3.1 系统及其特性（教学课件）通用技术苏教版2019必修2

3.1 系统及其特性 苏教版（2019）必修《技术与设计2》 高中通用技术 目录 一 学习目标 二 课堂导入 三 技术探究 四 课堂小结 五 拓展延伸 六 课堂练习 学习目标 一 通过技术实践活动，能从技术的应用角度阐明系统的含义及基本构成。 通过技术试验，能从应用的角度归纳系统的基本特性。 二 课堂导入 学校开展校园节水活动，向学生征集校园节水方案。有同学提出，应该更换厕所洗手池的老式水龙头，解决水龙头没关或漏水而造成的浪费问题；有同学提出，应将洗手和洗拖把的水循环利用于厕所冲洗及绿化浇灌；还有同学提出可以将雨水收集和利用起来。大家各抒己见，为更加有效地收集与利用校园水资源建言献策。 三 技术探究 认识系统及其构成 任务一 三 技术探究 三 技术探究 组装和测试按压式延时水龙头 体验目的：通过组装和测试按压式延时水龙头的实践活动，能从技术的角度，知道系统的含义及基本构成。 情境展示：周华发现商场卫生间的水龙头很神奇，按下出水后，过一会儿又会自动关闭。这种水龙头是如何实现这一功能的呢？ 问题分析：看懂产品的装配图并能够按图正确组装，是完成此次体验活动的关键；在组装过程中认真体会和领悟各部件的作用、价值和它们之间的相互关系是此次体验活动的核心。 活动准备： 材料：按压式延时水龙头组装套材。 工具：螺丝刀、活动扳手、水压加压试验装置等。 主要过程： 1. 阅读按压式延时水龙头装配图。 2. 按照装配图的安装流程组装按压式延时水龙头。 3. 对照装配图对装配好的按压式延时水龙头进行检查。 4. 检查无误后将按压式延时水龙头接入水压加压试验装置。 5. 按下水龙头压盖按钮，测试延时效果。 三 技术探究 组装和测试按压式延时水龙头 讨论： 1. 弹簧的作用是______________________________。 2. 密封圈的作用是____________________________。 3. 压盖的作用是_____________________________。 分析出现下列情况时，可能会导致的后果： 1. 弹簧弹力减弱：___________________________。 2. 密封圈老化：_____________________________。 3. 压盖松动：________________________________。 使阀芯复位 密封阻水 施加压力 延时时间变长 水龙头漏水 无法施加压力 三 技术探究 三 技术探究 这些部件相互联系、相互作用，形成了按压式延时水龙头可以延时供水的功能。其中任何一个主要部件出现问题，都有可能导致按压式延时水龙头无法正常工作。 三 技术探究 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或部分组成的具有特定功能的有机整体称为系统。 要素是指构成系统的最主要的元素。 一般来说，部分相对于系统的整体而言，要素相对于系统的元素结构而言。很多情况下，要素和部分又可以通用。 企业 人 财 物 事 生产部门 营销部门 供应部门 三 技术探究 构成系统必须具备三个条件： 第一，至少要有两个或者两个以上的要素（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）所不具备的。 三 技术探究 1. 请指出下列系统分别由哪些要素（部分）组成。 2. 说出这些系统各组成要素相互之间有怎样的联系。 系统的名称 组成要素 按压式延时水龙头 阀体、阀盖、阀座、圆柱形阀芯、阀腔、弹簧等 自动铅笔 台灯 笔杆、尖套（笔尖）、固定护芯管（活动阻尼）、卡头（开花）、锁紧箍、弹簧等 底座、灯泡、灯罩、支撑架、电线和开头等 三 技术探究 系统有大有小，有复杂有简单。 对于大型的复杂系统，根据需要，按照一定的标准可划分为若干子系统。 三 技术探究 自行车的子系统 自行车是我们日常生活中常用的代步工具。 1. 请分析自行车可分为哪几个子系统，每 一个子系统包括哪些要素，并填写下表。 子系统 要素 传动子系统 脚蹬、曲柄、中轴与链轮、链条飞轮与车轴等 制动子系统 承重子系统 刹车柄、车闸、连接线等 车架、鞍座、车轮等 三 技术探究 自行车的子系统 2. 如果在平直的公路上骑行时发现自行车有规律地颠簸，请分析自行车可分为哪几个子系统现了问题？请说明理由。 可能是承重子系统出现了问题，当车轮的辐条断了，车圈会发生变形，将导致有规律的颠簸。