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《第三章 机器人控制器》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《第三章机器人控制器》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《机器人控制器》是高中通用技术选择性必修2中的一个重要章节，内容涵盖了机器人控制器的基本原理、使用实例、编程方法以及通信接口等方面的知识。通过本章的学习，学生将理解机器人控制器的核心组成及其工作原理，掌握控制器在机器人系统中的应用，以及如何通过编程实现对机器人的精确控制。学生还将学习控制器与传感器、执行器等外部设备之间的通信接口技术，为后续的机器人设计与制作打下坚实的基础。（二）单元内容分析本单元共包含四个主要部分：控制器基本原理、控制器使用实例、控制器编程、控制器通信接口，以及一个课外实践——循迹机器人小车制作。各部分内容既相互独立又紧密相关，共同构成了机器人控制器这一核心主题的完整知识体系。控制器基本原理：该部分主要介绍机器人控制器的组成单元、工作过程以及单片机的基本结构和功能。学生将了解控制器如何通过内部电路和外部接口实现对机器人运动的精确控制，以及单片机在机器人控制中的重要作用。控制器使用实例：通过具体实例，如单片机最小系统的组成、引脚类型及复位方式等，让学生直观感受控制器在实际应用中的操作方法和注意事项。这将有助于学生更好地理解控制器的原理和功能，并为后续的编程和通信接口学习打下基础。控制器编程：本部分重点介绍机器人编程的必要性、编程语言分类及特点，以及流程图的绘制方法。学生将学习如何通过编程语言实现对机器人的精确控制，包括顺序流程和循环流程的设计与应用。学生还将了解不同编程语言之间的优缺点，为选择合适的编程语言提供参考。控制器通信接口：该部分主要介绍控制器与传感器、执行器等外部设备之间的通信接口技术，包括模拟信号与数字信号的区分、A/D和D/A转换器的功能以及常见的数字通信接口等。学生将学习如何通过通信接口实现控制器与外部设备之间的数据交换，为机器人的精确控制提供技术支持。课外实践：循迹机器人小车制作——电机驱动：通过制作循迹机器人小车这一具体实践项目，让学生综合运用所学知识，包括控制器的基本原理、编程方法以及通信接口技术等，实现对机器人小车的精确控制。这将有助于学生将理论知识转化为实际操作能力，提升他们的工程实践和创新能力。（三）单元内容整合本单元的内容整合旨在通过系统性的学习和实践，让学生全面掌握机器人控制器的核心知识和技术。在整合过程中，我们将注重以下几个方面：知识体系的系统性：通过从基本原理到具体应用、从理论知识到实践操作的逐步深入，构建完整的知识体系。这将有助于学生更好地理解机器人控制器的各个方面，形成系统性的认识。理论与实践的结合：在理论学习的基础上，通过课外实践项目让学生将所学知识应用于实际操作中。这将有助于提升学生的工程实践和创新能力，同时加深对理论知识的理解。跨学科知识的融合：在单元内容整合过程中，我们将注重跨学科知识的融合，如将物理、数学等学科知识融入机器人控制器的学习中。这将有助于拓展学生的知识视野，提升他们的综合素质。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在本单元教学中的具体分解：（一）技术意识理解技术现象及问题：通过学习机器人控制器的基本原理和应用实例，学生能够理解机器人技术在现代社会中的重要性和广泛应用，形成对技术现象及问题的敏感性和关注度。形成技术规范和标准意识：在控制器编程和通信接口的学习中，学生将了解技术规范和标准在机器人技术中的重要性，形成遵守技术规范和标准的意识。分析技术对个人、社会和环境的影响：通过讨论机器人技术的发展趋势和潜在影响，学生能够分析技术对个人、社会和环境可能产生的影响，形成理性的技术价值观和责任感。（二）工程思维运用系统分析方法：在学习控制器基本原理和机器人系统设计的过程中，学生将运用系统分析方法，对机器人系统进行整体规划和优化设计。