機械優(yōu)化設(shè)計實例教學(xué)課件

機械優(yōu)化設(shè)計實例.聰明出于勤奮，天才在于積累機械優(yōu)化設(shè)計實例.機械優(yōu)化設(shè)計實例.聰明出于勤奮，天才在于積累機械優(yōu)化設(shè)計實例針對機械優(yōu)化設(shè)計實踐中需要注意的問題介紹一些可供使用的方法;通過對機床主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、齒輪減速器優(yōu)化設(shè)計平面連桿機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等工程實例的分析,來說明在解決一個工程實際問題時,建立優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型,選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法編制計算機程序,最終得出符合要求的優(yōu)化設(shè)計結(jié)果等問題。新課程改革實施以來，情境創(chuàng)設(shè)成為一大亮點。通過創(chuàng)設(shè)有效的教學(xué)情境，提高課堂教學(xué)效率，已成為廣大一線教師的共識。數(shù)學(xué)《課程標(biāo)準(zhǔn)》強調(diào)，要“讓學(xué)生在生動具體的情境中學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)”?？梢?，情境對于數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)來說，其作用是十分必要且重要的。有效的教學(xué)情境，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，能夠豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，能夠滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，實現(xiàn)“靜態(tài)知識動態(tài)化、抽象問題具體化、復(fù)雜活動簡單化、學(xué)習(xí)過程探究化”。然而，由于認(rèn)知上的偏差，許多課堂往往陷入追求熱鬧、走老套路、故弄玄虛、牽強附會等誤區(qū)，導(dǎo)致教學(xué)的低效、微效、無效甚至負效。教學(xué)實踐表明，創(chuàng)設(shè)有效的教學(xué)情境，是引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的必要前提，是開展探究活動的有效途徑，是實施高效課堂策略的重要因素。在數(shù)學(xué)教學(xué)中，如何創(chuàng)設(shè)有效的教學(xué)情境呢？一、創(chuàng)設(shè)問題情境“問題是數(shù)學(xué)的心臟?！睌?shù)學(xué)問題是數(shù)學(xué)教學(xué)情境的基本要素。一個好的數(shù)學(xué)問題情境，應(yīng)該能夠調(diào)動學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，提高學(xué)生的思維能力。在課堂教學(xué)中，教師要精心創(chuàng)設(shè)生動的、有趣的教學(xué)情境，將有思考價值的數(shù)學(xué)問題融入教學(xué)情境中去，從而提高提問的針對性和實效性。蘇教版小學(xué)數(shù)學(xué)教材四年級下冊“找規(guī)律”一課中，教材上有這樣一道題目：三個小朋友，每兩人通一次電話，一共通了多少次？一位教師設(shè)計了三個不同的問題情境。第一次提問：兩個人通一次電話，通了多少次？學(xué)生很快想到答案。第二次提問：三個人每兩人通一次電話，通了多少次？學(xué)生有不同的回答。教師讓學(xué)生以3人為一組進行現(xiàn)場體驗，最后求出結(jié)果是6次。第三次提問：全班50個同學(xué)，每兩人通一次電話，一共通了多少次呢？學(xué)生們顯得很茫然。教師讓學(xué)生猜猜看：100、250、300、500……在這個案例中，第三個問題是很有思考價值的，對學(xué)生來說具有一定的挑戰(zhàn)性。正因為如此，這個問題既激發(fā)了學(xué)生探究知識的欲望，又為研究的話題找到了方向。這樣的問題情境，充滿著濃濃的數(shù)學(xué)味。二、創(chuàng)設(shè)操作情境“兒童的智慧在手指尖跳躍?！爆F(xiàn)代教學(xué)論認(rèn)為，知識是“做”出來的，不是“看”出來的，也不是“聽”出來的。因此，在教學(xué)過程中，教師要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)動手操作的情境，在動眼觀察、動腦思考、動嘴交流、動耳傾聽等過程中，培養(yǎng)學(xué)生多種感官協(xié)同參與的能力，從而發(fā)展學(xué)生的數(shù)學(xué)思維能力。