2019-2020年高中通用技術 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)設計的基礎，更是系統(tǒng)設計過程中的重要環(huán)節(jié)，它是是本書的重要內(nèi)容之一。二、學情分析進入系統(tǒng)的內(nèi)容，學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生的智力發(fā)展需求。但是，學生在對某個系統(tǒng)的分析容易陷入原有的邏輯思維，而不能很好地應用系統(tǒng)的思想和方法分析和解決問題，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，并能運用系統(tǒng)的方法分析問題，能對當前的系統(tǒng)提出優(yōu)化的方案。三、教學目標知識與技能：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€簡單系統(tǒng)運用最優(yōu)化的方法進行分析過程與方法：1模仿非常6+1節(jié)目，采用小組競賽的方法，課前制作了計分牌，用來累分。2通過討論、案例分析，完成學生知識的自主構(gòu)建。情感態(tài)度與價值觀：1體驗系統(tǒng)優(yōu)化的意義，指導學生把系統(tǒng)優(yōu)化的思想延伸到整個生活和學習當中。2培養(yǎng)學生解決問題的方法，以用合作精神3培養(yǎng)節(jié)約能源的意識教學重點與難點：重點：系統(tǒng)最優(yōu)化方法和一般性步驟難點：系統(tǒng)優(yōu)化的過程分析能結(jié)合生產(chǎn)生活中的實例，理解系統(tǒng)優(yōu)化的意義，并能結(jié)合實例分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素。四、教學資源準備多媒體課件教學課時：1課時本節(jié)教材中分三個部分：第一部分：案例分析通過“小鬧鐘”

3、案例、“鳥巢”和劉翔訓練方案的優(yōu)化調(diào)整案例，目的是讓學生感受系統(tǒng)優(yōu)化的意義。從實例分析入手，在分析過程中體驗系統(tǒng)優(yōu)化的意義。第二部分：第一個案例“風力發(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“利潤問題”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，要求學生運用系統(tǒng)的思想和定性、定量相結(jié)合的方法，確定研究課題、進行分析研究、評價比較、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：提供學生一個探究任務，優(yōu)化一所小學門前的交通問題，讓學生親自完成一個系統(tǒng)優(yōu)化的過程，用系統(tǒng)分析的方法分析問題進一步得到實踐和提高。五、教學流程（一）情景

4、創(chuàng)設引入新知師：作為一個系統(tǒng)，通常會有這樣或那樣的問題，比如隨著私家車的數(shù)量迅速增多，出現(xiàn)了越來越多的城市道路交通擁擠，車位不夠停放等問題，那么就需要我們要對交通系統(tǒng)進行改善、優(yōu)化，我們進行優(yōu)化的意義是什么？我們來看幾個實例是，然后再來回答這個問題。案例：小鬧鐘師：大家猜猜看，懸掛上面的這個白色的物體是什么？學：燈、鬧鐘師：是鬧鐘，當?shù)搅宋覀冊O定的時間響了以后，我們第一反應是什么？學：關掉鬧鐘，再睡一會師：等你醒來的時候，時間往往超了很多，這種情況影響我們正常的學習和工作。師：大家遇到個問題時，我們班同學有沒有想到去改進鬧鐘的設計？生：發(fā)表自己的看法師：這個鬧鐘就解決這個問題，它叫拼圖鬧鐘，當

5、鬧鈴響后，你要把它底部的圖拼好，它的鈴聲才能停止。師：這個鬧鐘和普通的鬧鐘相比較，在哪方面進行了改進？生：性能師：這個鬧鐘和普通的鬧鐘價格上會不會有提高很多？生：不會，因為拼圖的材料成本很低。案例：鳥巢的優(yōu)化調(diào)整師：我們再來看xx奧運會的主會場“鳥巢”，“鳥巢”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，它在設計過程中也在不斷的優(yōu)化調(diào)整，其中有一項調(diào)整是取消了可開啟屋蓋、擴大了屋頂開孔，優(yōu)化后方案，減少用鋼量1.2萬噸，造價減少了約4億元。師：鳥巢去蓋后，在哪方面得到改善？生:成本降低師：雖然去掉了蓋子，但鳥巢的外觀、設計理念都不會改設計意圖：精選

