資源簡介

第一節 揭開系統的面紗
一、教學背景分析
1、教材分析
這一節是對系統含義和分類的初步學習，讓學生形成系統意識，為下一節學習打下良好的基礎，也為學生用系統觀點和方法學習和認識事物奠定基礎。
本節內容主要分為兩部分：系統案例的展示與分析；系統的含義與分類。系統實例的展示與分析部分安排了三個實例：大棚溫室系統、智能化大樓系統和人體系統。這樣的實例目的一是是讓學生意識到系統是普遍存在的，是離我們很近的；二是怎樣揭開系統的面紗認識系統；三是通過實例引入系統的概念，理解系統的含義；四是三個實例之間是有一定的遞進關系。
2、教情分析
從三個系統實例展開分析，達到從典型、簡明、配套的例子下手引入系統的概念，由分析找到方法，由分析找到結論，讓學生由體驗到理解再到掌握；從而培養學生有系統意識，用系統觀點分析和解決問題，減少處理問題過程中的盲目性，學會對事件的理性分析和科學決策。
理解系統的含義時，要注意理解是由相互依存、相互作用的若干元素構成，并完成特定功能的統一體。這里要著重強調其相互性和整體性，為后面章節用系統的方法分析和研究奠定基礎。另外，在系統分類的教學中，指導學生學會按照不同的角度和需要對系統進行分類，以便在現實生活中能夠利用系統的方法和觀點解決具體的問題。
3、學情分析
（1）學生在平時的學習生活中已經接觸到很多實際系統，但沒有對具體而實際的系統進行具體的分析和研究，只是從表面上或名詞上看系統，多是人事系統的具體功能，即隔著具體功能這層面紗。要想認識清楚必須揭開系統的面紗。
（2）學生通過本節課三個系統實例的學習，對系統的各個系統及各元素之間的相互依存、相互作用等特性的理解有一定的困難，學生容易就事論事，容易抓住系統的某一個具體的部分詳細追究而忽視整體。
（3）學生通過本節課三個系統實例的學習，容易緊盯著這三個系統本身，建立系統的觀點比較困難。
（4）在對系統進行分類時學生容易追究分類的具體標準。
二、設計思路
前兩個實例是從學生比較關注的系統功能入手，先講兩個系統的功能，這恰是遮住系統真正內涵的面紗；然后引導學生分析要達到系統的功能而需要的條件或設施，也就進一步幫助學生揭開系統的面紗，人事系統的組成及其層次關系。展示和分析系統時，用系統論的方法去談各部分的層次關系，抽取出系統組成示意圖，認識各部分的相互性和整體性。
含義要詳細的介紹，利用課外典型的系統案例，讓學生更加了解系統。這些實例中應該更多的是學生親身經歷過的。組織一些討論的題目來讓同學們進行討論。在介紹系統的分類，每個分類都要舉相應的例子，讓同學們深深的體會。
三、教學目標
（1）理解系統的含義。
（2）體會系統的組成和層次關系。
（3）了解系統分類。
（4）會分析系統的組成和層次關系。
（5）能對系統進行分類。
（6）感悟從系統的角度認識事物的重要性和必要性。
（7）岑頭事物各部分普遍聯系的觀點。
四、重點、難點
重點：對系統的含義的理解，熟悉系統的分類。
難點：學會用系統的觀點看問題。
五、教學器材
多媒體計算機、投影儀。
六、教學過程
導入：通過上一階段的學習，我們先學習了結構，在學習了流程，終于到了學習系統的時候，那同學們對于系統的知識了解多少呢？請同學們來談一下。
我們先來看幾個實例，首先我們看到的盲人摸象的實例，同學們關于盲人摸象的實例了解多少呢？
同學：他們摸到的都不是大象的全部，而是摸到了大象的其中的一個部分就下結論了。
老師：很好，同學們說的很好，著其實就告訴我們，我們不能片面的看待問題，要系統全面的看問題，了解了其中的問題，并不是就了解了整個系統。
同學們下面這個雕像是哪位大師啊？很好，就是巴爾扎克。
問：同學們有沒有發現這個巴爾扎克的雕像沒有手??？知道為什么嗎？
學生：被砍掉了。
老師：對，就是被砍掉了，羅丹讓自己的學生欣賞，學生們說這個雕像的手十分的傳神，可是羅丹聽到了并沒有高興，而是直接把手砍掉了，說如果手太漂亮了就不屬于這個整體了。這也就說明了整體的重要性。像這個一樣的例子還有太子丹曾手（簡單介紹）。中國確立大型飛機的立項，就是為了完善整個航空系統。
那么這節課我們就來一同學習一下什么是系統？
典型案例分析。
　 大棚技術采用了多種技術，人工營造出適于作物生長的小環境，避免了極端天氣對棚內作物的危害。我們將光照、溫度、土壤、氣體等方面條件的綜合，稱為棚室作物生長整體環境。大棚溫室內，作物生機勃勃，一片盎然。
系統主要分成了三層，向同學們簡單的介紹系統這三層之間的關系。
分析智能化大樓的組成，向同學們介紹智能化大樓的“3A”和“5A”系統的含義，抓住其中的一個樓宇自動化系統進行詳細的分析，明確其組成。
系統的含義
由相互依存和相互作用的若干元素構成的，并具有特定功能的有機整體。
構成系統的三個要素 ：
1、至少要有兩個或兩個以上的元素（或部分） ；
2、各元素之間互相聯系互相作用，有一定的結構；
3、系統的功能是組成的元素所不具備的。
案例：對自行車的系統進行分析，讓銅須門說出組成自行車的基本元素。還有其他的系統如：宇宙，臺燈，手表，計算機等。
問：觀看幻燈片，單個網眼能不能捕到魚（鳥）？ 為什么呢？
學生：不能，因為網是由一個個網眼組成的，而且組成網的各個網眼是相互制約相互聯結在一起的，從而使網具備了單個網眼所不具備的功能。
