第1章-优化设计的基本概念(已排)教学文稿
第1章优化设计概述
（3）设计约束条件：
（a）体积要求 （b）长度要求
太原工业学院机械工程系
1.2 机械优化设计的设计简例 设计变量：
x1 , x2 , x3
目标函数： min S x1 x2 2( x2 x3 x1 x3 ) 约束条件：
g1 x1 5 g 2 x2 0 g 3 x3 0 h1 x1 x2 x3 100
第三阶段 工程优化：近二十余年来，计算机技术的发展给解决复杂工 程优化问题提供了新的可能，非数学领域专家开发了一些工程优化方法， 能解决不少传统数学规划方法不能胜任的工程优化问题。在处理多目标工 程优化问题中，基于经验和直觉的方法得到了更多的应用。优化过程和方 法学研究，尤其是建模策略研究引起重视，开辟了提高工程优化效率的新 的途径。
1.2 机械优化设计的设计简例
无盖箱的优化设计
用一块边长为3cm的正方形薄板，在四角各裁去一个大小 相同的方块，做成一个无盖箱子。试确定如何裁剪可以做成的 箱子具有最大的容积。
分析：
（1）目标：裁剪高，箱子具有最大的容积。 （2）设计参数确定：裁剪小正方形的边长x ；
（3）设计约束条件：体积要求
设计目标：
2016/8/20
太原工业学院机械工程系
4. 优化方法
实际问题表达成的函数类型很多：
确定型、不确定型函数； 线形、非线形（二次、高次、超越）函数。
变量类型也很多：
连续、离散、随机变量等等。
产生很多的优化算法：
无约束优化、约束优化： 单目标函数优化、多目标函数优化； 连续变量优化、离散变量优化、随机变量优化。
（d）最小齿数要求
2016/8/20
太原工业学院机械工程系
《数学广角——优化》单元教学设计
与目标关联：通过活动2，即通过简单的生活事例，使学生初步体会运筹学在解决实际问题中的作用，培养学生用数学的眼光观察现实世界；通过有层次、有梯度、有难度的自主探究或小组合作，培养学生的数学思考与数学表达、模型意识、符号意识，体会数学与劳动学科融合；学生感受数学与生活的密切联系，培养发现问题、提出问题、分析问题、解决问题的能力，培养应用意识。
主题名称
数学广角——优化思想
主题概述
本单元的核心概念为“优化”，通过生动有趣的生活事例及古代故事分析，让学生从数学的角度经历多种解决问题方案中的寻求最优方案的过程，初步体会运筹策略在解决实际问题中的作用，进而学生理解优化思想，培养学生的模型意识与应用意识。本单元围绕优化思想，编排了3个例题。例1沏茶，思考怎样合理安排沏茶环节让客人尽快喝上茶，着眼于“合理”、“省时”；例2烙饼，在探索烙3张饼的基础上，寻求烙更多张饼的最优策略与方法，探究其中的数字规律且明确道理；例3田忌赛马，蕴含以弱胜强的策略方法，更抽象。沏茶、烙饼属于运筹问题，田忌赛马属于对策问题，3个例子的编排围绕优化思想由易到难、由浅入深、层层递进。
活动过程：设置情境，激趣导入；同桌交流，梳理沏茶问题的顺序；小组合作，寻找沏茶问题的最优方案；独立思考，应用沏茶问题模型解决生活中的实际问题；总结交流，拓展延伸。
活动环境：具备希沃白板或PPT，教室桌椅能够以4人为一组进行合作方便摆放，具备多媒体展台，能够播放flash动画等，教师制作教具、学具能够粘贴于黑板之上，便于向学生展示。
3.凸显数学与生活的紧密联系，使学生初步形成从数学的角度发现、提出问题的能力以及分析、解决问题的能力，增强应用意识和实践能力。
1、什么是教学设计？课程实施与教学设计有什么关系？
1 、什么是教学设计？课程实施与教学设计有什么关系？教学设计：是运用系统方法，在对教学系统中的各种要素（教师、学生、教学目标、内容、教学媒体等）进行科学分析的基础上，整合各种课程资源，运用现代学习心理学理论，设计规划学习的程序、学习内容的呈现方式及学习结果的评价标准的过程。
课程实施与教学设计的关系：在学习以前，我一直把课程理解为规范性的内容，认为课程是教育行政主管部门的学科专家关注的事，教师无权更改课程，也无需思考课程问题。
教师的主要任务就是教学，而把教学活动则理解为主要解决“怎么教的问题”。
课程和教学分工明确，课程是学校教育的实体或内容，它先规定了教师们“教什么”，教学是学校教育的过程和手段，课程是教学的目标、方向或计划，是在教学之前和教学情境之外先预设的，教学过程就是踏实有效地传递课程的过程，教师只是既定课程的“阐释者”和“传递者”，课程控制教学，就如图纸与施工者的关系。
受传统思想的影响，我以前总扮演“阐释者”、“传递者”的角色，在教学中严格执行教学大纲规定的内容和进度，很少有发挥。
自己喜欢的、擅长的不能多讲，自己不喜欢、琐碎而枯燥的又不得少讲。
另一方面，学生扮演“接受者”的角色，在课程进度和应试取向的驱使下，囫囵吞枣，死记硬背，学了没有任何感觉的内容，都得学，都得记。
学而无物，学而不知其物的现象经常发生，教师教得无味，学生学得痛苦。
长期以后，大多数学生丧失了学习兴趣。
学习以后，我认不在新课程的教学实施中，课程与教学应有相互适应的取向，除专家开发的课程外，还应包括教师开发的课程，要善于利用学校、周围生活环境中的各种情景因素创造学习情境，如这学期我们讲到植物的生殖时就利用开心农场的蔬菜栽培创设教学情境。
