《系统的优化》教学案例

《系统的优化》教学案例

山东泰安泰山中学周光祥

一、教材分析

《系统的优化》是地质版《通用技术》必修2第三章《系统与设计》第三节的内容，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，系统优化是系统理论在生活中具体实践，更是系统设计过程中的重要环节。

本节内容从生活实例入手，结合“建造隔音墙”案例，阐述系统优化的意义，引用“泰山中学无线网络发射器安装”为例，让学生建立数学模型并运算，体验系统量的优化具体过程。根据案例分析总结系统优化一般性步骤，明确系统优化是在一定的约束条件下进行，影响系统优化的因素及最优化方法。

二、学情分析

学生掌握了系统分析的基本方法，但是在具体的实践中，如何利用系统的思想分析问题，往往眼高手低，过分的重视定性的分析，缺少或者很少有定量的分析，同时缺乏从宏观的角度把握系统分析和优化的全过程，缺少过程中的体验和感悟。

三、教学目标

1、知识与技能：

理解系统优化的意义，明确优化的前提条件，能分析影响系统优化的因素，运用系统最优化的方法的对简单系统进行分析和优化。

2、过程与方法：

通过对案例的分析，让学生体会系统优化的重要意义，使用定性、定量相结合的分析方法，体验系统优化的全过程，初步掌握对系统优化的一般方法和步骤。

3、情感态度与价值观：

通过亲自分析案例和亲身参与定量分析过程，让学生体会进行系统优化的必要性和重要意义，体验对系统深入分析，从而培养学生形成运用系统思想解决问题的习惯。

四、教学重点、难点

教学重点：系统最优化方法和一般化步骤，影响系统优化的因素和前提条件。

教学难点：系统优化质和量的分析。

五、教学方法

案例分析法、任务驱动法、讨论探究法

通过试一试和技术试验活动，让学生亲自完成一个系统优化的过程，体验系统是如何优化的。

六、教学准备

多媒体教室、多媒体课件

七、教学内容与过程

（一）情景导入

课件展示（案例一）：泰山中学学生食堂学生就餐的视频。（录制学生自己的生活视频，学生会在其中寻找自己熟悉的身影和一些拥挤与无序行为，从而活跃课堂气氛，调动学习兴趣，便于学生发现与寻找问题。）

（提醒：自觉遵守和维护公共秩序，不是一句空话）

呈现任务：我们学校的食堂每到午饭时间，大家就要排着长队等候。如何减少学生就餐排队时间？请就这一问题展开讨论，提出几种解决方案并选择最可行的办法。

学生分小组探究讨论：（略）

小组长汇报讨论结果：（略）

参考方案：1、增加窗口数量和工作人员；2、三个年级错时吃饭；3、扩建食堂等。

教师：几种方案各有优劣，方案1和方案3需要增加资金投入，学校没有钱去办这件事情。（这就是我们受到的约束条件）。方案2不需要花钱，只要调整吃饭时间，就可以解决的问题，学校领导会考虑的。由此案例我们可以看出，人们做任何事情都期望以最少的投入获得最优的效果。这就是系统的优化。

如何运用科学的方法找到最优化方案。

（二）板书课题

（三）教学过程

1．讨论案例，定性分析

课件展示（案例二）：如何给同学们提供一个安静的学习环境，防止校外汽车的噪音传到教室内。请同学们结合课本上的案例1“建造隔音墙改善车流噪音污染”，观察课件中提供的现场图片，并思考怎样才能降低泰安城西干道周围附近噪音的污染、优化居民楼、学校等大环境系统。

小组讨论：（略）

请各小组选代表就上面的问题发表观点。

方案：A组代表：降低车体本身的噪音；

B组代表：汽车减速通过；

C组代表：让车道远离学校；

D组代表：修建隔音墙。√

教师：A组、B组和C组代表提的观点，关系到车辆、车速和

道路的整体设计，事关政府设计的长远发展规划，目前解决难度

较大，属于前提条件。（约束条件）

修建隔音墙是较好的解决方案。隔音墙作用的本质是改变噪音的传播途径，以达到改善污染的目的。

请同学们分小组讨论，确定在实施过程中需要解决的问题，并给出解决建议。

A组代表：我们认为需要解决的问题是“隔音墙的高度、长度如何考虑”，我们认为需要具体测量噪音严重的程度。这个数据需要实地调查城西干道车流附近学校、居民楼或其他建筑的规模数据来确定。

B组代表：我们认为需要解决“隔音墙的墙体结构及外形如何设计”，我们认为隔音墙的墙体结构外形因该市墙体垂直或略向车流一侧倾斜；墙的头部形状略向内侧适度弯曲；如果道路两侧的建筑比较高时；修建的隔音墙的高度就要很高，应该建成封闭式的；墙体内侧表面应该做吸收声音处理。

C组代表：我们考虑到问题是“隔音墙体的主材料选用什么样的好”，我们觉得利用隔音

墙可以将噪音反射到上空，但仅将噪音反射到上空也是不够的，还要使用很好的隔音材料。需要拿出几套采用不同材料的方案，列表比较说明，在坚固、美观、经济（造价、维修）等因素间权衡、比较、决策。最后再确定选用什么样的材料。

教师：我们首先讨论了如何降低噪音的问题，同学们分析比较，选出了优化的方案，我们又进一步针对建立隔音墙的选材问题，进行了讨论分析比较，选出了优化的方案，现在针对两个优化的方案，结合以上分析，请同学们总结一下，系统优化的意义是什么？

2．学生总结系统优化的意义

系统优化的意义就是以最小的投入，获取系统的最佳效益或最佳功能。

3．优化实践，定量分析

对于比较复杂的系统，需要借助一定的数学手段描述它，进而找到合适的解决方案。

（案例三）：泰山中学校园无线网络在建设初期没能考虑到最优化问题，目前在校园内存在无线网络盲区，呈现学校布局图，学校南北长480米，东西宽160米，如果把现有的无线网络发射设备更换为一台全指向性的，覆盖半径为300米的范围，设置在何处能保证全校没有无线网络盲区。

请同学们协助老师解决这一问题，思考如何实现无线网络系统的最优化？关键是消除无线网络盲区。

（教师提示：从复杂的专业的描述中提取出关键的数学数据，转化成数学模型进行计算解决系统问题，将复杂问题简单化，完成系统的优化。教师引导学生

小组探究。）

小组任务探究：（略）

学生解决方案：从多媒体展示材料的中提取重要数据建立数学模

O

型，（如图），重点需要计算出图中线C的长度是否小于等于300米。

转变为数学模型后，可以利用直角三角形的运算c2=a2+b2,

a=160/2=80米

b=480/2=240米

得出c=252.98米