系统的分析教学设计（第二节）系统的优化
文档属性
| 名称 | 系统的分析教学设计（第二节）系统的优化 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 26.7KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 苏教版 | ||
| 科目 | 通用技术 | ||
| 更新时间 | 2010-01-12 23:13:00 | ||
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文档简介
课题：《技术与设计2》第三单元 系统与设计 二 系统的分析
第二课时：系统的优化
山东省平度第一中学 孙金忠
[教材分析] 系统优化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，更是系统设计过程中的重要环节。通过对具体系统进行分析优化，可大大激发学生的求知欲望，提高学生进行系统分析的能力
本节教材可分三个部分：
第一部分：通过对“农作物种植系统的优化——农业间作与套种”等案例的分析，引出系统优化的基本概念，使学生明确了什么叫系统优化，对系统优化产生一定的感性认识。
第二部分：通过对“利润问题”的案例分析，进一步使学生明确了系统优化过程中，系统的目标、约束条件、影响因素。同时让学生体会系统的优化仅仅靠定性的分析是远远不够的，还需要更多的定量计算才行，引导学生在解决实际问题时，要形成建立数学模型的好习惯，运用系统的思想和定性、定量相结合的方法，确定研究课题、进行分析研究、评价比较、优化方案。总结归纳出系统最优化方法的含义。
第三部分：通过对“装修施工的组织优化”的案例分析，使学生得到系统优化的体验，认识到系统优化就在这们身边。进一步升华学生对系统优化过程与重要意义的认识与理解。
本节课“系统分析”的重要实践部分，在教学过程中，应给予一定的重视。
[教学目标]
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约束条件和影响因素
（3）、初步掌握系统最优化的方法
（4）、能够对一个简单系统运用运用系统分析的观点进行优化
过程与方法：通过讨论、案例分析，使学生懂得用所学的知识解决有关问题
情感态度与价值观：体验系统优化的意义，指导学生把系统优化的思想延伸到整个生活和学习当中。
[教学重点和难点] 重点：系统分析的步骤与基本原则；难点：基本原则的运用
[教学方法]讨论探究、案例分析法
[教学设备]多媒体教学系统、配套教学课件
[教学过程设计]
复习巩固
显示问题，学生思考。
什么叫系统分析？
系统分析的一般步骤是什么？
系统分析的原则有哪些？
对学生回答进行评价，显示正确答案
二、导入新课
系统分析的目的是为了系统的优化，我们做任何事情都希望达到最优的效果，希望以最小的成获取最大的利润，以最短的工期完成更多的工程，以最少的能耗生产更多产品，在单位面积上尽可能的提高农业产量等等，总之希望以最小的代价换取最大的利益。而实现这些愿望的方法与过程就称为“系统的优化”。这种优化的思想，我们在以前的学习过程中已多次遇到过，如结构的优化、流程的优化等等。请看下面的案例。
[案例分析]农作物种植系统的优化——农业间作与套种（学生阅读，思考）
问题：（1）、何为间作？何为套种？
（2）、你认为你所在的地区可采取哪些提高农作物产量的措施？
（归纳出系统优化的概念）
1、系统优化的概念：在给定的条件（或约束条件）下，根据系统的优化目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化（或最小化）。这就叫系统的优化。
注意：不同的目标对应着不同的优化结果。
目标：在单位面积上尽可能的提高农业产量
约束条件：不能人为调节。农作物的生长特性、天气、气候等。
影响因素：对目标函数产生影响，可人为调节。技术水平、田间管理、病虫害防治等。
[案例分析]利润问题（学生自己阅读学习）
目标：家具销售获取最大利润
约束条件：材料、劳动力、合同
