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第1课《系统自身的优化》教学设计
课题 系统自身的优化 单元 第六单元 学科 信息科技 年级 六年级下
核心素养目标 信息意识：能识别系统优化对提升稳定性的价值，主动关注机器人运行数据的变化规律，理解参数调整对系统性能的影响。计算思维：运用模块化思想分解系统优化任务，通过抽象化建立系统模型，设计算法验证优化方案，掌握"分而治之"的解决策略。数字化学习与创新：利用编程工具模拟系统优化过程，尝试多种参数组合方案，通过对比测试数据选择最优解，形成迭代改进的创新意识。信息社会责任：在系统优化过程中遵守技术伦理规范，关注算法调整可能引发的安全隐患，培养负责任的技术改进态度。
教学重点 1、系统硬件的优化。2、系统软件的优化。
教学难点 1、分辨系统的硬件软件的优化。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 板书课题。1、活动背景信息系统的稳定运行离不开系统优化。系统优化能够让系统运行得更稳、更快、更准。信息系统通常包含硬件和软件，系统优化可以从这两方面入手。优化机器人系统可以从哪些方面进行呢 可以优化的方面非常多，先从系统自身试试吧!2、观看教学视频《系统的优化》。 学习新知引入，观看教学视频。 用提问的方式引入课题，增强课堂互动性。将学生的注意吸引到课堂。
讲授新课 新知讲解：系统硬件的优化活动：优化机器人硬件1、仔细检查机器人系统的主要硬件(图6-3-1)，是否存在结构设计缺陷模块之间不匹配、模块装配不到位、模块功能不足、性能不达标等问题。提出你的优化方法，记录优化结果，并填写在表6-3-1中。部件名称：车轮。不足之处：左侧车轮歪了装配不到位。优化方法：重新安装到位。优化结果：装配正确，行走正常。部件名称：电机。不足之处：动力不足。优化方法：换动力更强的马达。优化结果：机器人跑得更快。部件名称：传感器位置。不足之处：检测盲区。优化方法：像装"小眼睛"一样调整传感器角度。优化结果：能发现所有障碍物，躲避反应变快。部件名称：电池。不足之处：耗电太快。优化方法：改用锂电池组。优化结果：连续工作时间延长。部件名称：机身结构。不足之处：铝合金框架易变形。优化方法：采用碳纤维复合材料。优化结果：抗压强度提升35%。硬件的优化对系统的功能和性能都有影响，因此要在系统思想指导下整体考虑。硬件的优化需要考虑系统的硬件结构、模块之间的匹配度、模块的性能等方面。例如，更换更大功率的电机能够让机器人走得更快，从而提高机器人的行走性能;检查车轮与新电机是否匹配良好，是否需要优化;思考新电机重量的变化是否会影响机器人的重心和行走的稳定性，以及是否需要优化机器人的结构;等等。核心结论机器人已完成车轮装配校正（行走正常），需优化电机动力（升级高扭矩）、传感器布局（消除盲区）、电池续航（增加稳压模块），通过部件协同提升整体性能与安全性。二、系统软件的优化活动：优化机器人软件仔细检查机器人系统的软件部分，是否存在功能不正常、逻辑错误和参数设置不合理等问题。提出你的优化方法，记录优化结果，并填写在表6-3-2 中。名称：目标值设定。不足之处：目标值设定过小，机器人离道路边缘过近，容易碰撞。优化方法：调整参数（如增大安全距离）。优化结果：优化行走稳定性，降低碰撞风险。名称：偏差计算。不足之处：未明确说明但暗示逻辑缺陷（如转弯纠偏能力不足）。优化方法：改进算法逻辑（如动态修正偏离幅度）。优化结果：提升弯道通过率。名称：动态响应调整。不足之处：机器人急转弯时响应延迟超过0.5秒。优化方法：增加加速度实时检测模块。优化结果：弯道通过率提升40%。可能原因软件的优化对系统功能和性能的发挥会起到重要的作用。优化软件时重点要关注软件的功能是否完整实现，以及软件的性能是否达到预期目标，例如，机器人遇到弯道能否顺利转弯，偏离路线后能否快速纠正，是否频繁偏离，偏离的幅度是否较大。这些都和软件中参数的设置以及逻辑运算紧密相关。软件的优化与硬件的优化同等重要。拓展阅读机器人软件优化通过参数校准（如弯道安全距离）与算法迭代（动态纠偏逻辑），在自动驾驶、工业机器人等场景实现精准控制，体现信息处理能力与工程思维的统一。三、课堂练习完成教材14—16页相关课堂练习题。四、拓展延伸1、交通系统的参数优化绿波带原理：通过精确计算相邻路口信号灯的时间差，使车流按特定速度行驶时连续通过绿灯，减少停车次数。优化参数包括相位差、周期时长、绿灯时间比。 软件部分 潮汐车道技术：根据早晚高峰车流方向不对称性，动态调整车道数量。依赖实时流量监测数据与可变信息标志（VMS）的参数联动算法。现实案例：杭州文二路绿波带使平均车速提升30%，北京京通快速路潮汐车道缩短通勤时间15分钟。2、生态系统的负反馈调节草原平衡机制：草量↑→食草动物↑→草量↓→食草动物↓→草量↑，形成动态平衡。关键参数为种群增长率与环境承载量。珊瑚共生系统：虫黄藻为珊瑚提供90%能量，水温超过阈值（通常30℃）导致藻类逃离，触发珊瑚白化的正反馈恶性循环。3、文化传承的数字化优化敦煌壁画修复：利用多光谱成像技术提取颜料成分参数，AI算法模拟笔触规律，生成缺损部分补全方案。古籍活化系统：OCR文字识别误差率从20%降至1.5%的关键突破：引入书法风格对抗网络（CalliGAN）优化字形匹配参数。技术突破：故宫《千里江山图》动态数字展，通过观众移动速度参数实时调整光影变化节奏。4、航天器的冗余优化设计三模冗余原则：关键系统（如制导计算机）同时运行三个独立单元，采用多数表决机制容错。优化参数包括表决响应时间（＜3微秒）与功耗比。 燃料优化策略：嫦娥五号采用“弹道-升力混合式”再入方案，通过实时调整攻角参数（±10°范围），使着陆精度从千米级提升至百米级.经典案例：国际空间站生命维持系统设置6级备份，氧气浓度参数容错区间精确到18.5%～23.5%。5、金融系统的风险控制熔断机制：当股指波动超过阈值（如标普500指数跌7%），暂停交易15分钟。参数优化需平衡市场流动性（交易量）与恐慌抑制效果。 信用评分模型：FICO评分系统通过5类参数（还款记录35%、负债率30%等）量化信用风险，动态调整贷款准入阈值。历史教训：2008年金融危机源于房贷审批参数过度放宽（NINJA贷款：无收入、无工作、无资产者亦可贷款）。 完成活动并认识系统硬件优化。学习核心结论。完成系统软件的优化完成课堂练习。进行课外知识拓展。 结合优化机器人硬件情境学习，锻炼学生的学习能力和思考能力。培养学生思考能力和实际动手能力，提高学生的注意力和课堂参与度。引导学生思考更多系统优化例子，加深所学知识内容。在课堂练习中强化所学知识内容。拓宽学生知识面。
课堂小结 系统自身的优化1、进行新知引入2、系统硬件的优化3、系统软件的优化4、完成课堂练习5、进行知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 1、通过查阅文献，找出一个实际案例，说明系统的优化在现实中的重要性，并进行总结。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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