考虑工程实践中的制约因素：在课外实践项目中，学生将考虑工程实践中的各种制约因素，如成本、时间、资源等，进行合理的方案设计和选择。进行风险评估和综合决策：在机器人小车制作过程中，学生将进行风险评估和综合决策，确保项目的顺利进行和最终成功。（三）创新设计发现与明确问题：通过讨论和分析机器人技术中的实际问题，学生能够发现并提出具有创新性的解决方案。综合运用多学科知识进行设计：在创新设计过程中，学生将综合运用物理、数学、计算机等多学科知识，进行跨学科的创新设计。优化设计方案并进行技术试验：学生将对初步设计方案进行优化和改进，并通过技术试验验证其可行性和有效性。（四）图样表达识读和绘制技术图样：在学习控制器编程和通信接口的过程中，学生将识读和绘制相关的技术图样，如流程图、电路图等。用技术图样表达设计构想：在课外实践项目中，学生将用技术图样表达机器人小车的设计构想和制作方案。进行技术交流和评价：通过技术图样的展示和交流，学生能够更好地理解他人的设计构想，并进行有效的技术评价和改进建议。（五）物化能力选择合适的材料和工具：在机器人小车制作过程中，学生将根据实际需要选择合适的材料和工具，确保项目的顺利进行。进行模型或产品的成型制作和装配：学生将亲自动手进行机器人小车的成型制作和装配工作，提升他们的动手实践能力和工程实践能力。对模型或产品进行技术测试和调试：在完成机器人小车制作后，学生将对其进行技术测试和调试工作，确保其性能和功能的正常发挥。通过以上五个方面的核心素养目标的分解和实现，本单元的教学将有助于学生全面掌握机器人控制器的核心知识和技术，提升他们的工程实践和创新能力，为未来的学习和工作打下坚实的基础。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《第三章机器人控制器》的教学之前，学生们已经完成了必修模块《技术与设计1》和《技术与设计2》的学习，对技术设计的一般过程、结构、流程、系统、控制等基本概念有了初步的理解和掌握。在前面的学习过程中，学生们已经接触过简单的电子电路、传感器、单片机等基础知识，能够绘制简单的电路图，理解基本的电子元件功能和作用。学生们还通过实践活动，如设计并制作简单的机械结构、参与技术试验等，积累了一定的技术实践经验和问题解决能力。在日常生活和学习中，学生们也经常接触到各种智能设备和机器人，如智能手机、智能家居设备、扫地机器人等，对这些设备的基本工作原理和操作流程有一定的了解。这些经验和知识为学生们进一步学习机器人控制器打下了坚实的基础。（二）新知内容分析本章《第三章机器人控制器》的教学内容包括控制器基本原理、控制器使用实例、控制器编程、控制器通信接口以及课外实践——循迹机器人小车制作（电机驱动）。这些内容旨在引导学生深入理解机器人控制器的工作原理和应用，掌握控制器编程和通信接口的基本知识，并通过实践活动提升学生的动手能力和创新能力。控制器基本原理：本节内容主要介绍机器人控制器的概念、组成单元以及单片机的基本结构和工作过程。学生需要理解控制器在机器人系统中的作用，以及单片机如何通过内部结构和指令系统实现控制功能。控制器使用实例：通过具体实例，如单片机最小系统的组成，让学生了解控制器在实际应用中的配置和使用方法。通过上电复位和按键复位电路的分析，加深对控制器工作原理的理解。控制器编程：本节介绍机器人编程的必要性，编程语言分类及特点，以及流程图的绘制方法。学生需要掌握基本的编程逻辑，能够将实际问题转化为可执行的程序代码。控制器通信接口：介绍模拟信号与数字信号的区别，A/D、D/A转换器的功能，以及常见的通信接口类型（如UART、I2C、SPI）。学生需要理解信号转换的原理和通信接口的应用场景。课外实践：循迹机器人小车制作——电机驱动：通过实践活动，学生将理论知识应用于实际操作中，学习直流电机在机器人系统中的使用，以及电机驱动模块的工作原理和编程控制。（三）学生学习能力分析高中阶段的学生已经具备了一定的逻辑思维能力和抽象思维能力，能够理解和分析较为复杂的技术问题。在学习通用技术课程的过程中，学生们逐渐形成了良好的学习习惯和问题解决策略，能够独立完成一定的技术设计任务。在编程和电子技术方面，虽然学生们可能缺乏深入的专业知识，但通过前期的学习和实践，他们已经掌握了一些基本的编程逻辑和电子元件的使用方法。