《通用技术-技术与设计2》问题及部分习题参考答案.doc 33页

'技术与设计2——教材问题及部分习题参考答案第一单元结构与设计第一节常见结构的认识1．本节重要概念：结构、构件、实体结构、框架结构、壳体结构。2.教材第2页中的几幅图生动、形象地说明结构广泛存在于自然界中。3.教材第3页“案例分析”中的三个实例，均说明自然界动物、植物中存在的各种各样的结构可以用来为人类服务，人类可以从中获取感悟而解决某些技术问题，实现一些发明创造。4.教材第3页“马上行动”受自然界事物结构的启发而产生的产品有船桨（鱼鳍）、人工冷光（萤火虫）、风筝（鹰）、锯（蝗螂臂或锯齿草）、车轮（随风旋转的飞蓬草）、潜水艇（海豚）、声呐（蝙蝠）、潜水用的脚蹼（鸭子）、潜水艇的流线型设计（鱼类）等。本栏目的设置目的是让学生内化“自然界结构对技术领域的启发”，要养成对日常生活细心观察的意识和创新意识，知道解决技术问题不仅需要正确的方法，更要有持久的恒心和毅力。5.无论是自然界的结构现象的举例，还是技术领域中的结构现象的举例，教材都注重了知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的统一。6.教材第4页“阅读”1907年的魁北克大桥坍塌，被列为20世纪十大技术失误之一。这里用反面例子来说明合理结构的重要性，给人以心灵的震撼，引起人们对结构的重视。“阅读”为选学内容。7.教材第4页“马上行动”自然界：地球的结构、金刚石的结构、树的结构……技术领域：汽车的结构、自行车的结构,2008年北京奥运会主体育场“鸟巢”的结构……社会领域：教育管理系统的结构、家庭的结构、企业的管理结构……8.从力学角度理解结构是一个难点，建议教师查阅有关结构力学和理论力学书籍，研究结构构件的受力以及基本受力形式。应注意结构概念不能只局限于建筑结构的理解上。9.教材第5页的插图，形象地说明了构件的受力形式。10.教材第5页“马上行动”11．教材第6页“案例分析”这里侧重分析简易桥梁桥面的静态受力。12.教材第6页“马上行动”吊兰的支撑架承受吊兰的拉力；桥墩承受来自桥面、桥上负载的压力，两端被托住的梁受到支撑力等。13．教材第7页“探究” 图中，石磨的推杆中间用绳子吊起来，一是保持人在推磨时推杆始终在平行于地面的平面上运动，改变了人推磨时的用力方向，只需前推与后拉，使推磨更轻松；二是防止推杆弯曲变形，可以承载一些推杆的重力。14.教材第7页“小试验”试验3：纸张弯曲跨度小，抗压能力大。建造拱桥时，需要考虑拱桥的跨度和弯曲程度，跨度越小抗压能力越大，但是桥面的倾斜度也越大，不利于通行。由于材料本身的强度不同，瓦楞状纸的抗压能力更大。本试验比较直观地让人感受不同形状的纸张能承受不同大小的力，但不属于严格意义上的而比较试验。因为三种纸板跨度不同，形状也不同，在这种情况下是不能进行比较的，而比较试验的一个前提是“改变一个变量，其他条件不变”，这样才能得出“变量”是否在起作用的结论，而且在纸板变形的过程中，它的内力也在变化（有预应力的产生），这也是一种条件的改变。15.教材第7页“3结构的类型”《中国大百科全书》（中国大百科全书出版社,2002年4月第1版）认为：“从几何角度进行分类，结构可分为杆和薄壁杆结构、板壳结构、实体结构等三类。”本书中的框架结构即指这里的“杆系结构”，基于框架结构的提法比较通俗易懂，因此采用此说法。本书中的壳体结构同板壳结构。要求学生能指出这三种结构的不同应用场合，能对生活中常见的简单结构的实例进行归类。16．教材第9页“小试验”本试验是对壳体结构能承受较大压力的有力证明。当石板的重力通过木板、瓶盖传递到鸡蛋上时，被均匀地分散到了蛋壳的表面上，这正是壳体结构能承受更大的压力的原因。教师也可以根据本试验的原理，引导学生设计类似的其他试验，得出相同的结论。17.教材第9页“思考”壳体结构具有十分良好的承载性能，能以很小的厚度承受相当大的荷载。外力作用于壳体结构时，外力分布在整个表面，并利用壳体结构几何形状（曲面）的合理性，以材料直接受压来代替弯曲内力，大大减小了弯矩，从而充分发挥材料的潜力。当石板的重力通过木板、瓶盖传递到鸡蛋上时，被均匀地分散到了蛋壳的表面上，所以鸡蛋可以承受较大的压力。乌龟的外壳属于壳体结构，它能承受较大的压力，保护身体不受损害。18.教材第9页“案例分析”生活中，许多物体的结构是很复杂的。为了分析问题的方便，往往忽略一些不重要的细节，抓住主要因素，分析其基本的受力情况。本案例中提到的建筑物结构、自行车结构都是如此。教师还可以列举其他物体的结构对此加以说明。19.教材第10页“马上行动”栅栏——框架结构；圆形陶瓷装饰品——壳体结构；冰山——实体结构；高层建筑的弯顶——壳体结构；钢化玻璃锅盖——壳体结构；竹排——框架结构；汽车外壳——壳体结构；人的头盖骨——壳体结构；古罗马斗兽场——组合结构。20.教材第10页“练习”第1题实体结构：砖石、泥墙、大坝、桥墩等。框架结构;A字梯、鸟巢、输电塔等。壳体结构：安全帽、气罐、油罐等。多结构组合：自行车、木椅子、水箱浮子等。第2题本题是动手做的题目，既可以在学完本部分内容后做，也可以放在教学的过程中，让学生结合自己所做的模型学习和分析三种结构的受力特点。结构的受力特点只能笼统地表达，因为如框架结构由于连接方式不同可能受力也会不同。第3题 当出现交通意外时，摩托车手头盔的某一部位受到一个大的撞击力，由于头盔是壳体结构，在受撞击时外力沿壳体分布出去，使得所受力迅速分布到头盔表面，形成整个头盔表面均匀受力。这是对外力的第一次减弱，起到了保护摩托车手安全的作用。头盔内部还有一柔性减震结构，它可以减弱头盔壳体上的力向人脑壳的传递，这样就起了保护摩托车手安全的作用。汽车的安全气囊是现代汽车上的高技术装置。当汽车前端发生强烈的碰撞时，安全气囊就会瞬间从汽车方向盘内弹出来，垫在方向盘与驾驶人之间，防止驾驶人的头部和胸部撞击到方向盘或仪表板等硬物上。除了驾驶人前的方向盘有安全气囊外，有些汽车的前排也安装了乘客用的安全气囊，另外有些汽车还在座位侧面靠门一侧安装了侧面安全气囊。第二节稳固结构的探析1．本节重要概念：稳定性、强度。2.教材第11页“马上行动”3.教材第12页“案例分析”结构的底座越大，结构越稳定。但是在我国四川广汉三星堆出土的器具有许多都是尖底的。怎么摆放才能稳定呢？一种解释是，当时那里的土地比较松软，器具可以直接插到土里，这样虽然器具是尖底的，但它与土所形成的支撑面还是比较大的。这种看似不合理的结构，实际上恰恰反映了我国古代劳动人民的聪明智慧。4．家中的电冰箱，4只支撑脚中有一只是可调节高低的，与照相机的支撑架是同样道理。5.教材第12页“马上行动”A字形梯载人时能稳定的原因，主要可从梯子的形状、梯子的重心两方面分析。A字形梯的两边支脚分别与地面形成较大的支撑面，中间由横梁固定，当人站上梯子时，人和梯子重心的垂线落在四个支撑脚形成的底面范围内。因为支撑面大，人稍有倾斜，重心的垂线仍在支撑面内，所以结构是稳定的。如果没有梯子中间的横梁，梯子的支撑脚与地面的位置不能固定，梯子的支撑脚与地面的摩擦力不够大时，由于两梯脚是用铰链连接的，当人站上梯子时，两梯脚会向外滑动，A字形结构被破坏，失去平衡，梯上的人会跌落下来。6.教材第13页“案例分析”应注意，自行车的支撑架与地面的夹角不能过小，否则自行车的自身重力集中在支撑架上，同样容易失去平衡。7.教材第13页“马上行动”电动自行车或摩托车的支撑点与地面仍然构成三角形，一般情况下，后轮着地，前轮不受力，重心落在两支撑点与后轮与地面的接触点构成的三角形中，此时结构仍是稳定的。8.教材第14页“探究1”意在说明运动状态中与静止状态中自行车的稳定条件不同。一个旋转物体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。我们骑自行车其实也是利用了这个原理。轮子转得越快越不容易倒，因为车轴有一股保持水平的力量。另外，人在反复练习后，掌握了随时平衡车体平稳的能力也是一个比较重要的原因。 运动的自行车可保持平衡，其原因是比较复杂的，不能单纯地用静力学的知识来解释，它跟转动中的角动量有关，学生的知识储备不够，所以不需要从理论上向学生解释。教师可通过旋转的陀螺、鸡蛋能直立来演示被广泛使用的“陀螺现象”，并说明在运动结构中，如运动的自行车不倒的原因如同“陀螺现象”。9.教材第14页“思考”材料也是影响结构稳定性的因素。例如，汽车的车体采用壳体结构和薄钢板材制造，是因为壳体结构表面能分散所受的力，薄钢板材使车体质量较小。现在的中、低档轿车基本上是一体式、承载式车体，车体有横梁。车体是框架和壳体结构的结合。壳体结构表面能分散所受的力，在同样的安全性下，与单纯的框架结构相比，可以使用更薄的钢板材，使车体质量较小，重心下移。10.教材第14页“探究2”以左图中的茶几为例，茶几面可以转动，转动位置不合适时它的重心会偏向一侧，如果在茶几面的另一侧放置较重的物体，就可能使茶几失去平衡，所以使用时要保证茶几面中心与茶几脚中心处在同一垂直线上。右图中的茶几，一侧安装了一组抽屉，如果在抽屉内放置过重的物品会造成重心偏向一侧，就可能使茶几失去平衡，所以抽屉内不能放置过重的物品。左图中的茶几是设计师艾林·格雷于1925年设计的。最初，它被设计为床头柜，圈形支架可以伸进床底下，以方便使用，同时高度也可以调整。右图中的茶几是设计师卡罗尔·莫里诺于1949年设计的，这是他最富有想象力的生态造型的设计之一。它象征着一种原始生物，其流畅的波状起伏线和不对称的空洞可以全方位地引起人们的注意力。11.教材第14页“马上行动”偏心轮等质量不均匀的旋转件，在高速运转时不稳定，引起很大的跳动。人们利用这个原理制作振动器。12．教材第15页“小试验”的“试验一”中，只有把铁环增加在某一侧，使重心不落在支撑面内，才可能倾倒。本试验也可以使用其他物品替代不倒翁，只要能比较明显地看出重心改变稳定性也随之改变的关系就可以。“试验二”中，随着屏风旋转角度的增大，屏风稳定性由差转好，再由好转差。13.教材第17页“马上行动”本表由学生依据生活经验填写。