对课程实施之前，要有合理优化的教学设计。
相互适应的取向的教学设计应有以下特征：第一，教学设计是人与人之间相互的理解、相互作用的实践活动，也是课程专家、教师、学生之间相互作用、协同进行规划教学的活动。
第一单元第4课四、配插图教案2023—2024学年人教版初中信息技术七年级上册
2.丰富教学资源：提供更多的教学资源，如实例、视频、在线教程等，帮助学生更好地理解和掌握课程内容。
3.多元化评价方式：除了考试成绩外，增加对学生的实际操作能力、创新思维和团队合作能力的评价，以更全面地评估学生的学习成果。
教学资源
1.软硬件资源：电脑、投影仪、多媒体教学软件等。
2.课程平台：电子白板、学习管理系统（如Moodle、Blackboard等）。
3.信息化资源：教学演示文稿、图片素材库、在线教程视频等。
4.教学手段：分组讨论、实操练习、问题解答、反馈评价等。
教学实施过程
1.课前自主探索
教师活动：
-发布预习任务：通过在线平台发布预习资料，如PPT、视频等，明确预习目标和要求。
解答：
1.打开文档，找到需要添加超链接的图片。
2.右键点击图片，选择“超链接”。
3.在弹出的对话框中，输入链接地址或选择要链接的文件。
4.点击“确定”完成设置。
例题5：
题目：请为以下图片设置版式，包括对齐方式、环绕方式等，以实现图片与文字的合理布局。
解答：
1.打开文档，找到需要设置版式的图片。
2.右键点击图片，选择“版式设置”。
（二）存在主要问题
1.学生参与度不足：部分学生在课堂上不够积极参与，可能是因为对课程内容不感兴趣或者缺乏自信。
2.教学资源不足：在课堂上，有时候学生需要更多的资源来辅助学习，如更多的实例、视频等。
3.评价方式单一：目前的评价方式可能过于侧重于学生的考试成绩，而忽视了学生的实际操作能力和创新思维。
（三）改进措施
25.图片的社交分享：
-分享图片到社交平台
优化设计的基本概念(已排)
05 优化设计的发展趋势
人工智能与优化设计的结合
人工智能技术为优化设计提供了强大的计算能 力和数据分析能力，能够处理大规模、高维度 的优化问题。
人工智能算法如遗传算法、粒子群算法等可用 于求解复杂的优化问题，提高设计效率。
人工智能技术还可以通过机器学习、深度学习 等方法，从大量数据中提取设计知识，为优化 设计提供更准确的模型和预测。
01
02
03
可持续性优化设计强调 在满足功能和性能要求 的同时，降低环境影响
和资源消耗。
可持续性优化设计需要 综合考虑环境、经济和 社会因素，实现绿色、
低碳、循环发展。
可持续性优化设计的方 法和技术不断发展，包 括生命周期设计、低碳 设计、可回收设计等。
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多目标优化
1
多目标优化是指在优化过程中同时考虑多个性能 指标，以实现多目标的最优解的过程。
2
多目标优化通常采用多目标决策理论和方法，通 过权衡不同性能指标之间的矛盾和冲突，找到满 足所有性能指标的最优解。
3
多目标优化广泛应用于各种工程领域，如航空航 天、汽车、电子等，用于提高产品的综合性能和 竞争力。
04 优化设计的应用
工程设计
01
结构优化
通过改进结构设计，降低材料消耗， 提高结构强度和稳定性。
系统优化
对整个工程系统进行全面分析和优 化，实现整体性能的提升。
03
02
工艺优化
优化制造工艺流程，降低生产成本， 提高生产效率。
人机工程
优化人机交互设计，提高操作便捷 性和舒适性。
04
生产调度
生产计划
配送策略
优化配送策略，提高配送效率 和服务质量。
搜索引擎优化课程设计
搜索引擎优化课程设计一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握搜索引擎优化（SEO）的基本概念和技巧，能够理解和分析优化的重要性，并能够运用SEO策略提高的搜索引擎排名。
具体目标如下：1.了解搜索引擎优化（SEO）的定义和原理。
2.掌握关键词研究和选择的方法。
3.理解内容优化和结构优化的原则。
4.了解外部链接建设和提高权威性的方法。
5.能够使用关键词工具进行关键词研究和选择。
6.能够对进行内容优化和结构优化。
7.能够制定有效的外部链接建设计划。
情感态度价值观目标：1.培养学生的创新意识和解决问题的能力。
2.培养学生对搜索引擎优化的兴趣和热情。
3.培养学生对网络道德和合法网络行为的认识。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括搜索引擎优化（SEO）的基本概念、关键词研究、内容优化、结构优化、外部链接建设等方面。
具体内容如下：1.搜索引擎优化（SEO）的定义和原理：介绍SEO的概念和作用，解释搜索引擎如何工作以及SEO的目标。
2.关键词研究和选择：教授如何进行关键词研究和选择，包括使用关键词工具、分析竞争对手的关键词策略等。
3.内容优化：讲解如何优化内容，包括关键词嵌入、内容质量提升、内容更新策略等。
4.结构优化：介绍如何优化结构，包括导航、页面布局、URL结构等。
