问题的优化设计（精选12篇）
问题的优化设计 篇1
语文课堂问题教学的有效性在很大程度上取决于问题质量的高低。因此, 教师要重视课堂教学问题的设计, 积极探索和掌握问题设计的优化策略和具体实施方式, 遵循问题设计的原则, 精心构思, 巧妙安排, 将问题设计得科学、巧妙、精当, 体现“精、少、实、活”的特点, 以达到简洁、省时、高效的目的, 实现课堂问题教学最优化和课堂教学效果最大化。
一、问题要提挈全篇, 激活和统领全文的解读
一堂课内可能会渐次提出一些问题, 形成一个问题串。但其中必须要有一个 (或一组) 提挈全篇解读的问题, “提领一顿, 百毛皆顺”。抓住主要内容, 突出主要矛盾, 获得教学主动。
例如, 国内著名特级教师余映潮教《口技》一课, 在指导学生品析课文时, 抛出了这样一个问题:“文章开头‘京中有善口技者’的‘善’是文眼, 贯穿全篇, 请同学们根据文章内容用‘善’字造一个句子。问题一抛出, 学生就热闹起来, 之后有八位学生从分析口技表演声音的大小、疏密等不同角度进行分析回答。接着教师进一步引导:“从作者的描述和构思来看, ‘善’还表现在……”又有十几个学生从内容的简洁、表现人物性格的传神等方面作了精彩发言。
《口技》一文, 运用了“用关键词统领全篇”的写法, 重在一个“善”字。余老师在教学中正是抓住“善”字这个课文核心要点, 设计出“牵一发而动全身”的问题, 使学生思维的触角深入到课文的每一处, 进行深入的阅读和多方向多层次的思考探究。这样便一并解决了篇章、构思、语言等方面的教学任务, 实现了领会表演者技艺高超和正侧面写人的教学目标。显然, 这样的问题是具有明确的目的性、针对性而又高效的问题。
课堂问题要能激活和统领全文的解读, 就必须找准问题设计的最佳切入点。例如《孔乙己》的教学, 有两位教师设计了不同的问题来统领全篇的教学:
甲教师抓住文中多次出现的“笑”字提出一连串问题:咸亨酒店周围的人为什么都讥笑孔乙己?孔乙己的可笑表现在哪些地方?孔乙己为什么总是令人发笑?
乙教师则是抓住了文中的“孔乙已是站着喝酒而穿长衫的唯一的人”一句来设问:请认真思考“孔乙已是站着喝酒而穿长衫的唯一的人”这句话。“站着喝酒”和“穿长衫”暴露了什么矛盾?这预示了孔乙己将招致什么样的命运?
前一位教师设计的问题, 因为没有抓住孔乙己悲剧命运的要害, 因而在教学中总给人一种隔靴搔痒的感觉。而后一位教师设计的问题, 则是抓住了孔乙己的精神状态 (以读书人自居, 自恃清高) 和他实际的社会地位 (贫困潦倒, 被社会边缘化) 之间的尖锐矛盾, 提示学生联系社会因素与孔乙己悲惨命运之间的因果关系, 来思考孔乙己故事的意义, 这是一针见血的。
二、问题要启迪思维, 使学生在开放的视域中自由游弋
布鲁纳说:“向学生提出挑战性的问题可引导学生的智慧。”高质量的问题能够激发学生的求知欲, 驱使学生积极探索, 开掘学生的创造潜能, 这是课堂问题教学的基本目的。可以说, 启发性是课堂问题教学的灵魂, 问题要能启迪思维, 必须具有开放性、探究性、挑战性特点, 为此, 设计问题必须以学生已有知识经验和教材内容全面科学的分析为基础, 寻找“新旧知识结合点”, 设计出能够诱发学生探索或引发学生提出新问题的问题, 这样的问题才具有“问”的价值和效果。
如一位教师在教《紫藤萝瀑布》的整堂课中设置一个问题:世界上的花千种万种, 为什么作者却独独钟情于紫藤萝花?
这是一个开放性的问题, 能给学生广阔的思维空间, 引导学生多元化地解读文本, 学生可以仁者见仁, 智者见智, 在认真阅读文本的基础上从不同角度回答问题。该堂课中, 几个学生就分别从花的外形之美、由花得到的感悟之深等方面探究作者钟情于紫藤萝花的原因。有的学生还结合写作的时代背景及花的象征意义, 发出“特别的爱给特别的花”的感慨。这样的问题不仅诱发学生积极地思考、讨论、探究和交流, 真正参与到教学中来, 而且展示出学生的个性特征, 使课堂呈现出因答案多彩而精彩的场面, 达到“一石击起千层浪”的效果。同时, 上述问题也具有探究性, 要回答这一问题, 需要借助一定的资料和知识经验进行探究, 这样有利于培养学生的探究精神, 发展学生的发散性思维和创造性思维。
三、设计的问题要切合学情, 让学生量力而行、借力发展
皮亚杰说:“当感性认识与人的现有认知结构之间具有中等程度的不相符时, 人的兴趣最大。”那些与学生已有知识经验有密切联系、具有一定思维容量和强度、学生经过努力思考能够解决的问题, 即“跳起来”能摘到的“果子”, 就是最适度的问题。因此, 问题设计要切合学生的知识背景和实际能力, 符合学生的心理特征和思维特点, 能将学生已有知识经验与将要学习的知识联系起来, 接近学生智力的“最近发展区”。
一位教师上《羚羊木雕》时, 提出三个问题让学生讨论:
(1) 羚羊木雕是否应该索回?
(2) 怎么做才能避免这种不愉快的结局发生?
(3) 学完这篇课文你受到了哪些启发?
这三个问题难易适度, 有恰当的坡度, 而且贴近学生的生活, 学生能够在问题的解答中享受到思考的乐趣和获取新知的欢愉, 这样的问题正是有效的问题。
设计问题要遵循量力性原则, 必须注意几点: (1) 要充分了解学生的知识和智力水平, 正确认识学生并做出科学的估计; (2) 问题的问阈要恰当, 不能太宽, 也不能太窄; (3) 问题的难度和坡度要合理, 使大多数学生通过努力探讨都能回答出来; (4) 提问要有一定的梯度, 由浅入深, 由易到难, 循序渐进。
问题的优化设计 篇2
随着教学改革的深入发展和新的课程标准的实施，要求在教学过程中应该尊重和发挥学生们学习主体的地位和作用，建立新型的民主、平等的师生关系，并且取得了非常显著的成效。然而初中数学的课堂教学效果并没有多大改进，要提高课堂教学效率老师的教学设计是关键。接下来，本文将根据自己多年的教学经验，简单论述优化初中数学教学问题设计的方法。
问题，是数学的灵魂、是思维发展的动力。关于优化初中数学教学问题设计的方法，笔者认为首先要从如何优化教学问题设计方面开始入手分析。本文通过对以下方法的论述，可以有效的提高课堂教学的效率。
1.设计“悬念型”的问题
悬念的引入，可以刺激学生的大脑皮层不断的进行持续、强烈的运转，这是一种学习的心理机制，也就是说学生感到困惑但是又要解决的心理状态。在教学中，老师要善于设计“悬念型”的问题，激发学生的学习积极性。
比如说，在学习“三角形的中位线”这节课时，老师让学生们拿出一张白纸，然后在纸上画出任意的不规则的四边形，然后问学生们如果把各边的中点依次连接起来会出现什么样的图形。当学生看看到不管什么样的不规则四边形按照上面的方法折出来的效果都是平行四边形的时候，肯定会非常的惊奇和兴奋，肯定想知道这其中的奥秘是什么。老师就可以自然而然的引出“三角形的中位线”这个课题。
2.设计“实验型”的问题
新的课程标准明确指出：只有学生才是学习的主人，要求在学习过程中注意激发学生们的学习兴趣和学习积极性，引导学生们主动的进行探究性的学习。学生通过动手实验不仅可以刺激大脑进行主动思维，而且还可以帮助学生们掌握和理解知识，让学生们体验到学习带来的巨大快乐和满足感。所以说，在教学改革的大环境下，为了提高课堂教学的质量，老师要努力的为学生们呈现知识、定理发现的实际过程，让学生们通过实际参加发现的过程，从而达到思维的具体和深化，从形象的感性认知转化成抽象的逻辑思维。让学生明白“所以然”，更要明白“之所以然”。
比如说，在学习“等腰△的性质”这一节课的时候，老师可以进行这样的教学设计：①要求学生们任意画一个△ABC，再画出过点a的高线、中线和角平分线，并且相互看一下前后左右的学生们所画的三条线段的情况和位置。②再画一个△ABC，令AB=BC，在观察一下这三条线段的情况和位置。③在第二步骤的三角形中，让学生们做腰上的高线、中线和角平分线，在比较一下上述三条线的位置。④通过这样的实验，让学生们自己总结观察到的现象。这时候很多学生说出这样的现象：等腰三角形，地边上的中线、高线和定焦的角平分线是互相重合的。通过这样的教学方法，学生们在实验、类比、归纳、总结的过程中，将实验的现象概括化、抽象化。这时候老师又可以进行“为什么在等腰△中，这三条线段会重合”的问题情境创设，激发学生们主动的去猜想和探究。
3.设计“游戏型”的问题
初中数学的抽象性和枯燥型很容易让学生们感到厌倦和失去信心。所以在教学过程中应该注意结合现阶段学生的心理特点和认知特点，采用多种形式的教学方式，挖掘数学的趣味性。“游戏型”的问题的设计，可以使学生们感到数学的奥秘，并且提高了数学的课堂有效性。
比如说，在上课之前老师可以让学生们玩“猜数”的游戏：①每个学生心里想好一个数字。②把心中的这个数字×5+10。③把所得的结果÷5。④把上一步的出来的商+（心里想的数字+8）⑤然后老师随便让一个学生说出所得的结果，这时老师就可以立刻猜出这个学生心里想的数字。老师连续猜出好几个学生心中想的数字，学生们肯定会对这一现象感到比较惊奇，想知道其中的秘密到底是什么。这时候老师就可以自然的进行“一元一次方程的讲解”。学生们看到之后会恍然大悟，而且会更深的了解未知数“x”的用法。通过这样的数学小游戏问题的设计，可以瞬间激发学生们的学习兴趣和学习积极性，从而提高了数学课堂的教学效率，顺利的完成教学目标。
4.设计“应用型”的问题
数学知识归根结底是来源于生活，最终也是要服务于生活的现实生活正是数学知识的根本源泉。所以说，在新的教学理念的影响下，老师必须将数学教学生活化，让学生们深深的感受到学习数学知识是非常有用的。为了更加符合新课程标准的要求，老师要更加努力的钻研教材，更加灵活的运用教材。从日常生活中提炼数学现象，更好的为数学课堂服务。
比如说，在学习“中位数和众数”这一节内容的时候，老师将就可以结合教材的知识给学生们讲个例子：小李是个进城务工的农民工，看到有家公司招聘员工：因公司发展需要，现象社会招聘一名员工，公司员工的月平均工资为2000元，有意者详细面谈。经过面试之后两者签订了一年的劳动合同，第一个月的工资发下来了，小李只发了900块钱。吃惊之余又打听了周围同事的工资，没有一个人能拿到2000块钱的工资。于是小李就将该公司搞上了法庭，请同学们分析一下小李能不能胜诉。通过这个故事自然而然的引出了这节课的主要内容。
5.结语
问题的优化设计 篇3
