《系统的设计》教学设计

《系统的设计》教学设计（精选9篇）

《系统的设计》教学设计 第1篇

《系统的设计》教学设计

教学目标：

知识与技能：

通过具体的系统设计案例分析，使学生初步掌握系统设计的基本方法。

过程与方法：

具备一定的系统设计和系统评价的能力。

情感、态度和价值观：

培养学生团队精神和认真学习、刻苦钻研、坚忍不拔的意志和毅力。

教学重点：

1、系统设计的基本方法。

2、让学生会运用系统设计的知识进行简单的系统设计。

教学难点：

1、掌握好系统设计基本方法中的系统设计。

2、确定一个任务，根据设计要求完成系统设计的方案设计。

教学过程：

新教学：

一、系统的设计

1什么是系统设计？

2系统设计应考虑的主要问题。

系统设计的目的与要求

系统各部分之间的相互联系与相互作用

系统设计方案的优化

P86马上行动：

1要实现的总体目标是安全、经济、快速地完成筑路工程。

2要选择好筑路技术设计方案，如公路要越过两座山坡，是穿隧道还是绕道行。

3要考虑工期、人员、材料的具体安排方案，降低材料成本，减少材料浪费，在不增加过多人员的前提下，提高工程进度等。

3系统设计的一般步骤。

①将系统分解为若干个小系统

②确定各子系统的目标、功能及相互关系

③对子系统进行技术设计和评价

④对系统进行总体技术设计和评价

二、简单系统设计的实现

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

（讲解本上两个案例）

三、系统设计的主要过程

结合编制《学校田径运动会竞赛日程表》来分析阐述系统设计的主要过程。

、提出设计问题；

学校每年都举行田径运动会，如果你是学生会的体育部长，会如何组织编制好《学校田径运动会竞赛日程表》。

2、收集与分析相关资料（包括外部环境及约束条）；

学习竞赛规程和田径规则，了解运动会的期限、天数，作息时间，开、闭幕式的时间；

了解参赛单位人数、组别设置；

场地器材条、跑道条数、跳跃和投掷场地及器材数量；

熟悉赛次的安排、录取办法、录取名次、计分办法；

掌握裁判员的人数和水平、等级情况。

查阅学校前几届运动的相关资料。

3、确定设计目的；

编制好编排合理，符合竞赛规程和学校实际的《学校田径运动会竞赛日程表》。

4、系统的设计（重点考虑：系统由哪些组分组成？系统各组分具有什么功能？各组分如何配合工作？如何解决矛盾冲突？）；

具体讲：竞赛日程的编排视为一个系统，这个系统是系统结构与系统流程相辅相成的系统，要求系统结构合理，运行流程畅通。

A、竞赛日程的编排原则

（1）比赛的间隔时间（最短）：200米及200米以下各项为4分钟；200米以上至1000米各项为90分钟；1000米以上各项目不在同一天；全能各单项间休息30分钟（以最后一人结束比赛到下一项比赛第一人开始）。

（2）尽量不安排项目冲突。

（3）尽量照顾兼项之间的时间间隔，及格赛后间隔一天进行正式比赛。

（4）不同组别的同一田赛项目，一般不连续安排在同一单位。

（）不同组别的同一径赛项目，最好衔接进行。

（6）跨栏项目一般安排各单元的第一项，还可安排在长距离竞走、跑之后进行。

（7）决赛时预计能破纪录的项目，可分配到各个单元。

（8）同一时间不安排、两个田赛长投项目。

（9）竞走、长跑时最好不要安排标枪。

（10）撑竿跳高尽可能安排在上午。

（11）接力赛尽量安排在单元的最后。

（12）精彩的项目尽可能安排在开、闭幕式后或节假日。

（13）田赛项目注意场地的合理运用。

（14）最后一个单元尽量少安排项目。

（1）尽可能使田赛和径赛同时结束。

B、竞赛日程的编排方法

按竞赛规程规定的比赛天数、单元、时间、组别和项目等，填写竞赛日程安排表，再根据竞赛规程中的参赛单位、报名要求等预计各项赛次，然后先填全能项目，后排单项；单项中先排径赛，后排田赛。

、编排比赛秩序：

（1）先排全能项目，其次是赛次多的项目，再排跨栏和其他径赛项目。

（2）参阅兼项表进行核对，检查有无兼项冲突。

（3）排完径赛再排田赛，注意兼项和性质相关项目的先后顺序。

（4）全部项目排好后，应详细检查，如有不妥之处，再进行调整。

编排出多个方案，从中筛选最佳方案。

、系统的评价及优化

对《学校田径运动会竞赛日程表》进行反复研究、征集意见、调整修改。

小结与练习：

1、堂小结

本节主要内容有：

1)系统设计的原则。

2)系统设计的主要过程

3)运用系统设计的基本思想和方法，进行简单的系统设计。

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：

①应增加管道和集水设备；

②实现定时排水浇洒；

③当集水设备装满是，通过下水道排水。

《系统的设计》教学设计 第2篇

写这篇文章的直接诱因是今天下午那个巨崩溃的淘宝注册体验（注意，我说的是给我的体验巨差，没有说用户体验！）。电子商务产品的设计中，我们会最频繁的面对的一个模块就是EDM，在这个过程中积累了一些想法，一并记录下来。

系统邮件可以简单分为2类：提醒类(注册提醒、订阅提醒、生日或节日提醒)、EDM(电子邮件营销)。

一、作为提醒类的系统邮件，我个人觉得比较简单，只要把握住：简洁、直接2个要素就足够了。提醒类邮件不需要花哨的修饰，不需要夸张的表达，因为对用户而言他唯一需要的就是知晓邮件的内容同时点击那个他需要的链接就足够了，建议使用文本形式制作。

>>对于发信人：表明身份即可，可以直接使用网站名称。如：Twitter、Flickr Mail

>>对于标题：表明邮件的来处+需要处理的信息类型就足够了。如：kentzhu is now following you on twitter！

>>对于邮件头部：需要有一个固定的头部，一般直接使用网站的LOGO就够了。当然，也看到部分EDM放的是LOGO+网站导航。建议不放，因为提醒邮件的作用在于让用户快速的完成任务，不是推广，区别与EDM邮件。

>>对于邮件内容需要注意：

1)千万不要使用图片！这点我觉得是跟网页设计最大的区别，网页上设计师都会使用大且带颜色的按钮来吸引用户的视觉注意，但是在邮件设计中恰恰是个巨大的错误！因为，几乎所有的邮件系统在接受邮件的时候都默认不加载图片的。所以，在邮件中最有力的吸引视觉的手法是文字！比如，淘宝的注册提醒邮件，使用了2个巨大的登录按钮，但是，默认的时候图片被屏蔽，于是整个邮件一片空白….

2)链接地址千万使用明文的！目前主流的提醒邮件链接是一个文字链同时附加一个明文链接地址的做法，也是可以的。因为有的邮件系统可能会过滤文字超链接，所以设置成超链接和明文链接的地址一致的做法可以避免这一点。

3) 如果，你真的要使用图片，那么，请在这个图片上加注“Alt”属性。这样即使图片被屏蔽了也能知道这个图片代表是嘛玩意，

比如，Flickr的提醒邮件在这点上就很棒。

>>对于正文：请千万简洁，表述一下这个是什么动作，用户该怎么做就OK了，其他的嗦的不要！因为在这个模块里，用户的目标任务是单一的，你需要的是用更单纯的页面来让用户快速的完成这个任务，这就OK了。

>>其他：如果可以请告诉用户如何退订类似的邮件(别学流氓卓越亚马逊！)；可以善意的告诉用户请勿直接回复该邮件。

二、EDM邮件对用户而言，用户可能会更关注其内容的丰富性和视觉效果。因此EDM邮件必然无法纯文字，且EDM邮件的主要目的是吸引用户去网站乃至与去购买，所以会更复杂一些。

>>对于标题：务必吸引人。但是前提是要表述清楚内容同时不要过长。

>>对于页面的宽度：建议控制在650px以下。个人比较倾向于使用650px，因为这个宽度不管是对于2栏还是3栏的设计都比较容易布局(刨除10px的间隙，然后再整除一下，很明显这个数字比较容易搞定)。

>>对于页面内容：因为使用图片无可避免，但是，重要的内容请务必使用文字，哪怕是使用了图片也务必给出文字标识！这点上有啊的EDM做的很棒，有啊的EDM页头是LOGO+主导航的模式，LOGO使用了Alt属性，同时主导航是直接实用的文字链接的形式。这样就算整个邮件图片被屏蔽了重要的信息还是可以显示出来。

>>对于图片的使用：建议给每个图片一个固定的宽度和高度及Alt属性标识，同时，注意不要使用背景图片。

>>对于引导：一般的EDM都会在web端留一个源地址，所以，请在你的EDM的明显位置给出一个超链接，“如果图片无法显示请点击这里查看”，这样就算被屏蔽了也能引导部分用户。

>>关于一致性：如果您会定期发送EDM(这句好似废话啊)，请注意使用统一的风格，主要是页头和页尾的风格统一。如果，你是有期刊号的请将期刊号和时间也一并加入！

>>关于提醒：请将如何退订、如何联系等必要的内容不吝的放在页面的底部，做个彬彬有礼的推广者。同时，如果您愿意提供退订按钮，请务必试着实现一键退订….

>>一些补充：系统邮件的制作应该随时注意按照邮件的玩法来走，打开速度要快；页面不要过长，建议在2屏内。关于具体内的排版与设计且听下回分解。

奉上有啊EDM一枚(故意屏蔽图片)

《系统的设计》教学设计 第3篇

关键词：城市导向系统设计,火车站导向系统设计

随着现代城市的规模日益扩大, 作为一个城市的交通枢纽和对外窗口——火车站, 其导向系统也成为衡量该城市文明程度的标准之一[1]。目前国内火车站导向系统还处于研究阶段, 但国内外发达国家、地区包括公共交通导向、市政导向系统在内的一些城市导向系统已趋于成熟, 笔者拟从视觉、听觉两方面来分析国内外优秀的城市导向设计, 力求寻找对火车站导向系统设计的相关启发。

一、城市导向系统设计在视觉上对火车站导向系统设计的启示

1. 减少或杜绝火车站导向系统环境的视觉污染

韩国的机场与地铁导向系统设计便完全杜绝了视觉污染对导向系统功能的不利影响。错综复杂的地铁内部空间没有粗制滥造、色彩夺目的小广告、商业灯箱广告及商铺招牌, 整洁的墙面、地面乃至整体地下空间只为导向系统提供应用权。在异国他乡的情况下, 进入到一个如此纯粹的、没有视觉污染的空间中, 即使人流涌动、语言不通, 也能够降低情绪上的焦躁与不安感, 在清晰的、没有干扰的导向系统指引下做到出行自如。而视觉污染在国内公共领域内是普遍存在的现象, 更是很难想象国内火车站导向系统中没有广告的导向环境是怎样的一个理想状态。一旦减少或杜绝种种粗制滥造、色彩夺目的小广告, 无论是火车站的卫生管理、旅客出行的舒适度还是现有导向设施的优先地位都将得到很大程度上的提高。

2. 火车站导向系统中重复指示及导向信息的完整性应用

如韩国某地铁站中对于厕所的指示给出了一个方向与距离的大体信息, 又在间隔大约15米处进行了重复指示并标出更为具体的位置。通过此类连续有间隔的特别是转角处的标示牌指示, 旅客能够顺畅的到达目的地, 减少了因标示的缺少而在中途再一次找寻的行为。

3. 火车站导向系统设计中色彩的大胆应用

国外的经典案例如1968年墨西哥城第十九届奥运会, 设计者用七种彩虹色来标明墨西哥城的七条主要道路, 通过色彩方便地引导国外旅客[4]。国内的案例如广州地铁在线路导向设计上采用了颜色区别法[5], 通过导向系统的颜色信息, 旅客能够一眼辨认出每条线路并快捷地知道自己所处位置、线路等, 从而减少滞留时间, 很大程度上提高了地铁运营的安全与效率。

4. 火车站导向系统中站外导向系统的延伸设计

在香港马路上随处可见的路标指示牌, 上面非常详细具体地指明了公交车站、街道、重要建筑物及旅游景区的方向、位置、多少分钟可到达。每个路口处也有一个小小的简单的塑封卡片提示此路可以到达的街道、建筑物和主要机构[6]。但在国内少有如此详细的路标指示, 特别是火车站出站后, 站内站外的导向系统理念, 将设计重点放在真正对社会有意义的新层面上, 以一种对社会对环境负责任的态度去设计更为简洁、长久的产品。一种优秀的工业设计产品, 必须利用科学技术, 使产品转化为现代化的以人为本、以自然为本的生活产品, 转化为有生命、有灵魂、有文化的生活产品。这也体现了道家思想中“无为而治”所表达的“以生灵为本”、”以自然为本”的设计理念。

总之, 道家文化的“道法自然, 无为而治, 万物负阴而抱阳, 冲气以为和”的哲学思想, 在现代工业设计中得到了进一步的传承和发展。今天所倡导人性化设计、和谐化设计、绿色设计通常产生断裂现象, 站内的导向较少延伸至站外, 造成旅客出站后一片茫然, 不知去哪里乘坐出租或公交。

5. 火车站导向系统中优先传达其功能性, 文化传达位居其次

日本京都火车站的站内大厅[7], 高大的金属构架显示出未来派的建筑模样。在这个繁华异常的都会中, 一个游客要想办的事情, 几乎全都可以在京都火车站里实现, 但车站冷峻的外形却与与整个古都风貌格格不入。国内的火车站导向系统也应当如京都火车站的建筑般, 首先为受众提供一个纯粹的环境——首要突出其功能性。

二、城市导向系统设计在听觉上对火车站导向系统设计的启示

城市导向系统里声音的导向作用往往是系统设计中的盲点, 实际上一旦声音导向与视觉导向系统相结合, 可以达到很好的指示效果。

1. 火车站导向系统中站台入车的语音导向

由于目前国内火车车厢较长而车厢号码很小, 旅客看不清楚车厢的排列次序, 通常要拖着行李跑两个车厢才弄清楚自己的车厢在哪个方向, 从而经常在站台入车的时刻出现非常混乱的局面, 降低效率的同时还存在着巨大的安全隐患。因为火车在站台上的停车点并不固定, 便需要车站员工进行人工语音导向提示来疏导人群。

2. 火车站导向系统中站台出车的语音导向

通常国内火车在到达中途站台时只打开车厢两个门中的一个, 并且很少事先提示开哪边的门, 因而时常发生下车旅客聚集在一个车厢门口而实际打开的却是另一个门的情况。因此在下车前, 旅客基本处于盲从、焦虑的状态。设计者便需要注重在此处进行语音导向, 借鉴日本的电车语音提示设计, 提前对下车旅客进行语音提示, 提高工作质量与效率。

综上所述, 通过对国内外城市导向系统设计经典案例的分析, 可以得出城市导向系统设计在视觉及听觉上对火车站导向系统设计的相关启示, 以期不断改善、发展国内现有的火车站导向系统, 进一步提升火车站的服务水平与运营效率。

参考文献

[1][8]刘传军, 毛颖.“感觉”日本的城市导向设计, [J].

[2][3]李菁菁.为何国外的导向标识看上去很有系统, [J].

[4]宋季蓉, 陈岩, 臧慧.对城市视觉文化中的导向系统的初探, [J].

[5]唐亚琳.广州市轨道交通旅客导向系统研究, [G], 广州市地下铁道设计研究院。

[6]孙璐.爱上香港的路标, [J].

