資源簡介

(共32張PPT)
第6單元 第1課
影響系統運行的因素
（黔教版）六年級
下
1
核心素養目標
3
新知講解
5
拓展延伸
7
板書設計
2
新知導入
4
課堂練習
6
課堂總結
課后作業
8
01
核心素養目標
信息意識
計算思維
數字化學習與創新
信息社會責任
在系統優化中關注技術應用的倫理規范（如數據隱私、設備安全），理解技術對社會的影響，樹立負責任的技術開發與使用觀念。
借助編程工具模擬不同因素對機器人行走的影響，通過迭代實驗驗證優化方案，培養基于數字技術的系統性創新思維。
通過分解系統運行中的硬件、軟件與環境變量，建立因素間邏輯關系，運用抽象思維提出針對性優化策略，提升問題解決能力。
能識別影響機器人行走的內外部因素，主動獲取數據并分析其與系統穩定性的關聯，形成信息驅動的優化意識。
02
新知導入
活動背景
系統在運行過程中，不僅內部處于動態調節狀態，同時也受到外部環境的影響。因此，探析影響系統運行的因素需要內外兼顧。
機器人在賽道上行走，為什么有時快、有時慢
機器人在運行時，會受到一些因素的影響。
02
新知導入
03
新知講解
一、外部因素影響系統運行狀態
1、用冰箱儲存蔬菜、水果、肉類等，可以保持食物的新鮮，使用冰箱時，如果冰箱門沒有關嚴實，會對冰箱的工作造成什么影響 請用反饋原理解釋原因。
活動：探析影響系統的外部因素
03
新知講解
1.冰箱門沒關嚴會導致冰箱持續地制冷，其原因在于反饋給冰箱的實際溫度與設定溫度的偏差遲遲不能趨近于零，從而需要冰箱持續工作縮小偏差。2.由于冷氣外泄和熱氣涌入的持續干擾，壓縮機需要頻繁啟動且長時間運行才能維持溫度。這會導致：能耗增加，部件磨損，制冷效果下降。
03
新知講解
2、分析圖 6-1-1 中的系統在運行時會受到哪些因素的影響。
圖6-1-1 尋找影響系統的外部因素
03
新知講解
1.夏天，門窗打開時，空調的制冷效果會受到影響。
2.在雷雨天氣時，飛機的飛行會受到干擾，影響平穩飛行。如果我們關閉門窗或讓飛機在晴天飛行就能改善空調系統的制冷效果，或提升飛機飛行的安全性。優化和改善影響系統正常工作的外部因素，可以使系統更穩定地運行。
03
新知講解
核心結論
技術背后是科學思維
解決問題需像工程師一樣拆解問題（如平衡、避障）、測試方案，理解技術原理（如PID控制）能幫助創造更實用的智能設備。
03
新知講解
二、內部因素影響系統運行狀態
活動：探析影響機器人的內部因素
觀察機器人運行時的狀態，記錄其運行時出現的不穩定現象。想一想這些現象可能由哪些機器人的自身原因引起 填寫表6-1-1。
03
新知講解
不穩定現象 可能原因
原地打轉 1. 左右輪動力輸出嚴重失衡
2. 方向傳感器（陀螺儀）數據失效
3. 轉向控制程序出現死循環
一直偏左行走 1. 右輪直徑大于左輪（或左輪胎壓不足）
2. 右側電機驅動電壓不足
3. 重心分布左偏導致運動失衡
突然停止 1. 電源接觸不良或電池電量耗盡
2. 碰撞傳感器誤觸發
路徑偏離 1. 導航地圖數據錯誤
2. 左右輪直徑不一致（如左輪磨損）
3. 陀螺儀校準偏移
表6-1-1 探析影響機器人的內部因素
03
新知講解
機器人在道路上行走時，有時會出現行走時快時慢的現象，有時還會偏離道路。我們進一步分析發現，除了外部因素外，系統的內部因素也會影響系統正常運行。例如，安裝機器人傳感器位置時出現偏差;車輪組裝不平衡;在編寫程序時，沒有考慮特殊情況下的傳感器數值變化……這些系統內部因素的影響，會使系統運行不暢，嚴重時甚至導致系統崩潰。排除或優化這些影響因素，才能讓系統穩定地運行。
03
新知講解
機器人走不穩怎么辦？
工程師會給機器人設計“平衡程序”，比如通過輪子速度微調保持平穩，類似人騎車時不斷調整車把。這種技術也用在平衡車、無人機上，讓它們動作更靈活安全。
拓展閱讀
04
課堂練習
一、選擇題 （每題5分，共20分）
1 .以下哪些屬于影響系統運行的內部因素？（多選）( )。
A. 硬件故障 B. 軟件程序錯誤
C. 環境溫度過高 D. 電磁干擾
2.以下哪種情況屬于外部環境因素對系統的影響？( )。
A. 機器人傳感器損壞
B. 程序代碼邏輯錯誤
C. 雨天導致路面濕滑，機器人打滑
D. 電池電量不足
AB
C
04
課堂練習
3.系統各部分的協調性對運行穩定性非常重要，以下哪項是協調性差的例子？( )
A. 傳感器檢測到障礙物后，機器人立即停止
B. 機械手臂動作與攝像頭識別不同步
C. 空調根據室溫自動調節制冷量
D. 智能音箱準確識別語音指令
4.以下哪種現象是環境因素影響系統的典型例子？( )
A. 電腦因程序漏洞死機 B. 手機因電池老化續航變短
C. 無人機在強風中飛行不穩 D. 機器人因電機過熱停止工作
B
C
04
課堂練習
二、判斷題 （每題5分，共15分）
1.內部因素主要指系統硬件和軟件的設計問題，如傳感器故障或程序錯誤。（ ）
