2019-2020年高中通用技術(shù) 3.3系統(tǒng)的優(yōu)化教案 地質(zhì)版

1、2019-2020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(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，它是是本書(shū)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(wèn)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(wèn)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

2、的因素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(guò)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(lái)累分。2通過(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)“小鬧鐘”

3、案例、“鳥(niǎo)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(guò)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(wèn)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(mén)前的交通問(wèn)題，讓學(xué)生親自完成一個(gè)系統(tǒng)優(yōu)化的過(guò)程，用系統(tǒng)分析的方法分析問(wèn)題進(jìn)一步得到實(shí)踐和提高。五、教學(xué)流程（一）情景

4、創(chuàng)設(shè)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(wèn)題，比如隨著私家車(chē)的數(shù)量迅速增多，出現(xiàn)了越來(lái)越多的城市道路交通擁擠，車(chē)位不夠停放等問(wèn)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(lái)看幾個(gè)實(shí)例是，然后再來(lái)回答這個(gè)問(wèn)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(lái)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(wèn)題時(shí)，我們班同學(xué)有沒(méi)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(wèn)題，它叫拼圖鬧鐘，當(dāng)

5、鬧鈴響后，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(niǎo)巢的優(yōu)化調(diào)整師：我們?cè)賮?lái)看xx奧運(yùn)會(huì)的主會(huì)場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”，“鳥(niǎo)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(guò)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(kāi)啟屋蓋、擴(kuò)大了屋頂開(kāi)孔，優(yōu)化后方案，減少用鋼量1.2萬(wàn)噸，造價(jià)減少了約4億元。師：鳥(niǎo)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(niǎo)巢的外觀、設(shè)計(jì)理念都不會(huì)改設(shè)計(jì)意圖：精選

6、生活中系統(tǒng)優(yōu)化的案例來(lái)導(dǎo)入新課，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)欲望，同時(shí)通過(guò)案例，讓學(xué)生感覺(jué)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(kāi)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(shuō)“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

7、入，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(wèn)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(guò)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(lái)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(chóng)劑、方案2：種植殺蟲(chóng)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(wèn)題設(shè)定目標(biāo)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)在遇到什么問(wèn)題？生:葉片上的蟲(chóng)子，使渦輪

8、發(fā)電機(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(chóng)子，師：我們明確目標(biāo)后，開(kāi)始制定方案，我們來(lái)看一下我們班同學(xué)制定的方案，我們這些方案有沒(méi)有條件的約束呢？方案1：噴灑殺蟲(chóng)劑，人工噴灑嗎？有沒(méi)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(kāi)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)師：試驗(yàn)后，我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)

9、施最優(yōu)方案。這就是我們優(yōu)化的基本過(guò)程是：師：我們來(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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(wèn)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(lái)看第二個(gè)案例“利潤(rùn)問(wèn)題”。生：閱讀書(shū)上的案例師：同學(xué)們看到這個(gè)問(wèn)題，馬上想到用什么方法來(lái)解決生：

10、用數(shù)學(xué)上的函數(shù)（線性規(guī)化）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：X、X12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(lái)，看看你能不能發(fā)現(xiàn)影響因素片、X與最優(yōu)值S的關(guān)系。2max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?。∩a(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(zhuān)門(mén)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(lái)還有約束條件的限制。那好我們就生產(chǎn)8張桌子，算一算椅子最多可以生產(chǎn)多少?gòu)?？學(xué)生：13張！教師：8張桌子，13張椅子。把你們經(jīng)過(guò)一番分析計(jì)算選擇的這兩個(gè)變量的解代

11、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(wèn)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(lái)解決這個(gè)問(wèn)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(wèn)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(chē)從A點(diǎn)出發(fā)，送完貨后返回，配送路線如圖，圖中帶箭頭的線分別表示兩地往返的方向，無(wú)箭頭的線表示可以往返的線路。師：說(shuō)說(shuō)你的解決思路生：學(xué)生討論、.1?>萬(wàn)案路線

12、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(guò)優(yōu)化流程來(lái)優(yōu)化案例，通過(guò)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(wèn)題：隨著汽車(chē)普通率的提高，我們周?chē)慕煌ㄖ鸺?jí)逐漸惡化，一所小學(xué)門(mén)前的交通經(jīng)常出現(xiàn)塞車(chē)的現(xiàn)象師：展示這所小學(xué)的地圖，說(shuō)明這所小學(xué)的特殊位置，播放一段小學(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

13、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(chē)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(mén)。（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(chē)，棄車(chē)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)