竹竿比脆性塑料杆能挂更多的重物而不会断裂，是因为不同材料、不同结构的抗拉性能不同。中间有焊接缝的钢管受到撞击时容易损坏，因为连接点容易断裂。14.教材第18页结构的形状对强度的影响有两点，一是结构的外部形状，二是结构的构件截面形状。对这两点需要分别考虑，注意不要把它们混为一谈。结构的外形相同，构件的截面不一样，其强度不一样，如上面提到的A字形梯的构件。15.教材第18页“小试验”试验中应注意：(1)不同截面的纸筒悬挂的重物的位置应一致，也就是悬臂的长度应相同，这样才有可比性。(2)在粘贴纸筒时，要尽可能使它们的截面周长相同，不要卷折成若干层。如果用截面为凹槽形状的杆件做悬臂，从下图可以看出，凹槽的朝向不同，所能承受的拉力也是不同的。这一结论最好由学生自己得出。 由于纸筒的一端很难用重物压住，分量轻压不住，如果分量重，则重物压纸筒处产生变形，产生应力集中，试验也将失败，所以这个试验建议用两端架在两个凳子之间的纸筒来做。槽钢的试验也是这个道理。对于试验中出现的与理论不符的情况，教师应指导学生学会分析原因，找出影响试验结果的因素。16.教材第19页“马上行动”(1)用胶水加固连接部位，在不影响功能的前提下，对角线方向增加木条，如下图所示。（2)依次是：刚连接、铰连接、刚连接。(3)第一种是榫接，强度较大，结构最稳定。第二种是用钉子连接，当上端受压力时，连接处（钉子）要承受剪切力，容易造成连接处断裂，所以强度最小。第三种也是用钉子连接，但当上端受压力时，连接处所承受的是压力，同时因为没有榫接打孔影响结构，所以强度最大。17.教材第20页“探究”(1)一是增加瓶子的强度，受力不容易变形；二是增大手与瓶子之间的摩擦阻力，容易握住。(2)本题可由学生自行观察后得出结论。(3)分体式空调器的室外机由于自身的重力比较大，在户外的固定一般采用铁架支撑的方式。若采用壁挂方式，打人墙体的膨胀螺钉的强度和墙体的强度都不足以承受室外机的重力，最后将出现断裂以至于脱落。18.教材第21页“3结构与功能”引导学生进行结构与功能的讨论是有意义的。在学习了结构本身的内容后，回到人对结构的需求层面讨论其功能，为下一节的结构设计学习作进一步的铺垫。19.教材第21页“案例分析1”本案例所选两个实例的精当之处在于巧妙地利用了结构本身的特点或只稍作改进，就实现了功能的扩展。可以引导学生收集此类生活中常见的物品，并思考能够扩展其功能的核心改进是什么。例如，在家具市场可以看到各种可展开作床用的沙发，它们的结构设计有何特色？通过这些实物的分析，引导学生思考并总结结构与功能之间的关系。21．教材第23页“探究”(1)本题从如何在冰上行走不打滑方面思考。如图所示为哈尔滨的公园里的冰上自行车，其特点是在前转向轴的一端处装有一只前冰刀，在后轴的两端对称地刚性连接两个倾斜的盘状冰刀，从而形成一种三点支撑的、可在冰面上前进、倒退、前后滑行及刹车的冰上自行车。由于地区差异，有些地区的学生对冰不一定很熟悉，因此教师也可根据当地情况，让学生探究“水上自行车”、“水陆两栖自行车”或“无链条自行车”等如何实现。(2)本题从上坡如何省力方面思考。可观察市场上山地车的链轮的传动方式。教师要引导学生去思考，去探究，而不是直接给答案。 22.教材第23页“练习”第1题当篮球架的重心落在支撑面积之外时，篮球架会发生倾倒。如图中的篮球架，假设AC=CB,由于球架篮板的重力，使得整个架子的重心落在CB以外，则篮球架是不稳定的。为了使篮球架稳定，一般都采取在地面BC处加重物或固定的措施。第2题屏风的结构一般是框架结构，多采用木、纸、布、塑料等材料。第3题在制作壁挂式书架时，一是要考虑用什么方式把书架固定在墙上，以满足一定的强度要求；二是采用的材料自身重力（第1题）不能太大，同时应能承受一定数量书的重力。第4题本题应放开让学生自己分析。第三节简单结构的设计1．本节重要概念：结构设计。2.结构设计的目标一般都得到设计者的重视，而设计的规划和要求却往往被忽视，这是造成很多设计事故的原因。3.无论做哪一类结构设计，都需要首先了解国家、行业对此有哪些规划和要求。这是设计者在进行结构设计时必须重视的问题。4.教材第25页“马上行动”生活中：《住宅建筑设计规范》、《民用建筑隔声设计规范》、《住宅居室容积卫生标准》、《中小学校建筑设计规范》、《室外给水设计规范》、《室外排水设计规范》等。工农业生产中：《建筑设计防火规范》、《钢结构设计规范万、《砖石结构设计规范》、《木结构设计规范》、《建筑抗震设计规范》等。5.教材第25页“结构设计应考虑的主要因素”可结合生活中的结构事例，如住宅窗户防盗网的设计、秋千等游乐设施的设计、家庭院外栅栏的设计等，不同的设计所要重点考虑的因素是什么。6.教材第26页“马上行动”可提示一种方案，广告牌采用类似百叶窗形式或打许多小孔，使得风能顺利通过，当然还要考虑到是否影响广告效果、整体视觉效果等。7．教材第26页“讨论”在结构设计中还有一些需要考虑的因素，如材料、民俗文化、地域特点等，还可以引导学生思考是否还有其他需要考虑的因素。8.教材第26页“案例分析”教师可提供一些相片架实物或图片给学生欣赏和分析，也可让学生自带相片架，分析实际生活中的相片架结构的特点。 9.在实际生活中，人们选择相片架时不仅考虑造型、材料、稳定性等因素，还考虑相片架的颜色、造型与房间的整体是否协调，相片架的摆放方式与房间的空间关系等。例如，房间内的桌子比较小，而房间的墙上有大面积的空白，此时就可能会选择悬挂式的相片架，而不会选择用支架式的相片架。10.教师在教学时，应引导学生用人文的眼光看待设计，设计是为了满足人们的需要的，设计是与实际生活情景相联系的。11.在制作相片架的过程中，教师应对学生进行恰当的指导，并提醒学生注意安全。12.教材第29页“马上行动”可指导学生运用《技术与设计1》中掌握的技能对方案进行评价、优化和总结，根据发现的问题，从解决问题的角度去构思新的方案，列出要点。13.教材第29页“探究”可以让学生上网找到木板夹心墙的图片，再通过图片分析其结构，运用学过的知识研究其抗震的原因。14.教材第29页“练习”练习中的3道题不一定都做，学生可以根据自己的兴趣和爱好选做一道或两道。可以采取以小组为单位的形式进行分工合作，引导学生打开思路，形成多种设计方案，在多方案中进行选择。第四节经典结构的欣赏1.教材只从技术角度和文化角度进行了评价元素的列举，想出更多的评价角度和评价元素。2.教材第31页“思考”“敞肩拱”可以加速排洪，减轻桥身自重，节省石料。“敞肩拱”是功能与结构形式的完美结合，也是富有创造性的表现。同在赵县的永通桥也是一座单孔敞肩弧形坦拱石桥，全长32m，宽6．3m，主拱也采取纵向并列砌筑法，由21道纵向并列的拱券石砌成，跨度26m,拱矢约5.2m,桥面跨度很小，近于水平，极其便于车辆通行。在桥的拱肩上大拱上同样伏设四个小拱，小拱与大拱幅度之比大于安济桥，这是匠师因地制宜的创造性运用。3.可以参观附近的古代建筑，近距离地观察飞檐、斗拱等构件的精巧设计，品味其历史文化内涵。4.斗拱也是中国木构架建筑特有的结构构件，由方形的斗、升和矩形的拱、斜的昂组成。在结构上挑出承重，并将屋顶的大面积荷载经斗拱传递到柱上。它有一定的装饰作用，又是屋顶和屋身上的过渡。此外，它还是封建社会中森严的等级制度的象征和重要的建筑尺度衡量标准。5.斗拱一般使用在高级的官式建筑中，称为大式建筑。大体可分为外檐斗拱和内檐斗拱，外檐斗拱中“斗”是最下面的构件，斗口的大小决定着整个建筑的尺寸；“拱”指“斗”上的短横木；“昂”是斗拱中斜置的构件，室外为下昂，室内为上昂。因为斗拱的重要性，历代建筑对它十分重视，使它成为判断建筑时代的重要标志之一。6．教材第32页“探究”中国古建筑以木材、砖瓦为主要建筑材料，以木构架结构为主要结构方式，此结构方式由立柱、横梁、顺檩等主要构件建造而成，各个构件之间的连接点以榫卯相吻合，构成富有弹性的框架。木构架结构有很多优点。首先，承重与围护结构分工明确，屋顶重力由木构架来承担，外墙起遮挡阳光、隔热防寒的作用，内墙起分割室内空间的作用。由于墙壁不承重，这种结构赋予建筑物以极大的灵活性。其次，有利于防震、抗震。木构架结构很类似今天的框架结构，由于木材具有的特性，且构架的结构所用斗拱和榫卯又都有若干伸缩余地，因此在一定限度内可减少由地震对这种构架所引起的危害。“墙倒屋不塌”形象地表达了这种结构的特点。7.阿纳· 雅格布森被认为是20世纪丹麦最有成就的建筑师、室内设计师、家具设计师和手工艺品设计师，也是仅有的几个将自己的名字镌刻在建筑与设计这两个领域历史里的设计师。他的作品不仅是博物馆中的经典藏品，还有一些更成为丹麦人日常生活中不可缺少的一部分，如一只杯子或者一盏壁灯。他的作品具有适合的尺度、细节和意念。他还为自己的大部分建筑作品设计家具和配件。对作品，他注重细节和材料的选用，传统与实用的结合。8.教材第33页“练习”可通过查阅资料，选做一道。例如盖里椅-评价功能：在使用功能上，盖里椅具有其他椅子相同的功效，唯一的缺点是没有扶手，而且椅子面过于平直，坐久了人会觉得不舒服。结构设计：盖里椅结构上简洁大方,线条明快,有流动感。占地面积小，却十分平稳。但椅子的旋转性差，不能随意转动使得它灵活性也差。制造技术：盖里椅要达到整体统一的完美线条和弯曲效果，还要考虑到重心的位置高低和椅子承受能力的大小，对制造来说，是一次挑战。审美：盖里椅的结构传达出一种盘旋上升、奋发向上的精神，具有雕塑般的美感和强烈的时代气息，形成了优雅的浪漫主义设计风格。9.“本单元小结”可以让学生自己设定思路进行总结，如采用表格式、图示式、图文并茂式等。10.教材第34页“综合实践”第1题第2题建议作为学生课外作业，与综合实践活动、研究性学习等形式结合起来做。第3题根据题中设计要求，制定设计方案，绘制设计草图，并选择材料制作一个多功能手拉车。第二单元流程与设计第一节生活与生产中的流程1．本节重要概念：时序、环节、流程。2.教材第38页，自行车前轮装圈上轴的过程图是自行车前轮装圈上轴的示意图，在实际工厂生产中，很多步骤都是采用自动化生产完成的。3.教材设置的“马上行动”、“小试验”和“思考”等栏目都是帮助学生对时序不可颠倒的理解。