《系统与设计》教案

课题：3.1认识系统

【教学目标】：

一、知识与技能：

通过分析身边的具体例子，了解系统的涵义。知道子系统、元素的涵义。

二、过程与方法：

通过经历分析系统的三个基本特征归纳出系统的涵义，进而培养学生归纳抽象的能力。

三、情感、态度和价值观：

激发学生探索各种形态的系统的兴趣。

【教学重点】：

系统的涵义；

【教学难点】：

系统的涵义；

【教学过程】：

引入：先用5分钟，熟悉课本。提出：我们身边存在各种各样的系统

新课教学：

一、系统是普遍存在的。

1、提出：系统无处不在，万物皆是。宇宙间的一切事物都处于一定的系统中，任何一种现实事物都

是一个系统。

2、让学生观看各种系统的图片：

A自然界——生物链与食物链

B人类社会——汽车传动系统

补充：底盘接受发动机的动力，使汽车产生运动，并保证汽车按照驾驶员的操纵正常行驶。底盘由

以下几部分组成：

传动系统：将发动机的动力传递给驱动车轮。它包括有离合器、变速器、传动轴、驱动桥等部件。

行驶系统：将汽车各总成及部件连成一个整体并对全车起支承作用，以保证汽车正常行驶。行驶系

包括车架、前轴、驱动桥的壳体、车轮（包括转向轮和驱动轮）、悬架等部件。

转向系统：保证汽车能按照驾驶员选择的方向行驶，由转向盘的转向器及转向传动装置组成。

制动装置系统：使汽车减速或停车，并保证驾驶员离开后汽车能可靠地停驻。每辆汽车地制动装备

都包括若干个相互独立地制动系统，每个制动系统都由供能装置、控制装置、传动装置和制动器组

成。

C微观——基本粒子

D宏观——太阳系

补充：太阳系：是否存在第十大行星？

古时人们在天空中仅能看到火星、金星、火星、木星、土星这五颗行星。

我国古代称金星为太白，木星为岁星，水星为辰星，火星为荧星，土星为填星或镇星。在国外，古

罗马神话中各种神的名字成为星的名字，如称水星为商神麦邱立、火星为战神玛尔斯、木星为爱神

朱庇特、金星为太阳神阿波罗的先驱和使者。

1543年，波兰天文学家哥白尼创立了“日心说”，让太阳取代地球坐上了“宇宙中心”的宝座，人

们才知道自己居住的地球是太阳系的一颗行星。从此，天文学上有了“太阳系”这个名称，太阳系

的行星也不断被发现。

天王星、海王星、冥王星是在1781年－1930年间陆续被发现的。

那么，是否有第十大行星？

科学家认为，现在的九大行星轨道之间是找不到第十大行星的，只有在水星轨道以内，或者到冥王

星轨道以外才能找到，前者称为“水内行星”，后者称为“冥外行星”。经过科学家的探测，水内行

星的可能性十分渺茫。

2003年布朗和他的小组在距地球129亿公里外，找到一颗红色小行星2003-VB12，并以海洋女神的

名字，给它起名为“塞德娜”。“塞德娜”的主要成分是冰和岩石，当被探知其体积大小约为冥王星

的四分之三，其加入太阳系行星家族的希望也破灭了，最终被正式归类为“小行星”。

柯伊伯带：起于海王星外、终结于冥王星外的冰石碎块集中带，被认为是在太阳系诞生时遗留下来

的。从1992年至今，人类已经发现了大约800个柯伊伯带天体。其中存在比冥王星大的星体，如

2003-UB313，但至今仍未列入“十大”。

E人体——呼吸系统

二、系统的涵义

提出：什么是系统？

1、系统有三大特征：

①两个或两个以上的元素组成；（以人体系统为例，分析子系统、元素的涵义）

②这些元素之间相互联系、相互作用；

③具有一定的结构和功能。

2、系统的涵义：系统是指两个或两个以上相互联系、相互作用的元素所组成的，具有一定的结构和

