2020版 人教版 高中通-用技術(shù) 選擇性必修2 機器人設(shè)計與制作《第三章 機器人控制器》大單元整體教學設(shè)計2020課標

版人教版高中通用技術(shù)選擇性必修2機器人設(shè)計與制作《第三章機器人控制器》大單元整體教學設(shè)計[2020課標]一、內(nèi)容分析與整合二、《普通高中通用技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》分解三、學情分析四、大主題或大概念設(shè)計五、大單元目標敘寫六、大單元教學重點七、大單元教學難點八、大單元整體教學思路九、學業(yè)評價十、大單元實施思路及教學結(jié)構(gòu)圖十一、大情境、大任務(wù)創(chuàng)設(shè)十二、單元學歷案十三、學科實踐與跨學科學習設(shè)計十四、大單元作業(yè)設(shè)計十五、“教-學-評”一致性課時設(shè)計十六、大單元教學反思一、內(nèi)容分析與整合（一）教學內(nèi)容分析《機器人控制器》是高中通用技術(shù)選擇性必修2中的一個重要章節(jié)，內(nèi)容涵蓋了機器人控制器的基本原理、使用實例、編程方法以及通信接口等方面的知識。通過本章的學習，學生將理解機器人控制器的核心組成及其工作原理，掌握控制器在機器人系統(tǒng)中的應(yīng)用，以及如何通過編程實現(xiàn)對機器人的精確控制。學生還將學習控制器與傳感器、執(zhí)行器等外部設(shè)備之間的通信接口技術(shù)，為后續(xù)的機器人設(shè)計與制作打下堅實的基礎(chǔ)。（二）單元內(nèi)容分析本單元共包含四個主要部分：控制器基本原理、控制器使用實例、控制器編程、控制器通信接口，以及一個課外實踐——循跡機器人小車制作。各部分內(nèi)容既相互獨立又緊密相關(guān)，共同構(gòu)成了機器人控制器這一核心主題的完整知識體系?？刂破骰驹恚涸摬糠种饕榻B機器人控制器的組成單元、工作過程以及單片機的基本結(jié)構(gòu)和功能。學生將了解控制器如何通過內(nèi)部電路和外部接口實現(xiàn)對機器人運動的精確控制，以及單片機在機器人控制中的重要作用?？刂破魇褂脤嵗和ㄟ^具體實例，如單片機最小系統(tǒng)的組成、引腳類型及復位方式等，讓學生直觀感受控制器在實際應(yīng)用中的操作方法和注意事項。這將有助于學生更好地理解控制器的原理和功能，并為后續(xù)的編程和通信接口學習打下基礎(chǔ)。控制器編程：本部分重點介紹機器人編程的必要性、編程語言分類及特點，以及流程圖的繪制方法。學生將學習如何通過編程語言實現(xiàn)對機器人的精確控制，包括順序流程和循環(huán)流程的設(shè)計與應(yīng)用。學生還將了解不同編程語言之間的優(yōu)缺點，為選擇合適的編程語言提供參考?？刂破魍ㄐ沤涌冢涸摬糠种饕榻B控制器與傳感器、執(zhí)行器等外部設(shè)備之間的通信接口技術(shù)，包括模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)分、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的功能以及常見的數(shù)字通信接口等。學生將學習如何通過通信接口實現(xiàn)控制器與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，為機器人的精確控制提供技術(shù)支持。課外實踐：循跡機器人小車制作——電機驅(qū)動：通過制作循跡機器人小車這一具體實踐項目，讓學生綜合運用所學知識，包括控制器的基本原理、編程方法以及通信接口技術(shù)等，實現(xiàn)對機器人小車的精確控制。這將有助于學生將理論知識轉(zhuǎn)化為實際操作能力，提升他們的工程實踐和創(chuàng)新能力。（三）單元內(nèi)容整合本單元的內(nèi)容整合旨在通過系統(tǒng)性的學習和實踐，讓學生全面掌握機器人控制器的核心知識和技術(shù)。在整合過程中，我們將注重以下幾個方面：知識體系的系統(tǒng)性：通過從基本原理到具體應(yīng)用、從理論知識到實踐操作的逐步深入，構(gòu)建完整的知識體系。這將有助于學生更好地理解機器人控制器的各個方面，形成系統(tǒng)性的認識。理論與實踐的結(jié)合：在理論學習的基礎(chǔ)上，通過課外實踐項目讓學生將所學知識應(yīng)用于實際操作中。這將有助于提升學生的工程實踐和創(chuàng)新能力，同時加深對理論知識的理解?？鐚W科知識的融合：在單元內(nèi)容整合過程中，我們將注重跨學科知識的融合，如將物理、數(shù)學等學科知識融入機器人控制器的學習中。這將有助于拓展學生的知識視野，提升他們的綜合素質(zhì)。二、《普通高中通用技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》分解通用技術(shù)的核心素養(yǎng)目標根據(jù)《普通高中通用技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》，通用技術(shù)的核心素養(yǎng)目標主要包括技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達和物化能力五個方面。以下是對這五個方面核心素養(yǎng)目標在本單元教學中的具體分解：（一）技術(shù)意識理解技術(shù)現(xiàn)象及問題：通過學習機器人控制器的基本原理和應(yīng)用實例，學生能夠理解機器人技術(shù)在現(xiàn)代社會中的重要性和廣泛應(yīng)用，形成對技術(shù)現(xiàn)象及問題的敏感性和關(guān)注度。形成技術(shù)規(guī)范和標準意識：在控制器編程和通信接口的學習中，學生將了解技術(shù)規(guī)范和標準在機器人技術(shù)中的重要性，形成遵守技術(shù)規(guī)范和標準的意識。分析技術(shù)對個人、社會和環(huán)境的影響：通過討論機器人技術(shù)的發(fā)展趨勢和潛在影響，學生能夠分析技術(shù)對個人、社會和環(huán)境可能產(chǎn)生的影響，形成理性的技術(shù)價值觀和責任感。（二）工程思維運用系統(tǒng)分析方法：在學習控制器基本原理和機器人系統(tǒng)設(shè)計的過程中，學生將運用系統(tǒng)分析方法，對機器人系統(tǒng)進行整體規(guī)劃和優(yōu)化設(shè)計?？紤]工程實踐中的制約因素：在課外實踐項目中，學生將考慮工程實踐中的各種制約因素，如成本、時間、資源等，進行合理的方案設(shè)計和選擇。進行風險評估和綜合決策：在機器人小車制作過程中，學生將進行風險評估和綜合決策，確保項目的順利進行和最終成功。（三）創(chuàng)新設(shè)計發(fā)現(xiàn)與明確問題：通過討論和分析機器人技術(shù)中的實際問題，學生能夠發(fā)現(xiàn)并提出具有創(chuàng)新性的解決方案。綜合運用多學科知識進行設(shè)計：在創(chuàng)新設(shè)計過程中，學生將綜合運用物理、數(shù)學、計算機等多學科知識，進行跨學科的創(chuàng)新設(shè)計。優(yōu)化設(shè)計方案并進行技術(shù)試驗：學生將對初步設(shè)計方案進行優(yōu)化和改進，并通過技術(shù)試驗驗證其可行性和有效性。（四）圖樣表達識讀和繪制技術(shù)圖樣：在學習控制器編程和通信接口的過程中，學生將識讀和繪制相關(guān)的技術(shù)圖樣，如流程圖、電路圖等。用技術(shù)圖樣表達設(shè)計構(gòu)想：在課外實踐項目中，學生將用技術(shù)圖樣表達機器人小車的設(shè)計構(gòu)想和制作方案。進行技術(shù)交流和評價：通過技術(shù)圖樣的展示和交流，學生能夠更好地理解他人的設(shè)計構(gòu)想，并進行有效的技術(shù)評價和改進建議。（五）物化能力選擇合適的材料和工具：在機器人小車制作過程中，學生將根據(jù)實際需要選擇合適的材料和工具，確保項目的順利進行。進行模型或產(chǎn)品的成型制作和裝配：學生將親自動手進行機器人小車的成型制作和裝配工作，提升他們的動手實踐能力和工程實踐能力。對模型或產(chǎn)品進行技術(shù)測試和調(diào)試：在完成機器人小車制作后，學生將對其進行技術(shù)測試和調(diào)試工作，確保其性能和功能的正常發(fā)揮。通過以上五個方面的核心素養(yǎng)目標的分解和實現(xiàn)，本單元的教學將有助于學生全面掌握機器人控制器的核心知識和技術(shù)，提升他們的工程實踐和創(chuàng)新能力，為未來的學習和工作打下堅實的基礎(chǔ)。三、學情分析（一）已知內(nèi)容分析在高中通用技術(shù)選擇性必修2《第三章機器人控制器》的教學之前，學生們已經(jīng)完成了必修模塊《技術(shù)與設(shè)計1》和《技術(shù)與設(shè)計2》的學習，對技術(shù)設(shè)計的一般過程、結(jié)構(gòu)、流程、系統(tǒng)、控制等基本概念有了初步的理解和掌握。在前面的學習過程中，學生們已經(jīng)接觸過簡單的電子電路、傳感器、單片機等基礎(chǔ)知識，能夠繪制簡單的電路圖，理解基本的電子元件功能和作用。學生們還通過實踐活動，如設(shè)計并制作簡單的機械結(jié)構(gòu)、參與技術(shù)試驗等，積累了一定的技術(shù)實踐經(jīng)驗和問題解決能力。在日常生活和學習中，學生們也經(jīng)常接觸到各種智能設(shè)備和機器人，如智能手機、智能家居設(shè)備、掃地機器人等，對這些設(shè)備的基本工作原理和操作流程有一定的了解。這些經(jīng)驗和知識為學生們進一步學習機器人控制器打下了堅實的基礎(chǔ)。（二）新知內(nèi)容分析本章《第三章機器人控制器》的教學內(nèi)容包括控制器基本原理、控制器使用實例、控制器編程、控制器通信接口以及課外實踐——循跡機器人小車制作（電機驅(qū)動）。這些內(nèi)容旨在引導學生深入理解機器人控制器的工作原理和應(yīng)用，掌握控制器編程和通信接口的基本知識，并通過實踐活動提升學生的動手能力和創(chuàng)新能力?？刂破骰驹恚罕竟?jié)內(nèi)容主要介紹機器人控制器的概念、組成單元以及單片機的基本結(jié)構(gòu)和工作過程。學生需要理解控制器在機器人系統(tǒng)中的作用，以及單片機如何通過內(nèi)部結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)實現(xiàn)控制功能?？刂破魇褂脤嵗和ㄟ^具體實例，如單片機最小系統(tǒng)的組成，讓學生了解控制器在實際應(yīng)用中的配置和使用方法。通過上電復位和按鍵復位電路的分析，加深對控制器工作原理的理解?？刂破骶幊蹋罕竟?jié)介紹機器人編程的必要性，編程語言分類及特點，以及流程圖的繪制方法。學生需要掌握基本的編程邏輯，能夠?qū)嶋H問題轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的程序代碼?？