資源簡(jiǎn)介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺(tái)
第1課《系統(tǒng)自身的優(yōu)化》教學(xué)設(shè)計(jì)
課題 系統(tǒng)自身的優(yōu)化 單元 第六單元 學(xué)科 信息科技 年級(jí) 六年級(jí)下
核心素養(yǎng)目標(biāo) 信息意識(shí)：能識(shí)別系統(tǒng)優(yōu)化對(duì)提升穩(wěn)定性的價(jià)值，主動(dòng)關(guān)注機(jī)器人運(yùn)行數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，理解參數(shù)調(diào)整對(duì)系統(tǒng)性能的影響。計(jì)算思維：運(yùn)用模塊化思想分解系統(tǒng)優(yōu)化任務(wù)，通過(guò)抽象化建立系統(tǒng)模型，設(shè)計(jì)算法驗(yàn)證優(yōu)化方案，掌握"分而治之"的解決策略。數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新：利用編程工具模擬系統(tǒng)優(yōu)化過(guò)程，嘗試多種參數(shù)組合方案，通過(guò)對(duì)比測(cè)試數(shù)據(jù)選擇最優(yōu)解，形成迭代改進(jìn)的創(chuàng)新意識(shí)。信息社會(huì)責(zé)任：在系統(tǒng)優(yōu)化過(guò)程中遵守技術(shù)倫理規(guī)范，關(guān)注算法調(diào)整可能引發(fā)的安全隱患，培養(yǎng)負(fù)責(zé)任的技術(shù)改進(jìn)態(tài)度。
教學(xué)重點(diǎn) 1、系統(tǒng)硬件的優(yōu)化。2、系統(tǒng)軟件的優(yōu)化。
教學(xué)難點(diǎn) 1、分辨系統(tǒng)的硬件軟件的優(yōu)化。
教學(xué)過(guò)程
教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 設(shè)計(jì)意圖
導(dǎo)入新課 板書課題。1、活動(dòng)背景信息系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行離不開(kāi)系統(tǒng)優(yōu)化。系統(tǒng)優(yōu)化能夠讓系統(tǒng)運(yùn)行得更穩(wěn)、更快、更準(zhǔn)。信息系統(tǒng)通常包含硬件和軟件，系統(tǒng)優(yōu)化可以從這兩方面入手。優(yōu)化機(jī)器人系統(tǒng)可以從哪些方面進(jìn)行呢 可以優(yōu)化的方面非常多，先從系統(tǒng)自身試試吧!2、觀看教學(xué)視頻《系統(tǒng)的優(yōu)化》。 學(xué)習(xí)新知引入，觀看教學(xué)視頻。 用提問(wèn)的方式引入課題，增強(qiáng)課堂互動(dòng)性。將學(xué)生的注意吸引到課堂。
講授新課 新知講解：系統(tǒng)硬件的優(yōu)化活動(dòng)：優(yōu)化機(jī)器人硬件1、仔細(xì)檢查機(jī)器人系統(tǒng)的主要硬件(圖6-3-1)，是否存在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷模塊之間不匹配、模塊裝配不到位、模塊功能不足、性能不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題。提出你的優(yōu)化方法，記錄優(yōu)化結(jié)果，并填寫在表6-3-1中。部件名稱：車輪。不足之處：左側(cè)車輪歪了裝配不到位。優(yōu)化方法：重新安裝到位。優(yōu)化結(jié)果：裝配正確，行走正常。部件名稱：電機(jī)。不足之處：動(dòng)力不足。優(yōu)化方法：換動(dòng)力更強(qiáng)的馬達(dá)。優(yōu)化結(jié)果：機(jī)器人跑得更快。部件名稱：傳感器位置。不足之處：檢測(cè)盲區(qū)。優(yōu)化方法：像裝"小眼睛"一樣調(diào)整傳感器角度。優(yōu)化結(jié)果：能發(fā)現(xiàn)所有障礙物，躲避反應(yīng)變快。部件名稱：電池。不足之處：耗電太快。優(yōu)化方法：改用鋰電池組。優(yōu)化結(jié)果：連續(xù)工作時(shí)間延長(zhǎng)。部件名稱：機(jī)身結(jié)構(gòu)。不足之處：鋁合金框架易變形。優(yōu)化方法：采用碳纖維復(fù)合材料。優(yōu)化結(jié)果：抗壓強(qiáng)度提升35%。硬件的優(yōu)化對(duì)系統(tǒng)的功能和性能都有影響，因此要在系統(tǒng)思想指導(dǎo)下整體考慮。