2019版 地质版 高中通-用技术 选择性必修2 机器人设计与制作《第六章 机器人综合设计实践》大单元整体教学设计2020课标

版地质版高中通用技术选择性必修2机器人设计与制作《第六章机器人综合设计实践》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《第六章机器人综合设计实践》是高中通用技术选择性必修2《机器人设计与制作》的核心章节，旨在通过具体的设计任务和实践操作，使学生深入理解机器人的感知、控制、导航及搬运等关键功能，并培养其综合运用所学知识解决实际问题的能力。本章内容分为两节，第一节“机器人轨迹导航任务”和第二节“机器人搬运任务”，每节均包含任务分析、方案设计、控制策略以及编程与测试等关键环节，形成了一个完整的设计与实践流程。在“机器人轨迹导航任务”中，学生需要了解机器人如何通过传感器感知周围环境，并根据感知信息调整自身运动轨迹，以实现自主导航。这一任务不仅要求学生掌握传感器的工作原理和编程方法，还需要他们具备系统分析和设计的能力，以应对复杂的环境变化。“机器人搬运任务”则进一步提升了难度，要求学生在实现机器人自主导航的基础上，完成对特定物体的抓取和搬运。这一任务不仅考验学生的机械设计能力，还对其控制算法和编程实现提出了更高要求。通过这一任务的实践，学生将更深入地理解机器人系统的综合应用，提升其工程思维和创新设计能力。（二）单元内容分析本单元以“机器人综合设计实践”为主题，围绕机器人轨迹导航和搬运两大任务展开，涉及机器人感知系统、控制系统、机械结构等多个方面。具体内容分析如下：机器人感知系统：学生通过学习触碰类传感器、光感类传感器、声感类传感器等常用机器人传感器的工作原理和应用场景，理解机器人如何通过感知系统获取外部环境信息。这一部分内容侧重于技术意识和图样表达的培养。机器人控制系统：在掌握传感器技术的基础上，学生将进一步学习机器人的控制策略，包括路径规划和运动控制等。通过编程实现机器人的自主导航和搬运功能，培养学生的工程思维和物化能力。机器人机械结构：在搬运任务中，学生需要设计合理的机械结构来实现物体的抓取和搬运。这一部分内容要求学生具备创新思维和设计能力，能够综合考虑机械结构的稳定性、灵活性和可靠性。综合设计与实践：通过完整的项目设计和实践流程，学生将所学知识综合运用于实际问题的解决中。这一过程不仅锻炼了学生的创新设计和物化能力，还培养了其团队协作和项目管理的能力。（三）单元内容整合本单元内容紧密围绕机器人综合设计实践展开，各节内容之间相互关联、逐步深入。在整合单元内容时，我们注重以下几个方面：知识体系的系统性：通过整合机器人感知、控制、机械结构等方面的知识，构建一个完整的机器人知识体系。这一知识体系不仅有助于学生深入理解机器人的工作原理，还为其后续学习和发展奠定了坚实基础。实践操作的连贯性：在设计实践任务时，我们注重任务之间的连贯性和递进性。从简单的轨迹导航任务到复杂的搬运任务，学生在实践中逐步提升能力，形成系统性的实践经验。核心素养的渗透性：在单元内容的整合过程中，我们始终围绕通用技术的核心素养目标展开。通过具体的设计任务和实践操作，培养学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。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是学生在学习过程中逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力。根据《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》，通用技术的核心素养目标主要包括技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力五个方面。以下是对这五个方面核心素养目标的详细分解：（一）技术意识技术意识是指学生对技术现象及技术问题的感知与体悟，以及对技术发展的关注和思考能力。在本单元中，技术意识的培养主要体现在以下几个方面：感知技术现象：通过学习机器人的感知系统，学生能够感知和理解技术现象，如传感器如何感知外部环境信息、控制系统如何根据感知信息作出反应等。理解技术原理：学生需要深入理解机器人技术的基本原理和工作机制，包括传感器的工作原理、控制算法的实现方式等。关注技术发展：通过了解机器人技术的最新进展和应用案例，学生能够关注技术发展的动态趋势，形成对技术未来发展的思考和预见能力。（二）工程思维工程思维是指学生运用系统分析和比较权衡的方法，解决技术问题的筹划性思维。在本单元中，工程思维的培养主要体现在以下几个方面：系统分析：学生需要运用系统分析的方法，对机器人系统进行整体设计和优化。这包括感知系统、控制系统和机械结构等方面的综合考虑。比较权衡：在设计和优化过程中，学生需要比较不同的技术方案和策略，权衡其优缺点和可行性，选择最优方案。问题解决：通过解决机器人轨迹导航和搬运等实际问题，学生能够锻炼其工程思维和实践能力，形成系统化的问题解决方法。（三）创新设计创新设计是指学生基于技术问题进行创新性方案构思的能力。在本单元中，创新设计的培养主要体现在以下几个方面：方案构思：学生需要根据任务要求，构思出创新的机器人设计方案。这包括感知系统的选择、控制算法的设计以及机械结构的创新等方面。创意设计：在方案构思的基础上，学生需要进行创意设计，使机器人不仅具备基本功能，还具有独特的外观和性能特点。方案优化：通过不断优化设计方案，学生能够提升其创新设计能力，形成更为完善和系统化的创新方案。（四）图样表达图样表达是指学生运用图形样式对技术对象进行可视化的描述和交流的能力。在本单元中，图样表达的培养主要体现在以下几个方面：绘制设计图样：学生需要运用绘图软件或手绘方式，绘制机器人的设计图样。这包括机器人的整体结构图、传感器布局图以及控制流程图等。识读技术图样：通过学习机器人的设计图样和相关技术文档，学生能够识读和理解技术图样所表达的信息和意图。交流设计思想：通过图样表达的方式，学生能够与他人交流设计思想和方案，形成有效的沟通和协作机制。（五）物化能力物化能力是指学生将意念、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。在本单元中，物化能力的培养主要体现在以下几个方面：方案实施：学生需要根据设计方案，进行机器人的制作和调试。这一过程包括传感器的安装与调试、控制程序的编写与下载以及机械结构的组装与测试等。问题解决：在制作和调试过程中，学生需要解决各种实际问题，如传感器信号不稳定、控制程序错误等。通过解决这些问题，学生能够提升其物化能力和实践操作能力。优化改进：根据制作和调试结果，学生需要对机器人进行优化改进，提升其性能和稳定性。这一过程不仅锻炼了学生的物化能力，还培养了其严谨细致的工作态度和创新精神。三、学情分析（一）已知内容分析在进入《第六章机器人综合设计实践》的学习之前，学生已经完成了通用技术必修课程以及选择性必修2中《机器人设计与制作》前几章的学习。他们对机器人的基本概念、机械结构、控制系统等有了一定的了解，并掌握了一定的编程基础。具体来说，学生已经掌握了以下内容：机器人基础知识：学生对机器人的定义、分类、应用领域等有了基本认识。机械系统设计：学生了解了机器人机械结构的基本组成，包括连杆机构、齿轮机构等，并能进行简单的机械结构设计和组装。控制系统基础：学生熟悉了机器人控制系统的基本原理，包括开环控制和闭环控制，以及常见的控制算法。编程基础：学生已经掌握了基本的编程语法和逻辑结构，能够使用图形化编程工具（如ArduBlock）进行简单的程序设计。在之前的课程中，学生还通过实践活动，如机器人组装、调试等，积累了宝贵的动手经验，对机器人的工作原理和实际应用有了直观的感受。（二）新知内容分析《第六章机器人综合设计实践》是在学生掌握机器人基础知识的基础上，进一步提升他们的综合设计与实践能力。本章通过两个具体的任务——机器人轨迹导航任务和机器人搬运任务，引导学生将所学知识应用于实际问题的解决中。