5.外部链接建设：教授如何建立高质量的外部链接，包括链接诱饵、友情链接、社交媒体推广等。
本节课采用多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性。
1.讲授法：教师讲解SEO的基本概念和技巧，引导学生理解和掌握相关知识。
2.案例分析法：分析实际案例，让学生了解SEO的应用和效果，提高学生的实践能力。
3.实验法：学生通过实际操作，进行关键词研究和优化，培养学生的动手能力。
4.小组讨论法：学生分组讨论SEO策略和问题解决，培养学生的团队合作和沟通能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，本节课准备以下教学资源：1.教材：选用权威的搜索引擎优化教材，提供理论知识和实践指导。
第1章优化设计的基本概念
第1章优化设计的基本概念
优化设计的概念是指在目标最优化的情况下，采用最佳的设计方案来
满足用户需求。
这种设计有利于简化流程、降低成本、提升产品质量和提
高效率。
优化设计可以将对最终结果影响最大的因素全部考虑在内，以找
出最优设计方法，实现最优的制造效果，达到降低成本、提高效率的目标。
优化设计可以从易于理解的角度来将其分为两个步骤--分析阶段和优
化阶段。
在分析阶段，要从物理和动力学角度对设计进行分析，找出因素
和对象。
在优化阶段，要综合考虑受影响因素，确定最优的设计方案。
这
两个步骤可以根据设计的不同需求选择不同的优化方案，从而确定最终的
设计方案。
优化设计可以分为数值优化设计和综合优化设计。
数值优化设计是根
据具体数值分析和优化；综合优化设计是通过综合分析和优化，考虑多个
设计要素，从而获得最优的设计结果。
优化设计的应用可以概括为：结构优化，功能优化，流程优化，材料
优化，制造工艺优化，测试及检验优化等。
在实施优化设计时，首先需要
明确需求，即给出优化目标以及用以衡量优化结果的指标。
《第5课美化演示文稿》教案
3.重点难点解析：在讲授过程中，我会特别强调背景设计、艺术字和图片的使用、动画效果设置等三个重点。对于难点部分，我会通过实例和对比来帮助大家理解。
（三）实践活动（用时10分钟）
1.分组讨论：学生们将分成若干小组，每组讨论一个与美化演示文稿相关的实际问题。
2.实验操作：为了加深理解，我们将进行一个简单的实践活动。学生将动手操作，尝试运用所学知识对演示文稿进行美化。
3.成果展示：每个小组将向全班展示他们的讨论成果和美化后的演示文稿。
（四）学生小组讨论（用时10分钟）
1.讨论主题：学生将围绕“如何在实际应用中更好地运用美化原则”这一主题展开讨论。他们将被鼓励提出自己的观点和想法，并与其他小组成员进行交流。
2.引导与启发：在讨论过程中，我将作为一个引导者，帮助学生发现问题、分析问题并解决问题。我会提出一些开放性的问题来启发他们的思考。
其次，艺术字和图片的使用也是学生们的一个难点。他们在字体选择和图片排版上存在一些问题。我意识到，我应该在课堂上多花一些时间，详细讲解不同艺术字体的适用场景，以及如何将图片与文字内容协调地结合在一起。
此外，对于动画效果的设置，我注意到学生们很容易陷入过度使用动画的误区。在接下来的教学中，我需要强调动画效果的适度使用，并通过实例展示如何才能使动画为演示文稿增色，而不是让它变得杂乱无章。
在实践活动和小组讨论环节，我看到了学生们的积极性和创造力。他们能够在短时间内运用所学知识，制作出具有一定美感的演示文稿。但同时，我也注意到有些学生在讨论过程中不够主动，可能是因为他们对主题理解不够深入。为了解决这个问题，我打算在下次课中增加一些开放性的问题，鼓励学生们发表自己的观点，提高他们的参与度。
优化设计的基本概念绪论
电子系统优化案例
结果
芯片面积减小，集成度提高，功耗降低。
案例2
通信系统信号处理优化
目标
提高信号传输质量和效率。
电子系统优化案例
方法
采用信号处理算法和编码技术，优化信号传输和处理过程。
结果
信号传输质量提升，误码率降低。
物流系统优化案例
案例1
1
配送路线优化
2
目标
降低运输成本，提高配送效率。
3
方法
采用路径规划和物流仿真技术，优化配送路线的 选择和车辆调度。
降低桥梁自重，提高承载能力。
桥梁结构设计优化
建筑抗震性能提升，结构更加安 全可靠。
结果
案例2
目标
建筑结构优化案例
方法
采用有限元分析和优化算法，优化桥梁的截面尺寸和材料分布。
结果
桥梁自重减轻，承载能力提升。
电子系统优化案例
案例1
集成电路设计优化
目标
减小芯片面积，提高集成度。
方法
采用电路仿真和布局布线技术，优化芯片的电路和版图设计。
案例2
航空器机翼设计优化
目标
降低机翼阻力，提高飞行效率。
机械设计优化案例
方法
采用计算流体动力学分析，优化机翼形状和结构。
结果
机翼阻力减小，燃油消耗降低。
建筑结构优化案例
案例1
高层建筑抗震设计优化
目标
提高建筑结构的抗震性能。
方法
采用抗震分析和优化算法，优化建筑结构布局和材料分布。
建筑结构优化案例
缺点
结果依赖于启发式规则和经验，可能无法保证全局最优 解。
多目标优化算法
定义
多目标优化算法是用于解决多个目标之间存 在冲突和竞争的优化问题的方法。
