Unity中简单的优化物理系统（全文5篇）

第一篇：Unity中简单的优化物理系统

这个篇文章的主要目标是给予你一个关于在Unity中简单的优化物理系统

我的游戏物理系统有什么错误吗？

怎么去处理游戏物理系统？

Unity 物理系统有什么缺陷吗？

Unity 是怎样处理物理系统的？

我在 Unity 物理系统上做了什么控制？

在我开始使用游戏物理系统之前我应该关心什么事情？

我应该在时候避免使用物理系统？

我看到了帧速率在下降，这是否是物理系统导致的？

当涉及到物理系统时，便会有以上这些问题，或许你会有更多像上面类似的问题。

是的，是的，我知道！我们全怪那个平果，它为什么要在那一天降临到牛顿的头上？为什么呢，上帝？ 物理学也许不是每个人最爱的科目，但是物理学在游戏开发行业中真的是一个非常重要的角色。

想象一种情况，在紧要关头你最终决定提出做一个大事情。一个让人瞩目的，一个使用逼真的物理和图像的大游戏。

设计已经创建出来，架构已经完成，一切看上去似乎已经准备就绪。但是你最终坐了下来，开始在最棘手的部分上工作，“物理系统”！

此时，似乎所以东西都崩溃了；你无意中看到了很低的FPS，奇怪的移动，碰撞器/触发器 出现了问题，高CPU使用率等等。

不恰当或者不正确的使用物理系统可能会把一些游戏玩家吓跑。这不只是关于不恰当的使用物理系统的问题了；这是关于一个游戏可玩性高不高的问题了。

这些都是不容易解决的问题。物理系统是游戏开发过程中最困难，也是最重要的一部份，这是无法避免的！

人们可能会说：“好的物理系统需要一个超快的CPU！”。但是，请相信我，这句话不一定都是对的。多数情况下，可以通过由浅入深进入Unity的海洋中学习Unity 的物理系统是怎样工作的，以便我们实现更好的物理系统。

在我还是一个程序小鲜肉的时候，我便要处理100多个与物理相关的事情。这让我花了近一年的时间记录下了处理物理相关的关键点。

因此，我决定写这篇文章。帮助大家跳跃这个学习阶段的痛苦，成为一个专业的物理系统开发者。

我不打算讲关于物理系统在Unity中是如何工作的，然而我将会在怎么优化你的物理系统中列出技巧和要点。所以，如果你是一个新手，我建议你先去大概了解一下Unity 物理系统。

物理学是一个非常非常庞大的、广泛的概念，我决定分成不同的部分，尽可能做到简单。

接下来，这是一个漫长有趣的过程，请你赶紧系好你的安全带，让我们开始吧！

降低固定时间步（Fixed Timestep）在Unity文档的说明如下： “一个不受帧速率影响的时间间隔，用于指定在 FixedUpdate()函数中执行物理计算每一帧的时间间隔”

默认值为 0.02（每秒），这显示了每 20ms（毫秒）物理更新将会被执行一次。所有 FixedUpdate()也会每20ms调用一次。

你需要不停的改变这个值，以获得理想的效果。

例如：

“如果你打算做一个简单的卡牌游戏，这不需要使用太多的物理系统。然而最好减少调用物理引擎的次数。但是这操作要很细心一点；如果你减少过多的物理引擎调用的次数，你也许不会得到你想要的物理效果。”

让我们通过下面的案例更好的理解 Fixed Timestep 吧！

步骤 1）创建 3-4 个 球体。让他们保持一些距离：

步骤 2）创建物理材质（通过在Assest文件夹中按下右键->Create->Phycics Material），并且设置摩擦系数（Friction Amount）的数值为 0，然后设置弹力系数（Bounciness）为 1，再设置弹力混合（Bounce combine）为最大值：

步骤 3）将该物理材质添加到球体碰撞器的物理材质卡槽中去：

步骤 4）为球体添加刚体组件（这将意味着此物体时物理对象）：

步骤 5）创建一个平面，并且为其创建一个物理材质（先使用默认值），添加到平面上：

步骤 6）让创建的球体位于平面的上方，并且设置球体的重力选项盒为勾选状态。

步骤 7）点击 Play 按钮，并且查看一下结果。

这个球在做一下一上的动作。（不好意思，污了一下下。）

那么，这与固定时间步（Fixed Time Step）有什么关系呢？

上面只是一个简单的设置，现在我让我们开始玩耍 Fixed Time Step 的值吧！

找到 Edit>>Project Settings >> Time，在那里，你能找到 Fixed Time Step，它的默认值为 0.02（正如我之前提到的那样）。

现在让我们设置它为 0.1，然后按下 Play 按钮开始游戏。

你有发现有什么不同吗？

首先你会注意到，这些球的运动非常的慢。

然后，你会看到球体穿过了平面而不是反弹回来。

你会问为什么？（不需要弹跳如此的快呀！啊哈哈）

好的，如果你设置 Fixed Time Step 为 0.1，这就意味着物理更新将在每100ms（毫秒）执行一次，这很快就会注意到，将无法检测到碰撞。

这表明，过多的降低 Fixed Time Step 的也是不恰当的。现在让我们改变 Fixed Time Step 的值为一个更为实际可行的值 0.03-0.04。（具体根据球体的需要来定）现在，如果你开始游戏，你不会看到任何改变。只要看上去还行，那就OK。如果你细心的检查一番，物理碰撞检测会有一点点不同的。

看看下面的图片：

提示

如果你不能跟上步骤来，那么请你参考一下Unity的官方文档。适当的理解 Unity 物理引擎是必须的。

物理碰撞检测会有点延迟，只会在当前帧结束之后才反弹回去。这在你游戏处于正常FPS下可能观察不到，但是这可能会影响到物理效果。但只要你的需要满足了，这也是没什么关系的。

这将有什么帮助呢？

任何时候你从物理计算中节省下来的计算资源，都可以让给渲染和其他计算密集的处理，所以就可以让你的游戏更加出众。

通过设置 Maximum Allowed Timestep 在物理系统中保持检查！

在Unity文档中的定义如下：

“一个不受帧速率影响的时间间隔，当帧率为最低峰值的时候，物理计算和 FixedUpdate()事件将不会被执行”

那么，这意味着什么呢？

让我们先在正常的游戏下，去理解它（Maximum Allowed Timestep）。

如果你的游戏在运行的时候能保持在 60 FPS，这就意味着每一帧会执行 0.01666秒。意味着每一帧需要花费 16.7ms（毫秒）。现在，让我们把 Fixed TimeStep 设置为 0.01，这表明物理更新将每 10ms 执行一次。

这表明，在每一帧中至少会调用一次物理更新，因为 10ms<16.7ms.现在让我们假设由于某种原因帧率降低到了 30 FPS。

那么，每一帧将会执行 0.0333秒（也就是33.3ms）。也就意味着在每一帧中会调用3次物理更新（因为一次物理更新花费10ms）。这意味着如果帧率继续下降，每帧内的物理调用还会更多。

这将会导致程序崩溃。为了解决这个问题，下面引入 Maximum Allowed TimeStep。

它的默认值为 33ms（可能是作者搞错了，明明就是0.33333秒 = 333。33ms啊）。正如 Maximum Allowed TimeStep 定义：每当物理更新超过指定的时间，物理更新将会停止。因此，这便为其他进程节约了资源。

在我们的案例中，如果每一帧执行时间增加到 40ms，这将会调用更多的物理更新。但是现在我们设置 Maximum Allowed TimeStep 为 0.033，也就是33ms，物理更新将会在 33ms 后停止调用，也就是执行3次物理更新后，便会停止调用，尽管每帧的执行时间超过 50ms 也会如此。

因此为其他沉重的进程节省下一些资源。

这听起来非常的棒，不是吗？

但还是有会一些限制的负面影响。每当发生性能故障，动画和物理便会放慢（意味着画面卡顿，延迟）。

因此，要牢记Maximum Allowed TimeStep 同样是一个重要的因素,如果使用得当，将会得到非常好的效果。

总是有 1-1-1 的比例

放大一个没有物理的对象是没有问题的（就是没有与物理相关组件的物体对象），但是当一个物体时一个物理对象时，我建议你不要对该物体进行缩放。缩放会导致奇怪的碰撞检测，也会影响到物体的下落方式。

例如： “一块大石头在没有任何空气阻力的情况下会很快的落到地面上（如从塔上或其他地方掉下来）。但是如果它周围的物体都放大了，那会让下落看起来速度很慢”。

还有一个选项是调整重力加速度的值让他看起来变得正常，但是这不是最正确的做法。正确的做法应该是保持使用1-1-1的缩放比例，因为Unity的物理引擎在这种情况下工作的最佳。

给你的对象设置恰当的质量

和缩放一样，质量也需要保持精确。

让一架飞机的质量为 1kg 正确吗？

如果你考虑到度量系统准则，Unity的 1 个单位等于 1 kg 质量。同样的，Unity的 物理系统是无量纲的。但是，如果你假定 Unity 的一个单位的长度为米，那么，一个质量的单位为 kg。

你可以得到更完美的结果。并且，Unity在努力解决高浮点数问题，所以尽量削减取值范围是比较理想的解决方案。

这意味着，如果假设你的飞机重 1kg，那么你的轮子必然不会超过 1/1000 kg。

尽可能避免使用网格碰撞器（Mesh Collider）

对任何物理引擎来说，基于网格的碰撞检测都比原始的碰撞检测需要更多的计算量，这是一个事实。Unity在内部使用了 Nvidia 的 PhysX，因此这是没有什么不同的。

一般来说，“对于不同碰撞检测的相对成本从高到低的排序为：三角形网格、凸包（具体可以百度百科）、胶囊体、球体、盒子（六面体）、平面、点”

通常，网格碰撞器（Mesh Collider）被标记为凸包（也建议大家这么标记），它将被限制到255个三角形。只有在两个网格碰撞器被标记为凸面（Covex）时才能相互发生碰撞检测。

在 Unity 文档中的说明： ”使用网格碰撞器时会有一些限制。没有标记为凸面（Convex）的网格碰撞器只支持在一个没有刚体组件的游戏对象（GameObjecet）上发生碰撞，如果你想要在一个刚体上使用一个网格碰撞器，这必须要标记为凸面“

理想情况下，应该尽量避免使用网格碰撞体，因为他们会比传统的碰撞器（球体，立方体，胶囊体）带来更多的计算负载，所以最好还是少用。

替代方案是什么呢？

一个简单的替代方法就是让对象的子物体使用原始（传统）碰撞器把它们组合起来(如上图所示)。这样会减少一定的计算量,因为原始（传统的）碰撞器计算速度比较快。

对于复杂的网格，你通常可以使用 Blender（小巧的建模软件）或者其他工具来将它们分解成一些小部分。然后可以用传统碰撞器直接替换掉这些小部分的网格。

我希望我已经给你一个确切的优化描述，但是不幸的是，每个网格都是不一样的，对于我给出一个确切的描述是非常困难的。

后续很快就会来到

这个列表会很长，而且看上去会没有尽头，所以让我们先休息一下，后续的博客会继续介绍其他的提示。

同时我也不希望你一下看太多关于物理的东西而产生不适。

请继续保持关注，然后先从上面几个点开始优化。如果你有更好的替代方案，请也和我们分享一下。如果对上面讨论的内容有任何问题，或者有任何疑问，请在评论区留言，我会很高兴能提供任何帮助。总结：该篇文章大体讲了一下几个关键字：Fixed TimeStep、Maximum Allowed TimeStep、Mesh Collider、Convex。

这些东西都能在官网组件手册中找到一些详细的说明，如果看不懂该文章所说的内容，还请大家自行去看一看官网的组件手册（还记得我给你说的 Unity 圣典吗）

第二篇：系统优化教学设计

系统优化教学设计

组员：2014级4班 罗世淋201409140428 罗智 201409140429

一、教材内容分析

1．教材的地位和作用

系统优化是系统分析的深入，也是系统的结构和系统分析的综合，又是系统设计的基础，更是系统设计过程中的重要环节，它是是本书的重要内容之一。本内容是让学生“理解系统优化的意义，能结合实例分析影响系统优化的因素”。2．教学重点：系统优化的方法和一般步骤。

二、学情分析

进入系统的内容，学生的兴趣明显比前期活跃，显然系统分析的深入符合高二学生的智力发展需求。但是，学生在对某个系统的分析容易陷入原有的逻辑思维，而不能很好地应用系统的思想和方法分析和解决问题，不能很好理解系统优化的约束条件和影响系统优化的因素。因此，系统优化的约束条件和影响系统优化的因素成了本节教学内容上的难点。

三、教学目标

能结合生产生活中的实例，理解系统优化的意义，并能结合实例分析影响系统优化的因素。

四、教学资源准备

“技术与设计2”配套教具旋转木马30套（江苏南京宝高公司提供）、多媒体

五、教学流程

六、教学过程：

（一）引入新课（系统分析，承上启下）

情景设置：有一个农夫带一条狼、一只羊和一筐白菜过河。如果没有农夫看管，则狼要吃羊，羊要吃白菜。但是船很小，只够农夫带一样东西过河。请你帮农夫解决难题？

学生 ：

1、农夫带着羊首先过河，农夫回来；

2、农夫与狼过河，农夫与羊回来；

3、农夫搬白菜过河，农夫回来；

4、农夫与羊一起过河。

教师提问：说说你们对该系统分析的过程？

学生：问题的突破口在——狼与白菜能够共存！农夫、狼、羊、白菜和船组成了这个系统。系统中各要素是一个整体，都依赖农夫过河；最大的问题是“船很小，只够农夫带一样东西过河”和“没有农夫看管，则狼要吃羊，羊要吃白菜”的冲突。我们联系已知条件，做了一系列的分析实验，但是比较其他方案不能实现所有要素都安全过河。最后得出以上方案。

教师：你们的思维过程很有价值，很清晰。而且在系统分析的过程中抓住了系统分析的三大原则——整体性、科学性、综合性。

现实生活中，有很多产品在不断更新，系统在不断的升级。做任何事情我们都追求更好，希望投入尽可能少，回报越多越好。为了使系统达到最优的目标所提出的各种解决方法，称为最优方法。但是有很多复杂系统，实施方案五花八门、干扰因素四面八方，我们不可能的逐个比较权衡，或者漫无目的瞎蒙。因此我们有必要进行定性定量的科学分析，寻找系统最优值。

（二）新课教学

1．案例分析：

案例一 ：“农作物种植系统的优化——农作物间作套种”

槟榔林套种香草兰收益高

香草兰——香料之王，是藤本植物，需要有支柱攀缘，并要求适度的荫蔽。测定结果表明50%的荫蔽度有利于香草兰的生长发育。荫蔽有两种，一种是死荫蔽，通过修建人工荫棚的办法(用遮光网）达到控制荫蔽度的目的。这种方式需要水泥柱或石柱作为香草兰棚架或攀缘的支柱。另一种是活荫蔽：可选择天然树木或人工种植的椰子、槟榔等作物为活支柱，以控制活支柱树冠来调节种植园的荫蔽度。园地的选择要选择近水源且排水良好、有机质含量高、比较肥沃疏松的微酸性土壤；台风主风方向有良好屏障比较静风的向阳缓坡地或平地。

2002年，符良接受了中国热带农业科学院香料饮料研究所专家的建议，在槟榔林下套种了20亩香草兰种苗，通过对香草兰的水肥管理，使槟榔的产量较纯槟榔林提高15-20%。经过精心培育，现在棵棵香草兰上挂满了沉甸甸的豆荚。预计20亩香草兰到11月份总收入可达285000元。现场一位管理人员给记者算了一笔帐，40亩槟榔园年收入72万元左右，间种可使槟榔增收8万，再加上香草兰的收入，每亩土地较单纯种槟榔增收约9000元！经发酵生香的商品香草兰豆荚含有250多种发挥性芳香族成分及有机酸、糖、树脂、矿物质等丰富成分，香气独特，留香时间长达2～3年，被广泛用于高档食品和饮料的配香原料，在发酵业、化妆及医药等领域均有应用，具有用途广、经济价值高的特点。目前国内售价为1000～1200元人民币/千克。

教师提问：符良为什么选择活荫蔽种植，而不采纳传统的死隐蔽种植？

学生A：一块地种槟榔又种香草兰，提高了土地利用率；

学生B：对香草兰的水肥管理，使槟榔的产量较纯槟榔林提高；

学生C：槟榔可作为活支柱供香草兰攀爬，节省了石柱的费用；

学生D：槟榔叶子还可以遮光，节省遮光网的费用；

„„

教师总结：活荫蔽的改良不仅增产、增收还提高了土地利用率，可见活荫蔽系统比死荫蔽系统，功能更强大，效果更优。

教师提问：香草兰套种的收益如此诱人，我们为何不把香草兰套种到稻田里、麦田里，甚至套种到沙漠中与杨树为友呢？

讨论交流，小组汇报„„

X组：香草兰与水稻的生长土壤环境不同，不能套种；小麦的生长气候要求又有差异也不能套种；沙漠风沙大且土壤也不适合香草兰生长。香草兰种植受生长特性、地理环境、气候和天气等条件的约束，并不适宜随处种植，而且与矮个植物种植也没有体现出遮阳的优势或者节约石柱费用等优势，另外由于营养需求的差异，即使能共存在一块地如果没有实现增产目的，套种的系统优化没也就没有太大的意义„„

教师总结：系统优化的效果是理想的，但是不同情况的系统优化会遇到不同的约束条件，应该采取不同的手段和方法应对，使系统的目标在一定的条件中达到最大值。系统的优化都是为了发掘有限资源的无限潜能，使资源获得充分的利用，体现更高的价值，实现投入最小，效果最佳的目的。

又例如：云南一些山区农民的甘蔗生长缓慢,减产已成定局.为了减少旱灾损失,乘雨水来临之际,在甘蔗田套种玉米。

例如：建筑材料的改进也是一项优化技术，以往建筑物的墙体多采用实心砖，现在采用了空心砖，在保证强度、隔热隔音效果的同时，节省了材料。

„„

教师：案例中，目标与土地的单位面积农作物收益和之间的关系在技术中我们称为——目标函数；农作物的生长特性、条件、气候等因素对作物套种起着限制作用，并且是不能人为解决的，称为——约束条件；套种的技术水平、田间管理、病虫防治等对产量产值有直接影响，即影响因素，可见影响因素是可以人为调节的。最优方法通常是在一定人力、物力、财力资源条件下，使经济效果（如产值、利润等）达到最大，并使投入的人力、物力达到最小的方法。

教师：在生活中，我们经常会遇到一些复杂的数字问题，纯定量分析是不够的，我们常常是借助数学手段定量与定性结合的分析比较，寻求最优方案。这种用数学公式、图表等描述客观事物的特征模型的思想就是建模思想，建立的模型就叫数学模型。它是真实系统的一种抽象。

案例二：利润问题

某家具厂要安排一周的计划，产品是桌子和椅子。制作一张桌子需4平方木板及20小时工时，制作一张椅子需6平方木板及18小时工时；每周拥有木材板料600平方，可用工时400小时；每张桌子利润50元，每只椅子利润60元。按合同每周至少要交付8张桌子和5张椅子。假定所有产品都能销售，那么该每周生产桌子和椅子分别为多少时，利润最大？

教师提问：这里，系统需要进行最优化的目标是什么？

学生：获得利润最大值。

教师提问：利润受到哪些人为可调节的因素影响？

学生：每周生产桌子和椅子的数目。

教师提问：在这个利润问题的系统中，又存在哪些不能人为解决的约束条件呢？

学生：制作一张桌子需4平方木板及20小时工时，制作一张椅子需6平方木板及18小时工时；每张桌子利润50元，每只椅子利润60元。

教师：若把利润最大值用 表示，变量每周生产桌子数用 表示,每周生产椅子数用 表示，请你根据已知条件，列出求解最优化问题的有关数学式子。

其中(1)式体现了目标与产量、利润总和之间的关系,也就是目标函数。（2）（3）（4）（5）式则体现了约束条件。

教师：数学思维很清晰！下面就请大家算一算 的解，找出最大利润值。

„„

学生：算不出来！

教师引导：仔细观察这四个约束条件的式子，找出数据中体现出受限最大的约束条件是哪个？

学生：工时！

教师：好，请你将最主要的约束条件（3）与目标函数式（1）联系起来，看看你能不能发现影响因素 与最优值 的关系。

学生：生产椅子所需工时少利润大，生产桌子所需工时多利润反而小！生产的椅子越多利润越大。

教师：那我们干脆不生产桌子了，专门生产椅子，可不可以？

学生：不行，至少要生产8张桌子！

教师：哦，原来还有约束条件（3）的限制。那好我们就生产8张桌子，算一算意义子最多可以生产多少张？

学生：13张！

教师：8张桌子，13张椅子。把你们经过一番分析计算选择的这两个变量的解代入约束条件看看是否超出了约束条件的限制范围。

学生：都在约束条件范围内。

教师：再利用这两个变量的解，算一算利润最大值是多少？

学生：1180元。

教师：我们再随意找几对满足约束条件的 的解带入目标函数检验一下，1180是不是利润最大值。如：（每个小组分别用一对计算）

学生交流：

教师总结：以上计算表明，我们找到经过数学方法求出的就是最优值！回忆我们求解的过程，最优化方法解决问题的一般步骤：

（1）提出系统需要进行最优化的问题，收集有关资料和数据；

（2）建立求解最优化问题的有关数学模型，确定变量，建立有关约束条件，分析模型；

（3）选择合适的最优化方法；

（4）求解方程；

（5）最优解的验证和实施。

这种用数学公式、图表等描述客观事物的特征模型的思想就是建模思想，建立的模型就叫数学模型。数学模型是研究和掌握系统运动规律的有力工具，它是分析、设计、预报或预测、控制实际系统的基础。是我们在解决问题时，常用的一种方法。

2．应用：学生探究（2人一个小组）

要求学生分组利用提供的大、中、小三个大小不同的齿轮将上节课完成的旋转木马进行系统优化，看谁的木马转的又快又稳。

学生进行探究„„

A组：将传送带传送改为大齿轮带动，三个齿轮传送；

B组：将传送带传送改为中齿轮带动，三个齿轮传送；

C组：将传送带传送改为小齿轮传送，三个齿轮传送；

D组：齿轮与传送带一起赞成传送系统„„

小组比赛交流。

学生体会：皮带传送系统在木马旋转时，皮带容易出轨，同时因为速度太大使系统容易散架。针对这个问题，利用有限的资源，将皮带传送换成齿轮传送后，发现齿轮传送比皮带传送速度更快更牢固；再更换三种齿轮的带动比较，又发现大齿轮带动时，动力更足速度加大了稳固性能也增强了。

（三）小结

最优方法通常是在一定人力、物力、财力资源条件下，使经济效果（如产值、利润等）达到最大，并使投入的人力、物力达到最小的方法。

最优化方法解决问题的一般步骤：

（1）提出系统需要进行最优化的问题，收集有关资料和数据；

（2）建立求解最优化问题的有关数学模型，确定变量，建立有关约束条件，分析模型；

（3）选择合适的最优化方法；

（4）求解方程；

（5）最优解的验证和实施。

（四）课后探究

假如学校有2个学生食堂，正常情况下每个食堂能容纳500人就餐，近两年，学校规模扩大，就餐人数增加，每个食堂就餐人数达670人，每到就餐高峰期，学生就排着长队等待就餐。

如何减少学生就餐排队时间？提出解决这一问题的几种途径，并选择最经济、最有效可行、最容易实现的方案。运用系统分析方法，分步骤说明你的思考过程。

七、教学反思

苏教版教材的案例选择切题，但是有部分案例离我们所处的实际甚远。在教学的过程中我选用了教材中技术类的案例，拓展了我们对技术的视野；但是生活案例我倾向于改用我们身边的例子，大家熟悉，分析起来有亲切感、简单易懂又激发了学生自主参与的乐趣，刚好我校种有香草兰。故在本案例中将“麦、棉、瓜、玉米套种”案例换成“槟榔与香草兰套种”，实践证明效果很好，学生很感兴趣。本节课内容较多，学生探究活动时间就比较紧

第三篇：系统的优化教案

3.2.2 系统的优化

授课教师：连云港外国语学校 杨丽丽

一、教材内容分析 1．教材的地位和作用

系统优化是系统分析的深入，也是系统的结构和系统分析的综合，又是系统设计的基础，更是系统设计过程中的重要环节，它是是本书的重要内容之一。

二、学情分析 进入系统的内容，学生的兴趣明显比前期活跃，显然系统分析的深入符合高二学生的智力发展需求。但是，学生在对某个系统的分析容易陷入原有的逻辑思维，而不能很好地应用系统的思想和方法分析和解决问题，不能很好理解系统优化的约束条件和影响系统优化的因素，并能运用系统的方法分析问题，能对当前的系统提出优化的方案。

三、教学目标 知识与技能：

1．理解系统优化的意义

2．能分析影响系统优化的因素 3．初步掌握系统最优化的方法

4．能够对一个简单系统运用最优化的方法进行分析 过程与方法：

1．模仿非常6+1节目，采用小组竞赛的方法，课前制作了计分牌，用来累分。2．通过讨论、案例分析，完成学生知识的自主构建。情感态度与价值观：

1．体验系统优化的意义，指导学生把系统优化的思想延伸到整个生活和学习当中。2．培养学生解决问题的方法，以用合作精神 3．培养节约能源的意识 教学重点与难点：

重点：系统最优化方法和一般性步骤 难点：系统优化的过程分析

能结合生产生活中的实例，理解系统优化的意义，并能结合实例分析影响系统优化的因素。

四、教学资源准备 多媒体课件

教学课时：1课时

本节教材中分三个部分： 第一部分：案例分析 通过“小闹钟”案例、“鸟巢”和刘翔训练方案的优化调整案例，目的是让学生感受系统优化的意义。从实例分析入手，在分析过程中体验系统优化的意义。

第二部分：第一个案例“风力发电”采用定性的分析方法，根据案例分析总结阐述系统优化方法和一般性步骤。第二案例“利润问题”采用定性的分析方法，第三案例“货物派送”采用定性和定量相结合的方法，要求学生运用系统的思想和定性、定量相结合的方法，确定研究课题、进行分析研究、评价比较、优化方案。总结归纳出系统最优化方法的含义。

第三部分：提供学生一个探究任务，优化一所小学门前的交通问题，让学生亲自完成一个系统优化的过程，用系统分析的方法分析问题进一步得到实践和提高。

五、教学流程(一)情景创设引入新知

师：作为一个系统，通常会有这样或那样的问题，比如随着私家车的数量迅速增多，出现了越来越多的城市道路交通拥挤，车位不够停放等问题，那么就需要我们要对交通系统进行改善、优化，我们进行优化的意义是什么？我们来看几个实例是，然后再来回答这个问题。案例：小闹钟

师：大家猜猜看，悬挂上面的这个白色的物体是什么？ 学：灯、闹钟„„

师：是闹钟，当到了我们设定的时间响了以后，我们第一反应是什么？ 学：关掉闹钟，再睡一会

师：等你醒来的时候，时间往往超了很多，这种情况影响我们正常的学习和工作。师：大家遇到个问题时，我们班同学有没有想到去改进闹钟的设计？ 生：发表自己的看法

师：这个闹钟就解决这个问题，它叫拼图闹钟，当闹铃响后，你要把它底部的图拼好，它的铃声才能停止。

师：这个闹钟和普通的闹钟相比较，在哪方面进行了改进？ 生：性能

师：这个闹钟和普通的闹钟价格上会不会有提高很多？ 生：不会，因为拼图的材料成本很低。案例：鸟巢的优化调整

师：我们再来看2008奥运会的主会场“鸟巢”，“鸟巢”采用是什么结构？ 生：框架结构

师：使用的主要材料是？ 生：钢

师：它采用是大跨度重型钢结构体系，它在设计过程中也在不断的优化调整，其中有一项调整是取消了可开启屋盖、扩大了屋顶开孔，优化后方案，减少用钢量1.2万吨，造价减少了约4亿元。

师：鸟巢去盖后，在哪方面得到改善？ 生:成本降低

师：虽然去掉了盖子，但鸟巢的外观、设计理念都不会改

设计意图：精选生活中系统优化的案例来导入新课，激发学生学习欲望，同时通过案例，让学生感觉到系统优化的意义。案例：飞人刘翔

师：提到奥运会的主会馆，就想到飞人刘翔在08年奥运会因为脚腱受伤遗憾退出赛场的情景，今年的全运会刘翔再次天证明了自己，刘翔在这次全运会中以多少秒夺冠？ 生：13秒34 师：刘翔创造了亚洲田径的的奇迹，除了和他本身的身体条件和天赋外，还和孙海平教练的训练方法是分不开的，孙海平对刘翔的训练方法在不断的优化调整，孙海平教练说“思索出刘翔训练的新思路，这比什么都有意义”，你认为孙海平教练思索出训练的新思路的意义是什么？

生：发挥刘翔的最大潜能

师：那么我们优化的意义是什么？ 生:低成本、高效益„„

师：以最小的投入，获取系统的最佳效益或最佳功能。师：对于城市道路拥挤的问题，大家会想到什么解决方案？ 生：扩建道路？

师：但这种方法不仅造价昂贵、破坏城市环境，失去了我们优化的意义，我们可以通过优化交通信号的控制。

(二)系统优化的基本方法 1.案例：风力发电

师：风力发电正逐渐成为大规模“绿色发电”的先锋，2003年美国就安装了约16亿美元的风力发电场，并还在逐渐加大投入，来了解一下风力发电系统。生：看风力发电的视频

师：大家能想出解决妙方吗？ 小组讨论

生：方案1：杀虫剂、方案2：种植杀虫的植物„„„

师：我们首先要对这个系统进行分析，系统分析的第一个环节就是明确问题设定目标，风力发电系统现在遇到什么问题？

生:叶片上的虫子，使涡轮发电机的发电量由750千瓦降低到450千瓦。师：问题明确了，我们要设定优化目标，我们优化的目标是什么？ 生：消灭涡轮发电机上的虫子，师：我们明确目标后，开始制定方案，我们来看一下我们班同学制定的方案，我们这些方案有没有条件的约束呢？

方案1：喷洒杀虫剂，人工喷洒吗？有没有考虑到涡轮发电机的高度 师：我们还要充分考虑到这个系统的约束条件 1．气候：全美风力最强的地方 2．地势：发电场位于沙漠的边缘

师：制定这些方案后，我们现在就开始实施这些方案吗？ 生：不行

师：我们还不知道哪一种是最优方案呢？我们应该如何做？ 学生：试验，先用几台涡轮机进行试验

师：试验后，我们可以得到最满意方案，我们就可以进行实施阶段，每台涡轮机实施最优方案。这就是我们优化的基本过程是：

师：我们来看一下，工程师们采用了哪种方案 师：播放视频 生：观看视频

师：工程师发电机上添加了清洗设备

设计意图：通过分析“风力发电”的案例，引导学生理解了系统优化的一般过程，同时也理解的系统优化的含义，掌握用定性的分析方法优化系统。通过视频的方式，激发学生探知欲望(如何用风力发电？)，了解了风力发电的原理，同时也培养了他们节约能源的意识。2.案例：利润问题

师：刚才“风力发电”的案例我们是采用推理、实验的方法，是属于定性的分析方法。在生活中，纯定性分析是不够的，我们来看第二个案例“利润问题”。生：阅读书上的案例

师：同学们看到这个问题，马上想到用什么方法来解决 生：用数学上的函数(线性规化)师：我们还是用我们刚刚的优化的一般步骤

师：系统优化的因素是指对优化目标产生显著影响？可以人为调节的因素。生：X1、X2 教师：好，请你将最主要的约束条件与目标函数式联系起来，看看你能不能发现影响因素X1、X2与最优值Smax的关系。

学生：生产椅子所需工时少利润大，生产桌子所需工时多利润反而小！生产的椅子越多利润越大。

教师：那我们干脆不生产桌子了，专门生产椅子，可不可以？ 学生：不行，至少要生产8张桌子！

教师：哦，原来还有约束条件的限制。那好我们就生产8张桌子，算一算椅子最多可以生产多少张？

学生：13张！

教师：8张桌子，13张椅子。把你们经过一番分析计算选择的这两个变量的解代入约束条件看看是否超出了约束条件的限制范围。学生：都在约束条件范围内。设计意图：“利润问题”是非常典型的用数学方法解决的案例，高二的学生在数学课上已学会用线性规划的方法来解决这个问题，所以在这个案例主要让学生要用系统的分析方法分析问题，能够分析影响系统优化的影响因素。案例3：最优配送路线

师：在生活中，我们经常是定性和定理分析相结合的方法，我们看这个案例

某配送中心位于A点，现在将一批电视机等家用电器配送到B、C、D处的3家商场，运货车从A点出发，送完货后返回，配送路线如图，图中带箭头的线分别表示两地往返的方向，无箭头的线表示可以往返的线路。师：说说你的解决思路 生：学生讨论 方案

路线

路程(km)

ABCDA 51

ABDCA 46

ACBDA 59

ACDBA 47

ADCBA 51

ADBCA 58

师：这个案例，我们制定好方案后，再用数学的方法计算，就是定性和定量相结合的方法。设计意图：这是流程优化中的一案例，这个案例是通过优化流程来优化案例，通过这个案例，让学生了解生活系统的优化通常是定性和定量相结合的方法。(三)应用，学生探究

问题：随着汽车普通率的提高，我们周围的交通逐级逐渐恶化，一所小学门前的交通经常出现塞车的现象

师：展示这所小学的地图，说明这所小学的特殊位置，播放一段小学放学时的一段片段。生：分组对系统进行分析，并且讨论可行的方案 生：展示方案，教师精讲点拨

师：对其他组的方案进行推理、判断，选出可行的方案 生：对其他的组的方案进行推理

师：展示现在正实施的方案，现在的方案偶尔还会出现堵车的现象，所以大家提供的方案也是非常有价值的，回到连云港后我一定将大家的方案推荐给有关部门。(四)总结

最优化方法是系统学中的一个重要方法，它通常是指在一定的人力、物力和财力资源的条件下，使取得的效果(如生产产值、利润、效益等)达到最大，而投入(如能源、资金、人力、时间等)达到最小的一种方法。①要用定性和定量分析相结合的方法是系统最优化。

②坚持系统整体的最优化。运用好权衡理念，舍卒保车，弃车保帅，这是为了保证对弈的最终胜利。

第四篇：系统优化软件基础知识[范文模版]

我们每次安装完系统，或者拿到一台新的电脑后，我们都要对系统选项进行一些设置，好让电脑更适合我们的使用习惯，同时发挥其最佳性能，提高我们的生产力。下面就让小编带你去看看那些系统优化软件神器，希望能帮助到大家!

Windows10系统优化工具软件 Windows 10 Manager

相信很多人已经在使用Win10系统。Windows 10 Manager由Yamicsoft开发。它着重于Windows10系统的优化，具有很多功能。

Windows 10 Manager是专用于Microsoft Windows10的实用程序。它包括40多种不同的实用程序，用于优化，调整，清理，加速和修复Windows 10，使系统能够更快地执行，消除系统故障，提高稳定性和安全性，个性化Windows 10，可以满足你的需求。

软件功能

信息：获得系统和系统上的所有硬件的详细信息;

优化：调整你的系统以提高windows的启动及关机速度，调整你的硬件以提高系统速度和性能;

清理：智能卸载程序能完全卸载程序而无残留的文件和注册表项目;

自定义：调整资源管理器的外观，桌面，开始菜单，任务栏和通知区域来自定义您的系统;

安全：调整系统，组件，UAC，登录设置，调整各种设置和限制访问驱动器和方案，提高系统的安全性;

网络：优化和调整你的互联网连接和网络设置;

多种实用程序：创建计划任务或触发任务的监控;显示和运行内置的Windows的有用的集合工具;

一款非常棒的系统优化、隐私保护和清理工具CCleaner

软件简介

CCleaner Pro是一款来自国外Piriformteam开发的的系统优化和隐私保护工具，世界上最流行的PC清理与优化工具。CCleaner的主要用来清除Windows系统不再使用的垃圾文件，以腾出更多硬盘空间。它的另一大功能是清除使用者的上网记录，体积小，运行速度极快，可以对文件夹、历史记录、回收站等进行垃圾清理，并可对注册表进行垃圾项扫描、清理。附带软件卸载功能。

安装步骤：

?首先下载压缩包，解压，点击安装包。

?自定义安装。

?更多。

?更改路径到非系统盘，然后安装。

?开始运行。

?断开网络连接，点击现在激活。

?输入下面任意一行注册码，名称随意。

C2YW-SMM9-I2F9-JD3E-AZPC

C2YW-RYJS-J2FH-B__R4-2ZPC

C2YW-F3CV-M7H9-9TQC-2ZPC

?激活成功。

?垃圾清理界面。

?注册表清理界面。

?软件卸载，启动项管理，浏览器插件，系统还原等工具。

?软件基础设置以及高级规则。

神器丨超级强大的系统清理优化工具

工欲善其事必先利其器

最近给其他电脑做优化，办公室的电脑，你们懂的，配置不高，运行起来或多或少有点卡顿，又不能给它重装系统，只好做一个较为全面的清理。然后给自己的笔记本电脑也几次安装了win10系统，用的方法就是之前发的推文：系统安装丨纯净Win10系统专业版安装教程。此文发布后，有不少朋友遇到了困难，可以添加文末小编的联系方式。

电脑使用一段时间会变慢，这个主要是因为系统中驻留了大量的垃圾信息。还有，软件有时候会安装失败，有一部分原因是软件之前的版本没有卸载干净导致。今天小编推荐一款工具可以解决上面两个问题。

01)神器介绍

CCleaner是一款来自国外的超级强大的系统清理优化工具，能够清除所有的垃圾文件，全面保护系统隐私，CCleaner清除垃圾文件的能力远超国内的主流系统安全辅助软件,强力推荐软件!

功能一：清洁器

清洁器可以让系统重新焕发一新，清除系统多余的垃圾，让系统变的更快。其中还包括一个应用程序，它可以解决系统中的程序错误问题，还可以让软件新如初。

功能二：注册表

注册表的扫描和清除一些无效的软件信息，不但可以解决软件再次安装时的报错问题，还可以让系统变的更快!

功能三：工具

工具里面可以卸载一些无法卸载的顽固软件，清除系统自动启动项，清除多余的浏览器插件，分析磁盘中的各种文件类型占比大小、查找重复的文件、管理系统还远点等。对于一些顽固的软件，系统的控制面板中无法卸载时，可以用这里的删除。

使用建议

1、CCleaner 默认会清理所有浏览器的 Cookies，建议清理时取消勾选避免网站需要重复登录;

2、CCleaner 默认会开机自启动并常驻后台来扫描缓存文件，如无必要建议关闭之;

3、缓存文件可以帮助你更快的打开某个网页或者是软件等，因此定期清理缓存文件即可;

4、不建议清理系统还原点和回收站内容防止内容丢失，你可以手动清理更放心;

5、对于经常安装和卸载软件的用户建议清理注册表，但清理前注意点个备份注册表;

对了，之前也有向大家推荐三款专门用于软件卸载的软件，很多朋友在安装失败的时候，我都推荐他们用其中第三款软件进行卸载。很多朋友都会疑惑，明明有360软件安装管家等，甚至可以直接电脑内部卸载软件不就好了吗?干嘛非得那么麻烦?

第五篇：论DISLab 系统在物理教学中作用

论DISLab系统在物理教学中作用

作者：周世平文章来源：上海师范大学教育技术系 200234 上海 点击数：360 更新时间：2008-9-24 摘要:正在进行的上海市二期课改试点中，高中物理教材首次引入了DISLab系统作为实验平台，本文主要从教育技术学和教学实践两个方面，论述了DISLab系统在高中物理教学中的作用，为中学物理构建信息化实验环境提出一些自己的设想。关键字:DISLab系统物理教学信息化实验环境学习方式教学模式

DISLab是Digital Information System三个词的缩写，是“数字化信息系统实验室”的简称，它是一种用于实时采集数据的智能化系统，由传感器、数据采集器、计算机系统及配套软件构成。DISLab配备的各种传感器可以实时采集各类被测量的数据，几乎涵盖了高中物理教材中所有实验的被测量，并可以同时测量多个物理量，通过A/D转换输入计算机，并通过相应的软件对被测信息进行各种数据处理，从而构建了一个现代化的数据测量和处理平台。DISLab作为一种现代教育技术被引入上海市二期课程改革的试验教材中，已经在高中物理新教材中试验了将近一年半，随着OISLab技术的不断成熟，已经初步显示出独特的优势。这是现代信息技术和学科教学整合的一个有益尝试，是上海物理教育现代化的标志之一。本文从教育技术学和中学物理教学实践出发简要论述DISLab系统在物理教学中的作用。

一、创建“信息化实验环境”，有利于提高学生的实验素质和信息素养

物理是一门以实验为基础的学科，实验的重要地位及教学功能无可置疑。但是，目前不少学校的实验教学往往是一块相对薄弱的地方，导致学生对动手实验的兴趣也不高，为了应付考试往往沉湎于纸上谈兵，实验教学的信息化水平更低。教育部和上海市教委领导多次指出，教育改革必须基于现代信息技术发展的需要，《二十一世纪物理学科改革行动纲领》也突出了“现代教育技术对物理教育的支撑作用”，《上海市中学物理课程标准(征求意见稿)》更强调了“现代信息技术和物理课程的整合”。由此可见，传统的实验手段和方法已经跟不上信息时代发展的需求了，急需更新和发展。学生未来的工作环境离不开以计算机为核心的信息化环境，培养学生的信息素养也迫在眉睫。

