通用技术任务一 优化系统设计的方案教案

这是一份通用技术任务一 优化系统设计的方案教案，共6页。教案主要包含了系统设计的优化与实现等内容，欢迎下载使用。

教学目标


1．知识和技能：


（1）理解系统优化的意义


（2）能分析影响系统优化的因素


（3）初步掌握系统最优化的方法


（4）能够对一个简单系统运用最优化的方法进行分析


2．过程和方法：


通过对案例的分析过程，使学生懂得用所学的知识解决有关问题


3．情感态度价值观


（1）体验系统优化的意义，指导学生把系统优化的思想延伸到整个生活和学习当中。


（2）培养学生解决问题的方法，以用合作精神


教学重点


系统最优化方法和一般性步骤


教学难点


系统优化的过程分析


教学方法


讲授法、小组讨论法、案例分析法


教学媒体


多媒体教室


教学过程


一、案例导入


案例一：丁谓的绝招


传说宋朝时，一次皇宫失火，宫殿和亭台楼阁都化为废墟，大臣丁谓奉命主持重建。要在短期内清理堆积的废墟垃圾，运输木材和石材，还需要准备大量的新土，时间不够，怎么办呢？


【马上行动】将学生进行分组（5人/组），以小组为单位进行交流与分享，并回答问题：


1、分组讨论，如果让你主持重建你会怎么做？


2、通过网络查找资料，看看历史上的丁谓是怎么做的？有没有更好的改进方法？


师：让我们看一看历史上丁谓的方案是怎样的？首先，从施工现场向城外挖一条沟，挖出的新土作为施工需要的新土备用。然后从城外把河水引入沟内，使之成为一条人工河，用来运输建筑用的木材和石材。完成运输任务后，把沟里水排空，将剩下的废弃物及垃圾统统填入沟内，重新平整为平地。这个施工方案节约了人力物力，缩短了工期，工地秩序井然，都城交通和百姓生活没受影响。


案例二：鸟巢的优化调整


师：我们再来看2008奥运会的主会场“鸟巢”，“鸟巢”采用是什么结构？


生：框架结构


师：使用的主要材料是？


生：钢


师：它采用是大跨度重型钢结构体系，它在设计过程中也在不断的优化调整，其中有一项调整是取消了可开启屋盖、扩大了屋顶开孔，优化后方案，减少用钢量1.2万吨，造价减少了约4亿元。


师：鸟巢去盖后，在哪方面得到改善？


生:成本降低


师：虽然去掉了盖子，但鸟巢的外观、设计理念都不会改





二、系统优化及其意义


师：作为一个系统，通常就会有这样或那样的问题。如：效果不佳；或是投入的人力、物力、财力不是最小；或是某种性能不理想等等。因此系统需要改善，需要优化。


在现实生活中，由于受环境和条件的限制，不可能找出一切方案，也不可能对所有方案进行全面比较，漫无边际地去研究所有方案，无论在时间上还是人力上都不允许，运用科学的方法就更为重要，缺乏资料，缺少对资料的科学计算和分析，只靠拍脑袋无法寻找到最优方案。


【思考】：系统的优化有什么意义呢？


系统优化的意义就是以最小的投入，获取系统的最佳效益或最佳功能。


系统的优化是指在给定的条件（或约束）下，根据系统的优化目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化（或最小化）。


【案例分析】：建造隔音墙改善车流噪音污染


浙江天台县高速噪音超标80%，66户村民告上法庭


核心事件：上三高速建成通车已有6年，6年来车流日增，在接近高速天台出口处，距离高速公路10米左右就有一排民房，这就是天台县桥下村。村民说，高速上车来车往的声音太大了，这几年来他们最大的愿望是能睡个安稳觉。于是，他们将高速公路公司告上法庭。天台县桥下村位于上三高速天台出口处，一共有250户人家，房子多是80年代造的。 2000年底，上三高速公路通车，刚好在桥下村旁边经过。