刂破魍ㄐ沤涌冢航榻B模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別，A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的功能，以及常見的通信接口類型（如UART、I2C、SPI）。學生需要理解信號轉(zhuǎn)換的原理和通信接口的應(yīng)用場景。課外實踐：循跡機器人小車制作——電機驅(qū)動：通過實踐活動，學生將理論知識應(yīng)用于實際操作中，學習直流電機在機器人系統(tǒng)中的使用，以及電機驅(qū)動模塊的工作原理和編程控制。（三）學生學習能力分析高中階段的學生已經(jīng)具備了一定的邏輯思維能力和抽象思維能力，能夠理解和分析較為復雜的技術(shù)問題。在學習通用技術(shù)課程的過程中，學生們逐漸形成了良好的學習習慣和問題解決策略，能夠獨立完成一定的技術(shù)設(shè)計任務(wù)。在編程和電子技術(shù)方面，雖然學生們可能缺乏深入的專業(yè)知識，但通過前期的學習和實踐，他們已經(jīng)掌握了一些基本的編程邏輯和電子元件的使用方法。在學習機器人控制器的過程中，學生們能夠較快地適應(yīng)新的學習內(nèi)容，并在教師的指導下逐步提升自己的編程和電路分析能力。學生們對實踐活動表現(xiàn)出濃厚的興趣，樂于通過動手操作來驗證理論知識，解決實際問題。這種積極的學習態(tài)度有助于他們在學習機器人控制器時保持高度的學習動力和參與度。（四）學習障礙突破策略在學習機器人控制器的過程中，學生們可能會遇到一些學習障礙，如編程邏輯復雜、電路分析困難等。為了幫助學生克服這些障礙，提高學習效果，可以采取以下策略：分層教學與個別輔導：根據(jù)學生的學習能力和興趣特點，采取分層教學策略。對于編程基礎(chǔ)較弱的學生，可以提供更多的編程練習和輔導；對于電路分析有困難的學生，可以通過實物演示和實驗操作來加深理解。針對個別學生的學習問題，進行有針對性的個別輔導。案例教學與情境模擬：通過具體案例和情境模擬來幫助學生理解抽象的概念和原理。例如，在介紹控制器基本原理時，可以通過模擬機器人運動的情境來展示控制器的作用；在編程教學中，可以通過解決實際問題的案例來演示編程邏輯的應(yīng)用。實踐操作與項目驅(qū)動：加強實踐操作和項目驅(qū)動教學，讓學生在動手實踐中掌握知識和技能。例如，在課外實踐中，通過制作循跡機器人小車來加深學生對電機驅(qū)動和編程控制的理解。可以設(shè)置一些具有挑戰(zhàn)性的項目任務(wù)，激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)新能力。合作學習與資源共享：鼓勵學生進行合作學習，通過小組討論、協(xié)作完成任務(wù)等方式來分享知識和經(jīng)驗。建立資源共享平臺，讓學生可以方便地獲取學習資料和求助信息，提高學習效率。及時反饋與激勵評價：在教學過程中及時給予學生反饋和評價，肯定他們的學習成果和努力，同時指出存在的問題和不足。通過激勵評價來激發(fā)學生的學習興趣和動力，幫助他們建立自信心和學習成就感。通過分層教學與個別輔導、案例教學與情境模擬、實踐操作與項目驅(qū)動、合作學習與資源共享以及及時反饋與激勵評價等策略，可以有效地幫助學生克服學習機器人控制器過程中的障礙，提高他們的學習效果和創(chuàng)新能力。四、大主題或大概念設(shè)計本大單元以“探索機器人控制器的奧秘：構(gòu)建智能控制系統(tǒng)”為大主題，旨在通過機器人控制器的學習，引導學生深入理解機器人技術(shù)的基本原理，掌握控制器在機器人系統(tǒng)中的核心作用，培養(yǎng)學生的技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達和物化能力。通過理論學習與動手實踐相結(jié)合的方式，學生能夠體驗從設(shè)計、編程到調(diào)試的全過程，從而全面提升其通用技術(shù)素養(yǎng)。五、大單元目標敘寫（一）技術(shù)意識學生能夠理解機器人控制器在機器人技術(shù)中的重要性，認識到控制器是機器人實現(xiàn)智能化操作的關(guān)鍵部件。學生能夠分析不同場景下機器人控制器的應(yīng)用，理解其對社會、經(jīng)濟、環(huán)境的影響，形成正確的技術(shù)使用觀念。學生能夠關(guān)注機器人控制器技術(shù)的發(fā)展趨勢，理解技術(shù)創(chuàng)新對機器人性能提升的關(guān)鍵作用。（二）工程思維學生能夠運用系統(tǒng)分析的方法，理解機器人控制器的組成和工作原理，識別其設(shè)計中的關(guān)鍵要素。學生能夠結(jié)合具體案例，分析機器人控制器在機器人系統(tǒng)中的作用，體會工程設(shè)計的復雜性和系統(tǒng)性。學生能夠在設(shè)計過程中，考慮機器人控制器的性能、成本、可靠性等因素，進行權(quán)衡和優(yōu)化。（三）創(chuàng)新設(shè)計學生能夠根據(jù)實際需求，提出創(chuàng)新的機器人控制器設(shè)計方案，運用創(chuàng)造技法進行設(shè)計優(yōu)化。學生能夠結(jié)合機器人控制器的特點，設(shè)計具有特定功能的機器人系統(tǒng)，體現(xiàn)創(chuàng)新思維。學生能夠在設(shè)計過程中，考慮用戶需求和技術(shù)限制，提出切實可行的解決方案。（四）圖樣表達學生能夠識讀機器人控制器的相關(guān)圖紙和技術(shù)文檔，理解其表達的內(nèi)容和意義。學生能夠運用圖樣表達的方法，繪制機器人控制器的結(jié)構(gòu)圖、電路圖等，清晰表達設(shè)計思路。學生能夠結(jié)合圖樣表達，進行機器人控制器的設(shè)計和優(yōu)化，提高設(shè)計的準確性和可行性。（五）物化能力學生能夠根據(jù)設(shè)計圖紙和技術(shù)要求，選擇合適的材料和工具，制作機器人控制器的原型或模型。學生能夠掌握機器人控制器的調(diào)試和測試方法，確保其功能正常、性能穩(wěn)定。學生能夠在制作和調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)問題并提出解決方案，提高物化能力。六、大單元教學重點機器人控制器的基本原理：深入理解單片機等核心部件的工作原理，掌握其在機器人控制中的應(yīng)用。控制器編程與調(diào)試：學習機器人控制器的編程語言和方法，掌握程序的編寫、調(diào)試和優(yōu)化技巧?？刂破魍ㄐ沤涌冢豪斫鈾C器人控制器與其他部件之間的通信原理，掌握常見通信接口的使用方法。實踐操作能力：通過循跡機器人小車制作等課外實踐活動，提高學生的動手能力和問題解決能力。七、大單元教學難點機器人控制器的復雜性：機器人控制器涉及硬件、軟件、通信等多個方面，需要學生具備較強的綜合理解和應(yīng)用能力。編程能力的培養(yǎng)：機器人控制器的編程需要較高的邏輯思維和問題解決能力，對部分學生來說可能存在一定的難度。通信接口的理解與應(yīng)用：不同通信接口的工作原理和應(yīng)用場景各異，需要學生具備較強的分析和實踐能力。實踐活動的組織與實施：課外實踐活動需要精心組織和管理，確保學生在安全、有序的環(huán)境中進行學習和探索。教學策略與活動設(shè)計第一課時：機器人控制器基本原理教學活動：引入：通過展示機器人視頻或?qū)嵨?，激發(fā)學生的學習興趣。理論講解：詳細講解機器人控制器的基本原理，包括單片機的組成、工作原理等。小組討論：分組討論機器人控制器在機器人系統(tǒng)中的作用和重要性。案例分析：選取典型機器人控制器案例，分析其設(shè)計和應(yīng)用。評價方式：通過小組討論和案例分析報告，評價學生對機器人控制器基本原理的理解程度。第二課時：控制器使用實例與編程教學活動：實物演示：展示機器人控制器的實物，講解其使用方法和注意事項。編程教學：介紹機器人控制器的編程語言和方法，引導學生進行簡單的編程練習。小組實踐：分組進行機器人控制器的編程實踐，完成特定任務(wù)（如控制LED燈閃爍）。問題討論：討論編程過程中遇到的問題及解決方案。評價方式：通過編程實踐成果和問題解決能力，評價學生的編程能力和創(chuàng)新思維。第三課時：控制器通信接口教學活動：理論講解：介紹機器人控制器與其他部件之間的通信原理及常見通信接口。實驗演示：通過實驗演示不同通信接口的工作原理和應(yīng)用場景。小組討論：分組討論通信接口在機器人系統(tǒng)中的應(yīng)用及選擇依據(jù)。案例分析：分析典型機器人系統(tǒng)中的通信接口設(shè)計案例。評價方式：通過小組討論和案例分析報告，評價學生對通信接口的理解和應(yīng)用能力。第四課時：循跡機器人小車制作——電機驅(qū)動教學活動：項目介紹：介紹循跡機器人小車制作項目的背景、目標和要求。材料準備：分發(fā)制作所需的材料和工具，講解其使用方法和注意事項。制作實踐：分組進行循跡機器人小車的制作實踐，包括電機驅(qū)動模塊的安裝和調(diào)試。問題解決：在制作過程中遇到問題時，引導學生進行問題分析和解決。評價方式：通過制作成果和問題解決能力，評價學生的物化能力和團隊協(xié)作精神。第五課時：項目展示與總結(jié)教學活動：項目展示：各小組展示循跡機器人小車的制作成果，并進行功能演示。經(jīng)驗分享：分享制作過程中的經(jīng)驗和教訓，討論如何改進和優(yōu)化設(shè)計?？偨Y(jié)評價：總結(jié)本單元的學習內(nèi)容和學習成果，評價學生的綜合素質(zhì)提升情況。展望未來：引導學生思考機器人技術(shù)的發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景，激發(fā)其持續(xù)學習和探索的熱情。評價方式：通過項目展示和經(jīng)驗分享，綜合評價學生的技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達和物化能力。通過總結(jié)評價，幫助學生明確未來的學習方向和目標。八、大單元整體教學思路教學目標設(shè)定根據(jù)《普通高中通用技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》的要求，結(jié)合2020版人教版高中通用技術(shù)選擇性必修2《第三章機器人控制器》的教學內(nèi)容，本大單元的整體教學思路旨在通過一系列豐富多樣的教學活動，培養(yǎng)學生的通用技術(shù)核心素養(yǎng)。具體教學目標設(shè)定如下：（一）技術(shù)意識理解機器人控制器在機器人技術(shù)中的應(yīng)用及其重要性：學生能夠認識到機器人控制器作為機器人系統(tǒng)的“大腦”，對機器人的運動控制、任務(wù)執(zhí)行起著至關(guān)重要的作用，理解其在現(xiàn)代工業(yè)、服務(wù)業(yè)及日常生活中的廣泛應(yīng)用。