高中通用技術(shù)地質(zhì)版（2019）必修《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》二影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素與最優(yōu)方法教案設(shè)計(jì)-教案下載-教習(xí)網(wǎng)

1.知識與技能
（1）理解系統(tǒng)優(yōu)化的意義。
（2）能分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的意義。
（3）初步掌握系統(tǒng)最優(yōu)化的方法。
2.過程與方法
（1）能夠?qū)σ粋€簡單系統(tǒng)運(yùn)用最優(yōu)化的方法進(jìn)行分析。
（2）嘗試用系統(tǒng)最優(yōu)方法的一般步驟對簡單系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。
3.情感態(tài)度價(jià)值觀
感受系統(tǒng)優(yōu)化的意義，能在生活和學(xué)習(xí)中滲透進(jìn)系統(tǒng)優(yōu)化的思想。
重難點(diǎn)
重點(diǎn)：系統(tǒng)分析的一般性步驟和系統(tǒng)最優(yōu)化方法。
難點(diǎn)：系統(tǒng)優(yōu)化的過程分析。
教學(xué)方法：自主探究式教學(xué)方法。
教學(xué)過程：
教學(xué)
過程
教學(xué)活動
學(xué)生
反映
設(shè)計(jì)
意圖
復(fù)習(xí)導(dǎo)入
什么是系統(tǒng)？
系統(tǒng)的基本特性是什么？
作為系統(tǒng)，它們就具有整體性、相關(guān)性、目的性和環(huán)境適應(yīng)性，就構(gòu)成系統(tǒng)的基本思想。對系統(tǒng)分析的基本方法就是運(yùn)用系統(tǒng)的思想和定性定量相結(jié)合的方法對系統(tǒng)及性能分析。
由相互依存的若干要素組成的、具有特定功能的有機(jī)整體。
整體性
相關(guān)性
目的性
環(huán)境適應(yīng)性
故事引入
展示田忌賽馬的有故事，引出系統(tǒng)優(yōu)化的問題。
戰(zhàn)國時(shí)代，齊王常與他的大將田忌賽馬，雙方約定每場各出一匹馬，分三場進(jìn)行比賽。齊王的馬有上、中、下三等，田忌的馬也有上、中、下三等，但每一等都比不上齊王同等的馬，于是田忌屢賽屢輸。
一日，田忌的賓客、對軍事頗有研究的孫臏給田忌出了一個主意，結(jié)果以二比一贏了齊王。
以上各方案中，齊王與田忌的賽馬結(jié)局有以3：0贏的，也有以2：1贏的，但只有一種情況是田忌以2：1取勝于齊王的，孫臏正是把這種方案推薦給了田忌，就是上述紅色箭頭的方案。
現(xiàn)實(shí)生活中，由于受環(huán)境和條件的限制，不可能找出一切方案，也不可能對所有方案進(jìn)行全面比較，漫無邊際地支研究所有方案，無論在時(shí)間上還是人力上都不允許，運(yùn)用科學(xué)的方法就更為重要，缺乏資料，缺少對資料的科學(xué)計(jì)算和分析，只靠拍腦袋無法尋找到最優(yōu)方案。
優(yōu)化就是要在給定的約束條件下確定優(yōu)化目標(biāo)，找到某種方案去求解問題，并得到最優(yōu)效果。這種問題就是優(yōu)化問題；這種方案就是優(yōu)化方案。
求解優(yōu)化問題時(shí)，一要清楚優(yōu)化的目的是什么；二是清楚問題潛在的一些約束因素是什么。
案例一
建造隔音墻改善車流噪聲污染
1.問題—車道附近噪聲污染嚴(yán)重
經(jīng)查有關(guān)資料，車道上的車流所發(fā)出的噪聲高達(dá)80dB。在學(xué)?；蚓用駞^(qū)附近，影響學(xué)校上課效果，對師生的健康造成傷害。
那么，為了減少噪聲，我們應(yīng)該怎么做呢？還有沒有更好的方法呢？
2.選擇合適的優(yōu)化方法—建隔音墻
3.建隔音墻的技術(shù)要點(diǎn)
隔音墻的本質(zhì)是改變噪聲的傳播途徑，以達(dá)到改善道路兩側(cè)環(huán)境的目的。一般要考慮以下技術(shù)要點(diǎn)：
（1）具體測量噪聲嚴(yán)重程序。
（2）建立隔音墻防噪聲的數(shù)學(xué)模型及墻體參數(shù)關(guān)系條件，求其數(shù)學(xué)解。
（3）從系統(tǒng)優(yōu)化的角度考慮，要做到投入最小和效果最好。
（4）做必要的驗(yàn)證試驗(yàn)，如計(jì)算機(jī)仿真等。
4.實(shí)施優(yōu)化
（1）墻體結(jié)構(gòu)與材料，這與上面的定量計(jì)算相關(guān)。
（2）美觀，形成一道特殊的風(fēng)景線。
（3）效果，可實(shí)測建隔音墻前后的噪聲影響大小。
系統(tǒng)優(yōu)化的意義就是以較小的投入獲得最佳效益或最佳功能。
改善道路質(zhì)量，增加軟性材料，減少噪聲；更換靜音輪胎；建立隔音墻。