第二章 优化设计
说明：
当设计问题要求极大化目标函数f(X)时，只要将目标函数改 写为－f(X)即可，因为min －f(X)和max f(X)具有相同的解。
当不等式约束条件中的不等号为“≥0”时，只要将不等式两 端同乘以“一1”，即可得到“≤0”的一般形式。
16
最优化问题也称为数学规划问题
最优化问题的分类：
6
于是上述生产计划问题可归结为: 数学模型：
设计变量 目标函数
求变量 x1 , x2 使函数 f(x1 , x2)=60x1+120x2极大化 满足条件
约束函数
7
3. 优化设计的基本问题
两个基本问题：数学模型的建立和数学模型的求解 数学模型的建立 用数学表达式对优化问题进行数学描述
数学模型的求解 利用合适的优化方法求解数学模型，得到最优解
“约束优化”与“无约束优化” “单变量优化”与“多变量优化” “线性优化”与“非线性优化” “连续优化”与“离散优化” “单目标优化”与“多目标优化”
29
7. 优化设计的一般过程
30
§2.2 优化问题的图解法
对于简单的二维优化问题，可用图解法求解。 图解法一般步骤： (1) 确定设计空间
(2) 作出约束可行域
必须正确描述实际优化问题，否则会导致根据数学模型得到 的计算结果偏离实际要求，得出与实际问题不一致甚至相互矛 盾的结果。
8
4. 优化问题求解方法
什么是优化问题求解？ 找到问题的最优解
对于优化设计问题，即找到最佳设计方案
优化问题求解方法，又可以叫优化方法
9
(1) 穷举法（枚举法） (2) 图解法 (3) 解析法：利用等式变换、微分求导、解方程等方法 (4) 启发式方法：利用启发式信息进行搜索
第2章优化设计ppt课件
2.1 概述
2.1.1 优化设计根本概念
优化设计〔Optimal Design〕是20世纪60年代开展起来的一种 现代设计方法。它是将最优化原理和计算机技术运用于设计领域， 为工程设计提供一种重要的科学设计方法。
利用这一设计方法，设计者就可从众多的设计方案中寻觅出最 正确设计方案，从而大大提高设计效率和质量，因此优化设计是现 代设计实际和方法的一个重要领域，它已广泛运用于各个工业设计 领域和各种产品设计中。
所谓优化设计，就是在规定的设计限制条件下，运用最优化原 理和方法将实践工程设计问题转化为最优化问题，然后以计算机为 工具进展寻优计算，在全部可行设计方案中，寻求满足预定设计目 的的最正确设计方案。
进展最优化设计时：
首先必需将实践问题加以数学描画，构成一组由数学表达式组成 的数学模型；
然后选择一种最优化数值计算方法和计算机程序，在计算机上进 展寻优运算求解，得到一组最正确的设计参数。这组设计参数就是设 计的最优解。
由等式约束条件可知，三个设计变量中只需两个是独立变量，即
x3
5 x1 x 2
。所以，该问题的优化数学模型应写为：
设计变量：
X [x1 x2]T
目的函数的极小化： m inf(X ) x 1 x 2 2 (x 1 x 3 x 2 x 3 ) x 1 x 2 1 0 (x 1 2 x 1 1 )
约束条件：
与传统设计方法不同，优化设计过程普通分为如下四步：
● 设计课题分析
● 建ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ数学模型
● 选择优化设计方法
● 上机电算求解
获得最优解
〔１〕设计课题分析： 经过对设计课题的分析，提出设计目的，它可以是单项设计目的，也可以是多项设计目的的组合。 从技术经济的观念出发，对机械设计而言，机器的运动学和动力学性能、体积、分量、效率、本钱、可靠性等 都可以作为设计追求的目的。 然后分析设计应满足的要求，主要的有：某些参数的取值范围；某种设计性能或目的按设计规范推导出的技术 性能；还有工艺条件对设计参数的限制等。
《第5课 美化演示文稿》教学设计
《美化演示文稿》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 知识与技能：学生能够掌握演示文稿的基本操作，包括插入、挪动、删除幻灯片、设置幻灯片顺序等基本技能。
2. 过程与方法：通过实践操作，学生能够掌握如何美化演示文稿，包括插入图片、艺术字、音频、视频等多媒体元素，以及如何设置幻灯片背景、配色方案等。
3. 情感态度价值观：培养学生的审美能力，激发学生对信息技术的兴趣，提高学生的创新认识和合作精神。
二、教学重难点1. 教学重点：学生能够熟练掌握演示文稿的基本操作和美化方法。
2. 教学难点：如何引导学生发挥想象力，创造出具有个性的演示文稿，以及如何培养学生的审美认识和创新能力。
三、教学准备1. 准备教学用具：计算机、投影仪、演示文稿模板等。
2. 制作教学课件：包括图片、艺术字、音频、视频等多媒体元素。
3. 安排教学内容：分为多个课时，每个课时盘绕一个主题进行实践操作。
4. 设定考核方式：以学生的作品作为考核标准，注重学生的创新认识和审美能力。
四、教学过程：（一）导入新课1. 展示一些学生之前制作的演示文稿，请学生欣赏并点评。
2. 介绍演示文稿的用途，以及本节课的学习内容。