形成對機器人技術(shù)的積極態(tài)度和理性認識：通過學習和實踐，學生能夠感受到機器人技術(shù)的魅力，形成對機器人技術(shù)的親近感和探究興趣，同時能夠理性分析機器人技術(shù)對社會、經(jīng)濟、文化等方面的影響。樹立技術(shù)倫理意識和安全意識：在學習和制作機器人控制器的過程中，學生能夠理解并遵守技術(shù)倫理規(guī)范，關(guān)注技術(shù)產(chǎn)品的安全性和可靠性，形成對技術(shù)應(yīng)用的責任感。（二）工程思維運用系統(tǒng)分析的方法理解機器人控制器的組成和工作原理：學生能夠?qū)C器人控制器視為一個復雜的系統(tǒng)，運用系統(tǒng)分析的方法，理解其各組成部分的功能及其相互關(guān)系，掌握其工作原理。針對機器人控制任務(wù)進行需求分析、方案設(shè)計和優(yōu)化：學生能夠針對具體的機器人控制任務(wù)，進行需求分析，提出合理的控制方案，并運用工程思維對方案進行優(yōu)化，確保方案的可行性和有效性。體驗工程決策的過程，形成初步的工程決策能力：在學習和實踐過程中，學生能夠體驗工程決策的過程，學會在多種方案中進行比較和權(quán)衡，形成初步的工程決策能力。（三）創(chuàng)新設(shè)計培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維：通過學習機器人控制器的編程和接口通信等技術(shù)，學生能夠拓展創(chuàng)新思維，勇于嘗試新的控制方法和設(shè)計思路，提升創(chuàng)新能力。掌握機器人控制器設(shè)計的基本方法和技能：學生能夠掌握機器人控制器設(shè)計的基本方法和技能，包括硬件設(shè)計、軟件編程、接口通信等，為未來的技術(shù)創(chuàng)新和機器人設(shè)計打下基礎(chǔ)。結(jié)合實際需求進行機器人控制器的創(chuàng)新設(shè)計：學生能夠結(jié)合實際需求，運用所學知識進行機器人控制器的創(chuàng)新設(shè)計，解決實際問題，提升設(shè)計的實用性和創(chuàng)新性。（四）圖樣表達掌握技術(shù)圖樣的繪制方法和規(guī)范：學生能夠掌握技術(shù)圖樣的繪制方法和規(guī)范，包括電路圖、流程圖、控制框圖等，能夠用圖樣清晰、準確地表達機器人控制器的設(shè)計思想和方案。運用技術(shù)圖樣進行交流和評價：學生能夠運用技術(shù)圖樣與他人進行交流和評價，通過圖樣表達設(shè)計構(gòu)想，分享設(shè)計經(jīng)驗，提升技術(shù)交流和溝通能力。結(jié)合機器人控制器的設(shè)計任務(wù)進行圖樣表達實踐：學生能夠結(jié)合機器人控制器的設(shè)計任務(wù)，進行圖樣表達實踐，通過繪制各種技術(shù)圖樣，加深對機器人控制器設(shè)計的理解和掌握。（五）物化能力掌握機器人控制器制作的基本工藝和流程：學生能夠掌握機器人控制器制作的基本工藝和流程，包括元器件選擇、電路板焊接、軟件編程、系統(tǒng)調(diào)試等，提升動手操作能力和實踐技能。完成機器人控制器的制作和調(diào)試任務(wù)：學生能夠獨立完成機器人控制器的制作和調(diào)試任務(wù)，確?？刂破鞯墓δ軐崿F(xiàn)和性能穩(wěn)定，提升物化能力和工程實踐能力。在制作過程中體驗工匠精神，追求卓越：在制作機器人控制器的過程中，學生能夠體驗工匠精神，注重細節(jié)和品質(zhì)，追求卓越和完美，提升職業(yè)素養(yǎng)和工作態(tài)度。教學重點與難點教學重點機器人控制器的基本原理和工作過程：通過講解和實驗，使學生深入理解機器人控制器的組成、工作原理及其在系統(tǒng)中的作用。機器人控制器的編程和接口通信技術(shù)：通過案例分析和實踐操作，使學生掌握機器人控制器的編程方法和接口通信技術(shù)，能夠進行簡單的編程和調(diào)試。機器人控制器的制作和調(diào)試技能：通過動手實踐，使學生掌握機器人控制器的制作和調(diào)試技能，能夠獨立完成控制器的制作和調(diào)試任務(wù)。教學難點如何將系統(tǒng)分析的方法應(yīng)用于機器人控制器的設(shè)計和優(yōu)化：引導學生運用系統(tǒng)分析的方法，對機器人控制器的設(shè)計和優(yōu)化進行深入思考和探索，提升工程思維能力。如何培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力：在教學過程中，注重激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，鼓勵學生勇于嘗試新的設(shè)計思路和方法，提升創(chuàng)新能力。如何提升學生的圖樣表達能力和物化能力：通過大量的圖樣表達實踐和動手制作活動，提升學生的圖樣表達能力和物化能力，使其能夠用圖樣清晰表達設(shè)計思想，并獨立完成控制器的制作和調(diào)試任務(wù)。教學思路與策略教學思路本大單元的教學思路以“理解原理—掌握技能—創(chuàng)新設(shè)計—物化實現(xiàn)”為主線，通過理論講解、案例分析、實踐操作、項目探究等多種教學方式，引導學生逐步深入理解和掌握機器人控制器的相關(guān)知識和技能。具體教學思路如下：理論講解：通過講解機器人控制器的基本原理、組成和工作過程，使學生建立對機器人控制器的初步認識和理解。案例分析：通過分析典型的機器人控制器應(yīng)用案例，使學生了解機器人控制器在實際應(yīng)用中的功能和作用，激發(fā)學習興趣和探究欲望。實踐操作：通過動手實踐，使學生掌握機器人控制器的編程、接口通信、制作和調(diào)試等技能，提升實踐能力和物化能力。項目探究：通過設(shè)計并實施機器人控制器相關(guān)項目，如循跡機器人小車制作等，使學生在實踐中深化對機器人控制器的理解和掌握，提升創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。教學策略情境教學策略：創(chuàng)設(shè)與機器人控制器相關(guān)的真實情境，如工業(yè)生產(chǎn)線上的機器人控制、智能家居中的機器人應(yīng)用等，使學生在情境中學習和理解相關(guān)知識。任務(wù)驅(qū)動策略：設(shè)計一系列與機器人控制器相關(guān)的任務(wù)，如編寫簡單的控制程序、調(diào)試機器人控制器等，使學生在完成任務(wù)的過程中掌握相關(guān)技能和方法。合作學習策略：鼓勵學生組成小組進行合作學習，共同完成任務(wù)和項目，通過交流、討論和協(xié)作，提升學習效果和團隊合作能力。探究式學習策略：引導學生針對機器人控制器的相關(guān)問題進行探究式學習，通過查閱資料、實驗驗證等方式，自主發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，提升自主學習能力和創(chuàng)新能力。教學實施步驟第一步：導入新課（1課時）情境導入：通過展示機器人技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用視頻或圖片，引導學生進入機器人技術(shù)的世界，激發(fā)學習興趣。明確目標：介紹本大單元的學習目標和內(nèi)容框架，使學生明確學習方向和重點。第二步：理論講解（2課時）講解機器人控制器的基本原理：介紹機器人控制器的定義、分類、組成和工作原理，通過圖表、動畫等方式幫助學生理解。分析機器人控制器的應(yīng)用案例：選取典型的機器人控制器應(yīng)用案例進行分析，如工業(yè)機器人、服務(wù)機器人等，使學生了解機器人控制器的實際應(yīng)用和功能。第三步：實踐操作（4課時）機器人控制器編程實踐：介紹常用的機器人編程語言和環(huán)境，如C語言、ArduinoIDE等，通過案例講解和編程實踐，使學生掌握機器人控制器的編程方法。機器人控制器接口通信實踐：介紹機器人控制器與其他設(shè)備（如傳感器、執(zhí)行器等）的接口通信技術(shù)，通過實驗和調(diào)試，使學生掌握接口通信的基本方法和技巧。循跡機器人小車制作：引導學生利用所學知識制作循跡機器人小車，包括硬件選型、電路連接、程序編寫和調(diào)試等過程，使學生在實踐中深化對機器人控制器的理解和掌握。第四步：項目探究（4課時）分組確定項目主題：學生根據(jù)興趣和特長自由組合成小組，共同確定一個與機器人控制器相關(guān)的項目主題，如智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計、自動搬運機器人設(shè)計等。制定項目計劃：各小組根據(jù)項目主題制定詳細的項目計劃，包括項目目標、任務(wù)分工、時間進度等。項目實施與調(diào)試：各小組按照項目計劃進行項目實施，包括硬件制作、軟件編程、系統(tǒng)調(diào)試等過程。教師提供必要的指導和支持，確保項目順利進行。項目展示與評價：各小組展示項目成果并進行匯報交流，教師和其他同學對項目進行評價和反饋。通過項目展示和評價，提升學生的表達能力和自信心，同時促進相互學習和借鑒。第五步：總結(jié)與拓展（1課時）總結(jié)回顧：對本大單元的學習內(nèi)容進行總結(jié)回顧，梳理知識點和技能點，幫助學生鞏固所學知識。拓展延伸：介紹機器人技術(shù)的最新發(fā)展動態(tài)和未來趨勢，引導學生關(guān)注機器人技術(shù)的最新進展和應(yīng)用前景，激發(fā)持續(xù)學習和探究的興趣。學業(yè)評價本大單元的學業(yè)評價采用過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合的方式，注重評價學生的核心素養(yǎng)發(fā)展情況和實踐能力提升情況。具體評價內(nèi)容包括：課堂參與度：評價學生在課堂上的積極參與程度、思維活躍度和合作精神等。實踐操作能力：評價學生在實踐操作中的動手能力、問題解決能力和創(chuàng)新能力等。項目完成情況：評價學生完成的項目質(zhì)量、創(chuàng)新性和實用性等。圖樣表達能力：評價學生繪制的技術(shù)圖樣是否規(guī)范、準確和清晰等。物化實現(xiàn)能力：評價學生制作的機器人控制器是否功能實現(xiàn)、性能穩(wěn)定且具有一定的創(chuàng)新性等。通過多樣化的評價方式，全面了解學生的學習情況和發(fā)展狀況，為后續(xù)教學提供有針對性的指導和支持。鼓勵學生進行自我評價和相互評價，提升自我認知和團隊協(xié)作能力。九、學業(yè)評價一、教學目標通過本章“機器人控制器”的學習，學生應(yīng)能夠：理解機器人控制器的基本原理、組成單元及工作過程，形成對技術(shù)產(chǎn)品的系統(tǒng)認知。掌握單片機最小系統(tǒng)的組成及其應(yīng)用，提升對硬件電路設(shè)計的理解與實際操作能力。學會機器人控制器的編程方法，提高計算機編程思維及技術(shù)應(yīng)用能力。