從實(shí)例入手，降低教學(xué)難度，運(yùn)用系統(tǒng)的思想和定性分析的方法，進(jìn)行分析研究、優(yōu)化，在分析過程中體驗(yàn)系統(tǒng)優(yōu)化的意義。
技術(shù)探究
課程表編排優(yōu)化試驗(yàn)
內(nèi)容與要求：
試驗(yàn)對象：高一年級課程表。
試驗(yàn)?zāi)康模后w驗(yàn)如何讓課程表發(fā)揮最佳效能。
試驗(yàn)前準(zhǔn)備：
（1）收集高一年級各班同時(shí)期的周課程表。
（2）向有關(guān)方面調(diào)查與課程表有關(guān)的情況。
（3）向有關(guān)教師請教課程表編排方面的經(jīng)驗(yàn)。
將全班分成3個小組，每個小組自主編排，并各自拿出一個試驗(yàn)樣本。
實(shí)例二
影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素與最優(yōu)方法
為本村筑通一條致富路
（1）需要進(jìn)行優(yōu)化的問題
交通閉塞是本村系統(tǒng)需要進(jìn)行優(yōu)化的問題。
（2）選擇合適的優(yōu)化方法——優(yōu)化的方略與籌謀
決策修路，以改善本村與外界的交通聯(lián)系，這是正確的優(yōu)化方略和優(yōu)化方法。
首先根據(jù)本村實(shí)際，擬定幾條修路和路線。然后權(quán)衡當(dāng)前的需求與將來發(fā)展的因素，結(jié)合人、物與財(cái)力情況，制訂出具體的修路方案。
步驟
作用
勘測
收集資料和數(shù)據(jù)
預(yù)算
土石方、器材種類與數(shù)量、人力數(shù)量、經(jīng)費(fèi)
選擇合適的筑路方法和計(jì)劃
根據(jù)人、物、財(cái)?shù)惹闆r綜合考慮后確定
驗(yàn)證與實(shí)施
條件校驗(yàn)、實(shí)施與調(diào)整
總之，以最小的投入獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，就是最優(yōu)化決策之一。優(yōu)化活動不是一次性的活動，是不斷迭代更新的過程。
影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素與最優(yōu)方法
1.影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素
首先是優(yōu)化追求的目標(biāo)要適度。
其次是實(shí)施系統(tǒng)優(yōu)化。希望取得的效果達(dá)到最大，而投入最小之比稱為效耗比；
再次系統(tǒng)優(yōu)化離不開條件。條件是否具備直接影響優(yōu)化。
最后某些不確定性或不可預(yù)見的因素也會影響系統(tǒng)優(yōu)化。
所以，在優(yōu)化實(shí)施過程中，要及時(shí)調(diào)整計(jì)劃與方法，回到優(yōu)化之路。
技術(shù)實(shí)踐
教室供電線路的改進(jìn)
背景特征
這是多年前建造的教室?，F(xiàn)在，該教室內(nèi)的用電設(shè)施有三個部分，即室內(nèi)照明用的有3組，共6個日光燈；照亮黑板用的有1組，共2個射燈；教學(xué)備用（投影儀、教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備等）的電源插座（從照明燈座上引出）1個，這些用電設(shè)施，全通過墻上一個供電開關(guān)操作，或全供電，或全不供電。
實(shí)踐目的：改進(jìn)供電線路，達(dá)到用電靈活、方便和節(jié)電的目的。
作法與要求：
（1）根據(jù)“背景特征”所提供的材料，找出原供電線路需要改進(jìn)的問題。
（2）提出改進(jìn)方案，畫出改進(jìn)后的供電線路原理圖，給出相應(yīng)的技術(shù)說明。
（3）討論改進(jìn)方案，看它是如何達(dá)到改進(jìn)、優(yōu)化目的的。
（4）按照改進(jìn)方案，做出簡要預(yù)算。
（5）假定你提出的改進(jìn)方案被通過，請你給出具體實(shí)施的方法和步驟。
（6）對改進(jìn)、優(yōu)化所做的工作和效果進(jìn)行總結(jié)和評價(jià)。
最優(yōu)化方法
為了使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)化的目標(biāo)所提出的各種解決方法，稱為最優(yōu)化方法。
最優(yōu)化的一般步驟
（1）提出需要最優(yōu)化的問題，收集相關(guān)數(shù)據(jù)和資料。
（2）確定變量，建立定量計(jì)算方程和有關(guān)約束條件。
（3）選擇合適的最優(yōu)化方法。
（4）解方程，校驗(yàn)解的最優(yōu)性
（5）實(shí)施。
權(quán)衡是理念，掌握和運(yùn)用好權(quán)衡，是正確決策的重要保證。
課堂小結(jié)