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| 普通高中通用技术课程标准解读——简易机器人制作 | |||||
作者：佚名 文章来源：普通高中通用技术课程 点击数： 更新时间：2008-3-24  |
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（一）本模块的教育价值 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。 目前，教学用机器人结构较复杂，未能在中学广泛推开。把机器人进行简易化，为广大高中学生所能接受、喜欢，并可纳入技术选修课程，让学生在这段对人生的发展起着重要作用的高中阶段里，有一个与高技术接触的经历，有一个运用先进技术和先进技术思想方法的机会，激发其强烈的学习兴趣，产生对技术的亲近感，有利于促进一部分学生形成向技术方向发展的倾向。 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。 “简易机器人制作”以应用性设计为主，它具有思路广、用途多、实践性强等特点，为学生提供了宽广而丰富的想象空间，有利于学生创新精神的培养和实践能力的提高。同时，所用的材料价格低廉，对学校设备要求不高，容易在一般中学开设和推广。 （二）本模块的内容设置 本模块是由“单片机及其控制程序”、“单片机与控制电路”和“单片机与传动机械”三个主题组成。“单片机及其控制程序”主要是学习单片机的编程语言，并学会简单的编程。“单片机与控制电路”是以单片机为控制器，学会简单的程序控制。“单片机与传动机械”主要是学习机械最基本的知识，并通过设计和制作简易机器人，使学生对系统组成的认识由单一的硬件拓展到由软件和硬件组成的控制系统，并通过软件和硬件之间的联系和协调，更深一层次地让学生运用系统思想方法和技术试验去解决设计中的技术问题，并能亲身感受先进技术方法的优越性，使学生在“技术与设计”中习得的知识、技能和方法得到再一次锤炼。 本模块中，虽然编程语言和传动机械占了比较多的篇幅，但教学重点还是在设计和制作上。在教学中，还应加强系统思想方法和技术试验方法在新的学习情景中的应用和指导。 二、 具体内容标准及相关活动的说明 （一）单片机及其控制程序 1.知道单片机的特点和应用 （1）单片机实际上是一台微型计算机，它具有一般计算机的主要结构，但又比PC机要简单很多。通过对单片机的学习，能够进一步拓展学生有关计算机的知识和技能，特别是了解计算机在自动化控制中的应用。选择合适的单片机是对机器人简易化的一项十分关键的措施。 单片机可以方便地嵌入各种设备、仪表、家电和玩具之中，它的应用十分广泛，这使它十分接近学生的生活经验，用单片机做简易机器人的核心，便于激发学生兴趣，有利于教学的实施。 另外，单片机性价比好，有的型号可以反复读写和固化，因此可以反复试验和使用，适宜于学校设备条件下进行推广。 对单片机的特点和应用，往往采取这样的做法：先把单片机的特点列举出来，再介绍单片机一些具体的应用领域和实例。在本标准中，应当如何理解和处理这个问题呢？ （2） 不仅要让学生知道单片机的几个特点，更重要的是让学生理解这些特点是在怎样的背景下形成的。 单片机的最大特点是体积小，它在只有人指甲大小的芯片上制造大规模集成电路。但最早发明的计算机重达30余吨，耗电140kw，占地面积150多平方米，是一个庞然大物。在短短的几十年里单片机能够做到这样髙度集成化，从而产生巨大的变化，是在市场需求的强大推动下，不断进行改进的结果，更重要的是在设计上进行的重大创新，采用了软件取代由部分模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能。 （3） 关于单片机的应用，可以从在工业、农业领域和日常生活中的应用去讲，也可以尝试从不同的视角去拓宽学生的视野。 例：根据资料报道，在90年代，全世界平均每6人就有一片单片机，美国平均一个人有64片单片机，这些数据也能从另外一个侧面生动地说明单片机的广泛应用。 2.知道单片机的基本组成及工作过程 对这一内容在本条标准中作为“黑箱”来处理，所以不要求做过分详细的介绍。 3.知道单片机集成电路引脚的功能 这一部分内容要求结合电路图和实物认识引脚的功能。不要求死记硬背。 4.了解一种单片机的编程语言，掌握一种单片机常用的编程指令 （1）了解单片机编程语言的选择过程。 对单片机来讲，可以使用的语言有机器语言、汇编语言和高级语言。这就遇到了对这三类语言进行权衡和选择的问题。权衡是对互相抵触的因素进行审慎的取舍，它在技术的开发过程中具有十分重要的价值。 由于单片机主要用于控制，输入一条指令，执行的速度问题对控制系统来讲是一个重要的因素。