另外如在化学中学过的浓硫酸的稀释过程。4.教材第39页“马上行动”青霉素注射前，先皮试；理由：排除青霉素过敏。骑上自行车前，先收支架；理由：安全。用钻床钻孔时，要先用样冲定位；理由：精确。5.教材第39页“小试验”这个试验主要让你体会正确的流程可以提高效率。本试验很容易在课堂上实现。从试验中学生会发现，零件的安装顺序不同，结果就会不同，有的人可能不能安装成功，通过多次试验，形成对时序的切身的感受。有条件的学校，可将本试验的载体改为技术含量更高的内容，如电风扇的拆装、电脑桌的拆装等。试验过程中，要注意安全问题。6．教材第40页“思考” 在明确故障之后，维修时，存在人与电源接触的可能，如果未切断电源，可能发生触电事故。电工把切断电源并挂上“正在维修，请勿接通电源”的警示牌这个环节作为任何维修的第一步，即使在某些情况下不一定必要，但养成了这种习惯可以在任何情况下确保安全，防止发生意外，又不会影响维修。例如，在更换保险丝这样简单的工作中，7．教材第40页“马上行动”(1)报名向班主任报到；(2)注册凭录取通知书向学校注册；(3)缴费学校收缴学杂费，并开发票给学生；(4)领书领取课本、作业本等学习用品；(5)领取物品住校生领取生活、学习物品，安置寝室。8.环节的划分具有相对性，但也有一定的规律。这是一个难点。9.教材第41页“马上行动1”(1)这个案例要说明的问题是，时序不仅有前后顺序，还有间隔时间长短的问题。(2)举例如水稻种植过程（选种→耕地→育秧→插秧→田间管理→收割），家庭自制香肠过程（把精肉剔掉脂肪和韧带切成2cm左右的菱形肉丁2500g→其余剔下来的精肉、肥膘和圆葱一起绞碎→混和后加入水500g，抓拌打匀→把所有配料和1500g水和匀，倒入肉馅中抓拌成糊状，腌制4h→将塑料肠衣→端套入灌肠机（或大漏斗）灌制→灌制要饱满，有气泡的地方用针放气，每根长20cm，两头打扣→凉水下锅，开锅后小火煮制20min即熟）等。旅游：安排旅游行程时，不仅要安排路线，而且要安排在每一个景点逗留的时间。10.举例子时，要联系当地实际，如水稻种植过程、家庭自制香肠过程等都有着相对严格的流程要求。11．教材第41页“马上行动2”旅游：明确时间安排→规划目的地→联系旅游团→随团旅游→返回。工程师画图：构思→布图→画底稿→反复修改、审核→写图纸说明→描图。果农嫁接：切削被接果树嫁接位→剪切削优质果树种枝或种芽→用绳线固定种枝或种芽。12.教材第42页“流程的表达”流程的表达方式往往与场合有关，如公交站牌上某线路公交车的行车流程多以文字方式表达，发电厂或化工厂中控室的生产流程图等多以图示方式表达。可以从自己日常生活中见到的流程图（如医院看病流程图、图书馆借书流程图等）入手进行讲课。有条件的话，也可以上网下载各种流程图。13.教材第43页，计算机编程的流程图往往有特别的规定，如菱形框表示判断，矩形框表示赋值或公式计算等。这个程序上机运行后得到的结果是5050。这里只要求学生能了解这是流程图的一种表达方式即可。14.教材第43页“马上行动”中的示意图也是流程图的一种表达方式，了解流程图表达方式的多样性。15.教材第43页“思考” 16.教材第44页“案例分析”这个案例说明了流程的重要性，特别是时序的意义。17.教材第44页“马上行动”将洗衣机洗衣（1h）与后4项工作电饭锅煮饭（30min）、烧菜（40min）、吃饭（20min）、饭后读报(10min)并列安排；如果再将后4项中的煮饭与烧菜同时做，实际使用时间仅需70min,节约时间90min。18.列车时刻表的上行、下行是日常生活常见的流程图，此外还有公共汽车或地铁线路的上行、下行流程图。在我国，列车的上行、下行是相对于首都北京来说的，上行指从其他地区开往北京，下行则指从北京开往其他地区。19.教材第44页“案例分析2”这个案例说明了流程的重要性，特别是时序、时间长短。20.教材第45页“马上行动”（1)提高生活效率：个人作息时间表。（2)使生活变得有序、合理：学校课程表，医院看病流程。（3)使生活更为安全：青霉素注射前要皮试，煤气灶的使用。(4)提高学习效率：一周课外时间计划表。21.教材第45-46页“案例分析”、“思考”这是一个流程的实例。教材对这个案例中的环节、时序作了分析。这样安排的考虑是，首先，软皮椅的生产流程安排要符合其自身的逻辑；其次，将目标相近的工序划分为一个环节，便于按照质量标准进行检查，保证质量。在保证质量的基础上，采用并行作业，尽可能提高生产效率。22.工序是工业生产的专业术语，工序的划分不是绝对的。23.1789年，美国发生了这样一件事情，美国政府要求工厂主惠特尼在15个月内生产1万枝滑膛枪。这比诸葛亮3天之内要造10万支箭的任务还要难完成。惠特尼采用了一种新的方法完成了任务，他把造枪的工作化整为零，每个工种只生产其中的一种部件，然后把每种部件都放在一个袋子里，每个袋子都编上号，最后从不同的袋子里各取出一个零件就可以组装成一枝枪。惠特尼就是靠这种方法完成了生产任务。他的这种方法为后来的流水线生产打下了基础。24.教材第47页“案例分析”、“思考”这个案例同样是流程的案例．给出了流程图画法实例。两个工艺流程图本质上是一回事，前者近似于实物流程，比较直观；后者则以时间为线索，并标出各工序的时间长短，比较专业，岗位操作工就要看这个流程图。工件的热处理包括加热、淬火、清洗、回火等环节，去掉任何一个环节都不能达到工件的技术要求（如硬度、刚度）。如工件进人淬火油槽中冷却是其中的关键环节，它直接关系到工件淬火质量的好坏，淬火技术的高低往往以冷却操作的优劣来体现。淬火的目的是提高钢的强度和硬度，增加耐磨性，并通过回火处理可获得既有较高的强度、硬度，又有一定弹性、韧性的具有优良综合机械性能的工件。25.工农业生产中，类似的生产流程图很多，还可根据自己的经验，选择其他生产流程中的案例，如丝绸生产工艺流程、饮料生产工艺流程、工厂化养猪生产工艺流程、纯净水生产工艺流程、糕点生产工艺流程等。26．教材第48页“案例分析”、“思考”这是一个种植农作物的案例。农作物的生长有其自身规律，庄稼种植和管理等环节的安排应符合农作物的生长规律。 本案例是说明农业生产流程的。分析某种果树嫁接的工作流程。27.教材第49页“练习”第1题自行车补胎流程中，用锉子将洞口四周的胎皮锉毛，是必不可少的一个环节，目的是为了增大接触面积，使补丁与胎皮的附着力更强。另外，还可以去除表面粉尘颗粒，并使补丁处平整。完整的补胎流程是：不按照这个流程操作，特别是不锉就补胎皮，肯定会漏气。第2题在画十字路口红绿灯的工作流程图之前，要按照时间的顺序，在表格中填写各时间段车行的方向及行人通行的方向。本题是为了拓展学生视野，说明时序不都是单向的，还有循环的。第二节流程与设计1．本节重要概念：流程设计。2.教材第50页“思考”(1)在生产流程的设计中，还应实现环境保护、方便操作工工作等目标。(2)木质家具的生产流程，其流程设计的目标主要是提高产品质量，提高生产效率，节省资源，安全生产。3.教材第51页“案例分析”生活、生产中流程的设计有两种情况，一种是流程的若干环节是显性的，也就是事物发展的规律较容易描述，如邮局邮件的分检流程设计、快餐配送中心的工作流程等；另一种流程的设计要依据事物的内在属性和规律，需要进行大量的试验和漫长的探究才能得出的。合成氨的工艺流程的例子就是为了说明后者。4.教材第51页“马上行动”（1)新建化肥厂，流程设计上需要考虑优选工艺方案，降低能源和原材料消耗，减少污染排放，在资金允许的情况下选用精良设备和技术人员以提高生产效率等。（2)将北方大豆移栽到南方，从种植流程上需要考虑适合植物种植的季节、气温、湿度、土壤以及病虫害等因素。本题是农业方面的例子，教师可以补充一些由于动物或植物的引进而引起生态不平衡的例子，目的是引导学生理性地看待技术，技术不是万能的。例如，水葫芦和克氏鳌虾（小龙虾）就是引进的有害生物。5.流程设计的步骤是以时序和环节为主要线索的。6.教材第52～53页“案例分析”、“思考”该案例是个体和集体生产铁锤的流程。教学中要比较它们之间不同的地方，并分析为什么会有这样的不同。(1)批量加工流程的特点，一是机械化程度提高，大多数工序由机床完成；二是有的工序可以在同一时间进行，提高了工作效率。 (2)在批量加工流程中，可分为锤头加工、锤柄加工两大环节，各环节还可分为若干道工序。在小铁锤的手工制作流程中，淬火、电镀是最后两道工序，从安全角度考虑，这两步可由金工师傅统一制作而不要求学生完成。教师要将流程设计的特点分析出来，要把条件说明白。7.教材第53页“练习”第3题小木锤的制作流程也可分为锤头加工、锤柄加工两大环节。不同的是，锤头的加工工艺发生了变化，它的工序主要包括下料、划线、钻孔、刨面等，锤柄加工的工序除不需要电镀、攻丝外，其他基本与小铁锤相同。第三节流程的优化1．本节重要概念：流程优化。2.流程的优化往往因不同的情境、不同的目的而体现出不同的目标和要求，进而也体现出不同的特点，可以是整体的改进，也可以是某一环节的改变，还可以是某一时序的改变。3.教材第54页“案例分析”这个案例分析中的工期优化采用的是网络计划技术。网络计划技术是一种组织生产和进行计划管理的科学方法，被广泛应用于工程设计、建筑工程施工、水利工程施工、设备修理等众多领域。4.网络计划技术利用网络图表达计划任务的进度安排及各项活动（作业、工序）之间的相互关系，在此基础上进行网络分析，预估出每一作业（工序）的时间，找出关键工序和关键线路，不断地改善网络计划，求得工期、资源与成本的优化方案，并在计划付诸实施过程中进行有效的控制和监督，以保证合理地使用人力、物力和财力，实现预定的计划目标。5.教材第55页“马上行动”将做灯罩与买电器元件、焊底座这三件工作并行，于是，整个工期就由原来的11小时缩短为7小时。这样改进的前提是人力增加了，在同一时间内要有人做三件事，成本将有所提高。6．教材第56页“马上行动”这两种切削方法的主要区别在切削量的多少。7.教材第56页“案例分析”本例是通过人工计算排列之后进行比较的，当配送地点很多时，人工计算的难度大而且费时，可编制程序，用计算机运行得到最佳方案，以提高计算效率。