普通高中通用技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)解讀——技術(shù)與設(shè)計(jì)2

來(lái)源：中國(guó)技術(shù)教育網(wǎng)     作者：段青

 

 
　　模塊內(nèi)容將使學(xué)生在進(jìn)一步鞏固和掌握技術(shù)設(shè)計(jì)的過(guò)程的基礎(chǔ)上，提升對(duì)技術(shù)設(shè)計(jì)的思想和方法的理解和應(yīng)用能力，使他們具備利用和評(píng)價(jià)技術(shù)的方法和策略，以及受用終身的技術(shù)管理能力。
        
　　第三節(jié) 技術(shù)與設(shè)計(jì)2
　　 一、關(guān)于本模塊的簡(jiǎn)要說(shuō)明
　　（一）本模塊的教育價(jià)值
　　本模塊是繼“技術(shù)與設(shè)計(jì)1”之后的必修內(nèi)容。學(xué)習(xí)本模塊內(nèi)容將使學(xué)生在進(jìn)一步鞏固和掌握技術(shù)設(shè)計(jì)的過(guò)程的基礎(chǔ)上，提升對(duì)技術(shù)設(shè)計(jì)的思想和方法的理解和應(yīng)用能力，使他們具備利用和評(píng)價(jià)技術(shù)的方法和策略，以及受用終身的技術(shù)管理能力。
 　　本模塊的價(jià)值主要體現(xiàn)在：
　　1． 本模塊所學(xué)習(xí)的技術(shù)的思想和方法，將使學(xué)生終身受益。“結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”“流程與設(shè)計(jì)”“系統(tǒng)與設(shè)計(jì)”“控制與設(shè)計(jì)”這4個(gè)主題是具有典型意義的、與技術(shù)發(fā)展密切相聯(lián)系的內(nèi)容。當(dāng)然，從技術(shù)角度來(lái)講，它們分屬不同的專(zhuān)業(yè)，而我們從課程角度把它們集中放在這一個(gè)模塊中作為學(xué)生技術(shù)與設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，正是因?yàn)樗鼈冊(cè)诩夹g(shù)的思想和方法方面的典型性和代表性。模塊內(nèi)容所體現(xiàn)的整體、協(xié)調(diào)、關(guān)聯(lián)、控制、穩(wěn)定、比較選擇、改進(jìn)優(yōu)化等思想和方法，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和可遷移性，它使技術(shù)與設(shè)計(jì)由經(jīng)驗(yàn)上升到了理性，由單純的展現(xiàn)設(shè)計(jì)技巧提升到了形成設(shè)計(jì)的思想和方法。
 　　2．模塊內(nèi)容中，多處對(duì)技術(shù)設(shè)計(jì)的改進(jìn)和優(yōu)化的強(qiáng)調(diào)，將促進(jìn)學(xué)生批判、反思等思維習(xí)慣的養(yǎng)成，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)和能力。技術(shù)設(shè)計(jì)的內(nèi)核是創(chuàng)造，在技術(shù)設(shè)計(jì)中，“每一個(gè)問(wèn)題在被技術(shù)解決的同時(shí)，總是又生長(zhǎng)出一些新的問(wèn)題，這些問(wèn)題又進(jìn)一步要求技術(shù)加以解決”[ ]，模塊內(nèi)容本身知識(shí)的綜合性、趣味性和應(yīng)用性，使學(xué)生可以在不斷生長(zhǎng)出的新的技術(shù)問(wèn)題中，實(shí)現(xiàn)技術(shù)與科學(xué)的橫向共通，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題解決的個(gè)性化技術(shù)表達(dá)和設(shè)計(jì)的創(chuàng)新。
 　　3．模塊內(nèi)容所蘊(yùn)含的技術(shù)與生活、技術(shù)與社會(huì)、技術(shù)與科學(xué)、技術(shù)與文化等內(nèi)容，有助于強(qiáng)化學(xué)生對(duì)技術(shù)的理解和使用。高中學(xué)生對(duì)技術(shù)與設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，已經(jīng)不是僅僅停留在傳藝或傳術(shù)的層面，應(yīng)該走向理解和關(guān)注設(shè)計(jì)與社會(huì)、設(shè)計(jì)與科學(xué)、設(shè)計(jì)與人、設(shè)計(jì)與生活環(huán)境和生活方式的開(kāi)放境界，追求技術(shù)與生活、技術(shù)與科學(xué)、設(shè)計(jì)與文化的完美結(jié)合、設(shè)計(jì)與人的需求的完美結(jié)合。恩格斯曾說(shuō)過(guò)，在一切方法的背后，要有一種生氣勃勃的精神，如果沒(méi)有這種精神，再好的方法，也不過(guò)是一堆笨拙的工具。我們理解，在技術(shù)設(shè)計(jì)的方法背后，“精神”應(yīng)該是技術(shù)設(shè)計(jì)的社會(huì)觀和人文觀。
 　　
　　（二）本模塊的內(nèi)容設(shè)置
　　本模塊共設(shè)“結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”“流程與設(shè)計(jì)”“系統(tǒng)與設(shè)計(jì)”“控制與設(shè)計(jì)”等四個(gè)主題。“結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”強(qiáng)調(diào)從力學(xué)的角度理解結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性等問(wèn)題，關(guān)注簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；“流程與設(shè)計(jì)”強(qiáng)調(diào)對(duì)流程和流程優(yōu)化的理解，以及簡(jiǎn)單流程和流程改進(jìn)的設(shè)計(jì)；“系統(tǒng)與設(shè)計(jì)”則重在對(duì)系統(tǒng)的理解，以及運(yùn)用系統(tǒng)的思想解決一些生活中問(wèn)題的設(shè)計(jì)；“控制與設(shè)計(jì)”應(yīng)注重理解控制的涵義和控制的應(yīng)用，以及生活生產(chǎn)中的簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
