資源簡(jiǎn)介

(共27張PPT)
第6單元 第3課
系統(tǒng)自身的優(yōu)化
（黔教版）六年級(jí)
下
1
核心素養(yǎng)目標(biāo)
3
新知講解
5
拓展延伸
7
板書設(shè)計(jì)
2
新知導(dǎo)入
4
課堂練習(xí)
6
課堂總結(jié)
課后作業(yè)
8
01
核心素養(yǎng)目標(biāo)
信息意識(shí)
計(jì)算思維
數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新
信息社會(huì)責(zé)任
在系統(tǒng)優(yōu)化過程中遵守技術(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。
利用編程工具模擬系統(tǒng)優(yōu)化過程，嘗試多種參數(shù)組合方案，通過對(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)。
運(yùn)用模塊化思想分解系統(tǒng)優(yōu)化任務(wù)，通過抽象化建立系統(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。
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。
02
新知導(dǎo)入
活動(dòng)背景
信息系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行離不開系統(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!
02
新知導(dǎo)入
03
新知講解
一、系統(tǒng)硬件的優(yōu)化
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。
活動(dòng)：優(yōu)化機(jī)器人硬件
03
新知講解
部件名稱 不足之處 優(yōu)化方法 優(yōu)化結(jié)果
車輪 左側(cè)車輪歪了裝配不到位 重新安裝到位 裝配正確，行走正常
電機(jī) 動(dòng)力不足 換動(dòng)力更強(qiáng)的馬達(dá) 機(jī)器人跑得更快
傳感器位置 檢測(cè)盲區(qū) 像裝"小眼睛"一樣調(diào)整傳感器角度 能發(fā)現(xiàn)所有障礙物，躲避反應(yīng)變快
電池 耗電太快 改用鋰電池組 連續(xù)工作時(shí)間延長
機(jī)身結(jié)構(gòu) 鋁合金框架易變形 采用碳纖維復(fù)合材料 抗壓強(qiáng)度提升35%
表6-3-1 機(jī)器人硬件優(yōu)化清單
03
新知講解
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。
03
新知講解
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），通過部件協(xié)同提升整體性能與安全性。
03
新知講解
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。
03
新知講解
名稱 不足之處 優(yōu)化方法 優(yōu)化結(jié)果
目標(biāo)值設(shè)定 目標(biāo)值設(shè)定過小，機(jī)器人離道路邊緣過近，容易碰撞 調(diào)整參數(shù)（如增大安全距離） 優(yōu)化行走穩(wěn)定性，降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)
偏差計(jì)算 未明確說明但暗示邏輯缺陷（如轉(zhuǎn)彎糾偏能力不足） 改進(jìn)算法邏輯（如動(dòng)態(tài)修正偏離幅度）
提升彎道通過率
動(dòng)態(tài)響應(yīng)調(diào)整 機(jī)器人急轉(zhuǎn)彎時(shí)響應(yīng)延遲超過0.5秒 增加加速度實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊 彎道通過率提升40%
表 6-3-2 機(jī)器人軟件優(yōu)化清單
03
新知講解
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。
03
新知講解
機(jī)器人軟件優(yōu)化通過參數(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。
拓展閱讀
04
課堂練習(xí)
一、選擇題
1、機(jī)器人轉(zhuǎn)彎時(shí)總撞墻，應(yīng)該優(yōu)化哪個(gè)部件？( )
電機(jī)動(dòng)力 B. 傳感器位置 C. 電池容量
2、以下哪種方法能延長電池續(xù)航？( )
A. 換成更重的鉛酸電池
B. 給機(jī)器人裝太陽能板
C. 編寫自動(dòng)休眠程序
B
A
04
課堂練習(xí)
3、安全責(zé)任體現(xiàn)在優(yōu)化中的哪一步？( )
A. 用環(huán)保材料 B. 讓機(jī)器人跑更快
C. 給程序加更多功能
4、傳感器布局像裝“小眼睛”是為了( )