所以，網能捕到雀，而脫離網這個系統的單個網眼卻不能捕到雀。
系統有大有小，有復雜有簡單。系統是否可以分解呢？
實際上大棚溫室中的環境系統下面的小系統，稱為環境系統的子系統?？梢?，系統有大有小，一個大系統可以包容若干個小系統。
如：交通系統--航空、鐵路、公路等子系統。
管理系統-- 生產管理、營銷管理、財務管理等子系統。
問：請同學們對自行車和汽車進行分解。
學生：自行車（動力系統、執行系統、傳動系統、制動系統）；汽車（安全系統、點火系統、傳動系統、動力系統、方向系統、制動系統）。
三、系統的分類
1、按人類干預的情況：自然系統、人造系統。
自然系統：是自然形成的系統。（人體系統）
人造系統：是由人工制造加工而成的系統。（機器人系統）
2、按內容和要素的性質：實體系統和抽象系統。
實體系統：具體實體為元素所構成的系統。（生物系統）
抽象系統：有一些概念、原理、方法、制度、程序為元素所構成的系統。（哲學系統）
3、按與環境的關系：開放系統、封閉系統。
開放系統是指要與環境發生聯系、交換的系統。（生產系統）
封閉系統是指不與環境發生聯系的系統。（發生在密封容器里的化學反應）
4、按運動狀態：靜態系統、動態系統。
系統的狀態和結構，不隨時間的推移延續而變化的系統，成為靜態系統。（公路、房屋）
由物質運動的普遍規律決定其結構和狀態具有產生變化與發展、消亡過程的系統成為動態系統。（學校）
最后讓學生看一些圖片，進行分類，并做兩道題來進一步鞏固系統的三個要素。 七、對課堂效果的分析：
1、 用“捕雀”故事引入時，由于學生對捕雀不了解，達不到效果，可否考慮刪掉不要？
2、 課本案例較簡單，讓學生自行閱讀即可，注意把握閱讀時間。
3、 “系統的分類”這一部分內容，采用提問的方式，學生掌握得較好。
4、 系統的特性要結合系統的概念來理解，也容易記憶。
5、 時間緊，內容多；介紹課外內容時學生感興趣，較認真，可一回到課本，學生就不感興趣了。
課件3張PPT。第三章 系統與設計
第一節 揭開系統的面紗一、系統的含義 系統是由相互依存的若干部分組成、具有特定功能的有機整體。
例如：塑料大棚、智能大樓、人體、銀河系、原子等二、系統的分類系統可按不同的標準和需要分類：
（1）自然系統（人體）和人造系統（衛星、橋梁）
（2）實體系統（電腦硬件）和抽象系統（電腦軟件）
（3）靜態系統（棚室環境）和動態系統（城市系統）
（4）開放系統（人體）和封閉系統（火箭推進系統）課件14張PPT。第三章 系統與設計
第二節 系統的基本特性分析系統的基本特性分析例：龍舟賽艇系統分析
1.龍舟賽艇系統的功能（比賽）與構成（艇體子系統、運動子系統、動力子系統）
2.比賽取勝要素（快、方向性好），即內部各子系統之間的關系
3.賽艇的定量描述分析嘗試（速度的獲得、力的平衡、質量的權衡、運動的數學描述）
4.龍舟賽艇系統的評價與小結☆ 系統分析方法的產生 系統分析是在第二次世界大戰末期提出來的,起初被用于武器系統的分析研究，后來又被用于國防戰略及國家安全政策的制定。上世紀60年代才逐步被行政及企業單位采用。1、系統分析及其一般步驟 ☆ 什么是系統分析 每個人都會面臨選擇、面臨決策。決策方法有經驗決策和科學決策，經驗決策是人們慣用的方法，有時可能會導致失誤；科學決策則可以最大限度地減少失誤。系統分析就是一種科學決策的方法。 系統的基本特性：1.整體性 2.相關性 3.目的性 4.環境適應性 系統分析的基本方法：1.用系統的思想分析處理問題2.系統分析的基本方法包括：闡明問題、分析研究、評價結果3.寫簡單的系統分析報告 四、系統優化
1.發現問題
2.選擇合適的優化方法
3.驗證與實施系統分析的步驟 明確問題，設立目標 收集資料，制定方案 檢驗核實，作出決策 分析計算，評價比較 ：明確要研究問題的性質和范圍，提出所要達到的目標，明確約束條件。 ：收集相關資料，制定解決問題的各種備選方案，預計可能產生的各種結果。 ：如果對制定的方案不滿意，還可按上述程序反復進行，直到獲的滿意為止。 ：對資料和數據做必要的計算，進行各子系統的分析，再進行系統的整體分析，將各種方案進行評價對比，選擇最佳方案。田忌賽馬（1）　　齊國的大將田忌，很喜歡賽馬，有一回，他和齊威王約定，要進行一場比賽。 　　他們商量好，把各自的馬分成上，中，下三等。比賽的時候，要上馬對上馬，中馬對中馬，下馬對下馬。由于齊威王每個等級的馬都比田忌的馬強得多，所以比賽了幾次，田忌都失敗了。 　　田忌覺得很掃興，比賽還沒有結束，就垂頭喪氣地離開賽馬場。這時，田忌抬頭一看，人群中有個人，原來是自己的好朋友孫臏。孫臏招呼田忌過來，拍著他的肩膀說： 　　“我剛才看了賽馬，威王的馬比你的馬快不了多少呀?！?　　孫臏還沒有說完，田忌瞪了他一眼： 　　“想不到你也來挖苦我！” 　　孫臏說：“我不是挖苦你，我是說你再同他賽一次，我有辦法準能讓你贏了他?！?　　田忌疑惑地看著孫臏： 　　“你是說另換一匹馬來？” 　　孫臏搖搖頭說： 　　“連一匹馬也不需要更換。 田忌賽馬（2）　　齊威王屢戰屢勝，正在得意洋洋地夸耀自己馬匹的時候，看見田忌陪著孫臏迎面走來，便站起來譏諷地說： 　　“怎么，莫非你還不服氣？” 　　田忌說：“當然不服氣，咱們再賽一次！”說著，“嘩啦”一聲，把一大堆銀錢倒在桌子上，作為他下的賭錢。 　　