硬件的優(yōu)化需要考慮系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、模塊之間的匹配度、模塊的性能等方面。例如，更換更大功率的電機(jī)能夠讓機(jī)器人走得更快，從而提高機(jī)器人的行走性能;檢查車輪與新電機(jī)是否匹配良好，是否需要優(yōu)化;思考新電機(jī)重量的變化是否會(huì)影響機(jī)器人的重心和行走的穩(wěn)定性，以及是否需要優(yōu)化機(jī)器人的結(jié)構(gòu);等等。核心結(jié)論機(jī)器人已完成車輪裝配校正（行走正常），需優(yōu)化電機(jī)動(dòng)力（升級(jí)高扭矩）、傳感器布局（消除盲區(qū)）、電池續(xù)航（增加穩(wěn)壓模塊），通過(guò)部件協(xié)同提升整體性能與安全性。二、系統(tǒng)軟件的優(yōu)化活動(dòng)：優(yōu)化機(jī)器人軟件仔細(xì)檢查機(jī)器人系統(tǒng)的軟件部分，是否存在功能不正常、邏輯錯(cuò)誤和參數(shù)設(shè)置不合理等問(wèn)題。提出你的優(yōu)化方法，記錄優(yōu)化結(jié)果，并填寫在表6-3-2 中。名稱：目標(biāo)值設(shè)定。不足之處：目標(biāo)值設(shè)定過(guò)小，機(jī)器人離道路邊緣過(guò)近，容易碰撞。優(yōu)化方法：調(diào)整參數(shù)（如增大安全距離）。優(yōu)化結(jié)果：優(yōu)化行走穩(wěn)定性，降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)。名稱：偏差計(jì)算。不足之處：未明確說(shuō)明但暗示邏輯缺陷（如轉(zhuǎn)彎糾偏能力不足）。優(yōu)化方法：改進(jìn)算法邏輯（如動(dòng)態(tài)修正偏離幅度）。優(yōu)化結(jié)果：提升彎道通過(guò)率。名稱：動(dòng)態(tài)響應(yīng)調(diào)整。不足之處：機(jī)器人急轉(zhuǎn)彎時(shí)響應(yīng)延遲超過(guò)0.5秒。優(yōu)化方法：增加加速度實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊。優(yōu)化結(jié)果：彎道通過(guò)率提升40%。可能原因軟件的優(yōu)化對(duì)系統(tǒng)功能和性能的發(fā)揮會(huì)起到重要的作用。優(yōu)化軟件時(shí)重點(diǎn)要關(guān)注軟件的功能是否完整實(shí)現(xiàn)，以及軟件的性能是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，例如，機(jī)器人遇到彎道能否順利轉(zhuǎn)彎，偏離路線后能否快速糾正，是否頻繁偏離，偏離的幅度是否較大。這些都和軟件中參數(shù)的設(shè)置以及邏輯運(yùn)算緊密相關(guān)。軟件的優(yōu)化與硬件的優(yōu)化同等重要。拓展閱讀機(jī)器人軟件優(yōu)化通過(guò)參數(shù)校準(zhǔn)（如彎道安全距離）與算法迭代（動(dòng)態(tài)糾偏邏輯），在自動(dòng)駕駛、工業(yè)機(jī)器人等場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，體現(xiàn)信息處理能力與工程思維的統(tǒng)一。三、課堂練習(xí)完成教材14—16頁(yè)相關(guān)課堂練習(xí)題。四、拓展延伸1、交通系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化綠波帶原理：通過(guò)精確計(jì)算相鄰路口信號(hào)燈的時(shí)間差，使車流按特定速度行駛時(shí)連續(xù)通過(guò)綠燈，減少停車次數(shù)。優(yōu)化參數(shù)包括相位差、周期時(shí)長(zhǎng)、綠燈時(shí)間比。 軟件部分 潮汐車道技術(shù)：根據(jù)早晚高峰車流方向不對(duì)稱性，動(dòng)態(tài)調(diào)整車道數(shù)量。依賴實(shí)時(shí)流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與可變信息標(biāo)志（VMS）的參數(shù)聯(lián)動(dòng)算法。現(xiàn)實(shí)案例：杭州文二路綠波帶使平均車速提升30%，北京京通快速路潮汐車道縮短通勤時(shí)間15分鐘。2、生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)反饋調(diào)節(jié)草原平衡機(jī)制：草量↑→食草動(dòng)物↑→草量↓→食草動(dòng)物↓→草量↑，形成動(dòng)態(tài)平衡。關(guān)鍵參數(shù)為種群增長(zhǎng)率與環(huán)境承載量。