2020版 人教版 高中通-用技术 选择性必修2 机器人设计与制作《第四章 机器人控制策略》大单元整体教学设计2020课标

版人教版高中通用技术选择性必修2机器人设计与制作《第四章机器人控制策略》大单元整体教学设计[2020课标]一、内容分析与整合二、《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》分解三、学情分析四、大主题或大概念设计五、大单元目标叙写六、大单元教学重点七、大单元教学难点八、大单元整体教学思路九、学业评价十、大单元实施思路及教学结构图十一、大情境、大任务创设十二、单元学历案十三、学科实践与跨学科学习设计十四、大单元作业设计十五、“教-学-评”一致性课时设计十六、大单元教学反思一、内容分析与整合（一）教学内容分析本次大单元教学设计的内容聚焦于2020版人教版高中通用技术选择性必修2《第四章机器人控制策略》。该章节详细阐述了机器人控制策略的基本概念、设计方法及实际应用，具体内容分为三个主要部分：路径规划和运动控制的概念和功能：介绍路径规划和运动控制在机器人技术中的重要性，以及它们如何帮助机器人实现自主导航和精确控制。路径规划和运动控制的设计方法：深入探讨机器人控制系统的组成部分，包括开环控制与闭环控制的区别与应用，以及PID控制等常用控制算法的原理和实现方式。机器人控制策略实例：通过实际案例，如循迹机器人小车的制作，展示机器人控制策略在实践中的应用，强化学生的物化能力和创新设计能力。本章还包含一个课外实践环节——“循迹机器人小车制作——控制”，旨在通过动手实践，加深学生对机器人控制策略的理解和应用能力。（二）单元内容分析1.路径规划和运动控制的概念和功能核心概念：路径规划、运动控制、自主导航、精确控制。教学目标：使学生理解路径规划和运动控制在机器人技术中的基本概念和功能，认识到它们在实现机器人自主行动中的重要性。教学重点：路径规划与运动控制的定义、应用场景及其作用。教学难点：如何让学生直观理解抽象的路径规划和运动控制概念。2.路径规划和运动控制的设计方法核心概念：控制系统、开环控制、闭环控制、PID控制算法。教学目标：掌握机器人控制系统的基本组成，理解开环控制与闭环控制的区别，以及PID控制算法的原理和应用。教学重点：控制系统的组成、开环与闭环控制的对比、PID控制算法的实现。教学难点：PID控制算法的复杂性和实际应用中的调试。3.机器人控制策略实例核心概念：循迹机器人、传感器应用、控制程序设计。教学目标：通过循迹机器人小车的制作，使学生掌握机器人控制策略的实际应用，提高物化能力和创新设计能力。教学重点：循迹机器人小车的工作原理、传感器选择与应用、控制程序设计。教学难点：循迹机器人小车的制作与调试过程中的技术挑战。（三）单元内容整合本单元内容围绕机器人控制策略展开，从理论到实践，层层深入。通过介绍路径规划和运动控制的概念和功能，为学生打下坚实的理论基础；通过讲解路径规划和运动控制的设计方法，使学生掌握控制系统的基本原理和实现方式；通过循迹机器人小车的制作实践，将理论知识转化为实际操作能力，提升学生的物化能力和创新设计能力。整个单元内容紧密相连，逐步推进，旨在全面培养学生的通用技术核心素养。二、《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》分解通用技术的核心素养目标（一）技术意识内涵：技术意识是对技术现象及技术问题的感知与体悟，包括对技术性质、技术与人、自然、社会关系的理解，以及技术规范和专利意识等。在本单元中的体现：学生通过对机器人控制策略的学习，能够感知到技术在现代生活中的广泛应用和重要性。在了解路径规划和运动控制的过程中，学生能够认识到技术对于提高生活质量和生产效率的重要作用。通过循迹机器人小车的制作实践，学生能够体验到技术创新的乐趣和挑战，增强对技术的兴趣和热爱。（二）工程思维内涵：工程思维是以系统分析和比较权衡为核心的一种筹划性思维，包括运用系统分析的方法解决技术问题，以及领悟结构、流程、系统、控制等基本思想和方法。在本单元中的体现：学生在学习路径规划和运动控制的设计方法时，需要运用系统分析的方法，考虑各种影响因素，制定最优的控制策略。在循迹机器人小车的制作过程中，学生需要综合考虑机械结构、电子控制、传感器应用等多个方面，进行整体设计和优化。通过项目实践，学生能够培养起运用工程思维解决实际问题的能力。（三）创新设计内涵：创新设计是指基于技术问题进行创新性方案构思的一系列问题解决过程，包括收集信息、综合分析、提出方案、技术试验等环节。在本单元中的体现：学生在学习机器人控制策略的过程中，需要不断提出新的想法和解决方案，以应对各种技术挑战。在循迹机器人小车的制作实践中，学生可以尝试不同的设计方案和控制策略，通过技术试验验证其可行性和有效性。通过项目实践，学生能够锻炼创新思维和创新能力，提升解决复杂技术问题的能力。（四）图样表达内涵：图样表达是指运用图形样式对意念中或客观存在的技术对象进行可视化的描述和交流，包括识读和绘制技术图样、运用技术语言进行思维转换等。在本单元中的体现：学生在学习机器人控制策略时，需要识读和理解各种技术图样，如控制系统方框图、流程图等。在循迹机器人小车的制作过程中，学生需要绘制设计图纸、电路图等，以指导实际制作和调试。通过项目实践，学生能够提升图样表达能力和技术语言表达能力，为未来的技术学习和职业发展打下坚实的基础。（五）物化能力内涵：物化能力是指采用一定的工艺方法等将意念、方案转化为有用物品或对已有物品进行改进与优化的能力，包括选择合适的材料和工具、掌握加工工艺和方法、完成模型或产品的成型制作和装配等。在本单元中的体现：学生在循迹机器人小车的制作过程中，需要选择合适的材料和工具，掌握机械加工、电子焊接等工艺方法，完成小车的成型制作和装配。通过项目实践，学生能够锻炼动手能力和实践操作能力，提升物化能力和创新意识。在制作过程中遇到的问题和挑战也能够促使学生不断思考和创新寻求解决方案从而进一步提升其物化能力。三、学情分析（一）已知内容分析在进入高中通用技术选择性必修2《第四章机器人控制策略》的学习之前，学生已经具备了一定的机器人设计与制作基础，并对机器人的基本组成、工作原理及常见传感器有了初步的了解。特别是在前几章的学习中，学生已经掌握了机器人的结构与传动机械、感知与传感器等方面的知识，这为本章的学习打下了坚实的基础。具体来说，学生在已知内容方面主要包括：机器人基本结构与工作原理：学生已经了解了机器人的基本构成，包括机械结构、控制系统、传感器等部分，并理解了机器人如何通过传感器感知环境，通过控制系统实现动作。传感器技术：学生已经学习了多种传感器的原理和应用，如红外传感器、超声波传感器、温度传感器等，并了解了它们在机器人感知环境中的作用。编程基础：在之前的学习中，学生已经接触到了简单的编程知识，了解了程序的基本结构和控制流程，为后续的机器人控制编程打下了基础。（二）新知内容分析本章《机器人控制策略》将围绕机器人的路径规划和运动控制展开，重点介绍路径规划和运动控制的概念、功能、设计方法以及实际应用。具体内容分析如下：路径规划和运动控制的概念和功能：学生将了解路径规划和运动控制在机器人运动中的重要性，理解它们的基本概念和功能。掌握路径规划和运动控制在机器人导航、避障等方面的应用。路径规划和运动控制的设计方法：学生将学习如何根据机器人的任务需求和环境特点，设计合适的路径规划和运动控制策略。了解开环控制与闭环控制的区别，掌握它们在不同场景下的应用。机器人控制策略实例：通过分析实际案例，学生将深入理解机器人控制策略在实际应用中的选择和调整。学习如何评估和优化机器人控制策略的性能。课外实践：循迹机器人小车制作--控制：学生将通过制作循迹机器人小车，将理论知识应用于实践，加深对机器人控制策略的理解。掌握红外探测模块的使用，以及基于单片机的机器人控制编程。（三）学生学习能力分析逻辑思维能力：高中生已经具备了一定的逻辑思维能力，能够理解和分析复杂的技术问题和系统。这有助于他们理解机器人控制策略中的路径规划和运动控制逻辑。动手实践能力：通过之前的学习和实践，学生已经具备了一定的动手实践能力，能够独立完成一些简单的技术作品。