在教學(xué)“長方體與正方體的認(rèn)識”一課時，教師設(shè)計了一個“搭長方體和正方體框架”的操作情境：課前將學(xué)生分成若干小組，每小組準(zhǔn)備了若干根紅、黃、藍三種顏色的小棒，有的顏色不同、長度不同，有的顏色相同、長度相同，以及若干個接頭?；顒忧埃處熖嵝褜W(xué)生邊操作邊思考：需要幾個接頭？需要幾根小棒？選小棒時要注意什么？接著，學(xué)生進行分組操作?；顒娱_始后，學(xué)生不斷地嘗試，他們拼了拆、拆了拼，最終，部分小組拼出了長方體和正方體框架。然后，教師引導(dǎo)學(xué)生進行交流，分別請能拼出和不能拼出的小組派代表上臺匯報。在交流的過程中，大家對長方體、正方體的頂點個數(shù)、棱長的條數(shù)、棱長的長度進行了熱烈的討論。在這個案例中，學(xué)生在動手操作的過程中，對長方體、正方體的頂點、棱長的特征有了直觀的認(rèn)識和深刻的印象。三、創(chuàng)設(shè)生活情境數(shù)學(xué)知識來源于生活，又服務(wù)于生活。在我們的身邊，處處都蘊含著數(shù)學(xué)知識。在教學(xué)中，教師要善于充分利用生活資源，激活學(xué)生的生活經(jīng)驗，幫助學(xué)生形成正確的認(rèn)識。這樣，不僅有利于學(xué)生用數(shù)學(xué)的眼光觀察生活，也有利于學(xué)生用學(xué)到的數(shù)學(xué)知識去解決生活中的實際問題。在“平行四邊形的面積”一課的導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師先出示一幅畫面：小明家有一塊平行四邊形的菜地，然后提問：你能求出這塊菜地的面積嗎？在新授環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生探索平行四邊面積公式的推導(dǎo)過程；在鞏固練習(xí)環(huán)節(jié)，教師讓學(xué)生解決計算菜地面積的問題。學(xué)生先量出它的底和對應(yīng)邊上的高，然后求出了這塊地的面積。在這個案例中，以小明家的菜地為生活情境，體現(xiàn)了數(shù)學(xué)知識源自生活的理念。在鞏固練習(xí)中，讓學(xué)生計算出菜地面積，既幫助學(xué)生深入地理解了平行四邊形面積公式，又體現(xiàn)了“數(shù)學(xué)知識服務(wù)于生活”的理念。四、創(chuàng)設(shè)主題情境練習(xí)是課堂教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，習(xí)題是練習(xí)中的必要素材。好的習(xí)題對鞏固知識、掌握方法、形成能力都有很好的幫助。我們也看到，很多教師設(shè)計的習(xí)題，素材是精當(dāng)?shù)?，形式是精練的，但這些素材之間彼此是獨立的，缺乏連貫性和系統(tǒng)性。如果教師能夠以某一個學(xué)生感興趣的故事為題材，把這些習(xí)題融合在一個合理的主題情境串中，就可以形成“知識串”。在“倒推”一課的鞏固練習(xí)環(huán)節(jié)，一位教師設(shè)計了“春游”的情境串：先在出發(fā)前分礦泉水（根據(jù)現(xiàn)在礦泉水的瓶數(shù)倒推原來的瓶數(shù)），然后參觀海底世界（倒推水藻的長度），接著確定返回的路線（倒推行走的路線），最后乘車回家（倒推公共汽車上變化的人數(shù)）。在這個案例中，教師以“春游”為主題，融入了4道“倒推”的題目，綜合性很強。這樣的主題情境，既能增強學(xué)習(xí)素材的情趣性，又能加強知識點之間的整體性和結(jié)構(gòu)性。總之，創(chuàng)設(shè)有效的教學(xué)情境，對提高數(shù)學(xué)課堂教學(xué)是十分有用的。數(shù)學(xué)教師要善于運用情境資源，讓它成為高效課堂的催化劑。在農(nóng)村中學(xué)，如何解決初中生的學(xué)習(xí)困境是提高數(shù)學(xué)教學(xué)效果的關(guān)鍵。根據(jù)十多年的數(shù)學(xué)教學(xué)經(jīng)驗做如下論述，希望能對初中數(shù)學(xué)教學(xué)帶來一定的幫助。農(nóng)村初中數(shù)學(xué)教學(xué)困境對策在農(nóng)村中學(xué)，如何解決初中生的學(xué)習(xí)困境是提高數(shù)學(xué)教學(xué)效果的關(guān)鍵。初中生的學(xué)習(xí)困境不少，有的來自學(xué)生方面，有的來自教師方面。如何如何解決初中生的學(xué)習(xí)困境呢？在教學(xué)中教師要扮演好自己的角色，充分發(fā)揮引導(dǎo)作用；注意培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)其學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的欲望；加強學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)，培養(yǎng)科學(xué)的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)習(xí)慣；建立多元評價機制，幫助學(xué)生樹立學(xué)好數(shù)學(xué)的信心，等等。