（二）新知讲解1. 讲解演示文稿的制作流程：确定主题→搜集素材→制作幻灯片→美化幻灯片→播放幻灯片。
2. 讲解常用工具栏的应用方法，如：新建幻灯片、打开文件、保存文件、复制粘贴、剪切、撤销、恢复等。
3. 讲解美化和修饰演示文稿的方法，如：更改字体、字号、颜色、添加图片、调整图片大小及位置、插入超链接等。
（三）任务驱动1. 给学生展示一个简单的演示文稿，要求学生根据此模板进行美化。
2. 学生根据教师提供的素材进行创作，教师巡视指导。
3. 挑选部分学生作品进行展示，并请学生点评。
（四）教室小结1. 教师对本节课所学知识进行总结。
2. 回顾学生作品中的亮点和不足，强调美化演示文稿的注意事项。
3. 安置作业：让学生回家后对自己的作品进行完善和美化，下节课进行评比。
第1章-优化设计的基本概念
主要目旳和任务： (1) 了解和基本掌握机械优化设计旳基本知识； (2) 扩大视野，并初步具有应用机械优化设计旳基本理论和
基本措施处理简朴工程实际问题旳素质。
§1-2 优化设计问题旳示例
优化设计就是借助最优化数值计算措施与计算机技术， 求取工程问题旳最优设计方案。
§1-1 绪论
例如，古代人类在生产和生活活动中经过无多次 探索认识到，在使用一样数量和质量材料旳条件 下，圆截面旳容器比其他任何截面旳容器能够盛 放旳谷物都要多，而且容器旳强度也最大。
1.优化、优化设计和机械优化设计旳含义
优化是万物演化旳自然选择和必然趋势。优化作为一种观念和意向， 人类从很早开始就一直在自觉与不自觉地追求与探索。而优化作为一门 学科与技术，则是一切科学与技术所追求旳永恒主题，旨在从处理多种 事物旳一切可能旳方案中，谋求最优旳方案。优化旳原理与措施，在科 学旳、工程旳和社会旳实际问题中旳应用，便是优化设计。
第一阶段 人类智能优化：与人类史同步，直接凭借人类旳直觉 或逻辑思维，如黄金分割法、穷举法和瞎子爬山法等。
第二阶段 数学规划措施优化：从三百数年前牛顿发明微积分算起， 电子计算机旳出现推动数学规划措施在近五十年来得到迅速发展。
第三阶段 工程优化：近二十余年来，计算机技术旳发展给处理复 杂工程优化问题提供了新旳可能，非数学领域教授开发了某些工程 优化措施，能处理不少老式数学规划措施不能胜任旳工程优化问题。 在处理多目旳工程优化问题中，基于经验和直觉旳措施得到了更多 旳应用。优化过程和措施学研究，尤其是建模策略研究引起注重， 开辟了提升工程优化效率旳新旳途径。
怎样选定设计变量？
优化设计_精品文档
现代设计方法
等值曲面:目标函数值相等的所有设计点的集合称为目
标函数的等值曲面。二维：等值线；三维：等值面；三
维以上：等超越面。
等高线
z
等值线族形象地反映了目 标函数值的变化规律，越 靠近极值点的等值线，表 示的目标函数值越小，其 分布也越密集。
等值线族
y
o
x
x*（中心极值点）
二维设计变量下的等值线
用性外，还要检查其可行性，即是否满足 gu (X ) 0 的约束条件，如果适用性和可行性兼备，再进行 下一次迭代，最终自然也能求得非常接近约束最 优点的近似最优点 X * 。
现代设计方法
综上所述，采用数值法进行迭代求优时，除了 选择初始点X (0)以外，如何确定迭代方向 S (k)和步长 (k)成为非常重要的环节，他们将直接决定着搜索的 效率、函数值逐步下降的稳定性和优化过程所需的 时间等。
f ( X (k1) ) f ( X (k) )
相对下降量准则：
f ( X (k1) ) f ( X (k) ) f ( X (k1) )
( f ( X ) (k1) 1)
现代设计方法
C. 梯度准则
根据迭代点的函数梯度达到足够小而建立的准 则，表示为
f ( X (k1) )
或
f x1
X X (3) X (4) *
S (2) S (3)
S (1) X (1)
X (2)
若不满足则改变步长， S (0)
X (0)
满足则进入下一步
x1
现代设计方法
X (k) ——第k个迭代点 S (k) ——从第k个迭代点出发寻找下一个迭代
点的搜索方向 (k) ——沿S (k)前进的步长
教学设计模板及案例(必备4篇)
教学设计模板及案例1一、教学目标：1、会认个生字，正确读写、、、等词语。
2、正确、流利、有感情地朗读课文，了解内容。
3、通过学习，体会文章的表达方法。
教学重难点：(教学重难点由教学目标衍生出来的，是依据教材确定，着重让学生掌握什么；难点是依据学情而定的。
)二、教学方法(根据课型来确定教学方法)三、教学时间四、教学准备教具准备(根据所上课的内容及自己实际情况来准备教具)学具准备(根据学生实际情况及课的内容准备)五、教学过程：1、创设情境，导入新课2、新课学习1)初读课文，扫清障碍；2)再读课文，了解内容；3)品读课文，感悟体会。
3、拓展延伸4、师生交流、小结六、作业设计七、板书设计八、教学反思B自我评析本“教学设计书写模板”主要是根据《备课实务与新技能》中的第五章《如何形成有效的教案》、第七章《备课的一个完整过程分析》中的相关理论指导并结合自己的小学语文教学实际编写而成的。
1、谈谈“教学目标”教学目标与教学目的和教学要求不同。
