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《第五章 机器人的控制策略》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《第五章机器人的控制策略》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《机器人的控制策略》是高中通用技术选择性必修2《机器人设计与制作》中的重要章节，该章节主要涉及机器人控制系统的编程与设计。本章内容通过顺序结构、分支结构和循环结构三种基本编程结构，引导学生理解和掌握机器人控制策略的基本原理和实现方法。具体内容分为三节：第一节为顺序结构编程，第二节为分支结构编程，第三节为循环结构编程。每一节都包含了概念讲解和机器人控制实例的应用，旨在让学生能够通过编程实现机器人的基本控制功能。（二）单元内容分析顺序结构编程顺序结构的概念：顺序结构是最简单的程序结构，程序中的各个语句按照自然顺序依次执行。机器人运动——顺序结构实现：通过顺序结构编程，实现机器人前进、后退等基本运动。学生需要理解如何通过编程控制机器人的运动，并掌握顺序结构在机器人控制中的应用。分支结构编程分支结构的概念：分支结构又称为选择结构，根据条件的不同执行不同的程序分支。机器人避障——分支结构实现：通过分支结构编程，实现机器人在遇到障碍物时能够自动避障。学生需要理解如何利用传感器检测障碍物，并通过编程实现避障功能。循环结构编程循环结构的概念：循环结构允许程序中的某段代码重复执行多次，直到满足特定条件为止。机械爪抓取——循环结构实现：通过循环结构编程，实现机械爪的重复抓取动作。学生需要理解如何设置循环条件，并通过编程控制机械爪的抓取动作。（三）单元内容整合本章内容围绕机器人控制策略展开，通过顺序结构、分支结构和循环结构三种基本编程结构，逐步深入介绍机器人控制系统的设计与实现。在教学过程中，需要将理论知识与编程实践相结合，通过具体的机器人控制实例，帮助学生理解和掌握编程技巧。还需要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，提高学生的综合技术素养。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是：（一）技术意识目标描述：学生能够形成对技术现象及技术问题的感知与体悟，理解技术与人类生活、社会进步的关系。学生能够具备技术的规范、标准与专利意识，能够就某一技术领域对人、社会、环境的影响作出理性分析。学生能够形成技术的安全和责任意识、生态文明与环保意识、技术伦理与道德意识。在本单元中的体现：学生通过学习机器人控制策略，了解技术在机器人领域的应用，增强对技术的感知与体悟。学生通过编程实践，掌握技术规范与标准，培养专利意识。学生通过分析机器人控制对环境、安全等方面的影响，培养技术的安全与责任意识。（二）工程思维目标描述：学生能够认识系统与工程的多样性和复杂性，运用系统分析的方法，针对某一具体技术领域的问题进行要素分析、整体规划。学生能够领悟结构、流程、系统、控制等基本思想和方法，并加以运用。学生能够进行简单的风险评估和综合决策。在本单元中的体现：学生通过机器人控制系统的设计与实现，理解系统与工程的复杂性和多样性。学生运用系统分析的方法，对机器人控制问题进行要素分析和整体规划。学生在编程过程中，考虑机器人运动的流畅性、安全性等因素，进行风险评估和综合决策。（三）创新设计目标描述：学生能够在发现与明确问题的基础上，收集相关信息，并运用人机关系及相关理论进行综合分析。学生能够提出符合设计原则且具有一定创造性的构思方案，进行技术性能和指标的技术试验、技术探究等实践操作。学生能够综合各种社会文化因素评价设计方案，并加以优化。在本单元中的体现：学生通过明确机器人控制的问题，收集相关信息，提出创新性的控制策略。学生通过编程实践，对机器人控制方案进行技术试验和探究。学生通过综合考虑性能、成本、安全等因素，对设计方案进行优化。（四）图样表达目标描述：学生能够识读简单的机械加工图、电子线路图、效果图、装配图等常见技术图样。学生能够运用手工绘图工具和简易绘图软件绘制草图、简单的三视图，用技术语言与他人交流设计构想。学生能够通过图样表达设计构想，用技术语言实现有形与无形、抽象与具体的思维转换。在本单元中的体现：学生通过识读机器人控制系统的相关图样，理解系统结构和工作原理。学生运用绘图软件绘制机器人控制系统的流程图、方框图等，表达设计构想。学生通过图样表达与他人交流设计思路和实现方法。（五）物化能力目标描述：学生能够知道常见材料的属性和常用工具、基本设备的使用方法。学生能够根据方案设计要求，进行材料选择、测试与规划，工具选择与使用，工艺设计与产品制作等。学生能够独立完成模型或产品的成型制作、装配及测试，具有较强的动手实践与创造能力。在本单元中的体现：学生通过学习机器人控制系统的设计与实现，了解常见电子元件和工具的属性及使用方法。学生根据方案设计要求，选择合适的电子元件和工具，进行机器人控制系统的制作与装配。学生通过动手实践，提高物化能力，实现机器人控制系统的物化。三、学情分析（一）已知内容分析在高中通用技术选择性必修2《机器人设计与制作》课程的前几章学习中，学生已经掌握了机器人设计与制作的基础知识，包括机器人的基本构成、机械结构、传感器应用等。特别是，在第四章中，学生已经对机器人控制器的硬件组成和工作原理有了一定的了解，如单片机作为核心控制器的应用，以及机器人控制电路和外围设备的连接。这为后续学习机器人的控制策略奠定了坚实的基础。在编程基础方面，虽然本章节首次正式引入编程教学，但考虑到高中生的认知能力和前期信息技术课程的基础，学生已经具备了一定的计算机基础，如文件操作、网络应用等，这些技能对于理解编程的基本概念是有帮助的。（二）新知内容分析本章《机器人的控制策略》主要围绕机器人的三种基本控制结构——顺序结构、分支结构和循环结构展开，旨在通过实例教学，使学生掌握这些控制结构在机器人编程中的应用。顺序结构编程：学生将学习顺序结构的基本概念，理解程序按语句顺序依次执行的特点，并通过机器人前进、后退的实例，掌握顺序结构在机器人运动控制编程中的具体应用。分支结构编程：在掌握顺序结构的基础上，学生将进一步学习分支结构，理解条件判断在程序中的作用。通过机器人避障的实例，学生将学会如何使用分支结构来实现机器人的智能避障功能。循环结构编程：循环结构是编程中的重要概念，能够显著提高程序的执行效率。学生将通过机械爪抓取物体的实例，学习循环结构的基本概念和应用，理解循环在重复执行特定任务中的优势。本章还涉及机器人编程环境的搭建、编程语言的初步认识以及程序调试等技能，这些都是学生在后续机器人设计与制作过程中必不可少的工具和能力。（三）学生学习能力分析逻辑思维能力：高中生正处于逻辑思维能力快速发展的阶段，能够通过分析、综合、抽象、概括等思维活动，理解复杂事物的内在联系和规律。这有助于他们掌握机器人控制策略中的逻辑关系和程序流程。动手实践能力：通用技术课程强调学生的动手实践能力，通过前期的课程学习，学生已经具备了一定的动手能力和实践经验，这为他们在本章中进行机器人编程实践提供了有力支持。自主学习能力：高中生已经具备了一定的自主学习能力，能够在教师的引导下，通过阅读教材、观看教学视频、参与在线讨论等方式，自主学习新知识、新技能。团队合作能力：在机器人设计与制作过程中，团队合作至关重要。通过前期的课程学习和实践活动，学生已经积累了一定的团队合作经验，能够在本章的学习过程中相互协作、共同进步。（四）学习障碍突破策略加强理论与实践的结合：针对部分学生对理论知识理解困难的问题，教师可以通过实物演示、案例分析等方式，将理论知识与机器人编程实践紧密结合起来，帮助学生更好地理解和掌握控制策略的基本原理和应用方法。分层教学，因材施教：针对不同学生的学习能力和兴趣点，教师可以采用分层教学的方法，为不同层次的学生提供个性化的学习资源和指导。例如，对于编程基础较弱的学生，可以提供更多的编程入门教程和实例；对于编程能力较强的学生，则可以引导他们探索更复杂的控制策略和算法。