3.3系統(tǒng)的優(yōu)化（精選2篇）
3.3系統(tǒng)的優(yōu)化 篇1
課題：3.3系統(tǒng)的優(yōu)化
教學目標：
知識與技能：
了解系統(tǒng)優(yōu)化的意義，知道如何實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化。
過程與方法：
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。
情感、態(tài)度和價值觀：
培養(yǎng)學生節(jié)約和環(huán)保意識。
教學重點：
系統(tǒng)優(yōu)化的方法
教學難點：
分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素
教學過程：
引入：
復習上節(jié)課內容
提問：什么是系統(tǒng)的優(yōu)化？
就是在一定條件下，使系統(tǒng)達到更理想、更佳效果的過程。（舉選擇交通工具的例子）
新課教學：
一、系統(tǒng)優(yōu)化的意義
實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)化，就可以在一定資源條件下，取得最佳的經濟效果，而投入的人力、物力、財力達到最小。
【案例】航標系統(tǒng)的優(yōu)化（視頻）
分析航標系統(tǒng)優(yōu)化的意義：提高了安全性、可靠性、方便管理和檢修、節(jié)約能源（耗電�。�、適應能力強、容錯性好、實現(xiàn)了航標管理的智能化，發(fā)揮航道的運能，提高船舶的利用率，保證船舶的安全，使長江航道航標的管理發(fā)生了質的飛躍，開啟了數(shù)字航道的大門。
二、系統(tǒng)優(yōu)化的實現(xiàn)
1、影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素：
1）系統(tǒng)優(yōu)化的過程中，受一定的條件影響和約束，會造成系統(tǒng)與環(huán)境、系統(tǒng)組分之間、組分與整體之間的矛盾沖突，這些矛盾沖突會影響系統(tǒng)的優(yōu)化。
2）系統(tǒng)各組分之間、組分與整體之間的連接和協(xié)調狀況，會影響系統(tǒng)的有序性和整體的運行效果。
【案例】：閱讀p76—p77南方糧食生產季節(jié)變換系統(tǒng)的例子，分析影響本系統(tǒng)優(yōu)化的因素有哪些？
分析：影響本系統(tǒng)優(yōu)化的因素有種植品種（農作物生長特性）、時序、土壤、氣候等。
2、系統(tǒng)優(yōu)化的方法
基礎：分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素。
過程：一定的條件下，對系統(tǒng)特性進行分析和控制。（復習前面系統(tǒng)的5個基本特征）
目標：以實現(xiàn)更佳的整體目標。
【案例1】：空調系統(tǒng)的優(yōu)化
影響空調優(yōu)化的因素：人民的生活水平、人民的需求、舒適度、功能、能耗、環(huán)境、環(huán)保節(jié)能、能源、可靠性、壽命、運行費用、設備利用率、新材料、網絡與數(shù)字技術及相關技術的進步等。
在對影響空調系統(tǒng)優(yōu)化因素分析的基礎上，研制出了各種空調：
1）變頻空調：變頻空調器是通過內裝的變頻器改變頻率。有著高性能運轉、舒適靜音、節(jié)能環(huán)保、能耗低的顯著特點，改善了人們的生活質量，提高了人們的生活水平。
2）燃氣空調：以燃氣為能源的空調設備簡稱燃氣空調。功能全、綜合投資��；設備能源利用率高、運行費用��；大量使用燃氣空調有利于改善供電緊張狀況，改善電力峰谷平衡率有十分可觀的效果。
3）太陽能空調 ：利用太陽的熱能驅動進行制冷。技術要求高，但成本低、無噪音、無污染、壽命長 。越是太陽能輻射強烈的時候，環(huán)境氣溫越高，太陽能空調的制冷能力就越強，這是人和自然和諧的理想境界。在節(jié)能和環(huán)保方面有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
此外，還有智能空調，雙面出風空調，一拖多空調、隱形空調等。
【案例2】：數(shù)學模型的最優(yōu)化
現(xiàn)實原型（經過抽象）－數(shù)學模型（進行求解）－數(shù)學結論（回到原型分析）
閱讀課本p80的拓展與應用，了解有關數(shù)學模型最優(yōu)化的應用。
小結與練習：
1、系統(tǒng)優(yōu)化的意義
