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

來源：中國技術(shù)教育網(wǎng)     作者：段青

 

 
　　模塊內(nèi)容將使學(xué)生在進一步鞏固和掌握技術(shù)設(shè)計的過程的基礎(chǔ)上，提升對技術(shù)設(shè)計的思想和方法的理解和應(yīng)用能力，使他們具備利用和評價技術(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2
　　 一、關(guān)于本模塊的簡要說明
　　（一）本模塊的教育價值
　　本模塊是繼“技術(shù)與設(shè)計1”之后的必修內(nèi)容。學(xué)習(xí)本模塊內(nèi)容將使學(xué)生在進一步鞏固和掌握技術(shù)設(shè)計的過程的基礎(chǔ)上，提升對技術(shù)設(shè)計的思想和方法的理解和應(yīng)用能力，使他們具備利用和評價技術(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”“流程與設(shè)計”“系統(tǒng)與設(shè)計”“控制與設(shè)計”這4個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)角度來講，它們分屬不同的專業(yè)，而我們從課程角度把它們集中放在這一個模塊中作為學(xué)生技術(shù)與設(shè)計的學(xué)習(xí)內(nèi)容，正是因為它們在技術(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、改進優(yōu)化等思想和方法，具有廣泛的應(yīng)用價值和可遷移性，它使技術(shù)與設(shè)計由經(jīng)驗上升到了理性，由單純的展現(xiàn)設(shè)計技巧提升到了形成設(shè)計的思想和方法。
 　　2．模塊內(nèi)容中，多處對技術(shù)設(shè)計的改進和優(yōu)化的強調(diào)，將促進學(xué)生批判、反思等思維習(xí)慣的養(yǎng)成，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識和能力。技術(shù)設(shè)計的內(nèi)核是創(chuàng)造，在技術(shù)設(shè)計中，“每一個問題在被技術(shù)解決的同時，總是又生長出一些新的問題，這些問題又進一步要求技術(shù)加以解決”[ ]，模塊內(nèi)容本身知識的綜合性、趣味性和應(yīng)用性，使學(xué)生可以在不斷生長出的新的技術(shù)問題中，實現(xiàn)技術(shù)與科學(xué)的橫向共通，實現(xiàn)問題解決的個性化技術(shù)表達和設(shè)計的創(chuàng)新。
 　　3．模塊內(nèi)容所蘊含的技術(shù)與生活、技術(shù)與社會、技術(shù)與科學(xué)、技術(shù)與文化等內(nèi)容，有助于強化學(xué)生對技術(shù)的理解和使用。高中學(xué)生對技術(shù)與設(shè)計的學(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)計與社會、設(shè)計與科學(xué)、設(shè)計與人、設(shè)計與生活環(huán)境和生活方式的開放境界，追求技術(shù)與生活、技術(shù)與科學(xué)、設(shè)計與文化的完美結(jié)合、設(shè)計與人的需求的完美結(jié)合。恩格斯曾說過，在一切方法的背后，要有一種生氣勃勃的精神，如果沒有這種精神，再好的方法，也不過是一堆笨拙的工具。我們理解，在技術(shù)設(shè)計的方法背后，“精神”應(yīng)該是技術(shù)設(shè)計的社會觀和人文觀。
 　　
　　（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”“流程與設(shè)計”“系統(tǒng)與設(shè)計”“控制與設(shè)計”等四個主題。“結(jié)構(gòu)與設(shè)計”強調(diào)從力學(xué)的角度理解結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性等問題，關(guān)注簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計；“流程與設(shè)計”強調(diào)對流程和流程優(yōu)化的理解，以及簡單流程和流程改進的設(shè)計；“系統(tǒng)與設(shè)計”則重在對系統(tǒng)的理解，以及運用系統(tǒng)的思想解決一些生活中問題的設(shè)計；“控制與設(shè)計”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)中的簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計。