强化编程实践：编程是一门实践性很强的学科，只有通过大量的实践才能真正掌握。教师可以设计一系列由易到难的编程任务，让学生在实践中不断巩固和提高编程能力。鼓励学生在课外时间自主进行编程实践，以加深对控制策略的理解和应用。建立学习支持体系：针对学生在学习过程中可能遇到的各种问题，教师可以建立学习支持体系，包括在线答疑、小组讨论、同伴互助等方式，为学生提供及时、有效的帮助和支持。还可以邀请行业专家或企业工程师来校进行讲座或指导，拓宽学生的视野和知识面。注重思维培养：在编程教学中，不仅要关注学生的技能掌握情况，还要注重培养他们的逻辑思维能力、创新能力和解决问题的能力。教师可以通过设计一些开放性的编程任务，引导学生主动思考、积极探索，培养他们的创新思维和解决问题的能力。通过加强理论与实践的结合、分层教学、强化编程实践、建立学习支持体系和注重思维培养等策略，可以有效突破学生在学习机器人控制策略过程中可能遇到的各种障碍，提高他们的编程能力和综合素质。四、大主题或大概念设计本大单元的主题为“机器人控制策略的探索与实践”。通过本单元的学习，学生将深入理解并掌握机器人的控制策略，包括顺序结构、分支结构、循环结构等编程思想，并通过实践操作将这些理论知识应用于机器人的实际控制中。本主题旨在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，为未来的技术学习和职业发展打下坚实的基础。五、大单元目标叙写结合《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，本大单元的目标叙写如下：（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，理解机器人控制系统对机器人功能实现的关键作用。通过分析不同控制策略在机器人中的应用案例，学生能够形成对机器人控制技术的理性认识和评价。学生能够结合生活实际，思考机器人控制技术对个人生活和社会发展的影响，形成正确的技术价值观。（二）工程思维学生能够运用系统分析和比较权衡的方法，分析机器人控制策略的特点和适用范围。通过设计和实现机器人的控制程序，学生能够初步形成系统的工程思维和问题解决能力。学生能够在实践过程中，考虑机器人控制系统的稳定性、可靠性和安全性，体现工程思维中的风险评估和综合决策。（三）创新设计学生能够基于机器人控制策略的理论知识，提出创新性的控制方案，解决机器人运动中的实际问题。通过编程实践，学生能够体验到技术创新的过程，培养创新意识和创新能力。学生能够运用所学的控制策略知识，设计具有独特功能的机器人，展现创新设计成果。（四）图样表达学生能够使用流程图、伪代码等方式，清晰表达机器人控制程序的逻辑结构。通过绘制机器人控制系统的框图、流程图等，学生能够提高图样表达的能力，准确传递设计思想。学生能够在团队合作中，运用图样表达工具进行交流和讨论，共同完善机器人控制方案。（五）物化能力学生能够通过编程和调试，将机器人控制策略转化为实际的机器人运动，实现控制程序的物化。在实践过程中，学生能够选择合适的硬件设备和工具，搭建机器人控制系统，提高物化能力。学生能够针对机器人控制系统中出现的问题，进行故障排查和维修，确保系统的正常运行。六、大单元教学重点控制策略的理解与应用：重点讲解顺序结构、分支结构、循环结构等控制策略的基本原理和特点，引导学生理解这些策略在机器人控制中的应用。编程实践：通过具体的编程任务，如机器人前进后退、避障、机械爪抓取等，让学生亲自动手编写和调试控制程序，加深对控制策略的理解。系统设计与调试：指导学生进行机器人控制系统的整体设计，包括硬件选型、软件编程、系统调试等，培养学生的系统设计和物化能力。七、大单元教学难点控制策略的综合运用：如何引导学生将多种控制策略综合运用，设计出高效、可靠的机器人控制程序，是教学中的一个难点。故障排查与调试：在机器人控制系统的运行过程中，可能会出现各种故障。如何指导学生快速定位故障原因，并进行有效的调试和修复，是另一个教学难点。创新设计与实现：鼓励学生进行创新设计，提出具有独特功能的机器人控制方案，并将其转化为实际的控制程序，这对学生的创新能力和物化能力提出了更高的要求。以下是针对《第五章机器人的控制策略》各节内容的详细教学设计：第一节顺序结构编程一、顺序结构的概念教学目标：理解顺序结构的基本概念和特点，掌握顺序结构在机器人控制程序中的应用。教学内容：讲解顺序结构的基本概念和流程图表示方法，通过案例分析让学生理解顺序结构在机器人前进、后退等简单运动控制中的应用。教学活动：展示机器人前进、后退的顺序结构流程图。学生分组讨论，分析流程图中各个步骤的意义和作用。引导学生编写简单的机器人前进、后退控制程序，并进行调试和测试。二、机器人运动——顺序结构实现教学目标：通过实践操作，掌握顺序结构在机器人运动控制中的实现方法。教学内容：以机器人前进、后退为例，讲解如何通过编程实现顺序结构的控制逻辑。教学活动：学生根据提供的硬件设备和编程环境，编写机器人前进、后退的控制程序。分组进行程序调试和机器人运动测试，记录测试结果。讨论和总结在编程和调试过程中遇到的问题及解决方法。第二节分支结构编程一、分支结构的概念教学目标：理解分支结构的基本概念和特点，掌握分支结构在机器人控制程序中的应用。教学内容：讲解分支结构的基本概念和流程图表示方法，通过案例分析让学生理解分支结构在机器人避障等复杂运动控制中的应用。教学活动：展示机器人避障的分支结构流程图。学生分组讨论，分析流程图中分支条件的意义和作用。引导学生思考其他可能的应用场景，加深对分支结构的理解。二、机器人避障——分支结构实现教学目标：通过实践操作，掌握分支结构在机器人避障控制中的实现方法。教学内容：以机器人避障为例，讲解如何通过编程实现分支结构的控制逻辑。教学活动：学生根据提供的硬件设备和编程环境，编写机器人避障的控制程序。分组进行程序调试和机器人避障测试，记录测试结果。讨论和总结在编程和调试过程中遇到的问题及解决方法，特别是如何准确检测障碍物并做出反应。第三节循环结构编程一、循环结构的概念教学目标：理解循环结构的基本概念和特点，掌握循环结构在机器人控制程序中的应用。教学内容：讲解循环结构的基本概念和流程图表示方法，通过案例分析让学生理解循环结构在机器人重复动作控制中的应用。教学活动：展示机器人重复抓取物体的循环结构流程图。学生分组讨论，分析流程图中循环条件和循环体的意义和作用。引导学生思考其他可能的应用场景，如机器人巡逻、物料搬运等。二、机械爪抓取——循环结构实现教学目标：通过实践操作，掌握循环结构在机器人重复动作控制中的实现方法。教学内容：以机械爪抓取物体为例，讲解如何通过编程实现循环结构的控制逻辑。教学活动：学生根据提供的硬件设备和编程环境，编写机械爪重复抓取物体的控制程序。分组进行程序调试和机械爪抓取测试，记录测试结果。特别关注循环次数、抓取位置和抓取力度的控制。讨论和总结在编程和调试过程中遇到的问题及解决方法，特别是如何保证抓取动作的准确性和稳定性。通过以上教学设计，学生将能够深入理解并掌握机器人的控制策略，包括顺序结构、分支结构、循环结构等编程思想，并通过实践操作将这些理论知识应用于机器人的实际控制中。学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力也将得到全面提升。八、大单元整体教学思路在《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》的指导下，本大单元的教学设计以“机器人的控制策略”为主题，通过顺序结构、分支结构和循环结构编程的教学，旨在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。以下是大单元整体教学思路的详细阐述。一、教学目标设定（一）技术意识通过机器人的控制策略学习，学生能够认识到机器人技术在现代社会中的重要性，理解机器人技术的发展趋势及其对社会生活的影响，形成对机器人技术的积极态度和责任感。学生能够结合生活中的实际案例，分析机器人技术的应用场景，理解机器人技术在提高生产效率、改善生活品质等方面的作用，形成对机器人技术的理性认识和初步的技术意识。