2.外部環境因素不會影響信息系統的正常運行。（ ）
3.系統各部分的協調性（如傳感器與執行器的配合）對系統穩定性無關緊要。（ ）
X
X
√
04
課堂練習
三、操作題
任務：分析一個“智能澆花系統”可能受到哪些內部和外部因素的影響，并提出優化建議。
要求：
列舉至少2個內部因素（如傳感器精度、程序邏輯）。
列舉至少2個外部因素（如光照強度、土壤濕度）。
針對其中一個因素，設計解決方案（例如：如何應對雨天自動暫停澆水）。
04
課堂練習
內部因素：土壤濕度傳感器誤差、澆水程序邏輯錯誤。
外部因素：暴雨天氣、長時間強光照射。
解決方案：添加雨水傳感器，檢測到降雨時自動關閉水泵，并通過手機APP提醒用戶。
三、操作題
05
拓展延伸
系統運行的核心組成
1. 硬件部分
機械結構：如機器人的輪子、機械臂（物理部件的磨損、變形會導致運行偏差）。
電子元件：電機、傳感器（如陀螺儀失靈會導致方向錯誤）、電池（電壓不穩影響動力）。
2.軟件部分
控制程序：代碼邏輯錯誤（如循環條件錯誤導致機器人原地打轉）。
數據處理：傳感器數據計算錯誤（如將距離20cm誤判為10cm）。
3.協同工作
輸入→處理→輸出：傳感器采集數據→程序分析→執行器動作（任一環節出錯都會導致系統故障）。
05
拓展延伸
內部因素詳解 （系統自身問題）
分類 典型問題 原理與案例
機械問題 輪徑不一致 左輪比右輪小1mm，每前進1米路徑向右偏移約5cm。
電子問題 電機供電不足 右輪電壓比左輪低10%，導致動力不足，機器人向左偏移(歐姆定律)。
程序問題 死循環邏輯錯誤 未設置循環終止條件，機器人持續執行轉向命令
05
拓展延伸
內部因素詳解 （系統自身問題）
解決方法：
機械：定期測量輪徑，更換磨損部件。
電子：用萬用表檢測電路電壓，修復接觸不良。
程序：添加調試語句（如串口打印變量值），檢查邏輯分支。
05
拓展延伸
外部因素詳解 （環境影響）
分類 典型問題 原理與案例
物理環境 地面濕滑 輪胎與地面摩擦力減小，機器人打滑(摩擦系數降低)。
氣候環境 強風干擾 風力>5級時，無人機姿態控制失效(空氣動力學失衡)。
電磁環境 無線信號干擾 藍牙遙控距離從50米縮短至10米(電磁波被其他設備干擾)。
05
拓展延伸
外部因素詳解 （環境影響）
解決方法：
物理：改用防滑輪胎或增加配重。
氣候：添加風速傳感器，大風時自動暫停任務。
電磁：使用抗干擾通信協議（如Wi-Fi 5GHz頻段）。
05
拓展延伸
系統優化的科學思維
問題分析流程：
觀察現象 （如機器人偏左）→ 假設原因 （右輪動力不足/左輪摩擦大）→ 實驗驗證 （交換左右電機測試）→ 解決問題。
跨學科原理應用：
數學：通過輪徑差計算路徑偏移量（圓周長公式：C=πd）。
物理：摩擦力公式（F=μN）分析輪胎打滑條件。
信息技術：用編程模擬不同環境下的系統行為（如Scratch模擬機器人避障）。
05
拓展延伸
生活中的系統案例
電梯控制系統：
內部因素：按鈕接觸不良、程序樓層檢測錯誤。
外部因素：超載、停電。
智能路燈系統：
內部因素：光敏傳感器損壞、定時程序錯誤。
外部因素：霧霾天透光率下降、人為遮擋傳感器。
06
課堂總結
1
引入新知內容
影響系統運行的因素
2
外部因素影響系統運行狀態
3
探析影響機器人的內部因素
4
完成課題練習
5
進行相關知識拓展
1
2
3
4
5
07
板書設計
影響系統運行的因素
1、進行新知引入
2、外部因素影響系統運行狀態
3、探析影響機器人的內部因素4、完成課堂練習
5、進行知識拓展
課后作業。
1、影響系統運行的因素在自然界中的應用。
08
課后作業
1、通過查閱文獻，找出一個實際案例，說明影響系統運行的因素
在自然界中的重要性，并進行總結。
案例：蜜蜂蜂巢的溫度調節系統
系統功能：維持蜂巢恒溫（34-35℃），保障幼蟲正常發育。
內部因素：1.工蜂協作行為：蜜蜂通過扇動翅膀促進空氣流通（類似“風扇”），或聚集在巢口減少熱量散失。2.信息素調控：蜂后釋放化學信號，協調工蜂的保溫或散熱行動（類似“控制程序”）。
外部因素：1.環境溫度驟變：夏季高溫可能引發蜂群過度扇風，導致蜂蜜水分蒸發過快。2.巢穴結構損壞：外部動物破壞蜂巢外殼，導致保溫性能下降。
08
課后作業
1、通過查閱文獻，找出一個實際案例，說明反饋機制在自然界中的重要性，并進行總結。
案例2：候鳥遷徙的導航系統
系統功能：精確完成數千公里遷徙，避開障礙并找到棲息地。
內部因素：1.生物鐘與遺傳記憶：鳥類大腦內置遷徙路線（如北極燕鷗“S”形跨洋路線）。2.磁感應細胞：喙部含磁鐵礦顆粒，感知地球磁場方向（類似“指南針傳感器”）。
外部因素：1.地磁干擾：太陽耀斑活動擾亂地磁場，導致候鳥偏離航線。2.氣候異常：暴風雨迫使鳥類改變飛行高度或路徑，增加能量消耗。
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