2022年高中通用技術(shù) 3.3系統(tǒng)的優(yōu)化教案 地質(zhì)版

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1、2022年高中通用技術(shù) 3.3系統(tǒng)的優(yōu)化教案 地質(zhì)版一、教材內(nèi)容分析1教材的地位和作用系統(tǒng)優(yōu)化是系統(tǒng)分析的深入，也是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)分析的綜合，又是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，更是系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的重要環(huán)節(jié)，它是是本書的重要內(nèi)容之一。二、學(xué)情分析進(jìn)入系統(tǒng)的內(nèi)容，學(xué)生的興趣明顯比前期活躍，顯然系統(tǒng)分析的深入符合高二學(xué)生的智力發(fā)展需求。但是，學(xué)生在對(duì)某個(gè)系統(tǒng)的分析容易陷入原有的邏輯思維，而不能很好地應(yīng)用系統(tǒng)的思想和方法分析和解決問題，不能很好理解系統(tǒng)優(yōu)化的約束條件和影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素，并能運(yùn)用系統(tǒng)的方法分析問題，能對(duì)當(dāng)前的系統(tǒng)提出優(yōu)化的方案。三、教學(xué)目標(biāo)知識(shí)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)化的因素

2、3初步掌握系統(tǒng)最優(yōu)化的方法4能夠?qū)σ粋€(gè)簡(jiǎn)單系統(tǒng)運(yùn)用最優(yōu)化的方法進(jìn)行分析 過程與方法：1模仿非常6+1節(jié)目，采用小組競(jìng)賽的方法，課前制作了計(jì)分牌，用來累分。2通過討論、案例分析，完成學(xué)生知識(shí)的自主構(gòu)建。情感態(tài)度與價(jià)值觀：1體驗(yàn)系統(tǒng)優(yōu)化的意義，指導(dǎo)學(xué)生把系統(tǒng)優(yōu)化的思想延伸到整個(gè)生活和學(xué)習(xí)當(dāng)中。2培養(yǎng)學(xué)生解決問題的方法，以用合作精神3培養(yǎng)節(jié)約能源的意識(shí)教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)：重點(diǎn)：系統(tǒng)最優(yōu)化方法和一般性步驟難點(diǎn)：系統(tǒng)優(yōu)化的過程分析能結(jié)合生產(chǎn)生活中的實(shí)例，理解系統(tǒng)優(yōu)化的意義，并能結(jié)合實(shí)例分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素。四、教學(xué)資源準(zhǔn)備多媒體課件教學(xué)課時(shí)：1課時(shí)本節(jié)教材中分三個(gè)部分：第一部分：案例分析通過“小鬧鐘”案例

3、、“鳥巢”和劉翔訓(xùn)練方案的優(yōu)化調(diào)整案例，目的是讓學(xué)生感受系統(tǒng)優(yōu)化的意義。從實(shí)例分析入手，在分析過程中體驗(yàn)系統(tǒng)優(yōu)化的意義。第二部分：第一個(gè)案例“風(fēng)力發(fā)電”采用定性的分析方法，根據(jù)案例分析總結(jié)闡述系統(tǒng)優(yōu)化方法和一般性步驟。第二案例“利潤(rùn)問題”采用定性的分析方法，第三案例“貨物派送”采用定性和定量相結(jié)合的方法，要求學(xué)生運(yùn)用系統(tǒng)的思想和定性、定量相結(jié)合的方法，確定研究課題、進(jìn)行分析研究、評(píng)價(jià)比較、優(yōu)化方案?？偨Y(jié)歸納出系統(tǒng)最優(yōu)化方法的含義。第三部分：提供學(xué)生一個(gè)探究任務(wù)，優(yōu)化一所小學(xué)門前的交通問題，讓學(xué)生親自完成一個(gè)系統(tǒng)優(yōu)化的過程，用系統(tǒng)分析的方法分析問題進(jìn)一步得到實(shí)踐和提高。五、教學(xué)流程(一)情景創(chuàng)設(shè)

