约束优化问题在现实生活中得到广泛应用,具体体现如下:
1、物流与运输:
在物流与运输行业,约束优化问题常被用于处理车辆路径、货物装载、运输成本等挑战。通过科学规划路径、选择恰当的运输方式、优化装载策略等方法,旨在降低运输成本,提升运输效率。
2、生产制造:
在生产制造领域,约束优化问题常被用于解决生产计划、成本控制、工艺流程等难题。通过合理制定生产计划、优化资源配置、降低能耗等手段,以提高生产效率并降低成本。
3、金融与投资:
在金融与投资领域,约束优化问题常被用于解决投资组合优化、风险管理、资产配置等任务。通过合理配置资产、控制风险、提高收益等策略,以实现投资目标。
4、能源与环境:
在能源与环境领域,约束优化问题常被用于解决能源分配、污染物排放等挑战。通过合理分配能源资源、优化能源利用方式、降低污染物排放等手段,以实现能源的可持续发展和环境保护。
5、医疗与健康:
在医疗与健康领域,约束优化问题常被用于解决医疗资源配置、治疗方案优化、药物研发等任务。通过合理配置医疗资源、提高诊疗效率、降低医疗成本等策略,以提升医疗服务水平并改善患者体验。
6、农业与食品:
在农业与食品领域,约束优化问题常被用于处理农产品种植计划、食品加工流程等挑战。通过合理安排种植计划、优化农产品种植结构、提高食品加工效率等手段,以提升农业和食品产业的效益。
7、城市规划和建设:
在城市规划和建设领域,约束优化问题常被用于解决城市交通规划、土地利用规划、城市环境优化等难题。通过合理规划城市布局、优化交通网络、改善城市环境等策略,以提高城市的宜居性和可持续性发展。
约束优化问题的优劣分析:
一、优点:
1、问题解决能力强:
约束优化问题可解决各种约束条件下的优化问题,如线性规划、非线性规划、混合整数规划等,有助于解决一系列实际问题。
2、适用范围广:
约束优化问题适用于多种类型的问题,如生产调度、物流运输、金融投资、能源分配等,具有广泛的应用场景。
3、灵活多变:
约束优化问题可根据具体问题的特点,灵活设置不同的约束条件和目标函数,以适应不同问题的需求。
4、逐步逼近最优解:
约束优化问题通常采用迭代方式逐步逼近最优解,在一定程度上保证了求解的正确性和可行性。
二、缺点:
1、对数据要求高:
约束优化问题通常需要较为精确的数据输入,对数据的准确性和完整性要求较高,否则可能导致求解结果的不准确。
2、求解速度慢:
对于大规模的约束优化问题,由于其求解过程较为复杂,通常需要较长的计算时间和计算资源,可能导致求解效率较低。
3、对模型精度要求高:
约束优化问题需要建立较为精确的数学模型,对模型精度的要求较高,否则可能导致求解结果的不准确。
4、对初始解敏感:
约束优化问题对初始解的选取较为敏感,如果初始解选取不当,可能导致陷入局部最优解而非全局最优解。
探讨如何实施和优化教学策略:
一、课题的提出
1.新课改背景下当前初中物理教学现状的反思
随着新课程改革的深入推进,物理教师对新课改理念逐渐明确,对《物理新课程标准》提出的“倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手,培养学生搜集和处理信息、获取新知识、分析和解决问题及交流与合作等多方面能力。”的目标也已认同。然而,如何在物理教学中真正落实这些目标,却是让一线教师感到困惑的问题。在“中考指挥棒”和“学科中心论”的长期影响下,新课程背景下的物理教学中,“重知识轻能力、重接受轻创造、重智力轻情感、重共性轻个性”的现象依然普遍存在。单调的知识呈现方式,平淡而沉闷的物理课堂,繁重而缺乏乐趣的学习任务,使许多学生逐渐对物理学习丧失了应有的兴趣。初中物理作为启蒙教育,在激发、培养学生兴趣,让学生主动参与、乐于探究,自主学习,合作学习,体验学习物理的快乐,培养综合能力等方面做得还很不够。解决这些问题的核心是优化、改革现有物理课堂教学,寻求教学方式、手段的灵活性和多样化,让初中物理教学回归生动有趣,更加贴近生活,走向积极主动,变得丰富多彩。
