3.3系統(tǒng)的優(yōu)化教案-高中通用技術(shù)粵科版必修技術(shù)與設(shè)計(jì)2

通用技術(shù)必修技術(shù)與設(shè)計(jì)2第三章系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)第三節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)化教學(xué)背景黨的二十大報(bào)告指出，“教育、科技、人才是全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐。必須堅(jiān)持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動(dòng)力，深入實(shí)施科教興國(guó)戰(zhàn)略、人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略”。通用技術(shù)是一門(mén)與科學(xué)技術(shù)息息相關(guān)的學(xué)科?；仡櫲祟?lèi)的發(fā)展歷程，從石器時(shí)代、青銅時(shí)代、蒸汽機(jī)時(shí)代直到當(dāng)今的信息時(shí)代，技術(shù)進(jìn)步改變著人類(lèi)的生活和生產(chǎn)方式。我們的生活、工作、生產(chǎn)處處都要用到技術(shù)，例如我們手中拿的圓珠筆和鋼筆就是多次技術(shù)改造的結(jié)果，使我們足不出戶就可以了解世界的電視機(jī)也是技術(shù)發(fā)明的成果。認(rèn)識(shí)技術(shù)、善用技術(shù)，已成為現(xiàn)代人必須具備的素質(zhì)。教學(xué)目標(biāo)：了解系統(tǒng)優(yōu)化的意義，了解影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素。體會(huì)領(lǐng)悟系統(tǒng)優(yōu)化的必要性和重要性,通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化探究活動(dòng),培養(yǎng)學(xué)生的探究精神以及團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。能分析、總結(jié)和歸納出系統(tǒng)優(yōu)化的方法，并能運(yùn)用系統(tǒng)原理和系統(tǒng)分析方法，進(jìn)行簡(jiǎn)單的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)活動(dòng)，嘗試解決技術(shù)問(wèn)題，體驗(yàn)參與技術(shù)設(shè)計(jì)的愉悅情感。經(jīng)歷將基礎(chǔ)知識(shí)應(yīng)用于技術(shù)實(shí)踐和創(chuàng)新的過(guò)程，同學(xué)們會(huì)養(yǎng)成實(shí)事求是、精益求精的習(xí)慣，能運(yùn)用規(guī)范的技術(shù)語(yǔ)言和設(shè)計(jì)制作方法去解決一些實(shí)際的技術(shù)問(wèn)題。教材分析這節(jié)課內(nèi)容主要本節(jié)主要介紹系統(tǒng)優(yōu)化的過(guò)程、價(jià)值和意義，以及如何在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。系統(tǒng)優(yōu)化既是系統(tǒng)分析的深入，又是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，更是系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，起到承上啟下的作用，是本章的重要內(nèi)容之一。學(xué)情分析:經(jīng)過(guò)前面認(rèn)識(shí)系統(tǒng)、系統(tǒng)分析的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)系統(tǒng)的含義、特征及系統(tǒng)的思想和方法已經(jīng)有了一定的認(rèn)識(shí)。但分析過(guò)程中，不能靈活運(yùn)用系統(tǒng)的思想和方法進(jìn)行優(yōu)化。教學(xué)重難點(diǎn):重點(diǎn):理解系統(tǒng)優(yōu)化的意義及影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素。難點(diǎn):探究系統(tǒng)優(yōu)化的方法，并能夠簡(jiǎn)單應(yīng)用。教學(xué)策略:本節(jié)課教學(xué)主要由教師通過(guò)實(shí)物圖片和多媒體手段設(shè)置學(xué)習(xí)情境，并加以引導(dǎo)，讓學(xué)生在過(guò)程中自主探究、自主建構(gòu)設(shè)計(jì)原則知識(shí)并形成能力。教學(xué)準(zhǔn)備:展示用的圖片、其他技術(shù)產(chǎn)品、多媒體課件。教學(xué)過(guò)程:情景導(dǎo)入:老師：本節(jié)課我們學(xué)習(xí)通用技術(shù)必修技術(shù)與設(shè)計(jì)2第三章系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)第三節(jié)系統(tǒng)的優(yōu)化。