新知内容主要包括：任务分析与方案设计：学生需要学会如何对实际任务进行细致的分析，明确任务目标和约束条件，并据此设计出可行的实施方案。传感器应用：在机器人轨迹导航任务和搬运任务中，学生将深入学习触碰类传感器、光感类传感器等的工作原理和应用方法，了解传感器在机器人感知环境、获取信息中的重要作用。控制策略与编程：学生需要根据任务需求，设计合适的控制策略，并编写相应的程序来实现机器人的自动导航和搬运功能。这要求学生不仅要掌握基本的编程技巧，还要能够根据实际情况灵活运用所学知识。系统调试与优化：在机器人设计与制作过程中，系统调试与优化是不可或缺的一环。学生需要学会如何通过观察和测试来发现机器人运行过程中存在的问题，并通过调整程序或硬件来解决这些问题。（三）学生学习能力分析经过前面的学习，学生已经具备了一定的自主学习和合作探究能力。他们能够在教师的引导下，通过查阅资料、小组讨论等方式来解决问题。学生也表现出对机器人技术的浓厚兴趣和探索欲望，愿意投入时间和精力去学习和实践。面对《第六章机器人综合设计实践》这样综合性较强的学习内容，学生可能会遇到一些挑战。他们需要将所学的机械、电子、控制、编程等多学科知识综合运用起来，设计出既符合任务要求又具有创新性的机器人系统。这要求学生具备较高的综合运用能力和创新思维能力。由于机器人设计与制作过程中涉及硬件连接、程序调试等多个环节，学生还需要具备良好的动手能力和耐心细致的工作态度。（四）学习障碍突破策略为了帮助学生克服学习障碍，顺利完成《第六章机器人综合设计实践》的学习任务，我们可以采取以下策略：加强任务导向的教学设计：在教学过程中，明确每个阶段的学习目标和任务要求，引导学生围绕任务展开学习和实践。通过具体的任务分析，帮助学生理解机器人设计与制作的实际需求和约束条件。强化跨学科知识的综合运用：针对机器人设计与制作过程中涉及的机械、电子、控制、编程等多学科知识，通过案例分析、小组讨论等方式，加强学生对这些知识的综合运用能力。鼓励学生将不同学科的知识有机结合起来，形成完整的机器人系统设计方案。提供丰富的实践机会和资源支持：为学生提供充足的实践机会和必要的硬件资源支持，如机器人套件、传感器、编程工具等。鼓励学生在实践中发现问题、解决问题，不断提升自己的动手能力和实践经验。注重创新思维的培养：鼓励学生大胆创新，尝试不同的设计方案和控制策略。通过组织创新设计比赛、创意展示等活动，激发学生的创新思维和创造力。教师也要及时给予肯定和指导，帮助学生不断完善自己的设计方案。加强过程性评价和反馈：在学习过程中，注重对学生学习过程的评价和反馈。通过课堂观察、小组讨论、作品展示等方式，及时了解学生的学习情况，发现问题并给予针对性的指导。鼓励学生进行自我评价和相互评价，培养他们的自我反思能力和团队协作精神。提供必要的技术支持和指导：在学生遇到技术难题时，教师应及时提供技术支持和指导。可以通过集中讲解、个别辅导、在线答疑等方式，帮助学生解决技术难题，确保他们能够顺利进行机器人设计与制作。培养学生的耐心和细致的工作态度：机器人设计与制作过程中需要耐心细致的工作态度。教师可以通过示范操作、案例分析等方式，引导学生养成耐心细致的工作习惯。鼓励学生注重细节处理，提高作品的质量和可靠性。通过加强任务导向的教学设计、强化跨学科知识的综合运用、提供丰富的实践机会和资源支持、注重创新思维的培养、加强过程性评价和反馈、提供必要的技术支持和指导以及培养学生的耐心和细致的工作态度等策略，我们可以有效帮助学生克服学习障碍，顺利完成《第六章机器人综合设计实践》的学习任务。四、大主题或大概念设计本大单元的主题设计为“探索与实践：机器人综合设计”。通过这一主题，学生将深入了解并掌握机器人的设计与制作过程，特别是机器人在实际任务中的应用，如轨迹导航和搬运任务。本单元旨在通过具体任务的设计与实施，培养学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力，使学生能够在实践中学习机器人技术的综合应用。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技术在现代社会中的重要性，理解机器人设计的基本原理和过程，以及机器人技术对个人、社会和环境的影响。学生能够形成对机器人技术的正确价值观，了解机器人技术的发展趋势，培养对机器人技术的兴趣和探索精神。（二）工程思维学生能够通过系统分析和比较权衡，设计并实施机器人的轨迹导航和搬运任务，理解并应用工程思维解决问题。学生能够识别和分析机器人设计过程中的关键因素，运用结构、流程、系统和控制等基本原理进行机器人系统的设计和优化。（三）创新设计学生能够在机器人设计过程中，结合具体任务需求，提出创新性的设计方案，如优化机器人的导航路径和搬运策略。学生能够运用多种创造技法，如头脑风暴、类比推理等，进行机器人设计的创新实践，培养创新意识和创新能力。（四）图样表达学生能够识读和理解机器人设计相关的技术图样，如结构图、流程图、控制框图等，并能够绘制简单的机器人设计图纸。学生能够通过图样表达机器人设计的构想和方案，运用二维、三维设计软件进行机器人模型的设计和呈现。（五）物化能力学生能够根据设计方案，选择合适的材料和工具，进行机器人的制作和调试，实现机器人的轨迹导航和搬运功能。学生能够掌握机器人编程和测试的基本方法，通过编程实现机器人的控制策略，并对机器人进行调试和优化，提高机器人的性能和稳定性。六、大单元教学重点机器人设计与制作的基本原理：讲解机器人设计的基本流程，包括需求分析、方案设计、控制策略制定、编程与测试等环节。介绍机器人制作的基本工具、材料和设备，以及安全操作规程。机器人轨迹导航任务的设计与实现：分析机器人轨迹导航任务的需求和约束条件，设计合理的导航路径和控制策略。编程实现机器人的轨迹导航功能，并进行测试和调试，确保机器人能够准确沿预定路径行驶。机器人搬运任务的设计与实现：分析机器人搬运任务的需求和约束条件，设计合理的搬运路径和控制策略。编程实现机器人的搬运功能，包括抓取、移动和放置物体等操作，并进行测试和调试。机器人控制系统的设计与调试：介绍机器人控制系统的基本组成和工作原理，包括传感器、控制器和执行器等。指导学生设计并调试机器人的控制系统，确保机器人能够稳定、准确地完成任务。七、大单元教学难点机器人设计方案的优化与创新：引导学生根据任务需求，提出创新性的设计方案，并优化机器人的结构、控制和导航策略。培养学生的创新意识和创新能力，鼓励他们在设计中勇于尝试新的思路和方法。机器人编程与调试的复杂性：机器人编程涉及多种传感器和控制策略的组合应用，调试过程中可能出现各种复杂问题。教师需要具备一定的编程和调试经验，能够指导学生解决编程和调试过程中遇到的问题。机器人制作与测试的精细度要求：机器人制作需要精确的加工和组装，任何微小的误差都可能导致机器人无法正常工作。机器人测试需要模拟各种实际工况，确保机器人在不同环境下的稳定性和可靠性。跨学科知识的综合运用：机器人设计与制作涉及机械、电子、计算机等多个学科的知识，需要学生具备跨学科的综合应用能力。教师在教学中应注重引导学生综合运用所学知识，培养他们的跨学科思维和综合能力。教学设计详细内容第四节机器人轨迹导航任务一、任务分析背景介绍：机器人轨迹导航是机器人自主移动的重要功能之一，广泛应用于物流、仓储、巡检等领域。任务目标：设计并实现一个能够沿预定轨迹自主导航的机器人。需求分析：机器人需要能够准确识别轨迹，并稳定地沿轨迹行驶；需要具备良好的避障能力，以防止碰撞；需要具备较高的定位精度，以确保导航的准确性。二、方案设计系统组成：机器人系统包括机械结构、控制系统、感知系统和动力系统等部分。轨迹识别：采用灰度传感器或红外传感器等感知设备，通过检测地面上的黑线或白线来识别轨迹。控制策略：根据传感器反馈的信息，通过PID控制算法调整电机的转速和方向，使机器人能够沿预定轨迹行驶。三、机器人的控制策略PID控制算法：介绍PID控制算法的基本原理和实现方法，包括比例、积分和微分三个环节的作用。控制流程：设计机器人的控制流程，包括轨迹识别、速度计算、方向调整等环节。