在学习机器人控制器的过程中，学生们能够较快地适应新的学习内容，并在教师的指导下逐步提升自己的编程和电路分析能力。学生们对实践活动表现出浓厚的兴趣，乐于通过动手操作来验证理论知识，解决实际问题。这种积极的学习态度有助于他们在学习机器人控制器时保持高度的学习动力和参与度。（四）学习障碍突破策略在学习机器人控制器的过程中，学生们可能会遇到一些学习障碍，如编程逻辑复杂、电路分析困难等。为了帮助学生克服这些障碍，提高学习效果，可以采取以下策略：分层教学与个别辅导：根据学生的学习能力和兴趣特点，采取分层教学策略。对于编程基础较弱的学生，可以提供更多的编程练习和辅导；对于电路分析有困难的学生，可以通过实物演示和实验操作来加深理解。针对个别学生的学习问题，进行有针对性的个别辅导。案例教学与情境模拟：通过具体案例和情境模拟来帮助学生理解抽象的概念和原理。例如，在介绍控制器基本原理时，可以通过模拟机器人运动的情境来展示控制器的作用；在编程教学中，可以通过解决实际问题的案例来演示编程逻辑的应用。实践操作与项目驱动：加强实践操作和项目驱动教学，让学生在动手实践中掌握知识和技能。例如，在课外实践中，通过制作循迹机器人小车来加深学生对电机驱动和编程控制的理解。可以设置一些具有挑战性的项目任务，激发学生的学习兴趣和创新能力。合作学习与资源共享：鼓励学生进行合作学习，通过小组讨论、协作完成任务等方式来分享知识和经验。建立资源共享平台，让学生可以方便地获取学习资料和求助信息，提高学习效率。及时反馈与激励评价：在教学过程中及时给予学生反馈和评价，肯定他们的学习成果和努力，同时指出存在的问题和不足。通过激励评价来激发学生的学习兴趣和动力，帮助他们建立自信心和学习成就感。通过分层教学与个别辅导、案例教学与情境模拟、实践操作与项目驱动、合作学习与资源共享以及及时反馈与激励评价等策略，可以有效地帮助学生克服学习机器人控制器过程中的障碍，提高他们的学习效果和创新能力。四、大主题或大概念设计本大单元以“探索机器人控制器的奥秘：构建智能控制系统”为大主题，旨在通过机器人控制器的学习，引导学生深入理解机器人技术的基本原理，掌握控制器在机器人系统中的核心作用，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。通过理论学习与动手实践相结合的方式，学生能够体验从设计、编程到调试的全过程，从而全面提升其通用技术素养。五、大单元目标叙写（一）技术意识学生能够理解机器人控制器在机器人技术中的重要性，认识到控制器是机器人实现智能化操作的关键部件。学生能够分析不同场景下机器人控制器的应用，理解其对社会、经济、环境的影响，形成正确的技术使用观念。学生能够关注机器人控制器技术的发展趋势，理解技术创新对机器人性能提升的关键作用。（二）工程思维学生能够运用系统分析的方法，理解机器人控制器的组成和工作原理，识别其设计中的关键要素。学生能够结合具体案例，分析机器人控制器在机器人系统中的作用，体会工程设计的复杂性和系统性。学生能够在设计过程中，考虑机器人控制器的性能、成本、可靠性等因素，进行权衡和优化。（三）创新设计学生能够根据实际需求，提出创新的机器人控制器设计方案，运用创造技法进行设计优化。学生能够结合机器人控制器的特点，设计具有特定功能的机器人系统，体现创新思维。学生能够在设计过程中，考虑用户需求和技术限制，提出切实可行的解决方案。（四）图样表达学生能够识读机器人控制器的相关图纸和技术文档，理解其表达的内容和意义。学生能够运用图样表达的方法，绘制机器人控制器的结构图、电路图等，清晰表达设计思路。学生能够结合图样表达，进行机器人控制器的设计和优化，提高设计的准确性和可行性。（五）物化能力学生能够根据设计图纸和技术要求，选择合适的材料和工具，制作机器人控制器的原型或模型。学生能够掌握机器人控制器的调试和测试方法，确保其功能正常、性能稳定。学生能够在制作和调试过程中，发现问题并提出解决方案，提高物化能力。六、大单元教学重点机器人控制器的基本原理：深入理解单片机等核心部件的工作原理，掌握其在机器人控制中的应用。