优化作业设计的建议及案例
“作业”作为教学五环节中的一环,既是帮助学生复习巩固学科知识技能,获得学习方法,提高学习能力,促进思维发展,养成学习兴趣的主要途径,又是教师诊断学生学习中的问题,了解教学成效,改进教学方法的重要依据,更是深化课程改革,实现“增效减负”的重要抓手之一。
为了提高我区小学语文作业的效能,特从作业设计的分类和作业设计的建议这两方面做具体阐释。
一、作业设计的分类
根据语文练习不同的性质、功能一般可将练习分为识记性练习、理解性练习、运用性练习三类。
1、识记性练习
人的知识经验都是通过有意识记和无意识记获得的。识记性练习是语文练习中的一个基础部分。学生学习生字新词,积累语段、篇章,了解相关语文知识等都需要通过一定的训练,使其从无意记忆逐步向有意记忆发展,从而促使学生形成良好的持久记忆。小学阶段的识记练习,大致包括:
(1)识记字音、字形、词语、成语的意义和用法。
(2)记背名言、警句、典故、故事、精彩片段。
(3)记背古诗文名篇。
(4)识记与语文相关的学科知识。
“积学以储宝”、“厚积以薄发”,大量的识记有助于积累,语文积累是形成全面的语文素质的需要,更是语文创造力形成的前提。另外,少年儿童时期是记忆力最好的阶段,经常性的识记练习不仅能帮助学生积累语言材料,增加
文化积淀,还能有效促进学生智力的发展。
2、理解性练习
理解就是懂得、领会的意思。针对一篇文章而言,就是学生领悟了作者的表达的内涵,并与之进行情感交流的过程。理解能力是构成阅读能力的核心部分,是由认字识词的感性阶段到理解内容的理性阶段的深化。小学语文课堂教学中应注意加强理解能力训练的练习设计,有效的理解性练习设计往往是达成阅读教学目标的一些主要教学环节。
理解性阅读的基本训练一般要经过三个阶段:1、字面理解,即为了获得课文内容的一个字、一个观点或一个句子的最初的直接的字面意义的技能;2、文本理解,即对课文内容比较深入的探索,是透过字面看实质的一种阅读练习;
3、评价性理解,即让学生知道文本写了什么,为什么这样写,还要知道写得怎样的一种练习。在整个训练过程中,学生的理解水平将由浅入深地逐层式的发展,思维能力也是由低到高地阶梯式的提高。
3、运用性练习
语文具有很强的实践性,学生的语文能力是在各种语言实践活动中的逐步“习得”的。通过识记类练习帮助学生积累的语言材料,只有通过运用性的练习训练才能真正转化为学生自己的言语。如果说识记性练习是语言的“输入”训练,那么运用性练习则是语言的“输出”训练,而理解性练习则是连接“语言输入”和“语言输出”这两端的桥梁。运用性练习是促使学生把对文本的理解,通过口头或书面的形式与他人交流的重要途径。经常进行多种形式的运用性的练习,能不断提高学生的语言意识,即表达要有场合意识、对象意识、目的意识、方法意识,能有效提高学生语言的表达能力。
需要指出的是,虽然各类型练习的性质、功能有所不同,但是所有练习的指向是相同的,即对学生进行各种语文能力的训练,让学生通过正确的练习来掌握相关的技能,获得成功。另外,课堂练习的这些分类在一堂课的教学中并不是孤立出现的,它们往往是有机结合在一起的。
二、作业设计的几点建议
1、作业内容应根据年段学习目标各有侧重。
作业内容设计应以《课程标准》中的年段目标为依据,凸显各年段语文学习的重点要求,体现作业设计的科学性。
低年段
作业目标
识记常用汉字(必须夯实字音、字形教学)。
读通、读顺课文,读好重点句段。
在了解文章内容的基础上说说自己了解的大致内容。
作业内容
应以朗读课文和阅读教师推荐或学生自主选择的文学类短文(童话、寓言、故事、记叙文等)为主。
作业形式
以口头作业为主。
作业要求
出声朗读,在朗读中读准字音,积累语词,培养语感。
在阅读过程中巩固认识字词。
把自己读懂的内容讲给家长听,在交流读书所得中培养用心思考的习惯,整
体感知的能力。同时,锻炼口语表达的能力。
作业完成时间一年级应控制在15分钟以内,二年级应控制在20分钟以内。需要注意的是,教师应运用多种评价方式和激励机制促使学生养成愿意读书,认真朗读,交流读书所得的习惯。
高年段
作业目标
识记汉字,积累词语,理解词句。
整体了解文章内容,把握文章主题。
能提取信息,并根据提取的相关信息形成解释和做出评价。
能正确运用语言,文从字顺表达自己的思想情感。
作业内容
阅读一定量的文章,阅读的文章中应适当增加说明文、新闻报道、产品说明、实验操作等方面的内容,培养学生为获取信息和完成任务而进行阅读的习惯和能力,提高学生的语文素养。
