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1、 高考资源网第九章 E 学习包自动控制和模块机器人 一、教学任务分析本学习包以模块机器人为实例，利用模块机器人动手体验三个模块的功能及其关系，并学会运用模块电路组合思路联系实际设计简单的自动控制电路，是上一节简单逻辑电路应用的延续。模块机器人作为物理教学用具，有别于市场上的各种机器人。由于是在有限的教学时间内完成特高考资源网定的教学任务，因此模块机器人没有复杂的“积木”，也不需要高深的编程技巧，更不是少数学生的实验项目。作为教学任务，它要求每一位学生都要参与其中，通过实验了解自动控制的组成部分，并通过实际操作学会如何去获取知识，解决问题。学习本节内容所需准备的知识和技能主要有：（1）简单逻辑电
2、路相关知识；（2）电子技术相关知识热敏电阻、光敏电阻、干簧管等元件的特性。（3）电路的组成和简单的串、并联知识。将“自动控制和模块机器人”内容分成若干个子课题，对学生进行分组，并各自认领探究的课题。通过子课题1，介绍机器人在生产、生活中的应用；通过子课题2，了解机器人的相关知识；通过子课题3，介绍模块机器人的构成；通过子课题4，理解机器人三个模块的功能；通过子课题5，运用模块电路组合思路，设计生活中简单的自动控制电路。本节内容采用学习包的形式编写，以问题为载体，以学生的动手实践、自主探索、合作交流为主要的学习方式。通过合作学习、建立“个人小组全班”、“学生教师学生”三维一体的动态过程，共享“集
3、体思维的成果”，然后通过“学生分组”、“小组合作”、“师生合作”解决有关问题。二、教学目标1、知识与技能（1）知道机器人的相关知识。（2）理解模块机器人的构成以及各个模块的作用。（3）知道模块电路及其组合方式。（4）初步学会组装和操作模块机器人。2、过程与方法（1）通过本设计的学习，经历搜集资料、设计方案、实验探究、交流总结的自主学习过程。（2）通过传感器的体验，感受“信号转换”的思想方法。（3）通过生活中简单的自动控制电路的设计过程，感受模块化设计的思想方法。3、情感、态度与价值观（1）通过机器人实物，图片、影片等相关资料的展示，激发对机器人的兴趣，建立“生活蕴藏着物理，物理服务于生活”的科
4、学认识观。（2）通过学习包中提供的模块，组合成各种自动控制电路，感悟实践是巩固知识提高能力的有效途径之一。（3）通过小组合作学习，体验团队协作的重要性。三、教学重点和难点重点：（1）模块机器人的构成。（2）模块机器人的实验探究。难点：运用模块化设计方法设计生活中简单的自动控制电路。四、教学资源1、器材：（1）DIS“模块机器人”及配套软件、多媒体计算机及大屏幕投影。（2）其他所需器材。2、资料：Internet网络、图书资料，有关机器人的实物、图片、视频等资料。3、课件：自制课件、Flash动画等。五、教学设计思路本设计的内容主要包括五个方面：一是机器人在生产、生活中的应用；二是机器人的相关知
5、识；三是模块机器人的构成；四是模块机器人的实验探究；五是生活中自动控制电路的设计。本设计的基本思路是：学生分组，在教师的指导下根据总课题“自动控制和模块机器人”提出系列性问题或子课题，然后通过自主学习、查找资料、交流讨论、探究实验解决问题，最后进行小结、交流和评价。本设计要突出的重点是：模块机器人的构成和模块机器人的实验探究。方法是：通过子课题3的研究，了解传感器、控制器、执行器、模块电路、模块机器人等相关知识；通过子课题4的研究，利用模块机器人动手体验三个模块的功能及其关系，进一步熟悉模块机器人的使用方法。本设计要突破的难点是：运用模块化设计方法设计生活中简单的自动控制电路。方法是：利用“模
