資源簡介

第三節 系統優化
教學目標
1.知識與技能
（1）理解系統優化的意義。
（2）能分析影響系統優化的意義。
（3）初步掌握系統最優化的方法。
2.過程與方法
（1）能夠對一個簡單系統運用最優化的方法進行分析。
（2）嘗試用系統最優方法的一般步驟對簡單系統進行優化。
3.情感態度價值觀
感受系統優化的意義，能在生活和學習中滲透進系統優化的思想。
重難點
重點：系統分析的一般性步驟和系統最優化方法。
難點：系統優化的過程分析。
教學方法：自主探究式教學方法。
教學過程：
教學 過程 教學活動 學生 反映 設計 意圖
復習導入 什么是系統？ 系統的基本特性是什么？ 作為系統，它們就具有整體性、相關性、目的性和環境適應性，就構成系統的基本思想。對系統分析的基本方法就是運用系統的思想和定性定量相結合的方法對系統及性能分析。 由相互依存的若干要素組成的、具有特定功能的有機整體。 整體性 相關性 目的性 環境適應性
故事引入 展示田忌賽馬的有故事，引出系統優化的問題。 戰國時代，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。 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，就是上述紅色箭頭的方案。 現實生活中，由于受環境和條件的限制，不可能找出一切方案，也不可能對所有方案進行全面比較，漫無邊際地支研究所有方案，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方案。 優化就是要在給定的約束條件下確定優化目標，找到某種方案去求解問題，并得到最優效果。這種問題就是優化問題；這種方案就是優化方案。 求解優化問題時，一要清楚優化的目的是什么；二是清楚問題潛在的一些約束因素是什么。
案例一 建造隔音墻改善車流噪聲污染 1.問題—車道附近噪聲污染嚴重 經查有關資料，車道上的車流所發出的噪聲高達80dB。在學校或居民區附近，影響學校上課效果，對師生的健康造成傷害。 那么，為了減少噪聲，我們應該怎么做呢？還有沒有更好的方法呢？ 2.選擇合適的優化方法—建隔音墻 3.建隔音墻的技術要點 隔音墻的本質是改變噪聲的傳播途徑，以達到改善道路兩側環境的目的。一般要考慮以下技術要點： （1）具體測量噪聲嚴重程序。 （2）建立隔音墻防噪聲的數學模型及墻體參數關系條件，求其數學解。 （3）從系統優化的角度考慮，要做到投入最小和效果最好。 （4）做必要的驗證試驗，如計算機仿真等。 4.實施優化 （1）墻體結構與材料，這與上面的定量計算相關。 （2）美觀，形成一道特殊的風景線。 （3）效果，可實測建隔音墻前后的噪聲影響大小。 系統優化的意義就是以較小的投入獲得最佳效益或最佳功能。 改善道路質量，增加軟性材料，減少噪聲；更換靜音輪胎；建立隔音墻。 從實例入手，降低教學難度，運用系統的思想和定性分析的方法，進行分析研究、優化，在分析過程中體驗系統優化的意義。
技術探究 課程表編排優化試驗 內容與要求： 試驗對象：高一年級課程表。 試驗目的：體驗如何讓課程表發揮最佳 效能。 試驗前準備： （1）收集高一年級各班同時期的周課程表。 （2）向有關方面調查與課程表有關的情況。 （3）向有關教師請教課程表編排方面的經驗。 將全班分成3個小組，每個小組自主編排，并各自拿出一個試驗樣本。
實例二 影響系統優化的因素與最優方法 為本村筑通一條致富路 （1）需要進行優化的問題 交通閉塞是本村系統需要進行優化的問題。 （2）選擇合適的優化方法——優化的方略與籌謀 決策修路，以改善本村與外界的交通聯系，這是正確的優化方略和優化方法。 首先根據本村實際，擬定幾條修路和路線。然后權衡當前的需求與將來發展的因素，結合人、物與財力情況，制訂出具體的修路方案。 步驟作用勘測收集資料和數據預算土石方、器材種類與數量、人力數量、經費選擇合適的筑路方法和計劃根據人、物、財等情況綜合考慮后確定驗證與實施條件校驗、實施與調整
總之，以最小的投入獲得最大的經濟效益，就是最優化決策之一。優化活動不是一次性的活動，是不斷迭代更新的過程。
影響系統優化的因素與最優方法 1.影響系統優化的因素 首先是優化追求的目標要適度。 其次是實施系統優化。希望取得的效果達到最大，而投入最小之比稱為效耗比； 再次系統優化離不開條件 。條件是否具備直接影響優化。 最后某些不確定性或不可預見的因素也會影響系統優化。 所以，在優化實施過程中，要及時調整計劃與方法，回到優化之路。
技術實踐 教室供電線路的改進 背景特征 這是多年前建造的教室。現在，該教室內的用電設施有三個部分，即室內照明用的有3組，共6個日光燈；照亮黑板用的有1組，共2個射燈；教學備用（投影儀、教學實驗設備等）的電源插座（從照明燈座上引出）1個，這些用電設施，全通過墻上一個供電開關操作，或全供電，或全不供電。 實踐目的：改進供電線路，達到用電靈活、方便和節電的目的。 作法與要求： （1）根據“背景特征”所提供的材料，找出原供電線路需要改進的問題。 （2）提出改進方案，畫出改進后的供電線路原理圖，給出相應的技術說明。 （3）討論改進方案，看它是如何達到改進、優化目的的。 （4）按照改進方案，做出簡要預算。 （5）假定你提出的改進方案被通過，請你給出具體實施的方法和步驟。 （6）對改進、優化所做的工作和效果進行總結和評價。 最優化方法 為了使系統達到最優化的目標所提出的各種解決方法，稱為最優化方法。 最優化的一般步驟 （1）提出需要最優化的問題，收集相關數據和資料。 （2）確定變量，建立定量計算方程和有關約束條件。 （3）選擇合適的最優化方法。 （4）解方程，校驗解的最優性 （5）實施。 權衡是理念，掌握和運用好權衡，是正確決策的重要保證。
課堂小結

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