2.开展基于“项目学习”的初中物理教育实践与研究,既培养了学生,又成长了教师,更促进了初中物理“项目课程资源”的开发和建设。
“项目学习”的教学方式,以“项目任务”为载体,整合、优化各种教学资源,通过学生主动参与的小组学习,合作学习等多种形式,实现物理课程的三维教学目标,有利于学生的健康成长和全面发展。“项目学习”是跨学科、跨知识领域,且整合小组合作学习和自主探究学习等学习方式的综合学习。
在初中物理教学中合理引入并构建“项目学习”的教学方式,让学生在自己感兴趣、富于挑战性的“项目任务”的驱动下,在动手又动脑的学习活动中,主动参与,积极探索,在活动过程中使学生获取知识,培养技能;经历过程,学会方法;体验成功,交流合作。既可为学生深入学习物理打好基础,也是有效推进新课改,真正意义上实现新课程改革目标、宗旨、价值的需要。
同时,教师进行物理教学中“项目学习”教学方式的探索和研究,有助于更新教学理念,提高教学技能,整合、开发各种课程资源,为教师提供一种适合师生共同发展的教与学的新模式和新平台,从此意义上说,构建初中物理教育“项目学习”方式的实践与研究,既培养了学生,又成长了教师,更促进了初中物理“项目课程资源”的建设,具有多重现实价值。
同时,教师对物理教学中的“项目式学习”方法进行探究与探讨,有利于刷新教学观念,增强教学技巧,整合与开发各类课程资源,为师生共同进步提供一种适宜的教与学的新模式和新平台。从这一层面来看,初中物理教育“项目式学习”的实践与研究,不仅培养了学生,也促进了教师的成长,更推动了初中物理“项目课程资源”的建设,拥有着丰富的现实意义。
二、课题的阐述
1.项目式学习:指学生通过制作特定“产品”或完成特定“任务”,挑选、优化整合学习资源,在实践体验、探索创新中获取知识,提升技能,养成习惯,陶冶情操,学会合作的学习。项目式学习通常包括项目导入、项目设计、项目实施和项目展示四个阶段。
2.“初中物理教学中开展“项目式学习”的实施要领和优化策略研究”:
指在初中物理教学中,合理运用“项目式学习”的学习方法,进行教学实践,并在教学过程中不断反思、总结、完善,开发出一批适合初中物理教学的优质“项目”,掌握初中物理教学中开展“项目式学习”的基本流程和实施要领,熟练指导学生主动开展“项目式学习”,提升学生自主学习、合作学习等多种能力,推动初中物理教学方式的改革,努力提高物理教学的有效性。
三、研究的内容
1.如何设计开发一系列符合《初中物理新课标》的物理学习“项目”。
将“项目式学习”这种学习方法引入初中物理教学,并非要在所有物理课堂和所有教学内容中实施“项目式学习”。如同“科学探究”教学,虽然它是物理教学中的重要内容和学习方法,但并非每节课都要探究,所有教学内容都需要探究、值得探究。同样,引入“项目式学习”也仅仅是为初中物理教学增添一种有效的教学方法,为物理老师在教学中提供一种合理选择、有效组合的可能性。
那么,应该开发哪些“项目”呢?又有哪些教学内容可以引入“项目式学习”呢?设计“项目任务”的依据又是什么呢?答案是:初中物理教学中“项目式学习”的引入和开发应基于《初中物理课程标准》和“具体教学内容”的需求。
因此,深入研究课程标准,仔细分析教材内容,整合多种教学资源,在此基础上设计、开发出具有物理学科特色,服务于《初中物理课程标准》和“具体教学目标”的一系列优秀、典型“项目”,是本课题研究的主要任务之一。
2.初中物理教学中开展“项目式学习”的基本流程和具体操作。