齊威王一看，心里暗暗好笑，于是吩咐手下，把前幾次贏得的銀錢全部抬來，另外又加了一千兩黃金，也放在桌子上。齊威王輕蔑地說：　　“那就開始吧！” 　　一聲鑼響，比賽開始了。 　　比賽的結果是三局兩勝，當然是田忌贏了齊威王。 　　還是同樣的馬匹，由于調換一下比賽的出場順序，就得到轉敗為勝的結果。 系統分析的主要原則運用系統分析的方法處理具體問題時，主要要遵循三大原則：整體性原則、科學性原則、綜合性原則。案例分析3 丁謂修復皇宮第一，需要把大量的廢墟垃圾清理掉；第二，要運來大批木材和石料；第三，要運來大量新土。 宋真宗在位時，皇宮曾起火。一夜之間，大片的宮室樓臺殿閣亭榭變成了廢墟。為了修復這些宮殿，宋真宗派當時的晉國公丁謂主持修繕工程。當時，要完成這項重大的建筑工程，面臨著三個大問題：丁謂研究了工程之后，制訂了這樣的施工方案：首先，從施工現場向外挖了若干條大深溝，把挖出來的土作為施工需要的新土備用，于是就解決了新土問題。第二步，從城外把汴水引入所挖的大溝中，于是就可以利用木排及船只運送木材石料，解決了木材石料的運輸問題。最后，等到材料運輸任務完成之后，再把溝中的水排掉，把工地上的垃圾填入溝內，使溝重新變為平地。施工方案簡單歸納起來，就是這樣一個過程：
挖溝（取土）→引水入溝（水道運輸）→填溝（處理垃圾）。 按照這個施工方案，不僅節約了許多時間和經費，而且使工地秩序井然，使城內的交通和生活秩序不受施工太大的影響，因而確實是很科學的施工方案。 丁謂在修復皇宮工程中，運用了整體的解決方案，使取土、運輸材料、處理垃圾三項繁重的任務協調起來，在總體上得到了最佳解決。馬 上 行 動 1趙明同學家所在街道的人行道在一年內進行了三次施工，分別是電信部門鋪設通訊線路、煤氣公司預埋煤氣管道、市政部門維修下水管道，結果重復施工，造成了人力和財力資源的浪費，同時也給市民帶來了不便。請分析這一事件的問題所在，你認為怎樣處理更為合理？第二節 系統的基本特性分析
系統是由相互依存的若干個部分組成的、具有特定功能的有機整體。
籃球隊是有若干個隊員組成，每一個隊員相互配合，相互信任，一起努力，最終達到打好比賽的目的。
知新
系統是由相互依存的若干個部分組成的、具有特定功能的有機整體。
系統都存在于一定的環境中，系統必須適應外部環境的變化。
分析籃球隊系統
（1）是一個整體，每個隊員的狀態都影響著整個球隊
（2）每個隊員的都要相互信任，配合好
（3）以打贏比賽為目
（4）受場地、天氣等因素的影響
教學過程
（一）整體性
系統是一個整體，他不是各個要素（部分）簡單相加，系統的整體功能是各要素（部分）在孤立狀態下所沒有的。
整體性是系統最基本的特性，也是觀察和分析系統最基本的思想和方法。
例如：自行車條輻的調整，動一條整個車輪都發生改變。
例1：一堆沙子，鋼材，水泥和繩索散放在一起沒有什么意義，但如果將它們按照一定的結構形成一個整體，如遷成一座懸索橋，就具有了交通的功能，而若某一根繩索出現故障，就可能影響整座橋正常使用 。
例2：美國“阿波羅”計劃中的飛船和運載火箭是由700多萬個零件組成。這些零件都很普通，甚至沒有一個是新研制的，為什么能實現把人送上太空的功能？
【思路】各部分按照一定的結構組成了系統，從而實現了整體的功能。1+1>2
例3： 傳說，法國著名雕塑家羅丹曾經給文學家巴爾扎克雕了一座塑像。塑像雕好之后，大受人們的稱贊，人們特別對雕像上巴爾扎克的一雙手贊不絕口，都說這雙手太逼真、太生動了。羅丹聽到人們的議論后，卻毫不猶豫地從塑像上砍去了這雙手。
羅丹這樣做的目的何在，雕塑家的這一行為給你以怎樣的啟示？
讓人們看到其它的美所在。不能離開整體去分析任何一個組分，一個系統組織的好不好，就看它的整體功能實現的怎樣。羅丹砍去雕塑雙手的目的在于使人們注意雕像的整體，而不僅僅是注意這雙手。
【思路】做任何事情都要重視整體效應，必要的時候要舍得拋棄部分而保留整體。
例4：三個和尚的故事說明了什么？ “三個臭皮匠頂個諸葛亮”又說明了什么？
【思路】系統不是各個元素（組分）的簡單相加。如果將它們之間的相互聯系和相互作用協調好，就能得到“1+1>2” 的效果。反之亦然。
（二）相關性
組成系統的各個要素之間或整體之間相互作用、相互聯系、相互依賴、相互影響。
（看幻燈片上的自行車）
系統的各部分或元素只要有一個變化都會影響其他元素或部分實現其功能。
例1：為了保護草原植被，當地政府頒布了禁止大量捕殺野狼的法令，這是什么道理？
狼捕殺羊、野兔等食草性動物，使其數量減少，從而起到保護植被的作用。
【思路】系統的各個元素、組分的變化會對其他的元素、組分起影響。
相同的道理，為了使野生動物園的羚羊更有活力、生命力更強，可以引進狼或豹子等肉食動物。
例2：如何理解“一著不慎，滿盤皆輸”？
不管什么棋類比賽，關鍵的一著下錯，都很有可能輸掉整盤棋。
【思路】要重視關鍵因素。在一個系統中關鍵部分的變化，甚至會對全局產生決定性的影響。
（三）目的性
每個系統都具有特殊的功能。系統都是以實現某種功能為目的的，這是區別不同系統的主要標志。
蔬菜大棚：給蔬菜或水果提供適宜成長的環境
高樓大廈：給人們提供一個舒適、方便的居住環境
例1：一個企業的目的是實現企業利潤的最大化，成本和能源使用的最小化等。????????