功能的有机整体。

三、系统的分类

根据不同的标准，从不同的角度，系统可以划分为不同的类型。

1、按照系统组成元素的性质：

自然系统：生态系统、动物消化系统。

人工系统：机械传动系统、城市污水处理系统。

复合系统：三峡水利发电系统

2、按照系统组成元素存在的形态：

实体系统：生物系统。

概念系统：哲学系统。

3、其他

【小结与练习】：

1.系统是普遍存在的；

2.系统的涵义；

3.系统的分类

课题：3.2.1系统的基本特征

【教学目标】：

一、知识与技能：

通过分析案例，理解系统的5个基本特性。

二、过程与方法：

通过案例，掌握系统的基本特性，构成系统的基本思想。

三、情感、态度和价值观：

学会用系统的眼光看待问题，分析问题。

【教学重点】：

系统的5个基本特性；

【教学难点】：

系统思路。

【教学过程】：

引入：

复习上节课内容：系统的涵义和系统的分类。

下面开始学习系统分析的基本方法。

提出：要用系统分析的方法来解决问题，就必须掌握系统的基本特性。通过理解基本特性构成系统

的基本思想（即系统思路）。

新课教学：

（一）系统具有目的性

1、人们为什么要发明自行车？

补充：【自行车的由来】世界上第一辆自行车出现于1790年，由法国人希布拉克用木材制成，没有

脚蹬，靠双脚交替踏地前进。1801年，俄国人阿尔塔莫诺夫发明了一辆轮子前后挂着的小车。这些

发明家把它作为礼物献给了俄国沙皇。1831年，德国人德列斯发明了车把，可以方便地转弯。1839

年，英国人麦克米伦发明了脚踏，装于前轮上。1880年，法国人基尔梅发明了链条，用它带动后

轮旋转。1888年，英国人邓勒普发明了充气车胎。

结合自行车演变，让学生理解：任何系统都具有某种目的，都要实现一定的功能。

2、自行车为什么要有刹车功能？

提出：自行车的作用是提高速度，使人们可以更快地到达目的地，而刹车的作用却是减速，两者相

矛盾。为什么还要刹车呢？

在某些情况下（如下陡坡），行车速度和安全要求这两个具体目标产生了矛盾，就得通过刹车来减速，

进行协调，从而保证自行车更好地到达目的地。

【系统思路】系统的具体目标之间有矛盾时，要从系统的目的出发，进行协调。

3.乐高积木用相同的组件，可以组成不同的系统，以实现不同的功能。什么是区别这些系统的标志？

系统的目的性是用来区别系统的标志。

（二）系统具有整体性

1.美国“阿波罗”计划中的飞船和运载火箭是由700多万个零件组成。这些零件都很普通，甚至没

有一个是新研制的，为什么能实现把人送上太空的功能？

各部分按照一定的结构组成了系统，从而实现了整体的功能。

2.三个和尚的故事说明了什么？“三个臭皮匠顶个诸葛亮”又说明了什么？

【系统思路】系统不是各个元素（组分）的简单相加。如果将它们之间的相互联系和相互作用协调

好，就能得到“1+1>2”的效果。反之亦然。

3.巴尔扎克雕像的故事

讲述：传说，法国著名雕塑家罗丹曾经给文学家巴尔扎克雕了一座塑像。塑像雕好之后，大受人们

的称赞，人们特别对雕像上巴尔扎克的一双手赞不绝口，都说这双手太逼真、太生动了。罗丹听到

人们的议论后，却毫不犹豫地从塑像上砍去了这双手。

提问：巴尔扎克雕像的故事说明了什么？

【系统思路】做任何事情都要重视整体效应，必要的时候要舍得抛弃部分而保留整体。

中国有一句成语就表达了这个意思：“弃卒保车”。

（三）系统具有层次性

1、提出：所有系统都可以分解为一系列子系统，并存在一定的层次性。