 　　四個(gè)主題之間具有一定的獨(dú)立性，因?yàn)樗鼈兩婕暗氖遣煌募夹g(shù)領(lǐng)域；同時(shí)，它們又具有一定的關(guān)聯(lián)性，例如，“系統(tǒng)與設(shè)計(jì)”中整體與部分、獨(dú)立與關(guān)聯(lián)、優(yōu)化的思想和方法，“控制與設(shè)計(jì)”中反饋調(diào)節(jié)的方法，“流程與設(shè)計(jì)”中流程改進(jìn)的思想等等均可運(yùn)用在其他主題的一些技術(shù)問(wèn)題的解決中。模塊中這些技術(shù)與設(shè)計(jì)的思想和方法，與“技術(shù)與設(shè)計(jì)1”共同構(gòu)成了本課程的選修模塊的基礎(chǔ)。
 　　
　　二、具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)活動(dòng)的說(shuō)明
　?。ㄒ唬┙Y(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)
　　結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見(jiàn)，課桌椅、自行車(chē)、立交橋等等都是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果。
　　學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，體驗(yàn)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程以及結(jié)構(gòu)的和諧、簡(jiǎn)練和經(jīng)典，其意義除了解決簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)題以外，更有利于幫助學(xué)生清晰地把握生活中各類(lèi)問(wèn)題解決的主要架構(gòu)，拓寬思維和想象空間。
 　　本主題共有5條標(biāo)準(zhǔn)。
　　1．了解結(jié)構(gòu)的涵義，能從力學(xué)的角度理解結(jié)構(gòu)的概念和一般分類(lèi)
　　廣義上講，結(jié)構(gòu)是指物體各個(gè)組成部分之間的搭配和排列。結(jié)構(gòu)決定了事物的性質(zhì)和形態(tài)。
　　從力學(xué)角度的理解是：結(jié)構(gòu)是指可承受一定應(yīng)力的架構(gòu)形態(tài)，結(jié)構(gòu)可以抵抗能引起形狀和大小改變的力。
　　通常所指的結(jié)構(gòu)的一般分類(lèi)有：實(shí)心結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu)。
　　在我們周?chē)?，有各種各樣不同形狀、不同用途的物體和結(jié)構(gòu)。實(shí)心結(jié)構(gòu)如磚石或泥砌的墻、大壩等；框架結(jié)構(gòu)如大橋、自行車(chē)、鐵塔等；殼體結(jié)構(gòu)如汽車(chē)、建筑工人用的安全帽、氣罐、油罐等。不同的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，具有不同的特征和受力特點(diǎn)。
 　　本標(biāo)準(zhǔn)不要求學(xué)生對(duì)這三種結(jié)構(gòu)類(lèi)型的特征進(jìn)行定性地描述，但應(yīng)能對(duì)生活中常見(jiàn)的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)實(shí)例進(jìn)行歸類(lèi)，并指出這三種結(jié)構(gòu)的不同應(yīng)用場(chǎng)合。教學(xué)中，教師可用簡(jiǎn)單的材料制作的不同結(jié)構(gòu)的物體給學(xué)生作演示，也可在課前布置學(xué)生自帶材料進(jìn)行不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型的簡(jiǎn)單制作。
 　　2．能結(jié)合1～2種簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)案例，分析結(jié)構(gòu)是如何承受應(yīng)力的
　　對(duì)結(jié)構(gòu)承受應(yīng)力的分析，是指根據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)水平，分析生活中常見(jiàn)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，不要求學(xué)生作進(jìn)一步的定性和定量分析，不要求畫(huà)物體結(jié)構(gòu)的受力圖。
　　當(dāng)一個(gè)構(gòu)件承擔(dān)負(fù)載時(shí)，它的每一種材料都可能受到張力或壓力。張力（拉力）是拉伸材料的力，組成材料的粒子被拉開(kāi)；壓力是壓縮材料的力，組成材料的粒子被推近。張力和壓力都是負(fù)載的結(jié)果。
 　　例 橋墩、房屋的柱子承受壓力；拉索橋的鋼絲承受拉力；一根兩端被托住的梁，受到彎曲力；梯子、大壩承受壓力、剪切力；當(dāng)大風(fēng)或冰雪等外力作用在橋上，橋則受到扭力、拉力、壓力等等。
 　　3．能通過(guò)技術(shù)試驗(yàn)分析影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性的因素，并寫(xiě)出試驗(yàn)報(bào)告
　　一般而言，一個(gè)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度取決于它對(duì)張力和壓力兩方面的反應(yīng)能力。強(qiáng)度取決于形狀，形狀略作改變，強(qiáng)度就會(huì)改變；強(qiáng)度還取決于材料以及材料的連接方式，了解應(yīng)力對(duì)不同材料的影響可以幫助我們選擇正確的材料建造堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。
