资源简介

六年级信息科技学科教案
教学 内容 第八单元第3课 系统的优化 上课时间 总第 课时
教学 目标 信息意识：认识到系统优化是提升系统性能的重要手段，理解优化可以从系统自身和外部环境两个方面进行。培养主动思考如何让系统变得更好的优化意识。 计算思维：理解系统优化的基本思路——通过增加反馈、升级要素、改善环境等方式提升系统性能。掌握从内部因素和外部环境两个维度分析优化方案的系统思维框架。 数字化学习与创新：能够通过“智能太阳能电池板模拟系统”实验，亲身体验系统优化的实现过程。在程序设计和调试中，培养创新思维和解决实际问题的能力。 信息社会责任：认识到系统优化对提高效率、节约能源、保障安全的重要意义，理解持续改进、不断迭代是推动技术进步的重要力量。培养精益求精的工匠精神。
教学重点、难点 教学重点： 1.理解系统优化的两个基本方向——系统自身优化和外部环境优化。 2.掌握系统自身优化的方法——增加反馈控制、升级硬件模块、优化算法流程。 3.掌握外部环境优化的方法——改善光照、控制温度、减少干扰。 4.能够设计智能太阳能电池板模拟系统程序，实现自动追光功能。 教学难点： 1.理解“增加反馈信息”本身就是一种重要的系统优化方法。 2.将优化思路综合运用到具体问题分析中。 3.理解自动追光系统中多个传感器的协同工作逻辑。
教学 准备
教学流程
（一）导入新课：如何让系统变得更好？ 教师活动：同学们，通过前两节课的学习，我们知道了系统有稳态特征，也知道了各种干扰因素会影响系统的稳定运行。那么，如何让系统变得更好、更高效、更稳定呢？今天我们就来学习第3课——系统的优化。 学生活动：倾听导入，思考如何提升系统性能。 教师活动：系统的优化可以使系统的运行更加高效、稳定。系统的运行除了与自身相关，与外部环境也密切相关。因此，系统的优化可以从系统自身和外部环境两个方面进行。 设计意图：承接前两课内容，引出本课主题——系统优化，明确优化的两个基本方向。 （二）案例一：太阳能电池板的自动追光 教师活动：小智的机器人电池采用了太阳能转化充电系统。为了最大限度地利用太阳能，需要不断调整太阳能电池板的方向，以确保其始终朝向太阳。这样可以保证太阳能电池板充分接收到阳光，从而实现更有效地充电。你能帮助小智实现太阳能电池板跟随太阳自动调整方向吗？ 学生活动：思考如何实现太阳能电池板自动追光。 预设1：学生回答可以装传感器检测阳光方向，然后用电动机调整角度。 教师活动讲解：为太阳能电池板增加光线反馈控制装置，能提高人们对太阳能电池板的智能控制，使其自动响应光照角度变化，实现从手动控制向自动控制的转型。在系统自我优化的过程中，增加反馈信息，构建一个有效的反馈系统，可以使系统运行更智能、更高效。 教师活动板书：系统自身优化——增加反馈控制，让系统从“手动”变“自动”。 设计意图：通过太阳能电池板案例，让学生理解增加反馈控制是系统优化的重要手段。 （三）案例二：智能摄像头的升级 教师活动：小慧家的智能安全居家系统已经使用多年。虽然目前的摄像头画面质量基本清晰，能满足日常需求，但市场上同时也在不断涌现出许多高清晰度的摄像头。思考并讨论：采取哪些措施可以进一步提升智能安全居家系统画面采集数据的性能？ 学生活动：观察智能家居摄像头图片，小组讨论优化方案。 预设2：学生回答可以换更高清摄像头、加夜视功能、用AI识别更准。 教师活动总结：通过升级，如更换摄像头模块、引入智能分析技术等，可以使智能安全居家系统提供更全面、更准确的居家安全保障。在系统自身的优化过程中，不但要对系统的要素、算法、流程和技术等进行优化，还要考虑外观结构等因素的优化，以消除潜在的故障风险，提高效率并降低能耗。 教师活动板书：系统自身优化——升级硬件模块、优化算法技术。 设计意图：通过智能摄像头案例，让学生理解硬件升级和功能扩展是系统优化的重要途径。 （四）案例三：人脸识别闸机的环境优化 教师活动：进火车站前，首先需要通过带有人脸识别的闸机。小智仔细观察后发现，不同的闸机处理速度存在差异。其中，部分闸机在光照较强时，响应速度较快；在光照较弱时，响应速度较慢。你觉得造成系统效率不一致的原因是什么？对效率低的系统该如何进行优化？ 学生活动：观察人脸识别闸机图片，分析原因，思考优化方案。 预设3：学生回答光照暗的时候识别慢，可以加灯光照亮人脸。 教师活动讲解：当闸机上方光线明亮时，人脸识别系统能够迅速而准确地捕捉到面部特征，从而提高整个验证过程的效率。反之，当光线较为昏暗时，人脸识别系统可能需要更长时间获取人脸特征信息。 教师活动总结：这是外部环境对系统的影响。要优化这类系统，可以从改善外部环境入手——增加补光灯、调整光线角度等，让人脸识别系统在更好的环境下工作。 