这将有助于他们在课外实践中制作循迹机器人小车。编程能力：虽然学生在之前的学习中已经接触到了编程知识，但机器人控制编程可能涉及更复杂的逻辑和算法。学生在编程能力方面可能存在一定的挑战。自主学习能力：学生能够根据学习需求，自主查阅资料，解决问题，这将有助于他们在学习过程中克服遇到的困难。团队合作能力：在项目学习和课外实践中，学生需要与他人合作，共同完成任务。这要求学生具备良好的团队合作能力，能够与他人有效沟通和协作。（四）学习障碍突破策略针对学生在学习过程中可能遇到的学习障碍，我们将采取以下策略进行突破：加强理论与实践的结合：通过案例分析、模拟仿真等方式，将抽象的理论知识具体化、生动化，帮助学生更好地理解机器人控制策略的概念和原理。组织学生参观机器人实验室或相关企业，现场观察和学习机器人的控制策略应用，增强学生的感性认识。分层次、分步骤教学：针对学生的不同学习基础和能力水平，制定分层次、分步骤的教学计划。对于编程能力较弱的学生，可以提供额外的编程辅导和练习机会；对于理论知识理解不透彻的学生，可以通过小组讨论、教师讲解等方式进行重点突破。在教学过程中，逐步引导学生从简单的控制策略入手，逐步深入复杂的控制算法和策略，避免一开始就接触过于复杂的内容导致学生产生畏难情绪。强化编程训练：针对学生在编程方面可能存在的困难，加强编程训练。通过课堂讲解、案例分析、编程练习等方式，提高学生的编程能力和算法设计能力。鼓励学生参加编程竞赛和实践活动，提升他们的编程兴趣和水平。培养自主学习能力：引导学生学会自主学习，鼓励他们利用课余时间查阅相关资料、观看教学视频等，拓宽知识面，深化对机器人控制策略的理解。培养学生的问题意识和探究精神，鼓励他们在学习过程中主动发现问题、分析问题和解决问题。促进团队合作与交流：在项目学习和课外实践中，注重培养学生的团队合作能力和交流沟通能力。通过小组合作、项目汇报等方式，增强学生的团队协作意识和能力。定期组织技术分享会、经验交流会等活动，为学生提供展示自己成果和交流学习经验的平台。提供个性化辅导与反馈：针对学生在学习过程中遇到的问题和困难，提供个性化的辅导和支持。教师可以通过课后答疑、线上交流等方式及时解答学生的疑问。定期对学生的学习情况进行评估和反馈，帮助他们了解自己的学习进度和存在的问题，及时调整学习策略和方法。通过以上策略的实施，我们旨在帮助学生克服学习障碍，深入理解机器人控制策略的相关知识，提升他们的技术设计与制作能力。通过项目实践和团队合作等方式，培养学生的创新精神和实践能力，为他们未来的学习和职业发展奠定坚实的基础。四、大主题或大概念设计本大单元的主题设定为“机器人控制策略与路径规划”。这一主题涵盖了机器人控制的核心要素，包括路径规划、运动控制策略及其实际应用。通过学习这一主题，学生将理解机器人如何通过感知系统获取环境信息，如何规划运动路径，并运用合适的控制策略实现自主导航和智能行为。这一大主题不仅涉及技术原理的学习，更注重实践应用能力的培养，旨在全面提升学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。五、大单元目标叙写通用技术的核心素养目标：（一）技术意识：学生能够认识到机器人控制策略在智能技术中的重要性，理解路径规划与运动控制对机器人自主行动的影响。学生能够分析不同场景下机器人控制策略的应用，并评价其合理性和有效性。（二）工程思维：学生能够运用系统分析的方法，理解机器人控制策略与路径规划的整体框架和组成部分。学生能够通过案例分析和实践，初步掌握机器人控制策略的设计和优化方法，形成初步的工程思维。（三）创新设计：学生能够结合实际需求，设计并提出创新的机器人控制策略，包括路径规划和运动控制方案。学生能够运用创新工具和技术，对机器人控制策略进行模拟和测试，验证其可行性。（四）图样表达：学生能够使用技术图样表达机器人控制策略的设计思想，包括流程图、控制框图等。学生能够通过图样表达，清晰地呈现机器人路径规划和运动控制的过程和结果。（五）物化能力：学生能够根据设计方案，选择合适的硬件和软件，搭建机器人控制平台，实现路径规划和运动控制。学生能够对机器人控制策略进行调试和优化，提升机器人的自主导航和智能行为能力。六、大单元教学重点机器人路径规划与运动控制的基本原理：学生需要深入理解路径规划与运动控制的概念、功能和作用，包括姿态控制、路径控制和轨迹控制等不同类型的控制任务。机器人控制系统的设计与实现：学生需要掌握机器人控制系统的组成部分，包括控制器、被控对象、执行机构和检测单元等，并能够设计简单的机器人控制系统。PID控制算法的应用：学生需要学习PID控制算法的基本原理和实现方法，并能够将其应用于机器人的运动控制中，实现精确的位置和速度控制。机器人控制策略的实际应用：学生需要通过实际案例和项目，了解机器人控制策略在实际应用中的具体实现方式和效果，提升解决实际问题的能力。七、大单元教学难点控制系统设计的复杂性：机器人控制系统的设计需要考虑多个因素，包括控制精度、响应速度、稳定性等，这些因素之间往往存在相互制约的关系，增加了设计的复杂性。PID控制算法的参数整定：PID控制算法的性能取决于比例、积分和微分三个参数的合理设置，而这些参数的整定过程往往需要通过试验和调整，对学生来说具有一定的挑战性。机器人路径规划与运动控制的实时性：在实际应用中，机器人需要在复杂多变的环境中实时进行路径规划和运动控制，这对算法的实时性和鲁棒性提出了很高的要求。硬件与软件的集成与调试：在实现机器人控制策略的过程中，学生需要将硬件与软件进行集成，并进行大量的调试工作，以确保系统的稳定性和可靠性。这一过程需要学生具备扎实的理论基础和丰富的实践经验。详细教学设计（示例）课时1：机器人控制策略概述教学目标：理解机器人控制策略的基本概念和作用。认识机器人路径规划与运动控制的重要性。教学内容：介绍机器人控制策略的基本概念和发展历程。分析机器人路径规划与运动控制在机器人自主导航和智能行为中的作用。教学活动：通过案例讨论，让学生理解不同场景下机器人控制策略的应用。组织小组讨论，探讨机器人控制策略的未来发展趋势。课时2：机器人路径规划与运动控制的基本原理教学目标：掌握机器人路径规划与运动控制的基本原理。理解姿态控制、路径控制和轨迹控制等不同类型的控制任务。教学内容：详细讲解姿态控制、路径控制和轨迹控制的基本原理和实现方法。分析不同控制任务的适用场景和优缺点。教学活动：通过仿真软件，模拟不同控制任务下的机器人运动过程。组织学生进行小组实验，验证不同控制策略的效果。课时3：机器人控制系统的设计与实现教学目标：理解机器人控制系统的组成部分和工作原理。能够设计简单的机器人控制系统。教学内容：介绍机器人控制系统的基本组成部分，包括控制器、被控对象、执行机构和检测单元等。分析机器人控制系统的工作原理和设计方法。教学活动：分组设计简单的机器人控制系统，并进行模拟仿真。展示和讨论各组的设计方案，提出改进建议。课时4：PID控制算法及其应用教学目标：掌握PID控制算法的基本原理和实现方法。能够将PID控制算法应用于机器人的运动控制中。教学内容：详细讲解PID控制算法的比例、积分和微分三个参数的作用和整定方法。分析PID控制算法在机器人运动控制中的应用案例。教学活动：通过实验验证PID控制算法在机器人运动控制中的效果。组织学生进行小组讨论，分享PID控制算法的应用经验和心得。课时5：机器人控制策略的实际应用教学目标：了解机器人控制策略在实际应用中的具体实现方式和效果。提升解决实际问题的能力。教学内容：分析机器人控制策略在不同领域（如工业制造、服务机器人、医疗机器人等）中的应用案例。探讨机器人控制策略在实际应用中面临的挑战和解决方案。教学活动：通过实地考察或视频资料，展示机器人控制策略在实际应用中的效果。组织学生进行项目设计，提出创新的机器人控制策略方案。课时6：循迹机器人小车制作——控制教学目标：通过实践活动，掌握循迹机器人小车的控制原理和实现方法。提升物化能力和创新设计能力。教学内容：介绍循迹机器人小车的基本原理和控制策略。详细讲解循迹机器人小车的制作步骤和调试方法。教学活动：分组进行循迹机器人小车的制作和调试。展示各组制作的循迹机器人小车，并进行比赛和评价。