资源简介

《第三节 系统的优化》教学设计
【教材内容分析】
粤教版通用技术必修《技术与设计 2》“第三章系统及其设计”共有 4 节内容，而本节“系统的优化”是第三节的内容，是在学习了第一节“认识系统”、第二节“系统分析”的基础上对系统优化的意义和影响因素的探究，在内容上承接了认识系统、分析系统的知识点，是对知识点的理解应用，同时也为学习第四节“系统的设计”初步学会简单系统设计的基本方法奠定了基础。本节课共有 2 部分内容：系统优化的意义、影像系统优化的因素，考虑到章首页的学习目标“理解系统优化的意义，通过技术探究，分析影响系统优化的因素”，因此，本节课重点从系统探究实践出发，分析影响系统优化的因素，总结系统优化的一般步骤，理解系统优化的价值与意义。
【学情分析】
学习本节课前，学生已经学习了认识系统和系统分析的基本方法，能够分辨什么是系统，能够简单分析系统的基本构成和主要特性，同时学生能够分辨积极和消极的影响，做出简单的归纳总结，而这节课的主要活动又是探究生活中的系统，如娃娃机，是青少年比较喜欢的活动项目，因此，学生在学习过程中，具备探究所需的基本知识和技能，应该可以主动参与，享受体验系统的乐趣，能够搜集和思考分析信息，归纳总结知识，融会贯通，举一反三。
【教学目标】
（1）提高技术意识，善于观察技术现象，乐于探究技术特点，能够主动搜集、分析技术的相关信息，能够从技术应用的角度分析某一项技术设计对系统的积极或消极影响，并判断其在系统应用中的发展趋势。
（2）提升创新设计的能力，面对某一具体系统对象，能够探究分析系统存在的问题，明确要解决的问题，根据系统的优化目标和约束条件，选择合适的优化方案，完成系统的优化设计。
（3）增强系统思考和工程思维的能力，学会从生活或学习中确定一个简单的系统对象，分析系统优化的目标和约束条件，并运用比较权衡的分析方法，选择当前约束条件下最优的方案对系统进行优化，理解优化系统的意义。
【教学重、难点】
教学重点：影响系统优化的因素；系统优化的意义。
教学难点：探究系统优化的方法。
解决办法：
把握重点：确定学习目标后，设计学生探索体验儿童抓娃娃机的活动，思考探讨一些问题，比如“如果你是生产厂商，你会将它投入市场吗？”逐步引出学生对本节课重点的思考：什么是影响系统优化的因素？优化系统有什么价值和意义？
突破难点：新知识的习得，是建立在原有的知识基础上的。在探究系统优化的方法过程中，要做到循循善诱，引导学生积极参与到探究活动环节，享受体验系统的乐趣，运用在第一节认识系统、第二节系统分析的基本方法学到的知识和方法，探究系统基本组成和主要特征，分析系统存在的问题，明确系统优化的目标和约束条件，归纳影响系统优化的因素，总结系统优化的一般步骤，认识系统优化的意义。
【教学理念与方法】
结合杜威“从做中学”的教学论，设计学生体验和探索儿童娃娃机系统的活动，习得经验；基于习得经验，采用启发式教学法，思考分析影响系统优化的因素和优化系统的意义；在探究活动中，主要实行学生参与体验、观察、思考的自主学习，体验探索的乐趣，实行分组探讨，引导学生思考分析系统优化的影响因素和意义，并尝试得出自己的结论。重要的是让学生学会思考，学会交流，学会聆听他人观点，学会分析总结自己的观点，体验和学习获取新知的过程与方法，提升自身的学科素养。
【课型及课时】
新授课；时长40 分钟，共 1 课时。
【教学媒体与资源】
【教学流程】
【教学过程】
教学 环节 教学内容 教师活动 学生活动
情境导入 （15min） 学习目标：探究系统，分析系统存在的问题，明确系统优化的目标和约束条件，分析影响系统优化的因素，寻求约束条件下的最优方案进行优化系统，理解系统优化的意义。 介绍本节课的学习目标和教学环节。 认真听课，理解学习目标，熟悉学习流程。
设计意图：明确这节课的学习目标，了解这节课的上课环节。
抓娃娃比赛：每组 2 个币，每个币净时 1分钟，比赛哪个组夹到最多娃娃。规则如下：无论什么情况，只要时间停止、耗尽或手中无币，该组比赛结束；禁止作弊，发现即终止该组该轮比赛；取得最好成绩的小组，奖励 3 分，计入组员课堂表现考核。 教师讲解抓娃娃比赛规则。 学生了解规则，积极参与抓娃娃的比赛。
设计意图：讲解比赛，设置奖励规则，激活学生的兴趣。
分析娃娃机系统的基本组成： 2、在比赛过程中，观察、思考“娃娃机存在什么问题？” 介绍娃娃机的基本组成，引导学生思考问题。 学生一边抓娃娃，一边观察，一边思考问题。
设计意图：认识系统的基本组成，用问题来引导学生思考系统优化。
小组讨论 （5min） 每个小组准备一张纸，结合探究体验和观察分析，小组交流探讨上一环节的问题，并思考讨论“能不能把娃娃机投入到市场”这个话题，把讨论的观点写在纸上，提交给教师。 教师指导学生研讨问题，提醒学生做好笔录。 小组探讨问题的结论，做好记录。
设计意图：小组合作，享受交流探讨乐趣。
讲授新课 （5min） 希沃视频展台：展示典型的小组观点，总结大部分小组的对“娃娃机投入市场”这个话题的看法。引导学生思考： 如何进行优化系统？ 教师使用希沃展台展示各组看法，总结学生看法，并引导学生优化系统。 学生提交成果，认真学习其他组的成果，结合教师的分析，思考如何进行系统优化。