我们制定的教学目标既要符合课程标准的要求，又要符合学生的实际情况，既不是低标准的`又不是高不可攀的。
一节课的教学目标是根据课程的总体目标和本节课的教学内容而确定的，教学目标是设计教学过程的依据，是课堂教学的总的指导思想，是上课的出发点，也是进行课堂教学的最终归宿。
教学目标不要写得过多，写三点即可，所以我对小学语文课的教学目标确定为三点。
我们的教学低效的主要原因就在于教学目标没有设计好，而造成教学目标没有达成，影响了整体效果。
2、确定教学的重难点在教学中，我们不要“眉毛胡子一把抓”，应该确定教学中的重难点。
教学重、难点是由本节教学目标引出来的，着重让学生应该掌握些什么，明白些什么。
教学难点是依据学生的学习情况而定的，要灵活处理。
当然是面向大部分学生而言的“教学难点”。
3、教学方法上，我们要根据课型来安排。
课型不同，教学方法也不同。
教学方法的选用没有固定的模式，要根据具体的目的、内容及教师、学生的实际情况而定。
第一章现代教育技术理论概述试题（80题）
第⼀章现代教育技术理论概述试题（80题）第⼀章现代教育技术理论概述试题⼀、单项选择题（20题）1、教育技术的内涵是（）A.教育技术就是运⽤现代教育媒体，传递教育信息，以实现教育最优化。
B.教育技术就是教育中的“技术”，是⼈类在教育、教学活动中所采⽤技术与⽅法的总和。
C.教育技术就是在教育中使⽤技术设备进⾏教学的技术。
2、建构主义的代表⼈物是（）A.加涅B.布鲁纳C.⽪亚杰3、以教为主的教学设计与以学为主的教学设计的主要区别是（）A．设计环节不同 B．设计主体不同 C．设计内容不同4、1993年我国正式确定将（）更名为“教育技术”。
A. 电化教育B. 信息技术教育C. 教学技术D. 计算机辅助教育5、在发达国家教育技术的发展历程中，20世纪初到30年代对应（）A．视听传播阶段 B. 教育技术阶段 C. 视听教育阶段 D. 视觉教育阶段6、在国外教育技术的发展历程中，被作为视听教育的主要理论依据是（）A. 经验之塔理论B. 传播学理论C. 系统理论D. 直观教学论7、程序教学理论是由（）提出的A. 斯⾦纳B. 维特罗克C. 布鲁纳D. 桑代克8、根据建构主义学习理论，教师的⾓⾊应该是（）A. 教学的引导者B. 学⽣的保姆C. 教学的控制者D. 知识的传播者9、戴尔“经验之塔”强调的是（）A. 观察的经验B. 做的经验C. 给学习者的刺激D. 抽象的经验10、布卢姆将认知领域教育⽬标分为六个层次（）A. 知道、领会、运⽤、分析、综合、评价B. 理解、知道、应⽤、综合、分析、评价C. 知道、理解、运⽤、综合、分析、评价D. 知道、领会、运⽤、评价、分析、综合11、学⽣的特征分析应该包括三个⽅⾯的内容，下⾯说法中正确的是（）A.学⽣的年龄、学历、初始能⼒B.学习的⼀般特征、初始能⼒、学习风格C.学习风格、初始能⼒、学习兴趣D.学⽣的社会环境、初始能⼒、⼀般特征12、对于教学⽬标和教学⽬的之间的关系，下述说法正确的是( )A.教学⽬标完全不同于教学⽬的，两者⽆相互关系B.教学⽬标和教学⽬的是类似的C.教学⽬标和教学⽬的只是表达⽅式不⼀样，其实质是相同的D.从某种⾓度来看，教学⽬标就是教学⽬的的具体化和可操作化13、根据你对教育技术基础知识的理解，下列不正确的选项是（）A．教育技术是为了促进学习，对过程和资源进⾏设计、开发、应⽤、管理和评价的理论与实践B．教育信息化是指在教育教学的各个领域中，积极开发并充分应⽤信息技术和信息资源，以促进教育现代化，培养满⾜社会需求⼈才的过程C．教育技术与信息技术的涵义是⼀样的，只是⽤不同的名词来表述⽽已D．教学设计是运⽤系统⽅法分析教学问题和确定教学⽬标，建⽴解决教学问题的策略⽅案、试⾏解决⽅案、评价试⾏结果和对⽅案进⾏修改的过程14、前段分析是教学设计的⼀个重要步骤，教师在考虑该步骤是应该注意那四个⽅⾯？（）A．学习者分析、学习内容分析、学习⽬标分析、学习效果分析B．学习环境分析、学习需求分析、学习⽬标分析、学习内容分析C．学习者分析、教学媒体分析、学习内容分析、教学策略分析D．学习媒体选择、学习策略设计、学习⽬标设计、学习内容分析15、教育技术领域的最后定义是美国教育传播与技术协会在哪⼀年作出的（）A．1972 B．1973 C．1977 D．199416、教育技术学的研究对象是（）A．媒体技术 B. 资源开发技术 C．教育技术 D. 教学⽅法与⼿段17、教育技术学的基本理论是（）A．教学理论和学习理论 B．媒体开发理论和教学设计理论C．媒体开发理论和教学管理理论 D．传播理论和系统科学理论18、经验之塔可分为三⼤类，按直观程度从⾼到低排序，依次是( )A.做的经验、观察的经验、抽象的经验B.抽象的经验、观察的经验、做的经验C.观察的经验、做的经验、抽象的经验D.观察的经验、抽象的经验、做的经验19、美国教育传播与技术协会在 1994 年关于教育技术定义结构的内容是 ( )A．理论与实践；关于设计、开发、利⽤；关于管理和评价；关于过程与资源B. 理论与实践；关于设计、开发、利⽤、管理和评价；关于过程与资源；为了促进学习C．理论与实践；关于设计、开发、利⽤；关于管理和评价；为了促进学习D. 