《簡單的線性規(guī)劃》教學(xué)設(shè)計

王丹

（北京市第二一四中學(xué)）

《簡單的線性規(guī)劃》教學(xué)設(shè)計

王丹

（北京市第二一四中學(xué)）

一、教學(xué)指導(dǎo)思想與理論依據(jù)

線性規(guī)劃是利用數(shù)學(xué)為工具，來研究在一定的人、財、物、時、空等資源條件下，如何安排，達到用最少的資源取得最大的效益。目前所學(xué)的線性規(guī)劃只是規(guī)劃論中極小的一部分，但這部分內(nèi)容，也能體現(xiàn)數(shù)學(xué)的工具性、應(yīng)用性，為學(xué)生今后解決實際問題提供了一種重要的解題方法——數(shù)學(xué)建模法。重點是介紹線性規(guī)劃的有關(guān)概念和利用圖解法求解。難點是圖解法求最優(yōu)解的探索過程。

二、教學(xué)背景分析

1.教學(xué)內(nèi)容分析

本課時是本節(jié)內(nèi)容的第二課時，是本節(jié)的核心內(nèi)容。第一課時即二元一次不等式表示平面區(qū)域，為本課時的學(xué)習(xí)做好了知識上的準備。第三課時線性規(guī)劃的應(yīng)用更是以本課時內(nèi)容為基礎(chǔ)展開的。

2.學(xué)生情況分析

本節(jié)課是對二元一次不等式的深化和再認識、再理解，進一步了解二元一次不等式組在解決實際問題中的應(yīng)用。如果直接向?qū)W生介紹目標函數(shù)的幾何意義，考慮到他們的接受能力，用數(shù)學(xué)游戲來滲透，設(shè)置一系列問題，激發(fā)學(xué)生的探索欲望。

3.教學(xué)方式：自主探究、合作探究及教師引導(dǎo)相結(jié)合。

4.教學(xué)手段：計算機輔助教學(xué)。

三、教學(xué)目標設(shè)計

1.知識與技能：了解線性規(guī)劃的意義以及約束條件、目標函數(shù)、可行解、可行域、最優(yōu)解等基本概念；會用圖解法求線性目標函數(shù)的最大值、最小值。

2.情感、態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)學(xué)生觀察、聯(lián)想、作圖和滲透化歸，用數(shù)學(xué)的意識和解決實際問題的能力。通過對“線性規(guī)劃”的歷史及應(yīng)用的大致介紹，使學(xué)生感受數(shù)學(xué)的文化價值。

四、教學(xué)過程設(shè)計

（一）引入：組織學(xué)生做選盒子的游戲活動

師：在下圖的方格中，每列（x）與每行（y）的交匯處都放有一個盒子，每次你只能選其中的一個盒子，每個盒子對應(yīng)一個分值，即為你的得分，而且該分值與盒子所在的行數(shù)和列數(shù)有關(guān)，且每次的關(guān)系式在變化，你會選哪個盒子分值最高？

第一次:分值=x+y（即：列數(shù)+行數(shù)）

第二次:分值=y-2x（即：行數(shù)-列數(shù)×2）

圖1

圖2

師：出圖3，在圖中找出函數(shù)b=2x+y的最大值？

圖3

學(xué)生沿用上面計算的方法顯然很復(fù)雜，于是學(xué)生的思維產(chǎn)生“結(jié)點”，引出課題，提出何為線性（即為一次的），怎么規(guī)劃（即求函數(shù)的最值），這是本節(jié)課的研究重點。

（二）獨思共議，引導(dǎo)探究方法

引導(dǎo)學(xué)生由特殊到一般，分析目標函數(shù)的函數(shù)值。

師：出圖4，學(xué)生合作探究討論如下問題：

問題1：點（1，1）所對應(yīng)的b值為多少？還有哪些點所對應(yīng)的b值與之相同？

問題2.哪些點所對應(yīng)的b值為6？

問題3.有沒有點對應(yīng)的b值為200？

問題4.b的取值應(yīng)滿足什么條件？

問題5.哪個點所對應(yīng)的b值最大？為什么？

問題6.如何求出b的最大值？

圖4

b的幾何意義是什么？

學(xué)生：b實質(zhì)上為與陰影區(qū)域有公共點的這些斜率為-2的直線在y軸上的截距。

師：如果這個問題重新給你，還用不用再找一個點試一試呢？（不用）那解決該題的方法是什么呢？

（三）變式思考，深化探究思路

（設(shè)計意圖：由特殊到一般，利用數(shù)形結(jié)合，尋求解題思路。）

通過學(xué)生將直線化成斜截式的直線形式，做直線并平移，觀察縱截距的最大值的回答過程。

由圖3找出最大值的鋪墊，學(xué)生就很自然地得到了解決線性規(guī)劃問題的圖解法。

一般的，已知某個二元一次不等式組，如何求目標函數(shù)z=Ax+ By（B≠0）的最值？

（四）形成一般方法

1.畫；2.移；3.求；4.答。

思考題：學(xué)生的午餐和晚餐關(guān)系著學(xué)生的身心健康，某校高一年級，一個單位的營養(yǎng)配餐中有如下成分：

午餐（個/單位）：碳水化合物12，蛋白質(zhì)6，維生素C為6。

晚餐（個/單位）：碳水化合物8，蛋白質(zhì)6，維生素C為10。

午餐和晚餐中至少含有碳水化合物、蛋白質(zhì)和維生素C分別為64個單位、42個單位和54個單位才能滿足學(xué)生正常成長的營養(yǎng)需要。一份午餐為10元，晚餐為16元，求預(yù)定多少單位午餐和晚餐所用費用最節(jié)省的情況下滿足營養(yǎng)要求。

師生活動，建立數(shù)學(xué)模型

（五）回顧歷史，感受文化

“線性規(guī)劃之父”——“丹齊克”

“數(shù)學(xué)的戰(zhàn)爭”——“波斯灣戰(zhàn)爭”

·編輯劉青梅