在初中英语教学中，阅读课是一种基本的课型，对学生进行英语阅读的教学不仅仅是为了教给学生高效的阅读方法，提高学生的英语阅读水平，更重要的是使学生在阅读的过程中有目的地去获取信息。在获取信息之前，学会对信息进行有效的预测；在获取信息之后，要对获取到的信息进行仔细地分析和判断，从而深入地理解文章的思想内容。要想提高英语阅读教学效率，首先必须要优化英语阅读教学中的问题设计。
一、提问要诱发学生的学习兴趣，忌直贵曲
设计问题应该在学生现有知识的基础上，换几个角度，凡问必曲。如教学“A Problem For The Detective”时，教师可以设计如下问题：
1.Could you say something about Tom Goode and Mrs Flower？
2.From the text can you infer what the relationship is between Mrs.Flower and Clare？
3.What did the story of the pet dog—Klegg show？
4.What did this sentence“Something somewhere smells funny”show？
5.From the last paragraph can we see how the detective was？
二、提问设计要呈现出“阶梯”
对于教学中的重难点，教师应尽量设 计一些铺垫性的问题，依据学生水平，化难为易、化繁为简、由近及远，一环扣一环，逐步解决大问题，从心理学和教育学角度看，这是符合学生认知规律的。
如，笔者在讲授“7A Unit 4 Reading”时，先通过多媒体课件展示如下问题：
1.What is your favorite food？
2.How about hamburgers？
3.What do you eat for breakfast/lunch/supper？
4.How often do you exercise？
5.Do you think you are strong and healthy？
在学生正确回答完各个问题的前提下，我让学生把问题的答案串在一起，学生在紧张的气氛中很快完成学习任务。
三、提问设计须有“度”
这个“度”包括问题的难度、深度（铺垫性设问）、亮度（讲究感情色彩，抓住学生原有知识经验与新接受的信息不适而产生的心理失衡，提出问题，打动学生）、跨度（抓住教材重点、难点，施行浓缩法，加大问题容量）、角度、精度、密度等。如：教学The Language of Honey Bees（1）一课时，我们可以根据预习情况，从学生阅读理解能力的实际出发，利用相关提示发展学生的求异思维。
四、关于分析文章顺序的问题设计
初中英语阅读教学应重视分析文章的顺序，在英语阅读训练过程中，文章的顺序往往有着较为明显的表现方法，例如：有的文章用总起句开头，用总结句结尾；有的文章善于运用关联词语把文章的前后内容串联起来。教师设计的阅读问题应从以下几个方面着手：
1.看内容，辨顺序
让学生自由地阅读英语短文，然后让学生说明问题的表达顺序。教师可以教给学生具体的辨析方法，理清英语短文的逻辑，找重点词句来理文章顺序。
2.分析文章的结构
教会学生通览全文，把握文章结构，再分析文章各段之间的区别和联系，把联系紧密、意识接近的段画在一起。在具体的提问过程中，教师可以发给学生打乱顺序的课文内容。如Watch the video again and arrange the sentences in right order.让学生带着问题重新整理文章顺序，排序任务有助于学生对课文的理解。
五、关于分析文章细节的问题设计
分析文章细节能够让学生更好地理解短文内容，帮助学生更好地完成阅读。具体的做法是：教师对英语短文中的一些重点内容设计问题，让学生回答，加深学生对文章的理解。例如：教学七年级下册的“Unit 5 Why do you like pandas？”的过程中，教师可以针对课文的重点内容设计问题“Why people want to kill an elephant？”“What is the problem of survival elephant？”等，通过学生的讨论让学生感受到分析文章细节的重要性。
六、关于分析文章情感的问题设计
阅读训练必须要学会感受文章的思想情感，培养学生解决阅读问题的能力。例如：学习It’s a nice day，isn’t it？这节课时，用多媒体课件播放《韶华易逝》这首配乐诗。通过《韶华易逝》这首诗，使学生感受到时光易逝，所以更应珍惜今天。然后教师可以提问，让学生分析“Time is like water flowing away quickly，we must cherish it”这句话，完成课文内容的背诵，同时对上面提出的问题进行讨论。
建筑幕墙设计中的优化问题 篇4
1立面分格
在幕墙立面分格设计中, 合理的分格优化, 对幕墙成本的控制效果十分显著, 根据经验, 分格优化有时可降低总成本的3%～6%。所谓分格优化, 即是在满足外观、功能、构件受力等条件下, 尽量使单位面积所占的周边长度处于最小状态。这样不仅可以节省幕墙龙骨、附件、结构胶、连接件、支座、埋件等的用量和减少人工成本。同时, 对幕墙的气密性能、水密性能、热工性能等都有所改善。广州西塔外墙的单元式隐框玻璃幕墙, 就是一个很好的案例, 22层～72层 (标高94.6 m～324.0 m) 的“墙面”三段大圆弧位置, 层高H=4 500 mm, 由于支承幕墙的主体为外挑楼板, 并考虑单元式幕墙的安装问题, 每楼层只能设置一个支点。风荷载标准值达wk=4.623 kN/m2, 组合荷载设计值达w合=6.67 kN/m2。我们采用a×b=1 500 mm×4 500 mm的分格形式, 局部分格见图1。
由于分格相对合理, 每平方米所用的铝料总量不到11.5 kg。对于如此高的楼层、如此大的风压和如此厚的玻璃面板, 支承条件并不有利的情况下, 此铝料用量是相当节省的。
2节点系统选择与优化
在满足系统构造、系统性能要求和安装、维护要求的前提下, 选择一套好的节点系统, 可有效地控制幕墙成本。一般来说, 应尽量采用立柱及横梁的截面相对简单、材料分配较为合理、构造不复杂的系统。下面将两套系统做简单的对比, 系统1为早年流行的一套小单元式隐框幕墙系统, 见图2;系统2为另一套隐框幕墙系统, 见图3。从以上两套料的截面参数分析可知, 第2种系统的受力较好, 所用的铝材也少。
3幕墙支撑结构优化
一般来说, 在结构计算中要做到最大优化是很难的。因为在幕墙构件的未知方程组中, 用一般的代数方法很难求解。即使从理论上找到了最大化的设计, 也会受实际条件如支点条件、外观要求等的限制。因此, 所有的优化设计都必须结合实际工程的具体情况进行。
3.1 梁系是否采用连续梁的优化问题
设幕墙的层高为L=3 600 mm, 共两层, 立柱杆件承受的均布荷载为1 N/mm;立柱采用中间不切断的连续钢梁形式, 计算简图见图4, 利用计算程序求得的连续梁弯矩曲线见图5。从图5中可以看到, 最大弯矩发生在支承点2处, Mmax=1 506 825 N·mm, 梁的支点弯矩比梁的中部弯矩大了59.1%。因此, 从力学角度分析, 梁远没有达到最大优化的要求。
如果梁采用最大优化设计, 可将图4的梁在距离支点2一定距离切断, 计算简图见图6。这时, 梁系处于静定状态。当a达到某一数值时, 弯矩曲线如图7所示。从图7 中可以看到, 在相同梁系、相同层高、相同荷载条件下, 采用最大优化设计后, 支点2处的弯矩与梁的中部弯矩完全相同, 均为Mmax=1 112 400 N·mm, 最大弯矩比连续梁降低了26.2%。
最大优化设计的目的就是要寻找梁系中存在的最大优化点, 使杆件的受力状态均匀化。根据推导的结果, 最大化点距离支承点的距离为:
a= (3-2×20.5) ·L (1)
如果断点3向左、右任何方向移动, 即a值小于或大于上面公式的计算值, 杆件的最大弯矩值恒大于优化点计算求得的弯矩值。经过上述最大优化后, 幕墙的总成本将降低1.5%左右。
上述结果说明两个问题:1) 连续梁系不一定是受力最好的梁系结构;2) 理论上的最大优化点的确存在, 而且是唯一的。如果实际条件不满足最大优化要求, 也应尽量靠近最大可能的优化设计。
3.2 幕墙是否采用双跨梁系的优化问题
幕墙采用双跨梁系 (即每楼层2个支点) , 一般双跨梁的计算简图见图8。
根据推导的结果, 这种梁系的跨中最大弯矩计算公式为:
根据推导的结果, 这种梁系的支座弯矩计算公式为:
从理论上讲, 双跨梁自身也存在最大化点, 而且是唯一的。只要令上面两式的右边相等 (即令跨中最大弯矩与支座弯矩相等) , 并将L=a+b代入, 就可得到只含有a和b的一个方程, 从而求得a和b的相互比例, 在总值L=a+b确定的情况下, a和b也就确定了。但是, 实际工程中, 由于幕墙的支点需要设置在主体结构梁上, 埋件也需要一定的边距, 幕墙支点位置将受到主体结构梁的位置和梁高的限制, 设计中不能够完全达到理论上的最大化设计。但是, 在实际条件允许的情况下, 仍然可以通过调整各支点的相对位置, 达到优化设计的目的。
设幕墙的层高为L=3 400 mm, 共3层, 混凝土梁高为500 mm, 立柱杆件承受的均布荷载为1 N/mm。立柱采用双跨梁形式, 每层大跨段取a=3 020 mm, 小跨段b=380 mm。计算简图见图9, 利用计算程序求得的双跨梁弯矩曲线见图10。
双跨梁的特点是:每层设2个支点, 梁的分断点在上支承点附近。利用计算程序求得的最大弯矩值为Mmax=974 497 N·mm。
在相同层高、相同荷载和相同楼层数目的情况下, 如果将图9中的计算模型改为单跨静定梁系, 并在混凝土梁的高度允许条件下, 对支点位置及断点位置进行适当调整, 如图11所示。
利用计算程序求得的最大弯矩值为Mmax=873 125 N·mm, 优化后的单跨梁弯矩曲线见图12。由上述结果可知, 经过优化后, 不仅最大弯矩值比双跨梁降低了10.4%, 而且支座数也降低了42.86%, 随着楼层层数的增加, 支座数降低率也将随着增加, 最后趋于50%。这将大大降低连接件、支座、埋件等的用量, 也降低了人工费用。
由此可见, 双跨梁设计不一定比单跨梁受力好, 更不一定是最经济的设计。双跨梁设计主要用于改善杆件的挠度, 仅适用于楼层高度高、立柱杆件挠度起主要控制作用的情况。采用双跨梁后, 往往会产生杆件的刚度过剩而强度不足的现象。由于梁系中弯矩的不均衡性和每层增加了一个支点, 在相同条件下, 幕墙的总成本将增加1.5%左右。
