“系统与设计、控制与设计”项目案例教学设计

(整期优先)网络出版时间:2022-10-20
/ 2

“系统与设计、控制与设计”项目案例教学设计

姚虹

陕西咸阳中学 陕西  咸阳  712000

一、教材分析

“系统与设计”、“控制与设计”这两个单元既具有自身的独立性,又相互之间有着紧密的联系。例如,控制系统本身就是一个系统,具有系统所有的特点。 因此,在项目教学过程中,将这两章内容设计在一个项目活动中。

控制与系统,集中了很多概念和重要的思想方法,学好这两章内容可以使学生运用控制、系统的思想方法处理和研究问题,有助于学生运用控制和系统观点解决现实生活中遇到的相关问题,有利于发展学生良好的逻辑思维品质。同时这两章内容又是对“流程与设计”、“结构与设计”两章内容的延伸和一定程度的综合。因此,这两个单元是本册教材的重要内容。在此开展项目教学,对于整个必修2的学习和深入理解,有着重要的意义。

本模块设计的项目以简易机器人的各类设计为主,需说明的是本课程中使用的所有试验套件均采用的是【奕美博—技术与设计试验套件】。该套件是智能控制组合型的试验器材,包含大量各式各样的结构件、智能控制电路板、多种传感器、以及配套的程序设计平台。

项目一:爬行机器人

项目二:碰壁倒退小车

项目三:光控风车

项目四:自动循迹小车

项目五:自动升旗装置

项目六:二节电子蠕虫

项目七:简易行走机器人

各小组根据兴趣选择其中一个项目。

二、学情分析

学生在前面的学习中已经经历过完整的项目教学实践活动,获得了有关项目教学的初步感性认识和体验,对项目教学有着浓厚的兴趣。在本模块中选择的项目以简易机器人的各类设计为主,这一内容碰触到了绝大多数学生的兴趣点,进一步激发学生对技术问题的敏感性和探究欲望。同时,简易机器人的设计,对于学生而言,从未接触过却又极富有挑战性。学生抱着很高的热情来参与项目活动。

三、教学目标

1.知识与技能

(1)能从设计的角度理解系统与控制的一般概念,了解简单系统与控制设计的基本知识。

(2)通过实践活动加深对系统的特性及控制系统的工作方式的理解,初步学会运用系统与控制的思想和方法进行技术设计。

2.过程与方法

经历项目活动,将系统与控制的基本知识应用技术实践,初步掌握系统与控制的基本思想方法,并能综合运用所学知识和技能解决一些实际问题,发展创新精神和理论运用与实践的能力。

3.情感态度与价值观

(1)对系统与控制技术产生强烈的兴趣和好奇心,并把它转换为对后续学习的动力。

(2)使学生初步理解、使用和评价控制技术的能力,其技术素养得到相应的提高。

四、教学重点、难点

重点:对系统的特性及控制系统的工作方式的理解。初步学会简单控制设计的基本方法。

难点:对系统的特性及控制系统的工作方式的理解。初步学会简单控制设计的基本方法。

五、教学策略

通过项目实践活动,配合具体的教学内容,让学生在做中学控制,在学中做试验。学生进行试验、分析、比较、改进和选择,形成活跃的教学气氛。从而完成教学任务,充分体现了新课程的理念和要求。

六、教学环境与教具

分组活动,每组6人。通用技术实验室、多媒体设备、电脑、奕

美博—技术与设计试验套件。

七、项目实施过程

教学过程:

1.课程导入:教师多媒体展示由试验套件设计制作成功的案例:“倒水服务机器人”视频。学生观看。

设计意图吸引学生的注意力,并激发学生的对项目开发的兴趣。

  1. 提出项目任务项目一:爬行机器人

项目二:碰壁倒退小车

项目三:光控风车

 项目四:自动循迹小车

项目五:自动升旗装置

项目六:二节电子蠕虫

项目七:简易行走机器人

学生活动学生提出问题,了解各个项目,对项目有初步的认识

设计意图学生对于机器人的设计既有兴趣又有畏难情绪。前面通过倒水服务机器人视频,鼓动了学生学习的热情和兴趣,再让学生了解各个个项目的内容。鼓励学生勇于接受挑战,积极参与活动。