通过以上详细的教学设计，学生可以系统地学习机器人控制策略与路径规划的相关知识，提升技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力，为未来的学习和职业发展打下坚实的基础。八、大单元整体教学思路教学目标设定根据《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，结合2020版人教版高中通用技术选择性必修2《第四章机器人控制策略》的教学内容，本大单元的教学目标设定如下，旨在全面培养学生的通用技术核心素养，包括技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。（一）技术意识理解机器人控制策略的重要性：学生能够认识到机器人控制策略在机器人技术中的应用价值，理解其对机器人行为的影响，形成对机器人技术的积极态度和兴趣。分析机器人控制策略的社会影响：学生能够结合具体案例，分析机器人控制策略在工业生产、生活服务等领域的应用及其对社会发展的影响，增强对技术伦理和社会责任的认识。培养技术创新意识：通过了解机器人控制策略的发展前沿，激发学生的技术创新意识，鼓励学生在机器人技术领域进行探索和创新。（二）工程思维系统分析机器人控制问题：学生能够运用系统分析方法，对机器人控制问题进行多因素分析和整体规划，理解各因素之间的相互影响和制约关系。设计优化机器人控制策略：学生能够根据机器人任务需求和环境条件，设计合理的路径规划和运动控制策略，并进行优化调整，以提高机器人的工作效率和准确性。风险评估与决策：学生能够对设计的机器人控制策略进行风险评估，识别可能存在的问题和挑战，并作出合理的决策，以确保机器人系统的稳定性和可靠性。（三）创新设计创新机器人控制方案：学生能够针对特定任务需求，提出创新的机器人控制方案，包括路径规划算法、运动控制策略等，并进行实践验证。综合运用多学科知识：学生能够综合运用数学、物理、计算机等多学科知识，进行机器人控制策略的设计和实现，提高跨学科解决问题的能力。优化设计方案：学生能够根据实践反馈和测试结果，对机器人控制策略进行不断优化和改进，以提高系统的性能和效率。（四）图样表达绘制机器人控制系统图样：学生能够运用图形样式，对机器人控制系统进行可视化的描述和交流，包括路径规划图、运动控制流程图等。识读和理解技术图样：学生能够识读和理解机器人控制系统相关的技术图样，包括电路设计图、机械结构图等，并能够根据图样进行实践操作。用技术语言进行交流：学生能够运用技术语言，准确表达机器人控制系统的设计思路、实现方法和优化策略，与同伴和教师进行有效沟通。（五）物化能力制作循迹机器人小车：学生能够根据设计方案，选择合适的材料和工具，制作循迹机器人小车，并进行调试和优化，使其能够沿着预定轨迹运动。掌握传感器和控制器的应用：学生能够通过实践操作，掌握红外传感器、电机控制器等元器件的应用方法，能够将其集成到机器人控制系统中。解决物化过程中的问题：学生在制作和调试循迹机器人小车的过程中，能够遇到并解决实际问题，如传感器灵敏度调整、控制器参数设置等，提高动手实践能力和问题解决能力。教学重点与难点教学重点机器人控制策略的基本概念和设计方法：包括路径规划和运动控制的概念、功能和设计方法，以及机器人控制策略在机器人技术中的应用。循迹机器人小车的制作与调试：通过实践操作，让学生掌握循迹机器人小车的制作流程、调试方法和优化策略。图样表达与技术交流：培养学生运用图形样式表达机器人控制系统设计思路的能力，以及运用技术语言进行交流的能力。教学难点理解机器人控制策略的复杂性：机器人控制策略涉及多个学科知识和技术细节，学生需要具备较强的综合运用能力和分析能力才能理解其复杂性。设计合理的机器人控制策略：学生需要根据任务需求和环境条件，设计合理的机器人控制策略，并进行优化调整，这需要学生具备较强的创新思维和实践能力。解决物化过程中的实际问题：在制作和调试循迹机器人小车的过程中，学生可能会遇到各种实际问题，如传感器故障、控制器参数设置不当等，需要学生具备较强的动手实践能力和问题解决能力。学业评价学业评价应遵循全面、公正、有效的原则，以确保评价结果的客观性和准确性。本大单元的学业评价将包括以下几个方面：课堂表现评价：通过观察学生在课堂上的参与度、合作精神和创新表现等方面进行评价，记录学生的课堂表现情况。实践操作评价：通过对学生制作循迹机器人小车的过程和结果进行评价，包括材料选择、工具使用、制作流程、调试方法等方面，考察学生的物化能力和实践操作能力。图样表达评价：通过对学生绘制的机器人控制系统图样进行评价，包括图样的准确性、规范性和美观性等方面，考察学生的图样表达能力和技术交流能力。设计报告评价：要求学生撰写机器人控制策略的设计报告，包括设计思路、实现方法、优化策略等方面，通过评价设计报告的质量和创新性，考察学生的创新思维和写作能力。期末测试评价：通过期末测试的方式，考察学生对机器人控制策略相关知识的掌握情况和理解程度，以及运用所学知识解决实际问题的能力。教学策略与方法教学策略情境教学：通过创设真实或模拟的机器人控制任务情境，激发学生的学习兴趣和积极性，引导学生主动探索和实践。项目式学习：以循迹机器人小车的制作为项目载体，通过项目实施过程，让学生经历从需求分析、方案设计、制作调试到优化改进的全过程，培养学生的工程思维和创新设计能力。合作探究：鼓励学生以小组合作的方式进行学习和探究，通过分工合作、交流讨论等方式，提高学生的合作精神和问题解决能力。信息技术融合：充分利用现代信息技术手段，如计算机辅助设计、仿真模拟等，辅助学生进行机器人控制策略的设计和实现。教学方法讲授法：通过教师的讲解和演示，向学生传授机器人控制策略的基本概念和设计方法等知识。案例分析法：通过分析典型的机器人控制策略案例，让学生理解其设计思路、实现方法和优化策略等方面。实践操作法：通过让学生亲自动手制作循迹机器人小车，并进行调试和优化，培养学生的物化能力和实践操作能力。讨论交流法：通过组织学生进行小组讨论和交流，分享学习心得和体会，促进学生的思维碰撞和知识共享。教学过程设计第一课时：机器人控制策略概述导入新课：通过展示机器人应用的视频或图片，引导学生进入机器人控制策略的学习情境。讲授新知：讲解机器人控制策略的基本概念、功能和重要性，以及路径规划和运动控制的基本概念。案例分析：分析典型的机器人控制策略案例，让学生理解其设计思路和应用场景。课堂练习：让学生尝试设计一个简单的机器人控制策略方案，并进行交流讨论。课堂小结：总结本节课的学习内容和学习要点，布置下节课的预习任务。第二课时：路径规划和运动控制的设计方法复习旧知：回顾上一节课学习的机器人控制策略基本概念和案例分析内容。讲授新知：讲解路径规划和运动控制的设计方法，包括基于地图的全局路径规划、基于传感器的局部路径规划以及混合式路径规划等方法。课堂实践：让学生分组进行路径规划和运动控制的模拟设计实践，运用所学知识设计一个简单的机器人控制策略方案。交流展示：各小组展示设计成果，进行交流和讨论，教师给予点评和指导。课堂小结：总结本节课的学习内容和学习要点，布置下节课的预习任务。第三课时：机器人控制策略实例分析复习旧知：回顾上一节课学习的路径规划和运动控制设计方法等内容。实例分析：分析具体的机器人控制策略实例，如扫地机器人、无人机等的控制策略设计，让学生理解其实际应用和优化策略。小组讨论：让学生分组讨论机器人控制策略在实际应用中可能遇到的问题和挑战，以及如何解决这些问题。课堂练习：让学生针对某个具体任务需求，设计一个机器人控制策略方案，并进行交流展示。课堂小结：总结本节课的学习内容和学习要点，布置下节课的预习任务。第四至六课时：循迹机器人小车制作——控制项目导入：介绍循迹机器人小车的制作项目背景和要求，激发学生的制作兴趣和积极性。材料准备与工具使用：讲解循迹机器人小车制作所需的材料和工具及其使用方法，确保学生能够正确选择和使用。设计制作方案：引导学生根据任务需求和环境条件，设计循迹机器人小车的制作方案，包括路径规划、运动控制策略等。制作与调试：让学生分组进行循迹机器人小车的制作和调试实践，教师巡回指导，及时解决学生在制作过程中遇到的问题。