3.3 对于楼层跨度较大的情况是否采用在铝料内穿钢芯的优化问题
广州信合大厦, 2层～27层的四个立面均为明框幕墙, 层高为L=3 800 mm (个别楼层为3 600 mm) , 原工程实际设计中“墙面”区采用铝立柱。三个转角位置的“墙角边”共15条立柱, 每条立柱长度H=100.8 m-5.8 m=95 m, 采用“铝立柱+14号热轧工字钢芯”组合梁。
幕墙平分格位B=2 000 mm, “墙角边”立柱杆件承受的线荷载设计值为q=8 N/mm, 线荷载标值为qk=5.5 N/mm, 立柱按简支梁计算。立柱所受的最大弯矩
1) 工程实际设计情况。
组合立柱 (6063-T6铝立柱+Q235的14号热轧工字钢芯) 参数:铝立柱:A=2 065 mm2, I=8 600 620 mm4, W=81 499 mm3;14号热轧工字钢:A=2 150 mm2, I=7 120 000 mm4, W=102 000 mm3;折合成铝料的组合惯性矩I=29 553 763 mm4。铝立柱模图见图13。
则强度刚度校核如表1所示。
2) 组合梁本身的截面进行优化。
组合立柱改用:6063-T6铝立柱+Q235的10号热轧槽钢。参数为:铝立柱:A=2 065 mm2, I=8 600 620 mm4, W=81 499 mm3;10号热轧槽钢:A=1 274 mm2, I=1 983 000 mm4, W=39 660 mm3;折合成铝料的组合惯性矩:I=14 436 306 mm4。
则强度刚度校核如表2所示。
3) 修改铝立柱壁厚优化。
在铝立柱外形不变的条件下, 若直接将“墙面”位置的铝立柱增加壁厚 (见图14) , 以适应“墙角边”的受力要求。其参数为:A=2 485 mm2, I=10 836 629 mm4, W=101 858 mm3。则强度刚度校核如表3所示。
4) 经济评估。
该位置共15条立柱, 每条立柱总高95 m。若只考虑铝锭及加工费:21 000 元/t, 钢型材及加工费:6 500元/t, 则铝料开模费3 500元/款 (见表4) 。
一般来说, 只有在整个建筑的极个别位置, 少数立柱或横梁的跨度较大或所受荷载较大时, 为减少开模数量和管理难度, 采用在通用铝料内穿钢芯的组合梁形式进行局部加强。但需要做好两种材料之间的防化学腐蚀处理并保证其紧密结合, 以达到变形一致的要求。如果幕墙面积较大, 而立柱或横梁的跨度很大, 正常尺寸的铝料强度或刚度无法满足设计要求时, 可直接采用钢梁或钢梁外包铝板等形式。
4结语
本文对幕墙支撑结构与节点系统进行了优化, 并对优化结果的经济性进行了阐述。优化结果可用于指导生产设计。
摘要：根据多年工作体会, 就建筑幕墙设计中立面分格设计、节点系统选择及优化、幕墙支撑结构优化进行了较详细的分析与讨论, 并对优化结果的经济性作了评估, 从而使得幕墙的生产成本达到最经济要求。
关键词：建筑幕墙,设计,优化,成本
参考文献
[1]张芹.建筑幕墙与采光顶设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2002.
[2]刘庆潭.材料力学[M].北京:机械工业出版社, 2003.
数学广角优化沏茶问题教学设计 篇5
一、课标分析
“实践与综合应用”将帮助学生综合运用已有的知识和经验，经过自主探索和合作交流，解 决与生活经验密切联系的、具有一定挑战性和综合性的问题，以发展他们解决问题的能力，加深对“数与代数”“空间与图形”“统计与概率”内容的理解，体会各部分内容之间的联系。
二、教材分析
《数学广角——优化》是人教版教材第八单元第一节。本单元系统而有步骤地渗透数学思想方法，尝试把重要的数学思想方法通过学生日常生活中最简单的事例呈现出来，并运用操作、实验、猜测等直观手段解决这些问题，重在向学生渗透这些数学思想方法。使他们感受数学思想方法的奇妙与作用，受到数学思维的训练，逐步形成有序地、严密地思考问题的意识，从而达到《标准》中提出的“在解决问题的过程中，使学生能进行简单的、有条理的思考”的目标。
本册数学广角这单元渗透了运筹思想。运筹思想包括着：优化思想和对策论。本单元主要是通过日常生活中的一些简单事例，让学生尝试从优化的角度在解决问题的多种方案中寻找最优的方案，初步体会运筹思想在实际生活中的应用以及对策论方法在解决问题中的运用。例1分析家里来客人需要沏茶时，怎样安排各种事情能让客人尽快喝上茶；讨论如何用优化的思想选择合理、快捷的解决问题的方法。教材在情境图下给出了沏茶所要做的各种工序，以及做每件事情所需的时间。然后呈现学生们讨论怎样安排的场面。在这些内容中包含了解决这一问题的思考方法：首先要明确沏茶的大致顺序，也就是说哪些事情要先做，然后再考虑还有哪些事情可以同时做，能同时做的事尽量同时做，这样才能节省时间。教材还提示可以用流程图的方式表示解决问题的顺序或方案，教给学生设计方案的具体方法。本节教学内容主要是让学生分析家里来了客人需要沏茶时，怎样合理安排各种事情的顺序，让客人在最短的时间喝上茶。教课时教师要向学生渗透一个重要的数学思想方法——统筹法，即在诸多解决问题的方案中，寻求最合理、最省事、最节约的方案。
本单元主要是联系学生的生活实际，通过学生日常生活中的一些简单事例，让学生尝试从优化的角度在解决问题的多种方案中寻找最优方案，初步体会运筹思想和对策论方法在生活中的应用，让学生在生活中解决实际问题。
三、学生分析
通过前面几册的学习，四年级的学生已经掌握了一些重要的数学思想方法。“统筹方法”的运用，学生在生活中有用到过，平时在做的时候，有部分学生也注意到怎么做会省时些。但更多的是无意识的，通过这节课的学习，学生对“统筹方法”的运用有所了解，知道怎么做效率会更高，今后碰到类似的问题会有意识的去运用。
四、教学目标：
1、使学生通过简单的实例，初步体会运筹思想在解决实际问题中的应用，初步形成从数学的角度发现、提出问题及分析问题解决问题的能力。
2、让学生经历自主探究的过程，体验解决问题策略的多样性，在寻求解决问题最优方案的过程中积累数学的基本活动经验，3、使学生感受数学与生活的紧密联系，在探求活动中感受数学的魅力，感悟优化的数学思想。
教学重点： 体会优化的思想
教学难点: 寻找解决问题最优方案，提高学生解决问题的能力。教具： 多媒体课件、实物展示台。前置作业
星期天李阿姨到小明来来串门，妈妈让小明帮她给李阿姨沏杯茶喝。小明需要做以下事情才能把茶沏好：烧水（8分钟）、洗水壶（1分钟）、洗茶杯（2分钟）、接水（1分钟）、找茶叶（1分钟）、沏茶（1分钟）。
你能帮小明安排一下沏茶的顺序做完沏茶这件事吗？ 我的方法：
在我设计的方法中，最合理的是： 我的感受：
教学过程：
一、创设情境
师：你在家里帮父母做家务吗？你会做什么呢？你能用“一边（干什么）一边（干什么）”的句式来说一句话吗？。师：刚才造句中说的几件事都是同时进行的吗？（板书：同时进行）
师：不仅在文字里有这样的表述，在数学领域也有关于这方面的知识，今天让我们学会怎样合理地利用时间，提高效率。（板书课题：沏茶问题）[设计意图：简单而平实的导入把课堂和生活融合在一起，让学生体会到我们要学的，正是我们生活中要用到的，这样的学有所用，才会使学生更有积极性。与此同时，这样的设计又是语文和数学学科的整合，“一边„„一边„„”正说明可以同时做不同的事，这两件事之间即有内部联系又有不同的方式，而这其间的合理安排，正是这节课里要学习的统筹方法。]
二、整理前置作业
1、师：小明是一位聪明懂事的孩子，这一天家里来客人了，妈妈要陪客人说话。)(1)小明家里来客人了，妈妈陪客人说话。让学生观察情境图 妈妈请小明烧壶水，给李阿姨沏杯茶。小明想:怎样才能尽快让李阿姨喝上茶呢？(2)师：怎样理解“尽快”？
（3）师：愿意帮小明好好设计一下沏茶方案吗？试试吧！学生独立设计方案，师巡视。（4）指名展示，交流评价设计方案。
个个真是厉害的设计师呀！哪个同学设计的流程图最简洁、最合理？说说理由。（5）小组讨论。
（6）指名汇报，全班交流。①沏茶的顺序是什么？ ②怎样安排节省时间？ ③哪些事情可以同时做？
（7）小结：先观察做事情顺序，把它写下来，再考虑哪些事情可以同时做，最好计算出所需时间。就是我们今天研究的合理安排时间提高办事效率解决生活问题的方法。用这种方法节省了时间，提高了办事效率，用这种方法设计出来的的方案就是最合理最好的方案，这样的设计过程就是一个优化的过程。（板书： 优化 合理 省时）思考方法：（1）先观察做事情顺序，把它写下来，（2）再考虑哪些事情可以同时做，(3)最好计算出所需时间
三、巩固应用，拓展延伸（13分钟）
1、喜洋洋每天早上6:30起床，必须要做完这些事情后再去上学，你认为它最快几点可以去上学？
起床穿衣服3分钟，刷牙洗脸3分钟，整理床铺3分钟，吃早餐10分钟，听音乐20分钟
（1）生独立完成后师指名展示（2）全班交流
2、练习：爸爸和妈妈一起从家外出办事，爸爸要去办公室取资料，妈妈要去商场购物，图中是他们的行走路线和所用时间，他们办完这些事回到家，至少需要多少分钟？
这道题需要从两个方面思考设计行走路线
（1）爸爸妈妈分头办事，计算一下至少需要多少时间（2）爸爸先送妈妈到商场后，在办自己的事情，计算所需时间
3、说一说在我们生活学习中哪些事情可以通过合理安排时间来提高效率。教师提示：
（1）班级里打扫卫生，有的扫地，有的捡纸张、檫黑板和关风扇，有的倒垃圾，合理安排几个人，同时进行，就可以节省很多时间，提高劳动效率。
（2）学校排队集合，不同的年级要从不同的楼梯同时下楼，既安全，又省
时。
（3）在做数学题的时候，可以一边抄题目，一边思考。
四、全课总结，增强意识（2分钟）
1、同学们今天学得开心吗
2你有什么收获与大家分享？喜欢数学吗？
3、师总结：今天同学们的收获可真多啊！在我们的生活学习中，有很多事情很多问题都可以用优化的数学知识来解决，所以啊数学是我们生活学习的好朋友好帮手。只要我们用心学习，细心思考，数学可以让我们更开心！
你们想知道大象和猴子是怎么安排的吗？ 我们应该向谁学习？学习它什么？
最后老师布置课后作业，希望同学们动动脑筋，比比谁最厉害！
五、课后练习：
(过渡语：聪聪是个勤劳又能干的孩子，每天都会合理安排好自己的事还帮妈妈做家务。)比比谁最厉害!