 　　四個主題之間具有一定的獨立性，因為它們涉及的是不同的技術(shù)領(lǐng)域；同時，它們又具有一定的關(guān)聯(lián)性，例如，“系統(tǒng)與設(shè)計”中整體與部分、獨立與關(guān)聯(lián)、優(yōu)化的思想和方法，“控制與設(shè)計”中反饋調(diào)節(jié)的方法，“流程與設(shè)計”中流程改進的思想等等均可運用在其他主題的一些技術(shù)問題的解決中。模塊中這些技術(shù)與設(shè)計的思想和方法，與“技術(shù)與設(shè)計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)活動的說明
　?。ㄒ唬┙Y(jié)構(gòu)與設(shè)計
　　結(jié)構(gòu)的設(shè)計在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見，課桌椅、自行車、立交橋等等都是結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)果。
　　學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性，體驗簡單結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程以及結(jié)構(gòu)的和諧、簡練和經(jīng)典，其意義除了解決簡單結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題以外，更有利于幫助學(xué)生清晰地把握生活中各類問題解決的主要架構(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
　　廣義上講，結(jié)構(gòu)是指物體各個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)的一般分類有：實心結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu)。
　　在我們周圍，有各種各樣不同形狀、不同用途的物體和結(jié)構(gòu)。實心結(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、鐵塔等；殼體結(jié)構(gòu)如汽車、建筑工人用的安全帽、氣罐、油罐等。不同的結(jié)構(gòu)類型，具有不同的特征和受力特點。
 　　本標(biāo)準(zhǔn)不要求學(xué)生對這三種結(jié)構(gòu)類型的特征進行定性地描述，但應(yīng)能對生活中常見的簡單結(jié)構(gòu)實例進行歸類，并指出這三種結(jié)構(gòu)的不同應(yīng)用場合。教學(xué)中，教師可用簡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)生自帶材料進行不同結(jié)構(gòu)類型的簡單制作。
 　　2．能結(jié)合1～2種簡單的結(jié)構(gòu)案例，分析結(jié)構(gòu)是如何承受應(yīng)力的
　　對結(jié)構(gòu)承受應(yīng)力的分析，是指根據(jù)學(xué)生已有的知識水平，分析生活中常見結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，不要求學(xué)生作進一步的定性和定量分析，不要求畫物體結(jié)構(gòu)的受力圖。
　　當(dāng)一個構(gòu)件承擔(dān)負(fù)載時，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；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．能通過技術(shù)試驗分析影響結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性的因素，并寫出試驗報告
　　一般而言，一個結(jié)構(gòu)的強度取決于它對張力和壓力兩方面的反應(yīng)能力。強度取決于形狀，形狀略作改變，強度就會改變；強度還取決于材料以及材料的連接方式，了解應(yīng)力對不同材料的影響可以幫助我們選擇正確的材料建造堅固的結(jié)構(gòu)。
 　　穩(wěn)定性阻礙翻倒或被移動，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)所受的運動和力等等。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)生通過生活觀察和技術(shù)試驗，對簡單的結(jié)構(gòu)進行強度、穩(wěn)定性分析，解釋它的強度高或低、穩(wěn)定或者不穩(wěn)定的原因。試驗可以讓學(xué)生根據(jù)教師的設(shè)計來做，也可以讓學(xué)生自己根據(jù)生活經(jīng)驗、興趣愛好和已有條件，自行設(shè)計和制作試驗，并得出結(jié)論。
 　　4．能確定一個簡單對象進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，并繪制設(shè)計圖紙，做出模型或原型
