3.1 系统及其特性 教学设计-2023-2024学年高中通用技术苏教版（2019）必修《技术与设计2》

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3.1 系统及其特性
【学科核心素养】
技术意识：通过小车组装技术实践活动，能从技术的应用角度阐明系统的含 义与基本构成。
工程思维：能结合小车实例归纳系统的基本特性。
【课标内容要求】
1.能从技术的应用角度阐明系统的含义和基本构成。
2.能结合具体实例归纳系统的基本特性。
【教材分析】
《系统及其特性》是苏教版通用技术教材必修二第三章《系统及其设计》中 第一节的内容， 包含了“认识系统及其构成 ”“辨析系统的基本特性 ”两个任务。 本节内容从技术应用的角度阐述系统的含义、基本构成及基本特性， 为后面系统 分析、系统设计、系统优化和实现打下基础。教学中， 教师按照“任务—活动— 问题串—学习过程 ”的思路， 综合运用创设情境、任务引领、问题贯穿、实践操 作等方法，引导学生进行思考讨论、分析提炼和探究实践，认识系统及其构成， 并逐步掌握系统的基本特性，达成本节课的教学目标。
【学情分析】
通过前几单元内容的学习， 学生已经掌握了结构及其设计和流程及其设计的 相关知识， 为本节课系统及其特性的学习打下了基础。高二学生对于揭开系统的 神秘面纱有强烈的愿望， 学生有强烈动手体验和实践探究的期待。因此， 学生已 经具备了本节学习的知识及情感基础。但是， 学生对于系统及其特性缺少理性认 识， 不太了解系统和系统的基本特性， 更多停留在偏“理论 ”层面， 缺少技术知 识在实践中的运用， 利用所学系统及其特性的知识分析和解决遇到的系统问题能 力， 需要教师在教学中综合运用案例分析、交流讨论、实践探究等多种方法， 引 导学生一步步认识和掌握系统的相关知识。
【教学目标】
1.通过小车系统的探究，能从技术的应用角度阐明系统的含义及其构成。
2.通过探究小车车轮对于行驶功能的影响，理解系统的整体性。
3.通过探究小车探究车轮款式与能耗的关系，理解系统的相关性。
4.通过探究小车适应不同路段行驶要求，理解系统的环境的适应性。
5.通过探究小车车轮的构造行驶，理解系统的目的性。
6.通过探究小车长时间运行电池蓄电量逐渐衰减和伴有发热现象， 理解系统 的动态性。
【教学重点和难点】
教学重点：能从技术应用的角度理解系统的含义及其基本特性。 教学难点：运用所学系统及其特性的知识解决遇到的系统问题。
【课时安排】
本节课： 1 课时
【教学准备】
学案准备：教师设计的导学案；
案例准备：自动运送智能车案例、搜集生活中各种自动运送智能车案例；
教具准备：自动小车模型、 Adinuo 智能车、各种自动运送智能车实物模型、 麦克纳姆轮、履带轮、橡皮轮等；
材料准备：七号电池、绝缘胶带、道具模型等；
【教学实施】
走进情境：疫情期间，为了尽量避免接触，家长不能进入校园，看着返校日 校门口同学们手上的大包、小包， 你是否想到尝试去设计一款能帮助他们完成从 校门口到宿舍楼进行物资运送的智能车，以减轻他们的负担？
任务一 研究自动小车系统
王伟同学萌发了设计校园物资运送智能车设想后， 他查阅了一些常见的自动 小车资料， 分析小车特点， 为了更好研究， 购买了一款小车， 希望从中找到解决 问题的办法。
活动 1：调试、观察自动小车
问题 1:自动小车有哪些部分组成？这些部件的功能分别是什么？如何实现 自动行走的功能的？
问题 2:自动小车构成了一个系统，你是怎么理解系统的？构成一个系统需 要具备什么样的条件？
系统是由相互联系、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。
构成系统必须具备三个条件：
1.至少要有两个或者两个以上的要素（部分）才能组成系统；
2.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； 3.这个整体具有的功能是各个要素（部分）的功能中所没有的。
设计意图：通过小车系统的探究，能从技术的应用角度阐明系统的含义及其 构成。
活动 2：孙宇同学发现，某些智能小车功能和自己要设计的自动物资运送智 能车要实现的功能相似，于是就向校科技辅导员借了一辆智能小车进行研究。
问题 3：该智能小车系统还可不可以继续细分了？
问题 4：可以分成哪些子系统？相互关系如何？
设计意图：在前一问题的基础上继续追问，引出子系统的概念。 任务二 辨析系统的基本特性
问题 1：车轮对于行驶功能有什么影响？
车轮的数量和款式对小车行驶性能有重要影响。
轮子数量和结构造型发生变化会引起行驶功能发生变化。
要素对系统的整体功能的实现有一定影响。