也有可能是传动子系统出现了问题，当车轴里的钢珠损坏时，也会导致这种颠簸的发生。 三 技术探究 如果将学校的自来水供水系统按照供水用途进行划分，可以分成哪些子系统？ 学校自来水供水系统可分为 楼房供水子系统 绿地供水子系统 观赏水池供水子系统等 三 技术探究 辨析系统的基本特性 任务二 三 技术探究 按压式延时水龙头延时试验 试验目的：经历按压式延时水龙头延时试验过程，分析并从应用的角度归纳系统的基本特性。 情境展示：同学们将组装好的水龙头分别安装在学校的不同楼层进行试用体验，结果发现水龙头的延时时间并不完全相同，这是水龙头个体的差异还是同学们组装所造成的，或者是由其他外部因素所导致的呢？ 问题分析：造成水龙头的延时时间长短不一的原因有很多，我们这里只分析水龙头本身各部件的差异所造成的延时时间的不同。 试验准备： 材料：按压式延时水龙头测试套件。 工具：秒表、水压加压试验装置。 试验过程： 1. 使用一种弹性系数的弹簧组装按压式延时水龙头，将其接到水压加压试验装置上。 2. 设定水压值，对水进行加压，并在测试过程中保持水压为设定值不变。 三 技术探究 按压式延时水龙头延时试验 3. 按下水龙头压盖按钮，观察水龙头的工作情况。 4. 记录此时水的压力值和在此压力值下水龙头的延时时间。 5. 使用另外两种弹性系数不同的弹簧重新组装按压式延时水龙头，在保持水压相同的情况下重复以上试验。 6. 填写下表并分析测试结果。 次数 弹簧（不同的弹性系数） 延时时间（如果不能正常工作，则须写出原因） 1 弹簧1 2 弹簧2 3 弹簧3 三 技术探究 分析： 1. 通过试验你得到了哪些启示？ 2. 跟同学们交流并讨论，影响按压式延时水龙头延时时间长短的要素有哪些？它们之间的相互关系是什么？如果条件允许可以试一试。 三 技术探究 系统的基本特性 整体性 相关性 目的性 动态性 环境适应性 三 技术探究 整体性 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。 具有相对独立功能的系统要素以及各要素之间的相互关联，根据系统功能依存性和逻辑统一性的要求，协调存在于系统整体之中。系统的构成要素和要素的机能、要素的相互联系和作用要服从于系统整体的目的和功能，在整体功能的基础上展开各要素及相互之间的活动，这种活动的总和形成了系统整体的有机行为。任何一个要素不能离开整体去研究，要素间的联系和作用也不能脱离整体的协调去考虑。 不能离开整体去分析系统中的任何一个组成部分。 系统的任何一个要素（部分）发生变化或出现故障时，都会影响其他要素（部分）或整体功能的发挥。 三 技术探究 在“组装和测试按压式延时水龙头”技术体验中，如果测试时发现按压式延时水龙头复位时间较短，且在复位状态下还是会有水流出，你认为是什么原因造成的？ 这种情况的发生一般是由于弹簧的弹力变弱及密封圈老化造成的。 三 技术探究 如何理解“系统的整体不等于各孤立要素之和”这句话？ 从按压式延时水龙头的各要素在孤立状态下无法完成延时自动关闭水流能够看出，系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的，它不是各个要素的简单相加。如果按压式延时水龙头系统中的各要素不是有序组合，也无法起到延时关闭水流的作用。 三 技术探究 相关性 相关性是指组成系统的各要素之间或系统整体与部分之间的相互作用、相互联系。 三 技术探究 整体性与相关性的区别： 整体性：体现了部分与整体之间的关系。 相关性：体现了部分与部分之间的关系。 三 技术探究 目的性 任何系统都服务于某种目的，都要实现一定的功能，这也正是区别不同系统的标志。系统的目的一般通过更具体的目标来体现。 例如，按压式延时水龙头通过弹簧使阀芯复位，实现了水龙头打开和“延时关闭”的目的。对于复杂的系统，目标可能有多个，往往需要使用一个指标体系来描述。例如，衡量一个企业的经营业绩，不仅要考虑产量，更要考虑其利润、成本和质量指标的完成情况等，这些指标构成了评价一个企业的指标体系。 设计和分析一个系统时，必须事先弄清其目的，否则就无法构成一个良好、有序的现实系统。当系统存在多个目标时，要从整体协调的角度出发寻求平衡，以获得整体上的最佳效果。 电风扇 电暖扇 它们分别是？你是如何区分的？ 三 技术探究 1. 人们将鞋和滑轮组等组合起来发明了轮滑鞋，如图 所示，其目的是：_________。