2022年人教版高中数学简单的线性规划问题教案 2.pdf

学习必备欢迎下载简单的线性规划问题一、教学内容分析普通高中课程标准教科书数学5（必修）第三章第3 课时这是一堂关于简单的线性规划的“问题教学”线性规划是数学规划中理论较完整、方法较成熟、 应用较广泛的一个分支，它能解决科学研究、工程设计、经济管理等许多方面的实际问题. 简单的线性规划（涉及两个变量）关心的是两类问题：一是在人力、物力、资金等资源一定的条件下， 如何使用它们来完成最多的任务；二是给定一项任务，如何合理规划， 能以最少的人力、物力、资金等资源来完成.突出体现了优化的思想教科书利用生产安排的具体实例，介绍了线性规划问题的图解法，引出线性规划等的概念，最后举例说明了简单的二元线性规划在饮食营养搭配中的应用. 二、学生学习情况分析本节课学生在学习了不等式、直线方程的基础上，又通过实例， 理解了平面区域的意义，并会画出平面区域，还能初步用数学关系式表示简单的二元线性规划的限制条件，将实际问题转化为数学问题. 从数学知识上看，问题涉及多个已知数据、多个字母变量， 多个不等关系，从数学方法上看，学生对图解法的认识还很少，数形结合的思想方法的掌握还需时日，这都成了学生学习的困难三、设计思想本课以问题为载体，以学生为主体，以数学实验为手段，以问题解决为目的，以几何画板作为平台，激发他们动手操作、观察思考、猜想探究的兴趣。注重引导帮助学生充分体验“从实际问题到数学问题”的建构过程，“从具体到一般”的抽象思维过程，应用“数形结合”的思想方法，培养学生的学会分析问题、解决问题的能力。四、教学目标1了解线性规划的意义，了解线性约束条件、线性目标函数、可行解、可行域和最优解等概念；理解线性规划问题的图解法；会利用图解法求线性目标函数的最优解2在实验探究的过程中，让学生体验数学活动充满着探索与创造，培养学生的数据分析能力、探索能力、合情推理能力及动手操作、勇于探索的精神；3、在应用图解法解题的过程中, 培养学生运用数形结合思想解题的能力和化归能力，体验数学来源于生活，服务于生活，体验数学在建设节约型社会中的作用. 五、教学重点和难点求线性目标函数的最值问题是重点；从数学思想上看，学生对为什么要将求目标函数最值问题转化为经过可行域的直线在y 轴上的截距的最值问题？以及如何想到要这样转化？存在一定疑虑及困难；教学应紧扣问题实际，通过突出知识的形成发展过程，引入数学实验来突破这一难点精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 7 页学习必备欢迎下载六、教学过程设计（一）引入（1）情景某工厂用A、B 两种配件生产甲、乙两种产品，每生产一件甲产品使用4 个 A 配件耗时 1h，每生产一件乙产品使用4 个 B 配件耗时2h.该产每天最多可从配件厂获得16个 A 配件和 12 个 B 配件，按每天工作8h 计算，该厂所有可能的日生产安排是什么？请学生读题，引导阅读理解后，列表建立数学关系式 画平面区域，学生就近既分工又合作，教师关注有多少学生写出了线性数学关系式，有多少学生画出了相应的平面区域，在巡视中并发现代表性的练习进行展示，强调这是同一事物的两种表达形式数与形 . 【 问题情景使学生感到数学是自然的、有用的，学生已初步学会了建立线性规划模型的三个过程：列表建立数学关系式画平面区域，可放手让学生去做，再次经历从实际问题中抽象出数学问题的过程，教师则在数据的分析整理、表格的设计上加以指导】教师打开几何画板，作出平面区域.（2）问题师：进一步提出问题，若生产一件甲产品获利2 万元，生产一件乙产品获利3 万元，采用哪种生产安排利润最大？学生不难列出函数关系式yxz32. 师：这是关于变量yx、的一次解析式，从函数的观点看yx、的变化引起z 的变化，而yx、是区域内的动点的坐标，对于每一组yx、的值都有唯一的z 值与之对应，请算出几个z 的值 . 填入课前发下的实验探究报告单中的第列进行观察,看看你有什么发现？学生会选择比较好算的点，比如整点、边界点等. 