4、引入新知師：作為一個(gè)系統(tǒng)，通常會(huì)有這樣或那樣的問題，比如隨著私家車的數(shù)量迅速增多，出現(xiàn)了越來越多的城市道路交通擁擠，車位不夠停放等問題，那么就需要我們要對(duì)交通系統(tǒng)進(jìn)行改善、優(yōu)化，我們進(jìn)行優(yōu)化的意義是什么？我們來看幾個(gè)實(shí)例是，然后再來回答這個(gè)問題。案例：小鬧鐘師：大家猜猜看，懸掛上面的這個(gè)白色的物體是什么？學(xué)：燈、鬧鐘師：是鬧鐘，當(dāng)?shù)搅宋覀冊(cè)O(shè)定的時(shí)間響了以后，我們第一反應(yīng)是什么？學(xué)：關(guān)掉鬧鐘，再睡一會(huì)師：等你醒來的時(shí)候，時(shí)間往往超了很多，這種情況影響我們正常的學(xué)習(xí)和工作。師：大家遇到個(gè)問題時(shí)，我們班同學(xué)有沒有想到去改進(jìn)鬧鐘的設(shè)計(jì)？生：發(fā)表自己的看法師：這個(gè)鬧鐘就解決這個(gè)問題，它叫拼圖鬧鐘，當(dāng)鬧鈴

5、響后，你要把它底部的圖拼好，它的鈴聲才能停止。師：這個(gè)鬧鐘和普通的鬧鐘相比較，在哪方面進(jìn)行了改進(jìn)？生：性能師：這個(gè)鬧鐘和普通的鬧鐘價(jià)格上會(huì)不會(huì)有提高很多？生：不會(huì)，因?yàn)槠磮D的材料成本很低。案例：鳥巢的優(yōu)化調(diào)整師：我們?cè)賮砜磝x奧運(yùn)會(huì)的主會(huì)場(chǎng)“鳥巢”，“鳥巢”采用是什么結(jié)構(gòu)？生：框架結(jié)構(gòu)師：使用的主要材料是？生：鋼師：它采用是大跨度重型鋼結(jié)構(gòu)體系，它在設(shè)計(jì)過程中也在不斷的優(yōu)化調(diào)整，其中有一項(xiàng)調(diào)整是取消了可開啟屋蓋、擴(kuò)大了屋頂開孔，優(yōu)化后方案，減少用鋼量1.2萬噸，造價(jià)減少了約4億元。師：鳥巢去蓋后，在哪方面得到改善？生:成本降低師：雖然去掉了蓋子，但鳥巢的外觀、設(shè)計(jì)理念都不會(huì)改設(shè)計(jì)意圖：精選生活

6、中系統(tǒng)優(yōu)化的案例來導(dǎo)入新課，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)欲望，同時(shí)通過案例，讓學(xué)生感覺到系統(tǒng)優(yōu)化的意義。案例：飛人劉翔師：提到奧運(yùn)會(huì)的主會(huì)館，就想到飛人劉翔在08年奧運(yùn)會(huì)因?yàn)槟_腱受傷遺憾退出賽場(chǎng)的情景，今年的全運(yùn)會(huì)劉翔再次天證明了自己，劉翔在這次全運(yùn)會(huì)中以多少秒奪冠？生：13秒34師：劉翔創(chuàng)造了亞洲田徑的的奇跡，除了和他本身的身體條件和天賦外，還和孫海平教練的訓(xùn)練方法是分不開的，孫海平對(duì)劉翔的訓(xùn)練方法在不斷的優(yōu)化調(diào)整，孫海平教練說“思索出劉翔訓(xùn)練的新思路，這比什么都有意義”，你認(rèn)為孫海平教練思索出訓(xùn)練的新思路的意義是什么？生：發(fā)揮劉翔的最大潛能師：那么我們優(yōu)化的意義是什么？生:低成本、高效益師：以最小的投入，

