范文第三单元《系统与设计》第三节系统的设计教学设计.docx
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第三单元《系统与设计》第三节---系统的设计教学设计
第三单元《系统与设计》第三节---系统的设计.ppt
第三单元系统与设计
第三节
系统的设计
一、教学内容分析：
系统设计是研究和认识系统的目的，本节教学内容应围绕系统设计展开。
根据系统的目的和要求、各子系统之间的相互关系，对系统进行整体设计、评价和优化，就是系统设计。
通过分析系统设计应考虑的主要问题，根据系统设计的一般步骤，应能进行简单的系统项目设计。
可结合具体实例让学生分析系统设计应考虑哪些主要的问题，并组织讨论活动。
本节由“1.系统的设计”、“2.简单系统的设计的实现”等2小节组成。
本部分教材编写突出连个特点：
首先，突出技术的思想方法。
教学内容体现了科技发展的先进成果和先进文化，是当代技术思想和方法重要的基础组成部分，具有丰富的思想内涵和方法论意义，对所有学生的发展都具有教育价值，是技术的学习真正超越技能主义的局限，使技术成为“有思想的技术”，拓展学生对技术的认识，促使学生认识上的迁移和共通能力的发展。
其次，强调运用理论和方法解决实际问题。
这里更多的是注重学生从理论到实践的第二次认识飞跃，在编写安排上是从理论入手，最后回到设计的实践。
二、教学对象分析：
通过上节课的学习，学生对系统的优化已经有了初步的了解，通过简单系统的设计案例的分析，初步学会简单系统设计的基本方法。
三、目标：
1.知识与技能：
（1）通过简单系统的设计案例的分析，初步学会简单系统设计的基本方法。
（2）确定一个生活或生产中的简单对象，根据设计要求完成系统的方案设计。
2.过程与方法：
通过案例进行系统设计,在设计中将系统的基本特性考虑到设计中去,考虑到系统各要素之间的作用和联系,进行系统分析和优化.
通过手电筒进行系统设计,在设计中将系统的基本特性考虑到设计中去,考虑到系统各要素之间的作用和联系,进行系统分析和优化.
3.情感态度价值观：
（１）学会把系统思想和方法运用到自己的生活、工作和学习中去进行设计
（２）培养学生动手动脑实践能力。
四、教学重难点：
1.教学重点：
系统设计中要考虑的主要问题；系统设计的一般过程及思想方法。
系统设计中要考虑的主要问题分析。
2.教学难点：
简单系统的设计的实现。
五、教学概述：
在教学实践中让学生分成学习小组进行设计并给出设计方案，让学生在技术实践中学会系统设计的方法，教师引导学生进行总结和提升。
通过案例简单系统进行设计，把系统的思想贯穿于整个设计当中，初步学会简单的系统设计的基本方法，学习如何进行系统设计。
2课时。
六、教学器材：
玩具电动机、灯泡、齿轮、手摇柄、导线等
七、教学过程：
一）引入：
我们每个人都会在日常生活中遇到系统设计，系统设计运用的案例比比皆是。
例如：
家庭室内装修设计
假期旅游行程设计
个人形象设计
班级管理系统设计
学校田径运动会竞赛日程表设计等等
第三节
系统的设计
二）新课教学：
阅读课文第76到90页，思考以下三个问题：
1、什么是系统设计？
2、系统设计应考虑的主要问题有哪些？
3、系统设计的一般步骤是什么？
（一）系统的设计
抽学生回答，检查阅读结果。
加深其他学生印象。
1．系统的设计的涵义：
系统设计：
在系统分析的基础上，设计出满足预定目标的系统的过程。
2．系统设计应考虑的主要问题：
（1）系统设计的目的与要求。
理解：
从系统的整体出发，以系统整体功能的最优为目的
（2）系统各部分之间的相互联系与相互作用。
理解：
运用系统的思想综合考虑各部分之间的关联、冲突问题，注重各部分的横向、纵向联系。
依据系统的基本特性，既要考虑当前，也要考虑长远。
（3）系统设计方案的优化。
理解：
从系统整体考虑优化，统筹兼顾，再在此基础上完善个部分的设计。
马上行动：
思考：
从系统设计的思路出发，怎样理顺这些关系？
学生：
路向选择——地质勘探——资金分配——人员调配——材料购置——施工进度
（1）要实现筑路工程的总体目标是：
经济、快速、安全、方便地选择路向。
（2）进行地质勘探，哪些路段适合筑路，哪些路段不适合筑路，哪些地段适合架桥，哪些地段要避开耕地。
（3）选择筑路技术方案，不同的地段实施不同技术方案，如公路要越过两座山坡，是穿隧道还是绕道行。
（4）进行资金合理的分配