控制器编程与调试：学习机器人控制器的编程语言和方法，掌握程序的编写、调试和优化技巧。控制器通信接口：理解机器人控制器与其他部件之间的通信原理，掌握常见通信接口的使用方法。实践操作能力：通过循迹机器人小车制作等课外实践活动，提高学生的动手能力和问题解决能力。七、大单元教学难点机器人控制器的复杂性：机器人控制器涉及硬件、软件、通信等多个方面，需要学生具备较强的综合理解和应用能力。编程能力的培养：机器人控制器的编程需要较高的逻辑思维和问题解决能力，对部分学生来说可能存在一定的难度。通信接口的理解与应用：不同通信接口的工作原理和应用场景各异，需要学生具备较强的分析和实践能力。实践活动的组织与实施：课外实践活动需要精心组织和管理，确保学生在安全、有序的环境中进行学习和探索。教学策略与活动设计第一课时：机器人控制器基本原理教学活动：引入：通过展示机器人视频或实物，激发学生的学习兴趣。理论讲解：详细讲解机器人控制器的基本原理，包括单片机的组成、工作原理等。小组讨论：分组讨论机器人控制器在机器人系统中的作用和重要性。案例分析：选取典型机器人控制器案例，分析其设计和应用。评价方式：通过小组讨论和案例分析报告，评价学生对机器人控制器基本原理的理解程度。第二课时：控制器使用实例与编程教学活动：实物演示：展示机器人控制器的实物，讲解其使用方法和注意事项。编程教学：介绍机器人控制器的编程语言和方法，引导学生进行简单的编程练习。小组实践：分组进行机器人控制器的编程实践，完成特定任务（如控制LED灯闪烁）。问题讨论：讨论编程过程中遇到的问题及解决方案。评价方式：通过编程实践成果和问题解决能力，评价学生的编程能力和创新思维。第三课时：控制器通信接口教学活动：理论讲解：介绍机器人控制器与其他部件之间的通信原理及常见通信接口。实验演示：通过实验演示不同通信接口的工作原理和应用场景。小组讨论：分组讨论通信接口在机器人系统中的应用及选择依据。案例分析：分析典型机器人系统中的通信接口设计案例。评价方式：通过小组讨论和案例分析报告，评价学生对通信接口的理解和应用能力。第四课时：循迹机器人小车制作——电机驱动教学活动：项目介绍：介绍循迹机器人小车制作项目的背景、目标和要求。材料准备：分发制作所需的材料和工具，讲解其使用方法和注意事项。制作实践：分组进行循迹机器人小车的制作实践，包括电机驱动模块的安装和调试。问题解决：在制作过程中遇到问题时，引导学生进行问题分析和解决。评价方式：通过制作成果和问题解决能力，评价学生的物化能力和团队协作精神。第五课时：项目展示与总结教学活动：项目展示：各小组展示循迹机器人小车的制作成果，并进行功能演示。经验分享：分享制作过程中的经验和教训，讨论如何改进和优化设计。总结评价：总结本单元的学习内容和学习成果，评价学生的综合素质提升情况。展望未来：引导学生思考机器人技术的发展趋势和应用前景，激发其持续学习和探索的热情。评价方式：通过项目展示和经验分享，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。通过总结评价，帮助学生明确未来的学习方向和目标。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《第三章机器人控制器》的教学内容，本大单元的整体教学思路旨在通过一系列丰富多样的教学活动，培养学生的通用技术核心素养。具体教学目标设定如下：（一）技术意识理解机器人控制器在机器人技术中的应用及其重要性：学生能够认识到机器人控制器作为机器人系统的“大脑”，对机器人的运动控制、任务执行起着至关重要的作用，理解其在现代工业、服务业及日常生活中的广泛应用。形成对机器人技术的积极态度和理性认识：通过学习和实践，学生能够感受到机器人技术的魅力，形成对机器人技术的亲近感和探究兴趣，同时能够理性分析机器人技术对社会、经济、文化等方面的影响。树立技术伦理意识和安全意识：在学习和制作机器人控制器的过程中，学生能够理解并遵守技术伦理规范，关注技术产品的安全性和可靠性，形成对技术应用的责任感。（二）工程思维运用系统分析的方法理解机器人控制器的组成和工作原理：学生能够将机器人控制器视为一个复杂的系统，运用系统分析的方法，理解其各组成部分的功能及其相互关系，掌握其工作原理。