了解控制器通信接口的類型及應(yīng)用，增強對通信技術(shù)的理解與應(yīng)用能力。通過循跡機器人小車制作的課外實踐，綜合運用所學知識，提升創(chuàng)新設(shè)計與物化能力。二、學習目標技術(shù)意識：了解機器人控制器的技術(shù)背景和應(yīng)用價值，形成對技術(shù)發(fā)展的關(guān)注與興趣。理解機器人控制器在機器人系統(tǒng)中的作用，認識到其在現(xiàn)代社會和工業(yè)生產(chǎn)中的重要性。工程思維：掌握單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計與構(gòu)建方法，培養(yǎng)系統(tǒng)分析與設(shè)計的能力。運用工程思維，分析并解決機器人控制器在實際應(yīng)用中的問題。創(chuàng)新設(shè)計：結(jié)合實際需求，創(chuàng)新設(shè)計機器人控制器的應(yīng)用場景和解決方案。在循跡機器人小車制作中，發(fā)揮創(chuàng)意，設(shè)計并實現(xiàn)獨特的功能。圖樣表達：能夠繪制機器人控制器的電路圖、流程圖等，清晰表達設(shè)計意圖。通過圖樣表達，與同伴交流設(shè)計思路，完善設(shè)計方案。物化能力：動手制作單片機最小系統(tǒng)，掌握焊接、調(diào)試等基本技能。完成循跡機器人小車的組裝與調(diào)試，實現(xiàn)預期功能，提升物化能力。三、評價目標設(shè)定（一）技術(shù)意識評價目標：學生能否準確描述機器人控制器的技術(shù)背景、工作原理及其在機器人系統(tǒng)中的作用。學生是否關(guān)注機器人控制器的技術(shù)發(fā)展動態(tài)，對其應(yīng)用前景有清晰的認識。學生是否具備對機器人控制器技術(shù)問題的敏感性和批判性思維能力。評價方式：通過課堂討論、問卷調(diào)查等方式，評估學生對機器人控制器技術(shù)背景的認知程度。通過案例分析、小組討論等活動，考察學生對機器人控制器工作原理的理解和應(yīng)用價值的認識。通過撰寫技術(shù)評論、參與技術(shù)辯論等形式，評價學生的技術(shù)敏感性和批判性思維能力。（二）工程思維評價目標：學生是否掌握單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計與構(gòu)建方法，能否獨立完成電路設(shè)計與調(diào)試。學生是否具備系統(tǒng)分析與設(shè)計的能力，能否將工程思維應(yīng)用于機器人控制器的實際問題解決中。學生是否能運用所學知識，對機器人控制器的性能進行優(yōu)化和改進。評價方式：通過電路設(shè)計作業(yè)、實驗報告等，評估學生的單片機最小系統(tǒng)設(shè)計與構(gòu)建能力。通過案例分析、項目設(shè)計等活動，考察學生系統(tǒng)分析與設(shè)計能力的應(yīng)用情況。通過性能優(yōu)化方案的設(shè)計與實施，評價學生對機器人控制器性能優(yōu)化的能力。（三）創(chuàng)新設(shè)計評價目標：學生是否能在理解機器人控制器基本原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際需求進行創(chuàng)新設(shè)計。學生是否能將創(chuàng)新設(shè)計理念應(yīng)用于循跡機器人小車等實踐項目中，實現(xiàn)獨特功能。學生是否具備跨學科整合知識的能力，能在創(chuàng)新設(shè)計中綜合運用多學科知識。評價方式：通過創(chuàng)新設(shè)計方案、項目報告等，評估學生的創(chuàng)新設(shè)計能力。通過循跡機器人小車等實踐項目的展示與評價，考察學生創(chuàng)新設(shè)計理念的實際應(yīng)用情況。通過跨學科知識整合案例分析、小組討論等活動，評價學生跨學科整合知識的能力。（四）圖樣表達評價目標：學生是否能準確繪制機器人控制器的電路圖、流程圖等，清晰表達設(shè)計意圖。學生是否具備通過圖樣表達與同伴交流設(shè)計思路、完善設(shè)計方案的能力。學生是否能運用圖樣表達技術(shù)，提高技術(shù)設(shè)計的規(guī)范性和準確性。評價方式：通過電路圖、流程圖等圖樣作業(yè)，評估學生的圖樣表達能力。通過圖樣交流、設(shè)計方案討論等活動，考察學生通過圖樣表達與同伴交流的能力。通過圖樣表達技術(shù)規(guī)范的考核、設(shè)計方案的評審等方式，評價學生圖樣表達的規(guī)范性和準確性。（五）物化能力評價目標：學生是否掌握焊接、調(diào)試等基本技能，能否獨立完成單片機最小系統(tǒng)的制作與調(diào)試。學生是否能將理論知識應(yīng)用于實踐項目中，完成循跡機器人小車的組裝與調(diào)試。學生是否具備在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，能否對實踐項目進行優(yōu)化和改進。評價方式：通過單片機最小系統(tǒng)制作與調(diào)試作業(yè)、實踐報告等，評估學生的物化能力。通過循跡機器人小車等實踐項目的展示與評價，考察學生將理論知識應(yīng)用于實踐的能力。通過實踐項目中的問題發(fā)現(xiàn)與解決、優(yōu)化與改進方案的設(shè)計與實施等活動，評價學生在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。四、具體評價內(nèi)容與方式（一）技術(shù)意識評價評價內(nèi)容：機器人控制器的技術(shù)背景、工作原理及應(yīng)用價值。評價方式：課堂討論（20%）、問卷調(diào)查（30%）、技術(shù)評論或辯論（50%）。（二）工程思維評價評價內(nèi)容：單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計與構(gòu)建、系統(tǒng)分析與設(shè)計能力、性能優(yōu)化能力。評價方式：電路設(shè)計作業(yè)（30%）、實驗報告（30%）、案例分析或項目設(shè)計（40%）。（三）創(chuàng)新設(shè)計評價評價內(nèi)容：創(chuàng)新設(shè)計理念、跨學科知識整合能力、實踐項目中的創(chuàng)新應(yīng)用。評價方式：創(chuàng)新設(shè)計方案或項目報告（40%）、實踐項目展示與評價（40%）、跨學科知識整合案例分析或小組討論（20%）。（四）圖樣表達評價評價內(nèi)容：電路圖、流程圖等圖樣的繪制與表達能力、通過圖樣表達與同伴交流的能力。評價方式：圖樣作業(yè)（40%）、圖樣交流與設(shè)計方案討論（40%）、圖樣表達技術(shù)規(guī)范考核（20%）。（五）物化能力評價評價內(nèi)容：單片機最小系統(tǒng)制作與調(diào)試、循跡機器人小車等實踐項目的組裝與調(diào)試、實踐中發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力。評價方式：制作與調(diào)試作業(yè)及實踐報告（40%）、實踐項目展示與評價（40%）、問題發(fā)現(xiàn)與解決、優(yōu)化與改進方案的設(shè)計與實施（20%）。通過以上評價方式與內(nèi)容的設(shè)定，旨在全面、客觀地評估學生在“機器人控制器”這一章節(jié)學習中的表現(xiàn)與成果，促進學生技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達及物化能力等核心素養(yǎng)的全面提升。十、大單元實施思路及教學結(jié)構(gòu)圖一、大單元實施思路本單元以《普通高中通用技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》為指導，以2020版人教版高中通用技術(shù)選擇性必修2《第三章機器人控制器》的教學內(nèi)容為核心，旨在通過理論學習與實踐操作相結(jié)合的方式，全面提升學生的技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達和物化能力。本單元的實施將圍繞機器人控制器的基本原理、使用實例、編程、通信接口及課外實踐等內(nèi)容展開，具體實施思路如下：導入階段：通過機器人控制器在現(xiàn)代科技和工業(yè)應(yīng)用中的廣泛實例，激發(fā)學生對機器人技術(shù)的興趣，明確學習目標和意義。理論學習階段：詳細講解機器人控制器的基本原理，包括單片機的組成與工作過程。通過具體實例，介紹控制器的使用方法，包括單片機最小系統(tǒng)的組成及引腳類型。深入探討控制器編程的必要性、編程語言分類及流程圖繪制方法。解析控制器通信接口的類型與功能，特別是模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。實踐操作階段：通過循跡機器人小車制作的課外實踐，讓學生親身體驗電機驅(qū)動的原理與應(yīng)用。在實踐中，學生將運用所學知識，完成小車的裝配、編程與調(diào)試，提升物化能力?？偨Y(jié)提升階段：組織學生對學習成果進行展示與交流，分享制作過程中的經(jīng)驗與教訓。教師對學生的學習過程與成果進行評價與反饋，引導學生總結(jié)反思，提升綜合素養(yǎng)。二、教學目標設(shè)定（一）技術(shù)意識學生能夠認識到機器人控制器在現(xiàn)代科技和工業(yè)領(lǐng)域中的重要性，理解其對提高生產(chǎn)效率、降低勞動強度等方面的積極作用。通過對機器人控制器的學習，學生能夠形成對技術(shù)的敏感性和適應(yīng)性，關(guān)注技術(shù)發(fā)展趨勢，理解技術(shù)對社會、經(jīng)濟、環(huán)境等方面的影響。（二）工程思維學生能夠運用系統(tǒng)分析的方法，理解機器人控制器的組成與工作原理，識別影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。通過循跡機器人小車制作的實踐，學生能夠運用工程思維，對設(shè)計、制作、調(diào)試等過程進行整體規(guī)劃與優(yōu)化。（三）創(chuàng)新設(shè)計學生能夠在了解機器人控制器基本原理的基礎(chǔ)上，發(fā)揮創(chuàng)新思維，提出具有創(chuàng)意的機器人設(shè)計方案。通過流程圖繪制、編程實踐等活動，學生能夠掌握創(chuàng)新設(shè)計的基本方法，提高問題解決能力。（四）圖樣表達學生能夠識讀并繪制與機器人控制器相關(guān)的技術(shù)圖樣，如電路圖、流程圖等。通過圖樣表達，學生能夠清晰、準確地傳達設(shè)計意圖，促進團隊合作與交流。（五）物化能力學生能夠通過循跡機器人小車制作的實踐，掌握電機驅(qū)動、編程調(diào)試等物化技能。在實踐過程中，學生能夠形成嚴謹細致、精益求精的工作態(tài)度，提高物化能力。