（5）考虑工期、人员、材料安排方案，合理安排人员，各段工程同时进行，实行并行施工，在不增加总资金的情况下，降低材料成本，减少材料的浪费，就近取材，就地取材，选择合理路线购置材料。
在不增加过多人工的前提下，提高工程进度，提高劳动生产率。
3．系统设计的一般步骤：
（1）将系统分解为若干子系统；
（2）确定各子系统的目标、功能及其相互关系；
（3）对子系统进行技术设计和评价；
（4）对系统进行总体设计和评价。
可以概括为“总——分——总”。
就是当我们要设计一个系统对象时，可以先将对象分解为一个子系统，分析和确定各个子系统的目标、功能以及它们之间的相互关系和结构组成，然后单独对每个子系统进行技术设计、评价及优化，然后对由完成的子系统作为构件的系统整体进行总体技术设计和评价。
4.系统设计的基本方法要点：
1.遵守设计的一般过程、方法和原则（见《技术与设计1》P35～P39）
2.遵守系统设计中特有的两条原则：
（1）设计好系统中的每一个元素或子系统。
（2）设计好各元素或子系统之间的协调关系。
（二）简单系统的设计的实现：
系统设计多用于比较复杂的社会系统工程、经济系统工程、规划系统工程、生态系统工程、能源系统工程、交通运输系统工程、农业系统工程、工业及企业系统工程、军事系统工程等方面（讲解课本上两个案例）。
案例分析：
手电筒照明供电部分的设计
讲解：
王丹遇到了照明问题，想解决这个问题就要用到系统设计
（一）王丹的目的：
用所学过的知识，设计并制作一只简易的手电筒。
（二）设计要求：
可照明的手电筒，携带方便，使用安全。
（三）设计分析：
1．手电筒的结构：
（1）可把手电筒看成一个整体
（2）再把手电筒照明供电部分分为两个子系统，一个是照明子系统；另一个是供电子系统。
（3）照明子系统的要素是灯泡、导线。
（4）供电子系统的要素是电源、开关。
2．手电筒的功能
（1）手电筒的功能就是照明，取决于各个组成要素
（2）供电装置电源是通过导线的连接驱动灯泡的发光，这些是基本要素，缺少任何一个，手电筒都不能正常工作。
3．手电筒的组装
（1）将手电筒的各个要素按照一定的要求进行匹配，组装才能达到目的功能
（2）合理选择元器件
（四）设计方案：
方案c
1．设计目标：
设计一个自动发电手电筒，用发电机代替干电池进行供电。
2．手电筒系统的各要素：
3．工作原理：
用手摇动手柄，使齿轮转动，带动由磁铁和线圈组成的发电机旋转，线圈在磁场中转动时切割磁感线产生感应电流，将机械能转化为电能，输出电流，使小灯泡发光。
（五）方案制作：
试验：
测试玩具电动机能否改装为发电机
试验器材：
玩具电动机、小灯泡、粗棉线、导线。
试验过程：
（1）在电动机的接头上连接小灯泡。
（2）在电动机的转轴上绕十几圈的棉线。
（3）用力快速抽动棉线，使电动机的转子迅速转动，观察小灯泡发光情况。
试验总结：
当外力使电动机转子迅速旋转时，转子线圈中产生感应电流，小灯泡发
光。
玩具电动机经改装可以发电。
讲解：
试验获得成功后，他们开始动手制作。
（1）
设计简单电路，画出电路图。
（2）
根据电路图，选择元器件，2．5V的灯泡、导线、发电机、大齿轮、小齿轮、发电机座子、手柄等。
（3）
通过手摇柄控制灯泡发光。
工作原理：
手柄的轴与大齿轮轴连接，利用轮轴原理，把手运动带动大齿轮转动，大齿轮与小齿轮啮合提高小齿轮的转速，带动发电机的转子高速旋转，快速切割磁感线引起磁通量的变化，产生感应电动势，有了感应电流，使小灯泡持续发光。
学生动手试验制作：
问：
你们在设计和制作时遇到哪些问题？
学生：
小玩具电动机选择，大小齿轮的匹配。
问：
对手电筒的设计方案怎样进行优化的？
案例分析：
“室内住宅电气系统设计”
现在人们最大消费就是购房，当房子买下后，面临的就是装修问题了。
在装修过程中，许多业主和装修公司都十分重视“木工活”、“瓦工活”的施工质量和效果，人们容易忽视住宅的室内电气设计，导致装潢完成后才发现有设计不合理之处，或住户对每条线路的走向一无所知，殊不知，对将来的使用影响最大的，既不是地上的砖铺得平不平，也不是墙壁上的涂料刷得是否牢固，而是室内电线、电话线、有线电视光缆的铺设是否安全合理，使用后出现了故障能不能检修，所以进行住宅室内电气线路设计很重要。
随着住户各类家用电器的逐渐增多，特别是空调、电热水器等大功率电器的使用，住宅电气设计由原来的纯照明向多功能的方向发展。
为避免住户使用过程中的电气线路过载等状况的发生，运用系统的思想整体地进行电气线路的设计是非常必要的。
下面我们就对杨辉购买的一套135.6m2的三室二厅的新房室内电气线路进行系统的设计.