8.流程的改进与材料和设备之间的关系是相互的，材料和设备可以是流程改进的原因和动力，流程改进也可以使材料和设备发挥更大的效用。9.教材第57页“马上行动”(1)银行存取款流程的优化，依赖于计算机管理系统等设备条件的改善，依赖于操作人员技术水平的提高。(2)相对于手动机床，数控机床机械加工的流程优化的条件也是设备的改进、程序设计和自动控制思想的引入。 10.教材第58页“小试验”（1）单人制作纸制提兜流程分制作纸兜和提手两环节。纸兜：作图、画线、折纸、裁剪、粘贴等。提手：折纸、裁剪、粘贴等。最后将纸兜与提手连接起来。(2)在流水作业中，每人做多少道工序，对应着不同的工作效率。(3)可以讨论：怎样安排每个人的工序，效率才最高？11.材料第59页“练习”第1题六角螺母、斧子属于少切屑加工，铁制窗框属于焊接加工，铸铁锅、塑料洗脸盆属于无切屑加工。第2，3题学生先实践，在实践基础上再进行流程的优化。13.教材第60页“综合实践”第1题可拆卸电脑桌装配流程：第3题这是一座简单的砖混结构房屋。说明：砖混结构的房屋现在很少见，可选用当地常见的房屋让学生练习。第三单元系统与设计第一节系统的结构1.教材第64页“案例分析”从自行车的实例来理解系统、子系统，要求能够分析生活中的系统的组成要素和相互间的关系。2．教材第65页“讨论”车把的作用是：控制自行车的方向。脚蹬的作用是：将人脚踩的力传递到链轮链条上。链轮和链条的作用是：将动力传递到后轮，驱动自行车前进。前后车轮的作用是：车轮的滚动带动自行车整体前进。车闸的作用是：控制自行车的速度。分析出现下列情况时，可能会导致的后果：①车闸的橡皮松了：会导致刹车失灵。②车把固定螺钉松了：会使自行车的方向控制失灵。③链条断了：自行车无法前进。④车轮的辐条断了：车圈会发生变形。3.教材第65页“马上行动” 4.教材第66页“马上行动”自行车可分为传动子系统（由脚蹬、曲柄、中轴与链轮、链条、飞轮与车轴等组成）、制动子系统（由刹车柄、车闸、连接线等组成）、承重子系统（由车架、鞍座、车轮等组成）、行驶子系统（由前后车轮组成）、转向子系统（由车把、前叉上下轴承、前叉组成）、附设子系统（由前后挡泥板、车后架、车筐、车铃等组成）。5.系统的分类总是根据研究对象的不同和研究的需要来划分的。除了自然系统与人造系统、实体系统与抽象系统的划分方法外，还有其他的分法。例如，可划分为静态系统与动态系统、开放系统与封闭系统等。(1)静态系统和动态系统。系统的静和动都是相对的。从某种意义上讲，可以认为在宏观上没有活动部分的结构系统或相对静止的结构系统为静态系统，如大桥、公路、房屋等。而动态系统指既有静态实体又有活动部分的系统，例如，学校就是一个动态系统，它不仅有建筑物，还有教师和学生。在中世纪以前，人们曾认为宇宙现象是永恒不变的，习惯将事物看成是恒定的、静止的，这种看法在哲学上是唯心的或机械唯物论的。随着科学的发展和人类的进步，人们才逐渐认识到世界不是恒定事物的集合体，而是动态过程的集合体，运动是永恒的。宇宙是一个动态系统，静态是相对的。(2)开放系统和封闭系统。封闭系统是一个与外界无明显联系的系统，环境仅仅为系统提供了一个边界，不管外部环境有什么变化，封闭系统仍表现为其内部稳定的均衡特性。封闭系统的一个实例就是密闭罐中的化学反应，在一定的初始条件下，不同反应物在罐中经化学反应达到平衡状态。开放系统是指在系统边界上与环境有信息、物质和能量交互作用的系统，如商业系统、生产系统或生态系统，这些都是开放系统。在环境发生变化时，开放系统通过系统中要素与环境的交互作用以及系统本身的调节作用，使系统达到某一稳定状态。因此，开放系统常是自调整或自适应的系统。6.只有抓住系统的整体性，处理好各要素之间、要素与整体之间的关系，才能获得更好的整体效应。7．教材第68页“小试验”(1)在已经调整过的辐条上做出标记，便于再次整体观察调整得是否合适，当然也可以用其他的办法做出标记。(2）如果不调整车圈，骑车时车圈左右偏转，容易出现有的辐条断开、有的辐条不受力、车圈变形等问题。(3)可把车轮看成是自行车的一个子系统，辐条、车圈都是该子系统的组成要素，每根辐条共同受力，并将力均匀分布在车圈上，以保证自行车的正常行进。8.教材第68页“马上行动”(1)事例1：若干个字组成一个词，而词又是语言组织中可以独立运用的最小单位，一个句子或段落是构成文章的要素。一篇文章的内容和思想却是一个段落、一个句子或单个词不可能表达的。事例2：由26个不同色彩的小方块组成的玩具魔方，变幻无穷，可以构成很多色彩的组合，而单个小方块却没有这一功能。 事例3：一台收录机是把收音机和录音机有机地结合起来而形成的一个系统，它不仅具备收音机所单独具有的收音功能及录音机所单独具有的录放音功能，而且还具有在收音的同时通过电路进行内录的功能，这是收音机和录音机各自的功能加起来也不具有的。事例4：钢筋混凝土结构的功能大于钢筋、水泥、沙石的功能之和。(2)“一个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃，三个和尚没水吃”：三个人共同构成了一个系统，每个人都是其组成要素之一，如果三人之间的协作关系处理得不好，反而办不好事情。“三个小皮匠顶个诸葛亮”：三个皮匠构成一个整体，整体的功能大于单独的个体功能之和。“一着不慎，全盘皆输”：说明在一个系统中局部对整体的制约，部分的变化会影响整体的变化，甚至还会对全局产生决定性的影响。“丢卒保车”：系统是一个整体，是具有总体的特定功能、目标和作用的有机整体。它要求局部要服从整体，要有整体观点和整体效益，要有整体目标。9.教材第69页“案例分析”罗丹砍去塑像双手的目的在于使人们注意塑像的整体，而不是去注意双手。这给我们一个启示，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存整体。10.教材第70页“案例分析”厨房的装修中，空间的大小、厨具的购置、厨具的摆放等是一个系统中的若干要素，它们之间相互关联、相互制约。(1)吴瑾家厨房装修存在的问题是：在厨房装修的开始，没有进行整体化的规划和布局，如考虑厨具的摆放位置、电线和水管的走向、排风口和下水道口的预留等。没有根据厨房的空间位置恰当地购置厨具。(2)购买或定整体厨具时，要以厨房的构造为依据，或者购买单件厨具，当然也要考虑厨房的构造。11.在认识系统相关性的基础上，理解在观察和处理事物的时候应多从事物的内部和外部联系上看问题，从全局和整体上把握事物，这样才能帮助我们进行科学的系统分析，选择最佳方案，进行科学决策。12.在认识和处理系统问题时必须把握系统的目的性，在实际活动中要确立明确的目标，并努力使系统的发展朝着目标前进。13.教材第71页“马上行动”（1）为了满足人们对计时功能的需要。(2)实现企业利润的最大化，成本和能源使用的最小化等。14.教材第71页“讨论”我国农业发展在进人受资源和市场双重约束的新阶段后，农产品价格持续低迷，农业生产效益低，农民收人增长缓慢。为了适应新阶段变化的要求，我国的农业生产以市场为导向，着力调整和改善农产品的品种、品质，发展高产优质高效农业，目的是为了提高农业适应市场能力和综合经济效益，实现农业增长方式转变。主要调整途径：种植业中大宗农作物调整力度大，迅速发展优质农产品。畜牧业生产适应城乡居民消费结构的变化需要，由偏重数量增长向数量和质量并重的方向转变，畜产品结构逐步优化。渔业生产结构的调整重点是增加名特优新水产品的养殖面积和产量。15.教材第72页“讨论” 在进行系统动态性的教学时，要注意引导学生善于用运动、发展的眼光研究和把握系统运动发展的方向和趋势，要善于理解和掌握事物之间的各种联系，以便合理地改善系统的结构和功能，充分发挥系统的整体功能。（l）生活中运用系统的动态性思想对事物发展进行预测并取得成效的事例很多，例如，农民对植物的病虫害的预防和治理，工业控制系统中的前馈控制方式等，都是跟踪系统的发展变化，及时做出响应。前馈控制本教材不做要求，但在第四单元中，建议教师可将前馈控制的思想向学生提一提，作为一种了解。(2)台式计算机的CPU上安装的小风扇，是给CPU散热用的。当计算机处于开机状态，主机的温度会升高，小风扇的转速时快时慢，是因为在CPU下方有一个温度传感装置，当温度高时控制小风扇的转速加快，当温度低时控制小风扇的转速变慢，从而达到动态控制CPU温度的目的。(3)静止是相对的，绝对静止的系统是不存在的。任何系统都在不断与外界进行着物质和能量的交换，只是有的系统的表现不那么明显而已。例如，一块石头看起来是静止的，可时间长了，它也会风化。16.大自然中，鹿、兔奔跑速度快，能逃避猛兽追捕；刺猬身上长尖刺，使猛兽无从下口；黄鼬遇敌时突放臭气，扰乱猛兽神志，影响其情绪，在其迟疑间跑掉。这些动物的特征都可以用具有环境适应性来概括。绿草丛中的蝈蝈、北极地区的北极熊、冬天和夏天的雷鸟，这些动物的体色都与环境的色彩相似而不易被其他动物发现，因此叫保护色，保护色的作用也是为了保护动物自身的生存。17.教材第73页“马上行动”(1)人自身就是一个系统，春天穿多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。(2)电冰箱的放置位置要与墙保持一定的距离，其目的是为了有一个适当的散热空间，以保证它能正常工作。(3)举例：北方城市供水系统的主管道一般埋人地下，并进行防腐处理，露天管道有保温措施，所有管道和供水槽需有余水排空装置。这些都是为了使供水系统在冬天能正常工作而采取的防冻措施。雨雪天气，路面较滑时，汽车须装上防滑链条，或采取其他防滑措施，以使汽车正常行驶。18.教材第74页“练习”第1题木桶由若干块木板组合而成，若把木桶看作一个整体，每块木板就是部分，“木桶理论”实际上反映了系统的部分与整体的关系，部分影响整体。第2题用系统的观点分析，如果把和面看作一个系统，则干面粉和水是其组成要素，这两个要素间的关系十分重要，只有两要素之间量的比例适当时，和好的面团才软硬适中。日常生活中有很多事例可以很好地说明系统思想的运用。