二 系统的分析课程导入

通用技术必修二苏教版

系统的分析

西安高级中学

吴兴卫

一、教学目标

1. 知识与技能目标

(1)、初步掌握系统分析的基本方法；

(2)、知道系统分析的主要原则。

(3)、了解系统优化的目的和意义。

2. 过程与方法目标

能运用系统分析的基本方法对生活、学习、工作中遇到的问题进行科学合理的分析，并提出优化的方案。

3. 情感态度和价值观目标

(1) 树立系统分析问题的观念，培养系统分析的观点。

(2) 增强学生面对技术世界的信心以及个人、社会、环境的责任心。

二、教学重点：系统分析的步骤和系统分析原则。

三、教学难点：系统分析的综合性原则和影响系统优化的因素。

四、教学方法：讲授法、案例分析教学法、探究式教学法、小组学习法。

五、教学过程

回顾上一节课的内容：

1、

系统的含义：

系统是由相互联系、相互作用、相互依赖和相互制约的若干要素或部分组成的具有特定功能的有机整体。

2、

构成系统必须具备的三个条件：

（1）、至少要有两个或者两个以上的要素（部分）才能组成系统。

（2）、要素（部分）之间相互联系、相互作用，按照一定方式形成一个整体。

（3）、这个整体具有的功能是各个要素（部分）的功能中所没有的。

3、系统的基本特性

（1）整体性

（2）相关性

（3）目的性

（4）动态性

（5）环境适应性

（一）

引入新课（系统分析，承上启下）

人在一生当中，总是不断地遇到各种各样的问题，时时刻刻都需要选择并进行相应的决策！在决策的时候，常常用两种方法经验决策和科学决策。

经验决策：往往以决策者个人的经验积累为基础，做出选择和决策。容易受到个人经验和个体差异的不同，容易导致决策失误！

从众心理和随大流现象就是经验决策的案例

科学决策：科学决策不是简单拍板，随意决策。而是在正确的理论指导下，按照一定的程序，充分依靠集体智慧，正确运用决策技术和方法进行选择并行为方案。可以最大限度地减少失误。

实事求是，具体问题具体分析就是科学决策的案例

系统分析是一种科学决策的方法

（二）

新课教学

1系统分析的含义：

为了发挥系统的功能，实现系统的目标，运用科学的方法对系统加以周详的考察、分析、比较、试验，并在此基础上拟定一套有效处理步骤和程序，或对原来的系统提出改进方案的过程，就是系统分析。

【案例分析】王选教授和汉字激光照排系统

1975年春天，王选相中“748”工程的“汉字精密照排”子项目，并立即投入了工作。经查阅文献资料，他看到了二、三代照排机的危机，看到了数字式储存和数字式输出的广阔前景，提出了第四代激光照排系统方案。1975年5月，北大成立了汉字精密照排研制协作攻关会战组。参加协作5个研究单位各有各的看法，有的选择二代机，有的选择三代机。王选提出了自己的一套技术方案，跨越二代机和三代机，直接上激光照排系统。激光照排系统中的汉字信息处理有两个重大的根本性难题，一是汉字的储存，一是汉字字形信息的还原输出。

铅字印刷与点阵字符到矢量字符的转化

运用“轮廓描述和参数描述”结合的方法解决汉字信息压缩，是王选在汉字激光照排系统研制中的第一大贡献。就是由点阵字符改变为矢量字符，解决汉字信息压缩和实时放大缩小的清晰度。制版过程中还必须把这种压缩后的字形信息复原成点阵，并以适应激光逐行扫描的方式形成版面点阵供激光输出。称为光栅图像处理器，即Raster Image Processor，简称RIP。1993年，在汉字激光照排系统从研制到投入广泛应用。“精密汉字照排系统”的发明使中文印刷业告别了“铅与火”，大步跨进“光与电”的时代。他被公认是对中国印刷出版业的现代化作出最大贡献者之一，被人们赞誉为“当代毕昇”和“汉字激光照排之父”。

