資源簡介

(共42張PPT)
《系統的優化》說課
廣州市第一中學 凌星星
一、教材內容分析
課標摘要：
1）從應用的角度理解系統的含義。
2）通過簡單的系統的案例分析，理解系統的基本特性，初步掌握系統分析的基本方法。 3）理解系統優化的意義，能結合實例分析影響系統優化的因素。 4）通過簡單的系統設計案例的分析，初步學會簡單系統設計的基本方法。 5）確定一個生活或生產中的簡單對象，根據設計要求完成系統的方案設計。
1、本章的主要內容
“粵教版”對課標的解讀：
系統科學是現代科學中的一個大門類的新興科學。……我國著名科學家錢學森提出了……每門科學都可以分為4個層次，即工程技術、技術科學、基礎科學和哲學。……
本章內容既有系統科學的基礎理論，……同時也包括了一些應用技術的內容，……由此，本章所采用的是大系統科學概念。
《通用技術必修2·教師教學用書》
廣東科技出版社
“蘇教版”對課標的解讀：
　　系統的概念來源于人類的長期社會實踐，運用系統的思想和定性定量相結合的系統方法分析和處理生產和生活中的問題，是大家都可能遇到的。 　　學習和掌握系統的思想并運用系統的方法解決問題，有助于減少處理問題過程中的盲目性，學會對事件的理性分析和科學決策。 　　本主題共有5條標準。對系統分析和設計中專業性的內容在此不作更多要求。
　　　　　　　　 段青
2、本章內容在大學中的課程：
《系統與控制引論》
《系統工程》
《最優化方法及其運用》
系統科學包括：
1、系統工程：技術科學
2、運籌學：應用數學
3、一般系統論：與理論生物學和哲學密切相關
《系統與控制引論》
系統工程方法的主要環節:
系統分析
確定目的，給出系統模型。
系統模擬
模擬仿真，通過比較作出最優決策。
系統設計
提出技術上能實現的優化設計。
系統管理
進行系統的研制、試驗和評價，及時改正。
系統方法：　　
凡是用系統觀點來認識和處
理問題的方法，也即把對象當
作系統來認識和處理的方法，
不管是理論的或是經驗的、定
性的或定量的、數學的或非數
學的、精確的或近似的，都稱
為是系統方法。
系統分析概念：
系統分析（SA）是在對系統問題現狀及目標充分挖掘的基礎上，運用建模及預測、優化、仿真、評價等方法，對系統的有關方面進行定性與定量相結合的分析，為決策者選擇滿意的系統方案提供決策依據的分析研究過程。
系統分析是系統工程的核心內容、分析過程和基本方法。
《系統工程》
優化問題涉及的工程領域很廣，問題種類與性質繁多，歸納而言，最優化問題可分為函數優化問題和組合優化問題兩大類，上一節介紹的最優化數學模型屬于函數優化問題，該函數優化的對象是一定區間內的連續變量，而組合優化的對象則是空間中的離散狀態．
《最優化方法及其運用》
3、本節的主要內容
課標摘要：
理解系統優化的意義，能結合實例分析影響系統優化的因素。
“粵教版”對課標的解讀： 把握“系統優化的實現”的內容標準。系統優化的方法有兩大類。一類可以理解為系統工程的一種工具，就是使系統的目標函數在約束條件下達到最小或最大。……另一類可以理解為思想方法，就是在一定條件下分析和控制系統的特性，使系統達到更理想、更佳效果的過程。這種方法側重于定性的分析，……教材內容標準要求學生掌握的是后一種方法，對于系統優化的技術方法，只作為拓展的內容，要求學生作一般的了解。
《通用技術必修2·教師教學用書 》
廣東科技出版社
“蘇教版”對課標的解讀：
為了使系統達到最優的目標所提出的各種解決
方法，稱為最優化方法。通常是指在一定人力、
物力和財力資源條件下，使經濟效果（如產值、
利潤等）達到最大，并使投入的人力和物力達到
最小的方法。
最優化方法解決問題一般可分為以下幾個步驟：
（1）提出需要進行最優化的問題，收集有關資料
和數據；
（2）建立求解最優化問題的有關數學模型，確定
變量，列出有關約束條件，分析模型；
（3）選擇合適的最優化方法；
（4）求解方程；
（5）最優解的驗證和實施。 對第（2）、（4）步驟不作過高要求。
——段青
二、教學對象分析
1、前面的系統分析學習只要求學生從系統的思想去理解，對具體的系統分析方法并沒有做要求。因此本節課也無法講授運用系統分析方法進行系統的優化。
2、從系統的思想角度進行系統優化學生容易理解，但卻較難實現知識的遷移和學習效果的評價，教學中要強調系統思想進行系統優化所優化的對象，以幫助學生掌握運用系統思想進行簡單的系統優化。
3、高中學生對函數有了較深的理解，對組合數學和數學模型較為陌生，選擇合適的例題以助于學生理解，通過合適的練習，能讓學生體驗成功感。
三、教學目標：
知識與技能：
1、理解系統優化的意義。
2、知道影響系統優化的因素。
3、掌握運用系統思想進行簡單的系統優化。
4、掌握應用數學模型進行系統優化的步驟。
5、掌握簡單的組合優化問題解決方法。
過程與方法：
1、通過案例學習和練習，體會系統優化的意義。
2、通過案例學習和練習，學會實現系統的優化。
情感、態度與價值觀：
1、體驗系統優化的意義。
2、培養學生系統的思想及應用數學的意識。