6、生活中系統(tǒng)優(yōu)化的案例來導入新課，激發(fā)學生學習欲望，同時通過案例，讓學生感覺到系統(tǒng)優(yōu)化的意義。案例：飛人劉翔師：提到奧運會的主會館，就想到飛人劉翔在08年奧運會因為腳腱受傷遺憾退出賽場的情景，今年的全運會劉翔再次天證明了自己，劉翔在這次全運會中以多少秒奪冠？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練方法是分不開的，孫海平對劉翔的訓練方法在不斷的優(yōu)化調(diào)整，孫海平教練說“思索出劉翔訓練的新思路，這比什么都有意義”，你認為孫海平教練思索出訓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：對于城市道路擁擠的問題，大家會想到什么解決方案？生：擴建道路？師：但這種方法不僅造價昂貴、破壞城市環(huán)境，失去了我們優(yōu)化的意義，我們可以通過優(yōu)化交通信號的控制。（二）系統(tǒng)優(yōu)化的基本方法1.案例：風力發(fā)電師：風力發(fā)電正逐漸成為大規(guī)?！熬G色發(fā)電”的先鋒，XX年美國就安裝了約16億美元的風力發(fā)電場，并還在逐漸加大投入，來了解一下風力發(fā)電系統(tǒng)。生：看風力發(fā)電的視頻師：大家能想出解決妙方嗎？小組討論生：方案1：殺蟲劑、方案2：種植殺蟲的植物師：我們首先要對這個系統(tǒng)進行分析，系統(tǒng)分析的第一個環(huán)節(jié)就是明確問題設定目標，風力發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)在遇到什么問題？生:葉片上的蟲子，使渦輪

8、發(fā)電機的發(fā)電量由750千瓦降低到450千瓦。師：問題明確了，我們要設定優(yōu)化目標，我們優(yōu)化的目標是什么？生：消滅渦輪發(fā)電機上的蟲子，師：我們明確目標后，開始制定方案，我們來看一下我們班同學制定的方案，我們這些方案有沒有條件的約束呢？方案1：噴灑殺蟲劑，人工噴灑嗎？有沒有考慮到渦輪發(fā)電機的高度師：我們還要充分考慮到這個系統(tǒng)的約束條件1氣候：全美風力最強的地方2地勢：發(fā)電場位于沙漠的邊緣師：制定這些方案后，我們現(xiàn)在就開始實施這些方案嗎？生：不行師：我們還不知道哪一種是最優(yōu)方案呢？我們應該如何做？學生：試驗，先用幾臺渦輪機進行試驗師：試驗后，我們可以得到最滿意方案，我們就可以進行實施階段，每臺渦輪機實

9、施最優(yōu)方案。這就是我們優(yōu)化的基本過程是：師：我們來看一下，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)電機上添加了清洗設備設計意圖：通過分析“風力發(fā)電”的案例，引導學生理解了系統(tǒng)優(yōu)化的一般過程，同時也理解的系統(tǒng)優(yōu)化的含義，掌握用定性的分析方法優(yōu)化系統(tǒng)。通過視頻的方式，激發(fā)學生探知欲望（如何用風力發(fā)電？），了解了風力發(fā)電的原理，同時也培養(yǎng)了他們節(jié)約能源的意識。2.案例：利潤問題師：剛才“風力發(fā)電”的案例我們是采用推理、實驗的方法，是屬于定性的分析方法。在生活中，純定性分析是不夠的，我們來看第二個案例“利潤問題”。生：閱讀書上的案例師：同學們看到這個問題，馬上想到用什么方法來解決生：

10、用數(shù)學上的函數(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)化的因素是指對優(yōu)化目標產(chǎn)生顯著影響？可以人為調(diào)節(jié)的因素。生：X、X12教師：好，請你將最主要的約束條件與目標函數(shù)式聯(lián)系起來，看看你能不能發(fā)現(xiàn)影響因素片、X與最優(yōu)值S的關系。2max學生：生產(chǎn)椅子所需工時少利潤大，生產(chǎn)桌子所需工時多利潤反而??！生產(chǎn)的椅子越多利潤越大。教師：那我們干脆不生產(chǎn)桌子了，專門生產(chǎn)椅子，可不可以？學生：不行，至少要生產(chǎn)8張桌子！教師：哦，原來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)多少張？學生：13張！教師：8張桌子，13張椅子。把你們經(jīng)過一番分析計算選擇的這兩個變量的解代

11、入約束條件看看是否超出了約束條件的限制范圍。學生：都在約束條件范圍內(nèi)。設計意圖：“利潤問題”是非常典型的用數(shù)學方法解決的案例，高二的學生在數(shù)學課上已學會用線性規(guī)劃的方法來解決這個問題，所以在這個案例主要讓學生要用系統(tǒng)的分析方法分析問題，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，我們看這個案例某配送中心位于A點，現(xiàn)在將一批電視機等家用電器配送到B、C、D處的3家商場，運貨車從A點出發(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，無箭頭的線表示可以往返的線路。師：說說你的解決思路生：學生討論、.1?>萬案路線

12、路程(km)1ABCDA512ABDCA463ACBDA594ACDBA475ADCBA516ADBCA58師：這個案例，我們制定好方案后，再用數(shù)學的方法計算，就是定性和定量相結(jié)合的方法。設計意圖：這是流程優(yōu)化中的一案例，這個案例是通過優(yōu)化流程來優(yōu)化案例，通過這個案例，讓學生了解生活系統(tǒng)的優(yōu)化通常是定性和定量相結(jié)合的方法。(三) 應用，學生探究問題：隨著汽車普通率的提高，我們周圍的交通逐級逐漸惡化，一所小學門前的交通經(jīng)常出現(xiàn)塞車的現(xiàn)象師：展示這所小學的地圖，說明這所小學的特殊位置，播放一段小學放學時的一段片段。生：分組對系統(tǒng)進行分析，并且討論可行的方案生：展示方案，教師精講點撥師：對其他組的方