四、机器人的编程与测试编程环境：介绍机器人编程常用的软件和工具，如ArduinoIDE等。编程实现：根据控制策略，编写机器人的控制程序，包括初始化设置、传感器数据读取、控制算法实现等部分。测试与调试：在模拟或实际环境中对机器人进行测试，调整控制参数和优化控制策略，确保机器人能够稳定、准确地沿预定轨迹行驶。第五节机器人搬运任务一、任务分析背景介绍：机器人搬运是机器人技术在工业自动化和物流领域的重要应用之一。任务目标：设计并实现一个能够自主搬运物体的机器人。需求分析：机器人需要能够准确识别并抓取物体，稳定地将其搬运到指定位置；需要具备良好的灵活性和适应性，以应对不同形状和重量的物体。二、方案设计系统组成：在机器人轨迹导航任务的基础上，增加机械爪或吸盘等抓取机构。抓取策略：根据物体的形状和重量，设计合理的抓取方式和控制策略。搬运路径：规划机器人的搬运路径，确保机器人能够高效、准确地完成任务。三、机器人的控制策略抓取控制：介绍机械爪或吸盘的控制原理和实现方法，包括张开、闭合、力度调整等环节。搬运控制：结合轨迹导航任务的控制策略，设计机器人的搬运控制流程，包括抓取、移动、放置等环节。四、机器人的编程与测试编程实现：在机器人轨迹导航任务的基础上，增加抓取和搬运功能的控制程序。测试与调试：对机器人进行抓取和搬运功能的测试，调整抓取机构和控制参数，确保机器人能够稳定、准确地完成任务。对机器人的避障能力和定位精度进行测试和优化。通过以上教学设计，学生将全面掌握机器人设计与制作的基本原理和方法，了解机器人轨迹导航和搬运任务的设计与实现过程，培养技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力等核心素养。通过实践操作和团队合作，提升学生的解决问题的能力和综合素质。八、大单元整体教学思路教学目标设定基于《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，结合2019版地质版高中通用技术选择性必修2《机器人设计与制作》第六章《机器人综合设计实践》的教学内容，本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。（一）技术意识感知技术现象与理解技术价值：学生能够通过对机器人轨迹导航和搬运任务的学习，感知机器人技术的广泛应用和重要性，理解机器人技术对个人生活、社会发展及国家科技进步的影响。形成技术安全与责任意识：在学习和实践中，学生能够认识到机器人技术的安全性和可靠性对社会的重要性，形成正确的技术使用态度和责任意识，了解并遵守机器人技术的操作规范和安全标准。技术文化理解与适应：通过了解机器人技术的发展历程和现状，学生能够形成对机器人技术文化的理解和尊重，具备初步的技术文化素养，能够适应并积极参与机器人技术的推广和应用。（二）工程思维系统分析与方案设计：学生能够运用系统分析的方法，对机器人轨迹导航和搬运任务进行整体规划和详细设计，包括硬件选型、软件编程、任务流程等方面的综合考虑，形成初步的工程设计能力。问题识别与解决方案制定：在面对机器人设计和制作过程中的具体问题时，学生能够准确识别问题，运用工程思维制定可行的解决方案，并进行方案优化，提高问题解决能力。风险评估与决策制定：学生能够在进行机器人设计和制作前，对可能遇到的风险进行评估，并制定相应的应对措施，同时在任务实施过程中根据实际情况进行决策调整，确保任务的顺利完成。（三）创新设计创新思维培养：通过学习机器人轨迹导航和搬运任务的设计与实践，学生能够激发创新思维，勇于尝试新的设计思路和方法，提高创新设计能力。多方案设计与比较优化：学生能够针对同一任务设计多种方案，通过比较和优化选择最佳方案，培养创新能力和批判性思维能力。技术试验与方案验证：学生能够通过技术试验对设计方案进行验证和优化，敢于面对试验中的问题和挑战，不断调整和改进设计，提高技术创新和实践能力。（四）图样表达技术图样识读与绘制：学生能够识读和理解机器人设计相关的技术图样，如结构图、流程图、电路图等，并能够运用绘图软件或手工绘制技术图样，准确表达设计意图。设计方案交流与表达：学生能够清晰、准确地通过技术图样、文字说明等方式向他人展示和交流自己的设计方案，提高沟通和协作能力。图样优化与改进：在设计和制作过程中，学生能够根据实际情况对技术图样进行优化和改进，提高图样的准确性和实用性。（五）物化能力材料选择与工具使用：学生能够根据设计需求选择合适的材料和工具，了解常用材料的性能和加工方法，掌握基本工具的使用技能。制作与装配技能：学生能够独立完成机器人的制作和装配工作，包括电路板焊接、机械结构搭建、软件编程等方面的操作，提高动手能力和实践技能。测试与调试能力：学生能够对制作完成的机器人进行测试和调试，发现并解决存在的问题，确保机器人能够按照设计要求完成任务，提高测试和调试能力。教学重点与难点教学重点机器人轨迹导航与搬运任务的设计与实施：学生需要掌握机器人轨迹导航和搬运任务的基本原理和设计方法，能够独立完成任务的设计、制作和调试工作。技术图样表达与设计方案交流：学生需要能够准确运用技术图样表达设计意图，清晰、准确地与他人交流设计方案，提高沟通和协作能力。物化能力培养与实践操作：通过实践操作，学生需要掌握机器人制作和装配的基本技能，提高物化能力和实践操作能力。教学难点复杂任务的系统分析与方案设计：机器人轨迹导航和搬运任务涉及多个学科知识和技术领域，学生需要进行系统分析和整体设计，确保任务的顺利实施。创新设计与方案优化：学生需要在掌握基本设计方法的基础上，勇于创新，提出新的设计思路和方法，对设计方案进行优化和改进。故障排查与问题解决：在机器人制作和调试过程中，学生可能会遇到各种故障和问题，需要具备故障排查和问题解决的能力。教学策略与方法（一）问题导向的教学策略以机器人轨迹导航和搬运任务为背景，创设真实的问题情境，引导学生主动思考和探索解决问题的方法。通过问题导向的教学策略，激发学生的学习兴趣和动力，培养学生的问题意识和解决问题的能力。（二）项目式学习方法采用项目式学习方法，将机器人轨迹导航和搬运任务作为项目载体，通过项目实施的过程，让学生体验从需求分析、方案设计、制作调试到成果展示的全过程。在项目实施过程中，注重培养学生的团队合作、沟通协调和创新能力。（三）技术图样表达与交流在教学过程中，注重技术图样的运用和表达。通过绘制结构图、流程图、电路图等技术图样，帮助学生清晰地表达设计意图和解决方案。鼓励学生运用技术图样与他人进行交流和讨论，提高沟通和协作能力。（四）实践操作与物化能力培养通过实践操作环节，让学生亲自动手制作和调试机器人，掌握机器人制作和装配的基本技能。在实践操作过程中，注重培养学生的安全意识、规范意识和工匠精神，提高学生的物化能力和实践操作能力。（五）多元化评价方式采用多元化的评价方式，包括自我评价、同伴评价和教师评价等。通过评价方式的多元化，全面了解学生的学习情况和进步程度，及时给予反馈和指导，促进学生的全面发展。教学过程设计（一）课程导入通过展示机器人技术的应用实例和机器人竞赛的视频资料，激发学生的学习兴趣和好奇心。引导学生思考机器人技术的重要性和广泛应用领域，为后续学习奠定良好的基础。（二）任务分析与方案设计机器人轨迹导航任务任务分析：引导学生分析机器人轨迹导航任务的需求和背景，明确任务的目标和要求。通过讨论和交流，帮助学生理解任务的关键点和难点。方案设计：指导学生进行方案设计，包括硬件选型、软件编程、任务流程等方面的规划。鼓励学生提出多种设计方案，并进行比较和优化。机器人搬运任务任务分析：分析机器人搬运任务的需求和背景，明确任务的目标和要求。引导学生思考如何运用机器人技术实现搬运作业的自动化和智能化。方案设计：指导学生进行方案设计，包括机械结构设计、控制系统设计、任务流程规划等方面的内容。鼓励学生进行创新设计，提出新的搬运策略和方法。（三）技术图样表达与交流技术图样绘制：指导学生运用绘图软件或手工绘制技术图样，如结构图、流程图、电路图等。注重图样的准确性和规范性，确保设计意图的清晰表达。设计方案交流：组织学生进行设计方案的交流与展示活动，鼓励学生运用技术图样向他人展示自己的设计成果。通过交流和讨论，促进学生之间的相互学习和启发。（四）实践操作与物化能力培养机器人制作与装配：根据设计方案，指导学生进行机器人的制作和装配工作。包括电路板焊接、机械结构搭建、软件编程等方面的操作。注重培养学生的动手能力和实践技能。测试与调试：指导学生对制作完成的机器人进行测试和调试工作。包括功能测试、性能测试和安全测试等方面的内容。帮助学生发现和解决问题，确保机器人能够按照设计要求完成任务。（五）成果展示与评价成果展示：组织学生进行成果展示活动，展示自己制作的机器人和设计方案。鼓励学生展示自己的创新点和特色之处，分享制作过程中的经验和收获。多元化评价：采用多元化的评价方式对学生的学习成果进行评价。包括自我评价、同伴评价和教师评价等方式。注重评价学生的设计思路、制作技能、问题解决能力和创新能力等方面的表现。教学资源与环境（一）教学资源教材与教辅资料：选用适合高中通用技术课程的教材和教辅资料，如《机器人设计与制作》、《机器人技术基础》等。确保教学内容的准确性和权威性。网络资源：利用互联网资源，搜集机器人技术的相关资料和案例，如视频教程、技术文档、在线论坛等。为学生提供丰富的学习资源和交流平台。实验设备：配备必要的实验设备和工具，如机器人开发板、传感器模块、电机驱动器、焊接工具等。确保学生能够进行实践操作和物化能力培养。（二）教学环境专用教室：设立专用教室进行机器人教学与实验活动。教室应具备良好的通风、采光和安全设施，确保学生的学习和实验活动顺利进行。合作与交流空间：提供合作与交流的空间和设施，如讨论区、展示区等。鼓励学生进行合作学习和经验分享，促进相互之间的学习和启发。网络资源平台：建立网络资源平台，为学生提供在线学习、资料下载、作品展示等功能。方便学生进行自主学习和互动交流。学业评价设计（一）评价原则全面性原则：评价应全面反映学生在技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力等方面的表现和发展情况。过程性原则：评价应注重学生的学习过程和实践经历，关注学生在任务实施过程中的表现和努力程度。多元化原则：评价应采用多元化的方式和手段，包括自我评价、同伴评价和教师评价等。确保评价的客观性和公正性。（二）评价内容与标准技术意识：评价学生对机器人技术的感知与理解程度，对技术安全与责任的认识和态度等。具体标准包括能否准确描述机器人技术的应用领域和价值、是否遵守技术操作规范和安全标准等。工程思维：评价学生的系统分析能力、问题识别与解决方案制定能力以及风险评估与决策制定能力等。具体标准包括方案设计是否合理、是否能够准确识别问题并提出有效的解决方案等。创新设计：评价学生的创新思维和设计能力，包括多方案设计与比较优化能力、技术试验与方案验证能力等。具体标准包括设计方案的创新性和实用性、技术试验的准确性和有效性等。图样表达：评价学生的技术图样识读与绘制能力、设计方案交流与表达能力等。具体标准包括图样绘制的准确性和规范性、设计方案表达的清晰性和准确性等。物化能力：评价学生的材料选择与工具使用能力、制作与装配技能以及测试与调试能力等。具体标准包括材料选择的合理性和准确性、制作与装配的规范性和效率等。（三）评价方式与方法自我评价：鼓励学生进行自我反思和评价，对自己的学习过程和成果进行总结和评估。通过自我评价表或反思日志等形式进行记录和交流。同伴评价：组织学生进行同伴评价活动，通过相互观摩、讨论和交流等方式进行评价。促进相互之间的学习和启发。教师评价：教师根据学生的表现和成果进行评价，关注学生的学习过程和实践经历。通过课堂观察、作品展示、测试考核等方式进行评价和反馈。教师可以结合学生的自我评价和同伴评价进行综合评定。九、学业评价教学目标通过《第六章机器人综合设计实践》的学习，学生能够：技术意识：理解机器人在实际任务中的导航与搬运功能，认识到传感器在机器人感知环境、实现自主导航和搬运中的重要性，形成对机器人技术应用价值的认识。工程思维：运用系统分析和比较权衡的方法，设计并实现机器人的轨迹导航和搬运任务，掌握机器人设计与制作的基本流程，培养初步的系统与工程思维。创新设计：结合实际需求，设计合理的机器人控制策略，优化机器人编程与测试方案，体验创新设计的过程，培养创新思维和技术设计能力。图样表达：能够识读和绘制机器人相关的技术图样，如流程图、控制框图等，通过图样表达设计构想，实现技术信息的有效传递。物化能力：通过搭建机器人平台、编程与调试，将设计构想转化为实际可操作的机器人系统，体验物化过程，提升动手实践与创造能力。学习目标技术意识理解机器人导航与搬运任务的实际应用背景和意义。认识传感器在机器人感知环境、实现自主导航和搬运中的关键作用。分析不同传感器类型（如触碰类、光感类、声感类等）在机器人导航与搬运中的应用特点。工程思维掌握机器人设计与制作的基本流程，包括需求分析、方案设计、控制策略制定、编程与测试等环节。运用系统分析方法，分析机器人导航与搬运任务中的系统组成和工作原理。比较权衡不同设计方案和控制策略的优劣，选择最佳方案并优化实施。创新设计结合实际需求，设计合理的机器人控制策略，提高机器人的导航精度和搬运效率。优化机器人编程与测试方案，减少调试时间和成本，提高系统的稳定性和可靠性。体验创新设计的过程，培养创新思维和技术设计能力，提出改进和创新的方案。图样表达识读和绘制机器人相关的技术图样，如流程图、控制框图等。通过图样表达设计构想，实现技术信息的有效传递和沟通。利用图样进行机器人系统的组装、调试和维护，确保系统的正常运行。物化能力搭建机器人平台，选择合适的传感器、执行器和控制器等硬件组件。编写机器人控制程序，实现机器人的自主导航和搬运功能。进行机器人系统的调试和优化，解决实际操作中出现的问题，提升动手实践与创造能力。评价目标设定技术意识评价要点：学生对机器人导航与搬运任务的理解程度，对传感器在机器人中应用价值的认识，以及对不同传感器类型应用特点的分析能力。评价方法：通过课堂讨论、案例分析、小组报告等形式，评估学生对机器人导航与搬运任务的理解程度和应用价值的认识；通过选择题、填空题等形式的测试，评估学生对不同传感器类型应用特点的分析能力。工程思维评价要点：学生对机器人设计与制作基本流程的掌握程度，运用系统分析方法分析问题的能力，以及比较权衡不同设计方案和控制策略的能力。评价方法：通过项目设计、方案设计、控制策略制定等环节，观察学生的实际操作过程，评估其对机器人设计与制作基本流程的掌握程度；通过项目汇报、方案评审等形式，评估学生运用系统分析方法分析问题的能力和比较权衡不同设计方案的能力。创新设计评价要点：学生在机器人控制策略设计、编程与测试方案优化等方面的创新能力，以及提出改进和创新方案的能力。评价方法：通过学生提交的控制策略设计文档、编程与测试方案优化报告等，评估其在机器人控制策略设计和编程与测试方案优化方面的创新能力；通过创意展示、创新方案汇报等形式，评估学生提出改进和创新方案的能力。图样表达评价要点：学生识读和绘制机器人相关技术图样的能力，以及通过图样表达设计构想的能力。评价方法：通过技术图样识读测试、图样绘制作业等形式，评估学生识读和绘制机器人相关技术图样的能力；通过图样表达设计构想的汇报、交流等形式，评估学生通过图样表达设计构想的能力。物化能力评价要点：学生搭建机器人平台、编写控制程序、进行系统调试和优化等方面的动手实践与创造能力。评价方法：通过机器人平台搭建的实际操作过程、控制程序的编写与调试情况，评估学生的动手实践与创造能力；通过系统调试和优化效果的评估，检验学生的物化能力水平。可以通过项目展示、成果汇报等形式，综合评价学生的物化能力。评价实施建议过程性评价与终结性评价相结合：在教学过程中，注重对学生学习过程的观察和记录，通过课堂讨论、项目设计、方案设计、编程与调试等环节的过程性评价，及时了解学生的学习情况和问题；在学期末或项目结束时，通过测试、报告、项目展示等形式进行终结性评价，全面评估学生的学习成果。