论环境系统设计中的标识系统设计 第4篇

关键词：标识标识系统环境艺术设计

长期以来，景观设计规划师忽略了标识系统的重要性，将环境规划的标志指示系统交由平面设计师独立完成。这造成了整个标志系统的设计应用与环境景观大环境的设计理念相互脱节。标识指示系统在环境景观系统中占有举足轻重的位置，它是联系环境景观系统中各个景观元素的重要纽带。

随着物质生活水平的不断提高，人们潜在的心理需求日益觉醒，面对越来越复杂的人文环境，需要规划者和设计者以全新的视角来看待周围迅速发展、变化着的种种现象。由于图像技术的发展，“标识”已成为生活环境不可缺少的部分，如机场、车站、地铁站的各种交通指示标识系统。其实它们已成为人类与现实社会的一种接触方式。当人们到医院就诊，利用它们以便快速寻找目标，尽早完成繁琐的寻找程序，同时设计到位的指示牌也能折射出医院的安全、卫生和亲切感。可以说，标识指示系统描述了一个新的价值观一它不仅是物质产品生产的一项实用技术，还需要说明怎样去使用这些产品。

标识指示系统

标志是狭义的符号，有时称为标识、标记、记号等。它以精练的形象代表或指称某一事物，表达一定的涵义，传达特定的信息。相对文字符号，标志表现为一种图形符号，具有更直观、更直接的信息传达作用。

标识是以特定而明确的图形、文字、色彩等来表示、象征事物，同时表达出事物对象等抽象的精神内容。标识不仅是作为事物存在的单存性指示作用，还包括了目的、性质、特征、主张、精神等的总体表现；同时标识特定而明确的造型，将信息快速、准确地传播给社会大众与社会组织。

标识指示系统这一概念的提出，应该源自上世纪初产生和发展于欧美国家的CI设计，直至60年代，这一设计领域实际涉及范围还只是商品生产的厂家或企业。随着环境艺术设计的观念和专业名称在国际上的一致认可，人们越来越习惯把自身活动的领域从系统的观点和角度来把握和创造，也逐渐认识到，环境设计这项系统工程也需要引入标识系统的概念，以便更有效地发挥环境的作用。因此，环境标识系统的设计便应运而生。

环境系统设计

环境设计的概念，从宏观上看它涉及整个人居环境的系统规划，在某一区域方面则关系到人们生活与工作的不同场所的营造。而人们的活动是复杂的，人们的需求又是多种多样的，因此，环境设计也是多学科的，具有复杂性、多层次性和统一的协调性。

人类生存生活的环境，是与地貌、人种、文脉、生态有着千丝万缕联系的社会生活场景。这一环境的艺术处理自始至终牵扯到人类设计的灵魂。环境艺术的体系是一个庞大的系统工程，若将人设置在这一体系的中心坐标，现代意义来讲，环境系统设计包含城市规划、建筑艺术、园林艺术、公共艺术、城市雕塑和壁画，以及人们生活工作的内部空间环境，即室内环境。环境系统就是包含以上各类艺术的整合体，它包容了人类生活的空间和范围，是人类改变生存方式的根本性标志之一。

环境系统设计中的标识设计

多年以来，标志一直担任公共空间里的重要角色。来自民间的平面艺术，在提供动线、识别、规定等重要资讯之余，也为周围环境增添了丰富的光彩。

长期以来，在环境景观规划过程中，标志设计以及指示系统的设计都是由视觉传达设计师来完成，整个设计过程与环境景观系统规划过程基本分离，造成了标识设计与环境景观设计的严重脱节。一个完整的指示系统应该是CI的一部分，尽管指示系统有区别性，但在表现形式上，各层次之间应具有广泛的统一性。具体表现为企业理念与视觉传达的协调性，载体之间应用材料与造型的统一性，载体颜色与企业CI的一致性，产品尺度上的呼应性。标志指示系统的设计也要考虑到景观设计的风格理念，分析设计中的自然环境与人文建筑对于整个指示系统的影响。在统一的设计风格中寻求变化，以注重指示系统的功能指向性为主，过分突出的单体载体会破坏景观的全局效果，导致整个指示系统的单调性。

系统性的标识指示系统给人们提供了最佳的生活体验

景观标识作为构成城市空间环境的重要元素之一，是随着城市的发展，符号、标识在我们这个日益复杂的信息时代的城市体系中发挥着越来越重要的作用时出现的。它是城市发展的产物，是由二维或三维的、运用多种材料构成的实体构筑和传递信息内容所构成。作为城市的标识设施除了起着必要的实用功能外，同时又是作为景观小品的形式存在，有着审美功能。它既是城市设计的重要内容，又是构成城市空间环境的景观构筑。虽然它以微观形式出现，但却有着不可替代的重要地位和代表性，代表着一个城市的文明程度、社会的开放程度以及历史文脉和人们对城市的整体印象等。

参考文献：

[1](美)韦恩·亨特，环境景观识别设计，大连：大连理工大学出版社，2003。

[2](美)盖尔·芬克，公共环境标识设计，合肥：安徽科学技术出版社，2003。

[3](日)太田幸夫，坂野长美编译，刘云俊译，景观标识，大连：大连理工大学出版社，辽宁科学技术出版社，2001。

[4]张雪，后现代标志设计，广州：岭南美术出版社，2003。

[5]苏克，新概念标志设计，北京：中国纺织出版社，2003。

[6]杨志疆，当代艺术视野中的建筑，南京：东南大学出版社，2003。

[7](美)约翰·西蒙兹著，俞孔坚，王志芳，孙鹏译，景观设计学－场地规划与设计手册，北京：中国建筑工业出版社，2000。

[8](美)凯瑟林·费希尔，新简约设计，上海：上海人民出版社，2001。

[9]夫龙工作室，现代设计家创意图典，北京：中国青年出版社，1994。

《系统的设计》教学设计 第5篇

一、教材分析

本是苏教版《技术与设计2》第三章第三节第二时的内容。本节内容是前三节（系统的结构、系统的分析、系统的设计）内容的延伸和综合。系统设计是研究和认识系统的目的，本节教学内容紧紧围绕系统的设计展开，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、优化。本节内容也是后面第四单元《控制与设计》的基础。

二、学情分析：

通过前面三节知识的学习，学生对系统的结构、系统的分析、系统的设计有了初步的了解，对系统设计应考虑的问题和简单系统的设计步骤有了一定的了解，但是他们对设计一个完整的系统还缺乏信心，部分学生对系统的知识掌握还不够，一定程度上对系统的设计综合实践造成障碍。但是学生的整体基础相对教好，小组合作学习、探究学习、自主学习的学习方式比较习惯，合作学习的方式对缓解压力与畏难情趣有一定的帮助。

学生来自不同地区，因此在材料的选择上充分考虑到这个因素。

三、教学目标

知识与技能：掌握系统设计应考虑的主要因素及系统设计的一般过程，掌握系统设计的基本技能，提高实践能力。

过程与方法：亲历系统设计实践，初步掌握系统设计的基本方法。

情感态度价值观：通过系统设计的实践，学会运用系统的思想分析和解决问题的思维方式和能力。

四、教学重点、难点：

重点：根据设计要求完成系统的方案设计，提高实践能力。

难点：系统设计的实践操作，运用系统的思想分析和解决问题的思维方式和能力。

五、教学与学法

教法：根据学情和教学目标本节主要采用：讨论法、任务驱动法等教学方法。

学法：考虑到部分学生对本知识存在一定的畏难情趣和部分乡村学生对教师所给材料可能没有现实的生活经历等因素，本主要采取：小组合作讨论学习、探究学习、观察学习等学习方法。