试说说我们国家都由那些子系统组成？

不同角度有不同的答案，看实际情况作出简要评价。

2.若各级行政部门没有层次性、没有独立的功能会怎样？

答案也很多，具体看情况作出评价，引出下面的观点。（拿针筒救火）

【系统思路】系统的层次性有助于系统功能的更好实现。

（四）系统具有相关性

1.为了保护草原植被，当地政府颁布了禁止大量捕杀野狼的法令，这是什么道理？

狼捕杀羊、野兔等食草性动物，使其数量减少，从而起到保护植被的作用。

【系统思路】系统的各个元素、组分的变化会对其他的元素、组分起影响。

相同的道理，为了使野生动物园的羚羊更有活力、生命力更强，可以引进狼或豹子等肉食动物。

2.如何理解“一着不慎，满盘皆输”？

不管什么棋类比赛，关键的一着下错，都很有可能输掉整盘棋。

【系统思路】要重视关键因素。在一个系统中关键部分的变化，甚至会对全局产生决定性的影响。

补充：木桶理论：

一只沿口不齐的木桶，其存水量的多少？不取决于最长的那块木板，而取决于最短的那块木板。

管理学中的“木桶理论”是指：人的能力大小是由他身上最劣质的素养决定的，一个企业成功的概

率大小也是由这个企业的最薄弱的环节决定的，就像木桶的容水多少是由木桶最短的一块木板决定

的一样。

木桶理论的外延还可以扩大到：

1）木桶容水的多少还要由木桶的直径决定。对于个人，如果你的能力只有那么大，你必须学习，不

断地增加自己的知识直径。企业亦然，要不断的进行改造、革新，以便更好的发展。

2）木桶容水的多少还要由木桶之间的木板是否箍的紧密有关，否则，你无论多大的木桶，都把水会

漏光的，“木桶打水一场空”。对于个人，也就是说：你要把自己的知识进行融会贯通，才能成就一

番事业。对于企业，一定要进行多种文化的融解包容，同时要建造一个齐心协力的团队，只有这样，

才能在万众一心的基础上，将企业搞好。

3）铁桶理论、塑料桶理论。

（五）系统具有环境适应性

1.家用电冰箱不能紧贴墙壁放置，汽车在雪地行走轮胎要加链条，这是都为什么？

冰箱放置与墙保持距离，目的是有一个适当的散热空间，从而保持正常工作。

一般汽车在雪地上会因为打滑而无法正常行走，因此在轮胎上加链条是起防滑作用。

结论：系统只有在一定的环境条件下才能保持（或恢复）其原有的特性。

2.自行车为什么要不断地进行更新换代？

当外部环境条件变化时（路况改变－跋山涉水，市场需求变化－舒适休闲），自行车就必须更新换代

（如增加新的功能，提高性能、舒适度），才能继续存在和发展下去。

【系统思路】要不断完善系统，使系统能适应新的环境。

3.你知道“春捂秋冻”的含义吗？

这是环境适应性的体现:由于人自身就是一个系统，春天多穿一些是对冬天的一种适应和衔接，秋天

穿少一些是对夏天气候的衔接和向冬天过渡的一种准备。两者都是为了使人的身体逐渐适应外界气

温的变化而不至于生病。

小结与练习：

系统的基本特性：目的性、整体性、层次性、相关性、环境适应性。

课题：3.2.2系统分析的基本方法

【教学目标】：

一、知识与技能：

通过设计制造人力飞机的故事，引导学生理解系统分析的基本方法及步骤。

二、过程与方法：

能运用系统分析的基本方法对生活、学习、工作中遇到的问题进行科学合理的分析。

三、情感、态度和价值观：

学生能运用系统分析的基本方法，对自己准确定位，协调好自己与同学、老师、长辈等之间的关系。

【教学重点】：

初步掌握系统分析的基本方法及步骤。

【教学难点】：

运用系统分析的基本方法分析处理身边的问题。

【教学过程】：

引入：