2、系統(tǒng)優(yōu)化的實現(xiàn)
來源：東莞市通用技術教研網
3.3系統(tǒng)的優(yōu)化 篇2
教材分析：
系統(tǒng)優(yōu)化是系統(tǒng)分析的深入和延伸，系統(tǒng)分析和系統(tǒng)優(yōu)化是系統(tǒng)設計的基礎，更是系統(tǒng)設計過程中的重要環(huán)節(jié)。
本節(jié)教材中分三個部分：
第一部分：案例分析
“建造隔音墻”案例，目的是為了闡述系統(tǒng)的意義。從實例分析入手，降低教學難度，運用系統(tǒng)的思想定性分析的方法，進行研究、優(yōu)化，在分析過程中體驗系統(tǒng)優(yōu)化的意義。
為了讓學生體會分析和優(yōu)化僅僅靠定性的分析是遠遠不夠的，還需要更多的定量計算才行，以“為江邊碼頭選址”為例，讓學生們建立數(shù)學模型并計算。
第二部分：根據(jù)案例分析總結闡述系統(tǒng)優(yōu)化方法和一般性步驟，分析影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素。要求學生運用系統(tǒng)的思想和定性、定量相結合的方法，確定研究課題、進行分析研究、評價比較、優(yōu)化方案。總結歸納出系統(tǒng)最優(yōu)化方法的含義。
第三部分：通過試一試和技術試驗的活動，讓學生親自完成一個系統(tǒng)優(yōu)化的過程，體驗系統(tǒng)是如何優(yōu)化的。
學情分析：
學生在具體分析過程中往往會局限在具體問題的深入探究上，不能運用系統(tǒng)的思想和定性、定量相結合的方法，進行優(yōu)化系統(tǒng)。要及時對學生進行指導，幫助學生從宏觀上把握系統(tǒng)分析和系統(tǒng)優(yōu)化的全過程，注重學生的體驗和感悟。
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)化的因素
3、初步掌握系統(tǒng)最優(yōu)化的方法
4、能夠對一個簡單系統(tǒng)運用最優(yōu)化的方法進行分析
5、運用系統(tǒng)最優(yōu)化方法的一般性步驟對簡單系統(tǒng)進行優(yōu)化
過程與方法：通過討論、案例分析，使學生懂得用所學的知識解決有關問題
情感態(tài)度與價值觀：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。
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
教學準備：多媒體課件
教學流程：
教學內容與過程：
★復習鞏固：：
教師提問：什么是系統(tǒng)？
學生1回答：由相互依存的若干要素組成的、具有特定功能的有機整體。
教師提問：系統(tǒng)的基本特性是什么？
學生2回答：系統(tǒng)的基本特性可歸納為：整體性、相關性、目的性、環(huán)境適應性。
教師總結：作為系統(tǒng)，它們就具有整體性、相關性、目的性、環(huán)境適應性，就構成系統(tǒng)的的基本思想。對系統(tǒng)分析的基本方法就是運用系統(tǒng)的思想和定性定量相結合的方法對系統(tǒng)及性分析。
★引入：
教師講述田忌賽馬的故事，引出系統(tǒng)優(yōu)化的問題。
田忌賽馬
戰(zhàn)國時代，齊王常與他的大將田忌賽馬，雙方約定每場各出一匹馬，分三場進行比賽。齊王的馬有上、中、下三等，田忌的馬也有上、中、下三等，但每一等都比不上齊王同等的馬，于是田忌屢賽屢輸。
一日，田忌的賓客、對軍事頗有研究的孫臏給田忌出了一個主意，結果以二比一贏了齊王。
田忌的賽馬共有6種方案——
田忌 齊王
田忌 齊王
�。� 1）
上馬 ： 上馬
中馬 ： 中馬
下馬 ： 下馬
（ 2）
上馬 ： 上馬
中馬 ： 下馬
下馬 ： 中馬
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上馬 ： 中馬
中馬 ： 下馬
下馬 ： 上馬
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上馬 ： 中馬
中馬 ： 上馬
下馬 ： 下馬
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上馬 ： 下馬
中馬 ： 上馬
下馬 ： 中馬
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上馬 ： 下馬
中馬 ： 中馬
下馬 ： 上馬
