高中通用技术地质版（2019）必修《技术与设计2》二 影响系统优化的因素与最优方法教案设计

这是一份高中通用技术地质版（2019）必修《技术与设计2》二 影响系统优化的因素与最优方法教案设计，共5页。

1.知识与技能
（1）理解系统优化的意义。
（2）能分析影响系统优化的意义。
（3）初步掌握系统最优化的方法。
2.过程与方法
（1）能够对一个简单系统运用最优化的方法进行分析。
（2）尝试用系统最优方法的一般步骤对简单系统进行优化。
3.情感态度价值观
感受系统优化的意义，能在生活和学习中渗透进系统优化的思想。
重难点
重点：系统分析的一般性步骤和系统最优化方法。
难点：系统优化的过程分析。
教学方法：自主探究式教学方法。
教学过程：
教学
过程
教学活动
学生
反映
设计
意图
复习导入
什么是系统？
系统的基本特性是什么？
作为系统，它们就具有整体性、相关性、目的性和环境适应性，就构成系统的基本思想。对系统分析的基本方法就是运用系统的思想和定性定量相结合的方法对系统及性能分析。
由相互依存的若干要素组成的、具有特定功能的有机整体。
整体性
相关性
目的性
环境适应性
故事引入
展示田忌赛马的有故事，引出系统优化的问题。
战国时代，齐王常与他的大将田忌赛马，双方约定每场各出一匹马，分三场进行比赛。齐王的马有上、中、下三等，田忌的马也有上、中、下三等，但每一等都比不上齐王同等的马，于是田忌屡赛屡输。
一日，田忌的宾客、对军事颇有研究的孙膑给田忌出了一个主意，结果以二比一赢了齐王。
以上各方案中，齐王与田忌的赛马结局有以3：0赢的，也有以2：1赢的，但只有一种情况是田忌以2：1取胜于齐王的，孙膑正是把这种方案推荐给了田忌，就是上述红色箭头的方案。
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，漫无边际地支研究所有方案，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。
优化就是要在给定的约束条件下确定优化目标，找到某种方案去求解问题，并得到最优效果。这种问题就是优化问题；这种方案就是优化方案。
求解优化问题时，一要清楚优化的目的是什么；二是清楚问题潜在的一些约束因素是什么。
案例一
建造隔音墙改善车流噪声污染
1.问题—车道附近噪声污染严重
经查有关资料，车道上的车流所发出的噪声高达80dB。在学校或居民区附近，影响学校上课效果，对师生的健康造成伤害。
那么，为了减少噪声，我们应该怎么做呢？还有没有更好的方法呢？
2.选择合适的优化方法—建隔音墙
3.建隔音墙的技术要点
隔音墙的本质是改变噪声的传播途径，以达到改善道路两侧环境的目的。一般要考虑以下技术要点：
（1）具体测量噪声严重程序。
（2）建立隔音墙防噪声的数学模型及墙体参数关系条件，求其数学解。
（3）从系统优化的角度考虑，要做到投入最小和效果最好。
（4）做必要的验证试验，如计算机仿真等。
4.实施优化
（1）墙体结构与材料，这与上面的定量计算相关。
（2）美观，形成一道特殊的风景线。
（3）效果，可实测建隔音墙前后的噪声影响大小。
系统优化的意义就是以较小的投入获得最佳效益或最佳功能。
改善道路质量，增加软性材料，减少噪声；更换静音轮胎；建立隔音墙。
从实例入手，降低教学难度，运用系统的思想和定性分析的方法，进行分析研究、优化，在分析过程中体验系统优化的意义。
技术探究
课程表编排优化试验
内容与要求：
试验对象：高一年级课程表。
试验目的：体验如何让课程表发挥最佳 效能。
试验前准备：
（1）收集高一年级各班同时期的周课程表。
（2）向有关方面调查与课程表有关的情况。
（3）向有关教师请教课程表编排方面的经验。
将全班分成3个小组，每个小组自主编排，并各自拿出一个试验样本。
实例二
影响系统优化的因素与最优方法
为本村筑通一条致富路
（1）需要进行优化的问题
交通闭塞是本村系统需要进行优化的问题。
（2）选择合适的优化方法——优化的方略与筹谋
决策修路，以改善本村与外界的交通联系，这是正确的优化方略和优化方法。
首先根据本村实际，拟定几条修路和路线。然后权衡当前的需求与将来发展的因素，结合人、物与财力情况，制订出具体的修路方案。
步骤
作用
勘测
收集资料和数据
预算
土石方、器材种类与数量、人力数量、经费
选择合适的筑路方法和计划
根据人、物、财等情况综合考虑后确定
验证与实施
条件校验、实施与调整
总之，以最小的投入获得最大的经济效益，就是最优化决策之一。优化活动不是一次性的活动，是不断迭代更新的过程。
影响系统优化的因素与最优方法
1.影响系统优化的因素
首先是优化追求的目标要适度。
其次是实施系统优化。希望取得的效果达到最大，而投入最小之比称为效耗比；
再次系统优化离不开条件 。条件是否具备直接影响优化。
最后某些不确定性或不可预见的因素也会影响系统优化。
所以，在优化实施过程中，要及时调整计划与方法，回到优化之路。
技术实践
教室供电线路的改进
背景特征
这是多年前建造的教室。现在，该教室内的用电设施有三个部分，即室内照明用的有3组，共6个日光灯；照亮黑板用的有1组，共2个射灯；教学备用（投影仪、教学实验设备等）的电源插座（从照明灯座上引出）1个，这些用电设施，全通过墙上一个供电开关操作，或全供电，或全不供电。
实践目的：改进供电线路，达到用电灵活、方便和节电的目的。
作法与要求：
（1）根据“背景特征”所提供的材料，找出原供电线路需要改进的问题。
（2）提出改进方案，画出改进后的供电线路原理图，给出相应的技术说明。
（3）讨论改进方案，看它是如何达到改进、优化目的的。
（4）按照改进方案，做出简要预算。
（5）假定你提出的改进方案被通过，请你给出具体实施的方法和步骤。
（6）对改进、优化所做的工作和效果进行总结和评价。
最优化方法
为了使系统达到最优化的目标所提出的各种解决方法，称为最优化方法。
最优化的一般步骤
（1）提出需要最优化的问题，收集相关数据和资料。
（2）确定变量，建立定量计算方程和有关约束条件。
（3）选择合适的最优化方法。
（4）解方程，校验解的最优性
（5）实施。
权衡是理念，掌握和运用好权衡，是正确决策的重要保证。
课堂小结