这种轮滑鞋的鞋子部分和滑 轮部分所要实现的目标分别是____________________________________。 2.如图所示，有的轮滑鞋在鞋跟处增加了一个圈中的装 置，其目的是________________设计这个装置的注意事项是 ________________________________________。 实现滑行 支撑身体和实现滑行、转弯等动作 用于滑动时刹车 不能太长或太短，注意材料的耐磨性 三 技术探究 动态性 “太阳每天都是新的”，这说明任何事物都是不断变化的。 系统都是动态的，处在运动变化和发展之中。 运用系统的动态观点，不仅有助于我们了解系统的现状，而且能跟踪系统的变化和发展，从而掌握系统的发展规律，预测系统的未来。 三 技术探究 1. 我们都有过生病和治病的经历，治病的过程体现了系统的动态性。医生根据病人的症状确诊病症，对症下药，进行治疗。当病人的病症一时难以确定时，医生就要动态地跟踪病人病情的发展，推测并及时判断病因，进行治疗。 请列举生活中类似的事例，说明运用系统的动态性观点掌握事物的发展规律并取得成效的经验。 2. 台式计算机的CPU上安装的小风扇为什么有时转得快，有时转得慢？ 3. 你认为有没有不具有动态性的系统？为什么？ 三 技术探究 按压式延时水龙头使用时间长了，弹簧就会老化，弹性变弱，使得延时时间发生变化。可以采用哪些方法来应对这种变化？ 拧紧压盖螺钉或更换弹簧，或者更换水龙头。 三 技术探究 环境适应性 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。 系统只有具有对环境的适应能力，才能保持和恢复系统原有的特性。 月球探测机器人的设计就要考虑月球表面复杂的地形、不同的气压变化、巨大的温度变化、不同的辐射强度、不同的重力条件等情况，要求机器人的机构设计和控制方法必须具有针对性、环境适应性的设计。 三 技术探究 环境适应性 三 技术探究 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。 技术领域中，这类通过系统的调节以适应外界环境变化的事例很多，请举几例，填入下表。 事例 外界环境的变化 系统通过调节，适应环境的变化 北方城市供水系统 将主管道埋入地下，露天管道做好保温措施以保证在冬天能正常工作 季节导致的温度变化 汽车在雨雪天气行驶 雨雪导致的路面较滑 汽车装好防滑链条或采取其他防滑措施，以使汽车能正常行驶 系统必须适应外部环境的变化。只有能够适应外部环境的变化并保持最优适应状态的系统，才能发挥自身作用，实现可持续的发展，否则系统是没有生命力的。 三 技术探究 “任何系统都是有边界的，这种边界的确定又是相对的”，怎样理解这句话？ 系统的边界，既是区分系统与其环境之间的一定界限，又是系统与其环境相互作用的重要中介环节。只有在系统与其环境不断相互作用的条件下，系统才可能形成其一定的自组织演化过程，进而调整其结构，发挥其功能，因此，系统的便捷也突出地体现着系统的复杂性，以及系统与环境间关系的复杂性。 边界的确定在人们的认识过程中，往往在宏观上是相对确定的，而在微观上是相对不确定的，这既体现着构成系统边界的机制的复杂性，又造成了人们认识系统边界的困难。系统能够在一定时空范围内输入什么，输出什么，关键取决于系统与其外界环境之间在不同调整、控制范围内各自在调整、控制能力等方面的对比关系，这种渗透在物质、能量与信息交互作用过程中不断变化着的对比关系，实际上决定着系统的整体调控作用范围的一定限度的变化，即决定着系统边界的变化。而系统边界及其变化，则真实地标志着上述两者作用范围的相对界限及其变化，成为上述两者相互作用过程的直接中介环节。 由于系统整体处于不断调控变化过程之中，其环境也处于不断调控变化过程之中，它们之间的关系必然具有复杂的相互作用机制，这一切正是导致人们对于系统边界认识的模糊性或相对不确定性的内在原因。 四 课堂小结（思维导图） 系统及其特性 认识系统及其构成 系统的概念 要素 部分 构成系统必要条件 第一，至少要有两个或者两个以上的要素（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）所不具备的 辨析系统的基本特性 整体性 相关性 目的性 动态性 环境适应性 五 拓展延伸 钱学森与系统论 关于系统科学，钱学森先生曾明确指出，系统科学是从事物的整体与部分、全局与局部以及层次关系的角度来研究客观世界的。 