1、问题：车到附近噪声污染较严重。


声源处减弱


2、选择合适的优化方法： 传播过程中减弱


接收处减弱


经讨论分析，选择较合理的一种优化方法：建隔音墙


3、建隔音墙的技术要点：


（1）实地测量噪声的严重程度。


（2）建立隔音墙防噪声的数学模型，求其数学解。


（3）怎样做到效果最好而又成本最低，即优化。


（4）作必要的实验验证。可以做模型，有条件的可用计算机仿真。


4，实施优化


（1）墙体结构与材料（牢固性）。


（2）外观效果（美观性）。


（3）降噪效果（功能性）。


修建隔音墙，以较小的投入，获得了好的治理噪音污染的效益，使社会环境大系统的整体得以优化。系统被改善了，就是系统被优化了。获得系统的最佳效益或最佳功能，就是系统优化的意义。





【分析总结1】系统优化的一般性步骤


（1）确定需要进行优化的问题


（2）收集有关资料和数据，选择合适的优化方法——优化方略与筹谋


（3）验证与实施


条件校验


实施与调整


【分析总结2】影响系统优化的因素


（1）优化追求的目标要适度。


（2）系统优化离不开条件，条件是否具备直接影响优化。


（3）某些不确定的或不可预见的因素也会影响系统的优化。


（4）希望投入最小，而取得的效益最大。





三、最优化及最优化方法


为了使系统达到最优的目标所提出的各种解决方法，称为系统的最优化方法


系统优化分析的一般步骤


设立目标


制定方案


评价比较


作出决策








【案例分析】在江边一侧有A、B两个工厂，它们到江边的距离分别是2km和3km，设两工厂沿江方向的距离是3.5km，现在要在江边修建一个码头，使得两厂的产品能够顺利过江，问码头应建在什么位置，才能使运输路线最短？


























【学生活动】根据所学数学知识，求解本题，并总结最优化方法解决问题的一般步骤


过A点作关于直线DE的对称点A1，连接A1B与DE相交于C，这一点既为所求的码头的地点。


根据相似三角形原理，求得 DC=1.4km，码头建在与A厂到江边垂直距离位置相距1.4km处，运输路线最短。





最优化方法解决问题的一般步骤


1、提出需要优化的问题和目标，收集有关资料和数据。


2、分析影响系统优化的各种因素，确定变量，建立有关约束条件，建立求解最优化问题的有关数学模型，分析模型。


3、选择合适的最优化方法。


4、分析求解。


5、最优解的验证和实施。


【案例分析】最优配送路线


师：在最优化问题中，我们经常是定性和定理分析相结合的方法，我们看这个案例


某配送中心位于A点，现在将一批电视机等家用电器配送到B、C、D处的3家商场，运货车从A点出发，送完货后返回，配送路线如图，图中带箭头的线分别表示两地往返的方向，无箭头的线表示可以往返的线路。















































师：说说你的解决思路


生：学生讨论


师：这个案例，我们制定好方案后，再用数学的方法计算，就是定性和定量相结合的方法。





四、拓展探究


【学生探究1】改善学校周边环境


思考：我校周边环境现状是什么，哪些需要改进？请同学们思考后提出自己的见解。


1、学校附近有车道，噪音污染较严重。


2、学校周围的无证摊贩多，占道经营。


3、交通设施不完善


乱停车（接送学生车辆，社会车辆）


4、校园面积小，开展活动不方便。





【学生探究2】你觉得咱们学校的餐厅有哪些不足或不便之处？如何优化？


我校设有两个学生食堂，近两年，随着学校办学规模的扩大，就餐人数随之增加，每到中午就餐时间，学生们排着长队等待就餐。如何减少学生就餐排队时间？请提出解决这一问题的几种方案，运用系统分析方法选择一种经济、最有效可行、最容易实现的办法。


从中选择方案，制定最适宜方案


1、增加窗口和食堂人员


2、分时段就餐


3、增加一个食堂


4、增加食堂的面积


5、提前分发好饭菜


6、提倡学生回家吃


7、增加就餐座位


8、提供饭盒打包


9、学生两人一组,分工合作


10、分批到两个食堂就餐


11、外卖服务


12、限制就餐时间(15分钟)


13、提高食堂人员素质


14、送餐上门服务





五、课堂小结


1、系统的优化与系统优化的意义


2、系统优化的一般性步骤


3、影响系统优化的因素


4、最优化及最优化方法 方案
路线
路程(km)
1
ABCDA
51
2
ABDCA
46
3
ACBDA
59
4
ACDBA
47
5
ADCBA
51
6
ADBCA
58