例2：一個鐘表的目的是為了滿足人們對計時功能的需要。
例3：修建大壩的目的是為了減少旱澇災害和發電。
（四）環境適應性
系統都存在于一定的環境中。與其所處的環境之間通常都有物質、能量和信息的交換，外界環境的變化會引起系統特性的改變，并相應地引起系統功能和系統內部各部分相互關系的變化，系統要適應環境的變化而變化。
例1：工廠里的機器運行時散發出大量的熱量，為了使適應炎熱的夏天要對系統局部設施采用風冷，水冷，油冷等措施
例2：一些昆蟲在不同的環境，變為相應的顏色，也是為了適應環境。
例3：太陽能到陰雨天，太陽能的作用就會減少
談談“春捂秋凍” 的含義：
這是環境適應性的體現:由于人自身就是一個系統，春天多穿一些是對冬天的一種適應和銜接，秋天穿少一些是對夏天氣候的銜接和向冬天過渡的一種準備。兩者都是為了使人的身體逐漸適應外界氣溫的變化而不至于生病。（隨著外界氣候的變化，人們必須能適應周圍的環境，借助物質資料，才能保持和恢復人的活動。）
練習題
1．駱駝的雙峰的儲蓄功能是為了在干旱的沙漠中生存；北極熊身上厚厚的毛和脂肪的保暖作用是為了在寒冷的北極生存；竹節蟲與樹枝相似的體態的隱蔽作用是為了不易讓捕食者發現。這主要說明了系統具有（ D ）
A．目的性 B.整體性 C．相關性 D．環境適應性
2．如果把主板、顯卡 CPU、顯示器、鍵盤、鼠標、硬盤、內存條等材料散放在一起沒什么意義，但如果將他們有機的組裝成一起，就變成一臺電腦，這體現了系統的 （ A ）
A.整體性 B.動態性 C.目的性 D.適應性
提示：整體和部分之間的關系式整體性。
總結：整體性 要素影響整體
相關性 要素影響要素
目的性 功能性
環境適應性 受外部因素影響
第三節 系統的優化
一、教材內容分析
1．教材的地位和作用
系統優化是系統分析的深入，也是系統的結構和系統分析的綜合，又是系統設計的基礎，更是系統設計過程中的重要環節，它是是本書的重要內容之一。
二、學情分析
進入系統的內容，學生的興趣明顯比前期活躍，顯然系統分析的深入符合高二學生的智力發展需求。但是，學生在對某個系統的分析容易陷入原有的邏輯思維，而不能很好地應用系統的思想和方法分析和解決問題，不能很好理解系統優化的約束條件和影響系統優化的因素，并能運用系統的方法分析問題，能對當前的系統提出優化的方案。
三、教學目標
知識與技能：
1．理解系統優化的意義
2．能分析影響系統優化的因素
3．初步掌握系統最優化的方法
4．能夠對一個簡單系統運用最優化的方法進行分析
過程與方法：
1．模仿非常6+1節目，采用小組競賽的方法，課前制作了計分牌，用來累分。
2．通過討論、案例分析，完成學生知識的自主構建。
情感態度與價值觀：
1．體驗系統優化的意義，指導學生把系統優化的思想延伸到整個生活和學習當中。
2．培養學生解決問題的方法，以用合作精神
3．培養節約能源的意識
教學重點與難點：
重點：系統最優化方法和一般性步驟
難點：系統優化的過程分析
能結合生產生活中的實例，理解系統優化的意義，并能結合實例分析影響系統優化的因素。
四、教學資源準備
多媒體課件
教學課時：1課時
本節教材中分三個部分：
第一部分：案例分析
通過“小鬧鐘”案例、“鳥巢”和劉翔訓練方案的優化調整案例，目的是讓學生感受系統優化的意義。從實例分析入手，在分析過程中體驗系統優化的意義。
第二部分：第一個案例“風力發電”采用定性的分析方法，根據案例分析總結闡述系統優化方法和一般性步驟。第二案例“利潤問題”采用定性的分析方法，第三案例“貨物派送”采用定性和定量相結合的方法，要求學生運用系統的思想和定性、定量相結合的方法，確定研究課題、進行分析研究、評價比較、優化方案?？偨Y歸納出系統最優化方法的含義。
第三部分：提供學生一個探究任務，優化一所小學門前的交通問題，讓學生親自完成一個系統優化的過程，用系統分析的方法分析問題進一步得到實踐和提高。
五、教學流程
(一)情景創設引入新知
師：作為一個系統，通常會有這樣或那樣的問題，比如隨著私家車的數量迅速增多，出現了越來越多的城市道路交通擁擠，車位不夠停放等問題，那么就需要我們要對交通系統進行改善、優化，我們進行優化的意義是什么？我們來看幾個實例是，然后再來回答這個問題。
案例：小鬧鐘
師：大家猜猜看，懸掛上面的這個白色的物體是什么？
學：燈、鬧鐘……
師：是鬧鐘，當到了我們設定的時間響了以后，我們第一反應是什么？
學：關掉鬧鐘，再睡一會
師：等你醒來的時候，時間往往超了很多，這種情況影響我們正常的學習和工作。
師：大家遇到個問題時，我們班同學有沒有想到去改進鬧鐘的設計？
生：發表自己的看法
師：這個鬧鐘就解決這個問題，它叫拼圖鬧鐘，當鬧鈴響后，你要把它底部的圖拼好，它的鈴聲才能停止。
師：這個鬧鐘和普通的鬧鐘相比較，在哪方面進行了改進？
生：性能
師：這個鬧鐘和普通的鬧鐘價格上會不會有提高很多？
生：不會，因為拼圖的材料成本很低。
案例：鳥巢的優化調整
師：我們再來看2008奧運會的主會場“鳥巢”，“鳥巢”采用是什么結構？
生：框架結構
師：使用的主要材料是？
生：鋼
師：它采用是大跨度重型鋼結構體系，它在設計過程中也在不斷的優化調整，其中有一項調整是取消了可開啟屋蓋、擴大了屋頂開孔，優化后方案，減少用鋼量1.2萬噸，造價減少了約4億元。
師：鳥巢去蓋后，在哪方面得到改善？