一、農(nóng)村初中數(shù)學(xué)教學(xué)的困境及其原因（一）學(xué)生方面1.生源基礎(chǔ)差。實施九年義務(wù)教育后，小學(xué)無論什么樣的學(xué)生全部都送入初中，導(dǎo)致初中學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊。2.學(xué)生自身的心理障礙。很多學(xué)生只想初中畢業(yè)拿到一張畢業(yè)證后開始打工生涯，所以根本沒有上進心，沒有想到更高一級的學(xué)校繼續(xù)學(xué)習(xí)。3.學(xué)生認(rèn)知方面的障礙。學(xué)生掌握的知識往往是部分的、片面的、表面的，甚至是模糊不清的。4.學(xué)生學(xué)習(xí)方法方面的障礙。學(xué)生學(xué)習(xí)方法不對，缺乏科學(xué)的學(xué)習(xí)習(xí)慣。5.家庭方面的障礙。很多農(nóng)村家長忙于生計，對孩子的學(xué)習(xí)不關(guān)心；有的家長整天玩牌、打麻將，對孩子不聞不問；還有的學(xué)生長期生活在家庭不和、父母離異的環(huán)境中，導(dǎo)致其內(nèi)心失去平衡，進而滑向?qū)W困生的行列。（二）教師方面1.教育理念、教學(xué)方式、教學(xué)風(fēng)格兩極化。由于缺乏理論指導(dǎo)和教學(xué)經(jīng)驗借鑒，課改后許多教師對新理念的認(rèn)識不深刻，想方設(shè)法迎合“新課程理念”，表面上課堂氣氛活躍，實際上學(xué)習(xí)漫無邊際，學(xué)生課后一無所知。2.對學(xué)生評價觀念落后，過分關(guān)注考試成績。受傳統(tǒng)應(yīng)試教育的影響，很多教師對學(xué)生的評價輕過程、重結(jié)果，忽視學(xué)生在不同時期的努力程序和進步狀況，沒有形成真正意義上的形成性評價，間接造成教學(xué)活動重心的偏移，最終勢必影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。3.教師對學(xué)生的愛步入誤區(qū)。有些教師對學(xué)生愛得很深，也很真誠，但是他們不太注意愛的方式方法，導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生逆反心理。教師的愛步入了誤區(qū)，具體表現(xiàn)為：①強制誤區(qū)。有些教師對學(xué)生的愛不講民主，不講方式，自已說了算，嚴(yán)格有余，寬容不足，造成學(xué)生的抵觸情緒而影響學(xué)習(xí)。②盲目誤區(qū)。有些教師只按自己的主觀愿望，不考慮學(xué)生的性格、心理狀態(tài)、智力水平等差異，用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生，使部分學(xué)生在學(xué)習(xí)中因達不到目標(biāo)而產(chǎn)生畏懼心理，最后導(dǎo)致厭學(xué)。③急躁誤區(qū)。有些教師恨鐵不成鋼，在學(xué)生解錯題時會說：“怎么這么笨？這個題型剛講的，你怎么還不會？”這類語言給學(xué)生帶來了自卑心理，結(jié)果是好心辦壞事。二、解決數(shù)學(xué)教學(xué)困境的對策1.在教學(xué)中教師要扮演好自己的角色，充分發(fā)揮引導(dǎo)作用。一方面，教師在教學(xué)中要創(chuàng)設(shè)一個民主和諧的學(xué)習(xí)氛圍，讓學(xué)生敢想、敢說、敢問，形成一個健康的學(xué)習(xí)心態(tài)，從而調(diào)動其自主參與學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力；另一方面，教師在組織教學(xué)活動時，要充分利用學(xué)生好奇、好勝、好動的心理特征，創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣，挖掘?qū)W生自主參與學(xué)習(xí)活動的潛能。例如，教學(xué)《正比例函數(shù)圖像特點》一課時，筆者在尚未向?qū)W生講解正比例函數(shù)圖像特點的相關(guān)知識之前，故意先讓學(xué)生敞開思路，通過自學(xué)自主繪制正比例函數(shù)圖像，并探究正比例函數(shù)圖像的特點。過了一會兒，學(xué)生紛紛舉手質(zhì)疑問難。此時，筆者順?biāo)浦郏寣W(xué)生通過觀察大膽說出正比例函數(shù)圖像的特點，而后，筆者再及時進行糾正和補充。這樣就使學(xué)生在自主參與的過程中，較好地認(rèn)識和掌握了正比例函數(shù)圖像的特點。2.注意培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)其學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的欲望?！