项目式学习通常包括项目导入、项目设计、项目实施和项目展示四个阶段。对初中物理教学中“项目式学习”各个教学环节实施的教学流程和具体操作进行研究,是本课题研究的核心任务。
(1)项目驱动:如何设置驱动问题?以何种形式提出项目任务?在初中物理教学中精心预设,通过趣味小实验、物理小魔术、多媒体图片、视频等多种形式,引出一个学生兴趣浓厚,而又富有挑战性的“项目任务”,这是开展“项目式学习”的良好开端。
(2)项目设计:刚开始时,教师要指导学生进行分组、任务分工、设计问卷、制订调查表和访谈表、制作产品、展示作品,逐步发展到师生共同制定项目计划,自主学习开展“项目式学习”,教师成为学生自主学习、小组合作学习中的“平等中的首席”。
(3)项目实施:“项目式学习”中操作示范时需要配备怎样的硬件设施和环境;如何进行组内合理分工;“产品”制作的过程如何分解;怎样在“项目式学习中”让学生当师傅来带徒弟等。
(4)展示评价:如何制定适合学生发展的评价标准,开展学生自评与互评;组织一场PPT形式的“项目式学习”报告会需要准备些什么,注意些什么;如何布置学生的产品展示、产品拍卖会等。
3.初中物理“项目式学习”各教学环节的实施要领和优化策略。
初中物理教学中涉及到的项目式学习也有不同种类,各类“项目式学习”在组织教学时的实施要领和侧重点也不完全相同。如:
(1)产品制作类:以制作、装配一个产品为主要任务,与劳技结合较多的项目,如:制作七管收音机,制作光学万花筒、光学魔术箱等;
(2)操作体验类:以观察、操作体验为主的项目,如:拆解玩具电动机、观察胶卷式照相机等。初中学生制作电动机有困难,但旧玩具中电动机很多,拆解同样是一种探究并且较为现实;制作气体温度计并标刻度的操作中,虽然没有做成一个真正的温度计,但对原理的理解效果很好;胶卷式相机现已基本被数码相机淘汰,但是拆解、观察光学镜头的胶卷式照相机,对于初中物理光学教学中凸透镜成像的理解很有帮助。
(3)调查研究类:以对一种现象、问题的调查研究为项目,产品是调查报告或论文。如:在光纤通信的教学中设计走访、调查本地的永鼎、亨通光缆集团;能源教学时可以调查吴江本地的供电能力和用电情况,走访“苏盛热电”“盛宏热电”等发电厂了解发电和输电的流程;以“F1赛车”为专题的研究,包括赛车研发中的流体力学(空气动力学),材料学,发动机的功率、扭矩、速度、加速度,汽车上的电路等。
其中,制作类“项目”主要侧重于工具的使用介绍、教师的操作示范、成品展示、交流评价、产品拍卖会等环节;调查研究类“项目”可能侧重于访谈对象的确定和联系、访谈表和调查问卷的制作、调查访问活动的指导、调查数据的分析处理、调查报告和小论文的撰写、PPT的制作等环节。因此,对不同“项目”的教学流程和操作要领也不尽相同,应分别研究典型案例,找出共性和个性,提出教学的优化策略。
其中,制作型“项目”主要侧重于工具运用讲解、教师操作演示、成品展示、交流评价、产品拍卖会等环节;调研型“项目”可能侧重于访谈对象的确定和联络、访谈表和调查问卷的制作、调查访问活动的指导、调查数据的分析处理、调查报告和小论文的撰写、PPT的制作等环节。因此,针对不同“项目”的教学流程和操作要点也不尽相同,应分别研究典型案例,找出共性和个性,提出教学改进策略。
四、研究策略和具体部署
为将本课题细致落实,切实推进“项目学习”这种学生自主合作的学习方式在初中物理教学中的应用,我们认真采取以下策略,确保课题研究的有效性:
(1)成立课题组。课题负责人盛建国是吴江市学术领军人物,苏州市学科领军人物徐建华校长、学校教科室陆文龙主任两位高级教师是课题合作者,也是本课题的“项目”指导。学校物理组教师全员参与,课题组由多名吴江市2A级优质课教师、解题竞赛获奖者组成,具有很强的课堂教学和教育科研能力,完全能胜任本课题的研究工作。物理组将本课题作为教研组课题,将教研活动和课题研究工作相结合,落实课题的研究工作。