生:成本降低
師：雖然去掉了蓋子，但鳥巢的外觀、設計理念都不會改
設計意圖：精選生活中系統優化的案例來導入新課，激發學生學習欲望，同時通過案例，讓學生感覺到系統優化的意義。
案例：飛人劉翔
師：提到奧運會的主會館，就想到飛人劉翔在08年奧運會因為腳腱受傷遺憾退出賽場的情景，今年的全運會劉翔再次天證明了自己，劉翔在這次全運會中以多少秒奪冠？
生：13秒34
師：劉翔創造了亞洲田徑的的奇跡，除了和他本身的身體條件和天賦外，還和孫海平教練的訓練方法是分不開的，孫海平對劉翔的訓練方法在不斷的優化調整，孫海平教練說“思索出劉翔訓練的新思路，這比什么都有意義”，你認為孫海平教練思索出訓練的新思路的意義是什么？
生：發揮劉翔的最大潛能
師：那么我們優化的意義是什么？
生:低成本、高效益……
師：以最小的投入，獲取系統的最佳效益或最佳功能。
師：對于城市道路擁擠的問題，大家會想到什么解決方案？
生：擴建道路？
師：但這種方法不僅造價昂貴、破壞城市環境，失去了我們優化的意義，我們可以通過優化交通信號的控制。
(二)系統優化的基本方法
1.案例：風力發電
師：風力發電正逐漸成為大規?！熬G色發電”的先鋒，2003年美國就安裝了約16億美元的風力發電場，并還在逐漸加大投入，來了解一下風力發電系統。
生：看風力發電的視頻
師：大家能想出解決妙方嗎？
小組討論
生：方案1：殺蟲劑、方案2：種植殺蟲的植物………
師：我們首先要對這個系統進行分析，系統分析的第一個環節就是明確問題設定目標，風力發電系統現在遇到什么問題？
生:葉片上的蟲子，使渦輪發電機的發電量由750千瓦降低到450千瓦。
師：問題明確了，我們要設定優化目標，我們優化的目標是什么？
生：消滅渦輪發電機上的蟲子，
師：我們明確目標后，開始制定方案，我們來看一下我們班同學制定的方案，
我們這些方案有沒有條件的約束呢？
方案1：噴灑殺蟲劑，人工噴灑嗎？有沒有考慮到渦輪發電機的高度
師：我們還要充分考慮到這個系統的約束條件
1．氣候：全美風力最強的地方
2．地勢：發電場位于沙漠的邊緣
師：制定這些方案后，我們現在就開始實施這些方案嗎？
生：不行
師：我們還不知道哪一種是最優方案呢？我們應該如何做？
學生：試驗，先用幾臺渦輪機進行試驗
師：試驗后，我們可以得到最滿意方案，我們就可以進行實施階段，每臺渦輪機實施最優方案。這就是我們優化的基本過程是：
師：我們來看一下，工程師們采用了哪種方案
師：播放視頻
生：觀看視頻
師：工程師發電機上添加了清洗設備
設計意圖：通過分析“風力發電”的案例，引導學生理解了系統優化的一般過程，同時也理解的系統優化的含義，掌握用定性的分析方法優化系統。通過視頻的方式，激發學生探知欲望(如何用風力發電？)，了解了風力發電的原理，同時也培養了他們節約能源的意識。
2.案例：利潤問題
師：剛才“風力發電”的案例我們是采用推理、實驗的方法，是屬于定性的分析方法。在生活中，純定性分析是不夠的，我們來看第二個案例“利潤問題”。
生：閱讀書上的案例
師：同學們看到這個問題，馬上想到用什么方法來解決
生：用數學上的函數(線性規化)
師：我們還是用我們剛剛的優化的一般步驟
師：系統優化的因素是指對優化目標產生顯著影響？可以人為調節的因素。
生：X1、X2
教師：好，請你將最主要的約束條件與目標函數式聯系起來，看看你能不能發現影響因素X1、X2與最優值Smax的關系。
學生：生產椅子所需工時少利潤大，生產桌子所需工時多利潤反而??！生產的椅子越多利潤越大。
教師：那我們干脆不生產桌子了，專門生產椅子，可不可以？
學生：不行，至少要生產8張桌子！
教師：哦，原來還有約束條件的限制。那好我們就生產8張桌子，算一算椅子最多可以生產多少張？
學生：13張！
教師：8張桌子，13張椅子。把你們經過一番分析計算選擇的這兩個變量的解代入約束條件看看是否超出了約束條件的限制范圍。
學生：都在約束條件范圍內。
設計意圖：“利潤問題”是非常典型的用數學方法解決的案例，高二的學生在數學課上已學會用線性規劃的方法來解決這個問題，所以在這個案例主要讓學生要用系統的分析方法分析問題，能夠分析影響系統優化的影響因素。
案例3：最優配送路線
師：在生活中，我們經常是定性和定理分析相結合的方法，我們看這個案例
某配送中心位于A點，現在將一批電視機等家用電器配送到B、C、D處的3家商場，運貨車從A點出發，送完貨后返回，配送路線如圖，圖中帶箭頭的線分別表示兩地往返的方向，無箭頭的線表示可以往返的線路。
師：說說你的解決思路
生：學生討論
方案
路線
路程(km)
1
ABCDA
51
2
ABDCA
46
3
ACBDA
59
4
ACDBA
47
5
ADCBA
51
6
ADBCA
58
師：這個案例，我們制定好方案后，再用數學的方法計算，就是定性和定量相結合的方法。
設計意圖：這是流程優化中的一案例，這個案例是通過優化流程來優化案例，通過這個案例，讓學生了解生活系統的優化通常是定性和定量相結合的方法。
(三)應用，學生探究
問題：隨著汽車普通率的提高，我們周圍的交通逐級逐漸惡化，一所小學門前的交通經常出現塞車的現象
師：展示這所小學的地圖，說明這所小學的特殊位置，播放一段小學放學時的一段片段。
生：分組對系統進行分析，并且討論可行的方案
生：展示方案，教師精講點撥