优化改进：根据调试结果和学生反馈，对循迹机器人小车进行优化改进，提高其性能和稳定性。成果展示与评价：各小组展示循迹机器人小车的制作成果，进行交流和评价，教师给予总结点评。第七课时：大单元总结与拓展大单元总结：回顾本大单元的学习内容和学习过程，总结学生在学习过程中取得的成绩和进步。学习心得分享：让学生分享自己的学习心得和体会，以及对机器人控制策略的理解和认识。拓展延伸：介绍机器人控制策略的最新发展前沿和应用领域，激发学生的学习兴趣和探索欲望。期末测试：进行期末测试，考察学生对机器人控制策略相关知识的掌握情况和理解程度。课程结束：对本大单元的学习进行总结和评价，布置后续学习任务和拓展活动。九、学业评价一、教学目标根据《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，结合2020版人教版高中通用技术选择性必修2《第四章机器人控制策略》的教学内容，设定以下教学目标：技术意识：学生能够理解机器人路径规划和运动控制的基本概念和功能，认识到其在机器人技术中的重要性，形成对机器人技术应用的初步感知和理性认识。工程思维：学生能够运用系统分析和比较权衡的方法，理解路径规划和运动控制的设计原理，能够针对具体任务选择合适的控制策略，并考虑其在实际应用中的可行性和优化空间。创新设计：学生能够结合实例，分析不同机器人控制策略的特点和适用场景，尝试提出创新性的控制策略设计方案，并通过实验验证其有效性。图样表达：学生能够使用恰当的技术图样表达机器人控制策略的设计思路，包括流程图、方框图等，能够清晰、准确地传达设计意图。物化能力：学生能够根据设计方案，选择合适的硬件和软件工具，完成循迹机器人小车的制作与调试，实现路径规划和运动控制的功能，体现良好的物化能力。二、学习目标理解机器人控制策略的基本概念：了解路径规划和运动控制的基本概念和功能，理解其在机器人技术中的重要性。认识不同种类的控制任务（姿态控制、路径控制、轨迹控制）及其应用场景。掌握路径规划和运动控制的设计方法：理解机器人控制系统的组成部分及其工作原理。学会区分开环控制与闭环控制，理解其各自的特点和适用场景。掌握PID控制等常用控制算法的基本原理和应用。能够分析并设计机器人控制策略：能够根据具体任务需求，选择合适的控制策略。学会运用系统分析和比较权衡的方法，对控制策略进行优化设计。能够考虑控制策略在实际应用中的可行性和局限性。能够运用技术图样表达设计意图：能够使用流程图、方框图等技术图样清晰、准确地表达机器人控制策略的设计思路。能够识读和绘制与机器人控制相关的技术图样。具备循迹机器人小车的制作与调试能力：能够根据设计方案，选择合适的硬件和软件工具。能够完成循迹机器人小车的组装与调试，实现路径规划和运动控制的功能。能够解决在制作与调试过程中遇到的技术问题，体现良好的物化能力。三、评价目标设定技术意识评价：评价学生对机器人路径规划和运动控制基本概念的理解程度。通过案例分析，评价学生对机器人控制策略在实际应用中的感知和理性认识。工程思维评价：评价学生运用系统分析和比较权衡方法的能力，以及针对具体任务选择合适的控制策略的能力。通过设计方案的评审，评价学生对控制策略优化设计的考虑和实际操作能力。创新设计评价：评价学生结合实例分析不同机器人控制策略特点和适用场景的能力。通过实验验证，评价学生提出创新性控制策略设计方案的能力及其有效性。图样表达评价：评价学生使用技术图样表达机器人控制策略设计思路的能力。通过图样的识读和绘制，评价学生图样表达的准确性和清晰度。物化能力评价：评价学生根据设计方案选择合适的硬件和软件工具的能力。通过循迹机器人小车的制作与调试过程，评价学生的物化能力及其在实际操作中的应用效果。四、评价内容与方式课堂表现评价：观察学生在课堂上的参与度、合作精神和解决问题的能力。通过提问和讨论，评价学生对机器人控制策略相关概念和原理的理解程度。设计方案评价：要求学生提交机器人控制策略的设计方案，包括控制策略的选择、系统组成、工作流程等。评价设计方案的合理性、创新性和可行性。通过同伴互评和教师评价相结合的方式，对设计方案进行综合评价。图样表达评价：要求学生绘制与机器人控制策略相关的技术图样，如流程图、方框图等。评价图样的准确性、清晰度和规范性。通过展示和讲解，评价学生图样表达的能力。实验操作评价：在循迹机器人小车制作与调试过程中，观察学生的操作技能和问题解决能力。评价学生对硬件和软件工具的选择和使用情况。通过实验报告和实物演示，评价学生实验操作的效果和物化能力。项目报告评价：要求学生提交循迹机器人小车制作与调试的项目报告，包括项目背景、设计思路、制作过程、调试结果等。评价项目报告的完整性、准确性和逻辑性。通过项目报告的评审，综合评价学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。五、评价实施建议注重过程性评价：在教学过程中，注重观察学生的课堂表现、设计方案、图样表达和实验操作等过程，及时给予反馈和指导。通过过程性评价，帮助学生及时发现问题并改进，提高学习效果。采用多元化评价方式：结合课堂表现、设计方案、图样表达、实验操作和项目报告等多种评价方式，全面评价学生的学业成就。采用同伴互评、教师评价、自我评价等多种评价主体相结合的方式，提高评价的客观性和准确性。强化实践性评价：通过循迹机器人小车的制作与调试等实践活动，强化学生的物化能力和实践操作能力。在实践活动中，注重评价学生的创新思维、问题解决能力和团队合作精神等综合素养。关注个体差异：针对学生的个体差异，采用分层评价和差异化教学策略，确保每个学生都能得到充分的发展和提高。关注学生在学习过程中的情感态度和价值观培养，鼓励学生积极参与、勇于探索和创新。通过以上评价目标和方式的实施，旨在全面、客观地评价学生在《第四章机器人控制策略》学习过程中的学业成就，促进其技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力等通用技术核心素养的全面提升。十、大单元实施思路及教学结构图一、大单元实施思路《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》指出，通用技术课程旨在提高学生的学科核心素养，包括技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。本次大单元教学设计以2020版人教版高中通用技术选择性必修2《第四章机器人控制策略》的教学内容为基础，结合课程标准要求，旨在通过一系列教学活动，引导学生理解机器人路径规划和运动控制的基本概念、设计方法和应用实例，并通过课外实践制作循迹机器人小车，培养学生的综合能力。具体实施思路如下：情境创设与问题导入：通过生活中的实际例子，如扫地机器人、无人机的路径规划等，创设情境，激发学生的学习兴趣，并引出机器人路径规划和运动控制的主题。理论学习：分三个小节详细讲解路径规划和运动控制的概念和功能、设计方法以及机器人控制策略实例。通过案例分析、讨论交流和动手实践，帮助学生理解理论知识。实践操作：通过课外实践制作循迹机器人小车，将理论知识应用于实际操作中。学生将亲自动手组装机器人小车，并编写控制程序，实现循迹功能。评价反馈：通过过程性评价和终结性评价相结合的方式，对学生的学习成果进行全面评价。过程性评价关注学生在实践活动中的表现，终结性评价则通过作品展示和测试来检验学生的学习成效。总结提升：对整个单元的学习内容进行总结，帮助学生巩固所学知识，并引导学生思考如何将所学知识应用于更广泛的领域，提升他们的创新思维和问题解决能力。二、教学目标设定根据《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，本次大单元教学的核心素养目标设定如下：技术意识：学生能够认识到机器人路径规划和运动控制在现代生活中的应用价值，理解其对社会发展的积极影响。学生能够形成对机器人技术的初步认识和兴趣，具备关注技术发展动态的意识。工程思维：学生能够运用系统分析的方法，对机器人路径规划和运动控制问题进行分解和建模。学生能够运用工程思维，设计合理的机器人控制策略，并考虑实际应用的约束条件。