六、教学资源

剪刀、硬纸板、白纸、胶水、钢尺、小刀、铅笔、轮子等。

七、教学过程 教学环节 教学过程 设计意图 旧知回顾 新导入

设问：

1、系统的设计主要考虑哪些问题？

2、系统设计的一般步骤？

生：短暂回顾，给出答案。

旧知回顾，扫清部分学生知识障碍，间接的帮助学生树立信心。

新

教 学

一、提供材料、系统实践内容分析

师：提供材料（海口市公交系统的相关文字资料、图片资料、视频资料）。并提出问题：

1、结合所给材料谈谈海口市公交系统中主要包含哪些要素？

学生思考回答，教师点评

2、根据所给材料你们发现海口市公交系统中存在哪些不足？

学生思考、自由发言

教师总结、点评

3、结合你们的生活实际你们认为海口市公交系统还存在哪些不足？

学生自由讨论、自由发言

教师归纳、总结，补充个人观点。

二、合理分组、分任务，系统设计实施

根据海口市公交系统中部分要素存在的问题和学情有针对性地进行分组，分配各组的任务。

第一组：公交车线路图设计

第二组：公交车车站设计

第三组：公交车报站内容设计

第四组：公交车座椅设计（模型制作）

第五组：公交车车厢设计（模型制作）

第六组：车厢文化设计

学生结合自己分到的任务、利用现有的材料进行设计实践。

教师引导、答疑

三、设计成果的评价、优化

分别对学生的设计成果进行三维评价即自评、互评、师评。

将作品中存在的不足做必要的修改。

四、成果融合、二次优化

将各小组设计的成果进行组合成为一个完整的公交车系统，达到系统设计的目的。然后进行优化评选出最优的公交车系统改进方案。

信息刺激、激发灵感 考虑不同学情需要

问题设计由浅入深，缓解学生对系统设计的畏难情绪，分散压力。同时根据不同学生的回答，进一步掌握学情，为后面有针对性的分组学习作铺垫。

联系生活实际自由发挥、激发灵感、活跃堂气氛。

因材施教，同时将复杂的问题分开解决，划难为易。培养学生的不同技能。

亲历实践过程，体验创造的快乐。

及时解决实践中存在的问题，合理引导。

积极参与、学会评价与欣赏。

发现问题，并及时修改、完善。

体验合作学习的快乐与成功的喜悦。学会运用系统的思想去分析和解决实际问题。

堂小结

布置作业

结合学生的集体设计成果进行小结。

作业：针对我们的改进方案进行社会实践活动，调查改进方案在社会中的可行性。

知识巩固、升华。

将所学知识应用于实践，让学生走出堂，体验生活。

八、教学反思

堂教学的目标之一是教学的有效性，那么怎样的教学才算有效的教学呢？我想学生对知识的融会贯通也许是有效教学成功的一个外在表现形式，因此本是在学生了解简单系统设计的基本原则和方法后进行有针对性的系统设计综合实践。

设计材料选择学生熟悉的公交车系统，这样更贴近学生生活实际，更容易激发学生的参与热情。可以将抽象的系统设计理论知识通过对问题的发现与求解过程进行有效的渗透，达到缓解压力、化难为易、启迪心智的目的。同时将学生有选择性的分组进行对系统的不同要素进行分析与改进，这样做的目的是合理分散、各个击破，同时力求做到任务与学生的合理搭配，不盲目的将问题强加于学生。学生的实践方式多种多样，有创意设计、有模型设计、有平面设计等。

然后再将学生的改进方案进行三维评价（自评、互评、师评），将看似零散的方案进行有机的整合，形成最终的公交车系统改进方案，最后产生集体智慧的成果——公交系统模型。这样做起到柳暗花明、豁然开朗的效果，让学生进一步领会系统的魅力，同时树立了自信心和成功的喜悦、体验合作学习的快乐。

《系统的设计》教学设计 第6篇

一、概述

（1）PLC简介„„„„„„„„„„„„„„„„„第3页（2）可编程控制器的发展„„„„„„„„„„„„第3页（3）可编程序控制器的基本结构及工作原理„„„„第4页（4）设计课题简介„„„„„„„„„„„„„„„第4页

二、设计任务和要求„„„„„„„„„„„„„„„第5页

三、设计方案说明„„„„„„„„„„„„„„„„第7页

四、电气控制系统的主电路设计„„„„„„„„„„第8页

五、PLC控制器的选择及编程元件的地址分配„„„„第10页

六、PLC控制程序设计

（1）I/O接线图设计„„„„„„„„„„„„„„第12页

（2）功能图表„„„„„„„„„„„„„„„„„第12页

（3）梯形图设计„„„„„„„„„„„„„„„„第13页

（4）指令表„„„„„„„„„„„„„„„„„„第16页

七、程序调试方式及过程说明„„„„„„„„„„„第20页

八、设计中的心得体会„„„„„„„„„„„„„„第21页

九、参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„第22页

1、PLC简介

可编程序控制器，英文称Programmable Controller，简称PC。但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。

2、可编程控制器的发展

1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年美国数字公司研制出了第一代可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有第五代PLC产品了。在以改变几何形状和机械性能为特征的制造工业和以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征的过程工业中，除了以连续量为主的反馈控制外，特别在制造工业中存在了大量的开关量为主的开环的顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作号按照时序动作;另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制;以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的—离散量的数据采集监视。由于这些控制和监视的要求，所以PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。

3、可编程序控制器的基本结构及工作原理

PLC种类繁多，但其组成结构和工作原理基本相同。用可编程序控制器实施控制，其实质是按一定算法进行输入输出变换，并将这个变换予以物理实现，应用于工业现场。PLC专为工业现场应用而设计，采用了典型的计算机结构，它主要是由CPU、电

PLC的结构框图如图1.1所示。

4、课题研究意义

而随着社会的进步和发展，医疗水平的不断提高，现代医院护理需要简易及时地获知并处理病人的突发病况，实现患者在住院的任意时间可请求医生或护士进行诊断或护理。基于PLC设计的医院病床呼叫系统是患者向值班医生或护士发出紧急呼叫的工具,能及时、准确、可靠地实现病房呼叫管理，避免了人工呼叫的不便与效果差等缺点，它是现代医院提高医院和病室护理水平必不可少的设备。

有了病床呼叫控制系统，医院的护理工作变得更加方便全面，不用再为值班医生和护士未能及时发现突发病况而烦恼。基于可编程控制器PLC设计的病床呼叫系统可以及时、准确、可靠地实现病房呼叫管理,具有良好的应用前景。

5、课程设计的性质和意义

本次课程设计教学的主要任务是在学生学完《PLC原理与实践》理论课程后，进行的实践教学。通过课程设计一方面可验证所学的基本理论知识，同时培养同学们的基本操作技能与与设计能力，是的课堂上所学的理论知识在实践中灵活运用。

二、设计任务和要求

1、总体要求：

学生要按课程设计任务书内容要求执行，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行病床呼叫系统运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。）设计原则

① 最大限度的满足机械电气设备或生产过程的控制要求； ② 在满足控制要求的情况下，力求使控制系统简单、经济； ③ 保证控制系统的安全可靠；

④ 考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应当留有余地。2）设计内容

① 拟定控制系统设计的技术要求；

② 选择电气传动形式和电动机、电磁阀等执行元件；

③ 选定PLC型号；

④ 编制PLC的输入/输出端子接线图；

⑤ 根据系统设计的要求编写软件规格说明书，然后在用相应的编程语言进行程序设计；

⑥ 设计操作台、电气柜及非标准电器元件；

⑦ 编写设计说明书和使用说明书。3）设计步骤

① 深入了解和分析被控制对象的工艺条件及控制要求；

② 选择适合的的PLC类型；

③ 分配I/O点；

④ 设计控制系统梯形图；

⑤ 输入并调试程序。

2、具体任务要求： 1）设计课题 病床呼叫系统 2）控制要求

① 共有3个病房，每间病房2个床位。每一病床床头均有紧急呼叫按钮及重置按钮，以利病人不适时紧急呼叫；

② 设每一层楼有一护士站，每一护士站均有该层楼病人紧急呼叫与处 理完毕的重置按钮；

③ 每一病床床头均有一紧急指示灯，一旦病人按下紧急呼叫按钮且未

在5s内按下重置按钮时，该病床床头紧急指示灯动作且病房门口紧急指示灯闪烁，④ 在护士站的病房紧急呼叫中心，每一病房都有编号，用指示灯显示 哪一病房先按下病人紧急呼叫按钮，并要具有优先级判别的能力；

