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1、系统的优化教学案例山东泰安泰山中学周光祥一、教材分析系统的优化是地质版通用技术必修2 第三章系统与设计第三节的内容，是系统分析的深入和延伸，系统分析和系统优化是系统设计的基础，系统优化是系统理论在生活中具体实践，更是系统设计过程中的重要环节。本节内容从生活实例入手，结合“建造隔音墙”案例，阐述系统优化的意义，引用“泰山中学无线网络发射器安装”为例，让学生建立数学模型并运算，体验系统量的优化具体过程。根据案例分析总结系统优化一般性步骤，明确系统优化是在一定的约束条件下进行，影响系统优化的因素及最优化方法。二、学情分析学生掌握了系统分析的基本方法，但是在具体的实践中， 如何利用系统的思想分析问题，
2、往往眼高手低，过分的重视定性的分析，缺少或者很少有定量的分析，同时缺乏从宏观的角度把握系统分析和优化的全过程，缺少过程中的体验和感悟。三、教学目标1、知识与技能：理解系统优化的意义，明确优化的前提条件，能分析影响系统优化的因素，运用系统最优化的方法的对简单系统进行分析和优化。2、过程与方法：通过对案例的分析，让学生体会系统优化的重要意义，使用定性、定量相结合的分析方法，体验系统优化的全过程，初步掌握对系统优化的一般方法和步骤。3、情感态度与价值观：通过亲自分析案例和亲身参与定量分析过程，让学生体会进行系统优化的必要性和重要意义，体验对系统深入分析，从而培养学生形成运用系统思想解决问题的习惯。四
3、、教学重点、难点名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 教学重点：系统最优化方法和一般化步骤，影响系统优化的因素和前提条件。教学难点：系统优化质和量的分析。五、教学方法案例分析法、任务驱动法、讨论探究法通过试一试和技术试验活动，让学生亲自完成一个系统优化的过程，体验系统是如何优化的。六、教学准备多媒体教室、多媒体课件七、教学内容与过程（一）情景导入课件展示（案例一）：泰山中学学生食堂学生就餐的视频。 （录制学生自己的生活
4、视频，学生会在其中寻找自己熟悉的身影和一些拥挤与无序行为，从而活跃课堂气氛，调动学习兴趣，便于学生发现与寻找问题。 ）（提醒：自觉遵守和维护公共秩序，不是一句空话）呈现任务：我们学校的食堂每到午饭时间，大家就要排着长队等候。如何减少学生就餐排队时间？请就这一问题展开讨论，提出几种解决方案并选择最可行的办法。学生分小组探究讨论： （略）小组长汇报讨论结果： （略）参考方案： 1、增加窗口数量和工作人员；2、三个年级错时吃饭； 3、扩建食堂等。教师：几种方案各有优劣，方案1 和方案 3 需要增加资金投入，学校没有钱去办这件事情。 （这就是我们受到的约束条件） 。方案 2 不需要花钱，只要调整吃饭时
5、间，就可以解决的问题，学校领导会考虑的。由此案例我们可以看出，人们做任何事情都期望以最少的投入获得最优的效果。这就是系统的优化。如何运用科学的方法找到最优化方案。（二）板书课题名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - （三）教学过程1讨论案例，定性分析课件展示（案例二）：如何给同学们提供一个安静的学习环境，防止校外汽车的噪音传到教室内。请同学们结合课本上的案例1“建造隔音墙改善车流噪音污染” ，观察课件中提供的现场图片，并
6、思考怎样才能降低泰安城西干道周围附近噪音的污染、优化居民楼、学校等大环境系统。小组讨论：（略）请各小组选代表就上面的问题发表观点。方案： A组代表：降低车体本身的噪音；B组代表：汽车减速通过；C组代表：让车道远离学校；D组代表：修建隔音墙。教师： A组、B组和 C组代表提的观点，关系到车辆、车速和道路的整体设计，事关政府设计的长远发展规划，目前解决难度较大，属于前提条件。（约束条件）修建隔音墙是较好的解决方案。隔音墙作用的本质是改变噪音的传播途径，以达到改善污染的目的。请同学们分小组讨论，确定在实施过程中需要解决的问题，并给出解决建议。A组代表：我们认为需要解决的问题是“隔音墙的高度、长度如何
7、考虑”，我们认为需要具体测量噪音严重的程度。这个数据需要实地调查城西干道车流附近学校、居民楼或其他建筑的规模数据来确定。B 组代表：我们认为需要解决“隔音墙的墙体结构及外形如何设计”， 我们认为隔音墙的墙体结构外形因该市墙体垂直或略向车流一侧倾斜；墙的头部形状略向内侧适度弯曲；如果道路两侧的建筑比较高时；修建的隔音墙的高度就要很高，应该建成封闭式的；墙体内侧表面应该做吸收声音处理。C组代表：我们考虑到问题是“隔音墙体的主材料选用什么样的好”，我们觉得利用隔音名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -
8、 - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 墙可以将噪音反射到上空，但仅将噪音反射到上空也是不够的，还要使用很好的隔音材料。需要拿出几套采用不同材料的方案，列表比较说明，在坚固、美观、经济（造价、维修）等因素间权衡、比较、决策。最后再确定选用什么样的材料。教师：我们首先讨论了如何降低噪音的问题，同学们分析比较，选出了优化的方案，我们又进一步针对建立隔音墙的选材问题，进行了讨论分析比较，选出了优化的方案，现在针对两个优化的方案，结合以上分析，请同学们总结一下，系统优化的意义是什么？2学生总结系统优化的意义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
9、能。3优化实践，定量分析对于比较复杂的系统，需要借助一定的数学手段描述它，进而找到合适的解决方案。（案例三）：泰山中学校园无线网络在建设初期没能考虑到最优化问题，目前在校园内存在无线网络盲区，呈现学校布局图，学校南北长480 米，东西宽 160 米，如果把现有的无线网络发射设备更换为一台全指向性的，覆盖半径为300 米的范围，设置在何处能保证全校没有无线网络盲区。请同学们协助老师解决这一问题，思考如何实现无线网络系统的最优化？关键是消除无线网络盲区。（教师提示：从复杂的专业的描述中提取出关键的数学数据，转化成数学模型进行计算解决系统问题，将复杂问题简单化，完成系统的优化。教师引导学生小组探究。
10、）小组任务探究：（略）学生解决方案： 从多媒体展示材料的中提取重要数据建立数学模型， （如图） ，重点需要计算出图中线C的长度是否小于等于300 米。转变为数学模型后，可以利用直角三角形的运算c2=a2+b2, a=160/2=80 米b=480/2=240 米得出 c=252.98 米O 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - c 小于 300 米因此，将无线信号发射器安装在中心O位置合适。还考虑施工及维护方便，安放位
11、置安全，对设备保护等因素，我们建议安装在一号教学楼楼顶中心位置，并辅装简单的保护设施。教师汇总各小组解决方案，让学生讨论回顾上面三个案例的解决优化的过程，引导学生总结出系统优化的一般性步骤。4学生讨论总结系统优化的一般性步骤在对系统进行优化时，既需要必要的定性分析，定量的计算也是不可或缺的。系统优化的一般性步骤：（1）提出需要优化的问题；（2）需要收集有关资料和数据， 确定变量、建立定量计算方程 （数学模型） 和约束条件，选择合适的最优化方法；（3）验证和实施。联系上面案例分析，在实际的系统优化过程中，哪些因素会影响到最终优化的效果呢？5学生讨论总结影响系统优化的因素小组讨论总结，教师引导，得
12、出结论：影响系统优化的因素：（1）优化的目标要适度；（2）希望投入最小，而取得的效益最大；（3）系统优化时离不开条件，条件是否具备直接影响优化；（4）某些不确定的或不可预见的因素也会影响系统的优化。教师：综合考虑以上因素，结合我们的优化实践的体验，思考一下，怎么样才算系统最优化的方法呢？6引导学生总结出系统最优化的方法最优化方法是系统学中的一个重要方法，它通常是指在一定的人力、物力和财力资源的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - -
13、- - - 条件下，使取得的效果（如生产产值、利润、效益等）达到最大，而投入（如能源、资金、人力、时间等）达到最小的一种方法。前提条件：在一定的人力、物力和财力资源的条件（约束条件）在使用最优化方法时注意把握以下原则：（1）要用定性和定量分析相结合的方法使系统最优化。（2）坚持系统整体的最优化。 运用好权衡理念， 舍卒保车，弃车保帅，保证最终的胜利。（3）不间断地寻求最优化，系统的发展具有阶段性，系统的优化是具有相对性的，要遵循系统的动态观点，推动系统不断进步。7课堂小结在系统优化过程中，运用系统的思想，采取定性、定量相结合的方法，合理选择，恰当分析，力求最优化方案、最优化策略、最优化方法，最终必然使得系统实现最优化的效果。我们多加注重学习理论知识在实际的生活中运用。8课后探究学生阅览室照度不够，灯光系统配置欠佳，请你具体考察并运用系统思想，定性、定量相结合的方法的分析，并提出其优化的合理化建议。要求写成书面报告提交作业。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -