3.3.1 优化设计系统的方案 教学设计-2022-2023学年高中通用技术苏教版(2019)必修《技术与设计2》

第三单元 系统与设计
第三节 系统设计的优化与实现
任务一 优化设计系统的方案
一、教学目标：
1.技术意识——通过简单系统的案例分析，引导学生理解系统的含义，帮助学生形成系统的概念，有意识的应用系统的思想去思考问题。
2.创新设计——通过教师的引导，从新的角度去思考问题，能对教师提出的系统问题应用创新的方案进行解决。能够通过不断的测试和评价对自己的作品进行优化和改进。
3.工程思维——对于多因素的系统问题，能够分析系统的主要目标和次要目标，并为了实现主要目标而进行统筹兼顾，综合考虑各方面因素，提出解决方案。
4.图样表达——能够应用技术图样表达自己的设计方案。
5.物化能力——能够使用简答的材料将自己的设计想法变成现实中的作品或产品。
二、教学重难点:
重点：通过投石车的制作，体验系统设计的过程及方法。
难点：针对所学知识以及实操过程出现的问题对投石车提出优化方案
三、教学方法: 讲授、演示、小组讨论。
四、设计思想:
1.教材分析
本书主要是让学生通过上一节课提出的问题以及对制作的投石车进行自评和互评，得出投石车系统存在的缺陷，然后利用所学的系统分析知识，对投石车系统进行深入地分析，引导学生深入理解系统分析的过程和方法，然后提出优化的方案，学生在讨论和评价的过程中体验系统的优化。本节课建立在前面学生制作和体验的基础上，主要是评价和自评。
2.学情分析
通过上节课的学习，学生对系统的设计已经有了初步的了解，但学生的创新意识较弱，不能通过及时的评价和测试对系统进行优化，同时对于系统优化的方法也不是很了解，因此在这节课需要教师耐心地引导学生对自己和他人的方案进行评价，并提出切实可行的优化方案。
五、教学过程：
导入：
在前面的学习中，老师带大家制作了一个投石车，但是很多同学都因为这样那样的问题没有完成，有些同学制作完成了，待会我们让这些小组上台来进行简单的介绍，然后大家对这些投石车进行评价，再对自身的作品进行自评，我们一起来对自己的投石车进行优化。
新课:
教师对上节课出现的问题进行点评：
没有对投石车进行系统的分析
大家都学习了系统分析，但是针对投石车系统的制作，大家都没有科学全面地进行分析，只是停留在浅薄的制作层面，大家只是为了做而做。
所以大家要建立数学模型，从数学、物理的角度对投石车进行科学地分析；
同时还需要大家明确主要目标和次要目标之间的关系，统筹兼顾，保证整体的功能。
没有绘制设计图的习惯
有些小组有了设计的方案，但是没有形成良好的习惯将其绘制成图纸，这样在进行小组讨论和分析的过程中不够具体，所以也是导致制作效果低的原因。
没有技术试验的意识和习惯
投石车的制作不是一蹴而就的，需要同学们不断通过技术试验对其进行测试和评价，然后不断改进方案，大家一直都在为了最终目标而制作，但是却忽略了过程中的测试。
了解系统设计的过程：
明确系统设计的问题
A．系统设计的目的与要求；
B．系统各部分之间的相互联系与相互作用
C．系统设计方案的优化
了解系统设计的方法
A.将系统分解为若干子系统
B.确定各子系统的目标、功能及其相互关系
C.对子系统进行技术设计和评价
D.对系统进行总体技术设计和评价
了解系统优化的过程及方法：
什么是系统优化
系统的优化－－－是指在给定的条件(或约束条件)下，根据系统的优化目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化(或最小化)。
系统优化的过程及方法
课堂小结：
系统设计的过程
系统设计的优化
第三单元 系统与设计
第三节 系统设计的优化与实现（第二课时）
任务二 投石车系统的实现
一、教学目标：
1.技术意识——通过简单系统的案例分析，引导学生理解系统的含义，帮助学生形成系统的概念，有意识的应用系统的思想去思考问题。
2.创新设计——通过教师的引导，从新的角度去思考问题，能对教师提出的系统问题应用创新的方案进行解决。能够通过不断的测试和评价对自己的作品进行优化和改进。
3.工程思维——对于多因素的系统问题，能够分析系统的主要目标和次要目标，并为了实现主要目标而进行统筹兼顾，综合考虑各方面因素，提出解决方案。
4.图样表达——能够应用技术图样表达自己的设计方案。
5.物化能力——能够使用简答的材料将自己的设计想法变成现实中的作品或产品。
二、教学重难点:
根据优化方案重新制作投石车。
三、教学方法: 讲授、演示、小组讨论。
四、设计思想:
1.教材分析
本书主要是让学生通过上一节课提出的优化方案，对投石车进行重新的制作，培养学生的创新设计，然后在课后对学生的作品进行测试，或者可以结合科技节对学生的作品进行测试和评价。
2.学情分析
通过上节课的学习，学生已经具备一定的优化意识和技术试验意识，但学生的专业知识较弱，不能建立严谨的数学模型，这就需要教师在课后对有基础的学生进行辅导，通过不断的测试和评价建立数学模型。
五、教学过程：
导入：
在前面的学习中，老师让大家提出了优化的方案，那么这节课我们就来将优化的方案进行实践，看看优化后的方案能不能实现投石车的功能。
新课:
教师对投石车的制作提出三个问题：
如何实现最大的投射距离
引导学生建立投石车的数学模型，利用数学和物理知识分析投石车，并在课后的测试中逐渐建立关于投石车的数学模型。
如何保证投射距离的同时，保证结构的稳定性和强度
投石车的支架和底座，需要保证结构的稳度和强度，这与投石车的杠杆，在一定程度上是相互制约的，如何平衡三者之间的关系，需要引导学生去思考和测试。
如何设计触发机构
投石车的触发机构是一个加分点也是考验学生创新设计的关键点，学生需要从案例中和生活中得到启发，思考如何高效地进行触发。
回忆系统优化的过程和方法：
系统的优化－－－是指在给定的条件(或约束条件)下，根据系统的优化目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化(或最小化)。
学生对投石车进行设计和制作
课堂小结：
投石车设计的要点
系统优化的过程和方法