（二）工程思维通过顺序结构、分支结构和循环结构编程的学习，学生能够运用系统分析的方法，对机器人控制策略进行整体规划和设计。学生能够理解机器人控制系统的基本构成和工作原理，掌握机器人控制策略的设计方法，学会从输入、处理、输出等角度对机器人控制系统进行分析和优化。通过项目实践，学生能够培养工程思维，提高解决实际问题的能力。（三）创新设计在机器人控制策略的学习过程中，学生能够运用创新思维，结合实际需求，设计具有创意的机器人控制方案。学生能够了解机器人控制策略的多样性和可变性，学会从多角度、多层次对机器人控制策略进行创新设计。通过项目实践，学生能够体验技术创新的过程，培养创新设计能力，为未来的技术创新奠定基础。（四）图样表达学生能够掌握机器人控制策略的图样表达方式，学会绘制机器人控制系统的流程图、方框图等。通过图样表达，学生能够清晰地展示机器人控制系统的构成和工作流程，提高技术交流的能力。学生能够运用图样表达进行方案设计和优化，提高技术设计的效率和准确性。（五）物化能力通过项目实践，学生能够将机器人控制策略的设计方案转化为具体的物化成果。学生能够选择合适的硬件设备和编程工具，搭建机器人控制系统，实现机器人运动、避障、抓取等功能。在物化过程中，学生能够掌握机器人控制系统的调试和优化方法，提高物化能力和实践操作能力。二、教学内容整合本大单元的教学内容以“机器人的控制策略”为主题，围绕顺序结构、分支结构和循环结构编程展开。教学内容包括机器人控制策略的基本概念、工作原理、设计方法以及项目实践等方面。通过教学内容的整合，学生能够系统地掌握机器人控制策略的知识和技能，培养通用技术核心素养。三、教学重难点分析教学重点顺序结构、分支结构和循环结构编程的理解和应用：学生能够理解顺序结构、分支结构和循环结构的基本概念和工作原理，掌握其编程方法，能够运用这些结构进行机器人控制策略的设计和实现。机器人控制系统的设计和优化：学生能够掌握机器人控制系统的设计方法，学会从输入、处理、输出等角度对机器人控制系统进行分析和优化，提高系统的稳定性和可靠性。教学难点机器人控制策略的创新设计：学生能够结合实际需求，运用创新思维进行机器人控制策略的设计，提出具有创意的解决方案。这需要学生具备较高的创新思维能力和技术设计能力。机器人控制系统的物化实现：学生能够将设计方案转化为具体的物化成果，搭建机器人控制系统，实现机器人运动、避障、抓取等功能。这需要学生具备较强的物化能力和实践操作能力。四、教学策略与方法（一）项目式学习通过项目式学习，学生能够在解决实际问题的过程中掌握机器人控制策略的知识和技能。教师可以设计一系列与机器人控制策略相关的项目任务，如机器人巡线、机器人避障、机器人抓取等，让学生在完成项目任务的过程中学习顺序结构、分支结构和循环结构编程，掌握机器人控制系统的设计方法和优化技巧。（二）案例分析法通过案例分析，学生能够更好地理解机器人控制策略的实际应用。教师可以选取一些典型的机器人控制案例，如工业机器人、服务机器人等，引导学生分析这些机器人的控制策略和工作原理，提高学生的技术意识和工程思维。（三）小组合作学习通过小组合作学习，学生能够相互协作、共同完成任务，提高团队合作能力和交流能力。教师可以将学生分成若干小组，每个小组负责一个机器人控制策略的项目任务。小组成员之间可以分工合作，共同完成项目的设计、编程、调试和优化等工作。（四）探究式学习通过探究式学习，学生能够主动探索、发现问题、解决问题，培养自主学习能力和创新精神。教师可以引导学生针对机器人控制策略中的某个问题进行深入探究，如如何提高机器人控制系统的稳定性、如何优化机器人的运动轨迹等。学生可以通过查阅资料、实验验证等方式进行探究，提出自己的解决方案。五、教学实施步骤（一）导入新课教师可以通过展示一些机器人控制的视频或图片，引导学生了解机器人控制策略的重要性和应用前景，激发学生的学习兴趣和积极性。教师可以简要介绍本单元的学习目标和教学内容，为后续的学习做好准备。（二）顺序结构编程教学顺序结构的概念讲解：教师可以通过讲解和示例的方式，让学生了解顺序结构的基本概念和工作原理。机器人运动——顺序结构实现：教师可以通过项目实践的方式，引导学生运用顺序结构编程实现机器人的运动功能。教师可以先演示一个简单的机器人运动程序，然后让学生模仿编写并调试自己的程序。（三）分支结构编程教学分支结构的概念讲解：教师可以通过讲解和示例的方式，让学生了解分支结构的基本概念和工作原理。机器人避障——分支结构实现：教师可以通过项目实践的方式，引导学生运用分支结构编程实现机器人的避障功能。教师可以先演示一个简单的机器人避障程序，然后让学生模仿编写并调试自己的程序。（四）循环结构编程教学循环结构的概念讲解：教师可以通过讲解和示例的方式，让学生了解循环结构的基本概念和工作原理。机械爪抓取——循环结构实现：教师可以通过项目实践的方式，引导学生运用循环结构编程实现机械爪的抓取功能。教师可以先演示一个简单的机械爪抓取程序，然后让学生模仿编写并调试自己的程序。（五）项目实践与综合评价项目任务布置：教师可以根据学生的学习情况和兴趣爱好，布置一些与机器人控制策略相关的项目任务，如机器人巡线、机器人搬运、机器人舞蹈等。项目实施与指导：学生可以根据项目任务的要求，进行项目的设计、编程、调试和优化等工作。教师可以提供必要的指导和帮助，确保学生能够顺利完成项目任务。项目展示与评价：学生可以将自己的项目成果进行展示，分享项目的设计思路、实现过程和遇到的问题及解决方案。教师可以通过观察、提问、讨论等方式对学生的项目成果进行综合评价，指出学生的优点和不足，提出改进意见。六、教学资源与环境（一）教学资源教材与教辅资料：选用符合《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》要求的教材和教辅资料，确保教学内容的科学性和系统性。在线学习资源：利用网络平台提供丰富的在线学习资源，如教学视频、案例分析、编程工具等，方便学生进行自主学习和拓展学习。硬件设备与编程工具：提供必要的硬件设备和编程工具，如机器人开发板、传感器、电机、编程软件等，确保学生能够顺利进行项目实践和物化实现。（二）教学环境专用教室：配备符合要求的专用教室，确保教学环境的整洁、安静和安全。实验设备：在专用教室内配备必要的实验设备，如机器人实验平台、编程工具、测试仪器等，方便学生进行实验操作和调试。网络环境：提供稳定的网络环境，确保学生能够顺利进行在线学习和资源获取。七、学业评价设计（一）评价原则全面性：评价应涵盖学生的知识掌握、技能提升、思维发展、情感态度等多个方面，全面反映学生的学习成果。客观性：评价应基于学生的学习表现和项目成果，避免主观臆断和偏见，确保评价的客观性和公正性。发展性：评价应注重学生的发展和进步，关注学生的学习过程和努力程度，鼓励学生积极参与和持续改进。（二）评价方式过程性评价：通过观察、提问、讨论等方式，对学生在课堂上的学习表现进行评价，及时反馈学生的学习情况，调整教学策略和方法。项目评价：根据学生的项目成果进行评价，包括项目的设计思路、实现过程、功能效果等方面，评价学生的创新思维、实践能力和团队协作能力。自我评价与同伴评价：鼓励学生进行自我评价和同伴评价，培养学生的自我反思能力和团队合作精神。（三）评价标准技术意识：评价学生对机器人控制策略的理解和认识程度，以及对机器人技术发展趋势和应用前景的关注程度。工程思维：评价学生运用系统分析的方法对机器人控制策略进行设计和优化的能力，以及解决实际问题的能力。创新设计：评价学生的创新思维和创意设计能力，以及提出具有创意的机器人控制方案的能力。图样表达：评价学生运用图样表达进行机器人控制策略设计的能力，以及图样表达的准确性和清晰度。物化能力：评价学生将机器人控制策略的设计方案转化为具体物化成果的能力，以及物化实现的稳定性和可靠性。通过以上教学思路的设计和实施，旨在培养学生的通用技术核心素养，提高学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力，为学生的未来发展奠定坚实的基础。