6、块机器人”提供的器材，也可以利用其它实际的器材设计出有一定价值和可行性的“自动控制电路”或“智能机器人”，感受模块化设计思想，进一步加深理解三个模块的功能及联系。本设计重视培养学生获取、搜集、处理、表达信息的能力以及实验探究，创造发明的能力。完成本设计的教学任务需3课时。六、教学流程1、教学流程图探索研究实验探究课外完成实验报告，回答相关问题课内交流实验设计方案，实验探究问题探讨提出问题课内听介绍，看表演，提问题课外学生分组，搜集资料，设计实验方案课内汇报成果，交流心得，师生点评课外反思，小结，完成思考与练习交流小结成果交流拓展延伸设计方案继续探究课外关注发展课内模块电路组合设计2、流程图说明
7、问题探讨 提出问题课内通过图片、录像、表演、演示实验等手段创设情景，指出自动控制电路在实际生活和生产中已经被广泛采用，机器人对人类文明和社会进步有重大的作用，激发学生的兴趣和探究欲望。课外通过对学生进行分组、确定子课题及研究内容、明确角色和任务分工。利用网络资源和书籍资料，设计实验方案，制定课题计划书和进度表。探索研究 实验探究课内通过小组内部交流设计方案，实验探究模块机器人的构成及传感器、控制器、执行器三个模块的功能及其关系。课外继续实验探究并完成实验报告，并将搜集到的资料汇总、分析、整合，初步做成ppt、网页、作品等形式，并回答相关问题。交流小结 成果交流课内通过学生分组展示和交流研究成果
8、，由教师和学生组成的课题评审团可以用投票的方式对各组成果进行评议，根据成果交流情况评出各奖项，进行表彰和鼓励，点评并提出改进意见。课外，让学生反思学习学习包的过程，做好小结，完成思考与练习。拓展延伸 拓展延伸课内：利用“模块机器人”提供的器材，也可以利用其它实际的器材设计出有一定价值和可行性的“自动控制电路”或“智能机器人”，感受模块化设计思想，进一步加深理解三个模块的功能及联系。课外：介绍几个机器人网站的地址，激发学生进一步探究机器人的兴趣，增强将科学服务于人类的社会责任感和使命感。3、教学主要环节 本设计可以分为三个主要教学环节：第一环节，课前。通过问题探讨、自由组合、资料收集、实验探究、
9、对研究的初步成果进行归纳整理，并制作成课件。第二环节，课中。学生对制作的作品与研究的成果进行展示、汇报和交流，教师总结评价，实例分析，并作适当的拓展延伸。第三环节，课后。学生在课后小结学习包的学习情况，完成课题研究结题报告。七、教学案例（一）问题探讨1、学生方面所做的准备：l 学生分组：以自愿组合为主，每68人分为一组，每组由一位组长负责。l 角色和任务分工：根据自身的特点，自主选择和承担对应子课题的各项任务。每一位同学必须要参与其中的一项任务，不参与的不给分，每组可设资料收集员，整理员、实验员、课件制作员、展示员，组长（兼）等。总负责人由课代表担任，负责组织、协调和交流汇报会主持工作。l 课
10、题选题：包括教师指定选题和学生自主选题。教师可根据学生的知识水平和研究能力，可以提供一系列可操作的课题供学生选择，也可以由学生自主选择有兴趣、能操作的课题，然后填写选题意向表。其他课题需由指导老师主持开题评审会对学生课题研究方案进行评审。2、教师方面所做的准备l 创设学习的情境：从本节课的生活背景出发，激发学生学习“自动控制和模块机器人”的兴趣。l 编写课前导学：学生自主学习应考虑时间的合理性，高中生课后作业较多，为了让学生有宽裕的课前自主时间，开展研究性学习。教师应根据具体要求，编写了“课前导学”，在“课前导学”中为学生提供了学法指导，针对所学内容，提供一些相关的学习方法让学生参考，重在引导