讓機(jī)器人更可愛 B. 減少檢測(cè)盲區(qū) C. 降低電池耗電
二、判斷題
1、調(diào)整齒輪傳動(dòng)比能讓電機(jī)動(dòng)力更強(qiáng)（ ）
2、程序里的安全距離設(shè)置越大，機(jī)器人越容易撞墻。（ ）
3、優(yōu)化硬件時(shí)不需要考慮環(huán)保問題。（ ）
B
√
A
X
X
04
課堂練習(xí)
三、操作題
通過調(diào)整機(jī)器人轉(zhuǎn)向靈敏度參數(shù)，觀察行走穩(wěn)定性變化，理解系統(tǒng)自身優(yōu)化的原理。
通過搭建循線機(jī)器人，設(shè)置不同轉(zhuǎn)向靈敏度參數(shù)（30%、50%、70%），測(cè)試機(jī)器人在含彎道的賽道上行走的完成時(shí)間與脫軌次數(shù)，記錄數(shù)據(jù)并繪制“靈敏度-時(shí)間”折線圖。觀察參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，分析最優(yōu)參數(shù)組合，理解通過調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)（如傳感器響應(yīng)速度、電機(jī)功率）可實(shí)現(xiàn)自身優(yōu)化，使機(jī)器人兼顧速度與穩(wěn)定性，培養(yǎng)參數(shù)調(diào)試與數(shù)據(jù)分析的科學(xué)探究能力。
05
拓展延伸
交通系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化
綠波帶原理：通過精確計(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、綠燈時(shí)間比。
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。
05
拓展延伸
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)。
前沿應(yīng)用：大堡礁修復(fù)工程通過移植耐熱型蟲黃藻，優(yōu)化珊瑚耐溫參數(shù)。
05
拓展延伸
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，通過觀眾移動(dòng)速度參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整光影變化節(jié)奏。
05
拓展延伸
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%。
05
拓展延伸
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)過度放寬（NINJA貸款：無收入、無工作、無資產(chǎn)者亦可貸款）。
06
課堂總結(jié)
1
引入新知內(nèi)容
系統(tǒng)自身的優(yōu)化
2
系統(tǒng)硬件的優(yōu)化
3
系統(tǒng)軟件的優(yōu)化
4
完成課題練習(xí)
5
進(jìn)行相關(guān)知識(shí)拓展
1
2
3
4
5
07
板書設(shè)計(jì)
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
課后作業(yè)。
1、系統(tǒng)的優(yōu)化在現(xiàn)實(shí)的案例。
08
課后作業(yè)
1、通過查閱文獻(xiàn)，找出一個(gè)實(shí)際案例，說明系統(tǒng)的優(yōu)化在現(xiàn)實(shí)中的重要性，并進(jìn)行總結(jié)。
案例：智能路燈節(jié)能系統(tǒng)
系統(tǒng)構(gòu)成 ：眼睛：光敏傳感器（檢測(cè)環(huán)境亮度），大腦：控制器（設(shè)定晚上6點(diǎn)自動(dòng)啟動(dòng)），手腳：LED路燈（亮度可調(diào)節(jié)）。
優(yōu)化秘密 ：當(dāng)傳感器發(fā)現(xiàn)亮度＜50流明（約日落后15分鐘），路燈自動(dòng)開啟，午夜12點(diǎn)后行人減少，亮度從100%調(diào)至60%。，黎明前亮度＞100流明時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。
效果 ：比傳統(tǒng)路燈省電65%， 燈泡壽命延長3年。
08
課后作業(yè)
案例：校園直飲水溫度控制
系統(tǒng)構(gòu)成 ：溫度計(jì)：電子測(cè)溫探頭，調(diào)節(jié)器：加熱/制冷芯片，顯示器：實(shí)時(shí)溫度數(shù)字。
優(yōu)化魔法 ：設(shè)定水溫保持40℃（最適合飲用的溫度），當(dāng)水溫＜38℃自動(dòng)加熱，＞42℃自動(dòng)降溫，放學(xué)后進(jìn)入省電模式。
效果 ：隨時(shí)喝到溫水不燙嘴，每天節(jié)省10度電≈充滿1000部手機(jī)。
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

展開更多......

收起↑