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1、专心 爱心 用心 1通用技术必修二控制系统方案的初步设计教学案例活用 LEGO机器人辅助教学教材分析与设计本节课是通用技术（地质出版社）必修 2技术与设计 2第四章第五节的内容。这一节的目标是让学生体验控制系统设计的实际过程，并以三个实例：（1）声控灯、自动门控制系统的开环设计；（2）指南车自动控制系统的闭环设计展开教学，但是学校通用技术实验室多是一些钳工、木工等工具，这些工具用于本章教学发挥不了多大作用，但以上三个例子用我校现有的 12套 LEGO机器人配件实践教学，正所谓是工欲善其事，必先利其器，用机器人辅助教学可以起到事半功倍的效果，有利于教学处于轻松、直观的情境下顺利进行，本节是以学生
2、为主体的课堂教学，亲自的参与、切身的体会，有利于学生对本章节的理解和掌握。课时 3节。学情分析1、通过本章已学过的内容，调查了解学生学习情况如下：学生反映所学内容基本能掌握，但提及自己是否想过尝试设计、制作控制系统时，少部分同学直言不会做，但大部分同学表示不喜欢在教室上通用技术学科课，希望有机会到实验室操作实践。2、对于机器人，同学们早有耳闻。现在同学们能够亲自体验机器人更是兴奋不已，激发同学们的好奇心和动手做的欲望，开展机器人辅助通用技术教学，学生们非常乐意投入其中。活动目标：知识技能目标：通过互动操作让学生在实践过程中，领悟知识，提高技能：1、控制系统设计所经历的几个阶段和每个阶段的各种任
3、务2、画出系统方框图，形成初步设计方案3、能设计制作一个控制方法，尝试用机器人搭建模型，并进行模拟控制和调试。过程与方法：通过在控制系统方案的设计、制作过程中，创设情景，发挥学生自主学习的积极性，让学生在做中学，学中做。经历思维、实践过程，让学生在实践中提高分析问题、解决问题的能力，锻炼学生的逻辑思维能力和动手操作能力。情感、态度和价值观：通过多种形式的教学活动，提高学生学习技术课的兴趣。体会团队合作的精神和使用技术的责任感、使命感。体验科学探究的过程，激发学生对科学的求知欲和探究科学的勇气。培养勇于实践、勇于思考、勇于创新的精神和素质。活动重点：控制系统设计的一般思路，并通过三个学习任务，学
4、生在合作学习的基础上，自行设计，共同分析问题、解决问题。活动难点：运用机械知识，拼装、搭建机器人模型，体会开环系统与闭环系统的设计与区别以及适用场合。活动器材：LEGO套装、ROBOLAB 软件、计算机活动课程设计：活动过程中，45 人为一组，采用合作式学习的教学方式，以问题为先导，任务驱动为动力，让学生自己发现、自己探索。教学策略设计：本节从理论上讲内容较难，学生理解起来比较困难，为了能有较好的课堂教学效果，设计如下：1、使用 LEGO机器人配件，指导搭建声控灯、自动门控制系统的开环模型，指南车自动闭环控制模型，从而引入课题。通过自主活动，引导研究一些贴近学生生活实际和典型的案例，使学生了解
5、，尝试自主设计实验的活动过程。2、引导学生进行“问题式学习” ，通过尝试发现，探索研究的过程来掌握本节课的知识，在老师的帮助下，把生活中的经验逐步与控制系统联系起来，通过动手实践、改造，亲身体会，体验成就感！3、创设情境，帮助学生在快乐、轻松的氛围中掌握知识。2实施教学：1、乐高机器人简介LEGO机器人以积木式搭建为主，ROBOLAB 编程以图形化界面呈现。通过电脑编程，可以依靠程序完成一定操作或移动的机械装置，它可以有视觉、触觉等感觉功能，有识别和自主行动的功能。搭建机器人的主要零件有：微控制器、动力（马达） 、传感器、齿轮及一些积木块。乐高机器人易用、易于接受，机器人的制做都是徒手进行的，