7、獲取系統(tǒng)的最佳效益或最佳功能。師：對(duì)于城市道路擁擠的問題，大家會(huì)想到什么解決方案？生：擴(kuò)建道路？師：但這種方法不僅造價(jià)昂貴、破壞城市環(huán)境，失去了我們優(yōu)化的意義，我們可以通過優(yōu)化交通信號(hào)的控制。(二)系統(tǒng)優(yōu)化的基本方法1.案例：風(fēng)力發(fā)電師：風(fēng)力發(fā)電正逐漸成為大規(guī)?！熬G色發(fā)電”的先鋒，xx年美國(guó)就安裝了約16億美元的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，并還在逐漸加大投入，來了解一下風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。生：看風(fēng)力發(fā)電的視頻師：大家能想出解決妙方嗎？小組討論生：方案1：殺蟲劑、方案2：種植殺蟲的植物師：我們首先要對(duì)這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，系統(tǒng)分析的第一個(gè)環(huán)節(jié)就是明確問題設(shè)定目標(biāo)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)在遇到什么問題？生:葉片上的蟲子，使渦輪發(fā)電

8、機(jī)的發(fā)電量由750千瓦降低到450千瓦。師：?jiǎn)栴}明確了，我們要設(shè)定優(yōu)化目標(biāo)，我們優(yōu)化的目標(biāo)是什么？生：消滅渦輪發(fā)電機(jī)上的蟲子，師：我們明確目標(biāo)后，開始制定方案，我們來看一下我們班同學(xué)制定的方案，我們這些方案有沒有條件的約束呢？方案1：噴灑殺蟲劑，人工噴灑嗎？有沒有考慮到渦輪發(fā)電機(jī)的高度師：我們還要充分考慮到這個(gè)系統(tǒng)的約束條件1氣候：全美風(fēng)力最強(qiáng)的地方2地勢(shì)：發(fā)電場(chǎng)位于沙漠的邊緣師：制定這些方案后，我們現(xiàn)在就開始實(shí)施這些方案嗎？生：不行師：我們還不知道哪一種是最優(yōu)方案呢？我們應(yīng)該如何做？學(xué)生：試驗(yàn)，先用幾臺(tái)渦輪機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)明確問題設(shè)定目標(biāo)制定方案推理試驗(yàn)最滿意解驗(yàn)證實(shí)施明確約束條件件師：試驗(yàn)后，我

9、們可以得到最滿意方案，我們就可以進(jìn)行實(shí)施階段，每臺(tái)渦輪機(jī)實(shí)施最優(yōu)方案。這就是我們優(yōu)化的基本過程是：師：我們來看一下，工程師們采用了哪種方案師：播放視頻生：觀看視頻師：工程師發(fā)電機(jī)上添加了清洗設(shè)備設(shè)計(jì)意圖：通過分析“風(fēng)力發(fā)電”的案例，引導(dǎo)學(xué)生理解了系統(tǒng)優(yōu)化的一般過程，同時(shí)也理解的系統(tǒng)優(yōu)化的含義，掌握用定性的分析方法優(yōu)化系統(tǒng)。通過視頻的方式，激發(fā)學(xué)生探知欲望(如何用風(fēng)力發(fā)電？)，了解了風(fēng)力發(fā)電的原理，同時(shí)也培養(yǎng)了他們節(jié)約能源的意識(shí)。2.案例：利潤(rùn)問題師：剛才“風(fēng)力發(fā)電”的案例我們是采用推理、實(shí)驗(yàn)的方法，是屬于定性的分析方法。在生活中，純定性分析是不夠的，我們來看第二個(gè)案例“利潤(rùn)問題”。生：閱讀書上

10、的案例師：同學(xué)們看到這個(gè)問題，馬上想到用什么方法來解決生：用數(shù)學(xué)上的函數(shù)(線性規(guī)化)明確問題 設(shè)定目標(biāo)設(shè)定約束條件目標(biāo)函數(shù)求解驗(yàn)證 實(shí)施獲得最大利潤(rùn)師：我們還是用我們剛剛的優(yōu)化的一般步驟師：系統(tǒng)優(yōu)化的因素是指對(duì)優(yōu)化目標(biāo)產(chǎn)生顯著影響？可以人為調(diào)節(jié)的因素。生：X1、X2教師：好，請(qǐng)你將最主要的約束條件與目標(biāo)函數(shù)式聯(lián)系起來，看看你能不能發(fā)現(xiàn)影響因素X1、X2與最優(yōu)值Smax的關(guān)系。學(xué)生：生產(chǎn)椅子所需工時(shí)少利潤(rùn)大，生產(chǎn)桌子所需工時(shí)多利潤(rùn)反而小！生產(chǎn)的椅子越多利潤(rùn)越大。教師：那我們干脆不生產(chǎn)桌子了，專門生產(chǎn)椅子，可不可以？學(xué)生：不行，至少要生產(chǎn)8張桌子！教師：哦，原來還有約束條件的限制。那好我們就生產(chǎn)8