创新设计：学生能够基于所学知识，提出创新性的机器人控制策略设计方案。学生能够运用创新设计方法，优化机器人小车的循迹性能，提高其实用性和稳定性。图样表达：学生能够识读和理解机器人路径规划和运动控制相关的技术图样，如流程图、控制框图等。学生能够运用图样表达方法，绘制机器人小车的设计图纸和控制流程图。物化能力：学生能够根据设计图纸和控制流程图，选择合适的材料和工具，组装机器人小车。学生能够编写控制程序，实现机器人小车的循迹功能，并进行调试和优化。三、教学结构图机器人控制策略|+++|||概念与功能设计方法控制策略实例|||+++++++++||||||路径规划运动控制开环控制闭环控制全局路径规划局部路径规划|混合式路径规划|循迹机器人小车制作|+++||图样表达与绘制物化实现与调试四、具体教学实施步骤第一步：情境创设与问题导入（1课时）活动内容：通过多媒体展示扫地机器人、无人机等机器人的工作视频，引导学生观察并思考这些机器人是如何实现路径规划和运动控制的。提出问题：机器人是如何在复杂环境中自主导航的？路径规划和运动控制在其中起到了什么作用？活动目标：激发学生的学习兴趣，引出机器人路径规划和运动控制的主题。培养学生的观察能力和思考能力。评价方式：通过课堂提问和小组讨论，了解学生对机器人路径规划和运动控制的基本认识和兴趣程度。第二步：理论学习（6课时）1.路径规划和运动控制的概念和功能（2课时）活动内容：讲解路径规划和运动控制的基本概念，包括定义、分类和应用领域。通过案例分析，如扫地机器人的路径规划模式，帮助学生理解路径规划和运动控制在实际应用中的作用。活动目标：使学生掌握路径规划和运动控制的基本概念。培养学生的分析能力和理解能力。评价方式：通过课堂练习和小组讨论，检验学生对路径规划和运动控制概念的理解程度。2.路径规划和运动控制的设计方法（2课时）活动内容：介绍机器人控制系统的组成部分，包括控制器、被控对象、执行机构和检测单元等。讲解开环控制和闭环控制的基本原理和区别，通过案例分析帮助学生理解两种控制方法的应用场景。活动目标：使学生掌握机器人控制系统的基本原理和设计方法。培养学生的系统设计能力和分析能力。评价方式：通过课堂练习和案例分析，检验学生对机器人控制系统设计方法的掌握程度。3.机器人控制策略实例（2课时）活动内容：分析机器人路径规划问题的分类，包括基于地图的全局路径规划、基于传感器的局部路径规划和混合式路径规划。通过具体实例，如送货机器人的路径规划任务，讲解不同路径规划方法的应用和优缺点。活动目标：使学生掌握机器人路径规划的基本方法和策略。培养学生的问题解决能力和创新思维。评价方式：通过小组讨论和案例分析报告，检验学生对机器人控制策略实例的理解和应用能力。第三步：实践操作（4课时）活动内容：指导学生进行循迹机器人小车的制作，包括材料准备、组装调试和程序编写等环节。学生分组进行实践操作，教师巡回指导，解答学生疑问。活动目标：培养学生的动手实践能力和团队协作能力。使学生能够将理论知识应用于实际操作中，实现机器人小车的循迹功能。评价方式：通过作品展示和测试，检验学生循迹机器人小车的制作成果和循迹性能。第四步：评价反馈（1课时）活动内容：组织学生进行作品展示和分享，互相评价循迹机器人小车的制作成果和性能。教师对学生的作品进行评价和总结，指出优点和不足，提出改进建议。活动目标：通过作品展示和评价，帮助学生巩固所学知识，提升自信心和表达能力。培养学生的批判性思维和自我反思能力。评价方式：采用自评、互评和师评相结合的方式，对学生的作品和表现进行全面评价。第五步：总结提升（1课时）活动内容：对整个单元的学习内容进行总结，回顾路径规划和运动控制的基本概念、设计方法和应用实例。引导学生思考如何将所学知识应用于更广泛的领域，如智能家居、自动驾驶等。鼓励学生提出创新性的想法和建议，培养他们的创新思维和问题解决能力。活动目标：帮助学生巩固所学知识，形成系统的知识体系。培养学生的创新思维和问题解决能力，为未来的学习和工作打下坚实基础。评价方式：通过课堂讨论和课后作业，检验学生对单元学习内容的掌握程度和创新思维能力。十一、大情境、大任务创设一、大情境设计（一）背景设定在快速发展的智能时代，机器人已经深入到我们的生产、生活和科研等多个领域，发挥着不可替代的作用。机器人通过感知环境、分析数据、执行指令，完成各种复杂任务。作为智能机器人的核心部分，路径规划和运动控制是实现机器人自主导航和精确作业的关键技术。本单元的教学将围绕《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，通过《第四章机器人控制策略》的教学内容，引导学生深入理解机器人路径规划和运动控制的概念、功能和设计方法，并通过课外实践制作循迹机器人小车，将理论知识应用于实际操作中，培养学生的通用技术核心素养。（二）情境描述设想一下，在一个高度自动化的智能工厂里，各种各样的机器人正在忙碌地工作。它们需要精准地移动到指定位置，抓取或放置物品，同时避开障碍物，与其他机器人协同作业。为了完成这些任务，机器人必须具备高效的路径规划和运动控制能力。你作为智能工厂的研发工程师，需要设计一种能够自主导航和精确作业的机器人，并确保其在复杂环境中的稳定运行。二、大任务设计（一）任务目标通过本单元的学习，学生将完成以下核心任务：设计并制作一台具有循迹功能的机器人小车，使其能够在预设的轨迹上自主行驶，同时能够避开障碍物。通过此任务，学生将深入理解机器人路径规划和运动控制的基本原理，掌握相关的设计方法和工具，并能够将理论知识转化为实践能力。（二）任务分解任务一：路径规划和运动控制理论学习子任务1.1：理解路径规划和运动控制的基本概念，包括路径规划、姿态控制、路径控制和轨迹控制等。子任务1.2：学习路径规划和运动控制的功能和应用，了解其在机器人、无人机、自动驾驶等领域的实际应用。子任务1.3：掌握路径规划和运动控制的设计方法，包括开环控制和闭环控制的基本原理和区别。任务二：循迹机器人小车设计子任务2.1：确定循迹机器人小车的设计需求，包括小车的尺寸、重量、速度、循迹精度等参数。子任务2.2：设计小车的机械结构，选择合适的材料和工艺，绘制设计图样。子任务2.3：设计小车的控制系统，选择合适的传感器和执行器，制定控制策略。任务三：循迹机器人小车制作与调试子任务3.1：根据设计图纸，组装小车的机械结构，调试机械部分的稳定性和灵活性。子任务3.2：安装和调试传感器和执行器，确保传感器能够准确感知环境信息，执行器能够精确响应控制指令。子任务3.3：编写和调试控制程序，实现小车的循迹功能和避障功能，并进行多次测试和优化。任务四：循迹机器人小车性能评估与优化子任务4.1：制定测试方案，评估小车的循迹精度、稳定性和避障能力。子任务4.2：根据测试结果，分析小车存在的问题，提出改进措施，并进行优化设计。子任务4.3：撰写循迹机器人小车的设计报告，总结设计思路、制作过程和测试结果，反思存在的问题和改进的方向。（三）任务实施理论学习阶段教学活动：通过课堂讲解、案例分析、小组讨论等方式，引导学生深入理解路径规划和运动控制的基本概念、功能和设计方法。教师可以结合生产实际和科研前沿，展示机器人路径规划和运动控制的最新研究成果和应用案例，激发学生的学习兴趣和创新思维。学习成果：学生能够准确阐述路径规划和运动控制的基本概念、功能和设计方法，能够分析实际案例中的路径规划和运动控制问题，并提出解决方案。设计阶段教学活动：教师提供设计任务书和指导书，引导学生明确设计需求和约束条件。学生分组进行设计讨论，绘制设计图样，制定控制策略。教师可以组织设计评审会，对学生的设计方案进行点评和指导，帮助学生完善设计思路。学习成果：学生能够独立完成循迹机器人小车的设计任务，包括机械结构设计、控制系统设计和程序编写等。设计图样规范、清晰，控制策略合理、可行。制作与调试阶段教学活动：学生根据设计图样和程序编写方案，进行循迹机器人小车的制作和调试。教师可以提供必要的工具、材料和技术支持，指导学生解决制作和调试过程中遇到的问题。学生可以互相协作，共同完成制作任务。学习成果：学生能够成功制作出循迹机器人小车，并进行初步调试。小车能够在预设的轨迹上自主行驶，并具有一定的避障能力。