关于设计、开发、利⽤；关于管理和评价；关于过程与资源；为了促进学习20、下列关于信息技术与课程整合的⽬标中，说法错误的是（）A. 培养学⽣具有终⾝学习的态度和能⼒B. 培养学⽣具有良好的信息素养C. 培养学⽣掌握信息时代的学习⽅式D. 培养学⽣学会使⽤计算机⼆、多项选择题（10题）1、关于教育挂术、信息技术的关系，你认为错误的说法是（）A．教育技术从属于信息技术B．具备信息技术素养是教师掌握教育技术的基础C．信息技术⽔平⾼的⽼师没必要D．教育技术的核⼼是信息技术2、完成教学实施之后，进⾏教学反思时，不属于对教学资源反思的是（）A．学⽣活动是否充分深⼊ B．教学图⽚是否有助于教学⽬标的实现C．所选⾳频朗诵是否达到感染学⽣的⽬的 D．学⽣的协作程度3、下列哪⼏项属于教育技术的研究范畴（）A. 资源的开发B. 教学的设计C. 资源的评价D. 资源的应⽤4、学习任务的来源可以是（）A. 对已有教材的重新开发B. 对已有课程的重新开发C. 真实⽣活，与⽣活相关事件D. 当今世界上和历史上的重⼤问题5、关于教育技术在教育教学中的作⽤，下列说法中正确的是（）A. 能够⽀持现代教育思想的实现B. 能够⽀持教育教学改⾰的实施C. 能够丰富教材的形式与课程内容D. 能够优化教学过程6、关于教学设计的下列说法中，正确的是（）A. 教学设计是智能技术B. 教学设计强调系统⽅法的应⽤C. 教学设计与平常所说的“备课”没有区别，但是它更强调系统⽅法的应⽤D. 教室环境的不同影响教学设计中课堂教学策略的选择7、在设计多媒体教学演⽰⽂稿的过程中，⾸先要进⾏需求分析，它包括哪⼏个⽅⾯的内容（）A. 教学内容B. 学⽣的认知特点C. 教学⽬标D. 教学活动8、与1994定义相⽐，ACET'2005教育技术的定义发⽣的变化包括（）A. 领域名称由“教学技术”改为“教育技术”B. 研究对象更改为“适当的技术过程和资源”C. 研究⽬标界定为“促进学习和提⾼绩效”D. 研究范畴更改为“创建、使⽤和管理”9、完整的教学设计过程⼀般包括（）A. 制定教学策略B. 教学设计的前期分析C. 阐明教学⽬标D. 教学设计⽅案的编写E. 教学设计成果的评价与修改10、下列关于教学⽬标的说法正确的是（）A. 在教学设计中，教学⽬标阐明具有⾮常重要的地位。
第1章-优化设计的基本概念(已排)教学文稿
复杂结构的性能约束函数（变形、应力、固有频率等）
需要通过有限元等方法计算求得。
17
3.目标函数 使设计得以优化的函数称作目标函数。用它可以评价设 计方案的好坏，所以它又被称作评价函数，记作f(x)。
建立目标函数是整个优化设计过程中比较重要的问题。
对某一个性能有特定的要求，而这个要求又很难满足时， 则针对这一性能进行优化将会取得满意的效果。但在某 些设计问题中，可能存在两个或两个以上需要优化的指 标，这是多目标函数的问题。例如，设计一台机器，期 望得到最低的造价和最少的维修费用。
xk1xkkdk
26
寻求极值点的搜索过程 沿某个搜索方向d k以适当的步长αk实现对xk的修正。
x(2)
d(3)
d(1) d(0) x(1) x(0)
d(k) x(k+1) x(k+1)
27
运用迭代法，每次迭代所得新的点的目标函数都应满 足函数值下降的要求：
f(xk1)f(xk)
收敛：
limxk x*
现代设计方法融合了信息技术、计算机技术
知识工程和管理科学等领域的知识。但现代设计方法还不 能完全取代传统设计方法，一些行之有效的经验方法目前 仍在广泛使用，它们仍是现代设计方法的重要组成。
把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使设计过程 自动化，已成为设计方法的一个重要发展趋势。
3
3. 学习参考书 （1）陈屹、谢华：《 现代设计方法及其应用》 （2）孙靖民：《 现代机械设计方法》 （3）周济 ： 《机械设计优化方法及应用》 （4）孙靖民：《机械优化设计》 （5）Daryl L. Logan著，伍义生、吴永礼译：《有限元 方法基础教程》 （6）王勖成、邵敏 ：《有限单元法基本原理与数值方法》
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一个设计方案可以用一组基本参数的数值来表示，这 些基本参数可以是构件尺寸等几何量，也可以是质量等 物理量，还可以是应力、变形等表示工作性能的导出量。
在设计过程中进行选择并最终必须确定的各项独立的 基本参数，称作设计变量，又叫做优化参数。
13
设计变量的全体实际上是一组变量，可用一个列向量表 示。设计变量的数目称为优化设计的维数，如n个设计变 量，则称为n维设计问题。
4
第1章 优化设计的基本概念
自古以来的多数工程设计，都经过了某种程度的“优化”过 程
1. 传统的设计过程： 设计（综合） 评价（分析）
选用（决策） 满意方案
2. “评价——再设计”的过程：
(a) 经验和知识；
(b) 试验；
(c) 优胜劣汰
5
3. 优化设计的教学任务 优化设计是一种现代设计方法
基础：（1）最优化数学理论 （2）现代计算技术
liminli limax
aminaamax
Nminla1 Nmax
11