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《机器人设计与制作》第五章《机器人的控制策略》的教学内容，本节课的教学目标设定如下：技术意识：学生能够认识到机器人控制策略在机器人技术中的重要性，理解不同控制策略对机器人行为和性能的影响。学生能够结合具体案例，分析机器人控制策略在实际应用中的优缺点，形成对机器人技术的理性评价。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的基本概念和原理，识别机器人控制系统中的关键要素和相互关系。学生能够通过实际编程和调试，初步掌握机器人控制策略的设计和实现方法，形成初步的工程思维。创新设计：学生能够在理解机器人控制策略的基础上，结合具体任务需求，设计创新的机器人控制方案。学生能够通过技术试验和探究，不断优化机器人控制策略，提高机器人的性能和稳定性。图样表达：学生能够识读和绘制与机器人控制策略相关的技术图样，如流程图、控制框图等。学生能够用技术图样表达机器人控制方案的设计构想，并与他人进行交流。物化能力：学生能够根据机器人控制方案，选择合适的硬件和软件工具，进行机器人的搭建和编程。学生能够通过实际操作和调试，实现机器人控制策略的功能，并对机器人的性能进行测试和优化。二、学习目标基于上述教学目标，本节课的学习目标具体设定如下：技术意识：理解机器人控制策略的基本概念及其对机器人行为的影响。能够分析不同控制策略的优缺点，形成对机器人技术的理性评价。工程思维：掌握顺序结构、分支结构和循环结构的基本概念和原理。能够运用系统分析的方法，识别机器人控制系统中的关键要素和相互关系。通过实际编程和调试，初步掌握机器人控制策略的设计和实现方法。创新设计：结合具体任务需求，设计创新的机器人控制方案。通过技术试验和探究，不断优化机器人控制策略，提高机器人的性能和稳定性。图样表达：能够识读和绘制与机器人控制策略相关的技术图样，如流程图、控制框图等。用技术图样表达机器人控制方案的设计构想，并与他人进行交流。物化能力：选择合适的硬件和软件工具，进行机器人的搭建和编程。通过实际操作和调试，实现机器人控制策略的功能，并对机器人的性能进行测试和优化。三、评价目标设定根据教学目标和学习目标，本节课的评价目标设定如下：技术意识：评价内容：学生对机器人控制策略的理解程度，以及对不同控制策略的优缺点分析。评价方式：通过课堂讨论、案例分析等方式，评价学生的技术意识水平。评价标准：学生能够准确阐述机器人控制策略的基本概念，结合具体案例分析其优缺点，形成对机器人技术的理性评价。工程思维：评价内容：学生对顺序结构、分支结构和循环结构的理解程度，以及运用系统分析方法识别机器人控制系统关键要素的能力。评价方式：通过编程实践、项目设计等方式，评价学生的工程思维水平。评价标准：学生能够正确运用顺序结构、分支结构和循环结构进行机器人控制编程，能够识别并分析机器人控制系统中的关键要素和相互关系，形成初步的工程思维。创新设计：评价内容：学生结合具体任务需求设计创新机器人控制方案的能力，以及通过技术试验和探究优化控制策略的能力。评价方式：通过项目展示、技术试验报告等方式，评价学生的创新设计能力。评价标准：学生能够结合具体任务需求设计出具有创新性的机器人控制方案，能够通过技术试验和探究不断优化控制策略，提高机器人的性能和稳定性。图样表达：评价内容：学生识读和绘制与机器人控制策略相关技术图样的能力，以及用技术图样表达设计构想的能力。评价方式：通过图样作业、设计报告等方式，评价学生的图样表达能力。评价标准：学生能够准确识读和绘制与机器人控制策略相关的技术图样，如流程图、控制框图等，能够用技术图样清晰表达机器人控制方案的设计构想，并与他人进行有效交流。物化能力：评价内容：学生选择合适的硬件和软件工具进行机器人搭建和编程的能力，以及通过实际操作和调试实现机器人控制策略功能的能力。评价方式：通过实践操作、项目测试等方式，评价学生的物化能力。评价标准：学生能够根据机器人控制方案选择合适的硬件和软件工具进行搭建和编程，能够通过实际操作和调试实现机器人控制策略的功能，并对机器人的性能进行测试和优化，表现出较强的物化能力。四、评价实施为了确保评价目标的达成，本节课将采用多元化的评价方式，包括课堂讨论、案例分析、编程实践、项目设计、图样作业、技术试验报告、实践操作和项目测试等。具体评价实施过程如下：课堂讨论与案例分析：在教学过程中，组织学生进行课堂讨论，引导学生分析不同机器人控制策略的优缺点，评价学生的技术意识水平。通过案例分析，让学生深入理解机器人控制策略在实际应用中的效果，进一步巩固和提升技术意识。编程实践与项目设计：组织学生进行编程实践，通过编写顺序结构、分支结构和循环结构的机器人控制程序，评价学生的工程思维水平。引导学生结合具体任务需求设计机器人控制方案，通过项目设计实践评价学生的创新设计能力。图样作业与设计报告：布置图样作业，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、控制框图等，评价学生的图样表达能力。要求学生撰写设计报告，详细阐述机器人控制方案的设计构想和实现过程，进一步评价学生的图样表达和创新能力。技术试验报告与实践操作：组织学生进行技术试验，通过试验数据分析和报告撰写，评价学生的创新设计能力和物化能力。通过实践操作和项目测试，评价学生选择合适的硬件和软件工具进行机器人搭建和编程的能力，以及实现机器人控制策略功能的能力。综合评价与反馈：结合上述各项评价内容，对学生进行综合评价，形成每个学生的评价报告。针对学生在评价过程中表现出的问题和不足，提供具体的反馈和指导建议，帮助学生明确改进方向，不断提升通用技术学科核心素养。通过上述评价实施过程，确保本节课的教学目标和学习目标得到有效达成，进一步提升学生的通用技术学科核心素养。十、大单元实施思路及教学结构图1.大单元实施思路大单元实施思路旨在通过系统的教学设计，帮助学生全面理解和掌握机器人的控制策略，培养其通用技术学科核心素养。本单元将围绕“机器人的控制策略”这一主题，通过顺序结构、分支结构和循环结构三大核心内容的学习，使学生掌握机器人编程的基本方法和技能，并能够运用所学知识解决实际问题。实施过程中，注重理论与实践相结合，通过项目式学习、案例分析、动手实践等多种方式，激发学生的学习兴趣和积极性，提升其技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。2.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，本单元的教学目标设定如下：通用技术的核心素养目标：（一）技术意识学生能够理解机器人控制策略的基本概念和原理，认识到机器人在现代社会中的重要作用和价值。学生能够结合生活实例，分析机器人控制策略的应用场景和效果，形成对技术的敏感性和批判性思维。（二）工程思维学生能够运用系统分析和比较权衡的方法，设计简单的机器人控制策略方案。学生能够通过团队合作和沟通，解决机器人控制策略设计过程中的实际问题，提升工程实践能力和团队合作精神。（三）创新设计学生能够发挥想象力和创造力，提出具有创新性的机器人控制策略方案。学生能够通过技术试验和迭代优化，不断完善自己的设计方案，提升创新设计能力和问题解决能力。（四）图样表达学生能够使用图形样式对机器人控制策略进行可视化描述和交流。学生能够绘制简单的机器人控制流程图和设计图纸，清晰表达设计意图和方案。（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工具，实现机器人控制策略的物化。学生能够通过动手实践，调试和优化机器人控制程序，提升物化能力和动手实践能力。3.教学结构图机器人的控制策略│├──顺序结构编程│├──顺序结构的概念│└──机器人运动--顺序结构实现│├──分支结构编程│├──分支结构的概念│└──机器人避障--分支结构实现│└──循环结构编程├──循环结构的概念└──机械爪抓取--循环结构实现4.具体教学实施步骤第一步：导入新课（约10分钟）活动设计：通过展示一段机器人工作的视频或动画，引发学生的兴趣，并引导学生思考机器人的工作原理和控制方式。