【学生思维的最近发现区是上节的相关知识，因此教师有目的引导学生利用几何直观解决问题，虽然这个过程计算比较繁琐，操作起来有难度，但是教学是一个过程，从中让学生体会科学探索的艰辛，这样引导出教科书给出的数形结合的合理性，也为引入信息技术埋下伏笔】（二）实验精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 7 页学习必备欢迎下载教师打开画板，当堂作出右图，在区域内任意取点，进行计算,请学生与自己的数据对比，继续在实验探究报告单上补充填写画板上的新数据. 教师引导学生提出猜想：点 M 的坐标为 （， ）时，z=yx32取得最大值14. 【在信息技术与课程整合过程中，为改变老师单机的演示学生被动观看的现状，让学生参与进来，老师（可以根据学生要求）操作，学生记录，共同提出猜想，在当前技利润最大的实验探究报告单实验目的(1)求yxz32的最大值，使yx，满足约束条件. 0, 0,124,164, 82yxyxyx(2)理解用图解法求线性规划问题的最优解，体会数形结合的思想.进行实验与收集数据(1)打开几何画板依次画出点、线构造平面区域; (2)在区域内任取一点M，度量横坐标及纵坐标，计算z=yx32的值，并制表显示在屏幕上; (3)拖动点 M 在区域内运动， 观察度量值z的变化， 猜想z取得最大值时点M 的位置 .同时请学生将有代表性的位置的数据记录在下表中的第25 列：计数点 n xyyx32点的坐标直线的方程直线在 y 轴上的截距1 2 3 4 5 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 7 页学习必备欢迎下载术条件受限时不失为一个好方法】师：这有限次的实验得来的结论可靠吗？我们毕竟无法取遍所有点，因为区域内的点是无数的！况且没有计算机怎么办，数据复杂手工无法计算怎么办？因此，有必要寻找操作性强的可靠的求最优解的方法.【形成认知冲突，激发求知欲望，调整探究思路，寻找解决问题的新方法】继续观察实验报告单，聚焦每一行的点坐标和对应的度量值，比如M（3.2, 1.2）时方程是1032yx，填写表中的第67 列，引导学生先在点与直线之间建立起联系 - 点 M 的坐标是方程1032yx的解，那么点M 就应该在直线1032yx上，反过来直线1032yx经过点 M，当然也就经过平面区域，所以点M 的运动就可转化为直线的平移运动。教师拖动直线并跟踪， 学生看到直线平移时可以取遍区域内的所有点！这样我们的猜想就非常合乎情理了.然后顺利过渡到直线与平面区域之间的关系. 师：由于我们可以将x，y 所满足的条件用平面区域表示了，你能否也给利润z=2x+3y 作出几何解释呢？学生很自然地联想到上面实验的结果，将等式 z=2x+3y 视为关于 x， y 的一次方程，它在几何上表示直线，当 z 取不同的值时可得到一族平行直线. 请把你猜想1 换一种说法：猜想与假设2_ 直线z=yx32经过点 （， ）时，z=yx32取得最大值14. 将直线z=yx32改写为332zxy，这时你能把猜想2 再换一种说法吗？此时水到渠成 . 猜想与假设3_ 直线332zxy经过点时，在 y 轴上的截距最大，此时z=yx32取得最大值 14. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 7 页学习必备欢迎下载最后探究出 “z=yx32最值问题可转化为经过可行域的直线332zxy在 y轴上的截距的最值问题”来解决，实现其图解的目的. 【借助计算机技术用运动变化的方法，创设实验环境，形成多元联系，展示数学关系式、平面区域、表格等各种形态的表现形式，在数、图、表的关联中进行观察、分析，从而逐步帮助学生进行有层次的猜想，也为我们的研究提供一种方向，这是新课程积极倡导的合情推理】教师介绍线性规划、线性约束条件、线性目标函数、可行解、可行域和最优解等概念 .(三)探究师：在上述问题中，若生产一件甲产品获利万元，生产一件乙产品获利万元，又应当如何安排生产才能获得最大的利润？再换几组数据试试（课本第100 页）让学生“主动”更换数据，教师借助几何画板“被动”地进行操作演示，师生继续实验，发现结论同样成立. 