 　　穩(wěn)定性阻礙翻倒或被移動(dòng)，是很多結(jié)構(gòu)的重要性質(zhì)之一。影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素主要有：結(jié)構(gòu)的形狀、結(jié)構(gòu)重心位置、結(jié)構(gòu)所受的運(yùn)動(dòng)和力等等。例如，人們利用三角形或由三角形組成的多面體來(lái)增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，底面越大、重心越低結(jié)構(gòu)就越穩(wěn)定。
 　　應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)生活觀察和技術(shù)試驗(yàn)，對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性分析，解釋它的強(qiáng)度高或低、穩(wěn)定或者不穩(wěn)定的原因。試驗(yàn)可以讓學(xué)生根據(jù)教師的設(shè)計(jì)來(lái)做，也可以讓學(xué)生自己根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)、興趣愛(ài)好和已有條件，自行設(shè)計(jì)和制作試驗(yàn)，并得出結(jié)論。
 　　4．能確定一個(gè)簡(jiǎn)單對(duì)象進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并繪制設(shè)計(jì)圖紙，做出模型或原型
　　日常生活中，需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)改造設(shè)計(jì)的事例很多。學(xué)生可以根據(jù)生活中的需要和個(gè)人的愛(ài)好，選擇一個(gè)設(shè)計(jì)對(duì)象或項(xiàng)目。在進(jìn)行設(shè)計(jì)前，應(yīng)從功能的角度對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性分析，從既滿(mǎn)足功能要求又做到輕便、美觀等角度思考設(shè)計(jì)方案和選擇材料。
 　　要注意引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好的設(shè)計(jì)習(xí)慣，在設(shè)計(jì)方案的構(gòu)思時(shí)，就要學(xué)會(huì)從畫(huà)草圖開(kāi)始，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的草圖要能清晰地顯示出設(shè)計(jì)對(duì)象的骨架形式、尺寸比例等，然后就草圖的方案與小組同學(xué)共同商討。
 　　設(shè)計(jì)方案確定之后，應(yīng)繪制出比較規(guī)范的設(shè)計(jì)圖紙（圖紙應(yīng)含通用的技術(shù)符號(hào)、精度要求、尺寸標(biāo)注、文字說(shuō)明等等），對(duì)于簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)對(duì)象，可以依據(jù)圖紙直接制作出原型，如臺(tái)式相片架、臺(tái)燈罩、壁掛式小書(shū)架、秋千架、滑滑梯等；若是比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)象，如新居室的衣柜、書(shū)柜等，不能在短時(shí)間內(nèi)做出原型，可以因地制宜地選擇材料做出其模型。
 　　5．能從技術(shù)和文化的角度欣賞并評(píng)價(jià)典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的案例
　　技術(shù)設(shè)計(jì)要避免走向功利化的極端。設(shè)計(jì)不僅僅要從滿(mǎn)足人的物質(zhì)需求出發(fā)，同時(shí)需要關(guān)注人的審美準(zhǔn)則、民族特色、生態(tài)文化等精神領(lǐng)域的需要。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的人文色彩尤為濃烈，古今中外，從若干經(jīng)典的建筑物設(shè)計(jì)中，我們就可以看到不同時(shí)期不同文化背景的烙印。
 　　學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)，需要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)欣賞和評(píng)價(jià)經(jīng)典的、有特色的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的杰作。教師可以通過(guò)帶領(lǐng)學(xué)生參觀本地的特色建筑，從各類(lèi)教學(xué)資源中篩選有價(jià)值的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例介紹給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)對(duì)作品進(jìn)行欣賞和評(píng)價(jià)的角度和方法，比如從“形”“意”“神”等方面來(lái)評(píng)價(jià)等。
 　　6．關(guān)于活動(dòng)建議
　　建議1，是對(duì)某一結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性的試驗(yàn)。試驗(yàn)要做得能說(shuō)明問(wèn)題，可以設(shè)計(jì)一個(gè)表格來(lái)表示試驗(yàn)的數(shù)據(jù)和結(jié)果，表中的“受力情況”可以定量描述，若不具備條件，也可定性描述。
 　　建議2，分析典型案例的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)?？蓮乃袑?shí)例的功能實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)的類(lèi)型和文化特點(diǎn)等角度進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。
　　建議4，對(duì)產(chǎn)生了一定影響的建筑物的坍塌、扭曲或斷裂的事件，進(jìn)行分析討論，簡(jiǎn)要說(shuō)明其主要的技術(shù)問(wèn)題所在。教師可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)此類(lèi)問(wèn)題展開(kāi)討論研究，由于可能涉及的原因或問(wèn)題比較復(fù)雜，故討論的深度不限。