教师讲解：简要介绍机器人的控制系统及其重要性，引出本单元的学习主题——“机器人的控制策略”。第二步：顺序结构编程（约60分钟）顺序结构的概念（约15分钟）教师讲解：讲解顺序结构的基本概念和特点，通过实例说明顺序结构在机器人编程中的应用。学生活动：小组讨论，分享自己对顺序结构的理解，并尝试举出生活中的顺序结构实例。机器人运动--顺序结构实现（约45分钟）教师演示：通过编程软件（如ArduinoIDE）演示如何实现机器人的前进、后退等顺序动作。学生实践：学生分组，使用编程软件编写机器人前进、后退的控制程序，并上传至机器人进行调试和运行。问题讨论：学生分享调试过程中遇到的问题及解决方法，教师进行总结和点评。第三步：分支结构编程（约60分钟）分支结构的概念（约15分钟）教师讲解：讲解分支结构的基本概念和特点，通过实例说明分支结构在机器人编程中的应用。学生活动：小组讨论，分享自己对分支结构的理解，并尝试举出生活中的分支结构实例。机器人避障--分支结构实现（约45分钟）教师演示：通过编程软件演示如何实现机器人的避障功能，重点讲解传感器在分支结构中的应用。学生实践：学生分组，使用编程软件和传感器实现机器人的避障功能，并上传至机器人进行调试和运行。问题讨论：学生分享调试过程中遇到的问题及解决方法，教师进行总结和点评。第四步：循环结构编程（约60分钟）循环结构的概念（约15分钟）教师讲解：讲解循环结构的基本概念和特点，通过实例说明循环结构在机器人编程中的应用。学生活动：小组讨论，分享自己对循环结构的理解，并尝试举出生活中的循环结构实例。机械爪抓取--循环结构实现（约45分钟）教师演示：通过编程软件演示如何实现机械爪的循环抓取动作，重点讲解循环结构在控制机械运动中的应用。学生实践：学生分组，使用编程软件实现机械爪的循环抓取动作，并上传至机器人进行调试和运行。问题讨论：学生分享调试过程中遇到的问题及解决方法，教师进行总结和点评。第五步：项目实践与展示（约90分钟）项目设计（约30分钟）教师布置任务：要求学生分组设计一个简单的机器人控制项目，可以是机器人巡逻、搬运、舞蹈等。学生讨论与规划：学生分组讨论项目需求、设计方案和分工安排，并绘制项目流程图和设计图纸。项目实施（约45分钟）学生实践：学生根据设计方案进行编程和硬件搭建，实现机器人控制项目的功能。教师指导：教师在实施过程中进行巡回指导，帮助学生解决遇到的问题。项目展示与评价（约15分钟）学生展示：每组选派代表展示项目成果，并分享设计思路、实施过程和收获体会。教师评价：教师根据通用技术核心素养目标对学生项目进行评价，重点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。第六步：总结与拓展（约15分钟）总结回顾：教师引导学生回顾本单元的学习内容，总结顺序结构、分支结构和循环结构在机器人编程中的应用。拓展延伸：教师介绍机器人控制领域的最新进展和未来发展趋势，鼓励学生关注机器人技术的发展动态，并思考如何将所学知识应用于实际生活中。通过以上教学实施步骤，学生将全面掌握机器人的控制策略，并在实践过程中不断提升通用技术学科核心素养。十一、大情境、大任务创设教学设计概述本节课的教学设计以《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》为指导，围绕“机器人的控制策略”这一主题，结合选择性必修2《机器人设计与制作》的第五章内容，通过顺序结构、分支结构和循环结构三大核心内容的学习，旨在帮助学生全面掌握机器人编程的基本方法和技能，并能够运用所学知识解决实际问题。本节课注重理论与实践相结合，通过项目式学习、案例分析、动手实践等多种方式，激发学生的学习兴趣和积极性，培养其通用技术学科核心素养。一、大情境设计情境主题：智能物流仓库中的机器人控制策略情境背景：随着科技的飞速发展，智能物流仓库已成为现代物流系统的重要组成部分。智能物流仓库利用先进的机器人技术，实现了货物的自动搬运、分拣和存储，大大提高了物流效率。本节课将以智能物流仓库为背景，设计一个涵盖顺序结构、分支结构和循环结构的大情境，让学生在模拟的真实环境中学习和掌握机器人的控制策略。情境描述：在智能物流仓库中，机器人需要完成一系列复杂的任务，包括货物的搬运、分拣和存储。为了实现这些任务，机器人需要采用不同的控制策略，如顺序结构、分支结构和循环结构。学生将扮演物流仓库的技术人员，负责设计和编程机器人，以完成特定的任务。二、大任务创设（一）总任务：设计并编程智能物流仓库中的机器人任务目标：学生需要综合运用顺序结构、分支结构和循环结构，设计并编程智能物流仓库中的机器人，完成货物的搬运、分拣和存储任务。通过完成任务，学生将深刻理解机器人控制策略的重要性，并提升其技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。任务内容：任务分解：子任务一：设计机器人的顺序结构编程（货物的连续搬运）子任务二：设计机器人的分支结构编程（货物的分拣）子任务三：设计机器人的循环结构编程（货物的多次存储）任务要求：学生需要明确每个子任务的具体要求和目标，如搬运货物的起点和终点、分拣货物的类型和目的地、存储货物的位置和次数等。学生需要选择合适的编程语言和工具，如Arduino、Python等，进行机器人控制程序的编写和调试。学生需要绘制机器人的控制流程图和设计图纸，清晰表达设计意图和方案。学生需要通过动手实践，将设计方案转化为实际的机器人控制程序，并进行测试和优化。（二）子任务一：设计机器人的顺序结构编程（货物的连续搬运）任务目标：学生需要设计并实现一个顺序结构控制程序，使机器人能够按照预定的路线连续搬运货物。通过完成任务，学生将理解顺序结构的基本概念和应用，并提升其技术意识和物化能力。任务内容：任务分析：学生需要分析货物的搬运过程，确定机器人的起点、终点和搬运路线。学生需要了解机器人的运动控制原理，包括电机的驱动、传感器的反馈等。程序设计：学生需要编写顺序结构控制程序，使机器人能够按照预定的路线连续运动。学生需要在程序中设置合适的延时或等待函数，确保机器人能够稳定地搬运货物。测试与优化：学生需要通过实际测试，验证机器人的搬运效果。学生需要根据测试结果，对控制程序进行优化和调整，提高机器人的搬运效率和稳定性。（三）子任务二：设计机器人的分支结构编程（货物的分拣）任务目标：学生需要设计并实现一个分支结构控制程序，使机器人能够根据货物的类型进行分拣。通过完成任务，学生将理解分支结构的基本概念和应用，并提升其工程思维和图样表达能力。任务内容：任务分析：学生需要分析货物的分拣过程，确定不同类型的货物及其分拣规则。学生需要了解机器人的传感器和识别系统，如条形码扫描器、RFID读卡器等。程序设计：学生需要编写分支结构控制程序，使机器人能够识别货物的类型并根据分拣规则进行分拣。学生需要在程序中设置合适的条件判断语句，确保机器人能够准确分拣货物。测试与优化：学生需要通过实际测试，验证机器人的分拣效果。学生需要根据测试结果，对控制程序进行优化和调整，提高机器人的分拣准确性和效率。（四）子任务三：设计机器人的循环结构编程（货物的多次存储）任务目标：学生需要设计并实现一个循环结构控制程序，使机器人能够多次将货物存储到指定的位置。通过完成任务，学生将理解循环结构的基本概念和应用，并提升其创新设计和物化能力。任务内容：任务分析：学生需要分析货物的存储过程，确定存储的位置和次数。学生需要了解机器人的定位系统和存储机构，如机械臂、传送带等。程序设计：学生需要编写循环结构控制程序，使机器人能够多次执行存储动作。学生需要在程序中设置合适的循环控制语句，确保机器人能够按照预定的次数和位置存储货物。测试与优化：学生需要通过实际测试，验证机器人的存储效果。学生需要根据测试结果，对控制程序进行优化和调整，提高机器人的存储效率和准确性。三、教学实施步骤情境导入（约5分钟）：教师介绍智能物流仓库的背景和机器人控制策略的重要性。教师展示智能物流仓库的模拟环境，激发学生的学习兴趣。