機械優(yōu)化設(shè)計說課稿

1、優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型說課稿張華我說課的題目是:優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型。本章是中國石化出版社第一版現(xiàn) 代設(shè)計方法第二章第二節(jié)的內(nèi)容。我主要從教材分析，教法設(shè)計，學(xué)法指導(dǎo)， 教學(xué)設(shè)計四個方面進行闡述。一、教材分析：從以下三方面加以分析。1、地位作用：本節(jié)主要講授建立優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的三要素：即目標函數(shù)、 設(shè)計變量和約束條件，建立優(yōu)化設(shè)計問題的數(shù)學(xué)模型，是進行實際問題優(yōu)化設(shè)計 首要環(huán)節(jié)，它為后續(xù)進行優(yōu)化設(shè)計算法和編程，以及得出準確的優(yōu)化結(jié)果奠定良 好的基礎(chǔ)。本小節(jié)是第二章的教學(xué)重點章節(jié)。2、教學(xué)目標：根據(jù)大綱要求，結(jié)合學(xué)生特點，我將教學(xué)目標定為知識目標， 能力目標，情感目標三個方面。知識目標：1）理解優(yōu)化

2、設(shè)計問題數(shù)學(xué)模型的組成。2）掌握優(yōu)化設(shè)計問題數(shù)學(xué)模型的建立方法。能力目標：1）培養(yǎng)學(xué)生從實際問題進行抽象、概括、歸納優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的 能力。2）培養(yǎng)學(xué)生主動探究、協(xié)作學(xué)習(xí)的能力。情感目標：培養(yǎng)學(xué)生迎難而上克服困難的精神和正確認識事物本質(zhì)的方法論。3、學(xué)情分析本門課的授課對象是普通本科機械電子工程專業(yè)大三學(xué)生，他們前續(xù)已經(jīng)學(xué) 習(xí)了高等數(shù)學(xué)、機械設(shè)計、機械原理、現(xiàn)代工程圖學(xué)、三維軟件基礎(chǔ) 等課程，具有產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)的基本思路和方法，但工程實踐經(jīng)驗不足，概括和抽 象能力有待提升。4、重點與難點由于工程優(yōu)化問題的復(fù)雜難易程度有差異，所以其數(shù)學(xué)模型的建立也有難 易，而建立其優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型是開展后續(xù)優(yōu)

3、化環(huán)節(jié)的首要步驟，數(shù)學(xué)模型建 立是否準確，直接決定了后續(xù)優(yōu)化結(jié)果的可靠性，所以它是本章的重點。而要使 學(xué)生掌握優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的建立方法，需要學(xué)生有數(shù)學(xué)建模的基本理論，有工 程問題抽象思維的能力，而這對于機電專業(yè)普通本科生而言是有一定的難度的， 所以把它定為教學(xué)難點。二、教法設(shè)計：主要采用演示法、啟發(fā)誘導(dǎo)法和研討法的教學(xué)方法，通過“動畫演示、創(chuàng)設(shè) 問題情境提出問題、探究驗證回答問題、發(fā)現(xiàn)一般規(guī)律、共同討論得出結(jié)論”等 環(huán)節(jié)，體現(xiàn)“教為主導(dǎo)，學(xué)為主體”的教學(xué)原則。教學(xué)手段：多媒體輔助教學(xué)。三、學(xué)法指導(dǎo)：1、“授人以魚，不如授人以漁”。通過教師創(chuàng)設(shè)形象生動的教學(xué)氛圍，讓學(xué)生能 主動參與，積極探究，

4、善于思考，協(xié)作學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)生分析問題，解決問題 的能力。2、采用提取舊知-積極思維-實驗探究-構(gòu)建新知-鞏固深化的學(xué)法。四、教學(xué)設(shè)計：為更好地完成教學(xué)目標，我將教學(xué)設(shè)計分為以下六個部分。1、復(fù)習(xí)提問：減速器課程設(shè)計你所完成的題目是什么？是什么類型的減速器？你所采用 的傳動方案是怎樣的？請大家回顧上學(xué)期所完成的機械原理機械設(shè)計綜合設(shè)計 并回答以上問題。雖然是上學(xué)期完成的綜合設(shè)計，但由于是集中實踐環(huán)節(jié)，學(xué)生投入的時間盡 力比較多，費了很大勁，應(yīng)該留有很深刻的印象，通過回憶，學(xué)生應(yīng)該很容易進 入到以前課程設(shè)計的情境。2、創(chuàng)設(shè)情境（課堂導(dǎo)入）：透過回憶以前機械原理機械設(shè)計綜合設(shè)計的情境，進一步深入