2系统分析的步骤：

系统分析的出发点为了发挥系统的整体功能，目的是寻求解决问题的最佳决策，而生产和生活中的一些问题，往往存在着许多相互关联和一些不确定的因素，所以最佳决策只是在若干方案中寻求的相对令人满意的方案。为了提高系统分析的可靠性，往往要按照一定的程序和步骤进行。

系统分析的一般步骤可以描述为一下四个步骤：

明确问题

设立目标

收集资料

制定方案

分析计算

评价比较

检验核实

作出决策

明确要研究问题的性质和范围，提出所要达到的目标，明确约束条件。

收集相关资料，制定解决问题的各种备选方案，预计可能产生的各种结果。

对资料和数据做必要的计算，进行系统的整体分析，评价对比，选择最佳方案。

如果对制定的方案不满意，还可按上述程序反复进行，直到获的满意为止。

田忌赛马分析的一般步骤可以描述为一下四个步骤

问题：田忌赛马

明确问题

设立目标

目标：田忌赛马取得胜利

约束条件：每匹马比赛一次，三局两胜，田忌每同一批次的马都不如齐王的马好。

且田忌的上一等马比齐王的下一等级马好。

收集资料

制定方案

分析计算

评价比较

检验核实

作出决策

资料：齐王比赛习惯上中下等马一次出场比赛

方案：制定各种赛马方案，预计结果。

方案：将各种赛马方案进行比较，选择最佳

实施：选取最佳赛马方案进行实施验证，田忌用下、上、中等马与齐王的上中下等马依次比赛，田忌二比一获胜。

经典比赛结果

孙膑









下等马

上等马

中等马

胜方









齐王

上等马

中等马

下等马

负方

讨论：因为齐王在第二次比赛中没有改变比赛顺序，而田忌在孙膑的指导下作了相应的调整，田忌赢得了比赛。

假设齐王和孙膑今天再次比赛，将有什么样的结果？

【小组研讨】

【小组代表发言】

重新比赛，齐王和田忌一定会改变比赛顺序，则结果会出现不确定性。对于不确定的结果，需要运用概率跟这个数学工具来进行分析。

双方都有上中下等马三个批次，比赛顺序为排列问题，共六种，总共6*6=36种。

比赛概率图中的黄色部分为田忌胜出，胜出概率为6/36。齐王胜出的概率为30/36。

3系统分析的原则

运用系统分析的方法处理具体问题时要遵循一定的原则。

（1）整体性原则

系统分析首先着眼于系统整体，要先分析整体，在分析部分；先看全局，后看局部；先看全过程，再看某一阶段；先看长远，再看当前。

俗话说：站得高才能看得远。因为站得高就能看得到整体。

【案例分析】北宋真宗丁谓修复皇宫

宋朝真宗年间，皇宫失火，大片宫殿变成一片废墟。真宗皇帝令曾经做过宰相的丁谓负责建造新皇宫。

丁谓到现场一察看，发觉有三大问题最难办。

一是建房用土量大：若到郊外取土，路途太远。

二是运输难：大批建筑材料，从外地只能由水路运到汴水。若再运到皇宫建筑工地，只能靠车马了。

三是大片废墟垃圾：要运到远处倒掉。这样不知要花费多少人力、物力和时间。

丁谓修复皇宫的方案成为我国古代运用系统思想和方法的著名范例。

整体性原则主要运用于系统的定性分析。

（2）科学性原则

系统分析一方面要有严格的工作步骤，另一方面尽可能地运用科学方法和数学工具进行定量分析，使决策的过程和结果更具说服力。

用数据说话！

以数学原理为指导，合理安排试验，以尽可能少的试验次数尽快找到生产和科学实验中最优方案的科学方法即最优化方法。优选法是寻找函数极值的较快较精确的计算方法。也是快速寻找最佳方案的科学方法。如黄金分割法、分数法、对分法等。