6、不需要借助其他任何工具。这一点使它非常容易被学生们接受，学生活动时可以很轻松的上手。学生们用它来实现一个设计可以只用很短的时间，这对于一节课 45分钟来说是很有利的，学生在更改设计时从拆到装也可以在很短时间完成，这使学生们很快就可以看到他们的设计成果，对他们自己的设想能在很短时间得到反馈，这对学生的学习来说是很重要的。同时也在很大程度上减轻了教师教学的负担。编程方面 ROBOLAB图形化的编程软件，学生们只用十分钟可以很轻松的上手。ROBOLAB 可以使机器人“活起来” ，并且对学生图形化的思维方式也是一种训练，使学生更关注程序中的逻辑关系。2、用 LEGO机器人辅助通用技术课堂教学电脑机器人
7、通用技术课堂教学的“助推器”，它的亮相对通用技术课堂教学无疑是巨大的冲击、无穷的震撼；它的加盟对教学研究确信是推波助澜、不同凡响。LEGO机器人适用于通用技术学科技术与设计一 、 技术与设计二每一章节的辅助教学工具。最近几年，许多中学把电脑机器人活动引入到通用技术课堂教学当中，许多教师都在不断探索如何进行电脑机器人辅助通用技术教学，才能使这种跨学科、高操作性、极具挑战的内容，真正适合通用技术课程整合、综合创新活动的需要，提高学生的动手能力、协作能力和创造能力，使他们在积极的学习兴趣中不断探索和研究，实现自己的新创意、新设想、新设计。3、实践环节有了前面的探究，这个环节显得水到渠成。同学们已经初
8、步具备了控制系统设计的能力，是一位准设计师了。现在机器人就在大家的面前，同学们，你们将怎么做？这一环节的设计在于创设一个情境，激发学生的探究欲望，提供一个机会，发挥学生的想象力和创造力，引导学生主动探究。实践一：声控灯控制系统开环控制，被控对象是声控灯，输入是有声音/否，输出是灯亮/否，干扰因素是外界声源和电源电压的波动等。绘制系统框图和机器人模型和编程如下图：实践二：自动门控制系统开环控制，被控对象是门，输入是有人否，输出是门开/关。绘制系统框图和机器人模型和编程如下图：(下转第 118页)乐高机器人在通用技术教学中大显身手闭环控制系统辅教案例张劲天传 感 器 控 制 器 常 开 接 点（
9、执 行 器 ） 电 灯 输 出亮 /灭输 入（ 声 响 ） 传 感 器 控 制 器 常 开 接 点（ 执 行 器 ） 电 灯 输 出亮 灭输 入（ 声 响 ）传感器 控制器 被控对象执行器有 人 否 开 /关输 入 输 出传感器 控制器 被控对象执行器有 人 否 开 关输 入 输 出专心 爱心 用心 3浙江省宁波市第三中学摘要：文章通过对“闭环控制系统”课堂教学案例的展示，进而对通用技术课程的教学内容和课程特点与乐高教学平台的优异品质作了比对，强调了乐高机器人在通用技术课堂教学中的巨大作用，提出了乐高教学平台可以与通用技术教学做到“全程无缝啮合”的观点。文中的附件还介绍了“小水塔水位自动控制系
10、统”教具的具体制作方法。一、 “闭环控制系统”辅教案例“闭环控制系统”是普通高中通用技术课程必修 2教材第四单元“控制与设计”中的教学内容，技术性较为突出，用传统的教学方法显得力不从心。1、教学内容简述（1）闭环控制系统的定义：把系统的输出量返回到输入端，并对控制过程产生影响的控制系统，称为闭环控制系统。（2）简单闭环控制系统的框图：（3）工作原理：检测装置测量出被控量并返回到系统的输入端； 是比较器，它将给定量与所检测的被控量进行比较，求出偏差值；控制器将这一偏差值进行运算处理，并向执行器下达控制指令；执行器根据指令对被控对象进行控制，从而使被控量稳定在一定的范围内。2、教学要求与教情学情分
11、析教学要求一是熟悉闭环控制系统的基本组成，二是理解闭环控制系统的工作原理与作用。对于学生来说这是全新的内容以前从未接触过，面对众多的技术术语感觉是一团雾水。而对于教师，也少有控制技术方面的行家，普遍感到问题棘手，需要想方设法寻找教学的突破口。3、两种教学方法比对先让我们看一看传统的教学方法：课堂上教师照书念词，照图解说，空对空地问，空对空地答，45分钟的课堂教学就这样在沉闷枯燥的氛围中度过。先进一点的做一个 PPT课件，或是一个 FLASH动画，也难逃隔靴搔痒、云里雾里的命运，结果是教师痛苦，学生乏味，不求高效只求能通过省会考。这样，学生对本课的教学缺乏兴趣导致对通用技术课程的学习失去信心便是