第3题方案（1）：内存不变，更换一个大容量的硬盘，对提高系统的整体性能作用不大。方案（2)：分别升级CPU、主板和内存，这一方案相对合理。方案(3）：与方案（l）一样，内存不变，只换一个大的显示器，同样不能提高系统的整体性能。第4题系统论是建立在现代科学技术基础上的综合性的理论和方法，它的哲学意义在于有力地证明了马克思主义哲学关于物质世界普遍联系的原理。贝塔朗菲承认马克思的辩证法对系统论的形成起了巨大作用，并且认为系统论和辩证唯物主义是雷同的。系统论是一门跨学科的横断科学，它提供的综合性的理论和方法，并不是一般的世界观和方法论，因此，它不是哲学。但是，系统论为马克思主义哲学提供了新的思想材料。 第二节系统的分析1.本节重要概念：系统分析、系统优化。2.系统分析是在第二次世界大战末期提出来的，起初被用于武器系统的分析研究，后来又被运用于国防战略及国家安全政策的制定。1960年以后，行政机关和企事业单位也逐步采用系统分析方法进行各种决策问题的研究。系统分析的出发点是为了发挥系统的整体功能，实现系统的整体目标。例如，家庭要购买一件高档用品，这对于家庭就是增加了一个子系统，需要购买的对象很多，而资金有限，买什么、发挥什么功能，对实现改善生活这个系统整体目标才是最恰当的，就需要进行分析，如果决策不当，就会影响家庭生活的改善。例如，若没有人爱好钢琴，买一架钢琴闲置在家里就是浪费；若没有多少食品需要冷藏，买一台大电冰箱当摆设也是浪费。系统分析要考虑整体目标。3.教材第77页“案例分析”、“思考”通过“汉字激光照排系统”案例，可介绍王选为什么要发明汉字激光照排系统。活字印刷术是人类历史上最伟大的发明之一。活字印刷主要有三个步骤，即制活字、排版和印刷，当时书报生产依然仿照这个过程。汉字字数繁多，排字架组织复杂，占地广大，拣字也极费时间，因此汉字排字一直是印刷术中的一个难题。几十年来，各国都在迅速地摆脱传统的活字排字方式，而向照相排字方式发展。在当时兴起的电脑排版技术，由于汉字比西方文字复杂得多，也未能在我国推广。长期以来，我国印刷行业始终难以摆脱手工拣字拼版的落后状况。王选综合运用精深的数学、计算机等多学科知识，历经15个寒暑，研制开发成功“汉字激光照排系统”而被誉为中国印刷术第二次革命，为汉字告别铅字印刷开辟了通途。并介绍今天汉字激光照排系统的印刷术与古代印刷术相比具有哪些优越性。第一，字体和字型比古代印刷术多；第二，排照速度比古代快；第三，版面灵活，富于变化；第四，排照视觉效果好。对这个案例，主要是引导学生主动意识到系统分析不只是对系统观点的应用，它也是一种处理问题的科学方法，其目的是寻求一种解决问题的最佳决策。因此，在系统分析中，需要做出多种方案，然后分析不同的方案可能产生的结果，从中选择解决问题的最优方案。因此，以选择解决问题的最优方案为重点，是系统分析的一个特点。可以说，系统的分析是建立在对该事件的内部规律、外部环境（条件）、实现功能等的充分研究的基础上的，它是一个不断完善、不断改进、不断优化的过程。思考解答：在汉字照排方案的决策中，系统的整体目标是提高汉字的信息压缩技术和还原速度。王选进行决策的依据，一是我国汉字印刷业的现状，二是市场需求，三是王选良好的基础学科和计算机知识背景以及我国具有的激光等技术基础。教师也可以因地制宜，设计学生动手实践代替该案例，只要能达到同样的学习效果就行，教师可灵活安排。4.系统分析不只是对系统观点的运用，它也是一种处理问题的科学方法，其目的是寻求一种解决问题的最佳决策。系统分析需要分析不同的方案可能产生的结果，从中选择解决问题的最优方案。因此，以选择解决问题的最优方案为重点，是系统分析的一个特点。 在现实生活中，由于受环境和条件的限制，不可能找出一切方案，也不可能对所有的方案进行全面比较，且漫无边际地去研究所有的方案，无论是在时间上还是在人力上都是不允许的，因此运用科学的方法就更为重要。缺乏资料、缺少对资料的科学计算和分析，只靠拍脑袋是无法寻找到最优方案的。5.教材第78页“案例分析”、“思考”教师可以与学生一起分析案例，深化理解系统分析的一般步骤，经历从6种方案中寻找使田忌制胜的方案的过程，领会分析、比较、得出最优方案的过程。在这个分析的过程中渗透了数学排列组合的科学方法，也充分体现了下面要学习的系统分析的科学性原则。案例分析参考解答：解答方法一：（1）共有6种方案：田忌齐王第一种方案：上等马上等马中等马中等马下等马下等马第二种方案：下等马上等马上等马中等马中等马下等马第三种方案：中等马上等马上等马中等马下等马下等马第四种方案：中等马上等马下等马中等马上等马下等马第五种方案：……第六种方案：……(2)在以上各方案中，齐王和田忌的赛马结局有以3:0赢的，也有以2：1赢的，但只有一种情况是田忌以2：1取胜齐王的，孙膑正是把这种方案推荐给了田忌，这就是上述的第二种方案。6.教材第79页“案例分析”通过历史事件“丁谓修复皇宫”的案例分析，感受系统分析的过程中整体性原则的魅力及现实意义。再结合“马上行动”的内容，对比脱离了整体性原则可能带来的不便。7．教材第79页“马上行动”这一事件的原因在于，电信部门、煤气公司、市政部门三家没有统一协调，造成了各自封闭的局面。各部门只根据自己的时间进行施工，没有从全局着眼，缺少整体统筹的观念，给市民带来了不便。好的处理办法是，三家共同协商，一次性地解决问题。8.教材第80页，系统分析的综合性原则，注重研究系统各部分之间的相互联系和相互作用，既注重研究各部分间的横向联系，也注重研究各部分间的纵向联系，既考虑当前，也考虑长远。分析的基本思路是“综合一分析一综合”。9.教材第80页“案例分析”此案例给我们的启示是，系统分析时还要注重综合性原则，要综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。要注重研究系统各部分之间的相互联系和相互作用，既注重研究各部分间的横向关系，也注重研究各部分间的纵向关系，既考虑当前，也考虑长远。分析的基本思路是“综合一分析一综合”。孝襄公路的设计中，我们应该对自然环境、资金、长远影响等因素进行综合分析，如果破坏银杏林的话，势必对生态造成影响，这是增加再多资金也无法挽回的。工程指挥部最后决定增加资金绕路，孝襄公路已于2005年9月30日正式全线开通。 10.教学时应注意通过几个典型的案例分析，让学生理解在解决问题时是如何实现系统优化的。系统优化是在系统的约束条件规定的范围内，从多种可行方案或技术手段中得出最优解或满意解，使系统达到最优的目标。11．教材第81页“案例分析1”例如，在蔬菜、西瓜的种植中，要使蔬菜防病和提高产量，使西瓜具有抵御低温的能力，就应采用嫁接技术，该技术是一项增产增收的栽培技术，嫁接的西瓜比自根西瓜增产1倍以上。又如，建筑材料的改进也是一项优化技术，以往建筑物的墙体多采用实心砖，现在采用了空心砖，在保证强度、隔热隔音效果的同时，节省了材料。本部分内容重点在于让学生能结合实例分析影响系统优化的因素。例如，上述案例“农作物种植系统的优化—农业间作套种”，优化的目标是增产增收和提高土地利用率，影响系统优化的因素就是套种的技术水平、套种的田间管理、病虫害防治等。但是，对于比较复杂的系统，人们对其特征了解不够，所以需要运用一定的数学手段描述它，进而找到合适的解决方案。12.教材第81页“案例分析2”这一案例的数学模型属于线性规划模型。线性规划就是求一组非负的数值，满足一组线性等式或不等式的约束条件，使一个线性目标函数达到最优（最大或最小）。一般线性规划模型的形式为：式中max表示求极大值min表示求极小值s.t.表示受约束于或约束条件,Z是目标函数，x：是决策变量。该案例蕴含的知识很丰富，教师应该组织学生进行讨论，从而归纳出利用最优化方法解决问题的一般步骤，对案例中的数学方程的解答可以不做要求。利用最优化方法解决问题的一般步骤：①提出需要进行最优化的问题，收集有关资料和数据；②建立求解最优化问题的有关数学模型，确定变量，列出有关约束条件，分析模型；③选择合适的最优化方法；④求解方程；⑤最优解的验证和实施。数学描述的手段是系统分析常用的一种方法，对于比较复杂的系统，人们对其特征了解不够，所以需要运用一定的数学方法描述，进而找到合适的解决方案。系统建模的目的是要将系统的原型抽象为数学模型，并运用已有的数学方法分析求解得出数学结论，再运用这一结论来解决实际系统中的问题（如“田忌赛马”问题）。根据课程标准，对数学建模以及求解方法不作过高要求。13.教材第82页“阅读”该模型用于拓展教师的视野和认识，并不对学生作任何要求。在以往课程的学习中，我们就曾接触到数学模型的问题，如自由落体运动的公式h＝gt2，就是一个反映物体运动的路程随时间变化的数学模型。14.教材第83页“案例分析”这里的答案是不唯一的，对于行得通的方案都应视为是正确的。例如： 15.教材第84页“思考”（1)流水施工方式特点：①工期较短；②需要水电、木工和油漆各一个装修队工作；③人力、施工设备、材料的投入比平行施工少。（2)流水施工组织方式，装修工期和资源利用最为合理。（3）本案例中，影响优化的因素有施工时间、装修队和设备的数量等。16.教材第84页“阅读”霍尔的三维结构体系形象地描述了系统工程研究的框架。当然对其中任一阶段和每一个步骤，还可进一步展开，形成分层次的树状体系。下图是霍尔三维结构的示意图。霍尔三维结构示意图17.教材第85页“练习”第1题提示：方案1：在就餐时间增加食堂的窗口和工作人员；方案2：不同年级学生的下课时间错开20min;方案3：加强工作人员的培训，提高工作效率；方案4：新建一个学生食堂。系统分析过程： (1)明确问题，设立目标。系统存在的问题的是食堂小、学生多，出现了中午就餐时间学生们排长队等待就餐的现象。因此，系统改进的目标是减少学生就餐排队的时间。（2)寻找各种解决方案。（3）比较、权衡方案。经过分析比较发现，方案1由于场地面积有限，食堂的窗口和工作人员不能过多增加；方案2将不同年级学生的下课时间错开20min,在年级比较少的学校较易实行，但如果在年级比较多的学校，如完全中学，有6个年级，则整个时间差约有1个小时，会对食堂管理和学校管理带来很大的影响；方案3中工作人员的工作效率不能无限地提高，对现状帮助不大；而方案4虽然需要经费和场地，但如果从整体目标和长远考虑，这个方案是最可行的。