机器语言执行速度最快，但人使用起来不方便；高级语言具有通用性，人使用起来较方便，但它的执行速度最慢。汇编语言的执行速度和使用的方便性介于这两种语言之间。根据控制的要求，经过对各个制约条件的分析和权衡之后，一般来说，就可以选择一种合适的语言作为简易机器人的编程语言。 （2）“常用的编程指令”指实现本目标内容中所需要掌握的一些最基本的指令，要防止学习过多的指令而造成学生学习上发生困难。例：汇编语言的常用指令一般在10条左右。 （3）关于单片机型号的选用。 由于本标准内容中讲的是简易机器人，所以，只要求使用一块单片机。至于要求选择什么型号的单片机，标准中没有作明确的规定，只是列举了型号为AT89C—2051单片机作为例子。 技术发展十分快，希望有更合适的供本标准使用的单片机供大家选用。 5. 学会用指令编制简单的控制程序，并能根据试验进行修正 本标准内容对试验的要求是： （1） 通过试验发现编程中的问题，然后探究如何去修改。 （2） 这里指的试验可以采用以下两种不同的方式： 第一种是将编写的程序固化到单片机，然后通过运行，对程序进行检测。 第二种是在计算机里做仿真试验。 我们鼓励大家努力地创造条件，进行仿真试验，让学生去接触和体验这种应用越来越广泛的方法。但必须强调，仿真试验全部结束后，还是需要将程序固化到单片机中去，再进行试验。 6．能操作单片机编程器将编写的程序烧结固化 把经过试验和修改调整后的源程序固化到单片机里，可以使用编程器进行烧结，也可以用下载的方式将机器码固化到单片机中。 （二）单片机与控制电路 1．知道常见的传感器及其作用 （1）在这里的“知道”，包含方面的涵义以下： ①首先是要求从外形上来认识，例如能从外形上认识常见的干簧管、光敏电阻等。 ②认识它的电路符号。 ③只要求知道常见的传感器。 所谓“常见的”，不仅是指在工农业生产等领域中广泛使用的传感器，这个“常见”又应该是指日常生活中及学校技术试验里经常使用的传感器，例如光敏、热敏、磁敏和声敏等传感器。 （2）了解传感器的作用 ①知道信息在传递过程中，往往需要经过变换。 ②实现信息的变换，常常需要传感器。 ③传感器的作用是能够采集和检测外界非电量变化的信号，并把它转换成为电信号。例如：声敏传感器就能采集和检测声音，并把它转变为电信号。 2．了解继电器的结构和工作原理，并能掌握简单的使用方法 （1） 本标准内容中的电磁继电器是指简单的直流电磁继电器，要求通过它的结构图，了解其工作原理。 （2）“简单的使用方法”指：了解电磁继电器的额定工作电压和各种接点的作用，能根据电路图正确安装和使用电磁继电器。 3．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 （1）由于使用了传感器，所以对编程的设计要求有了提高，所以在教学中要加强指导。 （2）本标准内容中对“简单的控制装置”要求指：受控对象比较简单，不要求进行较复杂的设计。 （三）单片机与传动机械 1．知道一般机械的组成，了解常见的机械传动方式 （1）要求用系统的整体性、相关性和目的性了解一般机械的组成，知道传动机械在一般机械中的作用。 （2）了解常见的机械传动,其中对平面连杆传动要求是：通过常见典型的实例，知道它也是一种传动方式及其作用，不要求作更深入的理论分析。 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 “会计算简单的齿轮传动比”指由2～3个齿轮组成齿轮传动装置的传动比。 3．能按照装配图样安装简单的齿轮装置，并进行调试 “简单齿轮装置”是指齿轮数不多，安装调试的难度不高的齿轮装置。例如，台式摇头电风扇里的齿轮装置，也可以用儿童玩具中的齿轮箱。在安装和调试过程中要加强指导，特别注意流程的合理安排。 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 （1）常见的连杆指平行连杆、曲柄连杆等。通过实例了解它能改变物体机械运动的形式，如：将转动变为往复的平动。 （2）设计和制作简单的连杆装置可以是实物，也可以是模型。 5．能设计一个简单的电动机械，并进行安装和调试 补充下例： 设计和制作一个由电动机、齿轮箱、车轮、底板、电池、开关等组成的电动小车模型。 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2～3个规定的动作 这是一个综合性的应用，要求通过软件设计实现对硬件的程序控制。 本标准内容中“完成2～3个规定的动作”是对学生的最低的要求，其中“规定的动作”是指学生在自己的设计要求中提出的规定的动作。不是要求教师对学的生提出统一的要求，要鼓励学生根据自己的能力去充分发挥。 |
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