師：對其他組的方案進行推理、判斷，選出可行的方案
生：對其他的組的方案進行推理
師：展示現在正實施的方案，現在的方案偶爾還會出現堵車的現象，所以大家提供的方案也是非常有價值的，回到連云港后我一定將大家的方案推薦給有關部門。
(四)總結
最優化方法是系統學中的一個重要方法，它通常是指在一定的人力、物力和財力資源的條件下，使取得的效果(如生產產值、利潤、效益等)達到最大，而投入(如能源、資金、人力、時間等)達到最小的一種方法。
① 要用定性和定量分析相結合的方法是系統最優化。
② 堅持系統整體的最優化。運用好權衡理念，舍卒保車，棄車保帥，這是為了保證對弈的最終勝利。
③ 不間斷地尋求最優化，系統的發展具有階段性，系統的優化是具有相對性的，要遵循系統的動態觀點，推動系統不斷進步。
課件16張PPT。系統的優化學習目標：
通過生活中的案例分析理解系統優化的意義。
能結合實例分析影響系統優化的因素。并了解系統優化的過程分析，尤其是數學模型的求解過程．
情景設置有一個農夫帶著一條狼、一只羊和一筐白菜過河。如果沒有農夫看管，則狼要吃羊，羊要吃白菜。但是船很小，農夫只能帶一樣東西過河。主你幫農夫解決問題？1、農夫帶著羊首先過河，農夫回來。
2、農夫與狼過河，農夫與羊回來；
3、農夫搬白菜過河，農夫回來；
4、農夫與羊一起過河。
說說你們對該系統分析的過程？二、系統的優化 系統的優化是指在給定的條件下，根據系統的優化目標，采取一定的手段和方法，使系統的目標值達到最大化（或最小化）。
或者說：從多種可行方案或技術手段中得出最優的目標?！景咐治?】書P81農作物種植系統的優化——農業間作套種 約束條件是對系統的功能起著限制作用、并且是不
能人為調節的因素。目標函數是系統目標與系統中的某些元素之間的關系?！緦W生活動】討論：影響增產增收有哪些因素？農作物的生長周期、氣候等因素。 提高土地利用率和土地單位面積農作物收益總和之間的關系。 套種的模式、套種的技術水平、套種的田間管理、病蟲害防治等等。教學設計二、系統的優化案例： 利潤問題 某家具廠要安排一周的生產計劃，產品是桌子和椅子。制作一張桌子需4m2木板及時性20小時的工時，制作一只椅子需6m2木板及18小時的工時，每周能擁有的木板是600m2，可利用的工時是400小時；每張桌子的利潤是50元，每只椅子的利潤是60元。按合同每周至少要交付8張桌子和5只椅子，并假定所有的產品都能夠銷售出去。
問：該廠每周生產桌子和椅子的數量分別是多少時，能獲得最大利潤？Smax=50x+60y
4x+6y≤600
20x+18y≤400
x≥8, y≥5設每周生產桌子X張，生產椅子Y張，則有：閱讀：數學模型 用數學公式、圖表等描述客觀事物的特征模型，稱為數學模型。
現實世界的事物與數學模型的關系可表示為：答 案8張桌子
13張椅子
最大利潤為1180元
通用計算，我們得到的就是最優解，按每周8張桌子、13張椅子的方案生產就可以獲得最大的利潤，像這種系統優化叫做系統最優化。最優化方法解決問題的一般步驟1、提出需要優化的問題和目標，收集有關資料和數據。
2、分析影響系統優化的各種因素，確定變量，建立有關約束條件，建立求解最優化問題的有關數學模型，分析模型。
3、選擇合適的最優化方法。
4、分析求解。
5、最優解的驗證和實施。小練習在江邊一側有A、B兩個廠，它們到江邊的距離分別是2km和3km，設兩廠沿江方向的距離是3.5km，現在要在江邊修建一個碼頭，使得兩廠的產品能夠順利過江，問碼頭應建在什么位置，才能使運輸路線最短？
求解過程：
根據要求可畫出上圖，在江邊DE上求一點C，使C到A、B兩廠的距離之和為最短。　　數學模型為： Smin=AC+BC　　過A點作關于直線DE的對稱點A1，連接A1B與DE相交于C，這一點既為所求的碼頭的地點。　　根據相似三角形原理，求得 DC=1.4km，碼頭建在與A廠到江邊垂直距離位置相距1.4km處，運輸路線最短。　從這個例子可以看出：可以看出優化僅僅靠定性的分析是遠遠不夠的，還需要更多的定量計算才行。 
■
■
■
■
■
■
■
■
■■
■
■
■
■
■
■
■
■■
■
■
■
■
■
■
■
■教學設計案例：裝修施工的組織優化優點：
（1）工期____
（2）需要水電、木工和油漆各____個裝修隊同時工作。
(3)相對于平行施工的方式,這種方式在施工時間內投入的人力、施工設備、材料____。
在這一優化的案例中，影響優化的主要因素有哪些？
閱讀： 系統工程 系統工程是指在系統思想的指導下，綜合應用自然科學和社會科學中有關的先進思想、理論、方法和工具，對系統的結構、功能、要素、信息和反饋等進行分析、處理，解決實際問題，以達到最優規劃、最優設計、最優管理和最優控制的目的。小　結找出系統優化的重要因素。
系統優化的一般步驟。第四節 簡單系統設計的基本方法
【教材分析】
本小節內容側重于學生實踐和探究，通過案例分析由學生總結系統設計的方法和基本原則，通過簡單系統設計初步實踐，讓學生更加深刻的體驗、掌握系統設計的基本方法和基本原則。
【學情分析】
教材中的案例和實踐課題介紹的很詳細，學生的興趣會降低，需要更換新的案例和實踐課題，提高學生的學習興奮度。
【三維教學目標】
知識與技能：
⑴初步掌握系統設計的基本方法。
⑵掌握系統設計的基本原則。
⑶能夠對簡單系統設計案例進行分析。
過程與方法：
在簡單系統設計的過程中，體驗系統設計的方法和基本原則，學會從系統的角度分析問題。
情感、態度和價值觀：
能夠從系統的角度分析事物，理解整體與局部、宏觀與微觀之間的系統聯系。
【教學重點】
系統設計的基本方法、基本原則。
【教學難點】
系統設計的一般原則的引導下完成系統設計。
【教學策略與方法】
突出學生學習探究的主體地位，通過案例分析理解知識，通過實踐掌握方法，讓學生的知識體系建構在實踐和真實案例的基礎之上。老師發揮引導作用，利用多媒體教學課件展示相關材料，引導學生進行實踐、探究。
【教學設計思路】
首先通過案例分析讓學生理解和總結系統設計的一般原則和方法，再通過老師引導下的設計實踐活動，體驗系統設計過程，學會系統設計一般原則和方法的應用。
教學過程：
一、導入：
播放空客A380夢幻客機視頻，引起學生興趣。
問題：空客A380為什么能成為一架優秀、成功的客機，這樣一個復雜的系統又是如何設計完成的呢？下面我們根據相關的材料分析一下。
二、案例分析
材料一
這段材料介紹的是空客A380為人們追捧的優點，通過這些優點大家分析：空客A380系統的設計之所以成功，是因為遵循了哪些原則？
學生分組討論，結束后，每小組分析其中一段材料。
1、 A380是優秀的民用客機，出色的滿足了服務于遠程、大批量乘客航線的設計要求。
2、A380合理的解決了機身重量、機身強度、載重量、能耗等元素之間的矛盾，讓其各個子系統合理融洽的結合在一起。
3、A380盡可能的利用了機內空間，增加載客量，運用多項節能技術，減少能源消耗，滿足了航空公司對經濟效益的追求。
4、 A380可以動態調整座艙數，增加貨運空間，非常靈活機動。
5、A380的機艙配備了的最先進的機上娛樂系統，電影、游戲和電視節目一應俱全。機艙內的空氣，每三分鐘更換一次，220個舷窗讓機艙內享受更多的自然光 ，是最舒服的客機。
6、A380有很強的可改性，，可以根據客戶的個性化需求，衍生新的子機種，具有極好的適應性和擴展性。
對應的總結出以下結論：
1、實現基本功能原則——系統設計的首要原則
2、綜合處理原則——合理解決各子系統的沖突
3、追求效益最大化原則——系統設計追求的永恒目標
4、動態調整原則
5、人性化設計原則
6、穩定適應、可持續發展原則——戰略性的思考
大家總結出的這些原則就是系統設計的基本原則。
材料二
這段材料介紹的是空客A380的設計歷程，大家試著分析，它的設計經歷了怎樣的過程，采用了什么方法？
學生分組討論，結束后，每小組分析其中一段材料。
空客A380是空客公司為了打破波音747在遠程超大型寬體客機領域的壟斷而設計的一款全新的飛機，具有大航程、大載客量的特點。
空客A380采用了模塊化設計，按照功能和相互之間聯系的緊密程度，將整個飛機系統劃分為動力、控制、航電、安全、機身等多個子系統，由英國、德國、西班牙、法國等多個國家分別完成。
各個子系統必須首先通過各自的評價驗證，達到各自的設計目標才能真正成為飛機最終的組件。
所有組件完成后在法國總裝，然后進行相關技術測試，并進行調試、優化，保證飛機的質量和安全。
對應的總結出以下結論：
1、明確系統的基本功能
2、將系統分解為若干子系統，明確各子系統的目標、功能及相互關系。
3、對子系統進行技術設計和評價
4、對系統進行總體技術設計和評價
大家總結出的這個過程就是系統設計的一般方法。
三、體驗系統設計
我們了解了系統設計的基本原則，知道了系統設計的一般方法，下面我們試著用所學的知識來完成一個簡單的系統設計。我們以學生宿舍系統的設計為例，一起體驗一下設計的整個過程。
老師：對宿舍系統的設計我們要解決哪些問題？
學生小組討論，老師歸納總結以下主要問題。
1、宿舍有什么功能要求？
2、宿舍由哪些子系統構成？
3、每個子系統又要實現哪些目標？如何去實現？
4、如何去協調子系統間出現的矛盾達到好的整體效果？
根據這些問題的提示，學生分小組活動，制定系統設計方案。
四、作品展示
讓每個小組派代表介紹自己的方案，要找出每個設計的優點，保持學生實踐的積極性。
五、小結
對系統設計的一般原則和基本方法進行回顧。
六、作業
1、繼續完成優化自己的宿舍系統設計方案。
2、自選課題，嘗試獨自完成一個系統的設計。
課件10張PPT。第四節 簡單系統設計的基本方法一、案例分析1、教室平面設計的分析2、保溫設計的分析二、簡單系統設計的基本方法 通過對系統的功能、內部規律、特性以及外部條件的分析，考慮到一些基本的問題，遵循那些最一般的設計步驟，對整個系統進行總體設計和評價，這就是系統設計的基本方法。三、系統設計的基本原則1、以實現系統基本功能為首要原則2、利用子系統間的關聯關系，合理解決子系統的沖突，綜合處理的原則3、追求效益的最大化的原則4、人性化設計的原則5、相對穩定和可持續發展的原則學做簡單系統的方案設計
教學目標：
知識與技能：
初步學會設計簡單的系統，掌握一般規律。
過程與方法：
在設計過程中鍛煉對事物的理性分析和科學決策能力。
情感態度與價值觀：
經歷簡單系統設計的分析過程，感受實際存在的系統的復雜性及設計難度， 體會知識的價值與重要性。
教學重點與難點：
重點：系統設計的基本原則和過程。
難點：解決具體問題的方法。
教學過程：
通過前面的學習，我們對系統的設計有了比較全面的了解，這節課請同學們做一次系統設計師，嘗試設計一個完整的系統。