14、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。2019-2020年高中通用技術(shù)3.3系統(tǒng)的教案設(shè)計(jì)蘇教版必修2教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能：1、通過(guò)簡(jiǎn)單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)案例的分析，初步學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法2、確定一個(gè)生活或生產(chǎn)中的簡(jiǎn)單對(duì)象，根據(jù)設(shè)計(jì)要求完成系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)過(guò)程與方法：培養(yǎng)學(xué)生對(duì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)的分析能力并把它轉(zhuǎn)化成實(shí)在技術(shù)產(chǎn)品的能力3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：激發(fā)學(xué)生對(duì)技術(shù)的不斷探究與對(duì)新技術(shù)的熱愛(ài)教學(xué)重點(diǎn)：簡(jiǎn)單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)教學(xué)難點(diǎn)：理論知識(shí)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中靈活運(yùn)用課時(shí)：2課時(shí)導(dǎo)入復(fù)習(xí)：系統(tǒng)分析的概念、原則、步驟從系統(tǒng)分析導(dǎo)入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：系統(tǒng)設(shè)計(jì)的含義：在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出滿足

15、預(yù)定標(biāo)的系統(tǒng)的過(guò)程。它既包含了對(duì)某個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)本身的內(nèi)容，同時(shí)又需要運(yùn)用系統(tǒng)的思想和方法對(duì)其設(shè)計(jì)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)。1系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的主要問(wèn)題：1）、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的與要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)要從整體出發(fā)，以系統(tǒng)整體功能的最優(yōu)為目的2）、系統(tǒng)各部分之間的相互聯(lián)系與相互作用系統(tǒng)設(shè)計(jì)要運(yùn)用系統(tǒng)的思想綜合考慮和部分之間的關(guān)聯(lián)、沖突問(wèn)題，注重各部分的橫向、縱向聯(lián)系。分析：（PPT）近日記者從有關(guān)部門(mén)獲悉，北京園林部門(mén)選中了江西的杜鵑花,準(zhǔn)備在今年奧運(yùn)會(huì)舉行之際，將200多萬(wàn)盆杜鵑花點(diǎn)綴在各大場(chǎng)館。杜鵑花目前是否已經(jīng)在栽培？如何栽培?根據(jù)棚室環(huán)境系統(tǒng)回答下列問(wèn)題：（1）、棚室環(huán)境系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)什么功能？（2）、棚室環(huán)境系

16、統(tǒng)由幾個(gè)部分組成？（3）、各個(gè)部分之間有什么關(guān)系？3）、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化首先從系統(tǒng)整體考慮優(yōu)化，統(tǒng)籌兼顧，再在此基礎(chǔ)上完善各部分的設(shè)計(jì)。馬上行動(dòng)：為座落在山里的村莊策劃一個(gè)筑路工程設(shè)計(jì)方案，需要籌劃：資金分配、人員調(diào)配、地質(zhì)勘探、路向選擇、材料購(gòu)置、施工進(jìn)度等。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路出發(fā)，怎樣理順這些關(guān)系？1. 要實(shí)現(xiàn)的總體目標(biāo)是安全、經(jīng)濟(jì)、快速地完成筑路工程。2. 要選擇好筑路技術(shù)設(shè)計(jì)方案，如公路要越過(guò)兩座山坡，是穿隧道還是繞道行。3. 要考慮工期、人員、材料的具體安排方案，降低材料成本，減少材料浪費(fèi)，在不增加過(guò)多人員的前提下，提高工程進(jìn)度等。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟：1) 將系統(tǒng)分解為若干個(gè)小系統(tǒng)

17、2) 確定各子系統(tǒng)的目標(biāo)、功能及相互關(guān)系3) 對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)4) 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體技術(shù)設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)二、簡(jiǎn)單的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)王丹家的樓梯燈壞了，她每晚從學(xué)校回來(lái)，走在黑洞洞的樓梯里，什么都看不見(jiàn)，為此，她利用學(xué)過(guò)的知識(shí)，設(shè)計(jì)并制作了一只簡(jiǎn)易的手電筒，1提出設(shè)計(jì)要求：可照明的手電筒，攜帶方便，使用安全。2設(shè)計(jì)分析(包括環(huán)境及約束條件)：(1) 可把手電筒照明供電部分分為照明和供電系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)。照明子系統(tǒng)的要素是燈泡，導(dǎo)線，供電子系統(tǒng)的要素是電源和開(kāi)關(guān)。(2) 手電筒的功能取決于它的各個(gè)組成要素，電源通過(guò)導(dǎo)線的連接驅(qū)動(dòng)燈泡發(fā)光，這些要素缺少任務(wù)一個(gè)，手電筒都不能正常的工作。(3) 選擇合適的元器件，使它們相互匹配