1、用洗衣机洗衣服23分钟；
2、扫地5分钟；
3、做操3分钟；
4、拖地板15分钟；
5、晾衣服5分钟；
6、听新闻30分钟；
7、接水1分钟；
8、烧水4分钟。
聪聪在30分钟内最多可以做好几件事?请画出流程图。板书 数 学 广 角 优 化
合理 省时 评价反思：
数学广角“合理安排”是人教版《数学》四年级上册《数学广角》这一单元的第二课时，主要研究解决问题策略的多样性，形成寻找解决问题最优方案的意识。新课标指出当学生遇到实际问题时能主动运用数学的思想方法解决实际问题。在日常生活中当遇到问题时学生能很容易找到解决问题的多种策略。那么这里就是要让学生理解优化的思想，形成从多种方案中寻求最优方案的意识，提高学生解决问题的能力。
今天，通过简单的优化问题向学生渗透简单的优化思想，让学生体会运筹思想在实际生活中的运用。因此，本节课我力求在三个方面有所突破。
（一）、如何利用教材促使学生积极参与学习活动。沏茶这与我们的生活气息相关。我用同学们熟悉的情景，使学生感受到解决问题的最佳方案。
（二）、给学生提供充分的从事数学活动的机会，让同学们成为学习的主人。比如在教学中让同学们自己怎样安排沏茶的顺序。让每个学生在组内进行热烈的讨论，在操作中学会思维，在思维中引导操作各组形成了自己的方法，然后通过比较分析选择出最优方案，让同学们经历了寻找解决问题到寻找最优方案的全过程。
问题的优化设计 篇6
关键词：问题设计；深层学习；表层学习
数学课堂是教师实施教学目的的主阵地，也是学生获取数学知识，学会学习、学会思考、学会创造、体验数学价值的有效途径.但现在的数学课堂，很多还是以“教师讲授、学生听讲”为主要教学方式，学生的学习还是一种表层的学习，或者说是一种记忆型、复制型学习。课堂教学是实施新课程的主渠道，这就要求我们的课堂教学，应该引领学生去自主探索和合作交流，自主构建，强调学生在知识与技能的学习与探索中，对知识进行深层次的加工、产生高层次的思维、深层次的体验和内在品质的提升，或者说课堂教学追求的是深层式的学习，摒弃的是表层式的学习。
深层学习是深入的、有意义的，能够导致认知、态度、情感和价值持久改变的学习，是一种基于理解、深入钻研、学用结合的高级学习，即要求学生运用高于熟记的高级心智进行学习的活动；深层学习能够导致学习者在知识、态度、技能等方面的整体改变，使学习者在身体、智力、情感、审美、道德和精神等方面获得全面成长。初中数学的课堂教学，学生的数学学习内容应当是现实的、有意义的、富有挑战性的，这些内容要有利于学生主动地进行观察、实验、猜测、验证、推理与交流等数学活动。内容的呈现应采用不同的表达方式，以满足多样化的学习需求。所以，在课堂教学中例题的选择与呈现显得尤为重要，以下以自己在平时的教学谈一点想法和思考。
一、注重例题的问题设计的层次性，引导学生深入思考
在例题的问题设计中，要面向全体学生，关注每位学生的进步，要充分考虑学生的年龄特征和推理能力，课堂例题的设计要满足不同层次学生的学习需要。问题的设计要有训练思维能力的价值，要使学生“跳一跳，够得着”，否则，过难、过易的问题，都不利于激发学生的探究创新欲望。
在二次函数与一元二次方程的关系的教学中，设计这样的五个问题，符合学生认识规律，由易到难，由简单到复杂，由具体问题到抽象，拾级而上。层层递进，步步深入，引导学生逐层展开，向问题的本质靠拢。
二、挖掘教材的例题，注重问题设计的开放性，培养学生的探究意识和探究习惯
前苏联著名心理学家鲁宾斯坦也指出：思维起始于问题。没有问题就没有思维、没有创新。问题设计的开放性，是指问题指向不确定或不唯一，方法也不再唯一，在解答问题的过程中，学生的思维是开放的、发散的。这类问题放松了对学生思维的限制，有助于学生形成扩大思维的机会，鼓励学生突破传统、权威，进行创新，发挥自己的新见解。教材的例题，问题的设置往往是封闭的，有标准答案的。为此我们教师要深挖教材，根据学生的具体情况，设计适合于不同层次，大家都能参与的开放性问题。如：八年级数学（下）18.5.1实践与探索（华师大版）：
例2.学校有一批复印
任务，原来由甲复印社承接，按每100页40元计费。现乙复印社表示：若学校先按月付给一定数额的承包费，则可按每100页15元收费。两复印社每月收费情况如图所示。
教材的三个问题的设置，局限性很大.笔者在教学过程中，把三个问题改为：从图象与文字上你能获得哪些信息？这样的一个开放性问题，学生思考的空间很大，起点很低，但要求很高。它照顾到了学生的个体差异和个性特征，不同的学生在探究中有不同的认识，又有效地激发了学生的参与探究、挑战、创新的欲望，从而引起学生的交流讨论，甚至争论，有利于学生学法和能力的培养。
三、利用例题的生长点，使问题具有生长性、延伸性，培养学生的创新意识和实践能力
通过例题的教学，最基本是帮助学生理解知识、应用知识、巩固知识；训练其数学技能、发展数学观念、培养数学能力。而学生的知识只有自己长出来，才会最有用，才能充分培养创造能力。在例题的教学中，若能抓住其知识的生长点，在问题的设计中，注重它的拓展与延伸，揭示它本身蕴含的内在规律，使之反映的数学概念、思想、方法更为广泛、更为深刻，开发课堂教学的生命潜力，把学生的思维层层引向深入。在研究了二次函数与一元二次方程的关系后，笔者设计了以下例题教学。
在新的学习中，学习者往往基于以往的经验去推出合乎逻辑的假设，新知识是以已有的知识经验为生长点而“生长”起来的。通过这样例题设计，促使学生在解决二次函数与x轴的交点问题时，依靠学生自己的经验、信念对新知识分析、检验和批判，从而转化为一元二次方程的问题来解决。初步形成数学建模的思想，使学生的思维能力和动手操作能力得以大大的提高。
从例题教学的问题设计中，有很多专家和学者的理念与经验值得我们去学习和思考，在教学中，我秉着“实践—反思—再实践”的教学理念，要在课堂教学中摒弃无效教学，改善低效教学，进行有效教学，引领学生展开深层的学习。促动学生在知识与技能的学习与探索中，对知识进行深层次的加工、产生高层次的思维、深层次的体验和内在品质的提升。
参考文献：
叶信治，杨旭辉.深层学习与支持深层学习的教学策略.中国大学教学，2008（7）.
