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1、工程优化方法课程教学大纲（总学时数：32,学分数：2.0）一、课程概况课程代码：0105132学 分：2.0学 时：32（其中讲授学时16、课内实验学时16）先修课程：高等数学A、大学物理A、工程力学、计算机语言（C）适用专业：飞行器制造工程建议教材：白清顺，孙靖民，梁迎春主编，机械优化设计，机械工业出版社，2017o课程归口:航空与机械工程学院/飞行学院课程的性质与任务：本课程是飞行器制造工程专业的一门专业选修课程。课程内容 包括优化方法的基本概念、原理和常见的算法。通过本课程的学习，使学生了解优化方 法的基本概念和基本分类，掌握优化流程图和一维搜索算法的基本思想，了解无约束优 化和约束优化
2、方法，掌握梯度法和复合形法基本原理和算法。在课程教学中，融入思政 元素，培养学生积极进取、刻苦钻研的科学探索精神，树立正确的人生观和价值，将优 化方法与价值引领相结合，实现知识传授和能力培养的有机统一。二、课程目标目标1. 了解优化方法的基本概念和基本分类，培养学生积极进取、刻苦钻研的科 学探索精神，树立正确的人生观和价值观。目标2.掌握优化流程图和一维搜索算法的基本思想。目标3. 了解无约束优化方法和约束优化方法，培养缘事析理、明辨是非的能力。目标4.掌握梯度法和复合形法基本原理和算法。本课程支撑专业培养计划毕业要求指标点1-2、1-3、2-1和5-2,对应关系如表1。表1毕业要求指标点与课
3、程目标的对应关系5-2毕业要求 指标点课程目标目标1目标2目标3目标41-2q1-3q2-1q三、课程内容及要求（一）绪论教学内容：优化的概念、基本术语、优化的种类和优化流程图。基本要求：（1）了解优化的概念、优化的基本术语、优化的种类；（2）掌握优化流程图，能够理解并绘制优化流程图。思政元素1：在阐述工程设计中的优化重要性及优化方法的发展时，最优化就是要 在一定条件下找到最好的设计方案，培养学生刻苦钻研、精益求精的科学探索精神。思政元素2：在优化设计数学模型的讲授时，强调数学模型规范化的重要性，引导 学生言行一致，树立正确的人生观和价值观。（二）一维搜索方法概述及搜索区间教学内容：一维搜索方
4、法的基本思想，搜索区间的确定及区间消去法原理。基本要求：（1）了解一维搜索方法的基本思想；（2）掌握确定初始优化区间的方法；（3）掌握搜索区间缩小的方法。（三）一维搜索的试探法教学内容：一维搜索试探法的基本思想，黄金分割法的基本原理。基本要求：（1）了解一维搜索试探法的基本思想；（2）掌握黄金分割法的相关数学知识，能够手工计算简单优化问题。（四）一维搜索的插值法教学内容：一维搜索插值法的基本思想，牛顿法的基本原理。基本要求：（1）了解一维搜索插值法的基本思想；（2）掌握牛顿法的基本原理，能够编制C程序计算简单优化问题。（五）无约束优化方法教学内容：无约束优化问题的特征，常见的无约束优化方法。基
5、本要求：（1）理解无约束优化问题的特征；（2）了解常见无约束优化方法及基本思 想。掌握最速下降法，能够编制C程序计算简单优化问题。（六）约束优化方法教学内容：约束优化问题的特征，常见的约束优化方法。基本要求：（1）了解常见的约束优化方法及基本思想；（2）掌握随机方向法/复合形法，能够手工计算简单优化问题。教学内容与课程目标的对应关系及学时分配如表2所示。表2教学内容及学时分配表序号教学内容支撑的课程目标毕业要求指标点讲授学时实验学时1绪论目标11-2302一维搜索方法概述及搜索区间目标1、目标31-2、 2-1123维搜索的试探法目标2、目标31-3、 2-1334维搜索的插值法目标2、目标4
6、13、 5-2245无约束优化算法目标1、目标31-2、 2-1246约束优化算法目标1、目标41-2、 5-2337课程考核目标1、目标21-2、 1-320合计1616四、课内实验课内实验课程内容及要求如表3所示。表3课内实验内容及要求序号实验名称实验内容及要求课程目标毕业要求 指标点学时1一维搜索区间的 确定根据单峰一维函数极低值所处区 间的高-低-高的特征，根据步长 和试探方向确定初始搜索区间。目标32-122一维搜索的试探法-黄金分割法通过比较单峰区间内两个内分点 的函数值，使区间逐渐缩短，直 到满足给定的误差范围。目标32-133一维搜索的插值法-牛顿法。根据某点处的函数值、一阶导
