资源简介

系统的设计
一、教学内容分析
1.教学内容在教材中的地位
粤教版通用技术必修二《技术与设计2》第三章第四节的《系统的设计》，教材内容包括技系统设计的基本方法、简单系统的设计。本课为第1课时，以系统设计的基本方法为教学内容。教材以我国的射电望远镜（FAST）为引入，介绍了系统设计要考虑的主要问题。再以水火箭的设计为例，介绍系统设计的基本方法。本节不仅是全章学习内容的总结和综合运用，也是对已有知识和技能的综合运用。
根据《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》要求，学生应能通过对简单系统的设计，初步学会简单系统设计的基本方法，增强设计与交流过程中的创新意识、图样表达和工程思维的能力。结合教材内容，本课的教学重点是初步设计一个水火箭，并通过水火箭的设计归纳出系统设计的基本方法。
2.教学重点：初步设计一个水火箭；归纳出水火箭系统设计的方法。
3.教学难点：对水火箭的设计进行基本的设计分析。
二、教学对象分析
本课的教学对象是高一年级的学生，通过前面三节的学习，学生已经掌握了系统的特性和系统的思想方法，为进行系统设计奠定了基础，学生也有了进行系统设计实践的愿望。其次，学生对水火箭并不陌生，但对系统设计的具体方法却知之甚少，在学习本节内容前让他们进行简单的系统设计，他们会无从下手。通过本次课学习，使学生在理解系统的设计是建立在对系统进行有效分析的基础上，初步学会简单系统设计的基本方法。
三、教学目标
图样表达：能在系统设计过程中运用图形样式对意念中或客观存在的技术对象进行可视化的描述与交流。
工程思维：能以实现系统整体功能最优为目的，综合考虑系统各部分之间的联系，合理解决它们之间的冲突；注重系统与环境、部分与整体之间的协调。
物化能力：根据设计的要求，选择合适材料和工具，完成制作任务。
四、教学策略
本节涉及系统设计的方法和理论，是专业性很强的内容。教师通过一则新闻引入新课，进入系统设计的学习，同时在课堂上以水火箭的设计为载体，使学生了解设计的基本方法。
五、教学过程
教学环 节 教师活动 学生活动 设计意图
播放长征二号F运载火箭的视频，请学生思考： 火箭送航天器上太空的主要步骤和设计这些步骤的目的？引出火箭及水火箭的原理，以及本节课的重点：设计水火箭系统。 通过热点新
新 课 导入 观看视频思考、理解 闻引发学生兴趣和民族自豪感，引
出概念。
明 确 系 设计要求：用容量为500毫升的饮料瓶制作气压式喷 通过具体案
统 设 计 水推进火箭。 例分析让学
的 总 体 设计目标：射程45米以上，越远越好。 听讲 生了解系统
目 的 及 思考 设计的基本
要求 方法
一、分析理想状态下，水火箭的飞行轨迹
基 本 的设 计 分析：原理分析 可视为斜抛运动，轨迹是一条抛物线可分为主动段和被动段； 主动段飞行距离和持续时间短，主要为水火箭飞行提供动力； 被动段飞行距离和持续时间都很长，可以上升段 听讲思考 通过具体案例分析让学生了解系统设计的基本方法
和下降段，是水火箭射程的主要来源。
二、分析理想状态下，影响水火箭射程的主要因素
1. 根据斜抛运动的射程公式，弹道主动段的终点的
速度 1越快，水火箭射程越远； 听讲
基 本 的设 计 分析：原理分析 发射仰角为45°时，水火箭射程最远； 根据加速度公式，得出 1 的大小与主动段的加速度a，加速度的持续时间t成正比； 根据牛顿第二定律和压强公式，得出a和水火箭的 思考 通过具体案例分析让学生了解系统设计的基本
反冲推力F（P、S）成正比，和箭体的重量m成反比； 方法
5. 理想状态下，加速度的持续时间t与动力舱高压气
体的量和水量成正比。
基 本 的设 计 分析：外部环 境 分析 三、分析空气阻力对水火箭射程的影响 水火箭飞行时受到的空气阻力越小，飞行动能损耗小，水火箭射程远。 减小空气阻力主要的三个方法： 给水火箭加一个尖形的整流罩； 减小水火箭箭体的横截面积； 设计更加光滑的箭体表面。 听讲思考 通过具体案 例分析让学生了解系统设计的基本方法
基 本 的设 计 分析：外部环 境 分析 三、分析天气状况对水火箭的影响 天气状况如风速、风向等时刻在改变。会影响水火箭的飞行姿态。当水火箭飞行偏离预定轨道时，会影响水火箭的射程。 设计时可以通过加装尾翼和调节箭体重心的方式使水火箭飞行更稳定。 听讲思考 通过具体案 例分析让学生了解系统设计的基本方法
水 火 箭的 初 步设计 确定系统的结构组成：箭体子系统、动力子系统、发 射子系统。 子系统设计分析及功能确定： 箭体子系统：由壳体、箭头（配重）、箭翼组成，主要功能是减少空气阻力，稳定、修正飞行姿态。 动力子系统：由动力舱、水、加压的空气、喷嘴、打气筒气压计等辅助设施组成，主要功能是为水火箭发射提供动力。 发射子系统：由发射架和发射轨道组成，主要功能是控制水火箭的发射方向和发射仰角。 听讲思考 通过具体案例分析让学生了解系统设计的基本方法
系 统 总体设计 系统总体设计: 列出各子系统各要素对水火箭射程的影响； 明确各因素之间存在联系与冲突； 系统总体设计时，通过后续的优化步骤，以定量分析试验等方式，在各要素的冲突间找到一个平衡点，以实现系统整体功能最优的目的。 思考理解 理解系统整合中的工程思维
制 作 水火箭 一.使用的工具：美工刀、剪刀、记号笔、钢尺 二.使用的材料：饮料瓶、硬胶套、抽干文件夹、胶布、双面胶、喷嘴。 三．注意事项：1.饮料瓶要完好无损。2.制作时应注意使箭头、箭体、喷嘴的轴线要共线。3.尾翼的方向需要与箭体轴线的方向一致。 听讲思考 学习水火箭的制作方法
归 纳 与小结 一、明确设计水火箭系统的总体目标及要求； 二、对水火箭的原理和飞行的外部环境进行基本的设计分析； 三、初步设计水火箭系统；四、学习制作水火箭的方法； 五、归纳系统设计的基本方法。设计的基本方法： （一）明确设计的总体目的及要求； （二）调查研究，进行基本的设计分析； （三）系统的设计 1.系统整体组成； 2.子系统的设计； 3.系统的总体技术设计。 听讲归纳思考 总结所学知识，加深理解

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