复习上节课内容：系统的基本特性及所表达的系统思想。

提出：系统分析就是系统思想与分析方法的结合。

新课教学：

（一）系统分析的基本方法的涵义

涵义：系统分析的基本方法就是把一个任务放在系统的运行过程中加以考察，运用逻辑推理和分析

计算，研究分析这个任务以及任务的各个因素，找出规律性，提出可行性方案，使系统整体达到理

想的目的。

如何理解这个涵义？通过两个例子来了解。

1、阅读课本，想一想在设计制造人力飞机时，设想1和设想2为什么会失败？而设想3又为什么会

成功？

解答：设想1和设想2都没有综合考虑设计制造人力飞机这个系统里的各个因素，只是着重考虑其

中的一两个因素，所以失败；

设想3通过定性与定量结合，正是运用了系统分析的基本方法，分析研究了影响人力飞机飞行的各

个因素，找出规律性，提出可行性方案，使人力飞机实现了“飞天”的理想目的。

2、阅读小资料，想一想丁谓修复皇宫的方案为什么会成为我国古代运用系统思想和方法的著名范

例？

解答：丁谓运用了系统分析的基本方法。把烧砖、运输建筑材料和处理废墟三项繁重的工程任务看

成一个整体中的相关部分，加以协调处理，从而找到获得最佳效果的方案，节省了大量劳力、费用

和时间,一举三得。

过渡：这里我们知道，丁谓运用系统分析的基本方法获得最佳的效果。但他是如何做、如何得到这

样的一个方案的呢？下面我们来学习运用系统分析方法的一般步骤。

（二）系统分析方法的步骤

步骤：阐明问题、分析研究、评价比较。

我们通过案例来进行分析：

【案例1】：阿拉斯加原油输送方案

1、阐明问题

任务：由阿拉斯加东北部的普拉德霍湾油田向美国本土运输油田。

2、分析研究

环境：油田处于北极圈内，海湾常年处于冰封状态，陆地最低气温达-50C。

当前采用的一般方案：

方案1由海路用油船运输

方案2用带加温系统的油管输送

处理策略：考虑到安全和供油的稳定性，暂时把方案2作为参考方案作进一步的细致研究。同时继

续考虑新的方案。

提出方案3：把含10％－20％氯化钠的海水加到原油中去，使在低温下的原油成乳状液，仍能畅流，

这样就可以用普通的输油管道运送了。

提出方案4：将地下石油蕴涵的天然气转化为甲醇加到原油中，降低原油的熔点，增加流动性，从

而用普通的管道就可以同时输送原油和天然气，仅管道铺设费就可以节省近60亿美金。

3、评价比较

综合各方案优、缺点，以及成本、安全性等，确定第4种方案为最终方案。

反思：如果仅仅在前面3个方案上优化，无论如何都得不到方案4的巨大效益。分析人员运用其专

业知识，将石油中的原油和天然气的运输作为一个整体进行系统分析，获得了成功，体现了系统分

析的实际价值。

小结与练习：

1、系统分析的基本方法

2、系统分析方法的步骤

课题：3.3系统的优化

【教学目标】：

一、知识与技能：

了解系统优化的意义，知道如何实现系统的优化。

二、过程与方法：

运用系统的方法分析问题，能对当前的系统提出优化的方案。

三、情感、态度和价值观：

培养学生节约和环保意识。

【教学重点】：

系统优化的方法

【教学难点】：

分析影响系统优化的因素

【教学过程】：

引入：

复习上节课内容

提问：什么是系统的优化？

就是在一定条件下，使系统达到更理想、更佳效果的过程。（举选择交通工具的例子）

新课教学：

一、系统优化的意义

实现系统的最优化，就可以在一定资源条件下，取得最佳的经济效果，而投入的人力、物力、财力

达到最小。

【案例】航标系统的优化（视频）