某班組織學(xué)生集體去郊外野營(yíng)，在野營(yíng)地用一條竹筒從遠(yuǎn)處山泉引水做飯。五名同學(xué)同時(shí)拿著大小不同的容器去取水，但取水處只能容一個(gè)人站立，為了使同學(xué)們及時(shí)吃到香噴噴的飯菜，每人取水后就馬上回營(yíng)地工作。導(dǎo)學(xué)思考有什么辦法使五個(gè)人總的取水時(shí)間最少?要考慮什么因素?一、系統(tǒng)優(yōu)化的意義案例陶瓷窯爐的優(yōu)化陶瓷生產(chǎn)素有“原料是基礎(chǔ)，窯爐是關(guān)鍵”之說(shuō)。隧道窯（圖330）是現(xiàn)代陶瓷工業(yè)廣泛使用的窯爐。顧名思義，隧道窯的窯體像一條隧道，里面鋪有軌道。全窯分預(yù)熱帶、燒成帶和冷卻帶三段。陶瓷制品坯體干燥后，裝上窯車(chē)，由推車(chē)機(jī)把窯車(chē)推進(jìn)窯內(nèi)，經(jīng)過(guò)上述三個(gè)帶完成燒制過(guò)程。對(duì)比舊式窯爐，隧道窯有連續(xù)作業(yè)，產(chǎn)量高，勞動(dòng)條件好，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。但由于窯車(chē)等輸送設(shè)備影響了窯爐的氣密性，窯內(nèi)上下溫度不均勻，因北焙燒時(shí)網(wǎng)長(zhǎng)。另外，窯車(chē)及襯磚在升溫、冷卻的過(guò)程中，也浪費(fèi)了大量熱能。輥通窯《圖331)則是用連續(xù)平行排列的輥?zhàn)釉斐奢伒溃雅骷蓖品旁谳伒郎?，或者放在墊板上，通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)使輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)，坯件依次通過(guò)預(yù)熱帶、燒成帶和冷卻帶出窯。由于輥?zhàn)由舷驴芍苯蛹訜幔G內(nèi)溫度均勻，大大縮短了制品燒成時(shí)間，在保證質(zhì)量的同時(shí)，提高了產(chǎn)量。輥道窯還因?yàn)闇p少了窯車(chē)等熱耗設(shè)備，有效提高了熱利用率，與隧道窯比較，單位產(chǎn)品能耗節(jié)省了一半以上。分析1.陶瓷窯爐通過(guò)什么關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了窯爐的優(yōu)化?2.上述技術(shù)設(shè)備的改進(jìn)有什么意義?系統(tǒng)的優(yōu)化就是在給定條件下，通過(guò)一定的手段和方法，使系統(tǒng)獲得更佳功能或更佳效益的過(guò)程。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化，就可以在一定資源條件下，取得最佳的效果，而投入的人力、物力、財(cái)力達(dá)到最小。二、影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素案例千煙洲立體生態(tài)農(nóng)業(yè)千煙洲地處江西省泰和縣亞熱帶紅壤丘陵地區(qū)。過(guò)去的千煙洲是一個(gè)貧窮落后的小山村，土地貧脊，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)單一，只開(kāi)墾了溝谷、河灘上的土地，重點(diǎn)生產(chǎn)糧食。20世紀(jì)80年代初，這一地區(qū)因地制宜，進(jìn)行綜合開(kāi)發(fā)和治理，改變土地利用結(jié)構(gòu)，調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局。從以糧食生產(chǎn)為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐粤止麨橹鞯耐恋乩媒Y(jié)構(gòu)模式，形成“丘上林草丘間塘，緩坡溝谷果魚(yú)糧”的立體農(nóng)業(yè)布局。從丘上到丘下，大體布局為:用材林(闊葉林或針闊混交林）一經(jīng)濟(jì)林和毛竹一果園或人工草地一農(nóng)田一魚(yú)塘（圖3－32）。這種山區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)模式，既有中、遠(yuǎn)期才有收益的林果生產(chǎn)，又有短期可收益的農(nóng)、牧、漁業(yè)的發(fā)展。10年后，千煙洲呈現(xiàn)出一派生機(jī)勃勃的景象。森林覆蓋率由0.43%提高到70%以上，水土流失基本得到控制；土地利用率由10.9%提高到91.5%；農(nóng)業(yè)總收入由原來(lái)不到6000元，增加至100萬(wàn)元以上；人均收入達(dá)到2917.4元，比10年前增長(zhǎng)了20.5倍。千煙洲地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)走上了可持續(xù)發(fā)展的軌道。以上案例中，系統(tǒng)優(yōu)化的目標(biāo):改善生態(tài)環(huán)境，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，幫助農(nóng)民脫貧致富。系統(tǒng)優(yōu)化的約束條件:亞熱帶紅壤丘陵地區(qū)的地形、氣候、生物生長(zhǎng)習(xí)性等。