适当完成一些阅读能力训练和习作练习方面的书面作业。
作业形式
口头作业与书面作业相结合。
基础性作业与提高性作业相结合。
个体独立完成与小组合作完成相结合。
短期作业与长期作业相结合。
作业要求
书面作业应将识记、理解、运用等不同功能的作业有机结合,避免单一机械地操练。
书面表达类的作业每天不可超过2项。
布置周末作业时,阅读练习与小练笔作业应交替布置,即本周安排小练笔训练,就不应再布置阅读训练作业。
书面练习的时间三年级应控制在20分钟以内,四、五年级应控制在30分钟以内。
需要注意的是,教师在设计、布置阅读能力训练方面的作业时,应根据阶段学习的重点和学生的实际问题,布置精心设计或选择的阅读练习。
2、作业设计应体现知识学习和能力形成的内在联系。
教师在设计作业时,应树立整体意识,从纵、横两个方面关注语文知识学习和语文能力形成之间的内在联系。即纵向关注小学阶段各年级十册教材之间的知识与能力的联系,横向关注一册教材中单元之间的知识与能力的联系,一个单元中每篇课文之间的知识与能力的联系。
首先,教师在设计、布置作业时,应注意作业内容的整体性,即单元练习的设计应注意新旧知识的内在联系,由浅入深,循序渐进。单课作业内容是一个单元(或一个阶段)作业内容中的一个分支,所以应考虑每一课的作业内容之间如何紧密配合,相互协调,相互补充。设计作业应做到“瞻前顾后”,即在单课作业中要注意练习内容的一致性,整体思考课前预习、课堂练习、课后作业的内容。
作业的内容设计与实施应能促使学生语文知识积累和语文能力提升在一堂课中,一个阶段里呈螺旋上升的态势。
其次,关注语文知识学习和能力形成的内在联系还体现在作业结构要有整体性,即作业设计应有三个不同的层次:基础练习——使学生掌握语文“双基”;综合练习——实施以阅读为核心的听说读写整合推进;情境运用——注意语
言迁移,有利于深化对文本理解,活跃思维。教师应从作业设计结构整体性的角度出发,在每一课中合理安排这三个不同层次的练习。当然在具体练习过程中对不同层次的练习不能平均使用力量,而应根据学习的重点、难点,学生的学情,做到重点突出,详略有变。有时用相对少的时间解决相对多的问题,达到高密度的信息获取;有时安排较长时间专门解决某一问题。重点、难点多花时间精讲精练,易懂之处点到为止。
基于MATLAB工具箱的机械优化设计 长江大学机械工程学院机械11005班刘刚 摘要:机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法,能从众多的设计方案中找出最佳方案,从而大大提高设计效率和质量。本文系统介绍了机械优化设计的研究内容及常规数学模型建立的方法,同时本文通过应用实例列举出了MATLAB 在工程上的应用。 关键词:机械优化设计;应用实例;MATLAB工具箱;优化目标 优化设计是20世纪60年代随计算机技术发展起来的一门新学科, 是构成和推进现代设计方法产生与发展的重要内容。机械优化设计是综合性和实用性都很强的理论和技术, 为机械设计提供了一种可靠、高效的科学设计方法, 使设计者由被动地分析、校核进入主动设计, 能节约原材料, 降低成本, 缩短设计周期, 提高设计效率和水平, 提升企业竞争力、经济效益与社会效益。国内外相关学者和科研人员对优化设计理论方法及其应用研究十分重视, 并开展了大量工作, 其基本理论和求解手段已逐渐成熟。 国内优化设计起步较晚, 但在众多学者和科研人员的不懈努力下, 机械优化设计发展迅猛, 在理论上和工程应用中都取得了很大进步和丰硕成果, 但与国外先进优化技术相比还存在一定差距, 在实际工程中发挥效益的优化设计方案或设计结果所占比例不大。计算机等辅助设备性能的提高、科技与市场的双重驱动, 使得优化技术在机械设计和制造中的应用得到了长足发展, 遗传算法、神经网络、粒子群法等智能优化方法也在优化设计中得到了成功应用。目前, 优化设计已成为航空航天、汽车制造等很多行业生产过程的一个必须且至关重要的环节。 一、机械优化设计研究内容概述 机械优化设计是一种现代、科学的设计方法, 集思考、绘图、计算、实验于一体, 其结果不仅“可行”, 而且“最优”。该“最优”是相对的, 随着科技的发展以及设计条件的改变, 最优标准也将发生变化。优化设计反映了人们对客观世界认识的深化, 要求人们根据事物的客观规律, 在一定的物质基和技术条件下充分发挥人的主观能动性, 得出最优的设计方案。 优化设计的思想是最优设计, 利用数学手段建立满足设计要求优化模型; 方法是优化方法, 使方案参数沿着方案更好的方向自动调整, 以从众多可行设计方案中选出最优方案; 手段是计算机, 计算机运算速度极快, 能够从大量方案中选出“最优方案“。尽管建模时需作适当简化, 可能使结果不一定完全可行或实际最优, 但其基于客观规律和数据, 又不需要太多费用, 因此具有经验类比或试验手段无可比拟的优点, 如果再辅之以适当经验和试验, 就能得到一个较圆满的优化设计结果。 传统设计也追求最优结果, 通常在调查分析基础上, 根据设计要求和实践