(4)检验核实，做出决策。经过多方案权衡，方案4是最可行的。第2题A地区的失误在于，没有考虑到毁林开荒和围湖造田对生态系统和生态环境的影响，没有考虑子系统各要素组合成新的系统整体后所产生的不良功能。B地区农业经济走上了良胜发展的道路，从系统观点看，就是因为他们从系统整体出发，从全局和长远利益出发，注意了建设经济林与发展农业生产、保护生态环境和繁荣城乡，注意了各要素组合成新的系统以后所产生的新的整体功能。第3题以专业化产生优化为例，专业化表现为开始走向分工。一个小杂货铺，由于老板经营有方而发展成为一个大商场，在增加雇员的同时，必然伴随着工作的分工，并且商场的规模越大，分工越细。最初进货、卖货、结算、打扫清理等都由杂货铺老板一人完成，现在都由各部门分工去做，各个分工的部门就是专业化的部分。以新的投入产生优化为例，投入的表现方式有很多，经济生活中的投入是我们熟悉的，开饭店，修公路，建水坝，成立一个机构，使用工具、雇工，都是投入的表现，而投人的目的一定是使整个系统产生更大效益。协作产生优化、创新产生优化可由学生自行分析。第三节系统的设计1.本节重要概念：系统设计。2.讲解进行系统设计必须考虑的主要问题，应抓住系统的整体功能、系统各部分之间的联系、系统的整体优化这三个重点。3.教材第86页“马上行动”这里重点突出“系统的整体优化”。为山里的村庄策划一个筑路工程设计方案：第一，要实现的总体目标是安全、经济、快速地完成筑路工程。第二，要选择好筑路技术设计方案，如做好有关环境的地质勘探，遇到山坡时是穿隧道还是选择绕行等。第三，要考虑施工的工期、人员的调配、材料的分期采购和储存。第四，要考虑如何降低材料的成本和消耗，在不增加入工的前提下提高工程进度等。4.教材第87页“案例分析”这是一个环保小手电筒的设计实例。设计的独特之处在于，从系统的思想出发，首先分析手电筒的内部结构，在此基础上进行多种方案设计，并选择其中的环保设计方案进行制作。该案例详细地分析了“自发电手电筒” 设计、实验过程，有兴趣的学生也可以动手制作自发电手电筒。但是在方案的设计过程中教师应该提供必要的指导，及时帮助学生解决所遇到的问题，同时注意启发学生的创造性思维，运用多方案解决问题。在学生进行技术实验和方案设计的过程中，应该提醒学生加强安全意识，注意自我保护。学生对手电筒的系统构成比较熟悉，尤其是对其中的照明供电电路，学生有一定的生活经验和感性认识，而且这部分内容相对来说比较简单，这样的安排既降低了学习难度，又便于从案例分析中总结系统设计的方法和原则。在进行案例分析时，可以让学生参照案例进行设计制作，特别是自发电手电筒的制作，有条件的学校应该鼓励学生付诸实施。同时也要启发学生“自发电”有多种方式，鼓励学生进行探究。本案例的重点是通过这样一个简单系统的设计与实践，体验和总结其中运用的系统的思想和方法，以及系统设计的一般步骤和过程。可组织学生讨论和交流教材上的案例分析中的“思考”。5.在方案制作过程中，教师应提供指导，及时帮助学生解决遇到的困难，同时要注意启发学生的创新思维，运用多方案解决问题。在技术试验和方案制作过程中，应加强学生的安全意识。6.教材第89页“案例分析”这个案例与“手电筒照明供电部分的设计”有相似之处，就是考虑到学生的知识基础、生活经验和感性认识，只是本案例比前面的案例复杂得多。应该说与前面的案例有一个递进的关系。在进行案例分析时，要说明随着现代家庭各类家用电器的逐渐增多，特别是空调、电热水器、电磁炉、微波炉等一些大功率用电器的使用，住宅电气设计由原来的纯照明电路向多功能、多负载电路的方向发展。为了避免室内电器使用过程中的电气线路过载等状况的发生，运用系统的思想和方法，对其进行整体的电气线路设计是非常必要的。例如，不只一台空调的家庭居室，最好是要做到一台空调敷设一条电源专线，并且有良好的接地保护线路。电器设备的选择要尽可能做到安全可靠和经济合理，电器设备的容量等级宁大勿小，但是也要避免过大而造成浪费。一般来说，在计算工作电流的基础上大一级即可。在电气技术规范上应选用符合国际电工委员会IEC标准和国内GB、JB有关行业标准，并具有产品质量认可证书的电器产品。鉴于城乡的差别、地域的不同，教学时教师可根据当地和本校实际条件和情况，适当调整“设计方案”和“方案实施”的内容，但一定要满足设计要求。7.教材第90页，鉴于城乡的差别、地域的不同，教学时教师可根据当地实际条件，适当地调整“设计方案”和“方案实施”的内容，但必须能够满足设计要求。8.教材第91页“练习”第1题（方案1：在就餐时间增加食堂的窗口和工作人员；方案2：不同年级学生的下课时间错开20min；方案3：新建一个学生食堂）第2题关键是运用系统的思想，设计分选设备中的各个部分，使它们之间构成特定的关系，才能实现分选并达到可调孔径的目的。第3题运用系统的思想解决，方案如下： ①增加管道和集水设备；②实现定时排水浇洒；③当集水设备装满时，通过下水道排水。9.教材第92页“综合实践”第1题以米蒜间套为例：①选地、整地和施肥：地块选择地势平坦、土质肥沃、具有灌溉条件的土壤。秋翻地，早春整地。结合整地，每亩施人农家肥3500kg。②种植形式：米蒜间套采取大垄宽行形式，即玉米两小垄变一大垄，垄宽90cm，2行；在玉米大垄间留45cm一条垄作平畦间套种3行大蒜。在玉米垄上采取密植，株距30cm，每亩保苗3300株；在玉米垄间平畦上按行距20cm平播3行大蒜，株距7～8cm。③适时精心播种:3月下旬整地，起垄，开沟，沟中浇透水，每亩施15kg磷酸二铵。垫一层细土，栽上大瓣紫皮大蒜，栽时蒜瓣竖直，根朝下按在细土中，然后盖一层细土粪，搂平压实。5月上旬，当大蒜长到6片叶时，播种玉米。玉米选用高产杂交种“丹玉13号”，刨埯穴播，穴距30cm,每亩3300穴。播种时，每亩施10kg磷酸二铵，播后及时镇压保墒。大蒜长到3片叶时，开始搂地松土，以后生长出一片叶搂地松土一次，共搂3遍，以便提温保墒，促进幼苗早生快长。大蒜6片叶时每亩追施尿素等氮肥，追肥后浇一次透水。6月中旬大蒜抽苔，7月上旬收获大蒜。第2题为了确保网络的高效性与可靠性，应采用结构化的布线系统。也就是说，在布线网络中，所有的组件都是相互分离，同时又紧密地集成在一起并且形成互补。从优化网络性能的角度来考虑，结构化布线系统是必不可少的。第3题首先应提出可能出现的方案，对各种方案进行评价、权衡、比较，再作出选择。第四单元控制与设计第一节控制的手段与应用1.本节重要概念：控制、人工控制、自动控制。2.任何一种控制都是有目的、有对象、有手段的。3.教材第96页“马上行动”鱼塘：有可能干涸，有可能溢出水来；其中的鱼可能多而肥，也可能少而弱等。成熟的西瓜：可能被人摘下吃掉，可能被榨成汁做成饮料，也可能烂在西瓜地里等。流行性病毒：可能传染人群使人发病，可能被人体的抵抗力所战胜，可能通过预防和综合治理而被控制等。（回答上述问题很重要的一点是，不要受固有思想或者固有条件的约束，引导学生说出其他多种可能性。如果条件改变以后，如下雪、结冰后鱼塘会出现什么情况？如果条件改变，流行性病毒有可能把人类毁灭吗？）4.教材第96页“案例分析”、“思考”本案例说明采用不同的控制手段得到的控制效果是不同的。有的能达到目的，有的不能。大禹采用挖通河道、汇集洪水至江河中的办法实现了泄洪的目的。生活中，人们通过控制电灯的办法实现照明，通过修筑道路连接各地，方便人们的出行和相互联系。5．教材第97页“小试验”教材只讲了可以将圆周运动转变为直线运动，它同样可以将直线运动变为圆周运动。反过来考虑问题，是技术中常用的一种思想方法。 在试验过程中，教师应给予适当的指导，如有其他更好的试验载体，也可根据实际情况另行安排。6.教材第97页“马上行动1”自行车中的控制：刹车控制、速度控制、方向控制等。7.教材第97页“马上行动2”参考事例：8.除教材第98页控制的分类之外，自动控制系统还可按照不同的标准进行分类。按控制方式分，有开环控制系统、闭环控制系统（反馈控制系统）、复合控制系统；按系统功用分，有温度控制系统、压力控制系统、位置控制系统等；按系统性能分，有线性控制系统、非线性控制系统、连续控制系统、离散控制系统、定常控制系统、时变控制系统、确定性控制系统和不确定性控制系统等；按参量变化规律分，有恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统等。9.哈格里夫斯是英国的一名普通工人，但是他却发明了纺纱机，他的妻子是一名纺纱工人，尽管每天辛苦工作，但还是不能满足织布所需。于是他想为自己的妻子制做一架效率高的纺车，但是总没有好的主意。有一天，他不小心将妻子的纺车碰倒了，奇怪的是，原来水平放置的纺锤直立了起来，但是线却没有断，纺锤还在动。看到了这个情景，他有了灵感。他在原来的纺车上加了几个纺锤，再用一个轮子带动它们，使老纺车变成可以同时控制多个纺锤纺线的新纺车。10.教材第98页“案例分析”这个案例讲的是控制的发展历史过程。可以考虑其控制方式的变化，及为什么能产生这些进步。11.教材第99页“马上行动1”人工控制：人工纺纱，普通自来水龙头，揿按钮打开电灯，拖地清洁地板，驾驶汽车等。自动控制：数控机床，饮料自动装罐生产线，花房恒温控制，十字路口红绿灯（根据车流量大小改变红绿灯时间）的转换，遥控电视更换节目频道，联合收割机割麦子等。12.教材第99页“马上行动2”控制被广泛地应用于生活、生产和国防的各个方面。洗衣机是生活中常见的控制实例。普通型洗衣机能自动正反交替地转动，到达定时后自动停转；半自动型洗衣机是把洗涤、漂净、脱水这三大步骤中的前两步放在同一个缸里进行，洗涤后由人把衣物从一个缸里取出放到另一个缸里脱水，再放人前一个缸里漂洗，再放人后一缸中脱水；全自动型洗衣机将三大步骤都放在同一缸里实现，全都由控制系统自动进行，不需人工直接干预，使用者只要设定各步骤的时间，把脏衣服放进去（洗衣粉备足，水管接好），待听见铃声响，再去拿出已经甩干的衣服即可。13．