三、教學結(jié)構(gòu)圖┌─────────────┐│機器人控制器單元│└─────────────┘│┌─────────────────────┴─────────────────────┐││┌──────────┐┌──────────┐│導入階段│───────────────────→│理論學習階段│└──────────┘└──────────┘││┌─────────────────────┬─────────────────────┐││┌──────────┐┌──────────┐│控制器原理│──────────────→│控制器使用實例及編程│└──────────┘└──────────┘││┌─────────────────────┴─────────────────────┐││┌──────────┐┌──────────┐│通信接口解析│───────────────────→│課外實踐:循跡│└──────────┘└──────────┘機器人小車制作│┌──────────┐│總結(jié)提升階段│└──────────┘四、具體教學實施步驟第一步：導入階段（1課時）活動內(nèi)容：展示機器人在工業(yè)、醫(yī)療、教育等領(lǐng)域的應(yīng)用實例，引導學生思考機器人技術(shù)的重要性。簡要介紹本單元的學習內(nèi)容和目標，激發(fā)學生的學習興趣。教學目標：培養(yǎng)學生的技術(shù)意識，認識機器人控制器在現(xiàn)代科技和工業(yè)領(lǐng)域中的重要性。第二步：理論學習階段（共8課時）（一）控制器基本原理（2課時）活動內(nèi)容：詳細講解單片機的基本組成與工作過程，包括時鐘電路、存儲器、中央處理器等部分。通過案例分析，幫助學生理解機器人控制器的基本原理。教學目標：使學生掌握單片機的基本組成與工作過程，理解機器人控制器的基本原理。（二）控制器使用實例及編程（4課時）活動內(nèi)容：介紹單片機最小系統(tǒng)的組成，包括電源供電電路、參考時鐘電路、復位電路等。講解單片機的引腳類型及功能，通過實例演示單片機的使用方法。深入探討控制器編程的必要性，介紹機器語言、匯編語言、高級語言等編程語言的特點。引導學生繪制流程圖，掌握編程的基本方法。教學目標：使學生掌握單片機最小系統(tǒng)的組成及使用方法，了解不同編程語言的特點。培養(yǎng)學生的工程思維，通過流程圖繪制掌握編程的基本方法。（三）通信接口解析（2課時）活動內(nèi)容：解析模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別與轉(zhuǎn)換方法。介紹常見的通信接口類型，如UART、I2C、SPI等。通過實例演示通信接口的使用方法。教學目標：使學生理解模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別與轉(zhuǎn)換方法。掌握常見的通信接口類型及其使用方法。第三步：課外實踐階段（共4課時）活動內(nèi)容：組織學生進行循跡機器人小車制作的實踐活動。指導學生完成小車的裝配、編程與調(diào)試工作。在實踐過程中，引導學生運用所學知識解決實際問題。教學目標：培養(yǎng)學生的物化能力，通過實踐活動掌握電機驅(qū)動、編程調(diào)試等技能。提升學生的創(chuàng)新設(shè)計與圖樣表達能力，通過實踐活動提出創(chuàng)意方案并繪制相關(guān)圖樣。第四步：總結(jié)提升階段（1課時）活動內(nèi)容：組織學生對學習成果進行展示與交流。引導學生分享制作過程中的經(jīng)驗與教訓。教師對學生的學習過程與成果進行評價與反饋。引導學生總結(jié)反思，提升綜合素養(yǎng)。教學目標：通過展示與交流活動，提升學生的自信心與表達能力。通過評價與反饋活動，幫助學生明確自身不足并制定改進計劃。培養(yǎng)學生的反思與總結(jié)能力，促進綜合素養(yǎng)的提升。十一、大情境、大任務(wù)創(chuàng)設(shè)一、大情境設(shè)計在現(xiàn)代科技和工業(yè)應(yīng)用中，機器人技術(shù)扮演著越來越重要的角色。從自動化生產(chǎn)線上的精密操作，到家庭服務(wù)機器人的人性化服務(wù)，機器人技術(shù)已經(jīng)深入到我們生活的方方面面。要讓機器人高效、精準地完成任務(wù)，其核心在于一個高效、穩(wěn)定的控制器。理解和掌握機器人控制器的基本原理、使用方法、編程技巧及通信接口，對于培養(yǎng)未來工程師和技術(shù)人才至關(guān)重要。為了讓學生更直觀地理解和應(yīng)用機器人控制器的相關(guān)知識，本教學設(shè)計創(chuàng)設(shè)了一個大情境——“智能工廠的未來挑戰(zhàn)”。在這個情境中，學生將扮演智能工廠的工程師和技術(shù)人員，面對工廠自動化升級的需求，他們需要設(shè)計并制作一個能夠自主循跡、靈活避障的機器人小車，以提升工廠的生產(chǎn)效率和安全性。二、大任務(wù)設(shè)計在大情境下，我們設(shè)計了以下四個相互關(guān)聯(lián)的大任務(wù)，每個任務(wù)都緊密結(jié)合了《普通高中通用技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》中提出的通用技術(shù)核心素養(yǎng)目標。任務(wù)一：探索機器人控制器的基本原理教學目標：技術(shù)意識：使學生認識到機器人控制器在現(xiàn)代工業(yè)中的重要性，理解其對提高生產(chǎn)效率、降低勞動強度等方面的積極作用。工程思維：引導學生運用系統(tǒng)分析的方法，理解機器人控制器的組成與工作原理，識別影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。活動內(nèi)容：情境導入：通過展示智能工廠中機器人工作的視頻，激發(fā)學生興趣，明確學習任務(wù)。理論學習：詳細講解機器人控制器的基本原理，包括單片機的組成與工作過程，如時鐘電路、存儲器、中央處理器等部分。討論交流：分組討論機器人小車可以分為哪些組成部分，各部分起到怎樣的作用，以及這些部分如何與控制器協(xié)同工作。評價方式：學生通過小組討論，形成對機器人控制器基本原理的理解，并提交討論報告。教師根據(jù)報告內(nèi)容和學生表現(xiàn)進行評價，注重技術(shù)意識和工程思維的培養(yǎng)情況。任務(wù)二：動手實踐控制器使用實例與編程教學目標：創(chuàng)新設(shè)計：通過實踐活動，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，提出具有創(chuàng)意的機器人設(shè)計方案。圖樣表達：使學生能夠識讀并繪制與機器人控制器相關(guān)的技術(shù)圖樣，如電路圖、流程圖等?；顒觾?nèi)容：控制器使用實例：介紹單片機最小系統(tǒng)的組成，包括電源供電電路、參考時鐘電路、復位電路等，并通過實例演示單片機的使用方法?？刂破骶幊蹋荷钊胩接懣刂破骶幊痰谋匾裕榻B機器語言、匯編語言、高級語言等編程語言的特點，引導學生繪制流程圖，掌握編程的基本方法。動手實踐：分組進行單片機編程實踐，編寫簡單的程序控制LED燈的閃爍，體驗編程過程。評價方式：學生提交編程實踐報告和流程圖，展示創(chuàng)新設(shè)計和圖樣表達能力。教師通過查看報告和流程圖，以及觀察學生編程實踐過程，進行評價。任務(wù)三：解析控制器通信接口與課外實踐準備教學目標：技術(shù)意識：使學生理解模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別與轉(zhuǎn)換方法，以及通信接口在機器人控制中的重要性。物化能力：通過課外實踐準備，提升學生的動手操作能力和解決實際問題的能力?；顒觾?nèi)容：通信接口解析：解析常見的通信接口類型，如UART、I2C、SPI等，介紹模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換方法。課外實踐準備：分組討論循跡機器人小車制作所需的材料和工具，制定詳細的實踐計劃，包括電機驅(qū)動模塊的選擇、電路連接圖的設(shè)計等。評價方式：學生提交通信接口解析報告和實踐計劃，展示技術(shù)意識和物化能力。教師通過查看報告和計劃，以及聽取學生的討論，進行評價。任務(wù)四：循跡機器人小車制作與調(diào)試教學目標：物化能力：通過機器人小車的制作與調(diào)試，提升學生的動手實踐能力和解決實際問題的能力。工程思維：在制作與調(diào)試過程中，培養(yǎng)學生的系統(tǒng)分析能力和問題解決能力?；顒觾?nèi)容：小車制作：分組進行循跡機器人小車的裝配工作，包括電機驅(qū)動模塊的安裝、電路連接、傳感器布置等。程序調(diào)試：將編寫的程序下載到單片機中，進行小車的循跡和避障測試，根據(jù)測試結(jié)果進行程序調(diào)試?？偨Y(jié)交流：組織學生對制作與調(diào)試過程進行總結(jié)交流，分享經(jīng)驗教訓，提出改進建議。評價方式：學生提交循跡機器人小車制作成果和調(diào)試報告，展示物化能力和工程思維。教師通過查看成果和報告，以及觀察學生的實際操作和交流情況，進行評價。三、教學總結(jié)與反思通過本次大情境、大任務(wù)的教學設(shè)計，學生不僅深入理解了機器人控制器的基本原理和使用方法，還通過動手實踐提升了編程能力、圖樣表達能力和物化能力。在任務(wù)完成過程中，學生的創(chuàng)新設(shè)計思維、工程思維以及系統(tǒng)分析能力也得到了有效的培養(yǎng)。在教學實施過程中，我們注重學生的主體地位，鼓勵學生自主探究和合作學習。教師也發(fā)揮了積極的引導作用，及時給予學生反饋和指導。在實施過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，如部分學生對編程語言的掌握不夠熟練、圖樣表達能力有待提高等。針對這些問題，我們將在后續(xù)教學中加強相關(guān)訓練和指導，進一步提升學生的通用技術(shù)核心素養(yǎng)。我們還計劃將本次教學設(shè)計的成果進行展示和推廣，讓更多的教師和學生了解并掌握機器人控制器的相關(guān)知識和技能，為推動通用技術(shù)教育的發(fā)展貢獻力量。十二、單元學歷案（一）單元主題與課時單元主題：機器人控制器課時設(shè)計：導入階段（1課時）活動內(nèi)容：展示機器人在工業(yè)、醫(yī)療、教育等領(lǐng)域的應(yīng)用實例，簡要介紹本單元的學習內(nèi)容和目標。教學目標：培養(yǎng)學生的技術(shù)意識，認識機器人控制器在現(xiàn)代科技和工業(yè)領(lǐng)域中的重要性。理論學習階段（共8課時）控制器基本原理（2課時）活動內(nèi)容：詳細講解單片機的基本組成與工作過程，通過案例分析幫助學生理解機器人控制器的基本原理。教學目標：使學生掌握單片機的基本組成與工作過程，理解機器人控制器的基本原理?？刂破魇褂脤嵗熬幊蹋?課時）活動內(nèi)容：介紹單片機最小系統(tǒng)的組成，講解單片機的引腳類型及功能，通過實例演示單片機的使用方法，深入探討控制器編程的必要性，介紹編程語言分類及流程圖繪制方法。教學目標：使學生掌握單片機最小系統(tǒng)的組成及使用方法，了解不同編程語言的特點，培養(yǎng)學生的工程思維，通過流程圖繪制掌握編程的基本方法。通信接口解析（2課時）活動內(nèi)容：解析模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別與轉(zhuǎn)換方法，介紹常見的通信接口類型，如UART、I2C、SPI等，通過實例演示通信接口的使用方法。教學目標：使學生理解模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別與轉(zhuǎn)換方法，掌握常見的通信接口類型及其使用方法。課外實踐階段（共4課時）活動內(nèi)容：組織學生進行循跡機器人小車制作的實踐活動，指導學生完成小車的裝配、編程與調(diào)試工作。教學目標：培養(yǎng)學生的物化能力，通過實踐活動掌握電機驅(qū)動、編程調(diào)試等技能，提升學生的創(chuàng)新設(shè)計與圖樣表達能力?？偨Y(jié)提升階段（1課時）活動內(nèi)容：組織學生對學習成果進行展示與交流，分享制作過程中的經(jīng)驗與教訓，教師對學生的學習過程與成果進行評價與反饋，引導學生總結(jié)反思。教學目標：通過展示與交流活動提升學生的自信心與表達能力，通過評價與反饋活動幫助學生明確自身不足并制定改進計劃，培養(yǎng)學生的反思與總結(jié)能力。（二）學習目標根據(jù)《普通高中通用技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》的要求，結(jié)合本單元的教學內(nèi)容，設(shè)定以下學習目標：技術(shù)意識學生能夠認識到機器人控制器在現(xiàn)代科技和工業(yè)領(lǐng)域中的重要性，理解其對提高生產(chǎn)效率、降低勞動強度等方面的積極作用。通過對機器人控制器的學習，學生能夠形成對技術(shù)的敏感性和適應(yīng)性，關(guān)注技術(shù)發(fā)展趨勢，理解技術(shù)對社會、經(jīng)濟、環(huán)境等方面的影響。工程思維學生能夠運用系統(tǒng)分析的方法，理解機器人控制器的組成與工作原理，識別影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。通過循跡機器人小車制作的實踐，學生能夠運用工程思維，對設(shè)計、制作、調(diào)試等過程進行整體規(guī)劃與優(yōu)化。創(chuàng)新設(shè)計學生能夠在了解機器人控制器基本原理的基礎(chǔ)上，發(fā)揮創(chuàng)新思維，提出具有創(chuàng)意的機器人設(shè)計方案。通過流程圖繪制、編程實踐等活動，學生能夠掌握創(chuàng)新設(shè)計的基本方法，提高問題解決能力。圖樣表達學生能夠識讀并繪制與機器人控制器相關(guān)的技術(shù)圖樣，如電路圖、流程圖等。通過圖樣表達，學生能夠清晰、準確地傳達設(shè)計意圖，促進團隊合作與交流。物化能力學生能夠通過循跡機器人小車制作的實踐，掌握電機驅(qū)動、編程調(diào)試等物化技能。在實踐過程中，學生能夠形成嚴謹細致、精益求精的工作態(tài)度，提高物化能力。（三）評價任務(wù)過程性評價在理論學習階段，通過觀察學生在課堂討論、案例分析、流程圖繪制等活動中的表現(xiàn)，評價學生的技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計能力。在課外實踐階段，通過觀察學生在循跡機器人小車制作過程中的操作規(guī)范、團隊協(xié)作、問題解決能力等方面的表現(xiàn)，評價學生的物化能力?？偨Y(jié)性評價通過組織學生對學習成果進行展示與交流，評價學生的圖樣表達能力、創(chuàng)新能力以及綜合運用所學知識解決實際問題的能力。教師根據(jù)學生的學習過程與成果，結(jié)合自評、互評和師評的結(jié)果，對學生的綜合素質(zhì)進行全面評價。（四）學習過程導入階段活動：展示機器人在工業(yè)、醫(yī)療、教育等領(lǐng)域的應(yīng)用實例，引導學生思考機器人技術(shù)的重要性。任務(wù)：學生分組討論機器人技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，并分享討論結(jié)果。理論學習階段控制器基本原理活動：詳細講解單片機的基本組成與工作過程，通過案例分析幫助學生理解機器人控制器的基本原理。任務(wù)：學生完成相關(guān)練習題，鞏固所學知識。控制器使用實例及編程活動：介紹單片機最小系統(tǒng)的組成，通過實例演示單片機的使用方法，深入探討控制器編程的必要性，介紹編程語言分類及流程圖繪制方法。任務(wù)：學生分組完成單片機最小系統(tǒng)的搭建與編程實踐，繪制流程圖。通信接口解析活動：解析模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別與轉(zhuǎn)換方法，介紹常見的通信接口類型及其使用方法。任務(wù)：學生完成通信接口相關(guān)練習題，加深對通信接口的理解。課外實踐階段活動：組織學生進行循跡機器人小車制作的實踐活動，指導學生完成小車的裝配、編程與調(diào)試工作。任務(wù)：學生分組完成循跡機器人小車的制作與調(diào)試，并準備展示與交流材料。總結(jié)提升階段活動：組織學生對學習成果進行展示與交流，分享制作過程中的經(jīng)驗與教訓。任務(wù)：學生撰寫學習總結(jié)與反思報告，評價自己的學習過程與成果。（五）作業(yè)與檢測作業(yè)完成課后相關(guān)練習題，鞏固課堂所學知識。設(shè)計一個基于機器人控制器的創(chuàng)新項目方案，并繪制相關(guān)技術(shù)圖樣。檢測通過單元測試卷檢測學生對機器人控制器基本原理、編程、通信接口等知識點的掌握情況。通過循跡機器人小車制作項目的完成情況檢測學生的物化能力、創(chuàng)新設(shè)計與圖樣表達能力。（六）學后反思在完成本單元的學習后，請學生結(jié)合自己的學習過程與成果進行反思，回答以下問題：在學習機器人控制器的過程中，你遇到了哪些困難？是如何克服的？通過本單元的學習，你對機器人控制器的理解有哪些提升？在循跡機器人小車制作項目中，你認為哪些環(huán)節(jié)最具挑戰(zhàn)性？你是如何解決的？你認為自己在技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達、物化能力等方面有哪些提升？還有哪些不足之處？對于未來的通用技術(shù)學習，你有哪些期待與計劃？通過反思與總結(jié)，希望學生能夠進一步明確自己的學習目標與方向，不斷提升自己的通用技術(shù)核心素養(yǎng)。十三、學科實踐與跨學科學習設(shè)計一、教學目標設(shè)定基于《普通高中通用技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》的要求，結(jié)合2020版人教版高中通用技術(shù)選擇性必修2《第三章機器人控制器》的教學內(nèi)容，本學科實踐與跨學科學習設(shè)計旨在全面提升學生的技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達和物化能力。具體教學目標如下：技術(shù)意識：學生能夠認識到機器人控制器在現(xiàn)代科技和工業(yè)領(lǐng)域中的重要性，理解其對提高生產(chǎn)效率、降低勞動強度等方面的積極作用。通過對機器人控制器的學習，學生能夠形成對技術(shù)的敏感性和適應(yīng)性，關(guān)注技術(shù)發(fā)展趨勢，理解技術(shù)對社會、經(jīng)濟、環(huán)境等方面的影響。工程思維：學生能夠運用系統(tǒng)分析的方法，理解機器人控制器的組成與工作原理，識別影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。通過循跡機器人小車制作的實踐，學生能夠運用工程思維，對設(shè)計、制作、調(diào)試等過程進行整體規(guī)劃與優(yōu)化。創(chuàng)新設(shè)計：學生能夠在了解機器人控制器基本原理的基礎(chǔ)上，發(fā)揮創(chuàng)新思維，提出具有創(chuàng)意的機器人設(shè)計方案。通過流程圖繪制、編程實踐等活動，學生能夠掌握創(chuàng)新設(shè)計的基本方法，提高問題解決能力。圖樣表達：學生能夠識讀并繪制與機器人控制器相關(guān)的技術(shù)圖樣，如電路圖、流程圖等。通過圖樣表達，學生能夠清晰、準確地傳達設(shè)計意圖，促進團隊合作與交流。物化能力：學生能夠通過循跡機器人小車制作的實踐，掌握電機驅(qū)動、編程調(diào)試等物化技能。在實踐過程中，學生能夠形成嚴謹細致、精益求精的工作態(tài)度，提高物化能力。二、學習目標設(shè)定結(jié)合教學目標，針對每個教學環(huán)節(jié)設(shè)定具體的學習目標，以確保學生能夠在學科實踐中全面提升核心素養(yǎng)。第1節(jié)控制器基本原理了解機器人運動控制的常用控制器種類。理解單片機的基本組成與工作過程。通過案例分析，掌握單片機內(nèi)部各組成單元的功能。第2節(jié)控制器使用實例了解單片機最小系統(tǒng)的組成部分。掌握單片機的引腳類型及功能。學會單片機的兩種復位方式，并能實際操作。第3節(jié)控制器編程了解機器人編程的必要性。掌握單片機編程語言分類及特點。學會繪制流程圖，并能根據(jù)流程圖編寫簡單的控制程序。第4節(jié)控制器通信接口學會區(qū)分模擬信號與數(shù)字信號。了解A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的功能及使用方法。掌握控制器與傳感器的常見通信接口類型及應(yīng)用場景。課外實踐：循跡機器人小車制作——電機驅(qū)動掌握直流電機的工作原理及驅(qū)動方法。學會使用L298N電機驅(qū)動模塊控制直流電機的正反轉(zhuǎn)和調(diào)速。通過實踐，完成循跡機器人小車的裝配、編程與調(diào)試，實現(xiàn)小車的基本運動功能。三、作業(yè)目標設(shè)定為鞏固課堂所學內(nèi)容，提升學生的核心素養(yǎng)，設(shè)計以下作業(yè)目標：技術(shù)意識：調(diào)研不同領(lǐng)域（如工業(yè)、醫(yī)療、教育等）中機器人控制器的應(yīng)用案例，分析其對提高生產(chǎn)效率、改善生活質(zhì)量等方面的作用。撰寫一篇小論文，闡述技術(shù)發(fā)展趨勢對機器人控制器的影響及未來發(fā)展方向。工程思維：設(shè)計一個機器人控制器的系統(tǒng)框圖，標明各組成單元及其功能，并分析各單元之間的相互作用關(guān)系。針對循跡機器人小車制作過程中遇到的問題，運用工程思維進行問題分析、方案設(shè)計與優(yōu)化。創(chuàng)新設(shè)計：提出一個具有創(chuàng)意的機器人設(shè)計方案，包括機器人的功能、結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)等，并繪制詳細的設(shè)計圖樣。編寫一個基于流程圖的控制程序，實現(xiàn)機器人的特定功能，如避障、循跡等。圖樣表達：繪制機器人控制器的電路圖，標明各元器件的連接關(guān)系及工作原理。繪制循跡機器人小車的裝配圖，包括車架、電機、驅(qū)動模塊、傳感器等部件的布局與連接。物化能力：完成循跡機器人小車的制作與調(diào)試，記錄制作過程中的關(guān)鍵步驟及遇到的問題與解決方法。對制作的循跡機器人小車進行測試，分析其運動性能，并撰寫測試報告。四、學科實踐與跨學科學習設(shè)計（一）引言《普通高中通用技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》強調(diào)通用技術(shù)課程應(yīng)注重實踐性與創(chuàng)新性，通過學科實踐與跨學科學習，培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。本節(jié)將圍繞機器人控制器的學習內(nèi)容，設(shè)計一系列實踐活動，融合物理、數(shù)學、計算機科學等學科知識，提升學生的技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達和物化能力。（二）實踐活動設(shè)計實踐活動一：機器人控制器基本原理探究活動目的：通過案例分析，理解單片機的基本組成與工作過程?；顒硬襟E：分組討論機器人小車的組成部分及各部分的作用。講解單片機的基本組成，包括時鐘電路、存儲器、中央處理器等部分。分析單片機內(nèi)部各組成單元的功能及相互作用關(guān)系。學生分組繪制單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，并進行展示與交流。實踐活動二：單片機最小系統(tǒng)構(gòu)建活動目的：了解單片機最小系統(tǒng)的組成部分，掌握單片機的引腳類型及功能?；顒硬襟E：講解單片機最小系統(tǒng)的組成，包括單片機、電源供電電路、參考時鐘電路、復位電路等。展示單片機引腳類型及功能，講解GPIO引腳的使用注意事項。學生分組構(gòu)建單片機最小系統(tǒng)，并進行測試與調(diào)試。記錄測試過程中的關(guān)鍵步驟及遇到的問題與解決方法，撰寫實驗報告。實踐活動三：機器人控制器編程實踐活動目的：掌握機器人編程的必要性，學會繪制流程圖并編寫控制程序?；顒硬襟E：講解機器人編程的必要性及流程圖的基本符號與繪制方法。學生分組設(shè)計一個簡單的機器人控制程序流程圖，如循跡機器人小車的運動控制流程圖。根據(jù)流程圖編寫控制程序，并進行調(diào)試與測試。分享編程經(jīng)驗，討論遇到的問題及解決方法。實踐活動四：控制器通信接口應(yīng)用活動目的：學會區(qū)分模擬信號與數(shù)字信號，了解A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的功能及使用方法，掌握控制器與傳感器的常見通信接口類型?；顒硬襟E：講解模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別及相互轉(zhuǎn)換的必要性。展示A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的功能及使用方法。學生分組設(shè)計一個簡單的傳感器與控制器通信的實驗方案，如使用紅外傳感器測量距離并通過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號進行處理。實施實驗方案，記錄實驗數(shù)據(jù)并進行分析與討論。實踐活動五：循跡機器人小車制作活動目的：通過實踐活動掌握電機驅(qū)動、編程調(diào)試等物化技能，提升創(chuàng)新設(shè)計與圖樣表達能力?；顒硬襟E：講解循跡機器人小車的工作原理及制作步驟。學生分組設(shè)計循跡機器人小車的裝配圖及控制程序流程圖。準備實驗器材，按照裝配圖進行小車裝配。編寫控制程序并進行調(diào)試，實現(xiàn)小車的基本運動功能。對制作的循跡機器人小車進行測試，分析其運動性能并撰寫測試報告。（三）跨學科學習設(shè)計在機器人控制器的學科實踐中，融合物理、數(shù)學、計算機科學等學科知識，提升學生的跨學科學習能力。物理學科融合：在機器人控制器基本原理的學習中，結(jié)合物理學中的電路分析知識，理解單片機內(nèi)部各組成單元的工作原理。在循跡機器人小車制作過程中，運用物理學中的力學原理分析小車的運動狀態(tài)及受力情況。數(shù)學學科融合：在控制器編程實踐中，運用數(shù)學中的邏輯運算知識編寫控制程序。在分析循跡機器人小車的運動性能時，運用數(shù)學中的數(shù)據(jù)分析與處理方法對實驗數(shù)據(jù)進行處理與分析。計算機科學學科融合：在控制器編程實踐中，運用計算機科學中的編程語言及流程圖繪制方法編寫控制程序。在控制器通信接口的學習中，結(jié)合計算機科學中的通信協(xié)議知識理解控制器與傳感器之間的通信過程。通過跨學科學習設(shè)計，學生能夠在學習機器人控制器的過程中，綜合運用多學科知識解決問題，提升綜合素養(yǎng)。五、總結(jié)與反思通過本學科實踐與跨學科學習設(shè)計，學生能夠在實踐中深入理解機器人控制器的基本原理、組成單元及編程方法，掌握電機驅(qū)動、編程調(diào)試等物化技能，提升技術(shù)意識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達和物化能力。通過跨學科學習設(shè)計，學生能夠綜合運用多學科知識解決問題，提升綜合素養(yǎng)。在教學過程中，教師應(yīng)注重引導學生主動探究、合作交流，培養(yǎng)學生的自主學習能力和團隊合作精神。根據(jù)學生的學習反饋及時調(diào)整教學策略和方法，確保教學目標的順利實現(xiàn)。十四、大單元作業(yè)設(shè)計一、教學目標依據(jù)《普通高中通用技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》，針對2020版人教版高中通用技術(shù)選擇性必修2《第三章機器人控制器》的教學內(nèi)容，本大單元的教學目標設(shè)定如下：技術(shù)意識：學生能夠認識到機器人控制器在現(xiàn)代科技和工業(yè)領(lǐng)域中的重要性，理解其對提高生產(chǎn)效率、降低勞動強度等方面的積極作用。通過對機器人控制器的學習，學生能夠形成對技術(shù)的敏感性和適應(yīng)性，關(guān)注技術(shù)發(fā)展趨勢，理解技術(shù)對社會、經(jīng)濟、環(huán)境等方面的影響。工程思維：學生能夠運用系統(tǒng)分析的方法，理解機器人控制器的組成與工作原理，識別影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。通過循跡機器人小車制作的實踐，學生能夠運用工程思維，對設(shè)計、制作、調(diào)試等過程進行整體規(guī)劃與優(yōu)化。創(chuàng)新設(shè)計：學生能夠在了解機器人控制器基本原理的基礎(chǔ)上，發(fā)揮創(chuàng)新思維，提出具有創(chuàng)意的機器人設(shè)計方案。通過流程圖繪制、編程實踐等活動，學生能夠掌握創(chuàng)新設(shè)計的基本方法，提高問題解決能力。圖樣表達：學生能夠識讀并繪制與機器人控制器相關(guān)的技術(shù)圖樣，如電路圖、流程圖等。通過圖樣表達，學生能夠清晰、準確地傳達設(shè)計意圖，促進團隊合作與交流。物化能力：學生能夠通過循跡機器人小車制作的實踐，掌握電機驅(qū)動、編程調(diào)試等物化技能。在實踐過程中，學生能夠形成嚴謹細致、精益求精的工作態(tài)度，提高物化能力。二、作業(yè)目標設(shè)定本單元的作業(yè)設(shè)計旨在全面促進學生通用技術(shù)核心素養(yǎng)的發(fā)展，具體目標包括以下幾個方面：技術(shù)意識：通過分析機器人控制器在現(xiàn)代科技和工業(yè)中的應(yīng)用案例，撰寫一篇小論文，闡述機器人控制器的重要性及其對社會、經(jīng)濟、環(huán)境的影響。收集并整理關(guān)于機器人控制器技術(shù)發(fā)展趨勢的資料，制作一份技術(shù)趨勢分析報告。工程思維：設(shè)計并繪制一個機器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，包括電源供電電路、參考時鐘電路、復位電路等關(guān)鍵部分，并解釋各部分的作用及相互關(guān)系。針對循跡機器人小車制作過程中遇到的技術(shù)問題，提出解決方案，并繪制相應(yīng)的流程圖或結(jié)構(gòu)圖。創(chuàng)新設(shè)計：基于對機器人控制器的理解，設(shè)計一款具有創(chuàng)新功能的機器人，并撰寫設(shè)計報告，包括設(shè)計思路、功能描述、預期效果等。編寫一段機器人控制程序，實現(xiàn)特定功能（如循跡、避障等），并附上流程圖說明程序執(zhí)行過程。圖樣表達：繪制循跡機器人小車的電路圖，包括電機驅(qū)動模塊、電源系統(tǒng)、單片機最小系統(tǒng)等部分，并標注各元件的參數(shù)和連接關(guān)系。設(shè)計并繪制一份機器人控制器的通信接口示意圖，包括模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換過程、通信接口的類型及功能等。物化能力：完成循跡機器人小車的制作與調(diào)試，撰寫一份制作報告，包括材料清單、制作步驟、調(diào)試過程及遇到的問題與解決方案。針對循跡機器人小車的性能進行測試，記錄測試數(shù)據(jù)，并分析數(shù)據(jù)提出改進建議。三、作業(yè)內(nèi)容設(shè)計1.技術(shù)意識作業(yè)作業(yè)名稱：機器人控制器在現(xiàn)代科技和工業(yè)中的應(yīng)用及影響分析作業(yè)要求：收集關(guān)于機器人控制器在現(xiàn)代科技和工業(yè)中的應(yīng)用案例，如工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療服務(wù)、教育領(lǐng)域等。分析機器人控制器在這些領(lǐng)域中的應(yīng)用如何提高了生產(chǎn)效率、降低了勞動強度，以及對社會、經(jīng)濟、環(huán)境等方面的影響。