人字架的优化设计 一、问题描述 如图1所示的人字架由两个钢管组成,其顶点受外力2F=3×105N 。已知人字架跨度2B=152 cm,钢管壁厚T=0.25cm,钢管材料的弹性模量E=2.15 10? MPa ,材料密度p=7.8×103 kg /m ,许用压应力δy =420 MPa 。求钢管压应力δ不超过许用压应力 δy 和失稳临界应力 δc 的条件下,人字架的高h 和钢管平均直径D 使钢管总质量m 为最小。 二、分析 设计变量:平均直径D 、高度h 三、数学建模 所设计的空心传动轴应满足以下条件: (1) 强度约束条件 即 δ≤?? ????y δ 经整理得 ( ) []y hTD h B F δπ≤+2 122 (2) 稳定性约束条件: []c δδ≤ ( ) ( ) ( ) 2 22 222 122 8h B D T E hTD h B F ++≤+ππ (3)取值范围:
12010≤≤D 1000200≤≤h 则目标函数为:()22 13 57760010 5224.122min x x x f +?=- 约束条件为:0420577600106)(2 12 2 41≤-+?=x Tx x X g π () 057760025.63272.259078577600106)(2 2 212 12 2 42≤++-+?= X x x x Tx x g π010)(13≤-=x X g 0120)(14≤-=x X g 0200)(25≤-=x X g 01000)(26≤-=x X g 四、优化方法、编程及结果分析 1优化方法 综合上述分析可得优化数学模型为:()T x x X 21,=;)(min x f ;()0..≤x g t s i 。 考察该模型,它是一个具有2个设计变量,6个约束条件的有约束非线性的单目标最优化问题,属于小型优化设计,故采用SUMT 惩罚函数内点法求解。 2方法原理 内点惩罚函数法简称内点法,这种方法将新目标函数定义于可行域内,序列迭代点在可行域内逐步逼近约束边界上的最优点。内点法只能用来求解具有不等式约束的优化问题。 对于只具有不等式约束的优化问题
浅析机械优化设计方法基本理论 【摘要】在机械优化设计的实践中,机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法,能从众多的设计方案中找出最佳方案,从而大大提高设计的效率和质量。每一种优化方法都是针对某一种问题而产生的,都有各自的特点和各自的应用领城。在综合大量文献的基础上,总结机械优化设计的特点,着重分析常用的机械优化设计方法,包括无约束优化设计方法、约束优化设计方法、基因遗传算方法等并提出评判的主 要性能指标。 【关键词】机械;优化设计;方法特点;评价指标 一、机械优化概述 机械优化设计是适应生产现代化要求发展起来的一门科学,它包括机械优化设计、机械零部件优化设计、机械结构参数和形状的优化设计等诸多内容。该领域的研究和应用进展非常迅速,并且取得了可观的经济效益,在科技发达国家已将优化设计列为科技人员的基本职业训练项目。随着科技的发展,现代化机械优化设计方法主要以数学规划为核心,以计算机为工具,向着多变量、多目标、高效率、高精度方向发展。]1[ 优化设计方法的分类优化设计的类别很多,从不同的角度出发,可以做出各种不同的分类。按目标函数的多少,可分为单目标优化设计方法和多目标优化设计方法按维数,可分为一维优化设计方法和多维优化设计方法按约束情况,可分为无约束优化设计方法和约束优化设计方法按寻优途径,可分为数值法、解析法、图解法、实验法和情况研究法按优化设计问题能否用数学模型表达,可分为能用数学模型表达的优化设计问题其寻优途径为数学方法,如数学规划法、最优控制法等。 1.1 设计变量 设计变量是指在设计过程中进行选择并最终必须确定的各项独立参数,在优化过程中,这些参数就是自变量,一旦设计变量全部确定,设计方案也就完全确定了。设计变量的数目确定优化设计的维数,设计变量数目越多,设计空间的维数越大。优化设计工作越复杂,同时效益也越显著,因此在选择设计变量时。必须兼顾优化效果的显著性和优化过程的复杂性。