定量评价与定性评价相结合：在评价过程中，既要采用选择题、填空题等形式的定量评价方法，评估学生对基础知识的掌握程度；又要采用案例分析、小组讨论、项目汇报等形式的定性评价方法，评估学生的分析能力、创新思维、团队协作等方面的能力。自我评价与互评相结合：鼓励学生进行自我评价，反思自己的学习过程和学习成果；组织学生进行互评，通过相互交流和评价，促进学生之间的相互学习和共同进步。教师评价与专家评价相结合：在教学过程中，教师应对学生的学习情况进行及时评价和反馈；可以邀请校外专家或行业内的技术人员参与项目评审和成果评价，为学生提供更加客观、专业的评价和指导。注重反馈与改进：在评价过程中，注重对学生的反馈和指导，帮助学生发现问题、改进不足；教师也应根据评价结果反思自己的教学方法和手段，不断改进和优化教学设计和实施过程。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）》强调通用技术课程应注重培养学生的核心素养，包括技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。本大单元《机器人设计与制作》中的《第六章机器人综合设计实践》教学内容，通过机器人轨迹导航任务和机器人搬运任务两个子任务，旨在帮助学生深入理解机器人的设计、制作及控制方法，全面提升其通用技术核心素养。1.整体教学思路本大单元的教学将以项目式学习为主线，通过两个子任务（机器人轨迹导航任务和机器人搬运任务）的实施，引导学生经历从任务分析、方案设计、控制策略制定到编程与测试的完整过程。在每个环节中，注重培养学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。2.分阶段实施步骤第一阶段：任务导入与理论学习任务导入：通过展示机器人应用的实例，激发学生的学习兴趣，明确学习任务和目标。理论学习：讲解机器人的基本构成、工作原理、常用传感器及控制器等理论知识，为后续的设计和实践打下基础。第二阶段：任务分析与方案设计任务分析：引导学生对机器人轨迹导航任务和机器人搬运任务进行详细分析，明确任务要求和约束条件。方案设计：鼓励学生以小组为单位，运用所学知识进行方案设计，包括机器人的结构设计、传感器布局、控制策略等。第三阶段：控制策略制定与编程控制策略制定：根据方案设计，制定机器人的控制策略，包括传感器的信号处理、控制器的算法设计等。编程与调试：使用ArduBlock等图形化编程工具进行编程，并进行初步的调试，确保机器人能够按照预期完成任务。第四阶段：实物制作与测试实物制作：根据方案设计，选择合适的材料和工具进行机器人的实物制作，包括车体的组装、传感器的安装与调试等。测试与优化：对制作完成的机器人进行测试，根据测试结果进行优化调整，确保机器人能够稳定、准确地完成任务。第五阶段：总结与评价总结：组织学生对整个设计过程进行总结，提炼经验教训，形成完整的设计报告。评价：采用多元评价方式，包括自我评价、小组互评和教师评价，对学生的学习成果进行全面评价。二、教学目标设定1.技术意识学生能够认识到机器人技术在现代社会中的重要性和广泛应用，形成对机器人技术的兴趣和亲近感。学生能够理解机器人设计的基本原则和约束条件，形成规范、安全的技术意识。2.工程思维学生能够运用系统分析的方法，对机器人任务进行分解和整体规划，形成初步的工程思维。学生能够识别并解决机器人设计过程中的关键问题，提出合理的解决方案。3.创新设计学生能够在机器人设计中发挥创新思维，提出具有创意的设计方案。学生能够运用所学知识，对机器人进行优化设计，提高其性能和稳定性。4.图样表达学生能够识读和绘制机器人设计相关的技术图样，如结构图、流程图、控制框图等。学生能够运用图样表达设计构想，与他人进行交流和沟通。5.物化能力学生能够根据方案设计，选择合适的材料和工具进行机器人的实物制作。学生能够熟练掌握机器人的组装、调试和测试技能，确保机器人能够按照预期完成任务。三、教学结构图┌─────────────┐│机器人设计与制作│└─────────────┘│┌──────────────────────────┴─────────────────────┐││┌────────────────┐┌────────────────┐│机器人轨迹导航任务││机器人搬运任务│└────────────────┘└────────────────┘││┌────────┴────────┐┌────────┴────────┐│任务分析││任务分析│└────────┬────────┘└────────┬────────┘││┌────────┴────────┐┌────────┴────────┐│方案设计││方案设计│└────────┬────────┘└────────┬────────┘││┌────────┴────────┐┌────────┴────────┐│控制策略制定与编程││控制策略制定与编程│└────────┬────────┘└────────┬────────┘││┌────────┴────────┐┌────────┴────────┐│实物制作与测试││实物制作与测试│└────────┬────────┘└────────┬────────┘││┌────┴────┐┌────┴────┐│总结与评价││总结与评价│└────────┘└────────┘四、具体教学实施步骤第一阶段：任务导入与理论学习步骤1：任务导入教师活动：展示机器人应用的实例，如工业机器人、服务机器人、教育机器人等，激发学生的学习兴趣。学生活动：观看实例，讨论机器人技术的广泛应用和未来发展趋势。步骤2：理论学习教师活动：讲解机器人的基本构成、工作原理、常用传感器及控制器等理论知识。学生活动：认真听讲，记录重点，提出疑问。第二阶段：任务分析与方案设计步骤1：机器人轨迹导航任务分析教师活动：引导学生分析机器人轨迹导航任务的要求和约束条件，如路径轨迹、传感器选择等。学生活动：小组讨论，明确任务要求，提出初步设想。步骤2：机器人轨迹导航方案设计教师活动：指导学生进行方案设计，包括机器人的结构设计、传感器布局、控制策略等。学生活动：小组合作，绘制设计草图，制定详细方案。步骤3：机器人搬运任务分析教师活动：引导学生分析机器人搬运任务的要求和约束条件，如工件形状、搬运路径等。学生活动：小组讨论，明确任务要求，提出初步设想。步骤4：机器人搬运方案设计教师活动：指导学生进行方案设计，包括机器人的结构设计、机械爪选择、控制策略等。学生活动：小组合作，绘制设计草图，制定详细方案。第三阶段：控制策略制定与编程步骤1：机器人轨迹导航控制策略制定教师活动：讲解机器人轨迹导航的控制策略，如灰度传感器的信号处理、控制器的算法设计等。学生活动：小组讨论，制定控制策略，绘制流程图。步骤2：机器人轨迹导航编程与调试教师活动：指导学生使用ArduBlock等图形化编程工具进行编程，并进行初步的调试。学生活动：小组合作，编写程序，进行调试，确保机器人能够按照预期轨迹导航。步骤3：机器人搬运控制策略制定教师活动：讲解机器人搬运的控制策略，如机械爪的控制、搬运路径的规划等。学生活动：小组讨论，制定控制策略，绘制流程图。步骤4：机器人搬运编程与调试教师活动：指导学生使用ArduBlock等图形化编程工具进行编程，并进行初步的调试。学生活动：小组合作，编写程序，进行调试，确保机器人能够稳定搬运工件。第四阶段：实物制作与测试步骤1：机器人轨迹导航实物制作教师活动：指导学生选择合适的材料和工具进行机器人的实物制作，包括车体的组装、灰度传感器的安装与调试等。学生活动：小组合作，进行实物制作，确保机器人各部件安装正确、连接可靠。步骤2：机器人轨迹导航测试与优化教师活动：组织学生对制作完成的机器人进行测试，记录测试数据，分析测试结果。学生活动：小组合作，进行测试，根据测试结果进行优化调整，确保机器人能够稳定、准确地完成轨迹导航任务。步骤3：机器人搬运实物制作教师活动：指导学生选择合适的材料和工具进行机器人的实物制作，包括车体的组装、机械爪的安装与调试等。