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(共42张PPT)
《系统的优化》说课
广州市第一中学 凌星星
一、教材内容分析
课标摘要：
1）从应用的角度理解系统的含义。
2）通过简单的系统的案例分析，理解系统的基本特性，初步掌握系统分析的基本方法。 3）理解系统优化的意义，能结合实例分析影响系统优化的因素。 4）通过简单的系统设计案例的分析，初步学会简单系统设计的基本方法。 5）确定一个生活或生产中的简单对象，根据设计要求完成系统的方案设计。
1、本章的主要内容
“粤教版”对课标的解读：
系统科学是现代科学中的一个大门类的新兴科学。……我国著名科学家钱学森提出了……每门科学都可以分为4个层次，即工程技术、技术科学、基础科学和哲学。……
本章内容既有系统科学的基础理论，……同时也包括了一些应用技术的内容，……由此，本章所采用的是大系统科学概念。
《通用技术必修2·教师教学用书》
广东科技出版社
“苏教版”对课标的解读：
　　系统的概念来源于人类的长期社会实践，运用系统的思想和定性定量相结合的系统方法分析和处理生产和生活中的问题，是大家都可能遇到的。 　　学习和掌握系统的思想并运用系统的方法解决问题，有助于减少处理问题过程中的盲目性，学会对事件的理性分析和科学决策。 　　本主题共有5条标准。对系统分析和设计中专业性的内容在此不作更多要求。
　　　　　　　　 段青
2、本章内容在大学中的课程：
《系统与控制引论》
《系统工程》
《最优化方法及其运用》
系统科学包括：
1、系统工程：技术科学
2、运筹学：应用数学
3、一般系统论：与理论生物学和哲学密切相关
《系统与控制引论》
系统工程方法的主要环节:
系统分析
确定目的，给出系统模型。
系统模拟
模拟仿真，通过比较作出最优决策。
系统设计
提出技术上能实现的优化设计。
系统管理
进行系统的研制、试验和评价，及时改正。
系统方法：　　
凡是用系统观点来认识和处
理问题的方法，也即把对象当
作系统来认识和处理的方法，
不管是理论的或是经验的、定
性的或定量的、数学的或非数
学的、精确的或近似的，都称
为是系统方法。
系统分析概念：
系统分析（SA）是在对系统问题现状及目标充分挖掘的基础上，运用建模及预测、优化、仿真、评价等方法，对系统的有关方面进行定性与定量相结合的分析，为决策者选择满意的系统方案提供决策依据的分析研究过程。
系统分析是系统工程的核心内容、分析过程和基本方法。
《系统工程》
优化问题涉及的工程领域很广，问题种类与性质繁多，归纳而言，最优化问题可分为函数优化问题和组合优化问题两大类，上一节介绍的最优化数学模型属于函数优化问题，该函数优化的对象是一定区间内的连续变量，而组合优化的对象则是空间中的离散状态．
《最优化方法及其运用》
3、本节的主要内容
课标摘要：
理解系统优化的意义，能结合实例分析影响系统优化的因素。
“粤教版”对课标的解读： 把握“系统优化的实现”的内容标准。系统优化的方法有两大类。一类可以理解为系统工程的一种工具，就是使系统的目标函数在约束条件下达到最小或最大。……另一类可以理解为思想方法，就是在一定条件下分析和控制系统的特性，使系统达到更理想、更佳效果的过程。这种方法侧重于定性的分析，……教材内容标准要求学生掌握的是后一种方法，对于系统优化的技术方法，只作为拓展的内容，要求学生作一般的了解。
《通用技术必修2·教师教学用书 》
广东科技出版社
“苏教版”对课标的解读：
为了使系统达到最优的目标所提出的各种解决
方法，称为最优化方法。通常是指在一定人力、
物力和财力资源条件下，使经济效果（如产值、
利润等）达到最大，并使投入的人力和物力达到
最小的方法。
最优化方法解决问题一般可分为以下几个步骤：
（1）提出需要进行最优化的问题，收集有关资料
和数据；
（2）建立求解最优化问题的有关数学模型，确定
变量，列出有关约束条件，分析模型；
（3）选择合适的最优化方法；
（4）求解方程；
（5）最优解的验证和实施。 对第（2）、（4）步骤不作过高要求。
——段青
二、教学对象分析
1、前面的系统分析学习只要求学生从系统的思想去理解，对具体的系统分析方法并没有做要求。因此本节课也无法讲授运用系统分析方法进行系统的优化。
2、从系统的思想角度进行系统优化学生容易理解，但却较难实现知识的迁移和学习效果的评价，教学中要强调系统思想进行系统优化所优化的对象，以帮助学生掌握运用系统思想进行简单的系统优化。
3、高中学生对函数有了较深的理解，对组合数学和数学模型较为陌生，选择合适的例题以助于学生理解，通过合适的练习，能让学生体验成功感。
三、教学目标：
知识与技能：
1、理解系统优化的意义。
2、知道影响系统优化的因素。
3、掌握运用系统思想进行简单的系统优化。
4、掌握应用数学模型进行系统优化的步骤。
5、掌握简单的组合优化问题解决方法。
过程与方法：
1、通过案例学习和练习，体会系统优化的意义。
2、通过案例学习和练习，学会实现系统的优化。
情感、态度与价值观：
1、体验系统优化的意义。
2、培养学生系统的思想及应用数学的意识。
1、运用系统思想进行系统优化；