机械优化设计——复合形方法及源程序 (一) 题目:用复合形法求约束优化问题 ()()()2221645min -+-=x x x f ;0642 2211≤--=x x g ;01013≤-=x g 的最优解。 基本思路:在可行域中构造一个具有K 个顶点的初始复合形。对该复合形各顶点的目标函数值进行比较,找到目标函数值最大的顶点(即最坏点),然后按一定的法则求出目标函数值有所下降的可行的新点,并用此点代替最坏点,构成新的复合形,复合形的形状每改变一次,就向最优点移动一步,直至逼近最优点。 (二) 复合形法的计算步骤 1)选择复合形的顶点数k ,一般取n k n 21≤≤+,在可行域内构成具有k 个顶点的初始复合形。 2)计算复合形个顶点的目标函数值,比较其大小,找出最好点x L 、最坏点x H 、及此坏点x G .. 3)计算除去最坏点x H 以外的(k-1)个顶点的中心x C 。判别x C 是否可行,若x C 为可行点,则转步骤4);若x C 为非可行点,则重新确定设计变量的下限和上限值,即令C L x b x a ==,,然后转步骤1),重新构造初始复合形。 4)按式()H C C R x x x x -+=α计算反射点x R,必要时改变反射系数α的值,直至反射成功,即满足式()()()()H R R j x f x f m j x g ?=≤;,2,1,0,。然后x R以取代x H,构成新的复合形。 5)若收敛条件()()[] ε≤?? ? ?????--∑=2 1 1211k j L j x f x f k 得到满足,计算终止。约束最优解为:() ()L L x f x f x x ==*,*。 (三) 复合形法程序框图见下图:
优化设计案例分析 优化设计是在给定的设计指标和限制条件下,运用最优化原理和方法,在电子计算机上进行自动调优计算,从而选定出最优设计参数,使设计指标达到最优值。该最优设计参数就是一个最优设计方案。所谓设计指标,就机械设计而言,一般是指重量轻、能耗小、刚性大、成本低等;所谓限制条件,是指强度要求、刚度要求、尺寸范围要求等。 设计变量选择 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。在充分了解设计要求的基础上,根据各设计参数对目标函数的影响程度分析其主次,尽量减少设计变量的数目,以简化优化设计问题。注意各设计变量应相互独立,避免耦合情况的发生,否则会使目标函数出现“山脊”或“沟谷”,给优化带来困难。 目标函数与约束的确定 对于一般机械,可按重量最轻或体积最小建立目标函数;对应力集中现象突出的构件,以应力集中系数最小为目标;对精密仪器,应按其精度最高或误差最小的要求建立目标函数。约束条件是就工程设计本身而提出的对设计变量取值范围的限制条件,目前尚无一套完整的评价方法来检验哪些约束是必须,哪些约束是可忽略的,通常是凭经验取舍,不可避免会带来模型和现实系统的不相吻合。在最优化设计问题中,可以只有一个目标函数,称为单目标函数。当在同一设计中要提出多个目标函数时,这种问题称为多目标函数的最优化问题。在一般的机械最优化设计中,多目标函数的情况较多。目标函数愈多,设计的综合效果愈好,但问题的求解亦愈复杂。对于复杂的问题,要建立能反映客观工程实际的、完善的数学模型往往会遇到很多困难,有时甚至比求解更为复杂。这时要抓住关键因素,适当忽略不重要的成分,使问题合理简化,以易于列出数学模型,这样不仅可节省时间,有时也会改善优化结果。 数学模型确立 数学模型越精确,设计变量越多,维数越大,建模越复杂,优化进程越慢;但数学模型忽略过多元素,则难以确切凸现结构的特殊之处。故要结合工程实际和优化设计经验,把握与研究目标相关程度大的因素,尽可能的建立确切、简洁的数学模型。然后通过基于统计理论的检验方法———t 检验/F 检验/ X2检验/ 拟合优度检验等,分析模型的置信区间,对模型有效性进行评价,提高模型的准确度。 下面以机票销售策略案例进行说明 某航空公司每天有三个航班服务于A, B, C, H四个城市,其中城市H是可供转机使用的, 三个航班的出发地-目的地分别为AH, HB, HC,可搭乘旅客的最大数量分别为120人, 100人, 110人, 机票的价格分头等舱和经济舱两类. 经过市场调查,公司销售部得到了每天旅客的相关信息, 见表1. 该公司应该在每条航线上分别分配多少头等舱和经济舱的机票?