教材第100页“思考”这种自动控制电热水器，正面有一根供人们观察箱内水位高低的玻璃管和一对指示灯。当水位低于某一位置时，热水器自动打开进水阀门进水，同时指示灯跳到加热状态；当水位加到一定位置时，热水器自动关闭进水阀，继续加热，直到水煮沸，进入保温状态。此时，电热水器中的水就可饮用了。14.教材第101页“辩论” 这两个命题并不矛盾。从经济学角度看，发展技术密集型产业，解放劳动生产力，减轻人的劳动强度，是社会发展的趋势，而富余的劳动力则可以通过发展第三产业得以解决。15.教材第101页“练习”第1题（1)人工控制；(2)人工控制；(3)自动控制；(4)自动控制。第2题机械控制：普通水龙头、浮子—杠杆水位控制、电饭煲等；电子控制：电子计算器、家用电冰箱、自动门和汽车自动变速器的电子控制装置等；气动控制：化工生产中常用的气动阀门、公共汽车车门开关控制等；液压控制：建筑工地打桩机、修理汽车用的液压千斤顶等。第3题通过观察自行车的刹车控制装置发现，调节自行车后轮的车闸与后车圈的距离，使后轮的车闸更靠近后车圈，可以使后轮刹车控制更加灵敏。第二节控制系统的工作与方式1.本节重要概念：控制系统、开环控制、闭环控制。2.从人们生活中常见的自行车、电风扇等事例人手，来理解控制系统。学生可根据亲身经验体会控制系统的含义，认识输入、输出是什么，以及它们之间一定的关系。3.教材第102页“马上行动”4.开环控制系统是生活和生产中最常用的方式，教师可选择学生熟悉的案例进行分析，让学生学会分析开环控制系统的组成和工作过程。5．教材第103页“案例分析”自动门是较典型的开环控制系统。它不仅能自动开门，当人离开后又能自动关门。它的功能与闭环控制的区别要特别注意讲清楚：有人→开门；无人→关门。6.教材第103页“马上行动”例如，声控灯、自动烘手机、自动水龙头、洗衣机、防盗报警器、火灾报警器、电风扇的风速控制、投影屏幕的升降控制、直流电动机和数控机床等。7.教材第104页“案例分析”要注意讲清“信号是单向转递的”这句话。该案例分析中控制系统的输入量、输出量、被控对象、执行器、控制器、控制量等元件或参量，进一步巩固学生对控制系统的认识。8.执行器按传送信息或动力的物质形态，可分为电动、气动、液动三类，它们各有特点，适用于不同的场合。9.液动执行器是油压或水压系统。在日常生活中几乎用不着液动设备，只在工业的重型设备上使用。液动执行器推力最大，现在一般都是机电一体化的，但比较笨重，如三峡船闸用的就是液动执行器。10.电动执行器的执行机构和调节机构是分开的两部分，其执行机构分角行程和直行程两种。11.气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体，其执行机构有薄膜式和活塞式两类。活塞式行程长，适用于要求有较大推力的场合；薄膜式行程较短，只能直接带动阀杆。由于气动执行机构有结构简单、输出推力大、动作平稳可靠且安全防爆等优点，在炼油等对安全要求较高的生产过程中有广泛的应用。 12.教材第104页“马上行动”（1)①音乐喷泉的控制过程可以用下图表示：图中，输入信号是随音乐节奏而改变的电信号，输出信号则是和着音乐节奏时起时伏、时缓时急的喷泉水流。这一开环控制系统的特点是，输入信号到输出信号之间的信息传递是单向的，没有反馈通道，所以这是一个开环控制系统，其输出量仅受输入量控制。当调速水泵或者喷泉头出现问题，不能按照音乐节奏喷水时，系统本身不能自动检测输出信号的状态，不能进行调整和补偿，也就是说由于某种干扰作用使输出信号出现非正常状态，系统本身没有自动纠正的能力，要进行纠正，必须再借助于人工。②公共汽车车门的开关控控制：公共汽车车门的开关控制是气动控制，司机操作开关装置，电流控制“电磁阀”的启闭，通过电磁阀决定压缩空气的流向，最后由压缩空气推动活塞开门或关门。方框图如下：输入量为开关信号，输出量为车门的开与关，控制量为气动活塞的行程。(2)电视机和遥控器组成一个开环控制系统。接通电源，打开电视机的开关，将遥控器的前端对准电视机上的红外检测装置，通过揿按钮，可以选择频道节目。13．教材第105页“小试验”这个小试验难度不大，学生亲自动手制作。可制做一个活动猴演示，控制其他动作表情，这样可以充分发挥学生的创造力。材料除了可用硬纸板外，还可用2～-3mm厚的泡沫板，用裁纸刀切割。各部分的连接可用螺钉连接（或把圆珠笔芯切成一小截一小截作为套子套在牙签两端替代螺钉）。14.教材第105页“探究”(1)宾馆自动叫醒服务工作过程：客人拨通自动叫醒服务电话，电脑自动应答，并提示客人输入房间号和需叫醒的时间，到时电脑将自动打电话叫醒客人。本系统是一个开环控制系统，所以如果系统自身的计时有误，系统不能自动调整过来，叫醒时间也就要出差错。方框图如下：(2)火灾自动报警系统由火灾探测器、现场报警部件和报警控制器组成。火灾探测器包括感烟探测器和感温探测器，现场报警部件包括警铃、讯响器、报警门灯等，报警控制器按显示方式的不同可分为数码显示和液晶汉显两种不同的类型。方框图如下：输入量为烟雾信号，输出量为报警声，控制量为电信号。15.建议先通读后面一节的内容，充分认识开环控制系统和闭环控制系统的区别，以便更好地组织和设计本小节的教学内容。16．从控制系统的基本组成来看，闭环控制系统是在开环控制系统的基础上增加了一个由检测装置等构成的反馈环节。 17.闭环控制系统的检测环节是把系统的输出信号传到系统的输入端，与给定值进行比较。系统的输出信号往往是各种物理量，如电压、流量、速度等，而这些量又往往与系统的给定值性质不同，取值的范围也不同，所以不能与输入信号直接比较，需要测量并转化，检测环节就是起着这个作用，它就像是控制系统的眼睛和皮肤，感知和传递系统输出信号的变化。18.教材第106页“马上行动”（1)家用缝纫机的缝纫速度控制系统：开环控制系统。（2)电冰箱的温度控制系统：闭环控制系统（3)走道灯的声光控制系统：开环控制系统。(4)交通路口红绿灯自动控制系统：闭环控制系统一般的交通路口红绿灯控制系统，其红、绿、黄灯亮的时间是固定的，不会根据车流量大小而改变红绿灯的时间，这种红绿灯控制系统为开环控制系统。如果控制系统能根据车流量大小改变红绿灯时间，说明控制系统有检测车流量的装置，并把检测到的信息反馈给控制系统，从而改变红绿灯的时间，这是一个闭环控制系统19.教材第107页“阅读”通过阅读材料，让学生体会古代自动控制装置的巧妙和魅力。如果能做成模型演示，效果更好。20.教材第107页“练习题”第1题家用压力锅的压力控制是开环控制系统，通过高压锅盖上的安全阀和排气孔实现压力控制。安全阀上有一个重锤，它平时压在高压锅的排气孔上。当高压锅内温度升高时，锅内气体的压力增大，超过一定值时，由于锅内气体压力的作用，重锤被顶起，蒸汽不停地从排气孔向外冒，使高压锅内气体的压力下降到安全值范围内。第2题对于粮库的温度和湿度自动控制，一般采用闭环控制系统，增设定时检测温度和湿度的装置，与给定的温度和湿度值比较，当出现偏差时，相应调节温度或湿度。方框图如下： 第3题当压力过高时，蒸汽把横杆连同重锤顶起来，使锅炉内的蒸汽通过排气孔排出，使压力降到限定值。横杆的作用：横杆使得重锤的位置可以调节，调节重锤离左端的距离就改变了限制的压力值。第三节闭环控制系统的干扰与反馈1.本节重要概念：干扰因素、反馈、功能模拟方法、黑箱方法。2.控制系统的干扰因素是导致系统不稳定的因素。控制系统的稳定性能与控制系统对干扰因素的控制、克服能力直接相关。3.教材第108页“马上行动”（1)开电冰箱门：外面热气进人冰箱将会引起箱内温度变化，属于干扰因素。(2)电冰箱所在房间温度从20℃变到32℃：属于干扰因素。(3)把热菜或热饭放人电冰箱中：属于干扰因素。(4)在电冰箱外放一盆冷水：严格说这也会引起环境温度的变化，但这种变化一般有利于冰箱实现目标，不属于干扰因素。4.教材第109页“思考”自动扶梯的升降控制系统：扶梯承载的重力、电机输出电压的波动等。利用滑轮组提升重物的控制系统：滑轮组的摩擦力、电机电源的波动等。蔬菜大棚的温度控制：外部环境温度的变化、大棚保温材料的保温性能产生变化等。5.教材第109页“案例分析”教材主要给出了磁场变化产生的干扰，还可以让学生列举其他可能的干扰。6.教材第109页“马上行动”这里首先要明确什么是“干扰的利用”。所谓干扰的利用，是指由于对闭环控制系统施加某种干扰（该系统的干扰因素），使这个控制系统的工作产生某种变化，而这种变化将给干扰的施加者带来某种积极的效果，这就是干扰的利用。据此，我们可以列举以下利用干扰的事例：(1)为了使压力锅内的压力迅速减小，向锅体浇冷水。(2)为了改变人体和环境热交换的平衡状态，及时增减衣服，迅速达到保暖或降温的目的。 7.克服干扰因素是指克服对本控制系统产生的干扰因素；干扰因素的利用是指在特定的情况下，通过一定的手段对其他控制系统施加干扰。两者的主体不同。8.反馈方法是分析、处理问题时常用的方法。闭环控制系统中必定存在反馈。根据反馈在系统中作用与特点的不同，可以将其分为正反馈和负反馈两种。负反馈的特点可以从“负”字上理解，通过输入、输出之间的差值作用于控制系统，控制器使这个偏差不断缩小。负反馈形成的系统，控制精度高，系统运行稳定。正反馈在自动控制系统中主要是用来对小的变化进行放大。核反应就是一个正反馈的例子，铀-235、钚-239这类重原子核在中子轰击下，通常会裂变生成2个中等质子数的新核，并放出2~3个中子和200MeV的能量。利用这种正反馈可以形成大规模的核反应。本书所涉及的都是负反馈。9.教材第110页“案例分析”这个案例十分形象地说明了反馈的含义与作用。10.教材第111页“马上行动”“花房恒温自动控制”系统工作过程分析：根据需要设定一个花房温度值，由温度检测装置测出花房的温度，当花房的温度低于设定的温度值时，自动开启加热升温装置。11．教材第111页“小试验，，这是一个加入了人的控制因素的闭环控制系统，“台灯照度控制系统”只是控制系统的一部分，整个系统的控制对象是台灯，输出量是桌面的照度，输入量是一个合适的照度区间。