5、，啟發(fā)學(xué)生， 他們所完成的設(shè)計過程是否基本是采用手工的方法完成的，計算工作量很大，圖 紙繪制的難度也比較大，但是設(shè)計結(jié)果的可信性如何？是否是最佳的設(shè)計結(jié)果？ 你所設(shè)計的減速器是否體積做到了最小，最能節(jié)約原材料？這會引起學(xué)生的深 思。在前面復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上，采用這種形象生動的導(dǎo)入法，激發(fā)了學(xué)生探究新知 識的欲望，將學(xué)生的興趣點引到了對優(yōu)化設(shè)計的研究上來。3、探索研究：要進行優(yōu)化設(shè)計，首先應(yīng)建立其數(shù)學(xué)模型，然后采用計算機編程的方法完成 優(yōu)化設(shè)計，數(shù)學(xué)模型建立是否準確，直接影響優(yōu)化設(shè)計結(jié)果，進而進入第一個教 學(xué)目標：優(yōu)化設(shè)計問題數(shù)學(xué)模型的組成。優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的建立是本節(jié)的重點和難點：為突破難點，我把探

6、究過程 分為四步：第一步：舉例：貨箱的優(yōu)化設(shè)計：給出設(shè)計條件和要求，現(xiàn)用薄板制造一體 積為100m3,長度不小于5m的無上蓋的立方體貨箱，要求該貨箱的鋼板耗費量 最少，試確定貨箱的長、寬、高尺寸。然后進行分析：（1）目標：用料最少，即貨箱的表面積最小。（2）設(shè)計參數(shù)確定：長x1、寬x2、高x3；（3）設(shè)計約束條件:（a）體積要求（b）長度要求 進而確定其數(shù)學(xué)模型：設(shè)計參數(shù)設(shè)計目標約束條件x , x , xmin S = x x + 2(x x + x x )1 22 31 3g 廣 xi 5g = x 0g = x 0h = xx x =100這樣可使學(xué)生產(chǎn)生初步的1感性認識，帶著問題有目的的

7、去掌握知識。第二步：在第一步工作的基礎(chǔ)上，提出問題：如何建立減速器優(yōu)化設(shè)計的數(shù) 學(xué)模型呢？給學(xué)生提出設(shè)計條件和要求：已知：傳動比i，轉(zhuǎn)速n，傳動功率P， 大小齒輪的材料，設(shè)計該齒輪副，使其重量最輕。引導(dǎo)學(xué)生嘗試建立其優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型。在此，組織學(xué)生分組進行討論， 每組討論后提出一個優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型。之后，組織進行全班辯論，究竟哪組 提出的優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型是最合理的？在辯論的同時，學(xué)生可以自然接受一些規(guī) 律性知識：如設(shè)計變量的數(shù)目確定問題，約束條件的分類問題，目標函數(shù)的簡化 問題等。這樣在學(xué)生通過充分討論后，自覺的運用已有的知識發(fā)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型 的建立規(guī)律，從而使難點突破。第三步：實際演

8、練，要求學(xué)生完成上學(xué)期機械原理機械設(shè)計綜合設(shè)計的減速 器優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的建立，通過這樣實際的演練，進一步使學(xué)生接觸工程實際， 鍛煉學(xué)生的工程意識，并進一步驗證前面所發(fā)現(xiàn)的規(guī)律。以上第二、第三步是本小結(jié)的教學(xué)關(guān)鍵，一定要針對授課班級學(xué)生的實際情 況，組織好教學(xué)。第四步：通過學(xué)生討論得出結(jié)論，如何將工程實際問題抽象為優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué) 模型。以上通過“提出問題一一回答問題發(fā)現(xiàn)規(guī)律一一驗證規(guī)律一一共同討論得出 結(jié)論”的四步教學(xué)法，將難點分解，層層遞進，步步深入，強化重點的同時，變 難點為趣點，使學(xué)生輕松掌握所學(xué)知識。4、總結(jié)提煉教師歸納總結(jié)本次課內(nèi)容，并導(dǎo)入下一節(jié)內(nèi)容:如何編程解決優(yōu)化設(shè)計問題。 使學(xué)生更好的理解本小節(jié)的重、難點，同時也能使本次教學(xué)前后連貫，一氣呵成！5、布置作業(yè)通過課后作業(yè)，使學(xué)生鞏固課堂知識。6、板書設(shè)計 分為主、副板書。主板書：一、優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型1、目標函數(shù)2、設(shè)計變量3、約束條件二、優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型建立的一般規(guī)律1、設(shè)計變量（1）抓主要，舍次要2、約束條件（1）邊界約束（2）性能約束3、目標函數(shù)目標函數(shù)必須包含全部設(shè)計變量。在機械設(shè)計中，可作為參考目標函數(shù)的有：最小體積，最輕重量，最高效率