撰寫一篇小論文，字數(shù)不少于800字，要求條理清晰、邏輯嚴密、論證充分。評價標準：內(nèi)容全面性：是否全面收集了機器人控制器在不同領(lǐng)域的應(yīng)用案例。分析深度：是否深入分析了機器人控制器對社會、經(jīng)濟、環(huán)境等方面的影響。論文質(zhì)量：論文結(jié)構(gòu)是否合理、條理是否清晰、論證是否充分、語言是否流暢。2.工程思維作業(yè)作業(yè)名稱：機器人控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖設(shè)計與分析作業(yè)要求：設(shè)計并繪制一個機器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，包括電源供電電路、參考時鐘電路、復位電路等關(guān)鍵部分。在結(jié)構(gòu)圖中標注各部分的名稱、功能及相互關(guān)系，并解釋各部分在控制系統(tǒng)中的作用。撰寫一份分析報告，對設(shè)計的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖進行詳細說明，包括設(shè)計思路、各部分功能及相互關(guān)系等。評價標準：結(jié)構(gòu)圖完整性：是否完整包含了機器人控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。標注準確性：各部分名稱、功能及相互關(guān)系的標注是否準確。分析報告質(zhì)量：分析報告是否條理清晰、邏輯嚴密、解釋充分。3.創(chuàng)新設(shè)計作業(yè)作業(yè)名稱：創(chuàng)新功能機器人設(shè)計方案作業(yè)要求：基于對機器人控制器的理解，設(shè)計一款具有創(chuàng)新功能的機器人。撰寫設(shè)計報告，包括設(shè)計思路、功能描述、預期效果等部分。設(shè)計報告要求條理清晰、邏輯嚴密、表述準確。繪制機器人的結(jié)構(gòu)示意圖或流程圖，輔助說明設(shè)計方案。評價標準：創(chuàng)新性：設(shè)計方案是否具有創(chuàng)新性，能否體現(xiàn)對機器人控制器的深入理解。功能性：機器人功能描述是否清晰、明確，預期效果是否合理。設(shè)計報告質(zhì)量：設(shè)計報告結(jié)構(gòu)是否合理、條理是否清晰、表述是否準確。4.圖樣表達作業(yè)作業(yè)名稱：循跡機器人小車電路圖與通信接口示意圖繪制作業(yè)要求：繪制循跡機器人小車的電路圖，包括電機驅(qū)動模塊、電源系統(tǒng)、單片機最小系統(tǒng)等部分。電路圖要求標注各元件的參數(shù)和連接關(guān)系。設(shè)計并繪制一份機器人控制器的通信接口示意圖，包括模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換過程、通信接口的類型及功能等。示意圖要求清晰、準確、易于理解。評價標準：電路圖完整性：是否完整包含了循跡機器人小車的關(guān)鍵電路部分。標注準確性：各元件參數(shù)和連接關(guān)系的標注是否準確。示意圖質(zhì)量：通信接口示意圖是否清晰、準確、易于理解。5.物化能力作業(yè)作業(yè)名稱：循跡機器人小車制作與調(diào)試報告作業(yè)要求：完成循跡機器人小車的制作與調(diào)試過程，記錄制作步驟、調(diào)試過程及遇到的問題與解決方案。撰寫一份制作報告，包括材料清單、制作步驟、調(diào)試過程及遇到的問題與解決方案等部分。制作報告要求條理清晰、邏輯嚴密、表述準確。針對循跡機器人小車的性能進行測試，記錄測試數(shù)據(jù)，并分析數(shù)據(jù)提出改進建議。評價標準：制作過程完整性：是否完整記錄了循跡機器人小車的制作與調(diào)試過程。問題解決能力：在制作與調(diào)試過程中遇到的問題及解決方案是否合理、有效。測試數(shù)據(jù)分析：測試數(shù)據(jù)記錄是否準確、分析是否深入、改進建議是否合理。通過以上作業(yè)設(shè)計，旨在全面促進學生通用技術(shù)核心素養(yǎng)的發(fā)展，提高學生對機器人控制器的理解與應(yīng)用能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。十五、“教-學-評”一致性課時設(shè)計課程基本信息教材版本：2020版人教版高中通用技術(shù)選擇性必修2單元主題：第三章機器人控制器課時設(shè)計：根據(jù)大單元實施思路及教學結(jié)構(gòu)圖，本單元共分為14課時，其中第1課時為導入階段，第2至9課時為理論學習階段（控制器基本原理2課時，控制器使用實例及編程4課時，通信接口解析2課時），第10至13課時為課外實踐階段（循跡機器人小車制作4課時），第14課時為總結(jié)提升階段。第一課時：導入階段教學目標技術(shù)意識：激發(fā)學生對機器人技術(shù)的興趣，認識到機器人控制器在現(xiàn)代科技和工業(yè)領(lǐng)域中的重要性。工程思維：引導學生思考機器人小車的基本組成及各部分的作用。作業(yè)目標思考并記錄自己對機器人技術(shù)的興趣和疑問。教學過程展示實例：通過多媒體展示機器人在工業(yè)、醫(yī)療、教育等領(lǐng)域的應(yīng)用實例。引導討論：引導學生討論機器人技術(shù)的重要性，并思考機器人小車的基本組成。明確目標：簡要介紹本單元的學習內(nèi)容和目標。教學評價通過觀察學生的討論情況和記錄的興趣與疑問，評價學生對機器人技術(shù)的初步認識和興趣程度。第二至三課時：控制器基本原理教學目標技術(shù)意識：了解機器人運動控制的常用控制器種類。工程思維：理解單片機的基本組成與工作過程。圖樣表達：能夠識讀單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。作業(yè)目標繪制單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，并標注各部分功能。教學過程講解原理：詳細講解單片機的基本組成與工作過程，包括時鐘電路、存儲器、中央處理器等部分。案例分析：通過案例分析，幫助學生理解機器人控制器的基本原理。互動討論：討論單片機如何實現(xiàn)計算機類似的基本功能。教學評價通過學生繪制的單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖和課堂討論情況，評價學生對單片機基本原理的理解程度。第四至七課時：控制器使用實例及編程教學目標技術(shù)意識：了解單片機最小系統(tǒng)的組成部分。工程思維：理解單片機的引腳類型及功能。創(chuàng)新設(shè)計：掌握流程圖繪制方法，了解控制器編程的必要性。物化能力：通過實例演示，初步了解單片機的使用方法。作業(yè)目標繪制單片機最小系統(tǒng)電路圖，并標注各部分功能。設(shè)計一個簡單的流程圖，描述一個機器人小車的運動過程。教學過程講解組成：介紹單片機最小系統(tǒng)的組成部分，包括電源供電電路、參考時鐘電路、復位電路等。引腳說明：詳細講解單片機的引腳類型及功能。編程基礎(chǔ)：介紹機器人編程的必要性，講解流程圖繪制方法。實例演示：通過實例演示單片機的使用方法。教學評價通過學生繪制的電路圖和流程圖，以及課堂參與度，評價學生對單片機使用實例及編程基礎(chǔ)知識的掌握情況。第八至九課時：通信接口解析教學目標技術(shù)意識：學會區(qū)分模擬信號與數(shù)字信號。工程思維：了解A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的功能。創(chuàng)新設(shè)計：掌握控制器與傳感器的通信接口類型。圖樣表達：能夠識讀并繪制A/D、D/A轉(zhuǎn)換示意圖。作業(yè)目標繪制A/D、D/A轉(zhuǎn)換示意圖，并解釋其工作原理。調(diào)研并總結(jié)常見的通信接口類型及其特點。教學過程信號區(qū)分：講解模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別。轉(zhuǎn)換原理：介紹A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的功能和工作原理。接口介紹：講解常見的通信接口類型，如UART、I2C、SPI等。實例分析：通過實例分析通信接口在機器人控制器中的應(yīng)用。教學評價通過學生繪制的轉(zhuǎn)換示意圖和調(diào)研總結(jié)，評價學生對通信接口原理及類型的理解程度。第十至十三課時：課外實踐——循跡機器人小車制作教學目標技術(shù)意識：認識到電機驅(qū)動在機器人系統(tǒng)中的重要性。工程思維：通過實踐活動，培養(yǎng)系統(tǒng)規(guī)劃與優(yōu)化能力。創(chuàng)新設(shè)計：提出并優(yōu)化機器人小車的設(shè)計方案。圖樣表達：繪制機器人小車的電路圖和結(jié)構(gòu)圖。物化能力：掌握電機驅(qū)動、編程調(diào)試等物化技能。作業(yè)目標完成循跡機器人小車的制作，并編寫制作報告。對小車進行調(diào)試，記錄調(diào)試過程中遇到的問題及解決方法。教學過程實驗原理：講解電機驅(qū)動模塊的原理及循跡小車轉(zhuǎn)向的實現(xiàn)方法。電源設(shè)計：介紹機器人電源系統(tǒng)的設(shè)計要點。實踐操作：指導學生進行循跡機器人小車的裝配、編程與調(diào)試。問題解決：引導學生解決實踐過程中遇到的問題。教學評價通過學生的實踐作品、制作報告及調(diào)試記錄，評價學生的物化能力、創(chuàng)新設(shè)計能力和問題解決能力。第十四課時：總結(jié)提升階段教學目標技術(shù)意識：總結(jié)機器人控制器在現(xiàn)代科技和工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用價值。工程思維：反思并優(yōu)化機器人小車制作過程中的系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計。創(chuàng)新設(shè)計：鼓勵學生提出新的機器人設(shè)計方案。圖樣表達：通過展示與交流，提升圖樣表達能力。物化能力：總結(jié)電機驅(qū)動、編程調(diào)試等物化技能的學習經(jīng)驗。作業(yè)目標撰寫學習總結(jié)，反思學習過程中的收獲與不足。提出一個新的機器人設(shè)計方案，并繪制初步的設(shè)計圖。教學過程成果展示：組織學生進行學習成果的展示與交流。經(jīng)驗分享：引導學生分享制作過程中的經(jīng)驗與教訓。教師反饋：教師對學生的學習過程與成果進行評價與反饋?？偨Y(jié)反思：引導學生總結(jié)反思，明確后續(xù)學習的方向。創(chuàng)新設(shè)計：鼓勵學生提出新的機