3.3 系统的优化 教案-2023-2024学年高中通用技术粤科版（2019）必修 技术与设计2

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通用技术 必修 技术与设计2
第三章　系统及其设计
第三节 系统的优化
教学背景
党的二十大报告指出，“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略”。
通用技术是一门与科学技术息息相关的学科。回顾人类的发展历程，从石器时代、青铜时代、蒸汽机时代直到当今的信息时代，技术进步改变着人类的生活和生产方式。我们的生活、工作、生产处处都要用到技术，例如我们手中拿的圆珠笔和钢笔就是多次技术改造的结果，使我们足不出户就可以了解世界的电视机也是技术发明的成果。认识技术、善用技术，已成为现代人必须具备的素质。
教学目标：
了解系统优化的意义，了解影响系统优化的因素。
体会领悟系统优化的必要性和重要性,通过系统优化探究活动,培养学生的探究精神以及团队合作意识。
能分析、总结和归纳出系统优化的方法，并能运用系统原理和系统分析方法，进行简单的系统优化设计活动，尝试解决技术问题，体验参与技术设计的愉悦情感。
经历将基础知识应用于技术实践和创新的过程，同学们会养成实事求是、精益求精的习惯，能运用规范的技术语言和设计制作方法去解决一些实际的技术问题。
教材分析
这节课内容主要本节主要介绍系统优化的过程、价值和意义，以及如何在系统分析的基础上，进行系统优化。系统优化既是系统分析的深入，又是系统设计的基础，更是系统设计过程中的重要环节，起到承上启下的作用，是本章的重要内容之一。
学情分析:
经过前面认识系统、系统分析的学习，学生对系统的含义、特征及系统的思想和方法已经有了一定的认识。但分析过程中，不能灵活运用系统的思想和方法进行优化。
教学重难点:
重点:理解系统优化的意义及影响系统优化的因素。
难点:探究系统优化的方法，并能够简单应用。
教学策略:
本节课教学主要由教师通过实物图片和多媒体手段设置学习情境，并加以引导，让学生在过程中自主探究、自主建构设计原则知识并形成能力。
教学准备:
展示用的图片、其他技术产品、多媒体课件。
　　教学过程:
　　情景导入:
老师：本节课我们学习通用技术 必修 技术与设计2第三章系统及其设计
第三节 系统的优化。
某班组织学生集体去郊外野营，在野营地用一条竹筒从远处山泉引水做饭。五名同学同时拿着大小不同的容器去取水，但取水处只能容一个人站立，为了使同学们及时吃到香喷喷的饭菜，每人取水后就马上回营地工作。
导学思考
有什么办法使五个人总的取水时间最少 要考虑什么因素
一、系统优化的意义
案例
陶瓷窑炉的优化
陶瓷生产素有“原料是基础，窑炉是关键”之说。隧道窑（图3-30）是现代陶瓷工业广泛使用的窑炉。顾名思义，隧道窑的窑体像一条隧道，里面铺有轨道。全窑分预热带、烧成带和冷却带三段。陶瓷制品坯体干燥后，装上窑车，由推车机把窑车推进窑内，经过上述三个带完成烧制过程。对比旧式窑炉，隧道窑有连续作业，产量高，劳动条件好，易于实现机械化、自动化等优点。但由于窑车等输送设备影响了窑炉的气密性，窑内上下温度不均匀，因北焙烧时网长。另外，窑车及衬砖在升温、冷却的过程中，也浪费了大量热能。
辊通窑《图3-31)则是用连续平行排列的辊子造成辊道，把坯件直推放在辊道上，或者放在垫板上，通过传动系统使辊子转动，坯件依次通过预热带、烧成带和冷却带出窑。由于辊子上下可直接加热，窑内温度均匀，大大缩短了制品烧成时间，在保证质量的同时，提高了产量。辊道窑还因为减少了窑车等热耗设备，有效提高了热利用率，与隧道窑比较，单位产品能耗节省了一半以上。
分析
1.陶瓷窑炉通过什么关键技术设备的改进，实现了窑炉的优化
2.上述技术设备的改进有什么意义
系统的优化就是在给定条件下，通过一定的手段和方法，使系统获得更佳功能或更佳效益的过程。实现系统的最优化，就可以在一定资源条件下，取得最佳的效果，而投入的人力、物力、财力达到最小。
二、影响系统优化的因素
案例
千烟洲立体生态农业