珊瑚共生系統(tǒng)：蟲黃藻為珊瑚提供90%能量，水溫超過(guò)閾值（通常30℃）導(dǎo)致藻類逃離，觸發(fā)珊瑚白化的正反饋惡性循環(huán)。3、文化傳承的數(shù)字化優(yōu)化敦煌壁畫修復(fù)：利用多光譜成像技術(shù)提取顏料成分參數(shù)，AI算法模擬筆觸規(guī)律，生成缺損部分補(bǔ)全方案。古籍活化系統(tǒng)：OCR文字識(shí)別誤差率從20%降至1.5%的關(guān)鍵突破：引入書法風(fēng)格對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（CalliGAN）優(yōu)化字形匹配參數(shù)。技術(shù)突破：故宮《千里江山圖》動(dòng)態(tài)數(shù)字展，通過(guò)觀眾移動(dòng)速度參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整光影變化節(jié)奏。4、航天器的冗余優(yōu)化設(shè)計(jì)三模冗余原則：關(guān)鍵系統(tǒng)（如制導(dǎo)計(jì)算機(jī)）同時(shí)運(yùn)行三個(gè)獨(dú)立單元，采用多數(shù)表決機(jī)制容錯(cuò)。優(yōu)化參數(shù)包括表決響應(yīng)時(shí)間（＜3微秒）與功耗比。 燃料優(yōu)化策略：嫦娥五號(hào)采用“彈道-升力混合式”再入方案，通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)整攻角參數(shù)（±10°范圍），使著陸精度從千米級(jí)提升至百米級(jí).經(jīng)典案例：國(guó)際空間站生命維持系統(tǒng)設(shè)置6級(jí)備份，氧氣濃度參數(shù)容錯(cuò)區(qū)間精確到18.5%～23.5%。5、金融系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)控制熔斷機(jī)制：當(dāng)股指波動(dòng)超過(guò)閾值（如標(biāo)普500指數(shù)跌7%），暫停交易15分鐘。參數(shù)優(yōu)化需平衡市場(chǎng)流動(dòng)性（交易量）與恐慌抑制效果。 信用評(píng)分模型：FICO評(píng)分系統(tǒng)通過(guò)5類參數(shù)（還款記錄35%、負(fù)債率30%等）量化信用風(fēng)險(xiǎn)，動(dòng)態(tài)調(diào)整貸款準(zhǔn)入閾值。歷史教訓(xùn)：2008年金融危機(jī)源于房貸審批參數(shù)過(guò)度放寬（NINJA貸款：無(wú)收入、無(wú)工作、無(wú)資產(chǎn)者亦可貸款）。 完成活動(dòng)并認(rèn)識(shí)系統(tǒng)硬件優(yōu)化。學(xué)習(xí)核心結(jié)論。完成系統(tǒng)軟件的優(yōu)化完成課堂練習(xí)。進(jìn)行課外知識(shí)拓展。 結(jié)合優(yōu)化機(jī)器人硬件情境學(xué)習(xí)，鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和思考能力。培養(yǎng)學(xué)生思考能力和實(shí)際動(dòng)手能力，提高學(xué)生的注意力和課堂參與度。引導(dǎo)學(xué)生思考更多系統(tǒng)優(yōu)化例子，加深所學(xué)知識(shí)內(nèi)容。在課堂練習(xí)中強(qiáng)化所學(xué)知識(shí)內(nèi)容。拓寬學(xué)生知識(shí)面。
課堂小結(jié) 系統(tǒng)自身的優(yōu)化1、進(jìn)行新知引入2、系統(tǒng)硬件的優(yōu)化3、系統(tǒng)軟件的優(yōu)化4、完成課堂練習(xí)5、進(jìn)行知識(shí)拓展 總結(jié)回顧 對(duì)本節(jié)課內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)概括。
課后作業(yè) 1、通過(guò)查閱文獻(xiàn)，找出一個(gè)實(shí)際案例，說(shuō)明系統(tǒng)的優(yōu)化在現(xiàn)實(shí)中的重要性，并進(jìn)行總結(jié)。 布置作業(yè) 拓展學(xué)生的學(xué)習(xí)能力
課堂板書 觀看板書 強(qiáng)調(diào)教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容。
21世紀(jì)教育網(wǎng) www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁(yè) （共 2 頁(yè)）
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