针对机器人控制任务进行需求分析、方案设计和优化：学生能够针对具体的机器人控制任务，进行需求分析，提出合理的控制方案，并运用工程思维对方案进行优化，确保方案的可行性和有效性。体验工程决策的过程，形成初步的工程决策能力：在学习和实践过程中，学生能够体验工程决策的过程，学会在多种方案中进行比较和权衡，形成初步的工程决策能力。（三）创新设计培养创新意识和创新思维：通过学习机器人控制器的编程和接口通信等技术，学生能够拓展创新思维，勇于尝试新的控制方法和设计思路，提升创新能力。掌握机器人控制器设计的基本方法和技能：学生能够掌握机器人控制器设计的基本方法和技能，包括硬件设计、软件编程、接口通信等，为未来的技术创新和机器人设计打下基础。结合实际需求进行机器人控制器的创新设计：学生能够结合实际需求，运用所学知识进行机器人控制器的创新设计，解决实际问题，提升设计的实用性和创新性。（四）图样表达掌握技术图样的绘制方法和规范：学生能够掌握技术图样的绘制方法和规范，包括电路图、流程图、控制框图等，能够用图样清晰、准确地表达机器人控制器的设计思想和方案。运用技术图样进行交流和评价：学生能够运用技术图样与他人进行交流和评价，通过图样表达设计构想，分享设计经验，提升技术交流和沟通能力。结合机器人控制器的设计任务进行图样表达实践：学生能够结合机器人控制器的设计任务，进行图样表达实践，通过绘制各种技术图样，加深对机器人控制器设计的理解和掌握。（五）物化能力掌握机器人控制器制作的基本工艺和流程：学生能够掌握机器人控制器制作的基本工艺和流程，包括元器件选择、电路板焊接、软件编程、系统调试等，提升动手操作能力和实践技能。完成机器人控制器的制作和调试任务：学生能够独立完成机器人控制器的制作和调试任务，确保控制器的功能实现和性能稳定，提升物化能力和工程实践能力。在制作过程中体验工匠精神，追求卓越：在制作机器人控制器的过程中，学生能够体验工匠精神，注重细节和品质，追求卓越和完美，提升职业素养和工作态度。教学重点与难点教学重点机器人控制器的基本原理和工作过程：通过讲解和实验，使学生深入理解机器人控制器的组成、工作原理及其在系统中的作用。机器人控制器的编程和接口通信技术：通过案例分析和实践操作，使学生掌握机器人控制器的编程方法和接口通信技术，能够进行简单的编程和调试。机器人控制器的制作和调试技能：通过动手实践，使学生掌握机器人控制器的制作和调试技能，能够独立完成控制器的制作和调试任务。教学难点如何将系统分析的方法应用于机器人控制器的设计和优化：引导学生运用系统分析的方法，对机器人控制器的设计和优化进行深入思考和探索，提升工程思维能力。如何培养学生的创新意识和创新能力：在教学过程中，注重激发学生的创新思维，鼓励学生勇于尝试新的设计思路和方法，提升创新能力。如何提升学生的图样表达能力和物化能力：通过大量的图样表达实践和动手制作活动，提升学生的图样表达能力和物化能力，使其能够用图样清晰表达设计思想，并独立完成控制器的制作和调试任务。教学思路与策略教学思路本大单元的教学思路以“理解原理—掌握技能—创新设计—物化实现”为主线，通过理论讲解、案例分析、实践操作、项目探究等多种教学方式，引导学生逐步深入理解和掌握机器人控制器的相关知识和技能。具体教学思路如下：理论讲解：通过讲解机器人控制器的基本原理、组成和工作过程，使学生建立对机器人控制器的初步认识和理解。案例分析：通过分析典型的机器人控制器应用案例，使学生了解机器人控制器在实际应用中的功能和作用，激发学习兴趣和探究欲望。实践操作：通过动手实践，使学生掌握机器人控制器的编程、接口通信、制作和调试等技能，提升实践能力和物化能力。项目探究：通过设计并实施机器人控制器相关项目，如循迹机器人小车制作等，使学生在实践中深化对机器人控制器的理解和掌握，提升创新意识和创新能力。教学策略情境教学策略：创设与机器人控制器相关的真实情境，如工业生产线上的机器人控制、智能家居中的机器人应用等，使学生在情境中学习和理解相关知识。任务驱动策略：设计一系列与机器人控制器相关的任务，如编写简单的控制程序、调试机器人控制器等，使学生在完成任务的过程中掌握相关技能和方法。合作学习策略：鼓励学生组成小组进行合作学习，共同完成任务和项目，通过交流、讨论和协作，提升学习效果和团队合作能力。探究式学习策略：引导学生针对机器人控制器的相关问题进行探究式学习，通过查阅资料、实验验证等方式，自主发现问题、解决问题，提升自主学习能力和创新能力。教学实施步骤第一步：导入新课（1课时）情境导入：通过展示机器人技术在各个领域的应用视频或图片，引导学生进入机器人技术的世界，激发学习兴趣。明确目标：介绍本大单元的学习目标和内容框架，使学生明确学习方向和重点。第二步：理论讲解（2课时）讲解机器人控制器的基本原理：介绍机器人控制器的定义、分类、组成和工作原理，通过图表、动画等方式帮助学生理解。分析机器人控制器的应用案例：选取典型的机器人控制器应用案例进行分析，如工业机器人、服务机器人等，使学生了解机器人控制器的实际应用和功能。第三步：实践操作（4课时）机器人控制器编程实践：介绍常用的机器人编程语言和环境，如C语言、ArduinoIDE等，通过案例讲解和编程实践，使学生掌握机器人控制器的编程方法。机器人控制器接口通信实践：介绍机器人控制器与其他设备（如传感器、执行器等）的接口通信技术，通过实验和调试，使学生掌握接口通信的基本方法和技巧。循迹机器人小车制作：引导学生利用所学知识制作循迹机器人小车，包括硬件选型、电路连接、程序编写和调试等过程，使学生在实践中深化对机器人控制器的理解和掌握。第四步：项目探究（4课时）分组确定项目主题：学生根据兴趣和特长自由组合成小组，共同确定一个与机器人控制器相关的项目主题，如智能家居控制系统设计、自动搬运机器人设计等。制定项目计划：各小组根据项目主题制定详细的项目计划，包括项目目标、任务分工、时间进度等。项目实施与调试：各小组按照项目计划进行项目实施，包括硬件制作、软件编程、系统调试等过程。教师提供必要的指导和支持，确保项目顺利进行。项目展示与评价：各小组展示项目成果并进行汇报交流，教师和其他同学对项目进行评价和反馈。通过项目展示和评价，提升学生的表达能力和自信心，同时促进相互学习和借鉴。第五步：总结与拓展（1课时）总结回顾：对本大单元的学习内容进行总结回顾，梳理知识点和技能点，帮助学生巩固所学知识。拓展延伸：介绍机器人技术的最新发展动态和未来趋势，引导学生关注机器人技术的最新进展和应用前景，激发持续学习和探究的兴趣。学业评价本大单元的学业评价采用过程性评价与终结性评价相结合的方式，注重评价学生的核心素养发展情况和实践能力提升情况。具体评价内容包括：课堂参与度：评价学生在课堂上的积极参与程度、思维活跃度和合作精神等。实践操作能力：评价学生在实践操作中的动手能力、问题解决能力和创新能力等。项目完成情况：评价学生完成的项目质量、创新性和实用性等。图样表达能力：评价学生绘制的技术图样是否规范、准确和清晰等。物化实现能力：评价学生制作的机器人控制器是否功能实现、性能稳定且具有一定的创新性等。通过多样化的评价方式，全面了解学生的学习情况和发展状况，为后续教学提供有针对性的指导和支持。鼓励学生进行自我评价和相互评价，提升自我认知和团队协作能力。九、学业评价一、教学目标通过本章“机器人控制器”的学习，学生应能够：理解机器人控制器的基本原理、组成单元及工作过程，形成对技术产品的系统认知。掌握单片机最小系统的组成及其应用，提升对硬件电路设计的理解与实际操作能力。学会机器人控制器的编程方法，提高计算机编程思维及技术应用能力。了解控制器通信接口的类型及应用，增强对通信技术的理解与应用能力。通过循迹机器人小车制作的课外实践，综合运用所学知识，提升创新设计与物化能力。二、学习目标技术意识：了解机器人控制器的技术背景和应用价值，形成对技术发展的关注与兴趣。理解机器人控制器在机器人系统中的作用，认识到其在现代社会和工业生产中的重要性。工程思维：掌握单片机最小系统的设计与构建方法，培养系统分析与设计的能力。运用工程思维，分析并解决机器人控制器在实际应用中的问题。创新设计：结合实际需求，创新设计机器人控制器的应用场景和解决方案。在循迹机器人小车制作中，发挥创意，设计并实现独特的功能。图样表达：能够绘制机器人控制器的电路图、流程图等，清晰表达设计意图。