7、数 值和二阶导数值来构造插值函 数，从而搜索插值函数的极小点。目标45-244无约束优化算法- 最速下降法。采用使目标函数值下降得最快得 负梯度方向作为搜索方向，寻找 目标函数的极小值。目标45-245约束优化算法- 随机方向法。约束优化算法- 复合形法。（:选一）以随机形式在初始点周围产生几 个随机方向，从中选择一个使目 标函数值下降最快的方向作为可 行搜索方向。在可行域内构造一个初始复合目标32-13形，对该复合形各顶点的目标函 数值进行比较，按一定的法则求 出目标函数值有所下降的可行 点，构造新的复合形逼近最优点。五、课程实施(1)以经典的优化算法来设计教学内容，优化教学进程；采用多媒体
8、教学手段，精选 与课程相关的图片和实例，结合优化方法及实际工程应用，提高课程集中教学的效率。(2)通过强化过程考核来督促学时及时进行学习状态，并依此客观评判学生学习效果 及解决实际问题的能力。(3)以问题为导向，帮助学生理解优化方法的基本概念和原理，掌握常见优化算法的 基本思想和使用，使学生工程问题分析及优化的能力。(4)主要教学环节的质量要求如表4所示。表4主要教学环节的质量要求主要教学环节质量要求1备课(1)按照教学大纲要求进行课程教学内容的选择和组织。(2)熟悉教材各章节，并依据教学大纲编写授课进度计划，按规范格式编写每次 授课的教案。(3)根据各部分教学内容，构思授课思路、技巧，选择合
9、适的教学方法。2讲授(1)要点准确、推理正确、条理清晰、重点突出，能够理论联系实际，熟练地解 答问题和讲解知识点。(2)表达应力求形象生动，便于学生理解、接受，使学生在掌握知识的过程中， 保持较为浓厚的学习兴趣。(3)采用多种教学方式(如启发式教学、实例分析教学、讨论式教学、问题导向 教学等)，注重培养学生发现、分析和解决问题的能力。(4)能够采用现代信息技术辅助教学。(5)有机融入思政元素，达成课程目标。3实验 教学(1)实验设计：从学生实验技能培养的总体要求出发，科学合理地确定实验课的 教学目标与要求，。(2)实验课前：任课教师根据教学计划与教学大纲的要求，在拟定学期授课计划 的同时，认真
10、设计实验，制订实验授课计划，确保学生实验顺利进行。(3)实验教学：根据实验的具体要求，认真组织学生实验，教师需现场指导学生 实验操作，要求学生遵守实验规则，认真解答实验过程中出现的问题。(4)实验成绩考核：严格按照相关课程大纲规定的实验评价标准表中的考核内容 逐项考核。4作业 布置 与 批改学生必须完成规定数量的作业，作业必须达到以下基本要求：(1)按时按量完成作业，不缺交，不抄袭。(2)格式规范、表述清晰。(3)解题方法和步骤正确。教师批改和讲评作业要求如下：(1)学生的作业要按时全部批改，并及时进行讲评。(2)教师批改和讲评作业要认真、细致，按百分制评定成绩并写明日期。(3)学生作业的平均
11、成绩是本课程总评成绩中平时成绩的重要组成部分。5课外为了解学生的学习情况，帮助学生更好地理解和消化所学知识、改进学习方法答疑和思维方式，任课教师需每周安排一定时间进行课外答疑与辅导。本课程考核的方式为闭卷笔试。考试采取教考分离，监考由学院统一安排。有6成绩下列情况之一者，总评成绩为不及格：考核(1)缺交作业次数达1/3以上者。(2)缺课次数达本学期总授课学时的1/3以上者。六、考核方式(1)本课程的考核方式包括形成性考核和期末试卷考核。(2)形成性考核(非实验)成绩为各项(支撑该课程目标的平时作业及测试)成绩的平均 分(百分制计分)。(3)形成性考核(实验)成绩为环节(预习、操作及报告)成绩的
12、平均分(百分制计分)。(4)学生课程总评成绩按下式计分：课程总评成绩=形成性考核(非实验)成绩x30%+形成性考核(非实验)成绩x20%+ 期末考试x50%。课程目标与课程考核环节、权重的对应关系如表5所示。表5课程目标与课程考核环节、权重的对应关系序号课程目标考核环节总题分课程目标达成权重1课程目标1形成性考核1( 一维搜索区间的确定)200.3期末考核300.52课程目标2形成性考核2(一维搜索算法)400.3期末考核700.53课程目标3形成性考核3(无约束优化算法、约束优 化算法)400.34课程目标4形成性考核(实验)1000.2（5）每个课程目标达成度计算方法如下：才支撑该课程目标考核环节平均得分,X达成权重，课程目标达成度二代t支撑该课程目标考核环节总题分，X达成权重，/=1七、有关说明（一）持续改进本课程根据学生作业、课堂讨论、平时作业考核情况和学生、教学督导等的反馈, 及时对教学中的不足之处进行改进，并在下一轮课程教学中整改完善，确保相应毕业要 求指标点达成。（二）教学参考书1白清顺，孙靖民，梁迎春主编，机械优化设计，北京：机械工业出版社，2017o2李元科编著，工程最优化设计，清华大学出版社，2019o3朱德通主编，最优化模型与试验，同济大学出版社，2003o批准