资源简介

(共27张PPT)
第6单元 第3课
系统自身的优化
（黔教版）六年级
下
1
核心素养目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
8
01
核心素养目标
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
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。
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。
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。
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。
02
新知导入
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!
02
新知导入
03
新知讲解
一、系统硬件的优化
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。
活动：优化机器人硬件
03
新知讲解
部件名称 不足之处 优化方法 优化结果
车轮 左侧车轮歪了装配不到位 重新安装到位 装配正确，行走正常
电机 动力不足 换动力更强的马达 机器人跑得更快
传感器位置 检测盲区 像装"小眼睛"一样调整传感器角度 能发现所有障碍物，躲避反应变快
电池 耗电太快 改用锂电池组 连续工作时间延长
机身结构 铝合金框架易变形 采用碳纤维复合材料 抗压强度提升35%
表6-3-1 机器人硬件优化清单
03
新知讲解
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。
03
新知讲解
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。
03
新知讲解
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。
03
新知讲解
名称 不足之处 优化方法 优化结果
目标值设定 目标值设定过小，机器人离道路边缘过近，容易碰撞 调整参数（如增大安全距离） 优化行走稳定性，降低碰撞风险
偏差计算 未明确说明但暗示逻辑缺陷（如转弯纠偏能力不足） 改进算法逻辑（如动态修正偏离幅度）
提升弯道通过率
动态响应调整 机器人急转弯时响应延迟超过0.5秒 增加加速度实时检测模块 弯道通过率提升40%
表 6-3-2 机器人软件优化清单
03
新知讲解
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。
03
新知讲解
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。
拓展阅读
04
课堂练习
一、选择题
1、机器人转弯时总撞墙，应该优化哪个部件？( )
电机动力 B. 传感器位置 C. 电池容量
2、以下哪种方法能延长电池续航？( )
A. 换成更重的铅酸电池
B. 给机器人装太阳能板
C. 编写自动休眠程序
B
A
04
课堂练习
3、安全责任体现在优化中的哪一步？( )
A. 用环保材料 B. 让机器人跑更快
C. 给程序加更多功能
4、传感器布局像装“小眼睛”是为了( )
让机器人更可爱 B. 减少检测盲区 C. 降低电池耗电
二、判断题
1、调整齿轮传动比能让电机动力更强（ ）
2、程序里的安全距离设置越大，机器人越容易撞墙。（ ）
3、优化硬件时不需要考虑环保问题。（ ）
B
√
A
X
X
04
课堂练习
三、操作题
通过调整机器人转向灵敏度参数，观察行走稳定性变化，理解系统自身优化的原理。
通过搭建循线机器人，设置不同转向灵敏度参数（30%、50%、70%），测试机器人在含弯道的赛道上行走的完成时间与脱轨次数，记录数据并绘制“灵敏度-时间”折线图。观察参数变化对系统稳定性的影响，分析最优参数组合，理解通过调整系统内部参数（如传感器响应速度、电机功率）可实现自身优化，使机器人兼顾速度与稳定性，培养参数调试与数据分析的科学探究能力。
05
拓展延伸
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。
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。
05
拓展延伸
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。
前沿应用：大堡礁修复工程通过移植耐热型虫黄藻，优化珊瑚耐温参数。
05
拓展延伸
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。
05
拓展延伸
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%。
05
拓展延伸
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）。
06
课堂总结
1
引入新知内容
系统自身的优化
2
系统硬件的优化
3
系统软件的优化
4
完成课题练习
5
进行相关知识拓展
1
2
3
4
5
07
板书设计
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
课后作业。
1、系统的优化在现实的案例。
08
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。
案例：智能路灯节能系统
系统构成 ：眼睛：光敏传感器（检测环境亮度），大脑：控制器（设定晚上6点自动启动），手脚：LED路灯（亮度可调节）。
优化秘密 ：当传感器发现亮度＜50流明（约日落后15分钟），路灯自动开启，午夜12点后行人减少，亮度从100%调至60%。，黎明前亮度＞100流明时自动关闭。
效果 ：比传统路灯省电65%， 灯泡寿命延长3年。
08
课后作业
案例：校园直饮水温度控制
系统构成 ：温度计：电子测温探头，调节器：加热/制冷芯片，显示器：实时温度数字。
优化魔法 ：设定水温保持40℃（最适合饮用的温度），当水温＜38℃自动加热，＞42℃自动降温，放学后进入省电模式。
效果 ：随时喝到温水不烫嘴，每天节省10度电≈充满1000部手机。
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

展开更多......

收起↑