基本特性。 教师引导，学生讨论回答，完成活动 1。 活动 1 ：分析波轮式洗衣机系统内部各部分之间的关系以及洗衣机与外界环 境的关系。 分析：以波轮式洗衣机为例，参照地质版《技术与设计 2》教材中图 3-13“波 轮式洗衣机结构示意图”介绍系统的组成和功能，通过图 3-14“波轮形状与水流形 成”介绍波轮的形状及不同安装方式对系统的可靠性、实用性及功能的影响，使学 生体会分析系统中某一元素的功能的过程，并进一步探究洗衣机系统中其他元素的 功能，进而使学生对洗衣机的功能有一个整体的认识。 在完成系统各部分功能分析的基础上，分析系统内各部分之间的关系。分析时 按照先局部后整体的顺序，参照图 3-15“洗衣机主要组成部分之间的关系示意图”， 理解系统的整体性和各组成部分之间的相关性。 完成系统内部关系及功能分析后，参照图 3-16“洗衣机（系统）与外界环境关 系示意图”分析系统与外界环境之间的关系，理解系统的环境适应性。 同时，图 3-15、图 3-16 这两个示意图采用了技术语言，教师应引导学生关注相 关技术图样的表达规范。 （2）分析赛龙舟系统，体会定量描述分析方法。 教师讲解：简要介绍赛龙舟系统，与波轮式洗衣机系统相比，赛龙舟系统可以 称为复杂系统。由于赛龙舟系统用于比赛，是一个运动体，因此要对龙舟的速度、 >> 170 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 作用于龙舟上的力、龙舟的质量等进行准确的定量描述。 学生探究：对龙舟进行定量描述分析，尝试获得龙舟速度、作用于龙舟上力的 平衡方程式、龙舟质量的组成与权衡方法、龙舟运动的数学描述（数学模型）。 教师总结：对赛龙舟系统进行定量分析，需要用到牛顿第二定律和数学建模分 析方法，体现了分析复杂系统的严谨性和科学性。总之，系统分析不仅要对特性、 功能进行分析，很多时候还需要进行定量计算。 （3）系统的基本思想。 分析：通过对两个系统案例的学习和分析，学生体会到系统分析的作用以及在 系统设计中的重要性，理解了系统的基本思想。系统的基本特性构成了系统的基本 思想。 （4）系统分析的基本方法。运用系统的思想和定性定量相结合的方法对系统进 行分析，就是系统分析的基本方法。 因此，系统分析就是运用系统的思想和定性定量相结合的方法来分析、处理问 题的过程。系统分析是系统设计中非常重要的基础环节，可以为系统的设计和优化 提供支持，帮助决策者正确决策。 4. 量化评价 参考表 2-33。 （三）课时3  系统分析与系统优化 1. 目标设定 创新设计：让学生尝试运用系统分析的方法分析实际问题，培养学生的创新设 计能力。通过分析总结设计的一般过程，掌握设计的基本原则。 2. 情境导入 利用学生熟悉的生活情境，设计“从家到学校的出行方案”体验系统分析的 过程。 利用生活中常见的高架桥隔音墙案例，引出系统优化的概念。 3. 知识联系，活动贯穿 （1）系统分析的基本原则。在进行系统分析时，运用系统的思想和比较权衡的 工程思维可以更科学合理地帮助决策者进行系统设计，设计时还需要遵循一定的原 则，就是系统分析的基本原则。从系统的整体性考虑，首先要遵循整体性原则，即   第二部分  通用技术   单元教学设计 5  系统及其设计　 171 << 分析问题时从整个系统着手，全面思考和解决问题，进而再考虑局部。其次要遵循 科学性原则，即系统分析要基于科学的原理和可靠的数据，尽可能运用科学方法进 行定性或定量分析。系统的相关性特性决定了系统的子系统之间存在着各种各样的 联系，因此还应当遵循综合性原则。 （2）系统分析活动。在理解系统分析的概念后，学生依据系统分析的基本原则 列举从家到学校的出行方案，需要写出方案的路程、用时、费用等，并提出问题， 例如“哪种方案用时最短？”“哪种方案费用最低？”“哪种方案路程最短？”“你平 时上学采用哪种方案？”“在雨雪天气采用哪种方案？”等，完成活动 1。 活动 1 ：列出你从家到学校的出行方案，并填写方案的相关数据。（提示： 可以利用导航软件辅助完成，可参考表 2-32。） 