　　日常生活中，需要進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和結(jié)構(gòu)改造設(shè)計的事例很多。學(xué)生可以根據(jù)生活中的需要和個人的愛好，選擇一個設(shè)計對象或項目。在進行設(shè)計前，應(yīng)從功能的角度對設(shè)計對象進行結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性分析，從既滿足功能要求又做到輕便、美觀等角度思考設(shè)計方案和選擇材料。
 　　要注意引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成良好的設(shè)計習(xí)慣，在設(shè)計方案的構(gòu)思時，就要學(xué)會從畫草圖開始，結(jié)構(gòu)設(shè)計的草圖要能清晰地顯示出設(shè)計對象的骨架形式、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)計方案確定之后，應(yīng)繪制出比較規(guī)范的設(shè)計圖紙（圖紙應(yīng)含通用的技術(shù)符號、精度要求、尺寸標(biāo)注、文字說明等等），對于簡單的設(shè)計對象，可以依據(jù)圖紙直接制作出原型，如臺式相片架、臺燈罩、壁掛式小書架、秋千架、滑滑梯等；若是比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計對象，如新居室的衣柜、書柜等，不能在短時間內(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價典型結(jié)構(gòu)設(shè)計的案例
　　技術(shù)設(shè)計要避免走向功利化的極端。設(shè)計不僅僅要從滿足人的物質(zhì)需求出發(fā)，同時需要關(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)計中，我們就可以看到不同時期不同文化背景的烙印。
 　　學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)與設(shè)計，需要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會欣賞和評價經(jīng)典的、有特色的結(jié)構(gòu)設(shè)計的杰作。教師可以通過帶領(lǐng)學(xué)生參觀本地的特色建筑，從各類教學(xué)資源中篩選有價值的結(jié)構(gòu)設(shè)計實例介紹給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)對作品進行欣賞和評價的角度和方法，比如從“形”“意”“神”等方面來評價等。
 　　6．關(guān)于活動建議
　　建議1，是對某一結(jié)構(gòu)進行強度和穩(wěn)定性的試驗。試驗要做得能說明問題，可以設(shè)計一個表格來表示試驗的數(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?？蓮乃袑嵗墓δ軐崿F(xiàn)，結(jié)構(gòu)的類型和文化特點等角度進行分析評價。
　　建議4，對產(chǎn)生了一定影響的建筑物的坍塌、扭曲或斷裂的事件，進行分析討論，簡要說明其主要的技術(shù)問題所在。教師可以引導(dǎo)學(xué)生對此類問題展開討論研究，由于可能涉及的原因或問題比較復(fù)雜，故討論的深度不限。
 　　
　?。ǘ┝鞒膛c設(shè)計
　　通過對流程的理解，培養(yǎng)學(xué)生優(yōu)化生活和工作流程的能力，使學(xué)生體驗革新的成功感和革新可能帶來的經(jīng)濟、環(huán)境等方面的收獲。
　　本主題共有5條標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)分別加以說明。
　　1．了解流程的涵義及其對生產(chǎn)、生活的意義
　　在了解流程的涵義時，應(yīng)抓住兩個關(guān)鍵點：流程的時序和環(huán)節(jié)。時序是指隨時間變化的發(fā)展經(jīng)歷；環(huán)節(jié)是指事件在發(fā)展的過程中，總可以依據(jù)某種特征或方式把它分解為若干個小的過程。
 　　生活中的很多事件以及任何產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，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．通過對典型的工作流程和生產(chǎn)工藝流程案例的分析，理解流程中的時序和環(huán)節(jié)的意義，學(xué)會閱讀簡單的流程圖