性能评估与优化阶段教学活动：教师制定测试方案，组织学生进行性能测试。学生根据测试结果，分析小车存在的问题，并提出改进措施。教师可以引导学生进行优化设计，提高小车的循迹精度、稳定性和避障能力。学习成果：学生能够准确评估循迹机器人小车的性能，并提出有效的改进措施。通过优化设计，小车的循迹精度、稳定性和避障能力得到显著提高。学生能够撰写完整的设计报告，总结设计思路、制作过程和测试结果，反思存在的问题和改进的方向。三、教学目标设定（一）技术意识学生能够认识到路径规划和运动控制在机器人技术中的重要性，理解其在机器人自主导航和精确作业中的关键作用。学生能够关注机器人技术的发展动态，了解路径规划和运动控制的最新研究成果和应用案例，形成对机器人技术的兴趣和探索欲望。学生能够形成对机器人路径规划和运动控制的初步认识和评价能力，能够分析实际案例中的路径规划和运动控制问题，并提出解决方案。（二）工程思维学生能够通过系统分析的方法，理解机器人路径规划和运动控制的基本原理和设计方法，培养系统思维和整体设计的能力。学生能够根据实际需求，选择合适的路径规划和运动控制策略，制定合理的设计方案，并进行优化设计，提高工程实践能力。学生能够运用所学的工程知识和技能，解决循迹机器人小车设计、制作和调试过程中遇到的实际问题，培养创新思维和问题解决能力。（三）创新设计学生能够结合实际需求，提出创新的循迹机器人小车设计方案，包括机械结构设计、控制系统设计和程序编写等。学生能够运用所学的创新设计方法和工具，对循迹机器人小车进行优化设计，提高小车的循迹精度、稳定性和避障能力。学生能够展示自己设计的循迹机器人小车，并阐述设计思路和制作过程，培养创新意识和表达能力。（四）图样表达学生能够运用所学的图样表达方法和工具，绘制循迹机器人小车的机械结构图、控制系统图和程序流程图等。学生能够通过图样表达，清晰地展示自己的设计思路和制作过程，便于交流和沟通。学生能够识读和理解他人的图样表达，提高图样表达和解读能力。（五）物化能力学生能够根据设计图样和程序编写方案，进行循迹机器人小车的制作和调试，提高物化能力。学生能够选择合适的材料和工艺，进行循迹机器人小车的机械结构制作和组装，确保小车的稳定性和可靠性。学生能够编写和调试控制程序，实现循迹机器人小车的自主导航和精确作业功能，提高程序编写和调试能力。通过以上大情境、大任务的设计和实施，学生将深入理解机器人路径规划和运动控制的基本原理和设计方法，掌握循迹机器人小车的设计、制作和调试技能，培养通用技术的核心素养。学生还将在实践过程中体验团队合作、问题解决和创新的乐趣，为未来的学习和职业发展打下坚实的基础。十二、单元学历案（一）单元主题与课时单元主题：机器人控制策略课时设计：第一课时：情境创设与问题导入内容：通过多媒体展示扫地机器人、无人机等机器人的工作视频，引出机器人路径规划和运动控制的主题。目标：激发学生学习兴趣，引出核心概念。第二、三课时：路径规划和运动控制的概念和功能内容：讲解路径规划和运动控制的基本概念、分类及应用领域。目标：理解路径规划和运动控制的基本概念与功能。第四、五课时：路径规划和运动控制的设计方法内容：介绍机器人控制系统的组成部分，讲解开环控制和闭环控制的基本原理。目标：掌握机器人控制系统的设计方法。第六、七课时：机器人控制策略实例内容：分析机器人路径规划问题的分类，通过具体实例讲解不同路径规划方法的应用。目标：理解并应用机器人控制策略实例。第八课时：循迹机器人小车制作——图样表达与物化实现内容：指导学生进行循迹机器人小车的图样表达与物化实现。目标：培养学生的图样表达和物化能力。第九课时：评价反馈与作品展示内容：组织学生进行作品展示和评价，反馈学习成果。目标：通过评价反馈巩固学习成果。第十课时：总结提升与创新思考内容：总结单元学习内容，引导学生思考如何将所学知识应用于更广泛的领域。目标：巩固知识，培养创新思维。（二）学习目标根据《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，本次单元学习的核心素养目标设定如下：技术意识：学生能够认识到机器人路径规划和运动控制在现代生活中的应用价值，理解其对社会发展的积极影响。学生能够形成对机器人技术的初步认识和兴趣，具备关注技术发展动态的意识。工程思维：学生能够运用系统分析的方法，对机器人路径规划和运动控制问题进行分解和建模。学生能够运用工程思维，设计合理的机器人控制策略，并考虑实际应用的约束条件。创新设计：学生能够基于所学知识，提出创新性的机器人控制策略设计方案。学生能够运用创新设计方法优化机器人小车的循迹性能，提高其实用性和稳定性。图样表达：学生能够识读和理解机器人路径规划和运动控制相关的技术图样，如流程图、控制框图等。学生能够运用图样表达方法，绘制机器人小车的设计图纸和控制流程图。物化能力：学生能够根据设计图纸和控制流程图，选择合适的材料和工具，组装机器人小车。学生能够编写控制程序，实现机器人小车的循迹功能，并进行调试和优化。（三）评价任务过程性评价：在理论学习阶段，通过课堂提问、小组讨论和课堂练习等方式，评价学生对路径规划和运动控制概念的理解程度。在实践操作阶段，通过观察学生的动手实践过程，评价学生的物化能力和团队协作能力。终结性评价：通过循迹机器人小车的制作成果和性能测试，评价学生的图样表达、物化能力和创新设计能力。通过作品展示和分享，评价学生的表达能力和批判性思维。（四）学习过程第一课时：情境创设与问题导入活动内容：通过多媒体展示扫地机器人、无人机等机器人的工作视频。活动目标：引出机器人路径规划和运动控制的主题，激发学生的学习兴趣。评价方式：通过课堂提问和小组讨论，了解学生对机器人技术的兴趣和基本认识。第二、三课时：路径规划和运动控制的概念和功能活动内容：讲解路径规划和运动控制的基本概念、分类及应用领域。通过案例分析，帮助学生理解路径规划和运动控制在实际生活中的应用。活动目标：使学生理解路径规划和运动控制的基本概念与功能。评价方式：通过课堂练习和小组讨论，检验学生对路径规划和运动控制概念的理解程度。第四、五课时：路径规划和运动控制的设计方法活动内容：介绍机器人控制系统的组成部分，包括控制器、被控对象、执行机构和检测单元等。讲解开环控制和闭环控制的基本原理和区别，通过案例分析帮助学生理解两种控制方法的应用场景。活动目标：使学生掌握机器人控制系统的设计方法。评价方式：通过课堂练习和案例分析，检验学生对机器人控制系统设计方法的掌握程度。第六、七课时：机器人控制策略实例活动内容：分析机器人路径规划问题的分类，包括基于地图的全局路径规划、基于传感器的局部路径规划和混合式路径规划。通过具体实例（如送货机器人的路径规划任务），讲解不同路径规划方法的应用和优缺点。活动目标：通过小组讨论和案例分析报告，检验学生对机器人控制策略实例的理解和应用能力。评价方式：通过小组讨论和案例分析报告，评价学生的理解能力和应用能力。第八课时：循迹机器人小车制作——图样表达与物化实现活动内容：指导学生进行循迹机器人小车的图样表达与物化实现，包括材料准备、组装调试和程序编写等环节。活动目标：培养学生的图样表达和物化能力。评价方式：通过作品展示和测试，检验学生循迹机器人小车的制作成果和循迹性能。第九课时：评价反馈与作品展示活动内容：组织学生进行作品展示和评价，反馈学习成果。活动目标：通过评价反馈巩固学习成果，提升学生的表达能力和批判性思维。评价方式：通过学生互评和教师评价相结合的方式，对学生的作品进行全面评价。第十课时：总结提升与创新思考活动内容：总结单元学习内容，引导学生思考如何将所学知识应用于更广泛的领域（如智能家居、自动驾驶等）。活动目标：巩固知识，培养学生的创新思维和问题解决能力。评价方式：通过课堂讨论和课后作业，检验学生对单元学习内容的掌握程度和创新思维能力。（五）作业与检测课后作业：完成循迹机器人小车的设计图纸和控制流程图。编写循迹机器人小车的控制程序，并进行初步调试。阶段性检测：在理论学习阶段结束后，进行一次小测验，检验学生对路径规划和运动控制概念的理解程度。在实践操作阶段结束后，通过循迹机器人小车的制作成果和性能测试进行综合评价。