 　　
　?。ǘ┝鞒膛c設(shè)計(jì)
　　通過(guò)對(duì)流程的理解，培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)化生活和工作流程的能力，使學(xué)生體驗(yàn)革新的成功感和革新可能帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等方面的收獲。
　　本主題共有5條標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)分別加以說(shuō)明。
　　1．了解流程的涵義及其對(duì)生產(chǎn)、生活的意義
　　在了解流程的涵義時(shí)，應(yīng)抓住兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：流程的時(shí)序和環(huán)節(jié)。時(shí)序是指隨時(shí)間變化的發(fā)展經(jīng)歷；環(huán)節(jié)是指事件在發(fā)展的過(guò)程中，總可以依據(jù)某種特征或方式把它分解為若干個(gè)小的過(guò)程。
 　　生活中的很多事件以及任何產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程，都可理解為流程，重要的是如何使得流程產(chǎn)生更大的效益和具有可持續(xù)發(fā)展性。
　　2．通過(guò)對(duì)典型的工作流程和生產(chǎn)工藝流程案例的分析，理解流程中的時(shí)序和環(huán)節(jié)的意義，學(xué)會(huì)閱讀簡(jiǎn)單的流程圖
　　可以選擇一個(gè)有代表性的流程案例，與學(xué)生共同分析，使學(xué)生學(xué)會(huì)閱讀工藝機(jī)理不太復(fù)雜的流程圖。
　　例 合成氨的生產(chǎn)工藝流程
　　首先利用適當(dāng)?shù)姆椒?，生產(chǎn)大量合成氨的原料——氮?dú)狻錃?，氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蜌怏w在合成塔的6000C高溫、200帕斯卡下，通過(guò)催化劑的作用產(chǎn)生氨氣，再通過(guò)氨分離器不斷地把生成的氨分離出來(lái)，同時(shí)未轉(zhuǎn)化的反應(yīng)氣體又進(jìn)入合成塔循環(huán)加工。這就是合成氨的生產(chǎn)流程。
 　　在此流程中，氮?dú)夂蜌錃獾幕旌?、氨的合成、分離、循環(huán)這幾個(gè)主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的順序是不可倒置的。
　　生活中，經(jīng)常有需要讀懂流程圖的場(chǎng)合，簡(jiǎn)單的有公共汽車(chē)或地鐵線路的上行、下行流程圖；復(fù)雜一些的有，當(dāng)我們參觀發(fā)電廠或化工廠，在工廠的中控室會(huì)看到一幅生產(chǎn)工藝流程圖，要了解生產(chǎn)情況，就要讀懂這張圖；當(dāng)我們走進(jìn)軍營(yíng)，可能看到一幅作戰(zhàn)流程圖等等。流程圖的表達(dá)有多種形式，有圖示、模型表示、動(dòng)畫(huà)演示等等。
 　　3．能分析流程設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的基本因素，并畫(huà)出流程設(shè)計(jì)的框圖
　　生活、生產(chǎn)中流程的設(shè)計(jì)有兩種情況，一種是流程的若干環(huán)節(jié)是顯性的，也就是事物發(fā)展的規(guī)律較容易描述，如郵局郵件的分檢流程設(shè)計(jì)、快餐配送中心的工作流程等；另一種流程的設(shè)計(jì)要依據(jù)事物的內(nèi)在屬性和規(guī)律，需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)和漫長(zhǎng)的探究才能得出的，以合成氨的工藝流程為例，在上世紀(jì)初，經(jīng)過(guò)若干位化學(xué)家上萬(wàn)次的實(shí)驗(yàn)，最終才得出在600℃，200帕斯卡下合成出氨，但轉(zhuǎn)換率僅有2％——8%的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，后來(lái)又經(jīng)過(guò)不斷試驗(yàn)才得到現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)上使用的、較為成熟的合成氨的工藝流程。
 　　學(xué)生對(duì)某一簡(jiǎn)單流程設(shè)計(jì)的分析，應(yīng)根據(jù)事物的內(nèi)在性質(zhì)、規(guī)律和相關(guān)因素，對(duì)流程設(shè)計(jì)的時(shí)序和環(huán)節(jié)線索進(jìn)行把握。
　　4．能解釋流程的改進(jìn)與設(shè)備、材料等之間的關(guān)系，能概括某種簡(jiǎn)單生產(chǎn)流程優(yōu)化過(guò)程中所應(yīng)考慮的主要問(wèn)題。
　　生活生產(chǎn)中的技術(shù)改進(jìn)或革新，多數(shù)出自對(duì)已有生產(chǎn)流程的整體改進(jìn)或者是對(duì)其中某一環(huán)節(jié)的改進(jìn)，其目的不外乎為了提高工作效益、降低生產(chǎn)成本、節(jié)約能耗、保護(hù)環(huán)境等。
　　要使學(xué)生通過(guò)具體的流程案例的分析，進(jìn)一步理解流程改進(jìn)的條件。從外部條件來(lái)講，是建立在設(shè)備和工藝水平提高的基礎(chǔ)上；從內(nèi)部條件而言，是建立在對(duì)流程內(nèi)在機(jī)理的進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)上。
 　　流程的改進(jìn)過(guò)程就是優(yōu)化的過(guò)程。
　　例1 銀行儲(chǔ)蓄所顧客存取款的流程
　　原先是人工填單、記賬，保存的是紙質(zhì)的帳單，自從引入計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，改進(jìn)了存取款的流程，減少了中間環(huán)節(jié)，提高了工作效率，降低了差錯(cuò)率。