在钱学森建立的系统科学体系中，处在工程技术或应用技术层次上的是系统工程，和其他工程技术不同，它是组织管理技术；处在技术科学层次上直接为系统工程提供理论方法的有运筹学、控制论、信息论等；处在基础科学层次上属于基础理论的便是系统学。 关于系统论，钱学森曾明确指出，我们所提倡的系统论，既不是整体论，也非还原论，而是整体论与还原论的辩证统一。钱学森关于系统论的这个思想后来发展成为他的综合集成思想。根据这个思想，钱学森又提出了将还原论方法与整体论方法辩证统一起来的系统论方法。 钱学森（1911年12月11日—2009年10月31日）浙江杭州人。1929年至1934年在上海交通大学机械工程系学习，毕业后报考清华大学留美公费生，录取后在杭州笕桥飞机场实习。1935年至1936年在美国麻省理工学院航空工程系学习，获硕士学位。1936年至1939年在美国加州理工学院航空系学习，获博士学位。1939年至1943年任美国加州理工学院航空系研究员。1943年至1945年任美国加州理工学院航空系助理教授（1940年至1945年为四川成都航空研究所通信研究员）。1945年至1946年任美国加州理工学院航空系副教授。1946年至1949年任美国麻省理工学院航空系副教授、空气动力学教授。1949年至1955年任美国加州理工学院喷气推进中心主任、教授。 1955年自美国回国后，任中国科学院学部委员，力学研究所所长、研究员，国防部第五研究院副院长、院长。1959年8月加入中国共产党。1965年至1970年任第七机械工业部副部长。1994年为中国工程院院士。中国系统工程学会、中国力学学会、中国宇航学会名誉理事长。1991年10月16日，被中华人民共和国国务院、中央军委授予“国家杰出贡献科学家”荣誉称号和一级英雄模范奖章。 2009年10月31日在北京逝世，享年98岁。 著有《工程控制论》、《论系统工程》、《星际航行概论》等。 六 课堂练习 1.如图所示，这是某小区的一款人脸识别门禁系统。该系统主要由人脸识别仪、控制芯片、电动机、三辊闸、散热风扇、电源等部分构成。当人脸识别仪检测到人脸信号时，控制芯片将当前人脸信息与数据库中的人脸信息进行比较，如果为小区人员就控制电动机运作，带动三辊闸转动，人可通过。下列关于该门禁控制系统的说法不正确的是（    ） A．摄像头的清晰程度属于该系统优化的影响因素 B．设计该系统时，先考虑电源，再考虑人脸识别仪精度，体现了系统分析的整体性原则 C．该系统在长时间使用后，三辊闸会松动，体现了系统的动态性 D．天变黑时，人脸识别仪用闪光灯补充亮度，体现了系统的环境适应性 B 六 课堂练习 2.工业锅炉压力控制示意图如下图所示，重锤挂在横杆上，杆的支点在最左端，中间是锅炉的排气孔。关于该压力控制系统下列说法中不正确的是（    ） A．横杆出现弯曲变形会影响压力控制的精度，体现了系统的整体性 B．为了实现对压力精确的控制，重锤在横杆上的位置需 要经过计算分析，体现了系统分析的科学性原则 C．优化时先考虑横杆的硬度，再考虑气塞的形状，体现 了系统分析的整体性原则 D．横杆的变形程度需要定期检修，体现系统的动态性 C 六 课堂练习 3.俗话说“三个臭皮匠赛过一个诸葛亮”，俗话还说“一个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃，三个和尚没水吃”。两种看似相互矛盾的说法却隐含着深奥的系统思想。请用系统的基本特性来谈谈自己的看法。 系统具有整体性的特征，构成要素之间的相互联系和作用要服从于系统整体的目的和功能。“三个臭皮匠赛过一个诸葛亮”“两个和尚抬水吃”，说明构成要素之间相互联系和作用服从了系统整体的目的和功能，实现了系统的有机行为“1+1>2”的功能。“三个和尚没水吃”，说明构成要素之间相互连线和作用没有服从系统整体的目的和功能。 六 课堂练习 4.党的二十大报告指出，我们坚持绿水青山就是金山银山的理念，坚持山水林田湖草沙一体化保护和系统治理，全方位、全地域、全过程加强生态环境保护，生态文明制度体系更加健全。请结合自己所在地区生态环境保护和系统治理的情况谈谈对这段话的理解。 谢 谢！ 高中通用技术苏教版（2019）必修2 09 Lavf58.29.100 Lavf61.7.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$