3.3任务一 优化系统设计的方案教学设计-2024-2025学年苏教版（2019）高中通用技术必修二

教学设计 课程基本信息 学科 通用技术 年级 高二年级 学期 秋季 课题 任务一 优化系统设计的方案 教学目标 1. 经历简单系统设计方案的优化过程，阐明系统优化的概念，明确并区分系统优化的约束条件与影响因素。 2. 结合系统优化案例的分析，归纳系统优化的方法，提出系统设计的优化方案，增强工程思维与物化能力。 教学重难点 教学重点： 1. 阐明系统优化的概念，明确系统优化的约束条件与影响因素。 2. 结合系统优化案例的分析，归纳系统优化的方法。 教学难点： 1. 结合系统优化案例的分析，区分系统优化的约束条件与影响因素。 2. 能够对设计方案进行分析和评价，理解并运用系统和工程思维分析解决问题并提出系统设计的优化方案。 教学过程 一、情境导入 【任务一】呈现停车场拥堵照片，提出问题：使用时出入口通道只允许一辆汽车通行，容易造成拥堵现象，请在原有面积上对停车场进行优化，使车辆能够顺利进出停车场。 教师：提供停车场模型，并讲解限制情况。 学生：提出方案并进行讲解。 二、新课教学 【任务二】由停车场的改造引出系统的优化，指出系统优化的含义。回顾停车场系统优化的过程，引出优化目标、目标函数、约束条件、影响因素的含义，总结系统优化的方法。 系统的优化是指在给定的条件（或约束条件下），根据系统优化的目标，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）。 系统优化的方法： ①确定优化目标，确立目标函数； ②明确系统优化的约束条件，约束条件在系统优化时起限制作用，并且是不能人为调节的因素； ③分析系统优化的影响因素，影响因素对系统的目标函数产生显著影响，并且是可以人为调节的因素。 三、案例分析 【任务三】师生协作，对案例“利润问题”用数学模型进行分析，找出其优化目标、目标函数、约束条件、影响因素以得到满意解。 在本问题中，优化的目标是家具销售获得最大利润，约束条件是材料和劳动力的限制及应遵守的合同。 设x1为每周生产桌子数，x2为每周生产椅子数，则 目标函数：S=50x1+60x2 ① 约束条件：4x1+6x2≤600（材料） ② 20x1+18x2≤400（工时） ③ x1≥8，,x2≥5 ④ 其中，①式是目标函数，②③④式是约束条件，x1、x2是决策变量，也就是影响优化的因素。 要求出一组x1、x2，使得①式的目标函数取最大值，并且满足②③④式 根据“利润问题”案例，引出系统优化的方案。 四、马上行动 【任务四】学生结合系统的设计分析框图模型对三个校园雨水的收集与利用系统的优化设计方案进行分析和评价，并填写表格，最后提出该系统优化设计的最终方案。 方案 优点 缺点 方案1 楼面和屋面雨水收集系统各自独立运行，各自发挥功能，简单易行 要投入两套雨水净化与存储子系统，重复建设，成本较高，且不能相互补水 方案2 楼面和屋面雨水收集系统共同收集雨水，汇合到中水处理系统统一处理，统一调配使用 所有的雨水汇合收集，需要附加设施把低处的水泵到高处，汇到一起，用于楼房、绿地、水池供水 方案3 利用收集到的雨水，在系统中附加了水力发电子系统，即利用水的势能发电还能供水，实现了效益的最大化 需要把低处的地面的水，泵到高处储水装置，才能利用水的势能发电 五、课堂小结 1.系统的优化是指在给定的条件（或约束条件下），根据系统优化的目标，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）。 2.约束条件是指起限制作用，并且是不能人为调节的因素 3.影响因素是指对系统的目标函数产生显著影响，并且可以人为调节的因素 4.系统优化方案 六、作业练习 1.分析美国阿拉斯加原油运输问题材料，思考：请用系统的框图模型分别表达教材中四种不同的运输方案，并通过系统分析，说一说哪种方案更加合适，谈谈你的观点。 2.有人说：“系统的优化，不能简单地把各方案中的优点集中在一个方案中，这样做往往会适得其反。”如何理解这句话？ 学科网（北京）股份有限公司 $$