　　例2 用于建筑結(jié)構(gòu)承重的人造板的研發(fā)設(shè)計(jì)
　　目前我國(guó)生產(chǎn)的人造板本身的強(qiáng)度決定了其主要用途是室內(nèi)裝修、家具制作等，若要將人造板作為建筑結(jié)構(gòu)承重的材料使用，就必須增加人造板的強(qiáng)度，就需要通過(guò)研究、改變現(xiàn)有人造板的材料組成結(jié)構(gòu)，改變加工工藝的流程來(lái)實(shí)現(xiàn)。
 　　5．能對(duì)生活、生產(chǎn)中的簡(jiǎn)單對(duì)象進(jìn)行流程設(shè)計(jì)或流程的改進(jìn)設(shè)計(jì)，并用文字或圖表說(shuō)明流程設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)，或者流程的改進(jìn)方案的優(yōu)越之處。
　　學(xué)生可以結(jié)合生活生產(chǎn)中已經(jīng)存在的、尚有改進(jìn)的可能的流程進(jìn)行討論，在指出問(wèn)題所在的基礎(chǔ)上，提出改進(jìn)方案，并論證這一方案的可行性。改進(jìn)的對(duì)象的選擇很關(guān)鍵，學(xué)生理解和改進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)中復(fù)雜的流程有一定困難，可以結(jié)合研究性學(xué)習(xí)中提出的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行討論和研究。
 　　例1 家用燃?xì)鉅t灶在使用過(guò)程中熱能的高效利用問(wèn)題。（分析略）
　　例2 化學(xué)課中的“氫氣在氯氣中燃燒”的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。一般實(shí)驗(yàn)步驟是將氫氣在空氣中點(diǎn)燃，再直接伸入裝有氯氣的容器中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這一實(shí)驗(yàn)的問(wèn)題是，將點(diǎn)燃的氫氣伸入氯氣瓶中時(shí)，會(huì)有一定量的氯氣外漏，而外泄的氯氣對(duì)人體有強(qiáng)烈的刺激。如何從安全環(huán)保的角度改進(jìn)這一實(shí)驗(yàn)流程？（分析略）
 　　6．關(guān)于活動(dòng)建議 
　　建議1，通過(guò)對(duì)比較成熟的流程設(shè)計(jì)的事例的分析和評(píng)價(jià)，為進(jìn)行下一步的流程設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供準(zhǔn)備。
　　建議2，為學(xué)生的流程設(shè)計(jì)提供了若干參考項(xiàng)目，也可根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件另作選擇。
　　
　?。ㄈ┫到y(tǒng)與設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)的概念來(lái)源于人類(lèi)的長(zhǎng)期社會(huì)實(shí)踐，運(yùn)用系統(tǒng)的思想和定性定量相結(jié)合的系統(tǒng)方法分析和處理生產(chǎn)和生活中的問(wèn)題，是大家都可能遇到的。
　　學(xué)習(xí)和掌握系統(tǒng)的思想并運(yùn)用系統(tǒng)的方法解決問(wèn)題，有助于減少處理問(wèn)題過(guò)程中的盲目性，學(xué)會(huì)對(duì)事件的理性分析和科學(xué)決策。
　　本主題共有5條標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)中專(zhuān)業(yè)性的內(nèi)容在此不作更多要求。
　　1．從應(yīng)用的角度理解系統(tǒng)的含義
　　系統(tǒng)的概念，看似抽象，其實(shí)是很具體的。系統(tǒng)即由相互依賴(lài)的若干組成部分結(jié)合而成的具有特定功能的有機(jī)整體。系統(tǒng)中的各個(gè)部分都可被看為該系統(tǒng)的子系統(tǒng)。
　　學(xué)生對(duì)系統(tǒng)的理解，可以從系統(tǒng)的實(shí)例開(kāi)始。如一臺(tái)電冰箱可以看作是一個(gè)系統(tǒng)，學(xué)校的一間多媒體教室也可看作是一個(gè)系統(tǒng)，人體本身同樣是一個(gè)復(fù)雜而精密的系統(tǒng)。一般而言，系統(tǒng)可分為：自然系統(tǒng)和人造系統(tǒng)、實(shí)體系統(tǒng)和抽象（概念）系統(tǒng)、靜態(tài)系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)系統(tǒng)、開(kāi)放系統(tǒng)和封閉系統(tǒng)等。
 　　2．通過(guò)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)的案例分析，理解系統(tǒng)的基本特性，初步掌握系統(tǒng)分析的基本方法
　　系統(tǒng)的基本特性可從以下幾點(diǎn)來(lái)歸納：
　　整體性
　　相關(guān)性
　　目的性
　　環(huán)境適應(yīng)性
　　僅從概念來(lái)理解系統(tǒng)的特性，是比較抽象的。在教學(xué)中，可以引導(dǎo)學(xué)生從一、兩個(gè)典型系統(tǒng)的案例入手，把握系統(tǒng)的特性，也可以讓學(xué)生自己總結(jié)出這些特性。
　　系統(tǒng)的特性構(gòu)成了系統(tǒng)的基本思想。系統(tǒng)分析的方法就是運(yùn)用系統(tǒng)的思想和定性定量相結(jié)合的方法分析處理問(wèn)題的基本思路，整個(gè)過(guò)程可歸納為闡明問(wèn)題、分析研究、評(píng)價(jià)比較三個(gè)階段。本標(biāo)準(zhǔn)只要求學(xué)生掌握初淺的系統(tǒng)分析的基本方法。
 　　需要注意的是，第一，在系統(tǒng)分析的過(guò)程中，每個(gè)環(huán)節(jié)不一定一次就順利地完成任務(wù)，需要在反饋信息的基礎(chǔ)上反復(fù)進(jìn)行；第二，在系統(tǒng)分析的過(guò)程中，要學(xué)會(huì)與不同角色的人對(duì)話，如與實(shí)施者、決策者等的對(duì)話；第三，對(duì)系統(tǒng)分析中的建模問(wèn)題，在此不作過(guò)多要求；第四，學(xué)寫(xiě)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)分析報(bào)告，對(duì)系統(tǒng)的分析過(guò)程、依據(jù)、結(jié)論和行動(dòng)建議進(jìn)行說(shuō)明。