任务分解与说明（约10分钟）：教师详细解释总任务和子任务的目标、内容和要求。教师引导学生分析每个子任务的关键点和难点。知识讲解与示范（约20分钟）：教师讲解顺序结构、分支结构和循环结构的基本概念和应用。教师通过案例分析和编程示范，展示如何设计机器人控制程序。学生实践与操作（约40分钟）：学生分组进行任务设计和编程实践。学生在教师的指导下，编写机器人控制程序并进行调试。学生绘制控制流程图和设计图纸，表达设计意图和方案。成果展示与评价（约15分钟）：学生展示机器人控制程序的运行效果和设计图纸。教师和学生共同评价每个小组的成果，提出改进建议。总结与拓展（约10分钟）：教师总结本节课的重点和难点，强调机器人控制策略的重要性。教师介绍机器人控制领域的最新进展和未来发展趋势，鼓励学生关注机器人技术的发展动态。四、教学目标设定通用技术的核心素养目标：技术意识：学生能够理解机器人控制策略的基本概念和原理，认识到机器人在智能物流仓库等实际场景中的应用价值。学生能够结合生活实例，分析机器人控制策略的应用场景和效果，形成对技术的敏感性和批判性思维。工程思维：学生能够运用系统分析和比较权衡的方法，设计合理的机器人控制策略方案。学生能够通过团队合作和沟通，解决机器人控制策略设计过程中的实际问题，提升工程实践能力和团队合作精神。创新设计：学生能够发挥想象力和创造力，提出具有创新性的机器人控制策略方案。学生能够通过技术试验和迭代优化，不断完善自己的设计方案，提升创新设计能力和问题解决能力。图样表达：学生能够使用图形样式对机器人控制策略进行可视化描述和交流。学生能够绘制清晰的机器人控制流程图和设计图纸，准确表达设计意图和方案。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，实现机器人控制策略的物化。学生能够通过动手实践，调试和优化机器人控制程序，提升物化能力和动手实践能力。通过本节课的学习，学生将全面掌握机器人的控制策略，并在实践过程中不断提升通用技术学科核心素养，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：机器人的控制策略课时设计：第一课时：顺序结构编程内容：顺序结构的概念，机器人运动——顺序结构实现第二课时：分支结构编程内容：分支结构的概念，机器人避障——分支结构实现第三课时：循环结构编程内容：循环结构的概念，机械爪抓取——循环结构实现（二）学习目标通用技术的核心素养目标：技术意识学生能够理解机器人控制策略的基本概念和原理，认识到机器人控制策略在机器人设计与制作中的重要性。学生能够结合生活实例，分析机器人控制策略的应用场景和效果，形成对技术的敏感性和批判性思维。工程思维学生能够运用系统分析和比较权衡的方法，设计简单的机器人控制策略方案。学生能够通过团队合作和沟通，解决机器人控制策略设计过程中的实际问题，提升工程实践能力和团队合作精神。创新设计学生能够发挥想象力和创造力，提出具有创新性的机器人控制策略方案。学生能够通过技术试验和迭代优化，不断完善自己的设计方案，提升创新设计能力和问题解决能力。图样表达学生能够识读和绘制机器人控制策略的相关图样，如流程图、程序框图等。学生能够运用图样表达工具和技术，清晰地展示机器人控制策略的设计思路和实现过程。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，实现机器人控制策略的物化。学生能够通过调试和优化，确保机器人控制策略的有效性和稳定性，提升动手实践和问题解决能力。（三）评价任务课堂表现评价：观察学生在课堂上的参与度、合作情况和问题解决能力，评价学生的技术意识和工程思维。作品评价：评价学生设计的机器人控制策略方案，包括方案的创新性、实用性和可行性，以及图样表达的清晰度和准确性。实践操作评价：评价学生在物化过程中的操作技能、调试能力和问题解决能力，以及最终作品的运行效果和稳定性。自我评价与互评：鼓励学生进行自我评价和互评，反思学习过程中的收获和不足，提出改进建议。（四）学习过程第一课时：顺序结构编程导入新课：通过展示一个简单的机器人运动视频，引出机器人控制策略的话题，激发学生的学习兴趣。新知讲授：顺序结构的概念：讲解顺序结构的基本概念和特点，强调其在机器人控制策略中的基础作用。机器人运动——顺序结构实现：结合实例，演示如何使用顺序结构编程实现机器人的基本运动，如前进、后退、转弯等。实践操作：学生分组进行实践操作，使用编程软件编写顺序结构程序，控制机器人完成基本运动。教师巡回指导，解答学生疑问，帮助学生解决操作过程中的问题。课堂小结：总结顺序结构编程的基本步骤和注意事项，强调其在机器人控制策略中的重要性。第二课时：分支结构编程复习旧知：回顾顺序结构编程的基本概念和实现方法。新知讲授：分支结构的概念：讲解分支结构的基本概念和特点，强调其在处理机器人控制策略中条件判断问题的重要性。机器人避障——分支结构实现：结合实例，演示如何使用分支结构编程实现机器人的避障功能。实践操作：学生分组进行实践操作，使用编程软件编写分支结构程序，控制机器人完成避障任务。教师巡回指导，解答学生疑问，帮助学生解决操作过程中的问题。课堂小结：总结分支结构编程的基本步骤和注意事项，强调其在处理机器人控制策略中条件判断问题的有效性。第三课时：循环结构编程复习旧知：回顾顺序结构和分支结构编程的基本概念和实现方法。新知讲授：循环结构的概念：讲解循环结构的基本概念和特点，强调其在处理机器人控制策略中重复执行任务的重要性。机械爪抓取——循环结构实现：结合实例，演示如何使用循环结构编程实现机械爪的抓取功能。实践操作：学生分组进行实践操作，使用编程软件编写循环结构程序，控制机械爪完成抓取任务。教师巡回指导，解答学生疑问，帮助学生解决操作过程中的问题。课堂小结：总结循环结构编程的基本步骤和注意事项，强调其在处理机器人控制策略中重复执行任务的高效性。（五）作业与检测作业：完成课后习题，巩固所学内容。设计一个机器人控制策略方案，包括顺序结构、分支结构和循环结构的应用，并绘制相应的流程图。检测：课堂小测验：检查学生对机器人控制策略基本概念和编程方法的理解程度。作品展示与评价：评价学生设计的机器人控制策略方案，包括方案的创新性、实用性和可行性，以及图样表达的清晰度和准确性。（六）学后反思学生反思：反思自己在学习过程中的收获和不足，特别是在技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力方面的提升情况。提出自己在实践操作中遇到的问题和困难，以及解决这些问题的方法和策略。教师反思：总结本单元的教学实施情况，评估教学目标达成度。分析学生在学习过程中出现的问题和困难，反思教学方法和手段的有效性。提出改进措施和建议，为今后的教学提供参考。十三、学科实践与跨学科学习设计教学目标通过《机器人的控制策略》这一章的教学，旨在全面提升学生的通用技术学科核心素养，具体包括：技术意识：学生能够理解机器人控制策略的基本概念及其在机器人功能实现中的重要性，形成对机器人技术的敏感性和关注度。学生能够结合生活实例，分析机器人控制策略在各个领域的应用场景和效果，增强对技术的理解和应用能力。工程思维：学生能够运用系统分析和比较权衡的方法，设计并实施简单的机器人控制策略方案。学生能够通过团队合作和沟通，解决在机器人控制策略设计过程中遇到的实际问题，提升工程实践能力和团队合作精神。创新设计：学生能够发挥想象力和创造力，提出具有创新性的机器人控制策略方案。学生能够通过技术试验和迭代优化，不断完善自己的设计方案，提升创新设计能力和问题解决能力。图样表达：学生能够识读和绘制与机器人控制策略相关的图样，如流程图、结构图等，清晰表达设计思路。学生能够运用图样表达工具和技术，准确、完整地展示机器人控制策略的设计和实现过程。物化能力：学生能够根据设计方案，选择合适的材料和工具，制作并调试机器人控制系统，实现预期功能。学生能够对机器人控制系统进行性能测试和优化，提升其稳定性和可靠性。学习目标顺序结构编程概念理解：学生能够理解顺序结构的基本概念及其在编程中的应用。实践操作：学生能够使用顺序结构编写简单的机器人运动控制程序，如前进、后退、转弯等。