在以上各方案中，齊王與田忌的賽馬結局有以3：0贏的，也有以2：1贏的，但只有一種情況是田忌以2：1取勝于齊王的，孫臏正是把這種方案推薦給了田忌，就是上述方案（3）。
教師：作為一個系統(tǒng)，通常就會有這樣或那樣的問題。如：效果不佳；或是投入的人力、物力、財力不是最�。换蚴悄撤N性能不理想等等。因此系統(tǒng)需要改善，需要優(yōu)化。
在現(xiàn)實生活中，由于受環(huán)境和條件的限制，不可能找出一切方案，也不可能對所有方案進行全面比較，漫無邊際地去研究所有方案，無論在時間上還是人力上都不允許，運用科學的方法就更為重要，缺乏資料，缺少對資料的科學計算和分析，只靠拍腦袋無法尋找到最優(yōu)方案。
★新課教學：
一、案例分析
案例1：通過“建造隔音墻改善車流噪音污染”的案例定性的分析，體驗系統(tǒng)優(yōu)化的意義
學生朗讀：
xx年的新春，南京市人大十三屆三次會議上，王湘等10位代表共同提交議案，呼吁為城西干道沿線的民居和學校解決車流噪音污染問題�！�
“城西干道從大橋南路到賽虹橋立交橋，是南京市貫穿城市交通的大動脈。城西干道全線貫通于xx年，因為有了城西干道，許多從大橋過來的車輛不必經過市中心就可以便捷地通過包括城西干道在內的繞城公路通行。
城西干道的出現(xiàn)，除了帶來交通便捷，也給沿線的數(shù)十萬市民帶來了噪音之苦。從大橋經過城西干道的大多數(shù)是重型載貨車和大客車，而且城西干道的每天的車流量非常大。據(jù)調查，白天暢通時城西干道上的車輛平均時速為80邁，晚上可以達到100邁。重量大、速度快是城西干道上車輛的一大特點，車身和空氣的摩擦聲、發(fā)動機馬達聲是噪音的主要來源。
城西干道沿線分布著大量的居民區(qū)，按照國家相關環(huán)保劃分標準，這些居民區(qū)屬于商業(yè)、居民、文教混合區(qū)，白天最大噪音值是60分貝，晚上最大噪音值是50分貝。但是兩邊的居民區(qū)噪音全線超標，在離高架不到15米的重噪音區(qū)圣淘沙花城19樓的一戶人家，更是測出了開窗峰值81.6分貝、谷值65.8分貝，關窗峰值66.7分貝、谷值54.2分貝的超標噪音。長期生活在噪音中，人的健康會受到損害，可能導致心血管疾病和神經系統(tǒng)疾病。
城西干道沿線不僅有民居還有學校，有的學生戴耳機睡覺；老師上課用喇叭講課;有的學生說：“在城西干道邊上住了4年，記得剛進校的時候整整一個星期就沒睡著覺。后來終于慢慢習慣了，如今到了夜里打雷都不醒，只是時常覺得精神疲勞、頭疼，還有點健忘�！痹胍粢呀泜Φ竭@些學生的神經系統(tǒng)。
21世紀的城市人居環(huán)境不僅要講究安逸更要講究健康，現(xiàn)在正在建的城東干道高架已經做了隔音墻的規(guī)劃，希望有關部門能考慮到城西干道沿線眾多居民區(qū)和學校的存在，也在這一區(qū)域安裝隔音墻，免去市民的噪音之苦�！�
教師：問題提出來了，怎樣能夠改善城西干道周圍附近噪音的污染，優(yōu)化居民樓、學校等大環(huán)境系統(tǒng)。
學生3：降低車體本身的噪音；
學生4：讓車流在此路段減速通過；
學生5：讓車道遠離學�！�
學生6：修建隔音墻√
教師：隔音墻作用的本質是改變噪音的傳播途徑，以達到改善污染的目的。
交流討論
分小組討論，派代表發(fā)言
隔音墻的高度、長度如何考慮？
學生：具體測量噪音嚴重的程度。
通過實地調查城西干道車流附近學校、居民樓或其他建筑的規(guī)模數(shù)據(jù)來確定；
隔音墻的墻體結構及外形怎樣考慮？
學生：隔音墻的墻體結構外形因該市墻體垂直或略向車流一側傾斜；
墻的頭部形狀略向內側適度彎曲；
如果道路兩側的建筑比較高時；修建的隔音墻的高度就要很高，應該建成封閉式的；
墻體內側表面應該做吸收聲音處理。
隔音墻體的主材料怎樣選用為好？
學生：利用隔音墻可以將噪音反射到上空，但僅將噪音反射到上空也是不夠的，還要使用很好的隔音材料。拿出幾套采用不同材料的方案，列表比較說明，在堅固、美觀、經濟（造價、維修）等因素間權衡、比較、決策。
建造隔音墻的投入與改善車流噪音污染的總效果應如何評價？
學生：從做到投入最小和效果最好；
做必要的驗證試驗。
教師：系統(tǒng)被改善了 系統(tǒng)優(yōu)化
北京市崇文區(qū)的夕照寺和幸福北里緊鄰京山鐵路，京山鐵路進出北京站必經這個居民區(qū)，每天有140多列火車通過，在鐵路兩側修建了隔音墻。共有1100m長，高度分別是4.0m和5.2m，用隔音材料制成。這一段是距鐵路最近，人口最稠密的地段 ，做建設隔音屏障前后對比監(jiān)測表明，噪音平均降至61-62分貝，比過去降低8.6-11.4分貝，低于國家規(guī)定的70分貝。