11、張桌子，算一算椅子最多可以生產(chǎn)多少張？學(xué)生：13張！教師：8張桌子，13張椅子。把你們經(jīng)過一番分析計(jì)算選擇的這兩個(gè)變量的解代入約束條件看看是否超出了約束條件的限制范圍。學(xué)生：都在約束條件范圍內(nèi)。設(shè)計(jì)意圖：“利潤(rùn)問題”是非常典型的用數(shù)學(xué)方法解決的案例，高二的學(xué)生在數(shù)學(xué)課上已學(xué)會(huì)用線性規(guī)劃的方法來解決這個(gè)問題，所以在這個(gè)案例主要讓學(xué)生要用系統(tǒng)的分析方法分析問題，能夠分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的影響因素。案例3：最優(yōu)配送路線師：在生活中，我們經(jīng)常是定性和定理分析相結(jié)合的方法，我們看這個(gè)案例某配送中心位于A點(diǎn)，現(xiàn)在將一批電視機(jī)等家用電器配送到B、C、D處的3家商場(chǎng)，運(yùn)貨車從A點(diǎn)出發(fā)，送完貨后返回，配送路線如圖，

12、圖中帶箭頭的線分別表示兩地往返的方向，無箭頭的線表示可以往返的線路。師：說說你的解決思路生：學(xué)生討論方案路線路程(km)1ABCDA512ABDCA463ACBDA594ACDBA475ADCBA516ADBCA58師：這個(gè)案例，我們制定好方案后，再用數(shù)學(xué)的方法計(jì)算，就是定性和定量相結(jié)合的方法。設(shè)計(jì)意圖：這是流程優(yōu)化中的一案例，這個(gè)案例是通過優(yōu)化流程來優(yōu)化案例，通過這個(gè)案例，讓學(xué)生了解生活系統(tǒng)的優(yōu)化通常是定性和定量相結(jié)合的方法。(三)應(yīng)用，學(xué)生探究問題：隨著汽車普通率的提高，我們周圍的交通逐級(jí)逐漸惡化，一所小學(xué)門前的交通經(jīng)常出現(xiàn)塞車的現(xiàn)象師：展示這所小學(xué)的地圖，說明這所小學(xué)的特殊位置，播放一段

13、小學(xué)放學(xué)時(shí)的一段片段。生：分組對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析，并且討論可行的方案生：展示方案，教師精講點(diǎn)撥師：對(duì)其他組的方案進(jìn)行推理、判斷，選出可行的方案生：對(duì)其他的組的方案進(jìn)行推理師：展示現(xiàn)在正實(shí)施的方案，現(xiàn)在的方案偶爾還會(huì)出現(xiàn)堵車的現(xiàn)象，所以大家提供的方案也是非常有價(jià)值的，回到連云港后我一定將大家的方案推薦給有關(guān)部門。(四)總結(jié)最優(yōu)化方法是系統(tǒng)學(xué)中的一個(gè)重要方法，它通常是指在一定的人力、物力和財(cái)力資源的條件下，使取得的效果(如生產(chǎn)產(chǎn)值、利潤(rùn)、效益等)達(dá)到最大，而投入(如能源、資金、人力、時(shí)間等)達(dá)到最小的一種方法。 要用定性和定量分析相結(jié)合的方法是系統(tǒng)最優(yōu)化。 堅(jiān)持系統(tǒng)整體的最優(yōu)化。運(yùn)用好權(quán)衡理念，舍卒保車，棄車保帥，這是為了保證對(duì)弈的最終勝利。 不間斷地尋求最優(yōu)化，系統(tǒng)的發(fā)展具有階段性，系統(tǒng)的優(yōu)化是具有相對(duì)性的，要遵循系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)，推動(dòng)系統(tǒng)不斷進(jìn)步。