 　　3．理解系統(tǒng)優(yōu)化的意義，能結(jié)合實(shí)例分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素
　　為了使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)的目標(biāo)所提出的各種解決方法，稱(chēng)為最優(yōu)化方法。通常是指在一定人力、物力和財(cái)力資源條件下，使經(jīng)濟(jì)效果（如產(chǎn)值、利潤(rùn)等）達(dá)到最大，并使投入的人力和物力達(dá)到最小的方法。
 　　最優(yōu)化方法解決問(wèn)題一般可分為以下幾個(gè)步驟：
　　（1）提出需要進(jìn)行最優(yōu)化的問(wèn)題，收集有關(guān)資料和數(shù)據(jù)；
　?。?）建立求解最優(yōu)化問(wèn)題的有關(guān)數(shù)學(xué)模型，確定變量，列出有關(guān)約束條件，分析模型；
　?。?）選擇合適的最優(yōu)化方法；
　?。?）求解方程；
　　（5）最優(yōu)解的驗(yàn)證和實(shí)施。
　　本條標(biāo)準(zhǔn)對(duì)第（2）、（4）步驟不作過(guò)高要求。
　　4．通過(guò)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例的分析，初步學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法
　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)建立在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效分析的基礎(chǔ)上，在學(xué)生的學(xué)習(xí)生活中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的運(yùn)用事例比比皆是，例如學(xué)校運(yùn)動(dòng)會(huì)賽事的合理安排等。可以通過(guò)對(duì)類(lèi)似系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例的分析，總結(jié)和歸納簡(jiǎn)單的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。
 　　大千世界，物質(zhì)系統(tǒng)千變?nèi)f化，雖有一定的規(guī)律可循，卻難說(shuō)有一成不變的模式可供套用。系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)是建立在對(duì)該事件的內(nèi)部規(guī)律、外部環(huán)境（條件）、實(shí)現(xiàn)功能等的充分研究的基礎(chǔ)之上的，它是一個(gè)不斷完善、不斷改進(jìn)、不斷優(yōu)化的過(guò)程。優(yōu)化是系統(tǒng)設(shè)計(jì)所追求的永恒目標(biāo)。
 　　在對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的案例進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，可以讓學(xué)生總結(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則：
　　基本功能的實(shí)現(xiàn)
　　子系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)、沖突問(wèn)題的合理解決
　　效益的最大化
　　動(dòng)態(tài)調(diào)整的實(shí)現(xiàn)
　　人性化設(shè)計(jì)
　　戰(zhàn)略性思考（長(zhǎng)期性、穩(wěn)定性等）
　　
　　5．確定一個(gè)生活或生產(chǎn)中的簡(jiǎn)單對(duì)象，根據(jù)設(shè)計(jì)要求完成系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
　　要求學(xué)生在對(duì)前4條標(biāo)準(zhǔn)有所掌握的基礎(chǔ)上，自行完成一項(xiàng)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的任務(wù)?；疽笫牵紫葘?duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行比較詳細(xì)的定性分析，畫(huà)出分析簡(jiǎn)圖并寫(xiě)出定性的分析報(bào)告，其次，作出系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)框圖和技術(shù)設(shè)計(jì)報(bào)告，再次，根據(jù)設(shè)計(jì)方案嘗試實(shí)現(xiàn)這一系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
 　　教學(xué)中應(yīng)注意，對(duì)于學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，兩種設(shè)計(jì)方式都應(yīng)認(rèn)可，一種是對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，另一種是運(yùn)用系統(tǒng)的思想和方法對(duì)某一對(duì)象進(jìn)行設(shè)計(jì)。
　　6．關(guān)于活動(dòng)建議
　　建議1，分析典型的系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例，由學(xué)生作出評(píng)價(jià)，為自己將要進(jìn)行的系統(tǒng)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。