表 2-32  从家到学校的出行方案 方  案 用  时 费  用 路  程 方案优点 通过方案的列举和分析，学生可体会到要想实现目标，首先需要运用科学合理 的方法对系统进行详细考察，收集必要的数据，再依据系统分析的基本原则，设计 多个方案并进行比较权衡，最终找到最合适的设计方案，这个过程就是系统分析。 （3）系统分析的一般过程。让学生回顾“从家到学校的出行方案”的分析过程， 总结系统分析的一般过程。完成活动 2。 活动 2 ：请小组讨论，总结系统分析的一般过程并发言。 教师总结：在进行系统分析时，首先，要辨明解决的主要问题，把研究的问题 限制在时间和能力都允许的范围内，弄清问题的本质，确定系统的目标。其次，根 据所确定的目标，收集可靠的资料，进行分析研究，找出影响系统目标的因素及其 与系统功能之间的关系。必要时建立相应的模型。最后，由于不同的方案所需要的 条件不同，达到的效果也不同，因此需要针对不同的方案进行综合分析、评价，获 得一个或几个指标较优的可行方案。 系统分析的过程：阐明问题→分析研究→评价比较。 （4）系统优化。通过“高架桥隔音墙”案例，介绍系统优化的概念，让学生理 解系统优化的意义、影响系统优化的因素，明确系统优化是系统设计的重要环节。 >> 172 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 首先，系统优化的目标会影响优化结果，因此应选择适度的优化目标；其次，效耗 比（效益 / 耗费）会影响系统优化结果，因此寻找效耗比趋于最大的方法，才能使系 统达到最优化；最后，系统优化的条件是否具备也会影响系统优化结果，要通过权 衡比较的系统思想找到最优化的解决方案。 总结系统优化的一般步骤。 4. 量化评价 阶段 2 学习效果评价如表 2-33 所示。 表 2-33  阶段 2学习效果评价表 评价内容 评价方式 自我评价 小组评价 教师评价 过程评价 师生互动 是否积极思考教师的问题 是否基于已有经验构建新的知识体系 是否积极参与课堂讨论 实践活动 活动 1 活动 2 （四）课时4～ 6  简单系统设计的基本方法、简单系统的方案设计 1. 目标设定 （1）工程思维。通过设计鱼缸生态子系统，学生的系统分析、系统优化能力有 所提高。在系统设计中分析和比较权衡各方案，感受技术中工程思维的运用，增强 对系统与工程的理解。 （2）创新设计。掌握系统设计的基本原则和一般过程；通过简单系统的设计实 践，体验系统方案设计的基本步骤和方法，培养创新思维；通过系统优化过程，提 高解决问题的能力。 （3）图样表达。学会绘制系统组成方框图。 （4）物化能力。选择简单合适的材料制作鱼缸系统的简易模型。 2. 情境导入 展示真实生活情境，感受生态鱼缸营造的优美生活环境，引出本单元项目设计 任务。   第二部分  通用技术   单元教学设计 5  系统及其设计　 173 << 3. 知识联系 在进行项目设计之前，需要掌握系统设计的基本原则和一般过程。 （1）系统设计的基本原则。物质系统千差万别，每个具体的系统都有特定的功 能、内部规律和特性以及所处的外部环境，设计时都要遵循某些原则。系统设计应 遵循以下基本原则。 ①功能实现原则，是系统设计的首要原则；②综合处理原则，可以合理解决子 系统之间的冲突；③效益最大化原则，在各种因素制约下追求效益最大化；④动态 调整原则，要根据外部环境的变化进行灵活设计；⑤人性化设计原则，要遵循自然 与客观的法则，“安全”与“性能”并重，“用”与“美”统一，“物”与“人”结合 等；⑥相对稳定性和可持续发展的原则，是一种具有战略性的思考，为未来的扩展 提供可能。 （2）系统设计的一般过程。首先，要明确系统目标，提炼系统功能。其次，要 分析问题，若系统较简单，直接根据功能提出设计方案；若系统较复杂，根据功能 或部分分解子系统，设计系统层次组成，形成设计方案。再次，对设计方案进行评 价，进一步优化。最后，比较权衡，获得最终的可行方案。 4. 任务引领，活动贯穿 通过前面的学习，学生掌握了系统的相关概念，进行了出行方案的系统分析， 掌握了系统设计的基本原则和一般过程，完成了项目设计的知识任务，为下一步进 行单元项目设计奠定基础。引出本单元的项目设计任务—简易观赏鱼鱼缸的系统设 计。