⑤ 一旦护士看见护士站紧急呼叫闪烁灯后，须先按下护士处理按钮以取消闪烁情况，再依病房紧急呼叫顺序处理病房紧急事故，若事故处理妥当后，病房紧急闪烁指示灯和病床上的紧急指示灯方灯被重置。

三、设计方案说明

通过对病床呼叫系统的PLC控制的设计任务和控制要求进行分析，可以初步得出设计方案：该病床呼叫系统由从机、主机等两部分组成。从机(呼叫源)即病床按钮，主机包括PLC 及指示灯报警系统。呼叫源每张病床配备一个，呼叫源一般放在病床床头。患者有呼叫请求时，按下手持式按钮向护士站呼叫。主机中PLC 工作方式为循环扫描方式，在系统程序控制下，PLC 顺序读入输入端口各呼叫源的状态, 并且不断地循环扫描。一旦有呼叫按钮按下且未在5秒内按下重置按钮，PLC 立即响应, 通过设置的程序实现对系统的控制：点亮床头指示灯和护士站报警指示灯，并通过报警指示灯指出病房号；同时，病房门口报警指示灯也被点亮。并通过互锁实现优先级别判断的能力（即只有在护士处理完首先呼叫的病床后进行按钮置位后，其他病床方可继续呼叫，以实现优先级）。主机监控系统响应后，将出现相应的光报警指示，以便提示医护人员尽快赶到现场。此外，系统采用主从结构形式后，主机中的PLC 还可以通过网线与计算机相接，将多个护士站联网构成病房监护管理中心。

因此初步选定如下装置：启动/复位开关9个（病床6个、护士站3个）、停止开关1个、指示灯12个（病床6个、病房门口3个、护士站3个），并带有计时功能；设计要求PLC控制器为10入/12出，可以选用SIMATIC-S7-200系列的CPU224和一个EM222扩展模块。通过互锁实现优先级别判断的能力。

四、电气控制系统的主电路设计

1、开关、继电器、计数器分配 停止按钮(I0.0)1号房1号床开关——I0.1 1号房2号床开关——I0.2 2号房1号床开关——I0.3 2号房2号床开关——I0.4 3号房1号床开关——I0.5 3号房2号床开关——I0.6 1号房开关——I0.7 护士站对应2号房开关——I1.0 护士站对应3号房开关——I1.1 1号房门口指示灯继电器——Q0.0 1号房1号床指示灯继电器——Q0.1 1号房2号床指示灯继电器——Q0.2 2号房门口指示灯继电器——Q0.3 2号房1号床指示灯继电器——Q0.4 2号房2号床指示灯继电器——Q0.5 3号房门口指示灯继电器——Q0.6 3号房1号床指示灯继电器——Q0.7 3号房2号床指示灯继电器——Q1.0 护士站对应1号房指示灯继电器——Q1.1 护士站对应2号房指示灯继电器——Q1.2 护士站对应3号房指示灯继电器——Q1.3 1号房1号床计时器——T101 1号房1号床计时器——T102 1号房1号床计时器——T103 1号房1号床计时器——T104 1号房1号床计时器——T105 1号房1号床计时器——T106

2、电路设计图如下

五、PLC控制器的选择及编程元件的地址分配

1、PLC控制器的选择

SIMATIC S7-200系列是西门子公司的可编程控制器，这一系列产品可以满足多种多样的自动化控制要求，由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200 PLC可以满足小规模的控制要求。此外，丰富的CPU类型和电压等级使其在解决用户的工业自动化问题时，具有很强的是适用性。

1台S7-200 PLC包括一个单独的S7-200 CPU，或者带有各种各样的可选扩展模块。S7-200 CPU模块包括一个中央处理单元（CPU）、电源以及数字量I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。CPU负责执行程序和存储数据，以便对工业自动化控制任务或过程进行控制；输入和输出是系统的控制点：输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则控制泵、电机、以及控也过程中的其他设备；电源向CPU 及其所连接的任何设备提供电力；通讯端口允许将S7-200 CPU同编程器或其他一些设备连起来；状态信号灯显示了CPU 的工作模式（运行或停止），本机I/O的当前状态，以及检查出来的系统错误；通过扩展模块可提供其通讯性能；通过扩展模块可增加CPU的I/O点数（CPU 221不扩展）；一些CPU有内置的实时时钟，或添加实时时钟卡；EEPROM卡可以存储CPU程序，也可以将一个CPU中的程序送到另一个CPU中；通过可选的插入式电池盒可延长RAM中的数据存储时间；最大I/O配置。

通过对病床呼叫系统的PLC控制的设计任务和控制要求进行分析，确定的设计方 PLC控制器为10入/12出，考虑到要留有一些可扩展的单元，故可以选用SIMATIC-S7-200系列的CPU224和一个EM222扩展模块。

2、编程元件的地址分配 ① 输入信号

停止按钮开关SB0——I0.0 1号房1号床开关SB1——I0.1 1号房2号床开关SB2——I0.2 2号房1号床开关SB3——I0.3 2号房2号床开关SB4——I0.4 3号房1号床开关SB5——I0.5 3号房2号床开关SB6——I0.6 护士站对应1号房开关SB7——I0.7 护士站对应2号房开关SB8——I1.0 护士站对应3号房开关SB9——I0.1 ② 输出信号

1号房门口指示灯继电器KM0——Q0.0 1号房1号床指示灯继电器KM1——Q0.1 1号房2号床指示灯继电器KM2——Q0.2 2号房门口指示灯继电器KM3——Q0.3 2号房1号床指示灯继电器KM4——Q0.4 2号房2号床指示灯继电器KM5——Q0.5 3号房门口指示灯继电器KM6——Q0.6 3号房1号床指示灯继电器KM7——Q0.7 3号房2号床指示灯继电器KM8——Q1.0 护士站对应1号房指示灯继电器KM9——Q1.1 护士站对应2号房指示灯继电器 KM10——Q1.2 护士站对应3号房指示灯继电器KM11——Q1.3 ③ 内存变量

1号房1号床计时器——T101 1号房1号床计时器——T102 1号房1号床计时器——T103 1号房1号床计时器——T104 1号房1号床计时器——T105 1号房1号床计时器——T106

PLC控制程序设计

1、I/O接线图设计

2、功能表图

、梯形图设计

4、指令表

NETWORK 1（网络1）LD I0.1 AN I0.0 TON T101, +50 NETWORK 2（网络2）LD T101 LPS AN Q0.3 AN Q0.6 = Q0.0 LPP AN Q0.2 = Q0.1 NETWORK 3（网络3）

AN I0.0 TON T102, +50 NETWORK 4（网络4）LD T102 LPS AN Q0.3 AN Q0.6 = Q0.0 LPP AN Q0.1 = Q0.2 NETWORK 5（网络5）LD T101 O T102 AN I1.0 AN I1.1 = Q1.1 NETWORK 6（网络6）LD I0.3 AN I1.1 TON T103, +50 NETWORK 7（网络7）LD T103 LPS AN Q0.0 AN Q0.6 = Q0.3 LPP AN Q0.5 NETWORK 8（网络8）LD I0.4 AN I0.0 TON T104, +50 NETWORK 9（网络9）LD T104 LPS AN Q0.0 AN Q0.6 = Q0.3 LPP AN Q0.4 = Q0.5 NETWORK 10（网络10）LD T103 O T104 AN I0.7 AN I1.1 = Q1.2 NETWORK 11（网络11）LD I0.5 AN I0.0 TON T105, +50 NETWORK 12（网络12）LD T105 LPS AN Q0.0 AN Q0.3 = Q0.6 AN Q1.0 = Q0.7 NETWORK 13（网络13）LD I0.6 AN I0.0 TON T106, +50 NETWORK 14（网络14）LD T106 LPS AN Q0.0 AN Q0.3 = Q0.6 LPP AN Q0.7 = Q1.0 NETWORK 15（网络15）LD T105 O T106 AN Q1.1 AN Q1.2 = Q1.3