学生活动：小组合作，进行实物制作，确保机器人各部件安装正确、连接可靠。步骤4：机器人搬运测试与优化教师活动：组织学生对制作完成的机器人进行测试，记录测试数据，分析测试结果。学生活动：小组合作，进行测试，根据测试结果进行优化调整，确保机器人能够稳定、准确地完成搬运任务。第五阶段：总结与评价步骤1：总结教师活动：组织学生对整个设计过程进行总结，提炼经验教训。学生活动：小组合作，撰写设计报告，总结设计过程中的收获和不足。步骤2：评价教师活动：采用多元评价方式，包括自我评价、小组互评和教师评价，对学生的学习成果进行全面评价。学生活动：参与评价过程，认真听取他人意见，进行自我反思和改进。通过以上教学实施步骤，学生将能够全面理解机器人的设计、制作及控制方法，提升通用技术的核心素养。通过项目式学习和小组合作，学生的团队协作能力和解决问题的能力也将得到锻炼和提高。十一、大情境、大任务创设一、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2019版地质版高中通用技术选择性必修2《机器人设计与制作》第六章《机器人综合设计实践》的教学内容，本大情境、大任务创设的教学目标设定如下：（一）技术意识学生能够认识到机器人技术在现代社会中的重要性和广泛应用，形成对机器人技术的兴趣和亲近感。学生能够理解机器人设计的基本原则和约束条件，形成规范、安全的技术意识。（二）工程思维学生能够运用系统分析的方法，对机器人任务进行分解和整体规划，形成初步的工程思维。学生能够识别并解决机器人设计过程中的关键问题，提出合理的解决方案。（三）创新设计学生能够在机器人设计中发挥创新思维，提出具有创意的设计方案。学生能够运用所学知识，对机器人进行优化设计，提高其性能和稳定性。（四）图样表达学生能够识读和绘制机器人设计相关的技术图样，如结构图、流程图、控制框图等。学生能够运用图样表达设计构想，与他人进行交流和沟通。（五）物化能力学生能够根据方案设计，选择合适的材料和工具进行机器人的实物制作。学生能够熟练掌握机器人的组装、调试和测试技能，确保机器人能够按照预期完成任务。二、大情境创设在现代科技高速发展的背景下，智能机器人已经成为工业生产、日常生活和科研探索中不可或缺的重要工具。为了更好地适应未来社会的发展需求，培养学生具备机器人设计与制作的能力显得尤为重要。为此，我们创设了一个“智能校园——机器人巡逻与搬运系统”的大情境。在这个大情境中，学生将扮演校园安全与环境维护团队的一员，负责设计并制作一款能够在校园内进行自动巡逻和物资搬运的机器人。这款机器人不仅需要具备自主导航的能力，在预设的轨迹上进行巡逻，还需要能够搬运校园内的物资，如教学器材、实验设备等，以提高校园管理的效率和安全性。三、大任务创设（一）大任务名称智能校园——机器人巡逻与搬运系统设计与制作（二）大任务背景随着智能科技的飞速发展，智能机器人在各个领域的应用越来越广泛。为了提升校园的安全管理和物资搬运效率，学校决定引入一款智能巡逻与搬运机器人。这款机器人需要具备自主导航、避障、物资搬运等功能，能够在校园内自主巡逻，及时发现并报告安全隐患，同时能够搬运校园内的物资，减轻人工搬运的负担。（三）大任务目标设计并制作一款具备自主导航、避障、物资搬运等功能的智能机器人，能够在校园内进行自动巡逻和物资搬运，提高校园管理的效率和安全性。（四）大任务内容1.机器人轨迹导航任务任务分析：机器人轨迹导航任务是指机器人能够在预设的轨迹上进行自主导航，避免与障碍物发生碰撞，并准确到达指定位置。为了实现这一功能，机器人需要配备传感器来感知周围环境，同时需要设计合理的控制策略来指导机器人的运动。方案设计：结构设计：设计机器人的车体结构，包括底盘、驱动轮、传感器支架等部分。传感器选择：选用灰度传感器来检测地面上的黑线或白线，作为机器人导航的依据。控制策略：设计基于灰度传感器信号的机器人控制策略，包括信号处理、路径规划、避障算法等。机器人的控制策略：当机器人检测到左右两侧的灰度传感器信号均正常时，机器人保持直线前进。当检测到一侧传感器信号异常时，机器人根据异常信号的位置调整行驶方向，进行避障。设计合理的路径规划算法，确保机器人在遇到复杂环境时能够自主找到最佳路径。机器人的编程与测试：使用ArduBlock等图形化编程工具进行编程，实现机器人的控制策略。在模拟环境中进行初步的调试，确保机器人能够按照预设轨迹进行导航。在实际环境中进行测试，根据测试结果对机器人进行优化调整。2.机器人搬运任务任务分析：机器人搬运任务是指机器人能够将指定物资从起点搬运到终点。为了实现这一功能，机器人需要具备抓取、搬运和放置物资的能力。机器人还需要具备避障和路径规划的能力，以确保在搬运过程中能够安全、准确地到达目的地。方案设计：结构设计：在机器人车体的基础上，设计机械爪结构，用于抓取和搬运物资。传感器选择：除了灰度传感器外，还可以增加超声波传感器或红外传感器，用于避障。控制策略：设计基于传感器信号的机器人控制策略，包括物资抓取、搬运、放置等过程的控制。机器人的控制策略：当机器人到达物资所在位置时，控制机械爪进行抓取操作。在搬运过程中，机器人根据灰度传感器和避障传感器的信号进行路径规划和避障。到达目的地后，控制机械爪进行放置操作。机器人的编程与测试：使用ArduBlock等图形化编程工具进行编程，实现机器人的搬运控制策略。在模拟环境中进行初步的调试，确保机器人能够准确抓取、搬运和放置物资。在实际环境中进行测试，根据测试结果对机器人进行优化调整。（五）大任务实施步骤1.任务导入与理论学习通过展示智能机器人在各个领域的应用案例，激发学生的学习兴趣。讲解机器人的基本构成、工作原理、常用传感器及控制器等理论知识。2.任务分析与方案设计对机器人轨迹导航任务和搬运任务进行详细分析，明确任务要求和约束条件。指导学生进行方案设计，包括机器人的结构设计、传感器布局、控制策略等。3.控制策略制定与编程根据方案设计，制定机器人的控制策略。使用ArduBlock等图形化编程工具进行编程，实现机器人的控制策略。4.实物制作与测试指导学生选择合适的材料和工具进行机器人的实物制作。对制作完成的机器人进行测试，根据测试结果进行优化调整。5.总结与评价组织学生对整个设计过程进行总结，提炼经验教训。采用多元评价方式，包括自我评价、小组互评和教师评价，对学生的学习成果进行全面评价。（六）大任务成果展示学生将制作完成的智能巡逻与搬运机器人在校园内进行实地演示，展示机器人的轨迹导航和搬运功能。组织全校师生进行观摩和评价，评选出优秀的设计作品并给予奖励。通过这个大情境、大任务的创设与实施，学生将能够全面理解机器人的设计、制作及控制方法，提升通用技术的核心素养。通过项目式学习和小组合作的方式，学生的团队协作能力和解决问题的能力也将得到锻炼和提高。十二、单元学历案（一）单元主题与课时单元主题：机器人综合设计实践课时设计：第一阶段：任务导入与理论学习（2课时）课时1：任务导入课时2：理论学习第二阶段：任务分析与方案设计（4课时）课时3：机器人轨迹导航任务分析课时4：机器人轨迹导航方案设计课时5：机器人搬运任务分析课时6：机器人搬运方案设计第三阶段：控制策略制定与编程（4课时）课时7：机器人轨迹导航控制策略制定课时8：机器人轨迹导航编程与调试课时9：机器人搬运控制策略制定课时10：机器人搬运编程与调试第四阶段：实物制作与测试（4课时）课时11：机器人轨迹导航实物制作课时12：机器人轨迹导航测试与优化课时13：机器人搬运实物制作课时14：机器人搬运测试与优化第五阶段：总结与评价（2课时）课时15：总结课时16：评价（二）学习目标本单元的学习目标旨在通过机器人综合设计实践，全面提升学生的通用技术核心素养，具体目标如下：技术意识学生能够认识到机器人技术在现代社会中的重要性和广泛应用，形成对机器人技术的兴趣和亲近感。学生能够理解机器人设计的基本原则和约束条件，形成规范、安全的技术意识。工程思维学生能够运用系统分析的方法，对机器人任务进行分解和整体规划，形成初步的工程思维。学生能够识别并解决机器人设计过程中的关键问题，提出合理的解决方案。