设计意图：通过车轮对于行驶功能的影响分析，引出系统的整体性。
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。
问题 2：小车的组成部分能否实现系统的整体功能？
任何一个要素不能离开整体去研究和分析， 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合部分。
系统的任何一个要素发生变化或出现故障， 都会影响其他要素或整体的功能 发挥。
设计意图：通过组成部分与整体功能关系的分析，让学生对于系统的整体性 有一个深入的认识。
问题 3：如果系统的某一要素或部分对系统的整体功能的实现没有任何作 用，是否可以将该要素或部分去掉？
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。
设计意图：通过问题的思考，让学生对于系统的相关性有一个初步认识。
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问题 4：能否举例说说小车运行过程中，如何体现系统的相关性？
小车行走时， 舵机左右旋转带动超声波传感器向不同方向测距， 将测距信息 传给单片机， 单片机将控制驱动车轮的电机转动， 实现转弯、前进、后退等动作， 从而避开障碍物。
设计意图：通过小车运行过程中相关性的思考，让学生对于系统相关性有一 个深入的认识。
思考：
要实现不同路段的行驶要求， 使得小车具有良好的环境适应性， 你认为应该 选用哪一款小车？理由？
A.三轮二驱 B.四轮二驱 C.四轮四驱 D.履带
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。
设计意图：通过小车行驶过程中，需要具有良好的环境适应性，带领学生进 入系统的特性环境适应性的学习。
问题 5：“任何系统都是有边界的,这种边界的确定又是相对的 ”，你是怎
么理解的
系统的边界， 既是区分系统与其环境之间的一定界线， 又是系统与其环境相 互作用的重要中介环节。系统的边界突出体现着系统的复杂性， 以及系统与环境 间关系的复杂性。
边界的确定是在人们的认识过程中， 往往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、能力与信息相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线及其 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。
设计意图：通过问题的思考与讨论，让学生对系统有更深入的认识。
问题 6：孙宇同学采用了四轮四驱的构造形式,而没有采用履带式的构造,说 明孙宇同学优先考虑的目标是什么
任何系统都具有某种目的，都要实现一定的功能。
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。
设计意图：通过小车的选用和决策，让学生了解系统的目的性。 问题 7：该小车系统的目的是什么
行驶稳定、续航时间长、经久耐用，性能稳定等。
设计意图：将所学知识运用到问题解决过程中。
问题 8：小车运行时间长了，电池的蓄电量逐渐衰减，并伴有发热现象，体 现了系统的什么特性？
任何系统都是一个动态的系统，处在运动变化和发展之中。
系统在时间上是有序的， 在状态上也随着时间的变化而变化， 系统在运行中 既要从其环境中输入信息和物质，又要不断向其环境输出新的信息和物质。
设计意图：通过电池的衰减和发热现象，让学生了解系统的环境适应性。 问题 9：系统动态性对于解决日常生活中的问题有何意义？
运用系统的动态观点， 有助于使我们不仅看到系统的现状， 而且看到系统的 变化和发展，从而预测系统的将来，掌握系统的发展规律。
设计意图：将所学系统动态性的知识运用到日常问题解决，让学校对于系统 的动态性有更深入的认识。
问题 10：有没有不具有动态性的系统？为什么？
动态性和环境适应性有何区别？
设计意图：将所学系统动态性的知识运用到日常问题解决中，让学生对系统 的动态性有更深入的认识。
【课堂小结】
1.系统的含义
2.系统的基本组成
3.系统的基本特性
运用系统特性思想分析解决遇到的问题。
【课后练习】
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要设计一款校园物资运送智能车， 小组探讨并提出有效解决现实问题的设计 方案？
设计意图：下一节课将进入系统分析的学习，为下一节课的学习做好铺垫。
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