问题的优化设计 篇7
为了提高PSO算法中粒子的随机性和PSO算法的全局搜索性能,sun于2004年提出了量子粒子群优化算法(Quantum-behaved Particle Swarm Optimization,QPSO)[1,2],以DELTA势阱为基础,从量子力学的角度出发,赋予粒子量子行为,使其在量子空间中搜索。在量子空间中,由于量子状态的叠加、相干和纠缠特性,粒子可能出现在搜索空间的任何位置。而在PSO算法中,绝大多数粒子的搜索空间被限制在搜索空间的某个范围内,可能存在搜索“禁”区[1],因而QPSO算法的全局搜索性能远远优于PSO算法,并且QPSO的全局收敛性已经得到了证明[3]。
1 量子粒子群算法
1.1 量子粒子群优化算法数学描述
QPSO算法通过波函数ψ(x,t)来描述粒子的状态,并通过求解薛定愕方程得到粒子在空间某一点出现的概率密度函数,再通过Monte Carlo随机模拟得到粒子的位置方程为:
undefined
Pid(t)=ϕPid(t)+[1-ϕ]Pgd(t) . (2)
xid(t+1)=pid(t)±α(t)|Cd(t)-xid(t)|×ln[1/u] . (3)
式中:N—种群中粒子数目;D—粒子的维数;u和ϕ—在[0,1]区间上均匀分布的随机数;Pid(t)—局部吸引点;Cd(t)—种群中所有粒子的平均最好位置点。和标准PSO算法一样,Pi和Pg为粒子i所经历的最好位置和种群中所有粒子所经历的最好位置;α(t)为收缩扩张系数,是QPSO算法的唯一的控制参数。
1.2 基于量子粒子群算法的粒子编码方式
编码问题是设计算法的首要的关键问题。粒子编码方式仍采用基于工序的编码方法,对于n个工件m台机床的Job-shop调度问题,分别用自然数1,2,…,n表示每个不同的工件,由于每个工件有m道工序,这样就总共有n×m道工序。采用基于工序的表达方法进行编码[4],即用一个长度为n×m的粒子代表一种排序方案,粒子中的每一个元素对应的是工件标号, 然后根据工件标号在序列中出现的顺序确定该工件的工序。
1.3 基于量子粒子群算法目标函数及适应值的计算
结合各工件的工艺约束和各工序完成时间约束,仍将各个粒子的最大完成时间作为适应度值, 最大完成时间的具体计算过程如下[4,5]:
(1)将所有工件所对应的第一道工序的开始加工时间初始化为零。
(2)为每台机器设定一个加工链表,用于表示该机器上加工的工件及顺序。
(3)执行调度方案中的第一个加工操作,将该操作加入到所对应的加工机器的加工链表中,记录该工件第一道工序的开始加工时间和加工结束时间,并将该工件下一道工序的理论开始加工时间设置为该工件第一道工序的加工结束时间。
(4)顺序执行调度方案中的其他加工操作,将这些加工操作依次加入到该操作所对应的加工机器的加工链表中。
(5)执行完毕调度方案中的所有加工操作后,比较所有工件最后一道工序的加工结束时间,取最大值,即为当前调度方案的最大完工时间。记录所有机器的加工链表,即为当前调度方案的实际调度结果。
1.4 量子粒子群算法参数的选择
在QPSO算法中,除了群体大小、问题维数与迭代次数外的唯一控制参数为式(3-5)中的压缩-扩张因子α,它在算法中起到的作用是能够调节算法的收敛过程。尽管算法只有一个控制参数,但是尚未对其进行过系统的研究。在文献[8]中,通过仿真结果得知QPSO算法的压缩-扩张因子必须满足α<1.781才能保证粒子的收敛,否则算法将肯定不能保证收敛。在这样的前提条件下,如何选择α的取值及取值方式已成为一个重要的研究课题。文献[3]提出了α的三种控制策略:固定取值策略,线性减小取值策略及非线性减小取值策略。结合标准测试函数的仿真结果得出:固定取值策略的鲁棒性较差;采用控制参数线性减小的取值方式并且线性减小的取值范围在[0.8,0.6]和[1.0,0.5]时能够对绝大多数的函数取得较好的优化结果;而非线性减小的取值策略也能够取得一些较好的结果。
本文采用α线性减小的取值方式,计算公式如下:
α(t)=(α0-α1)(tmax-t)/tmax+α1 . (4)
式中,α1<α0,α0和α1分别是控制参数α的初始值和终止值。
1.5 量子粒子群算法位置的初始化
对于粒子的初始位置,本文将xid任意随机数,即:
xid=rand( ) . (5)
式中rand( )是随机产生的任意实数。
1.6 量子粒子群算法位置的更新
对于n个工件m台机床的Job-shop调度问题,位置矢量应该是一个n×m维实向量,分别根据式(1)、(2)和式(3)进行平均最好位置点Cd(t)、局部吸引点pid(t)和位置矢量的更新。在位置迭代过程中,‘±’是由(0,1)之间产生的随机数决定的,当产生的随机数大于0.5时取‘-’,其余取‘+’,并且表示粒子的二维向量的第一维向量保持不变,待粒子位置更新之后对粒子位置矢量进行从小到大的排序,进而生成待加工的工序序列,然后解码生成调度方案。
1.7 量子粒子群算法流程
Step1:初始化α0、α1、tmax,并且设当前进化代数t=0。
Step2:设定种群数N,随机初始化各粒子的位置矢量。
Step3:将各粒子位置矢量映射为工序序列,计算各个调度方案的最大完成时间,从而对各个调度方案的性能指标进行评价。
Step4:令undefined。
Step5:根据式(1)计算粒子的平均最优位置C(t)。
Step6:判断t是否等于tmax,如果t=tmax,则输出Pg(t),并由Pg(t)得到最优调度方案;否则,执行Step6。
Step7:对种群中所有粒子进行如下操作[6,7]:
① 按式(4)更新压缩-扩张因子α(t),按式(2)更新粒子局部吸引点位置Pi(t),然后按式(3)更新粒子位置Xi(t),并将粒子位置矢量映射为新的工序序列。
② 计算粒子的最大完成时间。
③ 若粒子的最大完成时间小于Pi(t)对应的最大完成时间,则Pi(t)=Xi(t);若粒子的最大完成时间小于Pg(t)对应的最大完成时间,Pg(t)=Xi(t)。
Step8:令t=t+1,转Step6。
2 典型算例仿真结果
2.1 FT06问题的寻优结果
FT06(6×6)标准测试问题每个工件的加工路线与每道工序对应的加工时间见表1。
FT06算例的第一行数据表示工件1先在机器3上加工1s,然后在机器l上加工3s,然后在机器2上加工6s,依次类推,最后在机器5上加工6s。
2.2 FT06问题的仿真结果
取种群数目N=20,最大迭代次数tmax=100,分别采用PSO算法和QPSO算法连续运行20次所得到的结果如表2所示。
从表2可以看出,采用PSO和QPSO算法找到的最优调度的最大完工时间为55s。而FT06Job-shop调度问题在参考文献[4]中用基于位置矢量更新的粒子群算法调度后,最大完工时间为55s ,用基于遗传算法的粒子群算法调度后,最大完工时间也为55s,说明PSO和QPSO算法在求解FT06Job-shop调度问题上取得了较好的效果。
考虑到优化算法的收敛效果也是评价该算法优化性能的重要指标,由于两种算法在求解FT06Job-shop调度问题时都取得了较好的效果,这里就给出了两种算法求解FT06Job-shop调度问题时的各代种群最优调度结果的收敛效果图。PSO和QPSO每一代的最小值收敛效果如图1所示,PSO和QPSO每一代的平均值收敛效果如图2所示。
由图1和图2可以看出,对于FT06车间调度问题,QPSO算法在求解FT06Job-shop调度问题时的效果明显好于PSO算法。
2.3 仿真结果分析
由于在经典PSO算法中粒子的收敛是以轨道的形式实现的,并且由于粒子的速度总是有限的,因此在搜索过程中粒子的搜索空间是一个有限的区域,不能覆盖整个可行空间。QPSO算法,量子系统的粒子在测量之前没有既定的规程,而已一定的概率分布出现在任何位置,从而可以达到全局搜索。从动力学的角度看,QPSO算法中粒子的收敛过程是以局部吸引点p为吸引子,随着速度的减小不断地接近p点,最后跌落到p点[9,10]。因此在整个过程中,在p点处实际上存在某种形式的吸引势能场吸引着粒子。这正是整个粒子群能保持聚集性的原因。而且,QPSO算法的控制参数较PSO算法更少,因此QPSO算法相对于PSO算法而言,可以避免算法陷入局部极值从而具有更好的全局收敛性能。因此,在FT06算例仿真结果中,QPSO的寻优能力均优于PSO算法。
3 结论
本文通过典型车间调度问题算例验证了粒子群算法和量子粒子群算法解决车间调度问题的有效性及优越性,通过车间调度问题FT06算例的仿真结果证明QPSO算法的寻优能力优于PSO算法。
参考文献
[1]Sun J,Feng B,Xu W B.Particle Swarm Optimization withParticles Having Quantum Behavior[C].Proceedings ofIEEE Congress on Evolutionary Computation,2004:325-331.
[2]Sun J,Xu W,Feng B.A Global Search Strategy of Quan-tum-behaved Particle Swarm Optimization[C].Proceed-ings of IEEE Conference on Cybernetics and IntelligentSystems,2004:111-116.
[3]方伟,孙俊,谢振平,等.量子粒子群优化算法的收敛性分析及控制参数研究[J].物理学报,2010,59(6):3686-3693.
[4]颜亮,姚锡凡,胡俊,等.用于车间作业调度的粒子群优化算法[J].管理技术,2009(6):115-119.
[5]李小华,熊禾根.基于粒子群算法的车间调度问题[J].信息技术,2009(7):19-21.
[6]Shi Y H,Eberhart R C.Empirical Study of Particle SwarmOptimization[C].Proceedings of 1999 Congress on Evolu-tionary Computation,Washington D C:IEEE,1999:1945-1949.
[7]EFGallad A,EFHawary M,Sallam A,et al.Enhancing theParticle Swarm Optimizer Via Proper Parameters Selection[C].Proceedings of the 2002 IEEE Canadian Conferenceon Electrical&Computer Engineering,Winnipeg:IEEE,2002:792-797.
[8]Sun J,Xu W B,Feng B.Man and Cybernetics[C].IEEEInternational Conference on Systems,Hawaii:IEEE,2005:3049-3049.
[9]范路桥,常会友,朱旭东.一种改进的作业车间调度算法及其实现[J].计算机集成制造系统,2005,11(5):673-677.