创新设计学生能够在机器人设计中发挥创新思维，提出具有创意的设计方案。学生能够运用所学知识，对机器人进行优化设计，提高其性能和稳定性。图样表达学生能够识读和绘制机器人设计相关的技术图样，如结构图、流程图、控制框图等。学生能够运用图样表达设计构想，与他人进行交流和沟通。物化能力学生能够根据方案设计，选择合适的材料和工具进行机器人的实物制作。学生能够熟练掌握机器人的组装、调试和测试技能，确保机器人能够按照预期完成任务。（三）评价任务过程性评价在任务分析、方案设计、控制策略制定与编程、实物制作与测试等阶段，通过观察学生的参与程度、合作情况、创意表现等方面进行评价。定期检查学生的学习笔记、设计草图、编程代码等，评估学生的技术学习和实践能力。成果性评价机器人设计书的撰写：评价学生对项目背景、问题分析、方案设计、技术实现等方面的理解和表达能力。机器人实物制作与测试：评价机器人的结构设计、功能实现、稳定性、准确性等方面。总结报告：评价学生对整个设计过程的反思和总结能力，以及对所学知识的理解和应用。多元评价自我评价：鼓励学生反思自己的学习过程和成果，提出改进意见。小组互评：通过小组内的相互评价，促进学生之间的交流和合作，共同提高。教师评价：结合学生的平时表现、作业完成情况、课堂参与度等方面进行综合评价。（四）学习过程第一阶段：任务导入与理论学习课时1：任务导入教师活动：展示机器人应用的实例，如工业机器人、服务机器人等，激发学生的学习兴趣。学生活动：观看实例，讨论机器人技术的广泛应用和未来发展趋势。课时2：理论学习教师活动：讲解机器人的基本构成、工作原理、常用传感器及控制器等理论知识。学生活动：认真听讲，记录重点，提出疑问。第二阶段：任务分析与方案设计课时3：机器人轨迹导航任务分析教师活动：引导学生分析机器人轨迹导航任务的要求和约束条件。学生活动：小组讨论，明确任务要求，提出初步设想。课时4：机器人轨迹导航方案设计教师活动：指导学生进行方案设计，包括机器人的结构设计、传感器布局等。学生活动：小组合作，绘制设计草图，制定详细方案。课时5：机器人搬运任务分析教师活动：引导学生分析机器人搬运任务的要求和约束条件。学生活动：小组讨论，明确任务要求，提出初步设想。课时6：机器人搬运方案设计教师活动：指导学生进行方案设计，包括机器人的结构设计、机械爪选择等。学生活动：小组合作，绘制设计草图，制定详细方案。第三阶段：控制策略制定与编程课时7：机器人轨迹导航控制策略制定教师活动：讲解机器人轨迹导航的控制策略，如灰度传感器的信号处理等。学生活动：小组讨论，制定控制策略，绘制流程图。课时8：机器人轨迹导航编程与调试教师活动：指导学生使用编程工具进行编程，并进行初步的调试。学生活动：小组合作，编写程序，进行调试。课时9：机器人搬运控制策略制定教师活动：讲解机器人搬运的控制策略，如机械爪的控制等。学生活动：小组讨论，制定控制策略，绘制流程图。课时10：机器人搬运编程与调试教师活动：指导学生使用编程工具进行编程，并进行初步的调试。学生活动：小组合作，编写程序，进行调试。第四阶段：实物制作与测试课时11：机器人轨迹导航实物制作教师活动：指导学生选择合适的材料和工具进行实物制作。学生活动：小组合作，进行实物制作。课时12：机器人轨迹导航测试与优化教师活动：组织学生进行测试，记录测试数据，分析测试结果。学生活动：小组合作，进行测试，根据测试结果进行优化调整。课时13：机器人搬运实物制作教师活动：指导学生选择合适的材料和工具进行实物制作。学生活动：小组合作，进行实物制作。课时14：机器人搬运测试与优化教师活动：组织学生进行测试，记录测试数据，分析测试结果。学生活动：小组合作，进行测试，根据测试结果进行优化调整。第五阶段：总结与评价课时15：总结教师活动：组织学生对整个设计过程进行总结。学生活动：小组合作，撰写总结报告。课时16：评价教师活动：采用多元评价方式，对学生的学习成果进行全面评价。学生活动：参与评价过程，进行自我反思和改进。（五）作业与检测课后作业完成机器人设计书的撰写，包括项目背景、问题分析、方案设计、技术实现等内容。编写机器人轨迹导航和搬运任务的程序代码，并进行初步调试。课堂检测在每个阶段结束后，通过提问、讨论、展示等方式检测学生的学习效果。定期组织学生进行机器人实物制作的进度展示和测试，评估学生的物化能力。（六）学后反思通过本单元的学习，学生应该对机器人设计与制作有了更深入的了解和实践经验。学后反思可以从以下几个方面进行：技术意识：反思自己在机器人技术学习和应用过程中的兴趣点、难点和困惑点，思考如何提高自己的技术意识和应用能力。工程思维：回顾整个设计过程，思考自己在任务分析、方案设计、实物制作等方面的思维方式和解决问题的方法，总结工程思维的培养过程。创新设计：反思自己在机器人设计过程中的创意来源、设计思路和实现效果，思考如何进一步提高自己的创新设计能力。图样表达：评估自己在技术图样绘制和表达方面的能力，思考如何提高自己的图样表达水平，以便更好地与他人交流和沟通。物化能力：总结自己在机器人实物制作和测试过程中的经验和教训，思考如何提高自己的物化能力和实践操作能力。通过反思，学生可以更加清晰地认识到自己的优点和不足，为今后的学习和实践提供有益的参考和指导。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）》强调通用技术课程应注重培养学生的核心素养，包括技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。机器人设计与制作作为通用技术课程的重要组成部分，不仅要求学生掌握机器人的硬件组装和软件编程技能，还要求学生具备跨学科的知识整合能力和问题解决能力。本学科实践与跨学科学习设计以《第六章机器人综合设计实践》的教学内容为基础，旨在通过实践活动和跨学科学习，全面提升学生的通用技术核心素养。二、教学目标（一）技术意识学生能够认识到机器人技术在现代社会中的重要性和广泛应用，形成对机器人技术的兴趣和亲近感。学生能够理解机器人设计的基本原则和约束条件，形成规范、安全的技术意识。（二）工程思维学生能够运用系统分析的方法，对机器人任务进行分解和整体规划，形成初步的工程思维。学生能够识别并解决机器人设计过程中的关键问题，提出合理的解决方案。（三）创新设计学生能够在机器人设计中发挥创新思维，提出具有创意的设计方案。学生能够运用所学知识，对机器人进行优化设计，提高其性能和稳定性。（四）图样表达学生能够识读和绘制机器人设计相关的技术图样，如结构图、流程图、控制框图等。学生能够运用图样表达设计构想，与他人进行交流和沟通。（五）物化能力学生能够根据方案设计，选择合适的材料和工具进行机器人的实物制作。学生能够熟练掌握机器人的组装、调试和测试技能，确保机器人能够按照预期完成任务。三、学习目标（一）技术意识学生能够通过实践活动，了解机器人技术在日常生活和工业生产中的应用实例，激发对机器人技术的兴趣。学生能够掌握机器人设计的基本原则和约束条件，了解机器人设计过程中的安全规范和技术标准。（二）工程思维学生能够通过系统分析的方法，将机器人任务分解为若干个子任务，并对每个子任务进行详细的规划和设计。学生能够识别机器人设计过程中的关键问题，如结构稳定性、传感器选择、控制策略等，并提出合理的解决方案。（三）创新设计学生能够在机器人设计中发挥创新思维，提出具有创意的设计方案，如独特的机械结构、优化的传感器布局等。学生能够运用所学知识，对机器人进行优化设计，如提高机器人的运动精度、稳定性等。（四）图样表达学生能够识读和绘制机器人设计相关的技术图样，如机器人的结构图、流程图、控制框图等。学生能够运用图样表达设计构想，与他人进行交流和沟通，共同完善设计方案。（五）物化能力学生能够根据方案设计，选择合适的材料和工具进行机器人的实物制作，如选择合适的车体材料、传感器类型等。学生能够熟练掌握机器人的组装、调试和测试技能，确保机器人能够按照预期完成任务，并对机器人进行优化调整。四、作业目标设定（一）技术意识学生能够收集并整理机器人技术在日常生活和工业生产中的应用实例，撰写一篇关于机器人技术应用的报告。