影响因素：生产椅子的数量x1、桌子的数量x2。（决策变量）
建立关系：
目标函数：Smax=50x1+60 x2
约束条件：4x1+6 x2≤600（材料）
20 x1+18 x2≤400（工时）
x1≥8 ， x2≥5（合同）
通过求解以上的数学关系，就应该能够找到使目标函数值最大的条件。此数学式看似简单，实际并不好解决。留待课后解决，希望同学们相互研究探讨，必要时可请数学老师帮忙。
此案例告诉我们，对比较复杂的系统常常要用到一定的数学手段，来找到最合适的方案。2、数学模型：
用数学公式或图表等描述客观事物的特征模型，称为数学模型。
建立数学模型是一种十分重要的基本能力，想一想在各学科的学习中，你建立过哪些数学模型？
3、最优化方法：
（1）运用数学模型求解。
能够通过优化建立数学模型的，得到的解就是最优解
（2）通过科学的估算、试验实现
不能够确切描述目标函数的，通过推算或推断得到满意解
无论什么方法都需要经过若干次完善和验证
[案例分析]装修施工组织优化（学生阅读分析）
教学楼 装修过程 装修周数 施工进度（周） 施工进度（周） 施工进度（周）
3 6 9 12 15 18 21 24 27 3 6 9 3 6 9 12 15
A 水电 3 ▲ ▲ ▲
木工 3 ▲ ▲ ▲
油漆 3 ▲ ▲ ▲
B 水电 3 ▲ ▲ ▲
木工 3 ▲ ▲ ▲
油漆 3 ▲ ▲ ▲
C 水电 3 ▲ ▲ ▲
木工 3 ▲ ▲ ▲
油漆 3 ▲ ▲ ▲
组织方式 依次施工 平行施工 流水施工
工期（周） 27 9 15
上表中列出了两种施工方式，分析其特点。
依次施工的特点
工期长
水电、木工、油漆共三支装修队
单位时间投入的设备、材料较少
装修现场管理简单
平行施工的特点
工期短
水电、木工、油漆三支装修队同时施工
单位时间投入的设备、材料较成倍增加
装修现场管理简单较复杂
想一想：还有没有其它的施工方案？把想到的方案填写入表格中并分析其特点。
流水施工的特点
工期较短
水电、木工、油漆各一支装修队，数量较少。
单位时间投入的设备、材料比平行施工少
（4）装修现场管理比依次施工稍复杂
上例中影响优化的因素是什么？
施工时间、装修队数量、设备数量、管理能力
通过分析比较，可以看出流水施工方式对资源的利用是最为合理的。
通过上面几个案例，我们看到，在系统思想的指导下，综合运用自然科学和社会科学的先进思想、理论、方法和工具对系统的结构、功能、要素、信息和反馈等进行分析、处理，解决实际问题，以达到最优规化、最优设计、最优管理和最优控制的目的。这个工程称为系统工程。
学生阅读：系统工程
四、课堂探究：码头位置选择
在江边一侧有A、B两个厂，它们到江边的距离分别是2km和3km，设两厂沿江方向的距离是3.5km，现在要在江边修建一个码头，使得两厂的产品能够顺利过江，问码头应建在什么位置，才能使运输路线最短？
本问题属于系统的优化问题。要求学生通过独立思考、分组讨论找到最优化的方案。
学生分析：
根据要求可画出上图，在江边DE上求一点C，使C到A、B两厂的距离之和为最短。
数学模型为： Smin=AC+BC
过A点作关于直线DE的对称点A1，连接A1B与DE相交于C，这一点既为所求的码头的地点。
根据相似三角形原理，求得 DC=1.4km，码头建在与A厂到江边垂直距离位置相距1.4km处，运输路线最短。
教师对学生方案做出评价。从“为江边码头选址”这个例子，可以看出优化仅仅靠定性的分析是远远不够的，还需要更多的定量计算才行。
五、课堂小结：
1、系统优化的概念：在给定的条件（或约束条件）下，根据系统的优化目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化（或最小化）。这就叫系统的优化。
2、数学模型：
用数学公式或图表等描述客观事物的特征模型，称为数学模型。
建立数学模型是一种十分重要的基本能力，想一想在各学科的学习中，你建立过哪些数学模型？
3、最优化方法：
（1）运用数学模型求解。
能够通过优化建立数学模型的，得到的解就是最优解
（2）通过科学的估算、试验实现
不能够确切描述目标函数的，通过推算或推断得到满意解