问题的优化设计 篇8
1.1 建筑结构设计图纸过于简单化
一份完善合理的结构设计图纸, 需要把建筑设计中的每一个细节问题充分表现出来。如建筑墙体材料、荷载选取、结构抗震等级与设防裂度、构造要求、细部节点等。但在当前的建筑结构设计过程中, 很多做的还不够规范。如设计图纸中对于标高、层高、梁柱编号等关键信息没明确标识出来, 获取的图集不标准化, 详图表示不明确等。最终使得整个施工现场作业混乱, 影响施工进程与项目质量。
1.2 过分注重低含钢率
从事建筑材料的相关企业越来越多, 部分建筑商为了谋取自身利益, 往往通过降低成本的方式来提高收益。他们会在对建筑材料进行选取的过程中, 盲目的追求建筑材料的低含钢量, 而在结构设计中大做文章。而这直接导致施工安全性显著降低, 最终影响双方利益。
1.3 基础选型不够合理
建筑基础选型直接关系到建筑的安全性、合理性。当前存在基础设计阶段无场地地勘报告, 仅凭经验盲目选型的现象, 致使地基承载力存在一定的缺失, 导致无法满足建筑项目的变形要求, 同时也会导致建筑项目的基础对于不均匀沉降能力的协调不够有效。严重时导致建筑项目的安全系数较低, 质量水平较低, 甚至会导致建筑项目的使用寿命受到极为不良的影响。
1.4 地下室外墙设计不够全面合理
对于带地下室的建筑项目, 地下室外墙的设计在建筑结构设计中占据关键的地位。同时, 地下室外墙设计也是最容易出现问题的部分, 地下外墙的设计直接关系到地下建筑项目的承载能力。如果施工过程当中对于地下水位高低的判断、地下室外墙外侧的土压力的大小、及地下室顶板的覆土和荷载等因素的考虑不够充分或者有误, 这将不但会降低该建筑项目的地下部分的安全系数, 也会使得该建筑项目的设计质量大打折扣。
2 建筑结构设计注意要点
2.1 结构设计前期准备
对于任何一个项目, 结构设计人员在拿到建筑图纸后都不能盲目建模计算。首先要进行全面分析, 与建筑设计人员进行沟通, 充分了解建筑的功能、平面布局、层高、建筑选材, 面层做法等。其次建模前要确定抗震等级、场地类别等及梁板的荷载统计, 与建筑或设备专业有无冲突, 梁板柱截面的选取是否符合建筑的平立剖面。只有建模计算前将各种关系考虑处理好, 建模才能顺利准确进行。另外, 在进行结构建模的时候, 要了解每个参数的意义, 不得盲目修改参数, 修改时要时刻把规范条文作为依据。在计算中, 要充分考虑在满足技术条件下的经济性。对计算结果要反复比较, 多次调整, 以达到最优化结果。
2.2 对电算结构的调整与修改
每一个计算软件都不是万能的, 都有其局限性。这就要求结构设计人员在电算结束后要进行大量的调整和修改。具体表现在以下多方面:主次梁井字梁受力关系是否明确, 次梁适当放小;尽量减少钢筋的种类和级差;梁下净高是否满足使用要求, 设备走管是否穿梁;柱根、柱顶及变截面处的标高与各层结构平面图相符;柱主筋与计算结果相符, 主筋间距符合有关规定;各种构件的编号是否正确齐全;对较大跨度的双向板查阅挠度计算结果是否满足;主筋的间距能否满足施工要求等等。
2.3 构件详图与节点详图
对于任何工程来说, 都有构件详图与节点详图, 这对于整个图纸的质量与造价及施工来说, 都有不可估量的作用。例如:柱中的预埋件与有关的构件大样节点要吻合;主次梁节点附加钢筋应符合有关规定;梁预留管线洞口位置应可行, 洞口加筋的措施应得当;折梁各段的主筋直径及箍筋间距均应标注齐全;雨蓬梁应满足弯、剪、扭的计算要求;屋面上返梁的雨蓬应按建筑专业的要求, 预留雨水洞;对于连接大样, 应标出各个连接构件、部件、零件或预埋件的名称;楼梯结构剖面图中, 各层蹬高、蹬数、与层高或休息平台的标高差尺寸闭合等等。除此之外, 结构图中各个节点详图要与建筑相一致, 且符合结构自身受力特征。
2.4 基础设计
基础的工程造价在整个工程造价中所占的比例较高, 尤其在地质条件比较复杂的情况下更是如此。所以选用合理的基础形式或地基处理方式, 对降低工程造价起着至关重要的作用。首先需要根据结构类型及现场地勘确定基础选型, 另外注意如基础配筋在建筑结构设计中是不能低于最小配筋率要求;不能对条基交叉处的基底面积进行重复利用, 并且要考虑到调整基础的实际宽度;如果出现了局部墙体存在较大的荷载的情况, 还需要对基础的宽度加以调整;如无法明确定位构造柱要及时调整, 明确定位的。
3 建筑结构的优化设计
优化设计方法主要应用于建筑工程结构总设计, 主要有建筑基础结构方案设计的优化、建筑物顶部系统方案设计的优化、外围护栏结构方案设计的优化及建筑结构细部设计的优化。这些优化设计中要充分考虑建筑整体结构选型、结构布置、受力及造价等因素, 它们是影响优化的主要因素。因此在建筑结构优化设计中要根据建筑的实际情况, 选择与其相适应的优化方法。
3.1 钢筋混凝土框架结构设计
如钢筋混凝土框架结构体系, 在进行钢筋混凝土框架结构设计优化时, 多会应用到准则法, 准则法的基本思想为:在获得建筑结构初始截面的基础上, 应用有限单元法, 对建筑结构整体内力进行综合分析, 然而将建筑整体结构分解为单一构件, 根据每一种构件的受力情况进行分部结构优化;通过递推公式, 最终获得优化结构。
3.2 结构主要构件的合理布置
对于高层控制剪力墙墙厚、长度和数量, 把位移比作为控制指标, 保证建筑物安全的前提下减少不必要的剪力墙, 会从整体上节约造价。梁作为楼盖的主要构件, 其布置直接影响板的受力和配筋, 合理布置梁也是控制造价的关键。在大跨度框架梁配筋方面, 应避免上部粗大钢筋全梁贯通, 尽量采用较小直径钢筋配置, 可有效节省框架梁的钢筋用量。楼板厚度直接影响着结构荷载, 对于较小楼板的标准层, 配筋均按最小配筋率控制, 楼板厚度增加配筋也会增大, 所以实际工程设计时楼板厚度也是降低成本的控制要素。另外, 采取合理的混凝土标号、钢筋材料, 也会有效降低工程总造价。
3.3 建筑结构计算周期设计优化
在很多情况下, 都会出现建筑结构的实际周期要小于建筑设计周期的情况, 从而引起设计承受的剪应力较小的现象。为保证建筑质量, 需要对建筑结构计算周期进行一定的折减.在针对混凝土框架结构, 如填充墙砌体属于轻质型, 则折减系数控制在0.7~0.8范围内;如填充墙砌体为重质型, 则其折减系数控制在0.6~0.7范围内。
4 结语
结构设计对建筑设计具有经济意义及实践价值。本文阐述了建筑结构设计常有的问题, 并提出了相关改进的措施。基于这点再运用科学合理的结构优化设计手段, 在确保建筑结构安全的基础上进行局部调整, 使整个建筑结构更加可靠与稳定, 最终实现建筑结构实用性与艺术性的完美结合。
参考文献
[l]雷春蕾, 张书强.房屋建筑结构设计的常见问题[J].技术与市场, 2011 (08)
[2]陈欢.在建筑结构设计中常见问题的分析[J].科技与企业, 2012 (13)
问题的优化设计 篇9
关键词：初中英语,阅读课,问题设计,优化
在初中英语教学中, 阅读课是其中的重要组成部分, 阅读教学也是锻炼学生能力的一种有效方式, 为了能够有效的提高阅读教学的有效性, 需要在教学的过程中有效的获取文章的基本信息, 并且进行分析和判断, 深刻的理解文章的思想内容。要想有效的提升学生的英语阅读水平, 需要教师提出具有启发性的问题, 但是目前在问题设计方面还存在着很多方面的问题, 需要进行深入的问题设计的优化, 才能够有效的提升教学的质量。
一、课前导入设计, 激发学生的学习兴趣
在阅读课程开始之前, 教师可以通过问题设计的形式来引发学生的学习兴趣, 好的课程是要从开始就要进行精心的设计的, 这样才能够有效的吸引学生的注意力, 在接下来的教学过程中充分的调动学生的学习积极性。教师在课前应该做好充分的准备工作, 设计好的引入问题, 能够引发学生的思考, 教师的导入问题起到有效的作用, 让学生在不知不觉中已经对文章的内容进行了讨论, 同时轻松的课堂开始形式也能够让学生在接下来的课堂学习中更加放松的发挥, 在和谐融洽的课堂气氛下学习, 能够有效的提升教学的效率。
二、在阅读的过程中巧设疑问, 层层推进
在以往的阅读教学过程中, 教师一般都是让学生先通读文章, 读懂文章的意思之后, 再将问题一股脑的抛给学生, 学生对这样突如其来的问题会感觉措手不及, 在阅读的过程中也没有重点的注意到, 所以导致学生在看到问题之后还要再从头阅读一遍, 浪费了时间, 降低了阅读的效率。教师应该在学生的阅读过程中巧妙的设计问题, 由浅入深的设计问题, 让学生对文章的理解也随着问题的深入不断的加深, 问题的提出要符合学生的认知水平, 采用层层推进的形式, 让学生根据问题对文章的主旨内容有更加深刻的把握。
例如, 在学习“Teenagers should be allowed to choose theirown clothes.”这篇文章的学习时, 教师可以首先提出问题, “What kind of clothes will you choose usually?”“What is thegeneral youth clothing?”, 先从学生自身着手分析, 然后再从普遍的青少年的身上着手, 逐层的进行分析, 由浅及深的进行问题的讨论, 具有层次的提问符合学生的规律, 能够有效的激发学生的学习兴趣, 逐层深入的思考问题, 教师在提出这样的问题“Do you think the teenagers should be allowed tochoose their clothes?”, 最终以文章的主旨问题结尾, 让学生发表自己的看法, 使得文章的学习得到升华和提升, 有效的提高了阅读的效率。
三、结合实际生活设计阅读问题, 引发学生的情感共鸣
其实在英语阅读教学中, 许多文章涉及到的内容都是和人们的实际生活息息相关的, 在学习文章的时候, 教师可以结合学生的实际生活设计问题, 结合学生的实际体验, 来感受文章的主旨内容, 体会文章中表达的情感。在阅读训练的过程中学生根据文章中的内容获得相应的情感体验, 同时也能够让学生参与到课堂教学当中来, 让师生之间、同学之间有更加深入的了解, 加深彼此的感情, 营造和谐的学习氛围。
例如, 在学习关于“What are you doing for vacation?”的时候, 这是一篇与学生的实际生活联系密切的阅读文章, 教师可以首先抛开文章中所讲的内容, 组织学生展开以此为主题的讨论, 按照学生的实际安排, 了解学生的假期安排, 学生可能会有多种不同的回答“I will go for a trip .”, “I will stay athome tidy the garden.”, 各种各样的假期安排将会出现, 学生之间的互相提问能够了解到对方的假期安排, 同时教师也能够根据学生的回答了解到每个学生不同的假期安排。阅读的过程中还对学生的生活有了更加深入的了解, 对于教师的教学和学生感情的沟通来说都具有很大的帮助作用。
四、读后设问, 注重阅读的实际应用
在阅读教学的过程中一些问题的设计都是针对文章本身来说的, 学生都是按照文章的实际内容来回答的, 有正确答案的限制, 虽然这样的训练方式能够提升学生的做题水平, 但是却不利于培养学生解决实际问题的能力。教师在阅读教学中除了设计对学生有利的课堂问题之外, 还要在阅读完成之后进行读后设问, 以开放性的题目来培养学生实际应用的能力。开放性的题目不受特定答案的限制, 能够有效的激发学生的想象力, 同时还能够让学生都参与到问题解答中来, 充分的挖掘学生的潜在能力, 比如:在学习完关于火灾的预防文章之后, 教师可以提出开放性的问题“What would youdo if you encounter a fire?”, 这样的问题时根据学生的生活经验以及常识来作答的, 没有固定的答案而言, 学生经过讨论分析会给出很多不同的答案, 教师可以总结有效的回答, 对于学生中出现的一些错误行为要及时的进行纠正, 学生在参与的过程中获得了知识又能够充分的发表自己的意见, 实现了阅读的实际化。
在英语阅读中的问题设计对于学生的阅读来说具有重要的意义, 教师需要在阅读的各个环节中进行有效的问题设计, 提升学生的语言的运用能力, 进行阅读问题的优化, 使学生能够更好的把握文章的主旨内容, 提升自身的阅读水平。
参考文献
[1]叶科材.初中英语阅读教学问题设计有效性初探[J].中学生导报 (教学研究) , 2014, (17) :23-24.
[2]安黎明.论初中英语阅读教学中的问题设计[J].读与写:教育教学刊, 2012, (7) :32-33.