2、组合优化问题。
四、教学重点与难点：
五、教学策略：
分门别类，讲练结合，注意案例与练习的相关性，注重知识的可迁移性以达成教学目标。
复习
引入
系统
优化概述
第一类系统优化问题
总结
六、教学过程：
第二类系统优化问题
六、教学过程——复习引入
系统的元素越强、越优，系统的功能（效益）就越强吗？
系统的定义？
系统的元素、结构、环境三者共同决定系统的功能（效益）。
六、教学过程——系统优化概述
1、系统优化的定义：
2、系统优化的意义：
3、系统优化的对象：元素、结构、环境
六、教学过程——第一类系统优化问题
4、怎样实现系统优化？
⑴系统结构不清，难以形成常规的数学模型时，可以通过运用系统思想或者系统分析的目标——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结合的层次分析法分析，从而去优化系统的元素、结构、环境。
案例1：
改善城市交通
<讲>
练习1：
提高饭堂效率
<练>
六、教学过程——第二类系统优化问题
⑵系统结构清晰，能建立数学模型时，建立数学模型去优化。
①组合优化问题
案例2：
田忌赛马
<讲>
练习2：
职务分配
<练>
案例3
中国邮递员问题
<讲>
1、分析问题，设定目标
建立右表，当田忌赢时，用1记录，输时用0记录。
约束条件：
⑴每匹马只跑一次；
⑵上田<上齐，中田<中齐，
下田<下齐
上田>中齐>下齐 ，中田>下齐
2、建立模型，明确约束条件
田忌2胜1负
案例2
齐
田
上
中
下
上
中
下
六、教学过程——第二类系统优化问题
3、选择合适方法求解
齐
田
上
中
下
上
中
下
0
1
1
1
0
0
0
0
0
中田 PK 齐下
上田 PK 齐中
4、验证实施
六、教学过程——第二类系统优化问题
案例2
0
0
0
练习2
A、B、C三人将分配在销售、管理、广告三部门，每部门1人，对A、B、C三人做了销售能力、管理能力、广告能力、情绪不稳定性测量，值如下表，已知：①广告人员的广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管理者的情绪不稳定性不能是最大的那位。该怎样分配A、B、C三人最好
销售 管理 广告 情绪
A 88 90 80 75
B 85 92 75 70
C 87 88 70 65
六、教学过程——第二类系统优化问题
3、选择合适方法求解
0
4、验证实施
1、分析问题，设定目标
2、建立模型，明确约束条件
最佳分配A、B、C三人
0
销
管
广
A
B
C
建立右表，当适合该职位时计为⊙，否则计为×。
约束条件：
①广告人员的广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管理者的情绪不稳定性不能是最大的那位。
案例3 中国邮递员问题
我国数学家管梅谷在1962年提出，一名邮递员带着要分发的邮件从邮局出发，经过要分发的每个街道，送完邮件后又返回邮局。如果他必须至少一次走过他管辖范围内的每一条街道，如何选择投递路线，使邮递员走尽可能少的路程。
这个问题在国际上称之为中国邮递员问题．
六、教学过程——第二类系统优化问题
六、教学过程——第二类系统优化问题
②函数优化问题
案例4
某家具厂要安排一周的计划，产品是桌子和椅子。制作一张桌子需4平方木板及20小时工时，制作一张椅子需6平方木板及18小时工时；每周拥有木材板料600平方，可用工时400小时；每张桌子利润50元，每只椅子利润60元。按合同每周至少要交付8张桌子和5张椅子。假定所有产品都能销售，那么该厂每周最佳生产方案是什么？
获得最大利润Smax
3、选择合适方法求解
4、验证实施
1、分析问题，设定目标
2、建立模型，明确约束条件
设x1为每周生产桌子数,x2为每周生产椅子数。
不能改变的
六、教学过程——第二类系统优化问题
总结：
1、系统优化的定义及意义。
2、系统优化的对象。
3、系统优化的方法。
⑴系统结构不清，难以形成常规的数学模型时，通过运用系统思想或者系统分析去优化系统的元素、结构、环境。
⑵系统结构清晰，能建立数学模型时，建立数学模型去优化。
①函数优化问题
②组合优化问题
3、选择合适方法求解
4、验证实施
1、分析问题，设定目标
2、建立模型，明确约束条件
六、教学过程——总结
七、教学特色
1、课前认真备课，认真研读课标，学习相关大学课程，重新梳理知识体系，重新设计本节课的教学内容和重点难点。
2、自行设计部分例题和练习，注重练习和例题的相关度，提升学习评价的有效性和教学的达成度。
1、对于一门新的学科，作为半路出家的通用技术教师，对课标教材相关知识的来龙去脉要有打破沙锅问到底的好学精神，从大学相关课程中不断吸取知识营养，才能深入理解教材的知识点。
2、讲练结合法是通用技术课程常用的一种教学方法，要提高案例、例题教学的有效性，适当的练习反馈是必要的，但练习与例题之间知识要有相连度，练习的答案也要有章可循，能区分出不同学生的学习效果。
八、教学反思

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