　　可以選擇一個有代表性的流程案例，與學(xué)生共同分析，使學(xué)生學(xué)會閱讀工藝機理不太復(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ǎa(chǎn)大量合成氨的原料——氮氣、氫氣，氮氣和氫氣的混和氣體在合成塔的6000C高溫、200帕斯卡下，通過催化劑的作用產(chǎn)生氨氣，再通過氨分離器不斷地把生成的氨分離出來，同時未轉(zhuǎn)化的反應(yīng)氣體又進入合成塔循環(huán)加工。這就是合成氨的生產(chǎn)流程。
 　　在此流程中，氮氣和氫氣的混和、氨的合成、分離、循環(huán)這幾個主要生產(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合，簡單的有公共汽車或地鐵線路的上行、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)我們走進軍營，可能看到一幅作戰(zhàn)流程圖等等。流程圖的表達有多種形式，有圖示、模型表示、動畫演示等等。
 　　3．能分析流程設(shè)計中應(yīng)考慮的基本因素，并畫出流程設(shè)計的框圖
　　生活、生產(chǎn)中流程的設(shè)計有兩種情況，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、快餐配送中心的工作流程等；另一種流程的設(shè)計要依據(jù)事物的內(nèi)在屬性和規(guī)律，需要進行大量的試驗和漫長的探究才能得出的，以合成氨的工藝流程為例，在上世紀(jì)初，經(jīng)過若干位化學(xué)家上萬次的實驗，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%的實驗結(jié)論，后來又經(jīng)過不斷試驗才得到現(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)生對某一簡單流程設(shè)計的分析，應(yīng)根據(jù)事物的內(nèi)在性質(zhì)、規(guī)律和相關(guān)因素，對流程設(shè)計的時序和環(huán)節(jié)線索進行把握。
　　4．能解釋流程的改進與設(shè)備、材料等之間的關(guān)系，能概括某種簡單生產(chǎn)流程優(yōu)化過程中所應(yīng)考慮的主要問題。
　　生活生產(chǎn)中的技術(shù)改進或革新，多數(shù)出自對已有生產(chǎn)流程的整體改進或者是對其中某一環(huán)節(jié)的改進，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、保護環(huán)境等。
　　要使學(xué)生通過具體的流程案例的分析，進一步理解流程改進的條件。從外部條件來講，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，是建立在對流程內(nèi)在機理的進一步研究的基礎(chǔ)上。
 　　流程的改進過程就是優(yōu)化的過程。
　　例1 銀行儲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，自從引入計算機管理系統(tǒng)，改進了存取款的流程，減少了中間環(huán)節(jié)，提高了工作效率，降低了差錯率。
　　例2 用于建筑結(jié)構(gòu)承重的人造板的研發(fā)設(shè)計
　　目前我國生產(chǎn)的人造板本身的強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度，就需要通過研究、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實現(xiàn)。
 　　5．能對生活、生產(chǎn)中的簡單對象進行流程設(shè)計或流程的改進設(shè)計，并用文字或圖表說明流程設(shè)計方案的特點，或者流程的改進方案的優(yōu)越之處。
　　學(xué)生可以結(jié)合生活生產(chǎn)中已經(jīng)存在的、尚有改進的可能的流程進行討論，在指出問題所在的基礎(chǔ)上，提出改進方案，并論證這一方案的可行性。改進的對象的選擇很關(guān)鍵，學(xué)生理解和改進工業(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)問題進行討論和研究。
 　　例1 家用燃?xì)鉅t灶在使用過程中熱能的高效利用問題。（分析略）
　　例2 化學(xué)課中的“氫氣在氯氣中燃燒”的實驗改進。一般實驗步驟是將氫氣在空氣中點燃，再直接伸入裝有氯氣的容器中，觀察實驗現(xiàn)象。這一實驗的問題是，將點燃的氫氣伸入氯氣瓶中時，會有一定量的氯氣外漏，而外泄的氯氣對人體有強烈的刺激。如何從安全環(huán)保的角度改進這一實驗流程？（分析略）
 　　6．關(guān)于活動建議 
　　建議1，通過對比較成熟的流程設(shè)計的事例的分析和評價，為進行下一步的流程設(shè)計和改進提供準(zhǔn)備。
　　建議2，為學(xué)生的流程設(shè)計提供了若干參考項目，也可根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件另作選擇。
　　
　?。ㄈ┫到y(tǒng)與設(shè)計