供選擇的課題：
1，體育場的主席臺、看臺。（結合上一節課的作業）。
2，我們學校的餐廳布局。（前面我們曾經討論過）。
3，運動會賽事系統。（前面我們曾做過一個簡單的，這次可做個復雜點的，考慮三個年級，預賽、決賽）。
4，其他感興趣的課題。（不要太大，最好平時琢磨過的）。
請同學們選好課題，分組自主設計，然后互相點評。
最后，請同學們談談體會：
系統的思想方法，就是強調權衡利弊、綜合取舍，杜絕片面性。你覺得你在這方面的思維能力有提高嗎？
在設計中的你有那些巧妙的創意？它最后成功還是失敗了？為什么？
經過這一章的學習，你感覺有哪些收獲？
課件14張PPT。3-5 學做簡單系統的方案設計系統設計的原則 (P99)1、學校作為一個系統，它的基本功能是什么？
2、教學樓、宿舍樓、餐廳等的位置有什么關系？
3、如何利用有限的資金，將設計做得更好？
4、如何在不同的季節、風向下，使校園環境更好。（如廁所的位置）
5、在學校的周圍種上一些什么樹，或是否設計一塊綠地。
6、幾年后學校規模要擴大，在學校選址問題上，要做哪些設計考慮。1、以實現基本功能為首要原則。
2、利用子系統間的關聯關系，合理解決子系統的沖突
3、追求效益的最大化及優化是系統設計追求的永恒目標的原則。
4、可實現動態調整的原則。
5、人性化設計的原則
6、可持續發展原則我們的作品相冊系統設計的一般步驟①將系統分解為若干個子系統②確定各子系統的目標、功能及相互關系③對子系統進行技術設計和評價④對系統進行總體技術設計和評價系統與設計系統設計實例杭州大劇院以其獨特的建筑造型、完善的演出功能、先進的舞臺技術成為目前中國最具現代化的標志性文化設施。其西南方向是杭州國際會展中心，西北面為杭州市行政中心,總占地面積約為 10 萬平方米，建筑面積為 5.5 萬平方米。
建筑設計方案為加拿大著名設計師卡洛斯·奧特先生所設計，主體設施有一個 1600 座的歌劇院，一個 600 座的音樂廳，一個 400 座的可變劇場，和一個 700 座的下沉式露天劇場及室外文化廣場。 杭州大劇院杭州大劇院杭州大劇院的建筑造型非常獨特富有詩意。銀色金屬屋面由進口鈦板鋪設，象征著明珠；大斜面雙曲玻璃幕墻則象征一彎明月；大劇院前 6000 平方米的廣場淺水域象征著杭州西湖杭州大劇院自2004年９月作為“中國第七屆藝術節”主要場館以來承辦了美國百老匯原版音樂劇《音樂之聲》等高檔次的演出項目。以“感受藝術經典·共建美好家園·構筑和諧社會”為劇院經營管理目標，深受杭州市民好評。此外，杭州大劇院與國際接軌，推出“演出季”理念，全力打造感受經典演出季、“中華神韻”民樂普及系列演出季、十月金秋文化藝術月演出季、獨樂樂不如眾樂樂會員特惠場系列演出季、西湖國際音樂節等演出季品牌。杭州大劇院這一歷史文化名城的現代化文化標志建筑，將逐步成為“藝術家展示才華的舞臺，人民群眾享受藝術的殿堂，構筑國際文化交流的平臺”。 杭州大劇院 歌劇院 歌劇院是杭州大劇院的主體核心演出場所， ???????“馬蹄形”的建筑平面占據了整個建筑群的中心位置，擁有世界一流的舞臺設施及設備。歌劇院共有席位 1600 多個，其中一層池座 1000 座，二、三樓配有600 座左右兩側包廂。坐席區內部的裝飾風格上，設計師采用木質三角形的金色墻面，紅色織物面料的座椅，黑色大理石地面和走道及GRG吊頂材料，烘托出歌劇院里熱烈、豪華、壯觀的藝術享受空間。舞臺區域，總寬度為 66米，深度達 56米（主舞臺深 24 米），舞臺最深處為－ 17.8 米，最高處為＋ 32 米，舞臺面離柵頂距離 28 米，舞臺總面積達 2200平方米 音樂廳 音樂廳有 600 多個座席，主要用于舉辦室內樂、獨奏音樂會、個人演唱會等小型演出。音樂廳為歐洲傳統的 “古典鞋盒型”建筑形式，是一個輪廓鮮明，精致簡潔、舒適優雅的音樂欣賞天地。臺面及觀眾廳地面均采用常見樂器的木質材料，如此一來似乎把演奏員和觀眾都置身于“音樂盒”之中，使之最精確感受音樂殿堂的藝術氣質，感受高雅藝術的無窮魅力。在舞臺的中間有一個升降臺，舞臺的后部是從奧地利引進的管風琴。杭州大劇院音樂廳擁有世界頂級鋼琴——斯坦威 D—274 型鋼琴。音樂廳的內部設計，以聲學為基礎，創造完美的擴音效果。這個音樂廳的混響測試速度為 1.7秒，完全可以做到原聲演奏。
??? 音樂廳至今已成功上演了來自烏克蘭、巴黎、瑞士、奧地利等眾多國家和地區的室內樂團、藝術家帶來的精品室內樂、獨奏、個人演唱會可變劇場設計成靈活多變的空間，配置了電動升降母臺、子臺等舞臺機械設備和暗藏電動翻轉座椅、伸縮活動座椅等機構，在國內可是首屈一指的，哪怕在國際上也只有為數不多的劇場使用了該先進技術。舞臺和觀眾席整個布局可供各種演出、展會、會議等使用?？勺儎隹梢酝ㄟ^電聲的方式，不僅實現了混響時間可變，還可以對聲場進行修正，混響時間頻率的調整，以達到不同使用功能時均能提供良好的聲學效果和聲音質量 晶藝在眾多參與投標者中脫穎而出，一舉中標 中標成功的廣州歌劇院晶藝是我國特種玻璃建筑的領跑者，用科技創新來實現建筑的節能環保 國家大劇院?晶藝承建的北京西單文化廣場圓錐形采光頂多棱鉆石形采光頂,以其優美的造型豐富了長安街的現代色彩,成為京城十里長街上的閃亮風景 北京西單文化廣場

展開更多......

收起↑