分析航标系统优化的意义：提高了安全性、可靠性、方便管理和检修、节约能源（耗电小）、适应能

力强、容错性好、实现了航标管理的智能化，发挥航道的运能，提高船舶的利用率，保证船舶的安

全，使长江航道航标的管理发生了质的飞跃，开启了数字航道的大门。

二、系统优化的实现

1、影响系统优化的因素：

1）系统优化的过程中，受一定的条件影响和约束，会造成系统与环境、系统组分之间、组分与整体

之间的矛盾冲突，这些矛盾冲突会影响系统的优化。

2）系统各组分之间、组分与整体之间的连接和协调状况，会影响系统的有序性和整体的运行效果。

【案例】：阅读P76—P77南方粮食生产季节变换系统的例子，分析影响本系统优化的因素有哪些？

分析：影响本系统优化的因素有种植品种（农作物生长特性）、时序、土壤、气候等。

2、系统优化的方法

基础：分析影响系统优化的因素。

过程：一定的条件下，对系统特性进行分析和控制。（复习前面系统的5个基本特征）

目标：以实现更佳的整体目标。

【案例1】：空调系统的优化

影响空调优化的因素：人民的生活水平、人民的需求、舒适度、功能、能耗、环境、环保节能、能

源、可靠性、寿命、运行费用、设备利用率、新材料、网络与数字技术及相关技术的进步等。

在对影响空调系统优化因素分析的基础上，研制出了各种空调：

1）变频空调：变频空调器是通过内装的变频器改变频率。有着高性能运转、舒适静音、节能环保、

能耗低的显著特点，改善了人们的生活质量，提高了人们的生活水平。

2）燃气空调：以燃气为能源的空调设备简称燃气空调。功能全、综合投资省；设备能源利用率高、

运行费用省；大量使用燃气空调有利于改善供电紧张状况，改善电力峰谷平衡率有十分可观的效果。

3）太阳能空调：利用太阳的热能驱动进行制冷。技术要求高，但成本低、无噪音、无污染、寿命

长。越是太阳能辐射强烈的时候，环境气温越高，太阳能空调的制冷能力就越强，这是人和自然和

谐的理想境界。在节能和环保方面有很大的发展潜力。

此外，还有智能空调，双面出风空调，一拖多空调、隐形空调等。

【案例2】：数学模型的最优化

现实原型（经过抽象）－数学模型（进行求解）－数学结论（回到原型分析）

阅读课本的拓展与应用，了解有关数学模型最优化的应用。

小结与练习：

1、系统优化的意义

2、系统优化的实现

课题：3.4系统设计的基本方法

【教学目标】：

一、知识与技能：

通过具体的系统设计案例分析，使学生初步掌握系统设计的基本方法。

二、过程与方法：

具备一定的系统设计和系统评价的能力。

三、情感、态度和价值观：

培养学生团队精神和认真学习、刻苦钻研、坚忍不拔的意志和毅力。

【教学重点】：

1、系统设计的基本方法。

2、让学生会运用系统设计的知识进行简单的系统设计。

【教学难点】：

1、掌握好系统设计基本方法中的系统设计。

2、确定一个任务，根据设计要求完成系统设计的方案设计。

【教学过程】：

引入：

1、复习前面内容

2、导入新课

通过播放《东正路等路段塞车状况》的录像，激发学生学习举兴趣，引导学生思考怎样改善东正路

等路段的交通状况。

【录像内容】：

随着东莞城市化进展的加快和汽车普及率的提高，城市交通拥挤日益加剧，交通环境逐渐恶化。相

信每同学都遇到过塞车，在路上焦急等待的感觉，真是无故郁闷，特别是上下班、上学放学的高峰

期，莞城道路必然处于极度的繁忙和拥塞中。其中东正路（含东门广场）、万寿路、市桥路、新芬路

等更已成为人人头疼的塞车黑点，塞车到底是谁的错？

提出：要解决这个问题，需要用到系统设计的方法。下面我们来学习系统设计的基本方法。