千烟洲地处江西省泰和县亚热带红壤丘陵地区。过去的千烟洲是一个贫穷落后的小山村，土地贫脊，生产结构单一，只开垦了沟谷、河滩上的土地，重点生产粮食。20世纪80年代初，这一地区因地制宜，进行综合开发和治理，改变土地利用结构，调整农业生产布局。从以粮食生产为主转变为以林果为主的土地利用结构模式，形成“丘上林草丘间塘，缓坡沟谷果鱼粮”的立体农业布局。从丘上到丘下，大体布局为:用材林(阔叶林或针阔混交林）一经济林和毛竹一果园或人工草地一农田一鱼塘（图3－32）。这种山区生态农业模式，既有中、远期才有收益的林果生产，又有短期可收益的农、牧、渔业的发展。10年后，千烟洲呈现出一派生机勃勃的景象。森林覆盖率由0.43%提高到70%以上，水土流失基本得到控制；土地利用率由10.9%提高到91.5%；农业总收入由原来不到6000元，增加至100万元以上；人均收入达到2 917.4元，比10年前增长了20.5倍。千烟洲地区农业生产走上了可持续发展的轨道。
以上案例中，系统优化的目标:改善生态环境，提高农业生产经济效益，帮助农民脱贫致富。
系统优化的约束条件:亚热带红壤丘陵地区的地形、气候、生物生长习性等。
影响系统优化的因素:直接影响生态环境和农业生产效益的因素。
立即行动
具体说说影响千烟洲生态农业系统优化有哪些因素。
实践
模型飞机的优化
目的和要求
通过手掷模型飞机的性能优化，探究影响系统优化的因素。
要求:
1.飞机的飞行和着地姿势正确。
2.飞机在空中沿直线滑翔的距离尽可能长（自定适当的目标）
材料及工具准备
泡沫板1块、铅笔、刻度尺、剪刀、工艺刀、普通回形针2枚、大型回形针2枚、牙签若干、橡皮圈若干、护目镜等。
注意：使用尖锐工具时要注意安全。
知识准备
了解模型飞机飞行的基本原理。
设计及优化过程
1.画出飞机设计草图，制作模型飞机。
探究：
飞机飞行时受哪些力的作用 在设计草图上表示出来。
怎样控制作用在飞机上的力
表3-6 飞机行时所受的力
力的名称 应该增加或减少的力 如何增加或减少这种力 主要依据的科学原理
2.分组比赛，看哪个小组做的飞机飞得最好、最远。
3.修改设计方案，重新制作模型。
表3-7飞机性能测试记录
飞行次数 事故记录 飞行距高/ｍ 优化方法
构件脱落 机头着地 机身翻倒 其他
第一次
第二次
第三次
系统优化是一个不断验证、完善的过程。
探究
小组交流制作模型飞机的体会，探究模型飞机飞行调整技术，分析影响系统优化的因素。
1.可以通过哪些部件的优化，增加模型飞机直线滑翔的距离
2.模型飞机是否越轻越好 为什么要加上面重物（回形针）
3.一般模型飞机机身的外形设计都是呈窄长形的，为什么
4.模型飞机出现构件脱落、机头着地、机身翻倒等情况的主要原因是什么
系统的优化不仅要注重系统中组成部分（要素）的优化，还要注重组成部分（要素）之间、组成部分（要素）与整体之间的协调和连接的有序性。
拓展与应用
系统的优化在未能建立优化目标与影响因素的数学关系时，无法得出量化的目标值，只能通过定性的分析或估计寻求较为满意的结果。而系统的最优化通常是解决在一定的约束条件下，寻求系统的优化目标达到最大值成最小值的问题，这往往需要通过建立数学模型去解决。
立即行动
某木器厂生产桌子和柜子两种产品，每种产品都需要两种不同的木料。现工厂有第一种木料72m，第二种木料56m，生产一张桌子和一个柜子所需要的木料及所得利润如表3-8所示。问桌子和柜子各生产多少，才能获取最大利润
表3-8 木料和利润
产品 所需木料/m 利润/元
第一种 第二种
桌子 0.18 0.08 60
柜子 0.09 0.28 100
建立此问期的数学模型
决策变量:＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
目标函数:＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
约束条件:＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
讨论、思考、形成小论文。
每位同学组织一篇小作文，可以从不同的方面进行展开。
完成后，与同学们进行讨论、分享。
课后作业
1.列车提速是对铁路运输系统的优化。下列说法正确吗 为什么
(1)只要有先进的机车，就能提速。
(2)不仅需要有先进的机车，还需要道路、桥梁、隧道等基础设施的配套改进。
(3)只有使用“动车组”才能提速。
(4)只有重新能设铁路，才能提速。
2.田忌赛马的故牛中，田忌用哪种方案赢了齐王 从系统优化的角度分析田忌为什么能取胜。
3.查阅相关资料，了解青蒿素和双氢青蒿素研制提取工艺的优化过程，说说你从中受到的启发。
4.以分组的形式参观附近的生态农业基地或技术革新工程，了解它们是怎样实现系统优化的，这样做对环境保护、提高生产效益有什么意义。各小组交流参观的心得体会。

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