但對于類似于香港城市高樓林立的情況，再高速公路兩側如果修建隔音墻必須修得很高才可以，如果墻修得太高，那么抗風暴的能力就會大大減弱，為增加抗風暴能力，選材時就會大大提高成本，這樣修建隔音墻就不是合適的優(yōu)化方法。
教師：系統(tǒng)優(yōu)化的意義就是以最小的投入，獲取系統(tǒng)的最佳效益或最佳功能。
再舉例：
如：在蔬菜、西瓜的種植中，要使蔬菜防病和提高產量，要使西瓜抗御低溫的能力，就應采用嫁接技術，這是一項增產增收的栽培技術，嫁接的西瓜比自根西瓜增產1倍以上。
如：建筑材料的改進也是一項優(yōu)化技術，以往建筑物的墻體多采用實心磚，現(xiàn)在采用了空心磚，在保證強度、隔熱隔音效果的同時，節(jié)省了材料。
教師：對于比較復雜的系統(tǒng)，人們對其特征了解不夠，所以需要運用一定的數(shù)學的手段描述它，進而找到合適的解決方案。
在前一節(jié)的學習中，我們就曾接觸到數(shù)學模型的問題，比如 龍舟賽艇案例分析中，可以根據(jù)牛頓第二定律進行定量描述a=f/m，這就是一個描述運動特性的數(shù)學模型 。
系統(tǒng)建模的目的是要將系統(tǒng)的原型抽象為數(shù)學模型，并運用已有的數(shù)學方法分析求解得出數(shù)學結論，再運用這一結論來解決實際系統(tǒng)中的問題。
案例2：
在江邊一側有a、b兩個廠，它們到江邊的距離分別是2km和3km，設兩廠沿江方向的距離是3.5km，現(xiàn)在要在江邊修建一個碼頭，使得兩廠的產品能夠順利過江，問碼頭應建在什么位置，才能使運輸路線最短？
本問題屬于系統(tǒng)的優(yōu)化問題。
學生分析：
根據(jù)要求可畫出上圖，在江邊de上求一點c，使c到a、b兩廠的距離之和為最短。
數(shù)學模型為： smin=ac+bc
過a點作關于直線de的對稱點a1，連接a1b與de相交于c，這一點既為所求的碼頭的地點。
根據(jù)相似三角形原理，求得 dc=1.4km，碼頭建在與a廠到江邊垂直距離位置相距1.4km處，運輸路線最短。
教師：從“為江邊碼頭選址”這個例子，可以看出優(yōu)化僅僅靠定性的分析是遠遠不夠的，還需要更多的定量計算才行。
二、總結：
1、系統(tǒng)優(yōu)化的一般性步驟
�、偬岢鲂枰獌�(yōu)化的問題；
如：城西干道噪音污染問題就是需要進行優(yōu)化的問題；碼頭的選址也是一個系統(tǒng)優(yōu)化問題。
�、谛枰占嘘P資料和數(shù)據(jù)，確定變量、建立定量計算方程（數(shù)學模型）和約束條件，選擇合適的最優(yōu)化方法
如:具體測量噪音的嚴重程度；為保持方案可行，必須勘測、預算；建立隔音墻防噪音的數(shù)學模型及墻體參數(shù)條件，求解數(shù)學解；墻體結構與材料與定量計算有關；經費預算包括：購買器材、設備費用；外請工程設計與施工技術人員費用民工費用、機動調動費用……
�、垓炞C和實施。
條件校驗：逐項校驗修路工程所需的人力、物力、財力是否具備。
實施與調整：實施計劃的過程
2、影響系統(tǒng)優(yōu)化的因素
�、賰�(yōu)化追求的目標要適度。
�、谙Ｍ度胱钚�，而取得的效益最大
效/耗比 性/耗比 性/價比 （比值越大，就越接近或達到最優(yōu)化）
�、巯到y(tǒng)優(yōu)化使離不開條件，條件是否具備直接影響優(yōu)化。
�、苣承┎淮_定的或不可預見的因素也會影響系統(tǒng)的優(yōu)化。
3、最優(yōu)化方法
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（如生產產值、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。
�、僖枚ㄐ院投糠治鱿嘟Y合的方法是系統(tǒng)最優(yōu)化
�、趫猿窒到y(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。
�、鄄婚g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)化是具有相對性的，要遵循系統(tǒng)的動態(tài)觀點，推動系統(tǒng)不斷進步。
教學反思：
在教學過程中，以優(yōu)化作為教學主線，以案例為載體，一步步分析展開，完成教學任務，達到教學目的。對隔音墻實例可以指導學生對確定的研究問題進行實地參觀、測量、調查和向專家咨詢，得到第一手材料后，再讓學生進行討論交流，在相互評價、自我評價過程中獲得學習的樂趣。