芭d趣是最好的老師?！毙睦韺W(xué)家認(rèn)為，興趣是一種強烈而持久的動機，在某種意義上講，是好奇心的延續(xù)和發(fā)展，唯有熱愛，才能主動長久參與。通過啟發(fā)、誘導(dǎo)、點撥、觀察等手段，將學(xué)生引導(dǎo)到探索和挖掘知識的活動中去，變枯燥的學(xué)習(xí)內(nèi)容為具有趣味的東西，讓學(xué)生感到有趣，產(chǎn)生樂趣，逐步形成志趣。比如，在教學(xué)中，通過打桌球的技巧講軸對稱；通過春游拍照片或主持人站位講黃金分割；通過計算仰角求建筑物的高度，講做一名工程師應(yīng)具備的基本技能……使學(xué)生認(rèn)識到數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)在他們今后生活、工作中的作用，幫助他們培養(yǎng)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣及其欲望。3.加強學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)，培養(yǎng)科學(xué)的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)習(xí)慣。據(jù)了解，不少學(xué)生缺乏有效的學(xué)習(xí)方法，導(dǎo)致成績差，從而對數(shù)學(xué)產(chǎn)生畏懼或焦慮不安。因此，在方法上要指導(dǎo)學(xué)生合理有效地利用資源，掌握有效的預(yù)習(xí)、聽課和復(fù)習(xí)方法。預(yù)習(xí)時應(yīng)做到：一粗讀，先粗略瀏覽教材的有關(guān)內(nèi)容，掌握本節(jié)知識的概貌；二細讀，對重要的概念、公式、法則、定理反復(fù)閱讀、體會、思考，注意知識的形成過程，對難以理解的概念作出記號，以便帶著疑問去聽課。在聽課方面注意：（1）聽每節(jié)課的學(xué)習(xí)要求；（2）聽知識引入及知識形成過程；（3）聽懂重點、難點剖析（尤其是預(yù)習(xí)中的疑點）；（4）聽例題解法的思路和數(shù)學(xué)思想方法的體現(xiàn)。不少學(xué)生課后急于完成書面作業(yè)，忽視必要的鞏固、記憶、復(fù)習(xí)，以致出現(xiàn)照例模仿、套公式解題的現(xiàn)象，造成為交作業(yè)而做作業(yè)，起不到作業(yè)的練習(xí)鞏固、深化理解知識的作用。為此，在這個環(huán)節(jié)上應(yīng)當(dāng)先回顧課堂講授的知識、方法，同時記憶公式、定理，然后獨立完成作業(yè)。教師要強調(diào)學(xué)生的作業(yè)必須做到：書寫格式規(guī)范化，步驟完整化，條理清晰化，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)化；并制定適合自己的學(xué)習(xí)計劃，督促鼓勵其逐漸養(yǎng)成并長期保持良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。4.建立多元評價機制，幫助學(xué)生樹立學(xué)好數(shù)學(xué)的信心。新課標(biāo)的評價建議提到：對學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的評價，既要關(guān)注學(xué)生知識與技能的理解和掌握，理要關(guān)注他們情感與態(tài)度的形成和發(fā)展，評價的手段和形式應(yīng)多樣化，要將過程評價與結(jié)果評價相結(jié)合，充分關(guān)注學(xué)生的個性差異，發(fā)揮評價的激勵作用，保護學(xué)生的自尊心和自信心，使評價成為激勵和引導(dǎo)學(xué)生發(fā)展的有效手段。5.加強師生間的溝通交流，形成良好的合作狀態(tài)。俗話說：“良言一句三冬暖，春風(fēng)化雨潤心田?！苯虒W(xué)中，要采取“忍、尋、導(dǎo)、信、愛”五字教育法，加深師生間的感情?！叭獭奔从龅饺魏问拢ㄓ绕涫钦n堂上的突發(fā)事件）都要忍，不發(fā)脾氣；“尋”即為師者應(yīng)千方百計地從學(xué)生身上尋找長處，進行表揚；“導(dǎo)”即引導(dǎo)學(xué)生加入數(shù)學(xué)興趣小組，尋找其薄弱環(huán)節(jié)進行重點輔導(dǎo)，使之樹立正確的學(xué)習(xí)態(tài)度；“信”即教師自始至終地信任學(xué)生，鼓勵學(xué)生；“愛”即以深厚的無私的愛去點燃學(xué)生內(nèi)心的情感之火。良好的師生關(guān)系有助于教學(xué)的順利開展。教師應(yīng)關(guān)愛學(xué)生，加強與學(xué)生的感情交流，真正走進學(xué)生的內(nèi)心世界，做學(xué)生的知心朋友，達到“親其師，信其道”的效果?？傊?，農(nóng)村初中數(shù)學(xué)教學(xué)存在諸多困境。