由此可见，创建“信息化实验环境”势在必行。所谓“信息化实验环境”，指的是将现代实验技术和以计算机为核心的信息技术融为一体的实验平台或环境。信息技术具有强大的信息处理能力，可以实时、高效处理各种数据，可以实现连网互通，具有便捷的交互功能。传统的实验手段存在着误差大、数据采集慢(无法在很快的时间内采集很多组数据)、有的物理量无法直接测量、读数不方便等问题，更为重要的是数据处理手工完成，效率低，误差大。DISLab技术的应用，初步实现了运用

现代技术改造传统的实验手段和方法，而且为信息技术的融合创造了条件。它不但能替代许多传统仪表，如打点计时器、弹簧秤、温度计、压强计等，而且还能直接测量瞬时速度(光电门)、磁感应强度(霍尔传感器)、微电流计(微电流传感器)等传统仪表无法测量的物理量。即使替代也不是简单的功能重复，而是大大提高了测量范围、精度、反应时间。因此，DISLab的应用使中学物理的教学内容发生了很多改变(必需和二期课改的新教材配套使用)，许多原来不能做的实验可以做了，许多原来只能定性的实验可以定量分析了，许多“瞬时”的过程(如碰撞)我们能通过高速扫描记录下来 仔细分析了，因此学生利用DISLab可以探究的问题范围和深度都大大拓展，这对提高学生的探究能力很有益处。计算机及配套软件的使用使我们“数据挖掘”的本领大大增强，更容易、更深刻的揭示客观世界隐藏的各种规律：同时我们也更容易交流演示实验的过程和结果，继续发展下去可借助网络平台开展学生或师生之间的异地合作讨论或观摩实验过程。

由此可见，“信息化实验环境”有助于促进学生的实验素质发展。实验素质是科学素质的重要组成部分，包括实验过程中的科学精神、情感态度，如怀疑、求真、批判、探究、实践、创新等基本要素以及认真、踏实、谦虚、合作等情感因素；还包括熟练的实验技能、运用实验完成观察、测量、验证、探究等任务的能力。显然，只有建筑在高技术平台上的实践经验，才会带来高层次的实验素质、思维能力和创新发现，而这些素质和能力的培养为学生将来从事科学研究、工作的环境接轨创造了条件。

信息技术的融入，使学生在利用DISLab技术开展实验的过程中同时提升信息素养。学生在“信息化实验环境”中采集数据，将获得更多更精确的信息，通过网络合作与交流还可以得到大量他人的数据、经验体会，必然要思考如何处理这些数据，如何做出判断而选择有价值的信息，如何评价自己和别人的实验过程及结果等等。这些信息获取和处理的过程，对学生信息素养的提高有帮助。

最后的表格（见文末附表）中举了一个实际例子比较了传统实验和DISLab系统实验的优缺点。非常

凑巧，我在指导学生做完表格中实验后，去上海市进才中学和第六十中学各听了一节课，内容也是“测定电动机效率的学生实验”，三个学校的实验方案各有千秋、都有一些别人意想不到的闪光点，如自己学校选用的电动机是瑞士制造的直流电动机(带减速功能)比较稳定、进才中学的所用的细线效果比较好、第六十中学对电动机的轴进行了特别加工效果比较好、每个学校的学生在实验设计和操作能力方面存在差异，如果让三个学校的同学借助广域网一起边做实验边交流和展示，我相信学生肯定会取长补短、更有兴趣、更有收获的。

戴尔的“经验之塔”理论指出，“教育应从具体经验人手，逐步进入抽象，有效的学习之路必需是铺满着具体经验”。DISLab技术为学生开拓了“具体经验”的范围和深度，为概念、规律的揭示创设了更好的条件。有利于提高学生的实验素质和信息素养。

二、促进课堂教学模式和学生学习方式的转变是改变学生的学习方式

“从单一的接受性学习方式转变为有效的接受与体验、研究、发现相结合的学习方式：改变单一的个体学习方式，倡导独立自主与合作交流相结合的学习方式”，这是二期课改的要点之一。

DISLab为学生学习方式的转变创造了条件。丰富的传感器可以增强学生的实践体验：信息化的实验手段可以拓展学生探究日常生活中物理现象的能力，从而能激发学生探究的欲望，强大的数据处理能力和开放的平台有利于学生通过努力发现问题寻找规律，有利于学生将信息科技所学知识(如EXCEL处理数据方法)引入物理实验。

如果将 DISLab和多媒体网络教室结合起来，有助于改变以往单一的个体学习方式，实现独立自主与合作交流相结合的学习方式。

学习方式的改变需要相应的教学模式的改变为基础，DISLab的引入使基于建构主义学习理论的教学模式更容易实现。首先，“信息化实验环境”有利于形成建构主义所要求的理想学习环境，容易创设各种教学情境；其次，借助于电脑及网络较易实现“协作”、“会话”，依托丰富的情景、经过充分的会话和协商就能比较容易实现“意义建构”了。

DISLab系统的引入也为开展基于物理实验的研究性学习创造了更好的条件，为对物理实验感兴趣的同学提供了进一步研究和探索的平台，有利于满足不同学生对物理学习的不同需求，为实现物理教育的个性化创造了很好的条件。

当然，目前的DISLab技术还存在不少缺点，有不少改进的地方。但是，我们欣喜地发现，它的出现为我们开辟了一条走向“信息技术和实验教学整合”的新路，为物理实验的“数字化学习”指出了方向，为创建“信息化实验环境”创设了条件。因此，上海市教委还专门成立了“上海市中小学数字化实验系统研发中心”，负责DISLab系统的研究开发。我相信，经过广大教师的努力实践，DISLab系统必将在物理教学的现代化方面发挥越来越大的作用。主要参考文献： [1] 《DISLab实验培训资料》上海市物理教材编写组、上海市中小学数字化实验系统研发中心2003年9月

[2] 《上海市中学物理课程标准(征求讨论稿)》上海市中小学课程教材改革委员会办公室上海教育出版社2002年11月第一版

[3] 《物理高中二年级第一学期(试验本)》 上海科学技术出版社2003年8月第一版 [4] 《物理教育展望》 朱主编华东师范大学出版社2002年2月第一版 [5] 《物理实验论》 陶烘著 广西教育出版社1996年12月第一版