教师活动板书：外部环境优化——改善光照、温度、湿度等环境条件。 设计意图：通过人脸识别闸机案例，让学生理解外部环境优化的重要性，与前两个案例形成对比，完整呈现优化的两个维度。 （五）综合讨论：计算机和台灯的优化 教师活动：查阅资料，思考并讨论：如何对计算机和台灯的系统进行优化？ 学生活动：小组讨论，从内部因素和外部环境两个维度思考计算机和台灯的优化方案。 预设4：学生回答计算机可以升级CPU、加内存、装更好的软件（内部），放在通风好的地方、避免阳光直射（外部）；台灯可以换更亮的灯泡、加调光功能（内部），放在合适的高度和角度（外部）。 教师活动点评：同学们想得很全面！内部因素优化和外部环境优化是系统优化中不可或缺的两个方面。综合考虑和平衡这两个方面的优化，可以使系统运行得更加稳定、高效，并提高其适应环境变化的能力。 教师活动：进一步讲解：优化不仅仅是提升系统的整体性能，也是推动技术创新与发明的重要力量。通过不断地迭代，可以推动整个社会向前迈进。比如手机每年都在升级，汽车越来越智能，这些都是优化的结果。 设计意图：通过计算机和台灯的优化讨论，让学生综合运用所学知识，培养系统化的优化思维。 （六）实验探究：智能太阳能电池板模拟系统 教师活动：布置实验任务：智能太阳能电池板能够根据太阳的移动自动调节角度，从而最大限度地吸收太阳能。请设计一个可以随着光线变化自动调节角度的智能太阳能电池板模拟系统。 教师活动：介绍实验准备：过程与控制实验板、4个光敏传感器、2个伺服电机、1块太阳能电池板、数据线、信号线、手电筒、编程软件等。 教师活动：讲解实验过程： 第一步，用信号线将伺服电机、太阳能电池板连接至过程与控制实验板；将光敏传感器分别安装在太阳能电池板的上下左右4个位置。 教师活动强调：四个光敏传感器的布局很关键——它们就像太阳能电池板的“眼睛”，分别检测上下左右四个方向的光线强度，告诉系统“光从哪边来”。 第二步，用数据线将过程与控制实验板连接到计算机。 第三步，启动编程软件，单击左下角的“扩展中心”，选择并加载“过程与控制实验板”。单击“启动”按钮，并最小化弹出窗口。 第四步，调用“太阳能电池板自动追光”程序模块，编写开启、关闭太阳能电池板自动追光程序，可实现：太阳能电池板能随着光线的变化而自动调节角度，如当上方光线最强时，太阳能电池板就向上转动。 教师活动：示范编程思路： 读取四个光敏传感器的值，分别代表上下左右的光照强度。 比较四个方向的光照强度，找出最强的方向。 如果上方光线最强，就让太阳能板向上转动。 如果下方光线最强，就让太阳能板向下转动。 如果左方光线最强，就让太阳能板向左转动。 如果右方光线最强，就让太阳能板向右转动。 持续循环检测和调整，实现自动追光。 学生活动尝试编写程序。 教师活动：讲解第五步：选择COM口，连接设备，将程序下载到过程与控制实验板中，运行程序并使用手电筒模拟太阳光对系统进行调试。 学生活动：下载程序，测试运行，用手电筒在不同方向照射，观察太阳能电池板是否能够自动转向光线方向。 教师活动：引导实验结论：通过实验，我们发现——太阳能电池板上不同方向的光敏传感器获取到“太阳光”的照射后，能够跟随“太阳光”的变化而调节角度，进行转动。这就是通过增加反馈控制实现的系统优化——让原本固定的太阳能板变得会“追光”，大大提高了太阳能吸收效率。 设计意图：通过智能太阳能电池板实验，让学生亲身体验系统优化的实现过程，将抽象的优化概念转化为具体的实践。 （七）课堂总结：梳理收获 教师活动：今天我们学习了什么？谁来总结一下？ 预设5：学生回答我们学习了系统的优化——可以从系统自身和外部环境两个方面进行；学会了增加反馈、升级硬件、改善环境等优化方法；分析了太阳能板、摄像头、人脸识别闸机的优化案例；还做了自动追光实验。 教师活动总结： 第一，系统优化的两个方向——系统自身优化和外部环境优化。 第二，系统自身优化方法——增加反馈控制、升级硬件模块、优化算法流程、改进结构设计等。 第三，外部环境优化方法——改善光照条件、控制温湿度、减少干扰因素等。 第四，优化的价值——提升系统性能、提高效率、节约能源、保障安全、延长寿命。 第五，优化是一种持续改进的过程——通过不断迭代，推动技术进步和社会发展。 教师活动：布置课后思考：观察身边的系统，想一想它们可以从哪些方面进行优化？下一节课我们将学习“优化自动驾驶机器人”，综合运用本单元所学知识，让机器人跑得更快、更稳、更准。 设计意图：帮助学生梳理本课所学知识，形成系统认知，并为下一节课的学习做好铺垫。

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