建立优化设计问题的数学模型步骤 1）根据设计要求，应用专业范围内的现行理论和经 验等，对优化对象进行分析。必要时，需要对传统设 计中的公式进行改进，并尽可以反映该专业范围内的 现代技术进步的成果。
2）对结构诸参数进行分析，以确定设计的原始参数、 设计常数和设计变量。
（1）圆柱齿轮的体积(v)与重量(w)的表达；
（2）设计参数确定：模数（m），齿宽（b），齿数 （z1）。
（3）设计约束条件：
（a）大齿轮满足弯曲强度要求；
（b）小齿轮满足弯曲强度要求；
（c）齿轮副满足接触疲劳强度要求；
（d）齿宽系数要求；
（e）最小齿数要求。
8
例1-1 问题的数学表达
设计变量： 设计目标：
任务： 运用计算机自动确定设计的最优方案。 内容： (1)将工程实际问题数学化；
（优化设计数学模型） (2)用最优化计算方法在计算机上求解
数学模型。
6
1.1 优化设计概述
优化设计就是借助最优化数值计算方法与计算机技术， 求取工程问题的最优设计方案。
机械优化设计包括：
（1）必须将实际问题加以数学描述，形成数学模型；
把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使设计过程 自动化，已成为设计方法的一个重要发展趋势。
3
3. 学习参考书 （1）陈屹、谢华：《 现代设计方法及其应用》 （2）孙靖民：《 现代机械设计方法》 （3）周济 ： 《机械设计优化方法及应用》 （4）孙靖民：《机械优化设计》 （5）Daryl L. Logan著，伍义生、吴永礼译：《有限元 方法基础教程》 （6）王勖成、邵敏 ：《有限单元法基本原理与数值方法》
x[m,z1,b]T
m inW 4b [(m z1)2(m iz1)2]
约束条件：
g 1 ( x ) F 1 [ ]F1 0 g 2 ( x ) F 2 [ ]F 2 0 g 3 ( x ) H [ ]H 1 0 g 4 ( x ) b 1.2 m z1 0 g 5( x ) 17 z1 0
绪论
1.现代设计方法
现代设计是传统设计的深入、丰富和完善。
现代设计是以市场需求为驱动，以现代设计思想、 理论为指导，以现代技术手段为工具，考虑产品的全生 命周期和人、机、环境相容性等因素的设计。
借助计算机，应用精度较高的分析方法（如有限元 方法等）进行分析计算，从大量的可行设计中寻找最优 的设计方案，实现用理论代替经验设计，用精确计算代 替近似计算，用优化设计、绿色设计代替一般的安全寿 命的可行性设计。其目的是为了提高设计的主动性、科 学性和准确性。
3）根据设计要求，确定并构造目标函数和相应的约 束条件，有时要构造多目标函数。
4）必要时对数学模型进行规范化，以消除诸组成项 间由于量纲不同等原因导致的数量悬殊的影响。
12
1.2 优化设计问题的数学模型
优化设计的数学模型是描述实际优化问题的设计内容、 变量关系、有关设计条件和意图的数学表达式，它反映 了物理现象各主要因素的内在联系，是进行优化设计的 基础。
x [x 1 ,x 2 ,L ,x n ]T
设计变量可以是一些结构尺寸参数，也可以是一些化学 成分的含量或电路参数等。 由n个设计变量为坐标所组成的实空间称作设计空间。一 个“设计”，可用设计空间中的一点表示. 设计变量的数目称为优化设计的维数，如n个设计变量， 则称为n维设计问题。
14
二维和三维设计空间
9
例1-2 机床主轴结构的优化设计 优化设计任务：确定Di、li 和a，保证轴端变形和固 有频率在允许限内，并使结构的质量最轻
10
求： Di、li 和a
使 min
f(D i,L i)[ (D i2 d，尺寸限制条件。
即：
y [y]
2 02
DiminDi Dimax(i1,2,L,n)
2
设计理论是对产品设计原理和机理的科学总结。设计 方法是使产品满足要求以及判断产品是否满足设计原则的 依据。 现代设计方法是基于设计理论形成的，因而更具科 学性和逻辑性。
现代设计方法融合了信息技术、计算机技术
知识工程和管理科学等领域的知识。但现代设计方法还不 能完全取代传统设计方法，一些行之有效的经验方法目前 仍在广泛使用，它们仍是现代设计方法的重要组成。
x2 x=[x1,x2]T
x2 x=[x1,x2,x3]T
o x1
(a)
x1
x3 (b)
设计变量有连续变量和离散变量之分。 只能在给定数列或集合中取值的变量称为离散变量，
（2）选用适当的一种最优化数值方法和计算程序运 算求解。
机械优化设计是应用数学方法寻求机械设计的最优方 案，所以需要应用机械工程的专业知识确定设计的限制 条件追求的目标。
7
例1-1：直齿圆柱齿轮副的优化设计
已知：传动比i, 转速n, 传动功率P，大小齿轮的材料， 设计该齿轮副，使其重量最轻。
分析：
1
2.现代设计的特点
传统方法 现代方法
经验的、类比的
逻辑的、推理的、
系统的
静态的、少参数
动态的，多变量、
多方案
现代设计方法具有系统性、创造性、综合性和程式性。
3.本课程的内容
优化设计、 有限元分析
介绍数学规划理论和有限元法的基本概念和基本方法，通
过实例介绍用优化理论解决机械优化设计、用有限元法分 析工程结构的过程。