问题的优化设计 篇10
电厂在运行初期经常出现烟风系统振动大, 噪音大的问题, 尤其是一次冷风系统, 一次风机本体及进风箱振动严重, 风道被撕裂, 造成锅炉不能满负荷运行。另一方面, 电厂受到当地热负荷发展的制约, 在某一阶段锅炉无法满负荷运行, 一次风机入口风门开度很小, 使风机不能在安全区内运行, 这又加剧了一次风道的噪音和振动。且由于烟风系统一般压力过高, 振动经常导致烟风道出现焊口开裂现象, 从而导致大量漏风和锅炉出力不足。这些不仅使电厂不能经济运行, 还对电厂工作人员造成了严重的噪音危害。
2 振动原因分析及其在设计过程中的优化
锅炉烟风系统振动的原因分析:⑴风机选型参数确定不准确, 运行工况参数选取不当;⑵风机选型不当, 预留压力与风量裕量过大;⑶燃用煤质变化差异太大, 风机出力不足或过大;⑷机组负荷率过低;⑸由于场地受限, 烟风管道布置不畅, 风机进出口管道设计不合理。
前四项可归结为风机容量相对过大, 运行工况点选取过高, 属于风机性能因素。风机选型过大, 风机不能在高效区或安全区内运行, 会导致离心风机及其进出口管道的剧烈振动和轴流风机失速 (喘振) 等不安全现象。第五项属于管网系统因素。风机进出口管道布置不合理, 会破坏出入口气流均匀性, 使得风机出力和效率降低。不仅增加电耗, 还严重影响风机性能。
根据流体力学原理, 风机特性与其工作的管网特性相匹配, 风机才能高效安全运行。因此, 确定好风机运行工况参数, 与管道系统特性相匹配, 是避免烟风系统振动的关键。从工艺设计的角度, 可通过以下几方面进行优化设计。
2.1 合理进行风机选型
选择与锅炉烟风系统相匹配的风机型式与容量。合理选取风量裕量和压力裕量。另外, 风机选型时应考虑低负荷参数时的运行工况点。轴流式风机应避免运行工况点落入失速区, 离心式风机应避免使调节风门开度长期在30%以下运行。
2.2 对风机进行变速控制
变速调节是通过调节风机转速来改变风机的特性曲线, 主要包括变频控制和调速型液力耦合器。目前, 电厂CFB锅炉应用较为广泛, 其一、二次风机多采用离心式, 此类型风机裕量较大, 适合通过变频控制调节。调速型液力耦合器相对具有价格低廉, 操作简单, 使用寿命长的优点。
多数热电厂运行以热定电, 而热负荷的发展是一个长期而渐进的过程, 在热负荷未达到设计热负荷之前或者热负荷季节性的降低, 锅炉必须低负荷运行。此时通过变速调节, 风机能重新调整在高效区内运行, 避免落入不安全区而出现振动, 满足锅炉在低负荷工况下的稳定运行。此外, 当风机电机转速降低时, 风机效率基本不受影响, 而风机电动机消耗的功率将显著降低, 节能效果明显。
2.3 改造风机叶轮改造来改变风机性能参数
通过调整叶片角度、改变叶片形式以及叶轮直径大小, 可改变风机风量和风压, 从而达到对风机性能参数的改变。此改造方法对风量和压力的调节范围有限。
2.4 在风机出口装设再循环风门
当风机出力过小时, 通过设置运行再循环风门, 可以保证风机工作在安全区内。此方法适合机组短期内的低负荷运行情况, 系统简单, 投资省。
2.5 对风机进出口管道形式进行优化设计
风机进口管道以平直管段为最佳, 一般要求进口直管段为进口管道当量直径的2.5倍上;风机出口管道以平直段为最佳, 一般要求出口直管段长度为3~5倍出口管道当量直径;若不满足, 可在进出口管道或者不合理弯道处上加装导流板, 以降低烟风道系统阻力, 改善风机运行条件。对风机入口风箱处气流的不合理, 可通过加宽风机进口风箱的入口宽度, 达到降低入口风速的目的。也可通过改造烟风道内支撑杆型式和材料, 来降低烟风道阻力。这些都是通过改变管网特性来改善振动的方法。
3 改造实例效果
我公司曾对某电厂2×50MW+2×260t/h CFB机组风道系统进行改造。本项目在运行初期, 一次冷风系统振动非常严重, 锅炉不能满负荷运行, 在负荷为40%~50%时尚能维持, 随着负荷的进一步提高, 振动变得十分严重, 甚至引起运转层平台的振动, 且随后发生风道撕裂漏风现象。
调查知, 原项目设计煤质为优质煤与煤矸石混烧, 而实际燃烧的仅为优质煤, 且原设计选型中预留的一次风机风量与压力裕量量也偏大很多。第一次改造, 对风机进行变频调节控制, 发现锅炉负荷能够提高, 风机振动问题有所改善, 但仍有振动问题, 且锅炉不能满负荷运行。分析是由于风机进出口管道布置不畅, 局部阻力过大所致。
第二次改造, 首先对入口风箱进行加宽处理, 如图1所示, 加宽后进口风箱的流通截面将增大, 从而降低了风机进口风箱处气流的入口流速, 减少了风机入口压力损失, 对应电机功率也相应减少。
其次对出口管段进行改造。此一次风机为离心式, 出口形式为逆90°, 由于空气预热器一次风入口较低, 这就导致风机出口扩散管段过短, 再加上90°急弯, 使空气流动在此处过急, 形成局部涡流 (图2左) 。对此, 在利用原有风机机壳和风机基础的前提下, 对风机主体进行转向, 改为逆135° (图2右) , 进而延长了风机出风口扩散段型线, 并在此基础上加装风机出口导流板, 改善风机出口段流线, 来降低风道局部阻力。
二次改造后, 机组基本能满负荷运行, 一次风系统振动明显改善, 目前电厂运行平稳。
4 结论
电厂锅炉烟风系统振动原因诸多, 工艺设计中主要是由于风机参数选取过大, 风道因布置不畅而局部阻力过高, 风机特性与管网特性不匹配引起的。应在风机选型、工艺设计中进行优化, 通过对进出口风道改造, 通过变速调节, 叶轮改造, 合理选取风机运行工况点, 合理选取风机压力余量, 均能避免或改善风机振动的问题, 并且达到节能降噪的目的。
参考文献
[1]虞晓林.电厂风机节能研究与改造[J].《水利电力机械》, 2007, (10) .
问题的优化设计 篇11
关键词：课堂教学；优化问题；凸透镜成像；实践；思考
语文特级教师窦桂梅老师在其博客上撰文认为，“好课”是看不出教师“教”的痕迹的。师生互动、对话，看似随便聊天，可课堂上常常高潮迭起，悬念频生……这样的课，教学内容在保持相对确定的同时，却有着更多的变数，有时是教师的有意延伸拓展，有时则是学生无意的“节外生枝”。学生既有计划内的收获，又有计划外的得益；课堂教学既有“有心栽花”的繁花似锦，又有“无心插柳”的岸柳成行……
窦老师的“好课”是我们梦寐以求的。我觉得“好课”需要高质量的问题作为纽带，“有心栽花”才能繁花似锦，“无心插柳”也能岸柳成行。我们先来了解“问题”的涵义。国际著名数学家波利亚（Polya）认为：问题，意味着去找出适当的行动达到一个可见而不即时可及的目的……其中困难的程度就含于问题的概念本身之中：那里没困难，那里也就没有问题[1]；哲学家岩奇允胤等认为：问题是基于一定的科学知识的完成、积累，为解决某种未知而提出的任务[2]。“问题”有两个基本特征：一是“问题”与主体有关，所有“问题”都是相对于问题解决者（主体）来定义的；二是“问题”对于主体来说一定存在“困难”或“障碍”，问题是矛盾或困难在特定主体的头脑中的反映。
一、课堂问题优化的依据
根据新课程标准要求，在教学活动中，教师是学生发展的引导者和促进者，学生是学习的主体，要达成三维目标，即知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观。由此可知，判别课堂中的问题是否优化的总体依据就是能否达成上述的三维目标。如果将依据细化，我认为可以从以下几方面衡量。
1.能否落实课标要求的相关知识
借助问题的解决，根据“课程标准”及“考试说明”的要求，该达到了解水平的科学知识就该了解，该达到理解、应用水平的都该达到相应的水平。
2.能否提高学生的注意力
不管是来源于教师还是学生的问题，要能引起学生的兴趣。学生有了兴趣，课堂上才会有更多的思维碰撞，高潮迭起，悬念频生。
3.是否具有一定的相关性
科学课程强调科学和人文的整合，体现科学、技术与社会的思想，因而课堂上所呈现的问题要与学生的实际生活结合起来。
4.能否提高学生的自信心
教师有责任保护并提高学生的自信心。课堂上的问题难度要中等，让学生有信心解决。
5.能否让学生拥有满足感
按马斯洛需要层次理论，人类最高等级的需要是自我实现。学生的这种需要一旦满足，就能充分地发挥自己的潜在能力，所以，设置的问题要能给学生智力水平上的表现机会。
二、优化课堂问题的方法
1.核心问题预设化
所谓核心问题，是指根据本节教学目标和重难点，需要重点突破的关键问题，它关系到整节教学内容的顺利展开和教学难点的解决。在教学中，要合理设置或引导学生提出核心问题，牢牢把握核心问题，将它作为贯穿本课的思维主线，围绕这条主线进行猜想和假设、实验和分析，实现三维目标。
如“凸透镜成像”课堂教学（放在实验室上课）一开始，呈现学习目标：通过实验，归纳、总结凸透镜的成像规律。然后，提出这节课的核心问题：怎么探究凸透镜的成像规律？面对这样的问题，全班学生一脸茫然。
教师引领学生进入系列问题1：透过放大镜（凸透镜）看《科学》课本封面上的字，逐渐将放大镜远离字，仔细观察出现什么现象？学生们发现：逐渐将放大镜远离字，起初，字越来越大，呈正立；接着模糊了；后来，字越来越小，呈倒立。引导学生思考：实验说明了什么？学生会得出：凸透镜成像的情况跟字与凸透镜的距离有关，凸透镜能成缩小或放大、正立或倒立的像。引导学生提出：为了找到规律，就该将物距及相应的成像情况（放大还是缩小、正立还是倒立）记录下来。
教师引领学生进入系列问题2：这个实验数据记录表怎么设计？学生经过讨论，提出下面的方案（见下表一）。
表一：