图样表达：学生能够绘制机器人运动控制的流程图，清晰表达程序执行顺序。分支结构编程概念理解：学生能够理解分支结构的基本概念及其在编程中的应用。实践操作：学生能够使用分支结构编写机器人避障控制程序，实现机器人在遇到障碍物时的自动避让。图样表达：学生能够绘制机器人避障控制的流程图，清晰表达程序分支逻辑。循环结构编程概念理解：学生能够理解循环结构的基本概念及其在编程中的应用。实践操作：学生能够使用循环结构编写机械爪抓取控制程序，实现机械爪的重复抓取动作。图样表达：学生能够绘制机械爪抓取控制的流程图，清晰表达程序循环逻辑。作业目标设定基础作业完成顺序结构、分支结构和循环结构的基础编程练习，确保学生能够熟练掌握这些结构在机器人控制策略中的应用。绘制与编程练习相对应的流程图，加深对编程逻辑的理解。拓展作业设计一个包含顺序结构、分支结构和循环结构的综合机器人控制策略方案，解决一个实际问题（如机器人自动搬运、自动导航等）。制作并调试机器人控制系统，实现方案中的功能，并撰写详细的设计报告和调试记录。创新作业在拓展作业的基础上，鼓励学生发挥想象力和创造力，对机器人控制策略方案进行创新设计。制作并调试创新设计的机器人控制系统，进行性能测试和优化，撰写创新设计报告和性能测试报告。教学设计第一节顺序结构编程一、教学内容顺序结构的概念：介绍顺序结构的基本概念及其在编程中的应用。机器人运动--顺序结构实现：通过实例演示如何使用顺序结构编写机器人运动控制程序。二、教学过程引入通过视频或实物展示，引导学生观察机器人的基本运动方式（如前进、后退、转弯等）。提出问题：如何实现机器人的这些基本运动？引出顺序结构的概念。新知讲授详细讲解顺序结构的基本概念及其在编程中的应用。通过实例演示，展示如何使用顺序结构编写机器人运动控制程序。实践操作指导学生分组进行编程练习，编写简单的机器人运动控制程序。提供必要的编程环境和工具支持（如机器人仿真软件、编程语言等）。图样表达引导学生绘制机器人运动控制的流程图，清晰表达程序执行顺序。分组展示和交流流程图，进行相互评价和改进。总结与拓展总结顺序结构在机器人控制策略中的应用特点和优势。引导学生思考：如何在机器人控制策略中引入分支结构和循环结构？三、作业布置完成基础作业：编写一个简单的机器人前进、后退、转弯的顺序控制程序，并绘制相应的流程图。第二节分支结构编程一、教学内容分支结构的概念：介绍分支结构的基本概念及其在编程中的应用。机器人避障--分支结构实现：通过实例演示如何使用分支结构编写机器人避障控制程序。二、教学过程复习引入复习顺序结构的概念和应用。提出问题：当机器人遇到障碍物时应该如何处理？引出分支结构的概念。新知讲授详细讲解分支结构的基本概念及其在编程中的应用。通过实例演示，展示如何使用分支结构编写机器人避障控制程序。实践操作指导学生分组进行编程练习，编写机器人避障控制程序。提供必要的编程环境和工具支持（如机器人仿真软件、编程语言等）。图样表达引导学生绘制机器人避障控制的流程图，清晰表达程序分支逻辑。分组展示和交流流程图，进行相互评价和改进。总结与拓展总结分支结构在机器人控制策略中的应用特点和优势。引导学生思考：如何在机器人控制策略中引入循环结构？三、作业布置完成基础作业：编写一个简单的机器人避障分支控制程序，并绘制相应的流程图。第三节循环结构编程一、教学内容循环结构的概念：介绍循环结构的基本概念及其在编程中的应用。机械爪抓取--循环结构实现：通过实例演示如何使用循环结构编写机械爪抓取控制程序。二、教学过程复习引入复习分支结构的概念和应用。提出问题：如何实现机械爪的重复抓取动作？引出循环结构的概念。新知讲授详细讲解循环结构的基本概念及其在编程中的应用。通过实例演示，展示如何使用循环结构编写机械爪抓取控制程序。实践操作指导学生分组进行编程练习，编写机械爪抓取控制程序。提供必要的编程环境和工具支持（如机器人仿真软件、编程语言等）。图样表达引导学生绘制机械爪抓取控制的流程图，清晰表达程序循环逻辑。分组展示和交流流程图，进行相互评价和改进。总结与拓展总结循环结构在机器人控制策略中的应用特点和优势。引导学生思考：如何将顺序结构、分支结构和循环结构综合应用于机器人控制策略中？三、作业布置完成基础作业：编写一个简单的机械爪抓取循环控制程序，并绘制相应的流程图。跨学科学习设计为了进一步提升学生的综合能力和创新思维，可以将机器人控制策略的学习与其他学科相结合，开展跨学科学习活动。与数学学科的结合在机器人控制策略的设计和实现过程中，引导学生运用数学知识（如函数、方程、几何等）进行精确的计算和分析。通过数学建模的方式，优化机器人控制策略的性能和效率。与物理学科的结合结合物理学的相关知识（如力学、运动学、电学等），深入分析机器人运动和控制过程中的物理原理。通过物理实验的方式，验证机器人控制策略的有效性和可靠性。与计算机科学学科的结合引导学生学习计算机科学的相关知识（如数据结构、算法设计、人工智能等），提升编程能力和算法设计能力。结合计算机科学的前沿技术（如机器学习、深度学习等），探索机器人控制策略的创新应用。与艺术学科的结合引导学生运用艺术设计的理念和方法，对机器人进行外观设计和功能优化。通过艺术创作的方式，展示机器人控制策略的创新成果和应用价值。通过以上跨学科学习设计，可以帮助学生从多个角度深入理解机器人控制策略的原理和应用，培养其综合能力和创新思维。也能够激发学生的学习兴趣和积极性，提升学习效果和教学质量。十四、大单元作业设计一、教学目标本单元的教学目标旨在通过《机器人的控制策略》这一单元的学习，帮助学生全面掌握机器人的控制策略，包括顺序结构、分支结构和循环结构三大核心内容，进而培养其通用技术学科核心素养。具体目标如下：技术意识：学生能够理解机器人控制策略的基本概念和原理，认识到机器人在现代社会中的重要作用和价值。学生能够结合生活实例，分析机器人控制策略的应用场景和效果，形成对技术的敏感性和批判性思维。工程思维：学生能够运用系统分析和比较权衡的方法，设计简单的机器人控制策略方案。通过团队合作和沟通，学生能够解决机器人控制策略设计过程中的实际问题，提升工程实践能力和团队合作精神。创新设计：学生能够发挥想象力和创造力，提出具有创新性的机器人控制策略方案。通过技术试验和迭代优化，学生能够不断完善自己的设计方案，提升创新设计能力和问题解决能力。图样表达：学生能够通过绘制流程图、编写程序等技术图样，清晰地表达自己的设计思路和控制策略。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，实现机器人控制策略的物化。通过动手实践，学生能够调试和优化机器人控制程序，提升物化能力和动手实践能力。二、作业目标设定（一）技术意识作业1：生活实例分析内容：要求学生寻找并分析生活中的机器人应用实例，特别是那些应用了顺序结构、分支结构或循环结构的机器人。要求：学生需提交一份分析报告，内容包括机器人应用实例的描述、控制策略的分析（指出哪些部分应用了顺序、分支或循环结构）、以及该应用实例对社会的意义和价值。作业2：技术敏感度训练内容：关注最新的机器人技术动态，特别是控制策略方面的创新。要求：学生需定期（如每周）搜集并整理最新的机器人技术资讯，分析这些新技术如何改进了机器人的控制策略，以及这些改进对社会生活的影响。（二）工程思维作业3：机器人控制策略方案设计内容：设计一个基于顺序结构、分支结构或循环结构的机器人控制策略方案。要求：学生需提交一份详细的方案设计报告，包括设计背景、设计目标、控制策略选择（顺序、分支或循环）、设计步骤、预期效果以及可能的工程挑战和解决方案。作业4：团队合作与问题解决内容：分组完成一个机器人控制项目，每组负责实现一个特定的控制策略（顺序、分支或循环）。要求：学生需提交一份项目报告，包括项目背景、团队分工、设计过程、遇到的问题及解决方案、最终成果展示以及项目反思。（三）创新设计作业5：创新控制策略提案内容：针对某个具体的机器人应用场景，提出一个创新的控制策略提案。要求：学生需提交一份提案报告，包括提案背景、创新点、技术实现方案、预期效果、以及与其他控制策略的比较分析。