实际工作中的优选问题

，即最优化问题，大体上有两类：一类是求函数的极值；另一类是求泛函数的极值。

【案例分析】优选法与合金配方试验

要求：合金钢配方试验：每吨原材料加入另外一种金属，加入量为1000g~2000g ，每添加10g做一次试验，直到找到最佳配方为止。

传统方法：

1000g~2000g ，

10g/次，需要100次试验，找到性能最好的那一组数据，就是最佳配方。

这种方法会导致极大的材料浪费和时间浪费。

黄金分割法：

把一条线段分割为两部分，使其中一部分与全长之比等于另一部分与这部分之比。其比值是一个无理数，取其前三位数字的近似值是0.618，所以也称为0.618法。

按照传统的试验

方法会造成大量无用的试验数据，必须加以改变，采用逐渐逼近的方法来快速寻找，比如黄金分割法。

经过11次的试验就能找到最佳配方，相比传统的试验方法的100次试验，节约了大量的材料和时间。

科学性原则主要运用于系统的定量分析。

（3）、综合性原则

系统分析总是为实现系统目标服务的。当存在多个目标时，应将目标排除优先次序，首先选取最优先的目标，然后尽可能在不损害第一目标的前提下完成下一个目标，需要综合分析，统筹兼顾，不可顾此失彼，因小失大。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关系。 当系统有多个目标时，要运用整体性原则进行定性分析和科学性原则进行定量分析的基础上，统筹兼顾，作出理性的决策。

【案例分析】孝襄高速公路

孝襄高速公路是世行贷款项目，确立了“优质、生态、环保、绿色”的理念，将人与自然和谐的思想贯穿于每一设计细节。 安陆、随州交界地带是“银杏之乡”，密布着千年古银杏群落，而孝襄高速正好直线穿过这一区域。为避免砍伐古银杏树种，设计者修改了原有方案，高速公路绕道而过，增加了1.7公里路程，也增加了4000多万元投资。

【案例分析】坎儿井

中国古代三大工程之一的坎尔井是古代吐鲁番各族劳动群众，经过长期生产实践创造出来的，是吐鲁番盆地利用地面坡度引用地下水的一种独其特色的地下水利工程。在新疆境内的坎儿井全长5400公里，是全世界最大的地下水利灌溉系统。

坎尔井由竖井、暗渠、明渠、涝坝四部份组成。 竖井，主要是为挖暗渠和维修人出入出土用的。 暗渠是坎儿井的主体。

明渠，就是暗渠出水出到农田之间的水渠。 涝坝，就是暗渠出水口，修建一个蓄水池，积蓄一定水量，然后灌溉农田。

综合性原则主要运用于系统的权衡利弊。 4系统的优化

系统的优化是指在给定的条件使系统达到更理想、更佳效果的过程。在一定资源条件下，取得最佳的经济效果，而投入的人力、物力、财力达到最小。

最优方法通常是在一定人力、物力、财力资源条件下，使经济效果（如产值、利润等）达到最大，并使投入的人力、物力达到最小的方法。

影响系统优化的因素是指对系统的目标函数产生显著影响，并且可以认为调节的因素。

教师：在生活中，我们经常会遇到一些复杂的数字问题，要借助数学手段定量与定性结合的分析比较，寻求最优方案。

【案例分析】利润问题

某家具厂要安排一周的计划，产品是桌子和椅子。制作一张桌子需4平方木板及20小时工时，制作一张椅子需6平方木板及18小时工时；每周拥有木材板料600平方，可用工时400小时；每张桌子利润50元，每只椅子利润60元。按合同每周至少要交付8张桌子和5张椅子。假定所有产品都能销售，那么该每周生产桌子和椅子分别为多少时，利润最大？

利用电子表格的公式拖拽功能进行试算。

结果是最大利润：1180元，最小利润：700元

最优化方法解决问题的一般步骤：

（1）提出系统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，建立有关约束条件，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。

这种用数学公式、图表等描述客观事物的特征模型的思想就是建模思想，建立的模型就叫数学

模型。数学模型是研究和掌握系统运动规律的有力工具，它是分析、设计、预报或预测、控制实际系统的基础。是我们在解决问题时，常用的一种方法。

六、小结

七、教学反思（略）