六、学生作业：
到图书馆或上网查阅系统工程方面的各种资料。
做课练习P91——3
现实世界的原型
数学模型
数学结论
对原型的分析
抽象
分析
解释
分析
数学模型
最优解
估算、试验
满意解
完善、验证
现实世界的原型
数学模型
数学结论
对原型的分析
抽象
分析
解释
分析
数学模型
最优解
估算、试验
满意解
完善、验证
第二课时：系统的优化
山东省平度第一中学 孙金忠
[教材分析] 系统优化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，更是系统设计过程中的重要环节。通过对具体系统进行分析优化，可大大激发学生的求知欲望，提高学生进行系统分析的能力
本节教材可分三个部分：
第一部分：通过对“农作物种植系统的优化——农业间作与套种”等案例的分析，引出系统优化的基本概念，使学生明确了什么叫系统优化，对系统优化产生一定的感性认识。
第二部分：通过对“利润问题”的案例分析，进一步使学生明确了系统优化过程中，系统的目标、约束条件、影响因素。同时让学生体会系统的优化仅仅靠定性的分析是远远不够的，还需要更多的定量计算才行，引导学生在解决实际问题时，要形成建立数学模型的好习惯，运用系统的思想和定性、定量相结合的方法，确定研究课题、进行分析研究、评价比较、优化方案。总结归纳出系统最优化方法的含义。
第三部分：通过对“装修施工的组织优化”的案例分析，使学生得到系统优化的体验，认识到系统优化就在这们身边。进一步升华学生对系统优化过程与重要意义的认识与理解。
本节课“系统分析”的重要实践部分，在教学过程中，应给予一定的重视。
[教学目标]
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约束条件和影响因素
（3）、初步掌握系统最优化的方法
（4）、能够对一个简单系统运用运用系统分析的观点进行优化
过程与方法：通过讨论、案例分析，使学生懂得用所学的知识解决有关问题
情感态度与价值观：体验系统优化的意义，指导学生把系统优化的思想延伸到整个生活和学习当中。
[教学重点和难点] 重点：系统分析的步骤与基本原则；难点：基本原则的运用
[教学方法]讨论探究、案例分析法
[教学设备]多媒体教学系统、配套教学课件
[教学过程设计]
复习巩固
显示问题，学生思考。
什么叫系统分析？
系统分析的一般步骤是什么？
系统分析的原则有哪些？
对学生回答进行评价，显示正确答案
二、导入新课
系统分析的目的是为了系统的优化，我们做任何事情都希望达到最优的效果，希望以最小的成获取最大的利润，以最短的工期完成更多的工程，以最少的能耗生产更多产品，在单位面积上尽可能的提高农业产量等等，总之希望以最小的代价换取最大的利益。而实现这些愿望的方法与过程就称为“系统的优化”。这种优化的思想，我们在以前的学习过程中已多次遇到过，如结构的优化、流程的优化等等。请看下面的案例。
[案例分析]农作物种植系统的优化——农业间作与套种（学生阅读，思考）
问题：（1）、何为间作？何为套种？
（2）、你认为你所在的地区可采取哪些提高农作物产量的措施？
（归纳出系统优化的概念）
1、系统优化的概念：在给定的条件（或约束条件）下，根据系统的优化目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化（或最小化）。这就叫系统的优化。
注意：不同的目标对应着不同的优化结果。
目标：在单位面积上尽可能的提高农业产量
约束条件：不能人为调节。农作物的生长特性、天气、气候等。
影响因素：对目标函数产生影响，可人为调节。技术水平、田间管理、病虫害防治等。
[案例分析]利润问题（学生自己阅读学习）
目标：家具销售获取最大利润
约束条件：材料、劳动力、合同
影响因素：生产椅子的数量x1、桌子的数量x2。（决策变量）
建立关系：
目标函数：Smax=50x1+60 x2
约束条件：4x1+6 x2≤600（材料）
20 x1+18 x2≤400（工时）
x1≥8 ， x2≥5（合同）
通过求解以上的数学关系，就应该能够找到使目标函数值最大的条件。此数学式看似简单，实际并不好解决。留待课后解决，希望同学们相互研究探讨，必要时可请数学老师帮忙。
此案例告诉我们，对比较复杂的系统常常要用到一定的数学手段，来找到最合适的方案。2、数学模型：
用数学公式或图表等描述客观事物的特征模型，称为数学模型。
建立数学模型是一种十分重要的基本能力，想一想在各学科的学习中，你建立过哪些数学模型？
3、最优化方法：
（1）运用数学模型求解。
能够通过优化建立数学模型的，得到的解就是最优解
（2）通过科学的估算、试验实现
不能够确切描述目标函数的，通过推算或推断得到满意解
无论什么方法都需要经过若干次完善和验证
[案例分析]装修施工组织优化（学生阅读分析）
教学楼 装修过程 装修周数 施工进度（周） 施工进度（周） 施工进度（周）
3 6 9 12 15 18 21 24 27 3 6 9 3 6 9 12 15
A 水电 3 ▲ ▲ ▲
木工 3 ▲ ▲ ▲
油漆 3 ▲ ▲ ▲
B 水电 3 ▲ ▲ ▲
木工 3 ▲ ▲ ▲
油漆 3 ▲ ▲ ▲
C 水电 3 ▲ ▲ ▲
木工 3 ▲ ▲ ▲
油漆 3 ▲ ▲ ▲
组织方式 依次施工 平行施工 流水施工
工期（周） 27 9 15
上表中列出了两种施工方式，分析其特点。
依次施工的特点
工期长
水电、木工、油漆共三支装修队
单位时间投入的设备、材料较少
装修现场管理简单
平行施工的特点
工期短
水电、木工、油漆三支装修队同时施工
单位时间投入的设备、材料较成倍增加
装修现场管理简单较复杂
想一想：还有没有其它的施工方案？把想到的方案填写入表格中并分析其特点。
流水施工的特点
工期较短
水电、木工、油漆各一支装修队，数量较少。
单位时间投入的设备、材料比平行施工少
（4）装修现场管理比依次施工稍复杂
上例中影响优化的因素是什么？
施工时间、装修队数量、设备数量、管理能力
通过分析比较，可以看出流水施工方式对资源的利用是最为合理的。
通过上面几个案例，我们看到，在系统思想的指导下，综合运用自然科学和社会科学的先进思想、理论、方法和工具对系统的结构、功能、要素、信息和反馈等进行分析、处理，解决实际问题，以达到最优规化、最优设计、最优管理和最优控制的目的。这个工程称为系统工程。
学生阅读：系统工程
四、课堂探究：码头位置选择
在江边一侧有A、B两个厂，它们到江边的距离分别是2km和3km，设两厂沿江方向的距离是3.5km，现在要在江边修建一个码头，使得两厂的产品能够顺利过江，问码头应建在什么位置，才能使运输路线最短？
本问题属于系统的优化问题。要求学生通过独立思考、分组讨论找到最优化的方案。
学生分析：
根据要求可画出上图，在江边DE上求一点C，使C到A、B两厂的距离之和为最短。
数学模型为： Smin=AC+BC
过A点作关于直线DE的对称点A1，连接A1B与DE相交于C，这一点既为所求的码头的地点。
根据相似三角形原理，求得 DC=1.4km，码头建在与A厂到江边垂直距离位置相距1.4km处，运输路线最短。
教师对学生方案做出评价。从“为江边码头选址”这个例子，可以看出优化仅仅靠定性的分析是远远不够的，还需要更多的定量计算才行。
五、课堂小结：
1、系统优化的概念：在给定的条件（或约束条件）下，根据系统的优化目标，采取一定的手段和方法，使系统的目标值达到最大化（或最小化）。这就叫系统的优化。
2、数学模型：
用数学公式或图表等描述客观事物的特征模型，称为数学模型。
建立数学模型是一种十分重要的基本能力，想一想在各学科的学习中，你建立过哪些数学模型？
3、最优化方法：
（1）运用数学模型求解。
能够通过优化建立数学模型的，得到的解就是最优解
（2）通过科学的估算、试验实现
不能够确切描述目标函数的，通过推算或推断得到满意解
六、学生作业：
到图书馆或上网查阅系统工程方面的各种资料。
做课练习P91——3
现实世界的原型
数学模型
数学结论
对原型的分析
抽象
分析
解释
分析
数学模型
最优解
估算、试验
满意解
完善、验证
现实世界的原型
数学模型
数学结论
对原型的分析
抽象
分析
解释
分析
数学模型
最优解
估算、试验
满意解
完善、验证