新课教学：

一、系统设计的原则

系统设计除要遵守设计的原则外，因系统设计有着与设计不同的特点，所以系统设计还必须遵

守以下的原则：

1、设计好系统中的每一个元素或子系统；

案例1：封杀三菱帕杰罗汽车事件，说明了什么问题？

相关材料：

经组织专家分析和实验室鉴定，检验检疫部门认定：日本三菱帕杰罗越野车Ｖ３１、Ｖ３３型

在设计上存在严重问题，车后部的"感载阀"在车内坐上人并在颠簸的路上行驶时会压低磨擦到后轴

制动油管，经长期反复磨擦，造成后轴制动油管被严重磨损直至出现漏洞，使制动液流出，造成刹

车失灵。这是涉及行车安全的严重质量问题！

为确保人身安全，根据《中华人民共和国进出口商品检验法》及其实施条例和《进口商品安全

质量许可制度实施细则》的规定，特公告如下：

1）自公告之日起，吊销日本三菱帕杰罗V31、V33越野车的进口商品安全质量许可证书(证书

号：97MV2491和99MV7582)，禁止其进口。

2）为确保安全，所有三菱帕杰罗V31、V33应尽快去三菱汽车特约维修站检修并更换后制动油

管，凡未经检修并更换改进设计的制动油管的日本三菱帕杰罗V31、V33越野车暂停使用。

3）日本三菱公司提供了44家为三菱帕杰罗V31、V33越野车用户免费检修并更换后制动油管

的特约维修站地址。

这一事件说明：

1）没有设计好汽车制动系统中的后轴制动油管；

2）没有设计好汽车悬挂系统中的感载阀。

2、设计好各元素或子系统之间的协调关系。

案例2：核电站为什么要建配套工程抽水蓄能电站？

相关资料：

大亚湾核电站与广州抽水蓄能电站系统工程。

广州抽水蓄能电站是为大亚湾核电站安全、经济运行而配套建设的电站，因为，发电设备只有在较

稳定的满负荷或接近满负荷下运行才是经济、安全，可靠的．但实际用户用电每日部出现高峰和低

谷，这就需要发电、供电设备不断调整频率和工作状况．大型抽水蓄能电站就是一种配合主电站而

建立的一种水蓄能发电站．它既是抽水站又是发电站，电网负荷低时，利用剩余电力把下水库的水

抽到上水库，将电能变成水的势能蓄积起来，当用电高峰时，上水库水（本站最大水头为535米）

推动蓄能电站水轮机发电机组发电，通过500千伏出线并入广东电网，电站综合效率为76%．

核电站容量大，总成本低，自动化程度高，高科技含量高，最适合稳定负荷工作，因而抽水蓄

能电站与核电站的配套运行既科学又经济。

二、系统设计的主要过程

结合编制《学校田径运动会竞赛日程表》来分析阐述系统设计的主要过程。

1、提出设计问题；

学校每年都举行田径运动会，如果你是学生会的体育部长，会如何组织编制好《学校田径运动

会竞赛日程表》。

2、收集与分析相关资料（包括外部环境及约束条件）；

(1)学习竞赛规程和田径规则，了解运动会的期限、天数，作息时间，开、闭幕式(表演内容)的时间；

(2)了解参赛单位人数、组别设置；

(3)场地器材条件、跑道条数、跳跃和投掷场地及器材数量；

(4)熟悉赛次的安排、录取办法、录取名次、计分办法；

(5)掌握裁判员的人数和水平、等级情况。

(6)查阅学校前几届运动的相关资料。

3、确定设计目的；

编制好编排合理，符合竞赛规程和学校实际的《学校田径运动会竞赛日程表》。

4、系统的设计（重点考虑：系统由哪些组分组成？系统各组分具有什么功能？各组分如何配合

工作？如何解决矛盾冲突？）；

具体讲：竞赛日程的编排视为一个系统，这个系统是系统结构与系统流程相辅相成的系统，要

求系统结构合理，运行流程畅