进一步发现目标函数直线的纵截距与z 的最值之间的关系，有时并不是截距越大， z 值越大 . 实验结论 _ “目标函数的最值问题可转化直线z =2x+3y 与平面区域有公共点时，在区域内找一个点 M，使直线经过点M 时在 y 轴上的截距最大”【从笔算到计算，从点到直线再到平面（区域），从一个函数到多个函数，从特殊到一般，从具体到抽象的认识过程，使学生经历数学知识形成、发现、发展的过程，获得问题的解决，这有助于培养学生的科学素养】（四）练习小结学生练习 104 第 1 题. 及时检验学生利用图解法解线性规划问题的情况，练习目的： 会用数形结合思想，将求yxz2的最大值转化为直线zxy2与平面区域有公共点时，在区域内找一个点，使直线经过点时在y轴上的截距最小的问题，为节省时间，教师可预先精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 7 页学习必备欢迎下载画好平面区域，让学生把精力集中到求最优解的解决方案上 （五）实例展示（课本第100 页例 5 饮食营养搭配）营养学家指出， 成人良好的日常饮食至少应该提供0.075kg 的碳水化合物，0.06kg的蛋白质，0.06kg 的脂肪 .1kg 食物 A 含有 0.105kg 的碳水化合物， 0.07kg的蛋白质，0.14kg的脂肪，花费 28 元； 而 1kg 食物 B 含有 0.105kg 的碳水化合物， 0.14kg 的蛋白质，0.07kg的脂肪，花费21 元.为了满足营养学家的指出的日常饮食要求，同时使花费最低，需要同时食用食物A 和食物 B 多少 kg? 【一是使学生认识到现实生活中存在许多简单的二元线性规划问题，二是让学生经历完整的分析研究问题、制定解决问题的策略的过程，让学生全面参与课堂教学，完善知识结构体系】这里要关注平面区域本题是开放型的，而引例是封闭型的. （六）课后伸申师：在上述线性规划问题中，线性约束条件及线性目标函数是确定的，求最优解.这是问题的一方面，另一方面(1)若要求结果为整数呢？最优解是在哪？(2)若已知有唯一（或无数）最优解时，反过来确定线性约束条件或目标函数某些字母系数的取值（范围），又如何解决呢？（七）小结求最优解的一般步骤（板书）：(1) 画线性约束条件所确定的平面区域；(2) 取目标函数 z=0, 过原点作相应的直线；(3) 平移该直线，观察确定区域内最优解的位置；(4) 解有关方程组求出最优解，代入目标函数得最值. 作业：第104 页练习 2，第 106 页习题 34，第 107 页习题 3. 七、教学反思为了将学生从繁琐的数字计算和画区域图中解脱出来，将精力放在对最优解的理解和突出思想方法上， 可根据下列不同的情况， 设计教学条件，支持教学(1) 理想的实验应该是在网络环境的支持下完成的，教学之前，老师将积件传输到学生的计算机中，学生在单机的条件下自己动手操作(2) 在学生缺乏信息技术工具的条件下，教学和作业都应避免繁琐的计算，而把注意力放在“算理”上另外数学探究的时间长会使学生失去耐心，基本训练时间无法保证，导致当精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 7 页学习必备欢迎下载前效果不直接，教学评价难以跟进，教师宜把握尺度、控制时间，组织起有效的课堂教学，提高驾驭课堂的能力与水平 .点评该教学设计从研读教材入手，精心挖掘教学内容中的实验因子，依据教师实验报告的引导，使学生自己动手操作，通过观察、发现、思考、分析、归纳提出猜想等活动，完成对最优解的意义建构，体现了新课程“倡导积极主动、勇于探索的学习方式”。同时在教育技术平台上进行师生互动“操盘”，改变单一的教师演示的模式，通过实时的动态模拟，实现数、图、表的多元联系，这初步体现了教学过程中教师、学生、内容、媒体四要素功能的转变，激发了学生探究的兴趣，提高了他们的实验、分析、探究能力，最终获得问题的解决。这种兴趣和能力可迁移至课外，因而折射出“研究性学习”教学思想，长期坚持，对学生学习能力培养的教学达成度也会更高！精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 7 页