学生能够分析机器人设计过程中的安全规范和技术标准，撰写一篇关于机器人设计安全规范的报告。（二）工程思维学生能够将机器人任务分解为若干个子任务，并绘制出详细的任务分解图。学生能够针对机器人设计过程中的关键问题，提出至少两种解决方案，并比较其优缺点。（三）创新设计学生能够提出至少一种具有创意的机器人设计方案，并绘制出详细的设计图样。学生能够运用所学知识，对现有的机器人设计方案进行优化，并撰写一篇优化设计方案的报告。（四）图样表达学生能够绘制出机器人的结构图、流程图、控制框图等技术图样，并标注清楚各部分的名称和功能。学生能够运用图样表达设计构想，与小组成员进行交流和沟通，共同完善设计方案。（五）物化能力学生能够根据方案设计，选择合适的材料和工具进行机器人的实物制作，并撰写一份材料清单和工具清单。学生能够详细记录机器人的组装、调试和测试过程，并撰写一份实验报告。学生还需要对机器人进行优化调整，并撰写一份优化调整报告。五、学科实践与跨学科学习设计（一）实践活动设计机器人轨迹导航任务实践活动活动目标：通过实践活动，使学生掌握机器人轨迹导航的基本原理和实现方法，提高学生的技术意识和工程思维能力。活动内容：学生分组进行机器人轨迹导航任务的设计和实施。学生需要分析任务要求，选择合适的传感器和控制策略。学生需要绘制机器人的结构图、流程图和控制框图等技术图样。学生需要根据方案设计，选择合适的材料和工具进行机器人的实物制作。学生需要对机器人进行测试和优化调整，确保机器人能够按照预定轨迹进行导航。机器人搬运任务实践活动活动目标：通过实践活动，使学生掌握机器人搬运的基本原理和实现方法，提高学生的创新设计能力和物化能力。活动内容：学生分组进行机器人搬运任务的设计和实施。学生需要分析任务要求，选择合适的机械爪和控制策略。学生需要绘制机器人的结构图、流程图和控制框图等技术图样。学生需要根据方案设计，选择合适的材料和工具进行机器人的实物制作。学生需要对机器人进行测试和优化调整，确保机器人能够稳定地搬运工件。（二）跨学科学习设计与物理学科的跨学科学习学习内容：结合物理学科中的力学、电学等知识，分析机器人在运动过程中的受力情况和电路原理。学习方式：通过物理实验和机器人实践活动的结合，使学生更好地理解机器人运动过程中的物理现象和电路原理。与数学学科的跨学科学习学习内容：结合数学学科中的几何、代数等知识，分析机器人的结构设计和控制策略。学习方式：通过数学计算和机器人实践活动的结合，使学生更好地理解机器人结构设计和控制策略中的数学原理。与计算机科学的跨学科学习学习内容：结合计算机科学中的编程知识，分析机器人的控制程序和算法设计。学习方式：通过计算机编程和机器人实践活动的结合，使学生更好地理解机器人控制程序和算法设计中的编程思想和方法。与艺术学科的跨学科学习学习内容：结合艺术学科中的审美知识，分析机器人的外观设计和色彩搭配。学习方式：通过艺术设计和机器人实践活动的结合，使学生更好地理解机器人外观设计中的审美原则和方法。六、总结本学科实践与跨学科学习设计以《第六章机器人综合设计实践》的教学内容为基础，通过实践活动和跨学科学习的方式，全面提升学生的通用技术核心素养。通过实践活动的设计，学生能够更好地掌握机器人设计、制作和控制的基本原理和方法；通过跨学科学习的设计，学生能够更好地将所学知识进行整合和应用，提高问题解决能力和创新能力。本设计还注重培养学生的团队合作精神和沟通能力，为学生的全面发展奠定坚实的基础。十四、大单元作业设计教学目标技术意识：学生能够认识到机器人技术在现代社会中的重要性和广泛应用，形成对机器人技术的兴趣和亲近感；理解机器人设计的基本原则和约束条件，形成规范、安全的技术意识。工程思维：学生能够运用系统分析的方法，对机器人任务进行分解和整体规划，形成初步的工程思维；识别并解决机器人设计过程中的关键问题，提出合理的解决方案。创新设计：学生能够在机器人设计中发挥创新思维，提出具有创意的设计方案；运用所学知识，对机器人进行优化设计，提高其性能和稳定性。图样表达：学生能够识读和绘制机器人设计相关的技术图样，如结构图、流程图、控制框图等；运用图样表达设计构想，与他人进行交流和沟通。物化能力：学生能够根据方案设计，选择合适的材料和工具进行机器人的实物制作；熟练掌握机器人的组装、调试和测试技能，确保机器人能够按照预期完成任务。作业目标设定一、技术意识作业1：机器人技术调研报告目标：通过调研，了解机器人技术在不同领域（如工业、服务、教育等）的应用案例，分析机器人技术对社会、经济、环境等方面的影响。要求：撰写一份调研报告，内容包括机器人技术的基本概述、应用领域、社会影响及个人感悟。作业2：机器人安全操作规程目标：理解并掌握机器人在设计、制作和使用过程中的安全规范，形成规范、安全的技术意识。要求：制定一份机器人安全操作规程，包括机器人操作前的准备、操作过程中的注意事项及应急处理措施。二、工程思维作业3：机器人任务分解与整体规划目标：运用系统分析的方法，对机器人轨迹导航任务和搬运任务进行分解和整体规划，形成初步的工程思维。要求：绘制任务分解图，明确每个子任务的目标、约束条件和解决方案；制定整体规划方案，包括任务时间安排、资源分配和风险评估。作业4：机器人设计问题解决方案目标：识别并解决机器人设计过程中的关键问题，提出合理的解决方案。要求：针对机器人设计中的一个具体问题（如传感器布局、机械结构稳定性等），进行分析并提出解决方案，撰写解决方案报告。三、创新设计作业5：创意机器人设计方案目标：发挥创新思维，提出具有创意的机器人设计方案。要求：设计一款具有特定功能的机器人（如环保清洁机器人、智能导览机器人等），绘制设计草图，并撰写设计方案说明，包括设计思路、功能特点、技术难点及解决方案。作业6：机器人优化设计目标：运用所学知识，对现有机器人设计方案进行优化，提高其性能和稳定性。要求：选择一款现有的机器人设计方案，分析其优缺点，提出优化方案，并撰写优化报告，包括优化前后的对比分析和预期效果。四、图样表达作业7：机器人结构图绘制目标：识读和绘制机器人设计相关的技术图样，如结构图。要求：根据机器人设计方案，绘制机器人的结构图，包括各部件的名称、尺寸、连接方式和材料说明。作业8：机器人流程图与控制框图绘制目标：运用图样表达设计构想，绘制机器人流程图与控制框图。要求：绘制机器人轨迹导航任务和搬运任务的流程图，以及控制系统的控制框图，清晰表达任务流程和控制逻辑。五、物化能力作业9：机器人实物制作目标：根据方案设计，选择合适的材料和工具进行机器人的实物制作。要求：小组合作，完成机器人的实物制作，包括车体组装、传感器安装与调试、机械爪安装与调试等。制作过程中需记录每一步骤的操作过程和遇到的问题及解决方案。作业10：机器人测试与优化目标：熟练掌握机器人的组装、调试和测试技能，确保机器人能够按照预期完成任务。要求：对制作完成的机器人进行测试，包括轨迹导航测试和搬运任务测试，记录测试数据并分析测试结果。根据测试结果对机器人进行优化调整，确保机器人能够稳定、准确地完成任务。撰写测试报告和优化方案。具体作业内容及要求作业1：机器人技术调研报告调研内容：机器人技术的基本概述，包括定义、分类、发展历程等。机器人技术在不同领域的应用案例，如工业机器人、服务机器人、教育机器人等。机器人技术对社会、经济、环境等方面的影响。报告要求：结构清晰，内容详实，逻辑严密。报告应包括调研目的、调研方法、调研结果、个人感悟等部分。调研结果部分需列举具体案例，并进行详细分析。作业2：机器人安全操作规程规程内容：机器人操作前的准备，包括检查机器人各部件是否正常、工作环境是否安全等。操作过程中的注意事项，如避免触碰机器人运动部件、注意电源电压等。应急处理措施，如遇到机器人故障或异常情况时的处理方法。规程要求：内容全面，条理清晰，易于理解。规程应明确列出各项操作的具体步骤和注意事项。应急处理措施需具体可行，确保操作安全。作业3：机器人任务分解与整体规划任务分解图：将机器人轨迹导航任务和搬运任务分解为若干个子任务，明确每个子任务的目标和约束条件。使用图形化工具（如流程图、思维导图等）绘制任务分解图。整体规划