为顺利完成项目的方案设计，将其分解为 4 个小任务，分 3 个步骤完成。 步骤一：对鱼缸系统进行系统分析，确定系统功能和组成。完成任务 1，任务 1 可再分解为 3 部分。首先完成任务 1-1。 任务 1-1 ：以小组为单位进行简易观赏鱼鱼缸的系统分析，画出一级子系统 示意图。 对系统的功能和特性进行分析，确定鱼缸系统由缸体子系统、缸架（支架）子 系统和生态子系统 3 部分组成。对缸体子系统和缸架子系统进行结构设计，无下级 子系统；而生态子系统的组成相对复杂，因此还需要对其进行下级子系统的设计。 完成任务 1-2。 任务 1-2 ：进行鱼缸的生态子系统的设计，画出二级子系统示意图。 生态子系统是一个微型的人造生态系统，系统的功能是保证系统内的物质循环 >> 174 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 和能量流动，并通过信息反馈，维持系统的相对稳定和发展。根据对鱼缸系统的整 体性、相关性和环境适应性的分析，确定鱼缸生态子系统的组成为生物循环子系统、 水过滤子系统和照明子系统。这 3 个子系统是由相关元素组成的，因此还需要进行 下级子系统的设计。完成任务 1-3。 任务 1-3 ：进行生物循环子系统、水过滤子系统和照明子系统的设计，画出 三级子系统示意图。 （1）生物循环子系统的设计。生态子系统是由生物群落（动物、植物、微生物） 及其生存环境共同组成的动态平衡系统。在生态圈中，生物成分包括生产者、消费 者、分解者。自然环境下光照充足，水中会长出很多藻类，可以供给小型鱼为食， 藻类等植物是生产者；动物即鱼类是消费者；微生物是分解者。 根据对生物循环系统的特性分析，确定鱼缸内生物群落的种类和数量，完成生 物循环子系统的设计。基于系统的相关性，生物群落的选择要从相关群体生物的关 系着手，确定生物种类、尺寸和数量。此外，基于环境适应性，生物群落在缸体内 部活动，因此还要考虑生物数量与鱼缸缸体大小是否匹配，需要结合定量计算建立 数学模型。 （2）水过滤子系统的设计。首先明确水过滤的目的是去除鱼缸内不断产生的有 机物及有机盐，减轻鱼缸生态的负担，维持鱼缸生态系统的正常运转。工作原理为 过滤机工作时，待过滤的水由进水口流入，经过滤网，水中的颗粒杂质被截留在滤 网内，过滤干净的水重新流入鱼缸。根据工作原理，水过滤子系统应当包括过滤槽、 抽水泵、过滤材料等。学生结合水过滤的原理和市面已有的水过滤产品确定当前水 过滤子系统的组成。（教师需提供相关资料或网络环境） （3）照明子系统的设计。基于系统的功能性，明确鱼缸的灯光主要是模拟自然 光，促进鱼类生长、植物进行光合作用，增加观赏性。 根据系统的相关性，灯光需要照射鱼缸内部，因此需要支架支撑，支架的位置 和尺寸要考虑到鱼缸缸体的结构。基于生物生长习性，光照的时间并不是越长越好， 合理地设定开灯的时间更有利于动植物生长，因此需要安装开关或智能定时开关器。 综上，照明子系统应包括灯具、支架、开关 3 部分。 最终完成鱼缸系统的设计，示意框图如图 2-10 所示。   第二部分  通用技术   单元教学设计 5  系统及其设计　 175 << 简易观赏鱼鱼缸系统 生物循环子系统 生产者 子系统 消费者 分解者 抽水泵 灯具 支架 开关过滤材料 水过滤子系统 过滤槽 子系统 照明子系统 缸体子系统 缸架子系统 生态子系统 图 2-10  简易观赏鱼鱼缸系统设计示意图 步骤二：制作鱼缸系统的简易模型并据此进行系统优化。完成任务 2、3。 任务 2 ：制作鱼缸系统的简易模型。 学生选择合适的材料制作鱼缸系统的简易模型，小组合作完成。材料可以使用 PVC 板、纸板、纸、各种生物模型等。 任务 3 ：根据简易模型对鱼缸系统进行优化。 优化建议如下。 （1）鱼缸这个小型生态系统是可以人为建立和改变的。通常鱼缸生态环境中消 费者（鱼）居多，生物的多样性差，所以鱼缸生态环境很难保持平衡。学生可以通 过增加生物的多样性更好地维持生态环境动态平衡。 （2）建立生物循环子系统、水过滤子系统、照明子系统相互影响的系统模型， 解决一定尺寸的鱼缸与照明、过滤及生物数量等要素变量的匹配问题。 （3）对系统进行功能扩展，比如鱼缸的水温会随着环境温度变化，温差大不利 于鱼类生长，可以通过增加温控子系统来进行系统的优化。 步骤三：进行鱼缸系统的方案设计，小组分工完成。完成任务 4。 >> 176 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 任务 4 ：根据系统设计的基本原则完成观赏鱼鱼缸系统的方案设计。 简易观赏鱼鱼缸系统设计方案应包括以下内容。 （1）设计背景（简述项目的背景和目的）。 （2）系统设计目标（明确系统的设计目标）。 （3）系统需求分析（详细描述系统的功能需求）。 （4）系统设计思路（阐述系统设计的思路和方法）。 （5）系统的结构设计（介绍系统设计的整体层次结构，画出系统组成示意图， 可用文字描述各部分之间的关系）。 （6）系统界面设计（展示系统的界面设计，包括布局、颜色等，画出草图）。 （7）系统测试方案（描述系统的测试计划和测试方法）。 （8）系统维护方案（描述系统的维护计划和方法）。 5. 量化评价 阶段 3 学习效果评价如表 2-34 所示。 表 2-34  阶段 3学习效果评价表 1 评价内容 评价方式 自我评价 小组评价 教师评价 过程 评价 师生互动 是否能积极思考教师提出的问题 是否能基于已有经验构建新的知识体系 是否能积极参与课堂讨论 实践活动 任务 1 任务 2 任务 3 任务 4 结果 评价 目标实现 简易模型制作 鱼缸与生物数量模型 系统设计方案 收获反思 系统优化 成果展示 经验与不足   第二部分  通用技术   单元教学设计 5  系统及其设计　 177 << （五）课时 7  系统设计方案的评价和交流 1. 目标设定 工程思维：对观赏鱼鱼缸系统进行评价和交流，学会运用已有的系统知识和系 统思想评价设计、提出建议，培养并形成系统与设计的基本素养。 2. 活动贯穿 本节是本单元的最后一节，既是对本单元知识的总结，也是对学习效果的检验。 教师先带领学生回顾本单元的概念以及任务提出、任务分析和任务解决的各个阶段， 再引导学生进行设计方案的展示、评价交流和优化。（教师 PPT 展示各阶段的照片、 视频等资料） 小组进行展示，同时组间交流评价，最后教师评价总结。 评价建议：根据系统设计的原则，主要评价系统功能是否实现，子系统的空间 布局是否合理，要素间有无冲突，子系统的性能、设计是否符合生物习性，整体效 益是否最大化等。 各组根据同学和教师给出的建议进行系统设计方案的优化。（没完成的组可课下 完成） 教师总结：本单元不仅介绍了系统等概念，还阐述了系统的思想和系统分析的 方法，具有广泛的应用价值。进行系统分析不仅有助于全面设计系统，还可以帮助 决策者降低决策的风险。深刻理解系统的思想，可以帮助学生把知识变成能力，把 生活中遇到的问题转化成可以利用技术解决的项目，将创意变成现实。 3. 量化评价 自评、互评表参考表 2-35。 表 2-35   阶段 3学习效果评价表 2 组  别 功能实现 情况 系统构成 （鱼缸尺寸、生物数量等） 布局是否 合理 过滤性能 （三级） 照明性能 （三级） 创新亮点 （三级） 1 组 2 组 >> 178 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 八、反思提升 本单元通过开展与鱼缸系统相关的项目设计任务，促使学生理解系统的概念， 树立系统意识，形成利用系统思想分析问题、解决问题的基本思路。进行鱼缸系统 的设计，学生首先需要学习系统相关知识，通过系统分析确定系统的组成；通过对 系统的全面考量和比较权衡确定设计方案；通过评价交流、组间合作完成系统的优 化设计。整个过程有助于学生领悟系统的思想和设计方法，提高技术意识和技术素 养。学习效果的评价贯穿在单元教学过程中，评价指标操作性强。 本单元教学内容相对较多，教师可根据课程标准和实际需要进行选择，也可以 根据需要调整案例的深度，以便留出时间供学生体验系统设计的过程，为学生提供 更多创新设计、比较权衡和图样表达的条件。另外，对于选取的设计案例，教师要 深入地学习以便教学和指导，尤其是关于定量计算的部分。除此之外，教师也应当 给学生提供相关的文字、图片、视频等学习资源，以供学生学习参考。