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通用技术“简易机器人制作”模块教学与实施要求
作者:佚名    文章来源:w    点击数:679    更新时间:2013-1-7    
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东南大学  张志胜

一、       机器人技术极其发展趋势

自世界上第一台机器人问世以来,至今虽然只有40多年的历史,但其发展异常迅猛,成为现代自动化技术的结晶。它广泛应用于机械、冶金、汽车、电子、海洋、原子能、化工等诸多领域,成为20世纪三大科学技术之一。展望21世纪机器人将是一个与20世纪计算机的普及一样,会深入地应用到各个领域,所以很多专家预测,在21世纪的前20年是机器人从制造业走向非制造业的发展一个重要时期,也是智能机器人发展的一个关键时期,目前国际上很多国家,也对机器人对人类社会的影响的估计提出了新的认识,同时,我们也可以看到机器人技术,涉及到多个学科,机械、电工、自动控制、计算机测量、人工智能、传感技术等等,它是一个国家高技术实力的一个重要标准。随着机器人技术的迅猛发展,国家对机器人科研、应用领域的专业性人才产生了更广泛、深入的需求,随之对中小学生的全面的技术素养提高也提出了更高的要求。

二、普通高中“简易机器人制作”模块的教育价值

为了顺应社会发展和高等教育的要求,及普通高中学生身心发展的特点,我们在普通高中阶段开设了《简易机器人制作》这门选修课程。简易机器人涵盖了计算机、传感、智能信息处理、控制和机械等基础技术,体现了现代信息技术与传动机械技术的综合、软件技术与硬件技术的结合,形成了知识和技能的综合运用,有利于拓展学生技术学习的视野,较好地反映了通用技术的总课程目标要求。通过该模块的学习,使学生有一个与高技术接触的经历,破除技术的神秘感,产生对技术的亲近感;通过亲历设计制作的过程,使学生掌握技术设计的一般过程以及蕴含在其中的思想方法;通过良好的设计制作平台,改变学生的学习方式,激发学生技术学习的兴趣,培养全体高中学生的创新思维和实践能力,并促进一部分学生形成向技术方向发展的倾向。在此基础上,为学生的继续深造和终身发展奠定良好的基础。

三、“简易机器人制作”模块的课程目标与实施要求

“简易机器人制作”模块是在“技术与设计1及“技术与设计2的基础上,根据高中学生的学习特征,结合机器人相关的技术,通过恰当的教学载体,为学生提供一个机器人设计与制作的平台。该模块遵从通用技术课程的总体目标,以提高学生的技术素养、促进学生全面而富有个性的发展为基本目标。在让学生学习机器人相关的基础知识与基本操作技能的同时,注重学生对符合时代特征和要求、与学生生活息息相关的技术的关注与学习;同时,注重学生对技术设计的思想和方法的领悟与运用,注重学生对技术的人文因素的感悟与理解,注重学生技术学习中的探究、试验与创造,注重学生情感态度、价值观以及共通能力的发展。

课程目标与实施要求

(后面的表格略)更多详情请访问南京教育装备网

课程目标

具体要求

教学仪器设备要求及配备

知识与技能

单片机

1)知道单片机的特点及应用;(2)知道单片机的基本组成及工作过程;(3)知道单片机集成电路引脚的功能;(4)了解一种单片机编程语言,掌握一种单片机常用的编程指令;(4)学会用指令编制简单控制的程序;(5)能操作单片机编程器将编写的程序烧结固化(电写入)到控制电路中,并能根据试验进行修正。

仪器设备要求:能让学生对单片机结构及其工作原理有充分的认识;能提供学生进行简单程序编制的软件平台,程序要求可以下载(烧结固化),并可以进行试验。

 

 

建议仪器设备配备:装有典型型号单片机的控电路及图形化编程软件。

控制电路

1)了解电子控制系统的基本组成,知道单片机是一种使用广泛的芯片;(2)知道常见的传感器及其作用;(3)了解继电器的结构和工作原理,并能掌握简单的使用方法;(4)能用传感器、单片机和继电器等安装一个简单控制装置并进行试验。

 

仪器设备要求:能让学生对控制系统的基本组成及工作原理有充分的认识;能提供常见的传感器;能搭建简单的控制装置。

 

 

建议仪器设备配备:控制电路(控制器),连接的线路,下载线及各类传感器。

机械结构

1)知道一般机械的组成,了解常见的机械传动的方式;(2)了解常见齿轮传动的特点、形式和应用,会计算简单的齿轮传动比;(3)能按照装配图样安装简单的齿轮装置,并进行调试;(4)了解常见的连杆传动机构的结构及其应用,能设计和制作简单的连杆装置;(5)能设计一个简单的电动机械,并进行安装和调试;(6)能设计和制作一个由传感器、单片机、继电器、电动机和传动机械等组成的简易机器人或简单的自动控制系统,并能通过试验完成23个规定动作。

 

仪器设备要求:能让学生对各种类型的机械结构件有全面的认识,能满足学生搭建简易及复杂机械装置的需要。

建议仪器设备配备:各种类型的机械结构件,控制器及电动机。

过程与方法

 

将《技术与设计1》中了解的技术设计的基本知识应用到机器人设计中,进一步掌握设计的一般程序和基本技能,了解机器人设计在日常生活和工农业生产中的应用,能对机器人设计的过程、方案和成果作出比较全面的评价。

仪器设备要求:相应的仪器设备要满足技术与设计一般过程的要求,满足“设计”、“制作”、“评价”这一过程的需求,充分利用计算机平台实现现代设计方法(计算机辅助设计CAD)。有利于让学生形成对技术设计中的“结构”、“流程”、“系统”与 “控制”的正确认识。

 

 

建议仪器设备配备:简易机器人虚拟设计软件(含仿真试验功能)、简易机器人实物硬件、计算机网络

 

经历机器人设计方案的实现或转化为模型作品的过程,初步学会机器人的制作、装配、调试的方法。体验意念具体化和方案物化过程中的复杂性和创造性,发展动手实践能力。

 

经历将结构、流程、系统与控制的基本知识应用于机器人技术实践的过程,初步掌握结构、流程、系统与控制的基本思想和方法,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于实践的能力。

 

经历观察、设想、安装、测试、调试等简单的机器人技术试验过程,学会简单的机器人技术试验方法,创造条件在计算机上进行机器人仿真试验,理解试验在机器人技术发明、机器人技术革新中的作用,形成初步的技术试验能力。

情感态度价值观

 

 

合作交流意识和能力

具有良好的合作和交流的态度,养成严谨、守信、负责、勤俭、进取等良好品质。

 

仪器设备要求:相应的仪器设备要满足学生合作、交流的需要,并让学生接触信息时代合作和交流的方式。

 

建议仪器设备配备:简易机器人虚拟设计平台、计算机网络、简易机器人实物硬件

创新意识和创新精神

认识机器人制作的创造性特征,形成实事求是、精益求精的态度,培养富于想象、善于批判、敢于表现个性、勇于创新的个性品质。

仪器设备要求:相应的仪器设备要给予学生充分的创新空间,满足学生多样化的设计需求。

 

建议仪器设备:简易机器人虚拟设计平台、简易机器人实物硬件。

安全意识和责任感

能够安全而又负责任地参加机器人制作活动。

仪器设备要求:相应的仪器设备应符合安全和质量标准,满足和重复组装的要求。

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