(2)课题组教师培训制度。组织课题组教师参加有关“项目学习”的培训,通过理论学习和课堂观察,熟悉“项目学习”教学方式,定期开展基于“项目学习”的课堂教学观摩和研讨活动。
(3)课题组例会制度。课题组定期召开会议,确定课题研究各阶段的工作重点,制定有关方案和计划,收集、分析反馈信息,有效调控课题研究进程。
(4)课题档案管理制度。在课题研究的过程中,对课题资料实行定期整理,及时存档,保证课题研究的顺利进行。
具体部署:
1.第一阶段:(时间:2009年10月—2009年11月)
重点工作:研读“项目学习”和新课标理论,开发初中物理教学中的优秀“项目”。
“项目学习”虽然已经在劳技教学和综合实践活动中积累了一定经验,但在初中物理教学中的具体实施还是一个全新的领域。课题组将组织全体物理教师认真学习“项目学习”的有关理论,进一步研读《初中物理课程标准》,在此基础上,力争开发出一系列初中物理教学中的优秀“项目”,引入初中物理教学,促进物理教学的变革和教学质量的提高。
人员:此项工作由盛建国、徐建华、赵忠明完成,负责人:盛建国
2.第二阶段:(时间:2009年11月—2010年6月)
重点工作:物理教学中开展“项目学习”的教学实践,归纳其基本流程和实施要领,反馈调控教学,优化初中物理“项目学习”。
物理组全体教师在培训的基础上,开展初中物理教学中引入“项目学习”的教学实践,在教学中根据反馈信息,及时调控,做好课题资料的记载、积累和整理。通过一些典型“项目学习”的研究,归纳出初中物理教学中开展“项目学习”的基本流程和实施要领,整理学生在物理“项目学习”中的优秀“产品”和研究成果,并形成文字资料和典型课例的录像资料。
人员:此项工作由课题组全员参与完成,负责人:赵忠明、盛建国
3.第三阶段:(时间:2010年7月—2010年10月)
重点工作:研究、优化初中物理“项目学习”中各个教学环节,并归纳总结,形成课题研究成果。
通过对第二阶段教学实践资料的整理和实践经验的反思,整理出学生在物理“项目学习”中的优秀“产品”和研究成果,以“初中物理教学中开展“项目学习”的实施建议和案例分析”为主题,进行总结提升,积极撰写相关教学论文,完成课题研究报告,课例录像编辑,为初中物理教学中开展“项目学习”提出实施建议和优化策略,也为相关后续研究积累经验,提供借鉴。
人员:此项工作由徐建华、盛建国、赵忠明等完成,负责人:盛建国
五、研究的方法:
1.行动研究法。课题研究与教学实践相结合,行动、反馈、调整,总结。
2.案例研究法。以教学实例作为个案进行研究,总结初中物理教学中基于“项目学习”的实施要领和优化策略。
3.经验总结法。充分重视案例和实践经验,结合理论研究进行反思提升,总结“初中物理教学中开展“项目学习”的实施建议和案例分析”的相关经验。
4.文献研究法。通过对国内外相关文献的查阅,研究“项目学习”现状和发展趋势,汲取先进经验,提高本课题的研究实效。
六、研究成果:本课题预设以下研究成果:
1.学生成果:学生在物理“项目学习”中的优秀“产品”和研究成果汇编。
2.研究报告:初中物理教学中开展“项目学习”的实施建议和案例分析
该报告的核心内容和成果包括以下两点:第一部分为基本流程和实施建议,第二部分为案例分析,另有配套的典型课例录像资料。
3.课题论文
课题组成员在研究过程中,根据教学实践,以“初中物理教学中开展“项目学习”的实施建议和案例分析”为核心话题,以初中物理教学方式的变革和学生自主学习、合作学习的开展为主题,从不同侧面撰写研究论文。