（六）学后反思学生反思：回顾本单元的学习内容，总结自己在技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力等方面的提升。思考如何将所学知识应用于实际生活中，提出自己的创新想法和改进建议。教师反思：总结本单元的教学过程，评估教学目标的实现情况和学生的学习成果。反思教学方法和策略的有效性，提出改进意见和建议，为今后的教学提供参考。十三、学科实践与跨学科学习设计一、引言《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》明确指出，通用技术课程旨在提高学生的学科核心素养，包括技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。本次学科实践与跨学科学习设计，将围绕2020版人教版高中通用技术选择性必修2《第四章机器人控制策略》的教学内容展开，通过实践活动和跨学科融合，全面提升学生的核心素养。二、教学目标根据《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，本次学科实践与跨学科学习设计的教学目标设定如下：（一）技术意识增强学生对机器人控制策略在现代生活及科技发展中的重要性的认识。培养学生关注技术发展动态，理解机器人控制策略对社会发展的积极影响。通过实践活动，激发学生对机器人技术的兴趣和探索欲。（二）工程思维运用系统分析的方法，对机器人路径规划和运动控制问题进行分解和建模。培养学生设计合理的机器人控制策略，并考虑实际应用的约束条件。通过跨学科融合，使学生在解决复杂问题时，能综合考虑多种因素，形成系统性的解决方案。（三）创新设计基于所学知识，提出创新性的机器人控制策略设计方案。运用创新设计方法，优化机器人小车的循迹性能，提高其实用性和稳定性。鼓励学生发挥创意，设计具有独特功能的机器人控制系统。（四）图样表达识读和理解机器人路径规划和运动控制相关的技术图样，如流程图、控制框图等。运用图样表达方法，绘制机器人小车的设计图纸和控制流程图。通过图样表达，提高学生的空间想象能力和技术交流能力。（五）物化能力根据设计图纸和控制流程图，选择合适的材料和工具，组装机器人小车。编写控制程序，实现机器人小车的循迹功能，并进行调试和优化。通过实践活动，培养学生的动手实践能力和解决问题的能力。三、学习目标第1节路径规划和运动控制的概念和功能理解机器人路径规划和运动控制的基本概念。掌握路径规划和运动控制的功能和应用领域。通过案例分析，了解路径规划和运动控制在机器人技术中的重要性。第2节路径规划和运动控制的设计方法了解机器人控制系统的组成部分。区分开环控制和闭环控制的基本原理和区别。掌握路径规划和运动控制的设计方法，并能在实际任务中应用。第3节机器人控制策略实例了解机器人路径规划问题的分类。掌握常用的路径规划设计方法。通过实例分析，提升解决机器人控制策略实际问题的能力。课外实践：循迹机器人小车制作--控制学习循迹小车的制作流程，加深对单片机开发的理解和应用。实现循迹小车沿着地面黑线运动的功能。通过实践，提升动手实践能力和团队协作能力。四、作业目标设定（一）通用技术的核心素养目标技术意识作业1：调研机器人控制策略在现代生活中的应用案例，撰写一篇调研报告，分析其对社会发展的影响。作业2：观看最新的机器人技术视频或阅读相关科技新闻，记录并分享自己对机器人控制策略发展的看法。工程思维作业1：设计一个简单的机器人控制策略方案，解决特定的路径规划或运动控制问题，并绘制系统框图或流程图。作业2：对某个机器人控制策略方案进行系统分析，考虑其实际应用中的约束条件，提出改进建议。创新设计作业1：基于所学知识，提出一个创新性的机器人控制策略设计方案，并说明其创新点和优势。作业2：设计一款具有独特功能的机器人小车，并撰写详细的设计报告，包括设计图纸、控制流程图和预期功能等。图样表达作业1：绘制一个机器人控制系统的流程图或控制框图，清晰表达各部件之间的关系和控制流程。作业2：根据设计报告，绘制机器人小车的详细设计图纸，包括结构图、电路图等。物化能力作业1：选择合适的材料和工具，动手组装一个简易的机器人小车模型，并测试其基本功能。作业2：编写控制程序，实现机器人小车的循迹功能，并进行调试和优化，记录调试过程和遇到的问题及解决方法。（二）跨学科融合目标作业1：结合物理学知识，分析机器人小车运动过程中的力学原理，并撰写分析报告。作业2：运用数学知识，对机器人小车的运动轨迹进行建模和仿真，预测其在不同条件下的运动状态。作业3：结合信息技术知识，设计一个基于物联网的机器人远程控制系统，并说明其实现原理和应用场景。五、学科实践与跨学科学习活动设计（一）学科实践活动设计活动1：机器人控制策略方案设计活动目标：培养学生运用工程思维，设计合理的机器人控制策略方案。活动内容：学生分组进行，每组选择一个具体的机器人控制任务（如扫地机器人路径规划、无人机避障等），设计控制策略方案，并绘制系统框图或流程图。活动评价：通过小组汇报和互评的方式，评价各组方案的合理性和创新性。活动2：循迹机器人小车制作活动目标：提升学生的物化能力，通过动手实践组装循迹机器人小车。活动内容：学生分组进行循迹机器人小车的制作，包括材料准备、组装调试和程序编写等环节。教师提供必要的指导和支持。活动评价：通过作品展示和测试，评价各组机器人小车的循迹性能和稳定性。（二）跨学科学习活动设计活动1：机器人控制策略与物理学融合活动目标：结合物理学知识，分析机器人小车运动过程中的力学原理。活动内容：学生分组进行，每组选择一个具体的机器人小车运动场景（如爬坡、转弯等），运用物理学原理分析其运动过程，并撰写分析报告。活动评价：通过小组汇报和教师点评的方式，评价各组分析报告的科学性和准确性。活动2：机器人控制策略与数学融合活动目标：运用数学知识，对机器人小车的运动轨迹进行建模和仿真。活动内容：学生分组进行，每组选择一个具体的机器人小车运动任务（如沿特定路径运动），运用数学知识建立运动轨迹模型，并进行仿真预测。活动评价：通过小组汇报和互评的方式，评价各组模型的科学性和仿真结果的准确性。活动3：基于物联网的机器人远程控制系统设计活动目标：结合信息技术知识，设计一个基于物联网的机器人远程控制系统。活动内容：学生分组进行，每组设计一个基于物联网的机器人远程控制系统方案，包括硬件选型、软件设计和通信协议等。活动评价：通过小组汇报和演示的方式，评价各组方案的可行性和创新性。六、总结与展望通过本次学科实践与跨学科学习设计，学生将在实践活动中全面提升技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。通过跨学科融合的学习活动，学生将进一步拓展知识视野，提升综合运用多学科知识解决问题的能力。我们将继续探索更多元化的教学实践方式，为学生的全面发展提供更多支持和机会。十四、大单元作业设计一、教学目标根据《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，结合2020版人教版高中通用技术选择性必修2《第四章机器人控制策略》的教学内容，本大单元作业设计旨在全面提升学生的通用技术核心素养，具体目标如下：技术意识：学生能够理解机器人控制策略在现代生活和工业生产中的应用价值，增强对技术发展趋势的敏感性。学生能够形成对机器人技术的兴趣和关注，具备探索新技术、新应用的意识。工程思维：学生能够运用系统分析的方法，对机器人路径规划和运动控制问题进行分解和建模。学生能够综合考虑实际应用的约束条件，设计合理的机器人控制策略。创新设计：学生能够基于所学知识，提出创新性的机器人控制策略设计方案。学生能够通过优化算法或改进硬件设计，提升机器人控制的效率和准确性。图样表达：学生能够识读和理解与机器人控制策略相关的技术图样，如流程图、控制框图等。学生能够运用图样表达方法，清晰、准确地展示机器人控制策略的设计思路。物化能力：学生能够根据设计图纸和控制策略，选择合适的材料和工具，组装和调试机器人控制系统。学生能够编写和调试控制程序，实现机器人按预定路径和运动控制策略进行工作。二、作业目标设定基于上述教学目标，本大单元作业设计的具体目标如下：技术意识：学生通过调查和分析，了解机器人控制策略在日常生活和工业生产中的应用案例。