　　系統(tǒng)的概念來源于人類的長期社會實踐，運用系統(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)的思想并運用系統(tǒng)的方法解決問題，有助于減少處理問題過程中的盲目性，學(xué)會對事件的理性分析和科學(xué)決策。
　　本主題共有5條標(biāo)準(zhǔn)。對系統(tǒng)分析和設(shè)計中專業(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，其實是很具體的。系統(tǒng)即由相互依賴的若干組成部分結(jié)合而成的具有特定功能的有機整體。系統(tǒng)中的各個部分都可被看為該系統(tǒng)的子系統(tǒng)。
　　學(xué)生對系統(tǒng)的理解，可以從系統(tǒng)的實例開始。如一臺電冰箱可以看作是一個系統(tǒng)，學(xué)校的一間多媒體教室也可看作是一個系統(tǒng)，人體本身同樣是一個復(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)、實體系統(tǒng)和抽象（概念）系統(tǒng)、靜態(tài)系統(tǒng)和動態(tài)系統(tǒng)、開放系統(tǒng)和封閉系統(tǒng)等。
 　　2．通過簡單的系統(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來歸納：
　　整體性
　　相關(guān)性
　　目的性
　　環(huán)境適應(yīng)性
　　僅從概念來理解系統(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)分析的方法就是運用系統(tǒng)的思想和定性定量相結(jié)合的方法分析處理問題的基本思路，整個過程可歸納為闡明問題、分析研究、評價比較三個階段。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)分析的過程中，每個環(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)進行；第二，在系統(tǒng)分析的過程中，要學(xué)會與不同角色的人對話，如與實施者、決策者等的對話；第三，對系統(tǒng)分析中的建模問題，在此不作過多要求；第四，學(xué)寫簡單的系統(tǒng)分析報告，對系統(tǒng)的分析過程、依據(jù)、結(jié)論和行動建議進行說明。
 　　3．理解系統(tǒng)優(yōu)化的意義，能結(jié)合實例分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素
　　為了使系統(tǒng)達到最優(yōu)的目標(biāo)所提出的各種解決方法，稱為最優(yōu)化方法。通常是指在一定人力、物力和財力資源條件下，使經(jīng)濟效果（如產(chǎn)值、利潤等）達到最大，并使投入的人力和物力達到最小的方法。
 　　最優(yōu)化方法解決問題一般可分為以下幾個步驟：
　?。?）提出需要進行最優(yōu)化的問題，收集有關(guān)資料和數(shù)據(jù)；
　　（2）建立求解最優(yōu)化問題的有關(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；
　?。?）最優(yōu)解的驗證和實施。
　　本條標(biāo)準(zhǔn)對第（2）、（4）步驟不作過高要求。
　　4．通過簡單的系統(tǒng)設(shè)計案例的分析，初步學(xué)會簡單系統(tǒng)設(shè)計的基本方法
　　系統(tǒng)設(shè)計建立在對系統(tǒng)進行有效分析的基礎(chǔ)上，在學(xué)生的學(xué)習(xí)生活中，系統(tǒng)設(shè)計的運用事例比比皆是，例如學(xué)校運動會賽事的合理安排等?？梢酝ㄟ^對類似系統(tǒng)設(shè)計案例的分析，總結(jié)和歸納簡單的系統(tǒng)設(shè)計的基本方法。
 　　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，卻難說有一成不變的模式可供套用。系統(tǒng)的分析和設(shè)計是建立在對該事件的內(nèi)部規(guī)律、外部環(huán)境（條件）、實現(xiàn)功能等的充分研究的基礎(chǔ)之上的，它是一個不斷完善、不斷改進、不斷優(yōu)化的過程。優(yōu)化是系統(tǒng)設(shè)計所追求的永恒目標(biāo)。
 　　在對系統(tǒng)設(shè)計的案例進行分析的基礎(chǔ)上，可以讓學(xué)生總結(jié)系統(tǒng)設(shè)計的基本原則：
　　基本功能的實現(xiàn)
　　子系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)、沖突問題的合理解決
　　效益的最大化
　　動態(tài)調(diào)整的實現(xiàn)
　　人性化設(shè)計
　　戰(zhàn)略性思考（長期性、穩(wěn)定性等）
　　