　　例 戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的秦國(guó)太守李冰父子主持修建了都江堰工程，這一偉大水利工程巧妙地將分洪、引水和排沙結(jié)合起來(lái)，使各部分組成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)了防洪、灌溉、行舟、漂木等多種功能，至今該工程仍在發(fā)揮著重大的經(jīng)濟(jì)效益，是我國(guó)古代水利建設(shè)的一大杰出成就。
 　　
　?。ㄋ模┛刂婆c設(shè)計(jì)
　　在當(dāng)今社會(huì)，控制已經(jīng)深入到人們生活和工作的方方面面，如經(jīng)常提到的“質(zhì)量控制”、“車(chē)速控制”、“安全控制”、“人口控制”、“情緒控制”等等。
　　學(xué)習(xí)一點(diǎn)控制、控制與設(shè)計(jì)的知識(shí)，通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)中控制的目標(biāo)、控制的過(guò)程和控制的機(jī)理等的理解，有助于學(xué)生運(yùn)用簡(jiǎn)單的控制方法解決現(xiàn)實(shí)生活中遇到的相關(guān)問(wèn)題，發(fā)展學(xué)生良好的邏輯思維品質(zhì)。
 　　本主題共有6條標(biāo)準(zhǔn)。
　　學(xué)習(xí)本主題的主要目的在于使學(xué)生從思想和方法的角度對(duì)控制和控制設(shè)計(jì)有基本的了解。
　　1．理解控制的含義及其在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用
　　人們按照自己的意愿改變條件，使事物向著期望的目標(biāo)發(fā)展，就形成了控制。
　　控制在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛，如公共場(chǎng)所的紅外線自動(dòng)出水龍頭裝置、紅外自動(dòng)烘手機(jī)、銀行的自動(dòng)取款機(jī)、農(nóng)田節(jié)水灌溉的自動(dòng)控制、樓宇防盜控制、十字路口紅綠燈自動(dòng)控制、煉鋼爐的溫度控制、合成氨合成塔的壓力控制、精確制導(dǎo)武器等等。教學(xué)中，可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的生活經(jīng)驗(yàn)，列舉控制應(yīng)用的例子，并說(shuō)明自己對(duì)它們的理解。
 　　2．分析典型的案例，了解手動(dòng)控制、自動(dòng)控制，熟悉簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和簡(jiǎn)單的工作過(guò)程
　　控制是為了達(dá)到人們所期望的目標(biāo)。一個(gè)控制過(guò)程的實(shí)現(xiàn)，往往要經(jīng)過(guò)若干個(gè)環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)就構(gòu)成了一個(gè)系統(tǒng)，所以我們把它看作是一個(gè)控制系統(tǒng)。從不同的角度，對(duì)控制系統(tǒng)有不同的分類(lèi)。本標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生通過(guò)具體的實(shí)例，區(qū)分哪些是自動(dòng)控制哪些是手動(dòng)控制，哪些是開(kāi)環(huán)控制哪些是閉環(huán)控制，說(shuō)清楚簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成，以及它們是如何實(shí)現(xiàn)控制的。
 　　例1 給游泳池?fù)Q干凈水（使用普通的手動(dòng)進(jìn)水閥門(mén)）
　　游泳池清掃干凈后，為了給游泳池注水，工作人員要打開(kāi)進(jìn)水的閥門(mén)，直到發(fā)現(xiàn)泳池的水注滿(mǎn)了，工作人員就會(huì)關(guān)閉進(jìn)水閥。這是一個(gè)需要人工干預(yù)的簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，也就是手動(dòng)控制系統(tǒng)，工作過(guò)程也很簡(jiǎn)單。
 　　工作過(guò)程可用下圖表示：
　　
　　例２　全自動(dòng)洗衣機(jī)
　　全自動(dòng)洗衣機(jī)是將洗衣的洗滌、漂凈、脫水三大步驟，按照多個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)的邏輯關(guān)系一步步地往下執(zhí)行。使用者只要事先設(shè)定好時(shí)間，把臟衣服放進(jìn)去，洗衣粉備足，水管接好，啟動(dòng)洗衣機(jī)的洗衣按鈕，最后等聽(tīng)見(jiàn)洗衣結(jié)束的鈴聲，取出已經(jīng)甩干的衣服就完成了。它是一個(gè)自動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，其工作過(guò)程可用下圖表示：
 　　
　　教師可以引導(dǎo)學(xué)生從他們喜聞樂(lè)見(jiàn)、容易接受的簡(jiǎn)單控制事例的工作過(guò)程的分析出發(fā)，使學(xué)生明白控制系統(tǒng)的類(lèi)型、組成以及它們是如何工作的。
　　3．能畫(huà)出一個(gè)簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖，理解其中的控制器、執(zhí)行器等環(huán)節(jié)的作用，熟悉反饋環(huán)節(jié)的作用
　　控制系統(tǒng)的方框圖是控制系統(tǒng)工作過(guò)程的基本圖示，本標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生能畫(huà)出簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖。
　　
　　學(xué)生應(yīng)能列舉生活中所見(jiàn)所聞的閉環(huán)控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)要敘述其工作過(guò)程，要能通過(guò)對(duì)閉環(huán)控制系統(tǒng)與開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的工作過(guò)程的比較，指出各自的優(yōu)越性是什么。 
