控制系统方案的初步设计教学案例

通用技术•必修二《控制系统方案的初步设计》教学案例——活用机器人辅助教学LEGO林碧春福建省莆田第一中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，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”，通过尝试一一发现，探索一一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，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一一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控执被传输入,控制行感对有人否器器器象（下转第118页）。