13、案進行推理、判斷，選出可行的方案生：對其他的組的方案進行推理師：展示現(xiàn)在正實施的方案，現(xiàn)在的方案偶爾還會出現(xiàn)堵車的現(xiàn)象，所以大家提供的方案也是非常有價值的，回到連云港后我一定將大家的方案推薦給有關部門。（四）總結(jié)最優(yōu)化方法是系統(tǒng)學中的一個重要方法，它通常是指在一定的人力、物力和財力資源的條件下，使取得的效果（如生產(chǎn)產(chǎn)值、利潤、效益等）達到最大，而投入（如能源、資金、人力、時間等）達到最小的一種方法。 要用定性和定量分析相結(jié)合的方法是系統(tǒng)最優(yōu)化。 堅持系統(tǒng)整體的最優(yōu)化。運用好權衡理念，舍卒保車，棄車保帥，這是為了保證對弈的最終勝利。 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

14、性的，要遵循系統(tǒng)的動態(tài)觀點，推動系統(tǒng)不斷進步。2019-2020年高中通用技術3.3系統(tǒng)的教案設計蘇教版必修2教學目標知識與技能：1、通過簡單系統(tǒng)的設計案例的分析，初步學會簡單系統(tǒng)設計的基本方法2、確定一個生活或生產(chǎn)中的簡單對象，根據(jù)設計要求完成系統(tǒng)的方案設計過程與方法：培養(yǎng)學生對簡單系統(tǒng)的分析能力并把它轉(zhuǎn)化成實在技術產(chǎn)品的能力3、情感、態(tài)度與價值觀：激發(fā)學生對技術的不斷探究與對新技術的熱愛教學重點：簡單系統(tǒng)的設計的實現(xiàn)教學難點：理論知識在系統(tǒng)設計過程中靈活運用課時：2課時導入復習：系統(tǒng)分析的概念、原則、步驟從系統(tǒng)分析導入系統(tǒng)的設計一、系統(tǒng)的設計：系統(tǒng)設計的含義：在系統(tǒng)分析的基礎上，設計出滿足

15、預定標的系統(tǒng)的過程。它既包含了對某個系統(tǒng)進行技術設計本身的內(nèi)容，同時又需要運用系統(tǒng)的思想和方法對其設計進行分析、設計。1系統(tǒng)設計應考慮的主要問題：1）、系統(tǒng)設計的目的與要求系統(tǒng)設計要從整體出發(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)設計要運用系統(tǒng)的思想綜合考慮和部分之間的關聯(lián)、沖突問題，注重各部分的橫向、縱向聯(lián)系。分析：（PPT）近日記者從有關部門獲悉，北京園林部門選中了江西的杜鵑花,準備在今年奧運會舉行之際，將200多萬盆杜鵑花點綴在各大場館。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)回答下列問題：（1）、棚室環(huán)境系統(tǒng)實現(xiàn)什么功能？（2）、棚室環(huán)境系

16、統(tǒng)由幾個部分組成？（3）、各個部分之間有什么關系？3）、系統(tǒng)設計方案的優(yōu)化首先從系統(tǒng)整體考慮優(yōu)化，統(tǒng)籌兼顧，再在此基礎上完善各部分的設計。馬上行動：為座落在山里的村莊策劃一個筑路工程設計方案，需要籌劃：資金分配、人員調(diào)配、地質(zhì)勘探、路向選擇、材料購置、施工進度等。從系統(tǒng)設計的思路出發(fā)，怎樣理順這些關系？1. 要實現(xiàn)的總體目標是安全、經(jīng)濟、快速地完成筑路工程。2. 要選擇好筑路技術設計方案，如公路要越過兩座山坡，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，在不增加過多人員的前提下，提高工程進度等。2系統(tǒng)設計的一般步驟：1) 將系統(tǒng)分解為若干個小系統(tǒng)

17、2) 確定各子系統(tǒng)的目標、功能及相互關系3) 對子系統(tǒng)進行技術設計和評價4) 對系統(tǒng)進行總體技術設計和評價二、簡單的系統(tǒng)實現(xiàn)王丹家的樓梯燈壞了，她每晚從學校回來，走在黑洞洞的樓梯里，什么都看不見，為此，她利用學過的知識，設計并制作了一只簡易的手電筒，1提出設計要求：可照明的手電筒，攜帶方便，使用安全。2設計分析(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)兩個子系統(tǒng)。照明子系統(tǒng)的要素是燈泡，導線，供電子系統(tǒng)的要素是電源和開關。(2) 手電筒的功能取決于它的各個組成要素，電源通過導線的連接驅(qū)動燈泡發(fā)光，這些要素缺少任務一個，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