1、運用系統思想進行系統優化；
2、組合優化問題。
四、教學重點與難點：
五、教學策略：
分門別類，講練結合，注意案例與練習的相關性，注重知識的可遷移性以達成教學目標。
復習
引入
系統
優化概述
第一類系統優化問題
總結
六、教學過程：
第二類系統優化問題
六、教學過程——復習引入
系統的元素越強、越優，系統的功能（效益）就越強嗎？
系統的定義？
系統的元素、結構、環境三者共同決定系統的功能（效益）。
六、教學過程——系統優化概述
1、系統優化的定義：
2、系統優化的意義：
3、系統優化的對象：元素、結構、環境
六、教學過程——第一類系統優化問題
4、怎樣實現系統優化？
⑴系統結構不清，難以形成常規的數學模型時，可以通過運用系統思想或者系統分析的目標——手段分析法、因果分析法、KJ分析法等定性分析方法和定性定量相結合的層次分析法分析，從而去優化系統的元素、結構、環境。
案例1：
改善城市交通
<講>
練習1：
提高飯堂效率
<練>
六、教學過程——第二類系統優化問題
⑵系統結構清晰，能建立數學模型時，建立數學模型去優化。
①組合優化問題
案例2：
田忌賽馬
<講>
練習2：
職務分配
<練>
案例3
中國郵遞員問題
<講>
1、分析問題，設定目標
建立右表，當田忌贏時，用1記錄，輸時用0記錄。
約束條件：
⑴每匹馬只跑一次；
⑵上田<上齊，中田<中齊，
下田<下齊
上田>中齊>下齊 ，中田>下齊
2、建立模型，明確約束條件
田忌2勝1負
案例2
齊
田
上
中
下
上
中
下
六、教學過程——第二類系統優化問題
3、選擇合適方法求解
齊
田
上
中
下
上
中
下
0
1
1
1
0
0
0
0
0
中田 PK 齊下
上田 PK 齊中
4、驗證實施
六、教學過程——第二類系統優化問題
案例2
0
0
0
練習2
A、B、C三人將分配在銷售、管理、廣告三部門，每部門1人，對A、B、C三人做了銷售能力、管理能力、廣告能力、情緒不穩定性測量，值如下表，已知：①廣告人員的廣告能力不能是最低的那位；②管理者的管理能力不能是最低的那位；③管理者的情緒不穩定性不能是最大的那位。該怎樣分配A、B、C三人最好
銷售 管理 廣告 情緒
A 88 90 80 75
B 85 92 75 70
C 87 88 70 65
六、教學過程——第二類系統優化問題
3、選擇合適方法求解
0
4、驗證實施
1、分析問題，設定目標
2、建立模型，明確約束條件
最佳分配A、B、C三人
0
銷
管
廣
A
B
C
建立右表，當適合該職位時計為⊙，否則計為×。
約束條件：
①廣告人員的廣告能力不能是最低的那位；
②管理者的管理能力不能是最低的那位；③管理者的情緒不穩定性不能是最大的那位。
案例3 中國郵遞員問題
我國數學家管梅谷在1962年提出，一名郵遞員帶著要分發的郵件從郵局出發，經過要分發的每個街道，送完郵件后又返回郵局。如果他必須至少一次走過他管轄范圍內的每一條街道，如何選擇投遞路線，使郵遞員走盡可能少的路程。
這個問題在國際上稱之為中國郵遞員問題．
六、教學過程——第二類系統優化問題
六、教學過程——第二類系統優化問題
②函數優化問題
案例4
某家具廠要安排一周的計劃，產品是桌子和椅子。制作一張桌子需4平方木板及20小時工時，制作一張椅子需6平方木板及18小時工時；每周擁有木材板料600平方，可用工時400小時；每張桌子利潤50元，每只椅子利潤60元。按合同每周至少要交付8張桌子和5張椅子。假定所有產品都能銷售，那么該廠每周最佳生產方案是什么？
獲得最大利潤Smax
3、選擇合適方法求解
4、驗證實施
1、分析問題，設定目標
2、建立模型，明確約束條件
設x1為每周生產桌子數,x2為每周生產椅子數。
不能改變的
六、教學過程——第二類系統優化問題
總結：
1、系統優化的定義及意義。
2、系統優化的對象。
3、系統優化的方法。
⑴系統結構不清，難以形成常規的數學模型時，通過運用系統思想或者系統分析去優化系統的元素、結構、環境。
⑵系統結構清晰，能建立數學模型時，建立數學模型去優化。
①函數優化問題
②組合優化問題
3、選擇合適方法求解
4、驗證實施
1、分析問題，設定目標
2、建立模型，明確約束條件
六、教學過程——總結
七、教學特色
1、課前認真備課，認真研讀課標，學習相關大學課程，重新梳理知識體系，重新設計本節課的教學內容和重點難點。
2、自行設計部分例題和練習，注重練習和例題的相關度，提升學習評價的有效性和教學的達成度。
1、對于一門新的學科，作為半路出家的通用技術教師，對課標教材相關知識的來龍去脈要有打破沙鍋問到底的好學精神，從大學相關課程中不斷吸取知識營養，才能深入理解教材的知識點。
2、講練結合法是通用技術課程常用的一種教學方法，要提高案例、例題教學的有效性，適當的練習反饋是必要的，但練習與例題之間知識要有相連度，練習的答案也要有章可循，能區分出不同學生的學習效果。
八、教學反思

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