但只要我們教師以一顆愛心和強烈的責(zé)任感，真正轉(zhuǎn)變觀念，銳意進行改革，認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗，則絕大部分學(xué)困生是可以轉(zhuǎn)化的，從而走出教學(xué)困境，那么全面提高數(shù)學(xué)教學(xué)質(zhì)量的目標(biāo)就一定能夠?qū)崿F(xiàn)。機械優(yōu)化設(shè)計實例針對機械優(yōu)化設(shè)計實踐中需要注意的問題介紹一些可供使用的方法;通過對機床主軸結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、齒輪減速器優(yōu)化設(shè)計平面連桿機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等工程實例的分析,來說明在解決一個工程實際問題時,建立優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型,選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法編制計算機程序,最終得出符合要求的優(yōu)化設(shè)計結(jié)果等問題。第一節(jié)應(yīng)用技巧機械優(yōu)化設(shè)計的一般過程機械優(yōu)化設(shè)計的全過程一般可分為如下幾個步驟1)建立優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型2)選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化方法。3)編寫計算機程序4)準(zhǔn)備必要的初始數(shù)據(jù)并上機計算。5)對計算機求得的結(jié)果進行必要的分析其中建立優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型是首要的和關(guān)鍵的步,它是取得正確結(jié)果的前提,下面將專門討論這個問題。優(yōu)化方法的選擇取決于數(shù)學(xué)模型的特點,例如優(yōu)化問題規(guī)模的大小,目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)的性態(tài)以及計算精度等。在比較各種可供選用的優(yōu)化方法時,需要考慮的個重要因素是計算機執(zhí)行這些程序所花費的時間和費用,也即計算效率。·正確地選擇優(yōu)化方法,至今還沒有一定的原則。通常認(rèn)為,對于目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)均為顯函數(shù)且設(shè)計變量個數(shù)不太多的回題,懲罰函數(shù)法較好對于只含線性約束的非線性規(guī)劃問題,最適宜采用梯度投影法,對函數(shù)易于求導(dǎo)的問題,以可利用導(dǎo)數(shù)信息的方法為好,例如可行方向法;對求導(dǎo)非常困難的問題則應(yīng)選用直接解法,例如復(fù)合形法;對于高度非線性的函數(shù),則應(yīng)選用計算穩(wěn)定性較好的方法,例如BFGS變尺度法和內(nèi)點懲罰函數(shù)法相結(jié)合的方法·編寫計算杌程序?qū)τ谑褂谜邅碚f,已經(jīng)沒有多少工作要做了,因為已有許多成熟的優(yōu)化方法程序可供選擇。使用者只需要將數(shù)學(xué)模型按要求編寫成子程序嵌入已有的優(yōu)化程序即可。步驟4)和5)對機械設(shè)計工作者來說,通常不存在原則上的困難,這一點將結(jié)合實例來說明。建立數(shù)學(xué)模型的基本原則建立數(shù)學(xué)模型的基本原則是優(yōu)化設(shè)計中的一個重要組成部分。優(yōu)化結(jié)果是否可用,主要取決于所建立數(shù)學(xué)模型是否能夠確切而又簡潔地反映工程問題的客觀實際。在建立數(shù)學(xué)模型時,片面地強調(diào)確切,往往會使數(shù)學(xué)模型十分冗長、復(fù)雜,增加求解問題的困難程度,有時甚至?xí)箚栴}無法求解;片面強調(diào)簡潔,則可能使數(shù)學(xué)模型過份失真,以致失去了求解的意義。合理的做法是在能夠確切反映工程實際問題的基礎(chǔ)上力求簡潔。設(shè)計變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件是組成優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的三要素,下面分別予以討論。1.設(shè)計變量的選擇·機械設(shè)計中的所有參數(shù)都是可變的,但是將所有的設(shè)計參數(shù)都列為設(shè)計變量不僅會使問題復(fù)雜化,而且是沒有必要的。例如材料的機械性能由材料的種類決定,在機械設(shè)計中常用材料的種類有限,通?？筛鶕?jù)需要和經(jīng)驗事