12、顺理成章的了。现在我们来瞧一瞧利用乐高教学平台辅助本课的教学情景：我用乐高机器人套件制作了一个小水塔闭环自动控制系统教具，然后，把它拆散并统统装进一个乐高器材盒内，带上两个装满自来水的可乐瓶，当我一踏进教室门口时就引来了学生们惊诧的目光， “这是什么啊” ，有学生好奇地问，我用魔术般的手法在一分钟内完成了教具的搭建，当一个立体的模型呈现在讲台上时，学生们一下子活跃起来了， “这好像是小水塔呀”！几位同学迫不及待地猜测着。我先用 RCX的 1号程序演示一个开环控制的过程，起动水泵，水从水池中不断放进可乐瓶“水塔”中，渐渐地，水快要溢出瓶口了，学生们心急了，我关了 RCX解释说：程序中水泵的工作是
13、定时的，时间未到它就不停，这就是我们上节课学的开环控制系统的缺点。接着，我用 2号程序演示了一个闭环控制的过程，这时，小水泵就很懂事，该转则转、该停则停，学生们真切地看到了“水塔”中的水位始终在上下二个水位传感器之间，应用这样的控制系统就具有了很实用的价值。对照控制系统的动作，我在黑板上板书系统的 I/O真值表，把 LOBOLAB程序放在大屏幕上并作了一番解释，然后，要求同学们参照教材的描述分别指出在讲台上的这套闭环控制系统中，控制器、执行器、检测装置、比较器所对应的部件；给定量、被控量指的什么？控制系统又是怎么样工作的？因为有实物作参照，学生们分析理解就会轻松许多，互相讨论，回答问题较热烈，
14、在教学过程中同学们兴趣十足地上台重组控制系统，自己启动控制程序，享受乐高机器人带来的快乐。整个课堂教学过程，学生全身心参与，始终沉浸在轻松愉快的氛围中，教学效果不言而喻，理想地实现了教学目标。基于乐高的教具，不但实现了既定目标，有时还可产生意想不到给定量比较器控制器 执行器 被控量被控对象检测装置+4的效果。譬如：在本教具中，水位传感器利用了水的导电性，但在编程运行时发现水的导电性不等同于导线短接；一根乐高电线接在输入端口，可将它看成触感输入、也可看成光感或温感输入，学生亲手操作用 RCX的显示屏证明了该观点的正确性，等等。乐高机器人使学生体验到了科学的神奇，理解了通用技术课程的重要意义。二、
15、乐高教学平台与通用技术教学的“全程无缝啮合”我们先来看一下课程的教学内容和特点：通用技术课程有两个必修模块，必修模块一强调的二个重点是：对技术的理解和对设计过程的把握。必修模块二有四个单元，它们分别是结构与设计、流程与设计、系统与设计和控制与设计。 通用技术课程的特点是：创新性、技术性和实践性。我们再看乐高教学平台的优异品质：它有功能强大的控制器 RCX、易学易用的图形化编程软件、众多的传感器，使我们能轻而易举地实现对外界数据的采集与处理，它的构件品种多而全、且色彩艳丽、手感好、硬度适中、重量轻、零件间配合精度高、拆装容易、便于现场搭建、就算是一个从没玩过乐高的人，只要拥有它也能很快地上手，能
16、做你所想，让你的想象马上变成现实。乐高机器人是放大镜把教材中的重要概念放大得清清楚楚；乐高机器人是望远镜让学生看到科技的未来；乐高机器人神通广大、教材中每一章节都有它的身影；在课堂教学中，学生用它来加深对技术的理解、想象技术的未来、实践设计的全过程，用它来构思一个巧妙的结构、设计一个实用的系统、实施对某个对象的控制。 通用技术课程的学习从此以快乐代替枯燥，以实际代替空洞。几组图片能说明一二。 上图是学生们在通用技术课程的学习过程中利用课余时间设计的作品选粹。图一：能分拣三种颜色的流水线，与企业实际的火柴包装流水线相近；图二：乐高积木辅助制作的温控小电扇和磁控小车；图三：能在粉笔上钻孔并锯断粉笔的联合机床，钻孔深度可设置；图四：植树机与运输车，可完成树苗运输、挖坑、栽树、盖土、浇水功能。图一图二图三图四专心 爱心 用心 5在课堂教学中，教师用它制作教具、讲解教材中的概念、化解教学难题、设计课堂练习、展现技术魅力、避免了空问空答的尴尬局面