　　在本主題中，限于學(xué)時(shí)以及高中學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)水平，對(duì)控制系統(tǒng)中的控制器、執(zhí)行器、傳感機(jī)構(gòu)和被控對(duì)象等環(huán)節(jié)只限定于一般性的理解，不作進(jìn)一步的要求，不去探討其內(nèi)部的工作過(guò)程，只需把它們看作黑箱，了解其輸入和輸出之間的關(guān)系就可以了。
 　　需要強(qiáng)調(diào)的是，這里所討論的帶有反饋環(huán)節(jié)的閉環(huán)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是以減少誤差的負(fù)反饋方式來(lái)達(dá)到控制目的的，正反饋控制問(wèn)題在此不作研究，對(duì)于簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)控制、單回路負(fù)反饋控制系統(tǒng)以外的其他控制方式在此不作討論。
 　　4．能結(jié)合案例找出影響簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)運(yùn)行的主要干擾因素，并作分析
　　在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，對(duì)干擾因素的分析是重要的。確定一個(gè)系統(tǒng)的控制方案的前提，往往是建立在對(duì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定的干擾因素分析的基礎(chǔ)上。
　　例 樓宇水塔的水位控制的干擾因素分析
　　分析：影響水塔水位的干擾因素主要有：水塔的出水流量、水面蒸發(fā)的水量、水塔的進(jìn)水流量和進(jìn)水管的壓力等。其中出水流量是根據(jù)用戶(hù)的用水量變化的，是不可控制的變量；水面蒸發(fā)的水量很少，可以忽略；而水塔的進(jìn)水流量是可以控制的。
 　　例 風(fēng)磨的轉(zhuǎn)速控制的干擾因素分析
　　分析：影響風(fēng)磨轉(zhuǎn)速的干擾因素主要有風(fēng)速、投料量等。當(dāng)投料量一定時(shí)，風(fēng)速減小，磨的轉(zhuǎn)速就變慢。
　　在此，僅要求學(xué)生能列出簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的干擾因素主要有哪些，不要求對(duì)這些干擾因素作具體分析。
　　5．了解簡(jiǎn)單的被控制對(duì)象的基本特性，能確定被控量、控制量，畫(huà)出控制系統(tǒng)的方框圖，并形成初步的控制設(shè)計(jì)的方案
　　這里的被控對(duì)象基本特性是指在正常的工作狀態(tài)，被控對(duì)象的輸出信號(hào)與輸入?yún)?shù)、與主要的干擾參數(shù)之間的關(guān)系，只需要有所了解，對(duì)被控對(duì)象的特性的數(shù)學(xué)模型的描述在此不作要求。
 　　當(dāng)需要對(duì)一個(gè)簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生首先要學(xué)會(huì)分析這一系統(tǒng)中，需要控制的參數(shù)是什么，通過(guò)改變什么參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，是采用開(kāi)環(huán)控制還是采用閉環(huán)控制來(lái)形成控制設(shè)計(jì)方案，然后要能畫(huà)出這一系統(tǒng)的方框圖。
 　　6．能根據(jù)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，制作一個(gè)控制裝置；或者能根據(jù)簡(jiǎn)單閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)施或模擬實(shí)施，學(xué)會(huì)調(diào)試運(yùn)行，提出改進(jìn)方案
　　這是對(duì)控制的實(shí)施方面的要求，由于對(duì)控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、反饋環(huán)節(jié)和對(duì)象的特性沒(méi)有提出更多的要求，故不要求學(xué)生象專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)師一樣進(jìn)行完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)并加以實(shí)現(xiàn)。所提的要求是從開(kāi)環(huán)控制裝置的實(shí)施著手，比如，設(shè)計(jì)并實(shí)施一個(gè)開(kāi)環(huán)的定時(shí)控制裝置，要求學(xué)生完成從方案設(shè)計(jì)到制作的整個(gè)過(guò)程，并進(jìn)行測(cè)試和評(píng)價(jià)。如果裝置不能達(dá)到或不能完全達(dá)到定時(shí)的功能，要能尋找原因，提出方案設(shè)計(jì)或制作過(guò)程中出現(xiàn)偏差的原因所在，并加以改進(jìn)。
 　　有試驗(yàn)條件的地區(qū)或?qū)W校，可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施。
　　7．關(guān)于活動(dòng)建議
　　本主題中有4個(gè)活動(dòng)建議。
　　建議1，要求學(xué)生參照家用抽水馬桶的水位控制原理，將一個(gè)原來(lái)是人工的水位控制系統(tǒng)改進(jìn)為自動(dòng)控制系統(tǒng)。學(xué)生首先要研究抽水馬桶的水位控制是如何實(shí)現(xiàn)的，然后再動(dòng)手設(shè)計(jì)一個(gè)類(lèi)似的水位自動(dòng)控制方案，并實(shí)現(xiàn)它。
 　　建議2，列舉出了若干控制設(shè)計(jì)的例子，要求學(xué)生學(xué)會(huì)分析已經(jīng)設(shè)計(jì)好的控制系統(tǒng)。
　　建議4，這是一個(gè)擴(kuò)展性建議，是工程上常見(jiàn)的問(wèn)題。不要求每個(gè)學(xué)生都做，有條件、有興趣的學(xué)生可以通過(guò)查閱有關(guān)資料，了解和研究這一問(wèn)題。