　　5．確定一個生活或生產(chǎn)中的簡單對象，根據(jù)設(shè)計要求完成系統(tǒng)的方案設(shè)計
　　要求學(xué)生在對前4條標(biāo)準(zhǔn)有所掌握的基礎(chǔ)上，自行完成一項簡單的系統(tǒng)方案設(shè)計的任務(wù)?；疽笫?，首先對所設(shè)計的系統(tǒng)進行比較詳細(xì)的定性分析，畫出分析簡圖并寫出定性的分析報告，其次，作出系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)框圖和技術(shù)設(shè)計報告，再次，根據(jù)設(shè)計方案嘗試實現(xiàn)這一系統(tǒng)的設(shè)計。
 　　教學(xué)中應(yīng)注意，對于學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計，兩種設(shè)計方式都應(yīng)認(rèn)可，一種是對一個簡單的系統(tǒng)進行設(shè)計，另一種是運用系統(tǒng)的思想和方法對某一對象進行設(shè)計。
　　6．關(guān)于活動建議
　　建議1，分析典型的系統(tǒng)設(shè)計案例，由學(xué)生作出評價，為自己將要進行的系統(tǒng)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。
　　例 戰(zhàn)國時期的秦國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，使各部分組成一個整體，實現(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)濟效益，是我國古代水利建設(shè)的一大杰出成就。
 　　
　?。ㄋ模┛刂婆c設(shè)計
　　在當(dāng)今社會，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”、“車速控制”、“安全控制”、“人口控制”、“情緒控制”等等。
　　學(xué)習(xí)一點控制、控制與設(shè)計的知識，通過對控制系統(tǒng)中控制的目標(biāo)、控制的過程和控制的機理等的理解，有助于學(xué)生運用簡單的控制方法解決現(xiàn)實生活中遇到的相關(guān)問題，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控制和控制設(shè)計有基本的了解。
　　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，如公共場所的紅外線自動出水龍頭裝置、紅外自動烘手機、銀行的自動取款機、農(nóng)田節(jié)水灌溉的自動控制、樓宇防盜控制、十字路口紅綠燈自動控制、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，列舉控制應(yīng)用的例子，并說明自己對它們的理解。
 　　2．分析典型的案例，了解手動控制、自動控制，熟悉簡單的開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和簡單的工作過程
　　控制是為了達到人們所期望的目標(biāo)。一個控制過程的實現(xiàn)，往往要經(jīng)過若干個環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)就構(gòu)成了一個系統(tǒng)，所以我們把它看作是一個控制系統(tǒng)。從不同的角度，對控制系統(tǒng)有不同的分類。本標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生通過具體的實例，區(qū)分哪些是自動控制哪些是手動控制，哪些是開環(huán)控制哪些是閉環(huán)控制，說清楚簡單的開環(huán)控制和閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成，以及它們是如何實現(xiàn)控制的。
 　　例1 給游泳池?fù)Q干凈水（使用普通的手動進水閥門）
　　游泳池清掃干凈后，為了給游泳池注水，工作人員要打開進水的閥門，直到發(fā)現(xiàn)泳池的水注滿了，工作人員就會關(guān)閉進水閥。這是一個需要人工干預(yù)的簡單控制系統(tǒng)，也就是手動控制系統(tǒng)，工作過程也很簡單。
 　　工作過程可用下圖表示：
　　
　　例２　全自動洗衣機
　　全自動洗衣機是將洗衣的洗滌、漂凈、脫水三大步驟，按照多個開關(guān)信號的邏輯關(guān)系一步步地往下執(zhí)行。使用者只要事先設(shè)定好時間，把臟衣服放進去，洗衣粉備足，水管接好，啟動洗衣機的洗衣按鈕，最后等聽見洗衣結(jié)束的鈴聲，取出已經(jīng)甩干的衣服就完成了。它是一個自動的開環(huán)控制系統(tǒng)，其工作過程可用下圖表示：
 　　
　　教師可以引導(dǎo)學(xué)生從他們喜聞樂見、容易接受的簡單控制事例的工作過程的分析出發(fā)，使學(xué)生明白控制系統(tǒng)的類型、組成以及它們是如何工作的。