其控制过程是：光敏电阻测量桌面的实际照度，并将其转换为相应的电学量后返回到输入端与合适的照度区间相对应的电学量相比较，若存在误差就报警。再由人或自动装置去改变灯的亮度，直到报警解除（误差消除）。如果单独将“视力保护提醒器”视为一个控制系统，它只能是一个开环系统。系统的控制对象是扬声器（报警喇叭），输出量为喇叭响（报警）或不响，输入量则是桌面的照度，一定的照度范围和喇叭的响与不响相对应，这正符合开环控制的原理。12.闭环控制系统能克服干扰，使被控量稳定在给定值范围之内。13．教材第112页“案例分析”、“思考”在此系统中，引起水位变化的因素只有进水量和出水量（包括蒸发量），出水量是不可控的，属于干扰，进水量是可控的，因此，只有选择进水量为控制量，没有别的选择。当然，控制进水量的途径可以是改变进水阀的开度，也可以用改变进水阀前后的压力来实现。由于水箱不一定要时刻都保持最高水位，可以改为当水位降至某个水位时开启阀门，当水位升至最高水位时关闭阀门，只要进水量足够大，也可以实现控制目标。这种控制系统是开环控制，设备要求相对简单可靠。如果是收集雨水的水箱，则进水量不可控。所以，在进行控制系统设计时，应对各个参数进行分析。14.教材第113页“案例分析”、“思考”在加热炉控制系统中，主要的干扰因素有加热炉外环境温度的变化和加热器电压的变化等。系统通过热电偶检测实际炉温，如与给定炉温有偏差，控制器就会将这个偏差信号传递给加热装置，以升高或降低炉温，使之向给定值变化，直到偏差消除，保证炉温保持在给定范围内。15.教材第114页“马上行动” 从上表可以看出，对一个开环控制系统增加反馈装置和比较环节就能构成一个闭环控制系统。16．功能模拟方法是用模型来实现一定功能和行为的方法。功能模型是指以功能行为的相似为基础而建立的模型。例如，猎手瞄准猎物的过程与自动火炮系统的功能行为是相似的，但二者的内部结构和物理过程是截然不同的。17．教材第115页“探究”这个问题是在阅读教材第115页的阅读材料“功能模拟方法的提出”的基础上进行的探究。功能模仿方法就是用功能模型来模仿客体原型的功能和行为的方法。所谓功能模型就是以功能行为相似为基础而建立的模型。功能模拟方法为仿生学、人工智能、价值工程提供了科学方法。18.黑箱方法是通过对系统的输入与输出关系的研究推断系统内部结构和功能的方法。通过观测黑箱外部输入信息（外界对黑箱的影响）和输出信息（黑箱对外界的反应），研究和认识其功能、特性、结构、机理。例如，卢瑟福通过高速粒子冲击原子（信息输入黑箱）观测粒子散射特征（黑箱输出信息）以推测原子的内部结构。它根据观测的输入（因）和输出（果）的数据建立黑箱模型（数学模型、框图模型等）进行分析预测，化繁为简。黑箱方法便于研究那些既不能打开、又不能从外部直接观察其内部状态的系统，如只能通过信息的输入、输出来确定人们大脑的结构和参数，便于研究规模庞大、结构复杂、因素繁多、功能错综的系统，如生态系统、经济系统、社会系统等。黑箱方法从综合的角度为人们提供了一条认识事物的重要途径。19.教材第116页“马上行动”利用输入和输出信息的变化来认识事物的功能和特性或推断其内部结构，这种方法就是黑箱方法。这种方法在很多地方都能用到，例如：(1)借助于专用的测试仪器向集成块输入信息，从集成块输出的信息来判断集成块的功能和质量的好坏。这也是一种黑箱方法。(2)智商的测定，主要是测试人们对问题的回答是否敏捷。一个孩子如果对各种形象问题、语言问题、逻辑问题都能够很好地解答，那就说明他的大脑发育很好，智商很高。(3)用考试成绩来判断学习过程和状况。(4)用试剂来检查溶液的酸碱度。20.黑箱方法事例：（1)启动计算机，通过运行某类有特定意义的应用程序，来观察计算机的基本性能。(2)通过技术试验测定某种钢材的硬度，从而判断其基本组成。（3)选购彩色电视机，看图像的清晰度、颜色；听声音；摸电视机外壳，感觉散热情况，从而判断电视机性能的好坏。21.教材第116页“练习”第1题花房温度控制的要求基本属于恒温控制。因此，它的温度控制系统通常应设计为闭环控制。其参考方框图如下： 简要工作过程：测温装置测量花房实际温度，将其转换为与设定温度量纲相同的信号并与之比较得到误差信号，误差放大装置将误差信号放大后去推动增降温装置，实施增温或降温，使花房温度向设定温度趋近，直至误差被消除。冬季设定温度为18℃，夏季设定温度为25℃。第2题在可调光台灯中，人手调节台灯旋钮实际上是在改变台灯内部可变电阻的阻值。根据电路原理，电压一定，改变电阻，电路中的电流也随之改变，因此灯泡的亮暗也随之变化。如果人调节旋钮是为了获得某一认定的合适的亮度，这时“人”作为某些环节加入到了控制过程之中，那么这时的控制就是一个人工闭环控制。其控制过程是：人眼检测台灯的实际亮度反馈到大脑，与认定的合适亮度进行比较，如果台灯亮度较暗，大脑就会发出指令，让手旋动旋钮，使灯泡亮度增大；反之，就减小亮度。这种控制可能会反复进行，直至台灯亮度满意为止。方框图如下：当人感觉灯光暗时，通过调节台灯的旋钮使其变亮；当感觉灯光过强时，通过调节台灯的旋钮使其变暗。人眼的观察相当于检测环节。第3题帆板是靠风推动帆来行驶的，要使帆板速度最快，必须转动风帆，使之具有最大的迎风面积。由于风向是不定的，因此这是一个随动控制。人对风向的观察相当于这一控制系统中的检测环节。其控制过程为：人同时观测风向（由风标显示）和风帆的角度，经过大脑的判断，如果风帆的角度不符合风力最大的要求，则大脑指挥运动员转动风帆，使之达到要求。在这个系统中，风帆是控制对象，风帆角度是被控量，风向是输入量。只不过这个输入量是一个随时间而变化的未知函数。如果要将帆板的控制构建成一个闭环自动控制系统，则既要安装风向测量装置，又要安装风帆角度测量装置，并使二者同步。两个测量装置将测得的结果同时输入到计算控制装置中，在这里得到误差信号，还得增加一个根据误差信号去转动风帆的执行机构，以实现帆板的自动控制。第四节控制系统的设计与实施1.本节重要概念：控制系统设计。2.根据不同的设计需求，应该有对应的设计目标，要借鉴来自各方面的先进经验，同时要有自己的设计创意。以电热毯设计为例，应有若干层发热线和包覆层，控制器要实现调温、定时、过热熔断保护、过热控制保护和精确温控等。要保证安全措施到位，工作稳定可靠，在此基础上实现减少成本、舒适美观、降低能耗等指标。3.教材第119页“案例分析”这个案例是开环控制系统设计的实例，用以说明开环控制系统设计的过程与方法，体现控制系统设计的一般思路。教学中，要注意体现对需要明确的问题的分析方法的教学。 教学时可以让学生探究：如果要求热风挡又分强风挡和弱风挡，应该如何设计？4.教材第120页“案例分析”、“讨论”这个案例是闭环控制系统设计的实例，用于说明闭环控制系统设计的过程与方法，体现控制系统设计的一般思路。教学中，同样要注意体现对需要明确的问题的分析方法的教学。在抽水马桶水箱自动控制系统的设计案例中，如果要节约用水，减少水箱每次冲水的量，你能设计哪几种方案？水箱一次的冲水量实际上是随水箱的横截面积和水位设定高度而变化的，即冲水量一水箱横截面积X设定高度因此，要减少每次冲水量，应该从减少水箱横截面积和设定高度人手。具体方案可以有：①将杠杆支点右移，使浮球在较小的高度上关闭进水阀（图见教材）。②在水箱中放人比水重的物体，起到减小水箱平均截面积的作用。③控制出水阀开启的时间，使其在水未放完之前关闭出水阀。这相当于改变设定高度。④在水箱中放置1-2块砖头，以减少水箱的实际蓄水量。⑤设计两种冲水方式，一种是半箱水冲洗，一种是整箱水冲洗。5.教材第121～123页“案例分析”、“思考”教师可根据当地实际及本校、本班级的情况，选择其他项目和材料进行设计。这个案例也是开环控制系统设计的例子，可以采用升旗装置模型进行设计。要注意使升旗至杆顶的时间与国歌播放时间同步的调试方法的教学。各方案的特点是：方案A在控制上采用机械装置，对电子知识要求不高，但升旗和唱国歌的启动需要人工同步，定时装置的精度不高，容易产生不协调现象。方案B此方案同样有启动不容易同步的问题，但定时器的精度较高。方案C可以增加学生的知识面，但需要补充电子线路的知识，比较费时，课时难以保证。方案D升旗和唱国歌同步启动，由于CD唱机比较普遍，器材准备较其他方案容易。因此，方案D实现比较容易。其实，对升旗来说，可以采用人工控制。由升旗手观察国旗位置和唱国歌的快慢，经判断后来调整升旗速度以保证唱国歌结束时国旗到顶。建议教师查阅相关电子类的书籍，指导学生识读该案例中的电路图。6．教材第123页“思考，，鼓励学生提出多种方案，对于典型的例子，可以交流意见、相互讨论，教师作适当的点评。7.教材第123页“练习”第1题本设计可以做得丰富多彩。图中是流动的水驱动一小水车旋转，小水车带动一冲锤做上下直线运动，同时流出的水又驱动另一小水车转动，并带动一个皮带轮运动……可以根据现有条件，设计出控制其他装置的动作。第2题这是一个开环控制系统的设计，每个同学都可以设计制作利用手摇装置实现伸缩控制的晾衣装置。如果有条件，可以设计制作电动晾衣装置。8．教材第124页“综合实践”第1题该套装置中，综合运用了机械能转化为电能及稳压等技术原理，运用了蓄能、系统、稳压和控制等多种技术。其简要过程可用方框图表示如下： 第2题对太阳能热水器进行如下分析。（1)一般家用太阳能热水器温度控制是如何实现的？家用太阳能热水器通常都是在出水的地方装有冷水管和热水管，使用时，通常采用不断调节热水管与冷水管的流量实现温度控制。(2)这是一个闭环控制系统，其中有一感温元件不断测量出水管内的水温，当水温低于某一值时，便切换到电加热器加热的状态。一般来说，宾馆供应的热水温度要比较高，使客人有调节的余地，因此它必须保证热水高于一定的温度。其方法是设计一个闭环温度控制系统，使供应的热水不低于某一温度。控制系统的工作过程大致如下：测温装置测量储水箱热水的温度，当水温低于某一给定温度时，控制装置将输出一个信号去接通加热装置，使之给水箱加热；当温度高于给定温度时，控制装置就会切断加热器电源，停止加热。这一过程的方框图可以表示如下：9.本单元小结可以自己设定思路进行总结，如采用表格式、图示式、图文并茂式等。'