学生撰写一篇小论文，探讨机器人控制策略的发展趋势及其对社会生活的影响。工程思维：学生针对特定任务（如循迹机器人小车制作），进行系统分析，设计详细的路径规划和运动控制策略。学生绘制控制系统流程图和控制框图，清晰展示控制策略的设计思路。创新设计：学生基于所学知识，提出至少一种创新性的机器人控制策略设计方案。学生通过仿真或实验验证创新设计的可行性和有效性，并撰写设计报告。图样表达：学生绘制机器人控制系统的详细图样，包括流程图、控制框图、硬件连接图等。学生利用CAD软件绘制机器人小车的三维模型，展示其结构和控制系统布局。物化能力：学生根据设计图纸和控制策略，选择合适的材料和工具，组装和调试循迹机器人小车。学生编写和调试控制程序，实现循迹机器人小车按预定路径进行运动，并记录调试过程和数据。三、作业内容与要求第一阶段：情境创设与问题导入（1课时）作业内容：观看扫地机器人、无人机等机器人的工作视频，思考这些机器人是如何实现路径规划和运动控制的。撰写一篇观后感，阐述自己对机器人路径规划和运动控制的基本理解和兴趣点。要求：观后感应包含对机器人工作过程的详细描述和个人见解。字数不少于300字。第二阶段：理论学习（6课时）第1节路径规划和运动控制的概念和功能（2课时）作业内容：查阅相关资料，总结路径规划和运动控制的基本概念、分类及应用领域。分析扫地机器人和无人机的路径规划模式，比较它们的异同点，并撰写分析报告。要求：分析报告应包含详细的比较分析和个人见解。字数不少于500字。第2节路径规划和运动控制的设计方法（2课时）作业内容：绘制一个机器人控制系统的组成框图，标注各部分的功能和相互关系。选择一个实际案例（如智能车避障），设计其路径规划和运动控制策略，并绘制流程图和控制框图。要求：组成框图应清晰、准确地展示机器人控制系统的各部分及其关系。流程图和控制框图应详细、完整地展示控制策略的设计思路。第3节机器人控制策略实例（2课时）作业内容：分析送货机器人、无人机的路径规划实例，总结不同路径规划方法的优缺点。基于所学知识，设计一个创新的机器人控制策略实例，并撰写设计报告。要求：设计报告应包含详细的创新点、设计思路、预期效果等。字数不少于800字。第三阶段：实践操作（4课时）作业内容：根据设计图纸和控制策略，组装和调试循迹机器人小车。编写控制程序，实现循迹机器人小车按预定路径进行运动，并记录调试过程和数据。要求：循迹机器人小车应能稳定、准确地按预定路径进行运动。调试过程和数据应详细、完整地记录下来，以便后续分析和改进。第四阶段：评价反馈（1课时）作业内容：展示循迹机器人小车的制作成果，分享设计思路、调试过程及遇到的问题和解决方案。互相评价作品，指出优点和不足，提出改进建议。要求：展示和分享应清晰、有条理，能够充分展示个人或小组的设计思路和工作成果。评价应客观、公正，能够提出有建设性的改进建议。第五阶段：总结提升（1课时）作业内容：撰写大单元学习总结，回顾学习过程，总结学习成果和收获。思考如何将所学知识应用于更广泛的领域，提出创新性的想法和建议。要求：学习总结应包含对学习内容、过程、成果的详细回顾和反思。创新性想法和建议应具有可行性和实际应用价值。四、作业评价与反馈过程性评价：在每个阶段的学习过程中，通过课堂提问、小组讨论、作业提交等方式，及时了解学生的学习进展和存在问题，并给予针对性的指导和帮助。对学生的参与度、合作精神、创新能力等方面进行评价，鼓励学生积极参与学习活动，培养自主学习和合作学习的能力。终结性评价：通过作品展示、设计报告、学习总结等方式，对学生的学习成果进行全面评价。评价应关注学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力等方面的发展情况，以及学生在学习过程中所表现出的情感态度和价值观。反馈与改进：根据评价结果，及时向学生反馈学习成果和存在问题，并提出改进建议。鼓励学生进行自我反思和总结，明确后续学习的方向和重点，不断提升自己的通用技术核心素养。十五、“教-学-评”一致性课时设计单元主题：机器人控制策略教材版本：2020版人教版高中通用技术选择性必修2课时设计：共13课时第一课时：情境创设与问题导入教学目标：通过生活实例激发学生的学习兴趣，引出机器人路径规划和运动控制的主题。培养学生的观察能力和思考能力。作业目标：预习路径规划和运动控制的基本概念。观察并记录生活中的路径规划和运动控制实例。课程目标（核心素养目标）：技术意识：形成对机器人路径规划和运动控制的基本认识。工程思维：初步了解路径规划和运动控制在机器人设计中的应用。教学过程：情境创设：多媒体展示扫地机器人、无人机等机器人的工作视频。问题导入：提问：机器人是如何在复杂环境中自主导航的？讨论：路径规划和运动控制在其中起到了什么作用？活动评价：通过课堂提问和小组讨论，了解学生对机器人路径规划和运动控制的基本认识和兴趣程度。教学评价：自评：学生自我评价对机器人路径规划和运动控制的理解程度。互评：小组内成员相互评价观察能力和思考能力。师评：教师根据学生的回答和讨论情况进行评价。第二课时：路径规划和运动控制的概念和功能（1）教学目标：掌握路径规划和运动控制的基本概念。理解路径规划和运动控制在生活中的应用。作业目标：完成课后习题，巩固路径规划和运动控制的基本概念。收集并整理生活中路径规划和运动控制的实例。课程目标（核心素养目标）：技术意识：认识路径规划和运动控制在现代生活中的应用价值。图样表达：初步理解技术图样在路径规划和运动控制中的应用。教学过程：概念讲解：讲解路径规划和运动控制的基本定义和分类。案例分析：以扫地机器人的路径规划模式为例，分析路径规划和运动控制在实际应用中的作用。活动评价：通过课堂练习和小组讨论，检验学生对路径规划和运动控制概念的理解程度。教学评价：自评：学生自我评价对路径规划和运动控制概念的掌握情况。互评：小组内成员相互评价对案例分析的深度和广度。师评：教师根据学生的课堂表现和作业完成情况进行评价。第三课时：路径规划和运动控制的概念和功能（2）教学目标：进一步理解路径规划和运动控制的功能。能够区分不同路径规划模式的应用场景。作业目标：完成课后习题，加深对路径规划和运动控制功能的理解。分析并比较不同路径规划模式的特点和适用场景。课程目标（核心素养目标）：技术意识：理解路径规划和运动控制对社会发展的积极影响。工程思维：初步运用系统分析的方法理解路径规划问题。教学过程：继续案例分析：分析不同路径规划模式（如规划好路径的清扫模式和随机清扫模式）的特点和适用场景。讨论交流：学生分组讨论并分享对路径规划模式的理解和应用。活动评价：通过小组讨论和案例分析报告，检验学生对路径规划和运动控制功能的理解程度。教学评价：自评：学生自我评价对路径规划和运动控制功能的掌握情况。互评：小组内成员相互评价对路径规划模式分析的准确性和深度。师评：教师根据学生的课堂表现和作业完成情况进行评价。第四课时：路径规划和运动控制的设计方法（1）教学目标：了解机器人控制系统的组成部分。理解开环控制和闭环控制的基本原理。作业目标：完成课后习题，巩固机器人控制系统的组成部分。设计一款简单的开环或闭环控制系统。课程目标（核心素养目标）：工程思维：掌握机器人控制系统的基本原理和设计方法。物化能力：初步具备设计简单控制系统的能力。教学过程：控制系统讲解：介绍机器人控制系统的组成部分（控制器、被控对象、执行机构、检测单元）。开环与闭环控制：讲解开环控制和闭环控制的基本原理和区别。活动评价：通过课堂练习和案例分析，检验学生对机器人控制系统设计方法的掌握程度。教学评价：自评：学生自我评价对机器人控制系统组成部分和开环、闭环控制原理的掌握情况。互评：小组内成员相互评价对控制系统设计的合理性和创新性。师评：教师根据学生的课堂表现和作业完成情况进行评价。第五课时：路径规划和运动控制的设计方法（2）教学目标：深入理解开环控制和闭环控制的应用场景。掌握PID控制算法的基本思想。作业目标：分析并比较开环控制和闭环控制在实际应用中的优缺点。完成PID控制算法的简单应用实例。课程目标（核心素养目标）：工程思维：能够运用系统分析的方法理解控制算法。物化能力：初步具备运用控制算法解决实际问题的