设计意图：从学生的体验出发，引出系统优化的内容。
分析厂家生产娃娃机的目的和客户消费目的出发，分析这款娃娃机问题，从提出优化目标，分析影响优化的因素，确定优化方案，落实优化，判断是否最优等 5 个步骤，引导学生总结系统优化的一般步骤，理解系统优化的意义。 系统优化的意义是在给定的条件下，通过一定的手段和方法，使系统获得更佳效益。 从厂家和客户两个角度，分析讲授，引导学生思考总结。 认真听课，跟着教师的思路思考系统优化的一般步骤和意义。
设计意图：从系统存在的问题，分析影响系统优化的因素，并从不同角色的角度去思考、权衡比较优化的方案，感悟系统优化的意义，体验系统优化的一般流程。
巩固练习（10min） 猪舍优化案例：一农户计划建一个小型的猪舍，里面有两排八间总面积 80 m 的猪圈（图 1，图 2），应当怎样设计才使围栏和隔栏的总长度最短？ 分析优化的目标和约束条件。 （1）优化的目标：猪圈的围栏和隔栏的总长度达到最小值（Lmin）； （2）优化的约束条件：猪圈的总面积S = 80m 。 建立数学模型。 设猪圈的长、宽分别为 x 和 y（x，y≥0），则有：S = 2xy，①；L = 4x + 10y，② 求解过程。 由①②得： 由配方法可得：L ≥ 2 因此，当长x = 10米，宽y = 4 米时，围栏与隔栏的总长度最短为 80 米。 教师将娃娃机探讨活动过渡到猪舍优化的案例中，按照系统优化的一般步骤，分析讲解猪舍如何设计才能使围栏和隔栏的总长度最短？ 学生细心听讲，按照教师的指引分析猪舍优化的目标、影响猪舍优化的约束条件，并思考尝试在优化目标和优化约束条件之间建立数学关系，尝试通过建立数学模型来解决猪舍优化问题。
设计意图：从玩乐案例过渡到生活成产案例，思考如何将系统优化步骤迁移到实际应用中，认识定性、定量分析。
课堂总结 （3min） 总结系统优化的一般步骤，明确系统优化是一个不断验证、完善的过程，理解系统优化的意义： 系统的优化可以让我们在一定的资源条件下，取得最佳的效果，而投入的人力、物力、财力达到最小。 生活中还有许多值得我们关注的事物，比如我们的作息安排、学习计划等，我们可以运用系统优化的流程步骤，细心观察，寻找最合理的优化方案，取得最佳的效果。 教师总结系统优化的一般步骤，启发学生学会反思生活中的事物，尝试用系统优化的一般步骤去优化生活中问题。 学生细心听讲、理解系统优化的一般步骤和系统优化的意义，思考生活中的哪些事物可以尝试优化，达到更佳的效益。
设计意图：总结系统优化的一般步骤，启发学生学以致用。
布置作业 （2min） 作业 1：课本 107 页“立即行动”； 作业 2：完成课堂学习评价表。 教师布置作业。 学生完成作业。
设计意图：体验系统优化的一般步骤，巩固学习成果。
【教学评价】
形成性评价：学生在课堂中完成任务的情况，见附表 1；
终结性评价：学生对学习目标的掌握程度，见附表 2。
【教学设计小结】
本节课运用杜威“做中学”的教学方法，带领学生体验抓娃娃，探究娃娃机系统，提出问题，分析影响娃娃机系统优化的因素，理解系统优化的意义，由此来学习理解本章的重点，再结合课本“拓展与应用”的案例，加深学生对“系统优化的一般步骤”的理解，启发学生将系统优化的方法迁移到生活中去。但是，设计的探究活动，要求老师具备较强的把握时间和课堂管理的能力，可能会增加了学生达到预期学习效果的不确定因素。因此，在教学实践中，应该注意对教学环节的时间管理。合理的教学时间分配，是保证学生学习效果、完成教学目标的重要因素。
附表 1 形成性评价表：
形成性评价内容 评价方式
自评 互评 师评
能够分析出娃娃机的系统组成要素和主要特征，能够分析出娃娃机存在的问题。
能够与小组成员探讨娃娃机优化的目标和约束条件，敢于发表自己的观点。
能够分析影响娃娃机系统优化的因素和优化的意义。
能够确定猪圈优化的目标和约束条件，并建立数学模型，准确找到系统优化的目标函数。
能够归纳出系统优化的一般流程，并尝试运用到生活学习中其他系统的优化中。
说明：A-优秀，B-良好，C-合格，D-待改进
附表 2 终结性评价表
终结性评价内容 评价方式
自评 互评 师评
善于观察技术现象，乐于探究技术特点，能够主动搜集、分析技术的相关信息，能够从技术的角度分析某一项技术设计对系统的积极或消极影响，并判断其在系统应用中的发展趋势。
面对某一具体系统对象，能够探究分析系统存在的问题，明确要解决的问题，根据系统的优化目标和约束条件，选择合适的优化方案，完成系统的优化设计。
能够从生活或学习中确定一个简单的系统对象，分析影响该系统的因素，明确优化目标，并运用比较权衡的分析方法，选择合适的方案对系统进行优化，理解优化系统的意义。
说明：A-优秀，B-良好，C-合格，D-待改进

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