教师就让学生对照实验桌上提供的器材，思考准备怎么操作？学生讨论：把蜡烛、透镜固定在光具座上的不同位置，将透镜逐渐远离蜡烛，透过透镜观察蜡烛，记录物距及相应的成像情况。教师接下来放手让学生动手试做一段时间，学生会发现一系列的问题。然后通过学生间的相互纠正及教师的提醒、点拨，让学生对如何操作实验、实验数据记录表如何设计达成共识。由于实验现象比较复杂，为增强实验结论的可靠性，防止点燃的蜡烛将透镜（焦距为4.7厘米）烧坏，实验刚开始透镜与蜡烛的距离应保持3厘米，接着，透镜每远离蜡烛1厘米，测一次。
教师引领学生进入系列问题3：请仔细观察，分析实验数据（来源于学生，见表二），得出什么结论？
表二：
引导学生得出：①成实像时，物距越大，像距越小，所成的像也越小；②成正立像时，像就是虚像，同时与物在透镜的同侧。反之，成倒立像时，像就是实像，同时与物在透镜的异侧。③凸透镜成像规律（见表三）。
表三：
到此，教师还要让学生认识到实验的不足，用实验及作图方法完善当u=f及u=2f时的成像情况。课末小结时，教师再次提出核心问题，让学生回答。
2.在问题暴露上优化问题
面对来自于学生的问题与来自于教师的问题，学生对前者更关注、更感兴趣。来自于学生的问题更能激发学生提出问题、思考解决问题的办法、表现自己的欲望。在课堂教学中，教师要不失时机地让学生暴露出存在的问题，因势利导开展教学。
（1）通过课堂追问，刨根问底，暴露学生思维过程
在学生回答的基础上，不妨再问一句“为什么？”层层递进，穷追猛打，在这种情形下，学生相当于处在考试紧张的环境中，会把很多平时不易发现的问题暴露出来。这样不仅能够有效地暴露学生在主干知识、重要知识点中的缺漏；更重要的是暴露其思维活动过程，然后，教师有的放矢地提出问题。
（2）重视课堂动笔训练，暴露问题
我们都清楚在课堂上用嘴巴讲跟用笔写在纸上有很大区别，写在纸上的书面语言更能暴露出学生用语不规范，要点的不突出等一系列问题，更能在大脑中留下痕迹。在课堂教学中针对问题，要求学生将答案写在纸上，再选取几份有代表性的学生答案进行分析，找出差距和症结所在。
（3）开齐、开足各种科学实验，让学生在设计、观察、分析、归纳中暴露问题
如“凸透镜成像”课堂教学时，在提出核心问题“怎么探究凸透镜的成像规律”后，教师不要急于提出系列问题1：透过放大镜（凸透镜）看《科学》课本封面上的字，逐渐将放大镜远离字，仔细观察出现什么现象？而是停顿，观察学生有什么反应，见到学生们不知所措时，才给出系列问题1；如果学生们有自己的看法，就先认真倾听学生们的想法，再追问“为什么”，待学生的问题暴露无遗后，才不慌不忙引领学生往前走。
当提出要设计实验数据记录表时，教师要求每个学生动手，并巡视，收集具有代表性的答案，让学生比较、选择、优化。学生们设计好“表一”后，就跃跃欲试，教师此时干脆放手让学生试做。由于初次接触较复杂的实验，也由于未对实验操作深思熟虑，学生们手忙脚乱、操作方法不尽相同、问题叠出。教师看在眼里，记在心里。最有分歧的就是有的学生不用光屏直接透过透镜观察像的变化情况，有的移动光屏去承接像。接着，教师请学生停下操作，叙述在试做时遇到的困惑。有的学生提出到底用不用光屏？教师点拨，既然探究成像情况，就该记录像的虚实及位置。然后，在师生、生生互动中，学生渐渐明白实验该怎么操作，为什么这么操作及注意事项。
3.教学设计留白，课堂生成问题
音乐有“此时无声胜有声”的留白，书法有似断实连的留白，绘画有看似无水却“满幅皆水”的留白，教学设计也要“留白”。教学设计“留白”是指教师不要把问题的答案都在教案、课件上安排得满满的，而是要给教案、课件留出多余的空间。教学设计只是课堂教学的预设，而一节好课是要有生成的。教案、课件里没有“标准答案”，也没有具体的必须的操作。
设计好问题主线后，并未万事大吉，教师要思考围绕问题主线开展课堂教学时，将会出现哪些问题、现象及应对策略。在“凸透镜成像”课堂教学前，就该去实验室，检查蜡烛是否歪斜，不同方位观察蜡烛的成像情况，获取大量实验数据，了解数据的误差范围等。
参考文献：
［1］戴再平.数学习题理论［M］.上海:上海教育出版社，1996：5.
［2］马忠林，郑毓信.数学方法论［M］.南宁:广西教育出版社，1996.
［3］徐德春.化学教学中的问题、问题解决及教学方法［J］.西昌学院学报：自然科学版，2010，24（1）：135.
问题的优化设计 篇12
关键词：太阳能,供热系统,优化设计,相变材料
太阳能供热技术主要利用集热器吸收太阳能, 然后通过传热工质传送给供热系统, 进而实现对建筑的供热。太阳能供热技术的应用不仅有助于缓解当前能源紧张的问题, 而且还能保护环境, 但该技术在应用过程中也存在一定的不足。由于太阳能具有不稳定性, 且热能存储技术尚未完善, 极大地限制了对太阳能的热利用。在此情况下, 如何提高太阳能供热系统的运行效率, 已经成为该领域研究的关键性问题。因此, 对太阳能供热系统优化设计的相关问题进行探讨, 具有重要的现实意义。
1 工作原理和相关设计
1.1 太阳能供热系统的工作原理
太阳能供热系统由集热系统、辅助热源系统、蓄热装置和供热末端装置等构成, 主要分为能源供应、能源存储和能源利用三个环节 (如图1所示) 。与传统的供热方式相比, 太阳能供热系统并不以常规能源作为主要热源, 而是利用集热器收集太阳辐射能, 并将其转化为热量, 再通过供热末端装置输送给用户, 剩余的热量则被存储在蓄热装置中, 以备不时之需。如果存储的热量难以满足用户的需要, 辅助热源就会发挥其作用, 帮助完成供热任务。
1—太阳能集热器;2—相变蓄热器;3—热水箱;4—辅助加热装置;5—地盘管;6—循环水泵;7—控制器
该系统的具体工作原理是:在太阳能丰富的时段启动水泵, 开启V1、V3、V5和V6阀门为建筑采暖, 同时蓄热;在太阳能较弱的时段, 关闭V1和V3阀门, 集热器仅向用户供热;在夜晚或阴天, 启动相变蓄热装置, 开启V2、V4和V6阀门, 将蓄存的太阳能供给用户;当相变蓄热装置的热能不足时, 则需运行辅助加热装置, 开启V2和V4阀门, 为用户提供热量。
1.2 太阳能供热系统的设计
太阳能供热系统的设计主要集中在集热系统和蓄热装置两部分。其中, 太阳能集热系统的设计包括选型、定位、连接和确定面积四个环节。在选型前, 应对太阳能集热器进行分类:按照结构类型分为真空管式、平板式和空气太阳能集热器;按照吸热体材料划分, 真空管集热器又分为金属热体真空管和全玻璃真空管。太阳能集热系统的定位主要依据集热器的安装倾角和方位, 以更好地接收太阳辐射。太阳能集热器主要有串联、并联和混联三种连接方式, 连接方式的选择要根据具体情况判定。由于太阳能供热系统主要满足暖季的供热需求, 因此, 集热器面积的确定主要依据暖季的供热负荷。蓄热装置的设计主要包括选择、装置和运行三个环节, 相变材料有很多种类, 其中, 固-液相变材料具备高储能密度、导热系数大等优点, 被广泛应用。相变材料一般要封存在容器里, 构成相变蓄热装置, 该装置可实现采暖、蓄热和供热等运行模式。
2 太阳能供热系统的优化设计
2.1 太阳能集热系统的优化
集热系统的优化应考虑集热器的最佳倾角和最优面积。集热器与水平面之间的夹角称为最佳倾角。最佳倾角的确定, 能使太阳能供热系统在特定条件下收集最大量的太阳辐射能, 从而最大限度地发挥系统的集热作用。最佳倾角主要受当地的地理纬度、太阳辐射量、太阳角和月份等因素的影响;集热器的最优面积会直接影响系统的运行效果, 最优面积的确定需要认真衡量集热器面积与太阳能保证率之间的关系, 以计算供热系统的寿命期净收益。通常情况下, 与采暖季最有利工况对应的集热器面积较小, 该情况出现的概率相对较大;与采暖季最不利工况对应的集热器面积较大, 而最不利工况下的部分负荷由辅助热源承担。因此, 太阳能集热器的最优面积要小于最不利工况对应的集热面积。
2.2 太阳能蓄热系统的优化
在集热器的面积确定后, 需确定蓄热容量, 这主要通过集热器的集热量和建筑物热负荷的时间来确定。从建筑24 h的集热量和热负荷的变化中发现, 随着室外温度和日照强度的提高, 集热量会不断增加, 热负荷则会不断降低。蓄热量的表达式为:
式 (1) 中:Qx——系统需要的热量;
Qj (t) ——集热器d的集热量;
Qw (t) ——建筑的热负荷, k W。
由于采暖季的日太阳辐射量与室外温度不一致, 所以, 建筑的日热负荷与集热量有差异, 这也造成了蓄热系统日蓄热量的不同。通常情况下, 采暖季初期和末期的太阳辐射量较大, 温度较高, 日蓄热量也较大, 根据日蓄热量集中的区间, 可以确定蓄热量的容量, 在此基础上, 还可计算出蓄热装贸填充的相变材料的质量。
3 结束语
综上所述, 鉴于太阳能的不稳定性, 将太阳能集热系统、蓄热装置和辅助热源有机地结合在一起, 实现了太阳能供热系统供热的稳定性。通过分析太阳能供热系统的工作原理和相关设计, 我们认为, 因太阳能供热系统由多个部分组成, 所以, 需要合理配置各部分。因此, 我们着重优化设计了太阳能集热器的最佳倾角、最优面积和蓄热系统的容量, 以使系统运行效果达到最佳。
参考文献
[1]陈晨.太阳能供热系统的优化设计研究与应用[D].石家庄:石家庄铁道大学, 2013.
[2]李江燕.太阳能集中供热系统示范工程应用参数的研究[D].昆明:昆明理工大学, 2013.
【问题的优化设计】推荐阅读：
优化问题设计,促进学生自主探究-植物种子的萌发一课教学问题的优化设计08-29
优化问题设计05-31
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数学课中优化问题设计10-29
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