　　3．能畫出一個簡單的閉環(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)工作過程的基本圖示，本標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生能畫出簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖。
　　
　　學(xué)生應(yīng)能列舉生活中所見所聞的閉環(huán)控制系統(tǒng)，簡要敘述其工作過程，要能通過對閉環(huán)控制系統(tǒng)與開環(huán)控制系統(tǒng)的工作過程的比較，指出各自的優(yōu)越性是什么。 
　　在本主題中，限于學(xué)時以及高中學(xué)生現(xiàn)有的知識水平，對控制系統(tǒng)中的控制器、執(zhí)行器、傳感機構(gòu)和被控對象等環(huán)節(jié)只限定于一般性的理解，不作進一步的要求，不去探討其內(nèi)部的工作過程，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)的主要特點是以減少誤差的負(fù)反饋方式來達到控制目的的，正反饋控制問題在此不作研究，對于簡單的開環(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)合案例找出影響簡單控制系統(tǒng)運行的主要干擾因素，并作分析
　　在控制系統(tǒng)的設(shè)計中，對干擾因素的分析是重要的。確定一個系統(tǒng)的控制方案的前提，往往是建立在對影響系統(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、水塔的進水流量和進水管的壓力等。其中出水流量是根據(jù)用戶的用水量變化的，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，風(fēng)速減小，磨的轉(zhuǎn)速就變慢。
　　在此，僅要求學(xué)生能列出簡單控制系統(tǒng)的干擾因素主要有哪些，不要求對這些干擾因素作具體分析。
　　5．了解簡單的被控制對象的基本特性，能確定被控量、控制量，畫出控制系統(tǒng)的方框圖，并形成初步的控制設(shè)計的方案
　　這里的被控對象基本特性是指在正常的工作狀態(tài)，被控對象的輸出信號與輸入?yún)?shù)、與主要的干擾參數(shù)之間的關(guān)系，只需要有所了解，對被控對象的特性的數(shù)學(xué)模型的描述在此不作要求。
 　　當(dāng)需要對一個簡單的控制系統(tǒng)進行設(shè)計時，學(xué)生首先要學(xué)會分析這一系統(tǒng)中，需要控制的參數(shù)是什么，通過改變什么參數(shù)來實現(xiàn)控制，是采用開環(huán)控制還是采用閉環(huán)控制來形成控制設(shè)計方案，然后要能畫出這一系統(tǒng)的方框圖。
 　　6．能根據(jù)開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計方案，制作一個控制裝置；或者能根據(jù)簡單閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計方案進行實施或模擬實施，學(xué)會調(diào)試運行，提出改進方案
　　這是對控制的實施方面的要求，由于對控制器、執(zhí)行機構(gòu)、反饋環(huán)節(jié)和對象的特性沒有提出更多的要求，故不要求學(xué)生象專業(yè)設(shè)計師一樣進行完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計并加以實現(xiàn)。所提的要求是從開環(huán)控制裝置的實施著手，比如，設(shè)計并實施一個開環(huán)的定時控制裝置，要求學(xué)生完成從方案設(shè)計到制作的整個過程，并進行測試和評價。如果裝置不能達到或不能完全達到定時的功能，要能尋找原因，提出方案設(shè)計或制作過程中出現(xiàn)偏差的原因所在，并加以改進。
 　　有試驗條件的地區(qū)或?qū)W校，可以進行簡單的閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計和實施。
　　7．關(guān)于活動建議
　　本主題中有4個活動建議。
　　建議1，要求學(xué)生參照家用抽水馬桶的水位控制原理，將一個原來是人工的水位控制系統(tǒng)改進為自動控制系統(tǒng)。學(xué)生首先要研究抽水馬桶的水位控制是如何實現(xiàn)的，然后再動手設(shè)計一個類似的水位自動控制方案，并實現(xiàn)它。
 　　建議2，列舉出了若干控制設(shè)計的例子，要求學(xué)生學(xué)會分析已經(jīng)設(shè)計好的控制系統(tǒng)。
　　建議4，這是一個擴展性建議，是工程上常見的問題。不要求每個學(xué)生都做，有條件、有興趣的學(xué)生可以通過查閱有關(guān)資料，了解和研究這一問題。