组织学生讨论并分析教材第89页案例:
“室内住宅电气系统设计”明确室内住宅电气系统的设计从以下方面考虑。
（一）系统设计的目的与要求：
1．分析室内照明的功能需求，书房、卧室、客厅、厨房、卫生间和凉台的照明要求是如何的？
2．系统组成部分之间的相互联系和作用：
针对不同的照明需求来选择怎样的灯具？
3．如何计算家居总用电量？
4．室内照明的电线敷设的安全标准？
5．系统设计方案及其优化：
（二）设计要求:
1.用电负荷:
照明用电负荷800w，娱乐用电负荷1500w，厨房用电负荷1300w，空调用电负荷3000w。
最大功率P=800w+1500w+1300w+3000w=11100w
2．照明和各种家用电器使用安全、方便，相互之间影响小，便于维修。
（三）设计分析；
1．设计的目的方便住户使用，满足住户的舒适和审美要求，便于维修，安装规范，确保室内电气线路的安全。
2．室内配电系统由电源配电箱和若干个回路组成，它们构成了室内电器线路系统的子系统。
3．当某一回路发生故障时，不影响其他回路的正常工作。
（四）设计方案：
1．电源配电箱
电源通过住宅的专用配电箱再进入室内房间，配电箱中应有短路、过载和漏电保护，具有过负载、
过电压和漏电保护功能。
每户应设置强弱电箱，配电箱内应设动作电流30mA的漏电保护器，分路经过控开后，分别控制照明，空调，插座等。
控开的工作电流应与终端电器的最大工作电流相匹配，一般情况下，照明10A，插座16A，柜式空调20A，进户40-60A。
2．电路的设计
杨挥家用电负荷最大值约为11.1kw，通过安全电流11.1kw/220v=21A,电流过大各线路必须采用单独的电路回路。
室内配电系统采用多回路形式，本例设计有照明回路、插座回路、空调回路，对于厨房、浴室设立单独回路。
3．导线与电器设备选择
（1）导线:
为了防火、维修及安全，最好选用有长城标志的“国标”塑料或橡胶绝缘保护层的单股铜芯电线，线材槽载面积一般是：
照明用线选用1.5平方毫米，插座用线选用2.5平方毫米，空调用线不得小于4平方毫米，接线选用绿黄双色线，接开关线用红、白、黑、紫等任一种。
但在同一家装工程中用线的颜色用途应一致。
（2）电器设备：
电源配电箱、电表、控制开关漏电保护开关、电源插座、开关面板、插座的选材面板的尺寸应与预埋的接线盒的尺寸一致；表面光洁、品牌标志明显，有防伪标志和国家电工安全认证的长城标志；开关开启时手感灵活，插座稳固，铜片要有一定的厚度；面板的材料应有阻燃性和坚固性。
（五）线路布置
1．智能系统：
在住宅电气线路设计中应预埋电话线、有线电视信号线、视频线、网络线，在客厅和三间睡房预埋电话线、有线电视信号线、视频线、选择其中一间睡房作为书房，预埋网络线。
2．照明回路：
在睡房、客厅、饭厅、厨房、浴室、凉台室安装一个主光源吊灯，在睡房和客厅的墙壁上安装辅助光源壁灯。
3．功能电路：
厨房放置冰箱、电饭堡、电热水器，排气扇电源插座，浴室安装淋浴器、洗衣机的电源插座，睡房和客厅安装空调的电源插座，书房安装娱乐电视机、音响、电脑等的电源插座都是独立的电源回路。
4．线路布置图：
在形成了住宅的电气线路设计方案后，绘制出线路走向位置尺寸图和线路布线图，编写《电气线路设计说明书》草拟布线图。
（1）划线。
确定线路终端插座，开关，面板的位置，在墙面标画出准确的位置和尺寸。
（2）开槽。
（3）电源线配线
（4）埋设暗盒及敷设PVc电线管。
（5）穿线。
（6）安装开关，面板，各种插座，强弱电箱和灯具。
（7）检查。
（8）完成电路布线图，并向住户反馈设计方案，根据住户的意见进行修正。
提交设计单位备案。
5．布线要求原则：
（1）设计布线时，执行强电走上，弱电在下，横平竖直，避免交叉，美观实用的原则。
（2）开槽深度应一致，一般是PVc管直径+10mm。