作业6：技术试验与迭代优化内容：对自己设计的机器人控制策略进行技术试验，并根据试验结果进行迭代优化。要求：学生需提交试验报告，包括试验目的、试验方法、试验数据、结果分析、存在的问题以及优化方案。（四）图样表达作业7：控制策略流程图绘制内容：绘制自己设计的机器人控制策略的流程图。要求：流程图需清晰、准确地表达控制策略的逻辑关系，包括顺序结构、分支结构和循环结构的运用。作业8：程序编写与注释内容：编写机器人控制策略的程序代码，并对代码进行详细的注释。要求：代码需符合编程规范，注释需准确、清晰，能够帮助他人理解代码的逻辑和功能。（五）物化能力作业9：硬件搭建与调试内容：根据设计方案，选择合适的硬件进行机器人控制系统的搭建，并进行调试。要求：学生需提交一份硬件搭建报告，包括硬件选择理由、搭建步骤、调试过程、遇到的问题及解决方案。作业10：控制程序实现与测试内容：将编写的控制程序上传到机器人控制系统中，并进行测试。要求：学生需提交一份测试报告，包括测试目的、测试方法、测试结果、存在的问题以及改进措施。三、作业实施与评价（一）作业实施作业分配与指导：教师在每节课后根据教学内容布置相应的作业，并提供必要的指导和资源支持。小组合作与交流：鼓励学生以小组合作的形式完成作业，通过团队协作提升工程思维和创新设计能力。进度跟踪与反馈：教师定期检查学生的作业进度，提供及时反馈，帮助学生解决作业过程中遇到的问题。（二）作业评价评价标准：技术意识：评价学生对机器人控制策略的理解和应用能力，以及对技术动态的关注和分析能力。工程思维：评价学生的方案设计能力、问题解决能力和团队合作精神。创新设计：评价学生的创新能力和实践能力，以及设计方案的可行性和创新性。图样表达：评价学生的图样表达能力和程序编写能力，以及注释的准确性和清晰度。物化能力：评价学生的硬件搭建和调试能力，以及控制程序的实现和测试能力。评价方式：自评与互评：鼓励学生进行自评和互评，提升自我反思和批判性思维能力。教师评价：教师根据评价标准对学生的作业进行打分和评价，提供具体的改进建议。展示与评价：定期组织作业展示活动，让学生展示自己的作业成果，接受教师和同学的评价和建议。通过以上作业设计和实施，旨在全面培养学生的通用技术学科核心素养，提升学生在机器人控制策略方面的理论水平和实践能力。十五、“教-学-评”一致性课时设计第一节顺序结构编程一、课时基本信息教材版本：2019版地质版高中通用技术单元主题：机器人设计与制作章节：第五章机器人的控制策略课时：第一课时二、教学目标通用技术的核心素养目标：技术意识：学生能够理解顺序结构在机器人编程中的基本应用，认识到顺序结构在控制机器人运动中的重要作用。工程思维：学生能够运用系统分析的方法，设计并实现基于顺序结构的机器人运动控制程序。创新设计：学生能够结合生活实例，提出创新的机器人运动控制方案。图样表达：学生能够使用流程图清晰表达机器人顺序结构的设计思路。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，实现机器人顺序结构控制的物化。三、作业目标完成课后作业，设计并实现一个简单的机器人顺序结构运动控制程序。绘制机器人顺序结构控制流程图，并附上设计思路说明。四、课程目标通过本节课的学习，学生能够掌握顺序结构的基本概念，理解顺序结构在机器人编程中的应用，并能够设计并实现基于顺序结构的机器人运动控制程序。五、教学过程第一步：导入新课（约10分钟）活动设计：通过展示一段机器人按照预定顺序执行任务的视频，引导学生思考机器人是如何实现这一系列动作的。教师讲解：简要介绍机器人的控制系统及其重要性，引出本节课的学习主题——顺序结构编程。第二步：顺序结构的概念（约15分钟）教师讲解：讲解顺序结构的基本概念和特点，通过实例说明顺序结构在机器人编程中的应用。学生活动：小组讨论，分享自己对顺序结构的理解，并尝试举出生活中的顺序结构实例。第三步：机器人运动——顺序结构实现（约45分钟）问题思考：观察汽车前进、后退的过程，思考如何设计机器人的前进、后退过程。教师演示：通过编程软件（如ArduinoIDE）演示如何实现机器人的前进、后退等顺序动作。学生实践：学生分组，使用编程软件编写机器人前进、后退的控制程序。学生上传程序至机器人进行调试和运行。问题讨论：学生分享调试过程中遇到的问题及解决方法，教师进行总结和点评。六、学业评价评价原则：注重过程性评价，关注学生在实践活动中的表现和参与度。采用多元化评价方式，结合学生自评、互评和教师评价。评价方式：课堂参与度：观察学生在小组讨论和实践活动中的积极参与程度。作业评价：评价学生提交的机器人顺序结构控制程序和流程图，重点关注程序的正确性和流程图的清晰度。实践操作：评价学生在机器人调试过程中的操作规范性和问题解决能力。七、教学反思本节课通过视频导入、教师讲解、学生实践和问题讨论等环节，使学生充分理解了顺序结构的基本概念及其在机器人编程中的应用。部分学生在编程过程中遇到了困难，需要教师在后续课程中加强个别辅导，确保每位学生都能掌握顺序结构编程的基本技能。第二节分支结构编程一、课时基本信息教材版本：2019版地质版高中通用技术单元主题：机器人设计与制作章节：第五章机器人的控制策略课时：第二课时二、教学目标通用技术的核心素养目标：技术意识：学生能够理解分支结构在机器人编程中的应用，认识到分支结构在处理条件判断问题中的重要性。工程思维：学生能够运用比较权衡的方法，设计并实现基于分支结构的机器人避障程序。创新设计：学生能够结合生活实例，提出创新的机器人避障方案。图样表达：学生能够使用流程图清晰表达机器人分支结构的设计思路。物化能力：学生能够根据设计方案，选择合适的传感器和编程工具，实现机器人分支结构控制的物化。三、作业目标完成课后作业，设计并实现一个简单的机器人避障程序。绘制机器人避障控制流程图，并附上设计思路说明。四、课程目标通过本节课的学习，学生能够掌握分支结构的基本概念，理解分支结构在机器人编程中的应用，并能够设计并实现基于分支结构的机器人避障程序。五、教学过程第一步：导入新课（约5分钟）活动设计：通过展示一段机器人避障的视频，引导学生思考机器人是如何实现避障功能的。教师讲解：简要回顾顺序结构的概念，引出本节课的学习主题——分支结构编程。第二步：分支结构的概念（约15分钟）教师讲解：讲解分支结构的基本概念和特点，通过实例说明分支结构在机器人编程中的应用。学生活动：小组讨论，分享自己对分支结构的理解，并尝试举出生活中的分支结构实例。第三步：机器人避障——分支结构实现（约45分钟）问题思考：观察汽车躲避前方障碍物的过程，思考使用近红外传感器是否可以满足实现机器人避障功能的要求。教师演示：通过编程软件（如ArduinoIDE）演示如何实现机器人的避障功能。学生实践：学生分组，选择合适的传感器（如近红外传感器）并安装在机器人车体上。学生根据避障流程图编写程序，并上传至机器人进行调试和运行。问题讨论：学生分享调试过程中遇到的问题及解决方法，教师进行总结和点评。六、学业评价评价原则：注重过程性评价，关注学生在实践活动中的表现和参与度。采用多元化评价方式，结合学生自评、互评和教师评价。评价方式：课堂参与度：观察学生在小组讨论和实践活动中的积极参与程度。作业评价：评价学生提交的机器人避障程序和流程图，重点关注程序的正确性和流程图的清晰度。实践操作：评价学生在机器人调试过程中的操作规范性和问题解决能力。七、教学反思本节课通过视频导入、教师讲解、学生实践和问题讨论等环节，使学生充分理解了分支结构的基本概念及其在机器人编程中的应用。部分学生在传感器安装和编程过程中遇到了困难，需要教师在后续课程中加强个别辅导，确保每位学生都能掌握分支结构编程的基本技能。第三节循环结构编程一、课时基本信息教材版本：2019版地质版高中通用技术单元主题：机器人设计与制作章节：第五章机器人的控制策略课时：第三课时二、教学目标通用技术的核心素养目标：技术意识：学生能够理解循环结构在机器人编程中的应用，认识到循环结构在重复执行任务中的重要作用。工程思维：学生能够运用系统分析的方法，设计并实现基于循环结构的机器人控制程序。创新设计：学生能够结合生活实例，提出创新的机器人循环控制方案。图样表达：学生能够使用流程