3.领取和介绍试验套件:为各组分发试验套件。对试验套件进行概况性介绍。

学生活动1学生以组为单位领取试验套件。

(2)学生了解试验套件。主要部件有:各类塑料结构件、各种电路部件(多种传感器、电机、变速箱、控制器等)、机械传动基本零件、全图形化的NFL控制程序设计平台等。

设计意图让学生熟悉试验套件的组成,为后面开展活动做准备。

4.选项并进行小组内分工:回答学生问题,帮助学生选项

学生活动小组讨论交流后进行项目的确定。组内分工。

设计意图确定项目,开展活动。

5.设计分析(以简易行走机器人为例)

(1)制定设计要求:a.功能要求。

b.选择恰当的控制方案实现控该制。

例:“简易行走机器人”可以在地面上前进几秒,然后后退几秒,周而复始。

学生活动学生根据不同的选项研究资料,开展讨论各组机器人要实现的功能及用什么控制方式实现。

“简易行走机器人”可以用开环控制系统实现。

(2)设计分析:引导学生进行设计分析

学生活动学生讨论:a.控制系统要达到的目的?

b.控制的对象?

c.被控量(输出量)、给定量(输入量)、控制量分别是什么

d.实现各环节的元器件可以选择什么?

设计意图结合教学内容,让学生活学活用,进一步理解控制系统的工作过程与方式

(3)画出控制系统方框图

学生活动学生根据设计分析,画出方框图

设计意图实践与理论相结合,深化理解控制系统的工作过程。

(4)结构设计:理论研究:根据材料进行分析归纳机器人工作流程包含的主要环节以及主要组成部件。

例:简易行走机器人,它的行走机构是由驱动部件、连杆机构等有机结合在一起,加上控制部件构成一个行走机器人系统,使其能协调的完成前进后退的任务。

实践研究:呈现机器人装置所需的零部件,并对主要部件做功能及操作做深入的了解。如:控制器、传感器、电机、结构件等,根据所给的零部件,结合自己构思的流程,设计机器人结构装置,并画出结构的草图。

学生活动在教师的引导下,学生进行理论研究和实践研究。结合材料以及归纳的知识,构思机器人的结构特征、工作流程、各环节的实现的主要部件。结合自己构思的倒水流程,设计机器人结构装置,并画出结构的草图

设计意图在老师的引导下,发挥学生的创造力,与自己已有的知识和经验综合起来,提高综合应用知识与技能分析和解决问题的能力。

(5)结构搭建:鼓励学生遇到问题时,多和同学交流,不骄不躁,不言放弃。

学生活动在了解各个部件作用的基础上,根据设计进行结构体的搭建。

设计意图培养学生实践操作能力和认真严谨的科学态度。

(6)程序设计:指导学生进行程序的安装,分发学习资料,指导编程。

学生活动自主学习本试验套件下全图形化的NFL控制程序设计系统。编写适用于本组机器人的程序。

6.下载程序、试验运行

学生活动将编写的程序下载到控制板,试验运行,直至运行成功。

设计意图知识的内化和升华,创新实践能力得到有效的锻炼。

  1. 系统分析:指导学生用系统的观点来分析本次活动。理论联系实际,进一步加深对系统的理解

学生活动讨论本次项目活动中体现的系统思想与方法,分析系统的特性

设计意图通过实践活动加深对系统的特性的理解,初步学会运用系统的思想和方法进行技术设计

8.设计的评价与交流

(1)任务1.作品的展示(小组自评)。教师组织评价与交流活动。

学生活动展示作品。介绍本组作品的设计过程、、作品的功能、设计的亮点、制作过程中遇到的问题,如何解决的等

设计意图让学生体验 成功的快乐,激发学生学习兴趣,培养学生的表达与交流能力

(2)任务2.小组评价分发作品评价表

学生活动小组之间互相评价,组间可互提问题,进行答辩。

(3)任务3.教师评价

(4)任务4:组内成员自评

学生活动学生自己对自己在项目活动中的表现进行评价。评价内容以学生自评表为主。

9.完成本次项目活动记录表

学生活动学生完成记录表

设计意图归纳、整理本次活动的内容与学习收获,构建完整的知识体系。

10.活动总结:对本次项目活动进行总结,肯定学生的各项工作,指出不足。