（3）电源线配线时，所用导线截面积应满足用电设备的最大输出功率。
一般情况，照明1.5平方空调挂机及插座2.5平方，柜机4.0平方，进户线10.0平方。
（4）暗线敷设必须配阻燃PVc管。
插座用SG20管，照明用SG16管。
当管线长度超过15m或有两个直角弯时，应增设拉线盒。
天棚上的灯具设拉线盒固定。
（5）PVc管应用管卡固定。
PVc管接头均用配套接头，用PVc胶水粘牢，弯头均用弹簧弯曲。
（6）PVc管安装好后，统一穿电线，同一回路电线应穿入同一根管内，但管内总根数不应超过8根，电线总截面积（包括绝缘外皮）不应超过管内截面积的40％。
（7）电源线与通讯线不得穿入同一根管内。
（8）电源线及插座与电视线及插座的水平间距不应小于500mm。
（9）电线与暖气、热水、煤气管之间的平行距离不应小于300mm，交叉距离不应小于100mm。
（10）穿入配管导线的接头应设在接线盒内，线头要留有余量150mm，接头搭接应牢固，绝缘带包缠应均匀紧密。
（11）安装电源插座时，面向插座的左侧应接零线（N），右侧应接相线（L），中间上方应接保护地线（PE）。
保护地线为2.5平方的双色软线。
（12）当吊灯自重在3kg及以上时，应先在顶板上安装后置埋件，然后将灯具固定在后置埋件上。
严禁安装在木楔、木砖上。
（13）连接开关、螺口灯具导线时，相线应先接开关，开关引出的相线应接在灯中心的端子上，零线应接在螺纹的端于上。
（14）导线间和导线对地间电阻必须大于0.5mΩ。
（15）电源插座底边距地宜为300mm，平开关板底边距地宜为1300mm。
挂壁空调插座的高度1900mm。
脱排插座高2100mm，厨房插座高950mm，挂式消毒柜1900mm，洗衣机1000mm。
电视机650mm。
（16）同一室内的电源、电话、电视等插座面板应在同一水平标高上，高差应小于5mm.
（17）安装开关，面板，插座及灯具时应注意清洁，宜安排在最后一涂乳胶漆之前。
6．各房间的布线：
（1）卧室：
一般应为6支路线：
包括电源线、照明线、空调线、电视馈线、电话线、电脑线。
卧室各线终端欲留：
床头柜的上方欲留电源线口，还应欲留电话线口。
写字台或电脑台上方应
装电源线、电视馈线、电脑线、电话线接口。
照明灯光采用单头灯或吸顶灯，多头灯应加装分控器，重点是开关，采用双控开关，单联，空调线终端接口欲留。
（2）走廊、过厅：
应为2支路线：
包括电源线、照明线。
电源终端接口欲留1—2个。
灯光应根据走廊长度、面积而定、如果较宽可安装顶灯、壁灯；如果狭窄，只能安装顶灯或透光玻璃顶，在户外内侧安装开关。
（3）厨房：
应为2支路线：
包括电源线、照明线。
电源线部分尤为重要，最好选用4mm2线，因为随着厨房设备的更新，目前使用如微波炉、抽油烟机、洗碗机、消毒柜、食品加工机、电烤箱、电冰箱等设备增多，所以应根据客户要求在不同部位欲留电源接口，并稍有富余，以备日后所增添的厨房设备使用，电源接口距地不得低于50cm，避免因潮湿造成短路。
照明灯光的开关，最好安装在厨房门的外侧。
（4）餐厅：
应为3支路线：
包括电源线、照明线、空调线。
电源线尽量欲留2至3个电源接线口。
灯光照明最好选用暖色光源，开关选在门内侧。
空调也需按专业人员要求欲留接口。
（5）卫生间：
应为3支线路：
电源线、照明线、电话线。
电源线以选用4mm2线为宜。
考虑电热水器、电加热器等大电流设备，电源线接口最好安装在不易受到水浸泡的部位，如在电热水器上侧，或在吊顶上侧。
电加热器，目前看好的是浴霸，同时可解决照明、加热、排风等问题，浴霸开关应放在室内。
而照明灯光或镜灯开关，应放在门外侧。
在相对干燥的地方欲留一个电话接口，最好选在坐便器左右为宜，电话接口应注意要选用防水型的。
最好在坐便器旁再安个排风扇开关。