影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素:直接影響生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益的因素。立即行動(dòng)具體說(shuō)說(shuō)影響千煙洲生態(tài)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)優(yōu)化有哪些因素。實(shí)踐模型飛機(jī)的優(yōu)化目的和要求通過(guò)手?jǐn)S模型飛機(jī)的性能優(yōu)化，探究影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素。要求:1.飛機(jī)的飛行和著地姿勢(shì)正確。2.飛機(jī)在空中沿直線滑翔的距離盡可能長(zhǎng)（自定適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)）材料及工具準(zhǔn)備泡沫板1塊、鉛筆、刻度尺、剪刀、工藝刀、普通回形針2枚、大型回形針2枚、牙簽若干、橡皮圈若干、護(hù)目鏡等。注意：使用尖銳工具時(shí)要注意安全。知識(shí)準(zhǔn)備了解模型飛機(jī)飛行的基本原理。設(shè)計(jì)及優(yōu)化過(guò)程1.畫(huà)出飛機(jī)設(shè)計(jì)草圖，制作模型飛機(jī)。探究：飛機(jī)飛行時(shí)受哪些力的作用?在設(shè)計(jì)草圖上表示出來(lái)。怎樣控制作用在飛機(jī)上的力?表36飛機(jī)行時(shí)所受的力力的名稱應(yīng)該增加或減少的力如何增加或減少這種力主要依據(jù)的科學(xué)原理2.分組比賽，看哪個(gè)小組做的飛機(jī)飛得最好、最遠(yuǎn)。3.修改設(shè)計(jì)方案，重新制作模型。表37飛機(jī)性能測(cè)試記錄飛行次數(shù)事故記錄飛行距高/ｍ優(yōu)化方法構(gòu)件脫落機(jī)頭著地機(jī)身翻倒其他第一次第二次第三次系統(tǒng)優(yōu)化是一個(gè)不斷驗(yàn)證、完善的過(guò)程。探究小組交流制作模型飛機(jī)的體會(huì)，探究模型飛機(jī)飛行調(diào)整技術(shù)，分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素。1.可以通過(guò)哪些部件的優(yōu)化，增加模型飛機(jī)直線滑翔的距離?2.模型飛機(jī)是否越輕越好?為什么要加上面重物（回形針）?3.一般模型飛機(jī)機(jī)身的外形設(shè)計(jì)都是呈窄長(zhǎng)形的，為什么?4.模型飛機(jī)出現(xiàn)構(gòu)件脫落、機(jī)頭著地、機(jī)身翻倒等情況的主要原因是什么?系統(tǒng)的優(yōu)化不僅要注重系統(tǒng)中組成部分（要素）的優(yōu)化，還要注重組成部分（要素）之間、組成部分（要素）與整體之間的協(xié)調(diào)和連接的有序性。拓展與應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)化在未能建立優(yōu)化目標(biāo)與影響因素的數(shù)學(xué)關(guān)系時(shí)，無(wú)法得出量化的目標(biāo)值，只能通過(guò)定性的分析或估計(jì)尋求較為滿意的結(jié)果。而系統(tǒng)的最優(yōu)化通常是解決在一定的約束條件下，尋求系統(tǒng)的優(yōu)化目標(biāo)達(dá)到最大值成最小值的問(wèn)題，這往往需要通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型去解決。立即行動(dòng)某木器廠生產(chǎn)桌子和柜子兩種產(chǎn)品，每種產(chǎn)品都需要兩種不同的木料?，F(xiàn)工廠有第一種木料72m，第二種木料56m，生產(chǎn)一張桌子和一個(gè)柜子所需要的木料及所得利潤(rùn)如表38所示。問(wèn)桌子和柜子各生產(chǎn)多少，才能獲取最大利潤(rùn)?表38木料和利潤(rùn)產(chǎn)品所需木料/m3利潤(rùn)/元第一種第二種桌子0.180.0860柜子0.090.28100建立此問(wèn)期的數(shù)學(xué)模型決策變量:＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿目標(biāo)函數(shù):＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿約束條件:＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿討論、思考、形成小論文。每位同學(xué)組織一篇小作文，可以從不同的方面進(jìn)行展開(kāi)。完成后，與同學(xué)們進(jìn)行討論、分享。課后作業(yè)1.列車(chē)提速是對(duì)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的優(yōu)化。下列說(shuō)法正確嗎?為什么?(1)只要有先進(jìn)的機(jī)車(chē)，就能提速。(2)不僅需要有先進(jìn)的機(jī)車(chē)，還需要道路、橋梁、隧道等基礎(chǔ)設(shè)施的配套改進(jìn)。(3)只有使用“動(dòng)車(chē)組”才能提速。(4)只