七、程序调试方式及过程说明

运用STEP 7-MicroWIN V3.1(西门子S7-200编程软件)编写的梯形图程序，并注意选择对应的PLC型号（CPU224）。编译无错误后使用引出命令将梯形图程序存成后缀为.awl格式的可执行程序文件并保存在你设定的文件夹中（如bchjxt.awl）。

打开西门子s7-200仿真程序汉化版，输入密码，设定PLC的CPU型号为CPU224，打开“程序”使用“装载程序”命令将bchjxt.awl程序文件载入仿真程序软件中，点击命令“切换到运行状态”，打开“查看“使用”内存监视“命令输入你所要观察

通过对仿真程序中指示灯的运行状态的观察来检验程序是否准确，并对错误部分进行修改，完成程序。

在程序运行过程中可以配合秒表，手表等器材大概的估计时间的准确性，并实时的对错误的程序段进行标记，以方便后面的修正工作。最好有两个人分工协作对程序校验，以免一个人分心做不同的事而造成不必要的错误。

八、设计心得体会

在郭老师的指导和自己花了一个多星期时间的努力下，终于把这次的课程设计顺利完成了。这次病床呼叫系统的设计是在我们学完《PLC原理与实践》理论课程后，进行的一项可编程控制器相关知识综合应用的实践训练。

课程设计的过程中，我加深了对PLC理论知识、梯形图、指令表、外部接线图的理解；学会了西门子编程软件及PLC控制仿真软件的使用，在不断的调试各自的程序中，发现了很多存在的问题并进行研究解决。在课程设计之初，刚拿到课题和任务书的我感到无从下手，后来经过自己对课程理论知识的进一步复习及查阅相关资料，同时得到了郭老师的细心指导和同学们的热情帮助，才较顺利的完成了此次的课程设计。

总的来说，这次关于病床呼叫系统的课程设计整个过程自己收获较大。通过本次课程设计，首先我不仅复习、巩固和验证了自己所学的PLC相关理论知识，而且也初步培养了自己在PLC相关课程设计的基本操作技能与设计能力以及将课堂上所学的理论知识运用于实践中；其次设计过程中所遇到的问题，让自己清楚认识到前期自己所学的知识没理解、掌握的还不是非常牢固，警示了自己今后要加强理论知识的学习；再者让我学会了如何更好的和老师、同学交流、探讨问题，共同学习，相互帮助；最后也是最重要的，这次课程设计让我学会了较基本的设计思路及设计理念，更好的培养了自己认真思考问题、分析问题、思索问题全面性等能力以及对待事情认真、耐心、细致的学习态度。

九、参考文献

《系统的设计》教学设计 第7篇

(二)人防工程下列部位应设置机械排烟设施:

1.建筑面积大于50 m2,且经常有人停留或可燃物较多的房间、大厅和丙、丁类生产车间;

2.总长度大于20m的疏散走道;

《系统的设计》教学设计 第8篇

1 称重系统的硬件设计

1.1 电源电路设计

根据设计需要, 本系统中需要设计两种不同级别的电源, 即传感器需要+12V的电源, 而系统其他芯片使用的是+5V电源。考虑本次设计的实际要求, 为使系统稳定工作, 提高产品的性价比, 电源电路的设计决定采用如下方案:

220V的交流电经过变压器后输出15V的电压, 经整流滤波电路后, 通过7812和LM7905进行DC/DC变换得到+12V和+5V、-5V供传感器和系统的其他芯片使用。在变压器的原边加入熔断保护装置和MFC网络, 使得系统获得的电源更稳定, 效果更好, 且电路短路时, 熔断装置会迅速切断电源, 保护其他电路元件不被损坏。

1.2 数据采集部分电路设计

1.2.1 传感器外围以及放大电路设计

传感器实际上是一种将质量信号转变为可测量的电信号输出的装置。使用传感器首先要考虑传感器所处的实际工作环境, 这对正确使用传感器至关重要, 它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命, 乃至整个衡器的可靠性和安全性。因此传感器外围电路的抗干扰能力是数据采集部分电路设计的关键环节。

传感器检测电路的功能是把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出, 由于惠斯登电桥具有很多优点, 如可以抑制温度变化的影响, 抑制侧向力干扰, 比较方便地解决称重传感器的补偿问题等, 又因为全桥式等臂电桥的灵敏度最高, 各臂参数一致, 各种干扰的影响容易相互抵消, 所以本设计选用的最终方案是上海开沐自动化有限公司生产的NS-TH1系列称重传感器, 额定载荷20Kg, 该称重传感器采用全桥式等臂电桥。

由于传感器输出的电压信号很小, 是m V级的电压信号, 因此为了提高系统的抗干扰能力, 在传感器外围电路的设计过程中增加了由普通运放设计的差动放大器增益调节电阻Rg选用10K电阻, 是为了满足系统抗干扰的要求而设计。

这是一个电阻应变片式称重传感器, 将电阻应变片贴在金属的弹性体 (即力敏感器) 上, 并连接成一差动全桥电路。电阻应变片实心轴沿轴向线应变为:

实心轴沿圆周向线应变为:

金属材料的电阻相对变化公式为:

把 (1) 、 (2) 代入 (3) 可以得到其输出电压为:

其中F为压力 (即重物重量) A为受力面积E为弹性材料的弹性模量。如果在电阻的两侧都加入应变片, 则其输出为

SP20C-G501的输出电压为1-5V, 相应压力为1-50KPa。供电电流变动会直接影响传感器的输出电压, 因此希望电流变动要小。此外, 增大或减小驱动电流可调整输出电压, 但电流过小, 输出电压降低同时抗噪声能力减弱;电流过大, 会使传感器发热等, 将对传感器特性加大影响。因此在电路中使用1m A的驱动电流。在电路中采用通用运算放大器LM324, 由稳态二极管VS提供2.5V的输出电压经电阻R2和R3分压得到基准电压, 作为运放A1输入电压, 并供给1m A的电流。传感器的驱动电流流过基准电阻R4, 其上的压降等于输入电压。

R13和R 14为失调电压的温度补偿电阻, 阻值选择500k-1.5M。输入采用高输入阻抗的差动输入方式, 再由差动放大器电路进行放大, 输出1-5V的电压。RP2用于调整电路输入的灵敏度, RP1用于失调电压的调整。调整时, 压力为0KPa时输出电压为1V, 调整RP1, 当压力为达到20Kg的力时, 输出电压为5V即可。

而由式 (5) 得三运放放大电路的输出信号与输入信号的关系式为:

通过上式可以看出, 放大系数为

代入数值可以计算出, 其放大系数在70~150之间, 完全符合设计要求。

由 (3-6) 可以得到电桥输入电压U0与被测重量x成正比, 即

式中:Ur——电桥的电源电压

K0——传感器系数

1.2.2 A/D转换芯片与AT89S51单片机接口电路设计

AD574是美国Analog Device公司生产的12位单片A/D转换器。它采用逐次逼近型的A/D转换器, 最大转换时间为25us, 转换精度为0.05%, 所以适合于高精度的快速转换采样系统。由于对AD574 8、10、12引脚的外接电路有不同连接方式, 所以AD574与单片机的接口方案有两种, 一种是单极性接法, 可实现输入信号0~10V或者0~20V之间的转换;另一种为双极性接法, 可实现输入信号-5~+5V或者-10~+10V之间的转换。

根据芯片管脚的原理, 无论启动、转换还是结果输出, 都要保证CE端为高电平, 所以可以将单片机的/RD引脚和/WR端通过与非门与AD574的CE端连接起来。转换结果分高8位、低4位与P0口相连, 分两次读入, 所以12/-8端接地。同时, 为了使CS、A0、R/-C在读取转换结果时保持相应的电平, 可以将来自单片机的控制信号经74LS373锁存后再接入。CPU可采用中断、查询或者程序延时等方式读取AD574的转换结果, 本设计采用中断方式, 则将转换结束状态STS端接到P3.2 (外部中断/INT0) 。其工作过程如下:

(1) 当单片机执行对外部数据存储器的写指令, 并使CE=1, /CS=0, R/-C=0, A0=0时, 进行12位A/D转换启动。

(2) CPU等待STS状态信号送P3.2口, 当STS由高电平变为低电平时, 就表示转换结束。转换结束后, 单片机通过分两次读取外部数据存储器操作, 读取12位的转换结果数据。

(3) 当CE=1, /CS=0, R/-C=1, A0=0时, 读取高8位;当CE=1, /CS=0, R/-C=1, A0=1时, 读取低4位。

1.3 液晶显示电路的设计

内置T6963C控制器的液晶显示模块与计算机的接口时序为Intel8080时序。内置T6963C控制器的液晶显示模块的接口技术有两种:

1.3.1 直接访问方式

直接访问方式是把内置T6963C控制器的液晶显示模块作为存储器或I/O设备直接挂在计算机的总线上。模块的数据线连接在计算机的数据总线上, 片选及寄存器选择信号线由计算机的地址总线提供, 读和写操作由计算机的读写操作信号控制。

1.3.2 间接控制方式

间接控制方式是将内置T6963C控制器的液晶显示模块与计算机系统中的某个并行I/O接口连接, 计算机通过对该I/O接口的操作间接地实现对模块的控制。[1]下图2.4就是液晶显示模块的电路图。

1.4 报警电路的设计

当电路检测到称重的物体超过仪器的测量限制时, 将产生一个信号给报警电路。使报警电路报警从而提醒工作人员注意, 超限报警电路如图所示。它是由89S51的P3.1口来控制的, 当超过设置的重量时, 通过程序使P3.1口值为低电平, 三极管导通, 有电流通过蜂鸣器, 报警电路接通, 使蜂鸣器发出报警声。当P3.1口为高电平时, 不报警。这里设定当超过质量上限时, 通过软件使P3.1口清零, 再用P3.1口输出的低电平信号驱动蜂鸣器发声报警。

2 结语

本文是以单片机实验系统装置箱为核心, 对其配置的液晶显示器及报警部分而设计的一个称重系统的实例。通过对数据采集的分析, 了解各种传感器、放大器及A/D转换器, 对信号的转换、传输有了一定的认识。电子电路的设计中对各种影响因素的考虑不够完善, 比如在对过电压情况的处理中未作防范措施, 系统设计不够优化, 有待改善。

参考文献

[1]毛学军主编.液晶显示技术[M].北京:电子工业出版社, 2008:215-246

高校教师教学设计支持系统的设计 第9篇

摘 要：教学并不是一个自然发生的行为，而是通过系统的设计而形成的有序过程，因此要求教师掌握一定的学习理论、教学理论和教学设计的基本知识与技能。本文提出一个针对高等学校教师“教学设计支持系统”的概念模型。这一系统主要实现两个目的：一是为高校教师提供一个获取教学设计知识的环境，二是辅助教师快速而有效地完成教学设计过程。这一系统包括四个相互关联的子系统：知识库子系统、案例库子系统、自动化设计子系统和虚拟社区子系统。

关键词：教学设计 快速原型 对象 知识管理

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1673-8454（2009）03-0077-03

一、背景

在社会飞速发展的21世纪，信息技术作为现代教育手段，正广泛应用于高等教育领域，并对其产生全面影响，引发教育理念的深刻变革。在这场变革中，信息化教学设计，作为教育理念与实践之间的桥梁，其重要性日益凸显。但是一直以来，大部分高校的教师来自非师范类院校的博士、硕士，他们虽具有前沿的专业知识和较强的科研能力，但往往缺乏对教育理论的研究，缺少教学方法的实践，更缺少教学设计的系统知识。因此，如何解决对高校教师教学设计能力日益增长的需求和其自身知识不足之间的矛盾，成为亟待解决的重要问题。教学设计需要教师具有教学理论、学习理论等专业知识且要花费大量的时间和精力，为快速引导教师进入教学设计领域并减轻其教学设计负担，可以为其提供一定的教学设计支持工具来帮助他们完成教学设计。本文将提出一个教学设计支持系统（Instructional Design Supporting System，简称IDSS）的概念模型，这一系统试图实现帮助教师快速掌握教学设计知识和辅助其完成教学设计工作两大目的。

二、教学设计支持系统的理论基础

1.软件工程

教学设计支持系统作为一个软件系统，首先应该遵循软件工程的基本思想与原则。Merrill等人认为，教学设计是一个工程学科 (Engineering Discipline)，因此教学系统与支持工具的开发应该与一般的软件系统和支持工具的开发相类似。[1] 在本系统的设计中，主要利用软件工程的两种思想：（1）快速原型。在快速原型开发过程中，在设计的早期阶段，首先建立一个小规模的原型来展示目标系统的关键特征。用户或客户对这一原型进行评价，进一步细化对于软件系统的要求。通过逐步改进和完善原型使其更好地满足用户需求，可以开发出用户满意的软件产品。原型进化模型将线性序列模型的原理与原型的可重复思想结合在一起，允许在系统设计与开发的早期阶段对系统的关键性特征进行试用性开发，因此更容易及早发现问题并做出调整。[2] 将快速原型思想应用到教学设计支持系统的设计与开发中，可以允许该系统具有更大的灵活性，这一点对于实现动态的教学系统设计来说至关重要。（2）对象。学习对象是基于一定标准的具有可重用特性的数字化教学资源构件。一般而言，学习对象实体具有一定的功能可以实现重用，因此可避免大量的重复劳动。学习对象背后隐含的思想是期望在新的教学系统开发中提高资源的可重用性。[3] 面向对象的软件工程为自动化教学设计提供了一种新的思考方式，例如，教学设计规律可以以一定的形式构建成一系列可重用的预设的模型，在不同的教学情况下，可以根据需要选用某些预设模型。

2.知识管理系统

教学设计本身是一个巨大的研究领域，其过程涉及从需求分析到教学解决方案的设计与实施。随着将近50年的发展，教学设计的知识正在迅速成倍增长，因此管理大量的信息与知识成为教学设计领域的核心问题之一，这一问题的解决得益于知识管理系统。同时，教学设计通常是复杂的任务或活动的集合，需要多人在不同的时间甚至是不同的地点来协作完成，知识管理系统在支持交流与协作方面的关键特征对于开发教学设计支持系统同样具有重要的意义。因此，将知识管理系统应用到教学设计系统的设计与开发中，可以使这一系统提供灵活的、易获取的信息与知识，并且提供给来自不同高校的教师参与持续合作的环境，从而增加提高教学设计与开发项目质量的可能性。[4]

3.认知学徒

认知学徒既是一种教学过程，又可以说是一种教学方法，旨在传授专家用来处理复杂问题的过程。教学设计支持系统的设计体现出认知学徒的一些核心思想。（1）情境学习，即在真实的应用情境中传授知识和技能，反映出真实问题的解决方式。在教学设计支持系统中，教师面临的任何教学设计问题都是真实的教学设计问题，而且其中的一些问题就来自于他们的日常教学。（2）示范。示范用来展示专家执行一项任务时的过程，新手通过观察执行过程，可以构建一个与这一任务相关的概念模型。在模拟示范的过程中，对于操作步骤的相应解释也要包含在内，学习者在观看演示的细节过程时可以查看相应的解释。[5] 在教学设计支持系统中提供的教学设计案例均要同时伴有详细的解释，教学设计新手在模拟设计过程的同时即可将相应的知识内化到自身的知识系统之中。（3）反思。反思可以促进学习者将自己的问题解决过程与专家或者其他人的问题解决过程进行对比。教学设计支持系统中提供的虚拟社区工具将促进新手教师就自己的设计项目与其他教师进行交流，促进其反思与成长。

三、教学设计支持系统（IDSS）的设计

教学设计支持系统是一种教学设计支持工具，用来支持教师学习教学设计知识，同时辅助教师完成基于计算机的教学系统的设计与开发。本研究设计的教学设计支持系统的基本结构包括：知识库子系统、案例库子系统、自动化设计子系统与虚拟社区子系统。知识库子系统存储关于学习、教学和教学设计的领域知识。案例库子系统提供真实的设计实例来创建一个广泛的信息环境。自动化设计子系统可以根据学科教师输入的信息，利用知识库子系统、案例库子系统和推理机来生成一定的教学设计原型。虚拟社区子系统是一个虚拟的环境，教师可以就他们的设计思想与设计项目进行交流，甚至可以合作共同完成一个复杂的设计项目。在IDSS中，知识库子系统、案例库子系统和自动化设计子系统分别处于三个层次，具有不同的功能并分别面向不同的用户。IDSS的基本结构如图1所示。

1.层次1：针对教学设计入门者的知识库系统

教学系统设计主要是运用系统方法，利用学习理论与教学理论等基本原理指导各个教学环节的具体计划，创设有效的学与教系统的过程或程序。因此，学习和教学理论对于教学设计来说是基础，不了解他们，教学设计就无从谈起。同时，教学设计也是依据一定的设计模型来完成的系统工程，教学设计模型有助于设计者将问题可视化，分割成具体的可以控制的小问题单元，使设计者可以以系统的、清晰的过程来完成设计任务。因此，在入门阶段，为使学科教师对教学设计与开发的基本知识有一个初步的了解，知识库子系统主要存储来自于心理学和哲学研究领域的关于学习与教学的基本理论与观点，以及基于不同的教学设计理论形成的一系列教学设计模型。所有这些知识以学习对象的形式加以组织，可以方便地进行添加、删除、修改和提取。对于教师而言，知识库子系统只是一个弱的教学设计支持系统和弱的教学设计学习系统。

2.层次2：针对教学设计新手的案例库子系统

专家与新手的差异比较研究发现，在问题解决过程中区别专家与新手的主要因素并不是因为专家拥有更多的一般问题解决策略，而是其拥有大量的关于特定问题状态及其相应解决方案的知识。[6] 因此，案例库子系统主要针对教学设计新手。为尽快实现新手向专家的转变，该子系统中提供了大量已经完成的设计实例。在这一子系统中，学科教师允许查看已经完成的大学课程设计实例，其中既包括成功的案例，又包括不成功的案例。每一案例将详细阐释一个设计过程如何展开，为什么设计这样的学习活动等内容，其中示范并解释设计过程与潜在的教学设计规律之间的关系是案例分析中的一个核心问题。通过案例分析，学科教师置身于大量的案例情境中并可以从多个角度来分析案例。已完成案例也存在一个主要的缺陷，即他们并不能强迫学科教师仔细地分析他们。出于这一原因，除提供已完成的案例之外，在案例库中也提供了一些部分完成的实例。这些部分完成的实例一般提供一个初始状态和目标状态，并且提供部分解决方案，而教师必须自己完成剩下的部分以完全解决问题，通过此种方式可以推动教师深刻地分析与加工设计案例。总之，在第二层次，对于学科教师来说，整个的案例设计计划清晰透明，可以使他们透彻地掌握设计过程，从而顺利地进入到第三层次。案例库子系统是一个强大的学习系统，但却是一个弱的教学设计支持系统。

3.层次3：针对教学设计专家的自动化设计子系统

学科教师作为一名教学设计者，不可避免会遇到重复的需求，这些需求可被看作是可重用的对象。例如，在入门课程中教授一个基本的概念，是每一个教师经常会遇到的教学事件。对于这类教学事件有一个已经成熟的教学方法：呈现定义、正例、反例，提供练习的机会、利用新的正例与反例对概念的应用进行测试。[7] 因此IDSS系统的第三层结构整合知识库、案例库与数据库三个子系统。知识库与案例库中的数据以学习对象的形式进行存储，并使用if-then-else 的条件规则表达形式。数据库中则存储与特定设计任务相关的具体信息，主要包括学生的基本信息（如年龄、预备知识、学习态度等）、学习材料和内容、学习环境、多媒体资源等。教师提出具体的设计任务，并加以详细描述，系统从知识库、案例库和数据库子系统中搜索相关信息，并利用推理机产生基于这些描述的设计方案。然而，这里需要强调几点：首先，教学不是一门精确的科学，在一定意义上说，教学活动是个性化的艺术活动，因此，当面对某一设计问题时，可以产生多种设计方案，而不仅是一种方案，教师可以从中选择对他来说最合适的一种；第二，在教学过程中，随着学生学习表现的变化对设计方案做出一些调整是不可避免的。因此，教学设计方案应该允许设计活动过程具有更大的灵活性，以实现适应性教学。自动化教学设计子系统是一个强大的支持系统，但却是一个弱学习系统，它可以帮助教师完成教学设计方案但是却不能使他们了解为什么要这样做。

4.虚拟社区子系统

只有当个体充分融入到教学设计过程时，IDSS系统中的可重用性与自动化的价值才能真正体现出来。因此，除提供动态的教学设计环境之外，IDSS系统中利用虚拟社区系统用来实现信息的共享与交流。实现虚拟社区的工具如下：（1）交流工具（communication），BBS、E-mail、聊天室等，帮助教师实现同步与异步的交流；（2）分享与交换工作文档与作品的合作工具（collaboration）；（3）协调工具（coordination）用来在教师之间分配设计项目、快速而有效地安排会议、发布通知和会议议程等；（4）管理工具（control），便于社区管理员对成员进行审核管理，也便于各成员针对所发表的知识文件进行知识分享的权限管理。

四、结论

本文提出一个教学设计支持系统的框架结构。这一系统并不像其它的智能自动化教学系统，虽然它整合了部分自动化功能，但是它的主要目标是创建一个环境来帮助教师尽快地掌握教学设计知识，在此基础上，再通过自动化教学设计子系统来辅助教师完成教学设计过程。我们提出这样一种结构基于两点原因。首先，从技术的视角来看，目前人工智能的发展仍有局限，在专家知识与基于规则的系统表征之间仍有差距。因此，实现完全的自动化教学设计系统目前来说还是不可能的。第二，也是更重要的原因，是从教育的角度来看。我们认为教学设计或是教学是高度复杂与灵活的活动，因此产生一个固定不变的教学设计项目是不可能的，也是不正确的。同时，只有教师充分了解关于教学的知识，他们才能把握教学的本质，并灵活而有效地应对它。基于知识库的教学设计支持系统的最合适的结构应该是一个混合的系统，既为专家提供开放式的工具，为新手提供建议系统和问题解决案例库。[8]

参考文献：

[1]J. Michael Spector, Celestia Ohrazda (2004). Automating instructional design: Approaches and limitations, Handbook of research on educational communication and technology: second edition, 685-700.

[2]Timothy J. Ellis, William Hafner, Frank Mitropoulos (2004). Automating Instructional Design with eCAD 34th ASEE/IEEE Frontiers in Education Conference.

[3]Ian Douglas (2001), Instructional design based on reusable learning objects: applying lessons of object-oriented software engineering to learning systems design, 31st ASEE/IEEE Frontiers in Education Conference.

[4]J. Michael Spector (2002), Knowledge Management Tools for Instructional Design, ETR&D, Vol. 50, No. 4, 37–46.

[5]Brent G. Wilson (1996). Cognitive teaching models, Handbook of research in instructional technology.

[6]John Sweller, Jeroen J. G. van Merrienboer, Fred G. W. C. Paas (1998). Cognitive Architecture and Instructional Design, Educational Psychology Review, Vol. 10, No. 3.

[7]Merrill, M. D. (1993). An integrated model for automating instructional design and delivery Automating instructional design: Concepts and issues (pp. 147–190).