（6）客厅：
客厅布线一般应为8支路线：
包括电源线（2.5mm2铜线）照明线（2.5mm2铜线）、空调线（4mm2
铜线）、电视线（馈线）、电话线（4芯护套线）、电脑线（5类双脚线）、对讲器或门铃线（可选用4芯护套线，备用2芯）、报警线（指烟感，红外报警线，选用8芯护套线）。
客厅各线终端欲留分布：
在电视柜上方欲留电源（5孔面板）、电视、电脑线终端。
空调线终端欲留孔应按照空调专业安装人员测定的部位欲留空调线（16A面板）、照明线开关。
单头或吸顶灯，可采用单联开关；多头吊灯，可在吊灯上安装灯光分控器，根据需要调节亮度。
在沙发的边沿处欲留电话线口。
在户门内侧欲留对讲器或门铃线口。
在顶部欲留报警线口。
客厅如果需要摆放冰箱、饮水机、加湿器等设备，根据摆放位置欲留电源口，一般情况客厅至少应留5个电源线口。
（7）书房：
应为7支线路；包括电源线、照明线、电视线、电话线、电脑线、空调线、报警线。
书房内的写字台或电脑台，在台面上方应装电源线、电脑线、电话线、电视线终端接口，从安全角
度应在写字台或电脑下方装电源插口1-2个，以备电脑配套设备电源用。
照明灯光若为多头灯应增加分控器，开关可安装在书房门内侧。
空调欲留口，应按专业安装人员要求欲留。
报警线应在顶部欲留接线口。
（8）阳台：
应为2支线路：
包括电源线、照明线。
电源线终端欲留1—2个接口。
照明灯光应设在不影响晾衣物的墙壁上或暗装在挡板下方，开关应装在与阳台门相联的室内，不应安装在阳台内。
7．方案实施：
布线的时候的特别要求：
强电和弱电的管槽之间距离30厘米以上，因为并排走线强电和弱电之间会有干扰。
（1）插座多装，宁滥勿缺。
楼梯间一定要有插座。
炉灶旁边不要设插座，有安全隐患。
（2）开关不要放在门背后等距离狭小的地方。
（3）走道里最好设计一个双控灯，这头打开，那头关闭。
（4）插头最好买带有面板的，一些长时间不用的插座不容易损坏。
（5）餐厅灯要考虑餐桌摆放的位置，否则灯不在餐桌正中。
（6）小的射灯一定要装变压器，没有变压器，灯就像随时会爆炸的小炸弹，最后的结果是永远不
（7）多买2眼的插座，3眼的电器少。
（8）有线插座要买宽频的。
（9）原有的下水管、地漏的位置最好别改变。
改不好的话，最容易泛水。
（10）电工管线铺完没封槽之前，画出走线图。
（11）为了省电，请精确规划平时微弱耗电电器的插座。
不拔插头都处于待机状态的DVD最好装有开关的插座面板，因为待机所耗的电在普通电表里读不出来，但分时电表会读出来。
（12）穿好线管后要把线槽里的管道封闭起来，用水泥砂浆把线盒等封装牢固，其合口要略低于墙面
0.
5cm左右，并保持端正。
走暗线时通信线不仅不能和电源线的管路一起走，并且还要保持50厘米
以上的间距，否则会产生电磁干扰。
小结与练习：
1、课堂小结
（一）系统的设计
1．系统的设计的涵义：
2．系统设计应考虑的主要问题：
3．系统设计的一般步骤
（二）简单系统的设计的实现
（三）系统设计的主要过程
2、练习
评价项目
方案1
方案2
方案3
成本投入状况
少
少
多
实施的速度
快
快
慢
管理的可行性
可行
较可行
有经费可行
技术的先进性
一般
一般
先进
技术实现的可行性
可行
可行
可行
可能产生的负效应
职工人数增多
影响学生正常时间就餐
投入较慢
整体效果
可行
较可行
较可行
关键是运用系统的思想，设计分选设备中各个部分，使它们之间构成特定的关系，才能实现分选并达到的可调孔径的目的。
运用系统的思想解决，方案如下：
①应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。
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