11、学生围绕重点、难点展开思考，发现疑点，提高学习效率。l 教师搜集选题意向表：按照学生的意向分组，最后宣布分组名单。l 成立课题评审团：由每个课题组的一名代表和指导老师组成评审团，一方面对学生开题报告进行评审，另一方面以投票方式对各组交流展示的成果进行评议。根据成果交流情况评出各奖项，进行表彰和鼓励，点评并提出改进意见。l 评价方式：评价分为小组自主活动表现、小组班级交流表现、个人参与活动表现三大块，从教师评价、学生评价和自我评价三个方面进行。l小组自主活动的表现。 包括小组的活动报告，自主活动的步骤安排，有关活动感受的文章，成果照片，考考其他组的思考题及参考答案的设计等等。 小组的凝聚力，即小
12、组成员的主人翁意识。2小组班级交流的表现。 小组代表的发挥，包括代表之间的配合默契程度，表达的感染力。 回答其他小组的思考题、参与现场竞争的能力。3个人参与活动表现。由自我评价和小组成员的评价组成。（二）实践探究l 各课题组制定研究方案，自主开展研究活动。学生可以到阅览室、图书馆或通过上网查阅自动控制和模块机器人的相关资料。也可以实验探究构成机器人模块的功能。还可以利用学习包提供的器材和其它实际的器材设计出有一定价值和可行性的“自动控制电路”或“智能机器人”。甚至可以走到校外，进行有关自动控制和模块机器人应用的社会调查研究。l 以课题组为单位，归纳整理收集到的信息资料，将研究结果以word，P
13、owerpoint、flash、网页、作品等形式加以总结，便于小结交流。（三）交流小结1、 学生分组交流各自课题的研究结果（以下课题供参考）l 子课题1：机器人在生产、生活中的应用包括机器人实物，图片、影片等相关资料展示。l 子课题2：机器人相关知识1） 机器人的定义。2） 机器人的分类。3） 机器人的身体组成。4） 机器人的发展史。l 子课题3：模块机器人的构成包括传感器、控制器、执行器、模块电路、模块机器人等相关知识。l 子课题4：模块机器人的实验探究1） 传感器实验。2） 控制器实验。3） 执行器实验。l 子课题5：生活中自动控制电路的设计。利用“模块机器人”提供的器材，也可以利用其它实
14、际的器材设计出有一定价值和可行性的“自动控制电路”或“智能机器人”，包括设计方案，实验探究，组装调试，展示交流，反思改进。l 其他课题：由指导老师主持开题评审会对学生课题研究方案进行评审。2、 师生评价由师生组成的评审团以投票方式对各组成果进行评议，根据成果交流情况评出各奖项，进行表彰和鼓励，点评并提出改进意见。附录子课题1：机器人在生产、生活中的应用包括机器人实物，图片、影片等相关资料展示。（略）子课题2：机器人相关知识1、机器人的定义在1967年日本召开的第一届机器人学术会议上，就提出了两个有代表性的定义。一是森政弘与合田周平提出的：“机器人是一种具有移动性、个体性、智能性、通用性、半机械
15、半人性、自动性、奴隶性等7个特征的柔性机器”。从这一定义出发，森政弘又提出了用自动性、智能性、个体性、半机械半人性、作业性、通用性、信息性、柔性、有限性、移动性等10个特性来表示机器人的形象。另一个是加藤一郎提出的具有如下3个条件的机器称为机器人：（1）具有脑、手、脚等三要素的个体；（2）具有非接触传感器（用眼、耳接受远方信息）和接触传感器；（3）具有平衡觉和固有觉的传感器。1988年法国的埃斯皮奥将机器人定义为：“机器人学是指设计能根据传感器信息实现预先规划好的作业系统，并以此系统的使用方法作为研究对象”。我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”。为了防止机器人伤害人类，科幻作家阿西莫夫于1940年提出了“机器人三原则”：（1）机器人不应伤害人类；（2）机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令