通过图样表达，与同伴交流设计思路，完善设计方案。物化能力：动手制作单片机最小系统，掌握焊接、调试等基本技能。完成循迹机器人小车的组装与调试，实现预期功能，提升物化能力。三、评价目标设定（一）技术意识评价目标：学生能否准确描述机器人控制器的技术背景、工作原理及其在机器人系统中的作用。学生是否关注机器人控制器的技术发展动态，对其应用前景有清晰的认识。学生是否具备对机器人控制器技术问题的敏感性和批判性思维能力。评价方式：通过课堂讨论、问卷调查等方式，评估学生对机器人控制器技术背景的认知程度。通过案例分析、小组讨论等活动，考察学生对机器人控制器工作原理的理解和应用价值的认识。通过撰写技术评论、参与技术辩论等形式，评价学生的技术敏感性和批判性思维能力。（二）工程思维评价目标：学生是否掌握单片机最小系统的设计与构建方法，能否独立完成电路设计与调试。学生是否具备系统分析与设计的能力，能否将工程思维应用于机器人控制器的实际问题解决中。学生是否能运用所学知识，对机器人控制器的性能进行优化和改进。评价方式：通过电路设计作业、实验报告等，评估学生的单片机最小系统设计与构建能力。通过案例分析、项目设计等活动，考察学生系统分析与设计能力的应用情况。通过性能优化方案的设计与实施，评价学生对机器人控制器性能优化的能力。（三）创新设计评价目标：学生是否能在理解机器人控制器基本原理的基础上，结合实际需求进行创新设计。学生是否能将创新设计理念应用于循迹机器人小车等实践项目中，实现独特功能。学生是否具备跨学科整合知识的能力，能在创新设计中综合运用多学科知识。评价方式：通过创新设计方案、项目报告等，评估学生的创新设计能力。通过循迹机器人小车等实践项目的展示与评价，考察学生创新设计理念的实际应用情况。通过跨学科知识整合案例分析、小组讨论等活动，评价学生跨学科整合知识的能力。（四）图样表达评价目标：学生是否能准确绘制机器人控制器的电路图、流程图等，清晰表达设计意图。学生是否具备通过图样表达与同伴交流设计思路、完善设计方案的能力。学生是否能运用图样表达技术，提高技术设计的规范性和准确性。评价方式：通过电路图、流程图等图样作业，评估学生的图样表达能力。通过图样交流、设计方案讨论等活动，考察学生通过图样表达与同伴交流的能力。通过图样表达技术规范的考核、设计方案的评审等方式，评价学生图样表达的规范性和准确性。（五）物化能力评价目标：学生是否掌握焊接、调试等基本技能，能否独立完成单片机最小系统的制作与调试。学生是否能将理论知识应用于实践项目中，完成循迹机器人小车的组装与调试。学生是否具备在实践中发现问题、解决问题的能力，能否对实践项目进行优化和改进。评价方式：通过单片机最小系统制作与调试作业、实践报告等，评估学生的物化能力。通过循迹机器人小车等实践项目的展示与评价，考察学生将理论知识应用于实践的能力。通过实践项目中的问题发现与解决、优化与改进方案的设计与实施等活动，评价学生在实践中发现问题、解决问题的能力。四、具体评价内容与方式（一）技术意识评价评价内容：机器人控制器的技术背景、工作原理及应用价值。评价方式：课堂讨论（20%）、问卷调查（30%）、技术评论或辩论（50%）。（二）工程思维评价评价内容：单片机最小系统的设计与构建、系统分析与设计能力、性能优化能力。评价方式：电路设计作业（30%）、实验报告（30%）、案例分析或项目设计（40%）。（三）创新设计评价评价内容：创新设计理念、跨学科知识整合能力、实践项目中的创新应用。评价方式：创新设计方案或项目报告（40%）、实践项目展示与评价（40%）、跨学科知识整合案例分析或小组讨论（20%）。（四）图样表达评价评价内容：电路图、流程图等图样的绘制与表达能力、通过图样表达与同伴交流的能力。评价方式：图样作业（40%）、图样交流与设计方案讨论（40%）、图样表达技术规范考核（20%）。（五）物化能力评价评价内容：单片机最小系统制作与调试、循迹机器人小车等实践项目的组装与调试、实践中发现问题与解决问题的能力。评价方式：制作与调试作业及实践报告（40%）、实践项目展示与评价（40%）、问题发现与解决、优化与改进方案的设计与实施（20%）。通过以上评价方式与内容的设定，旨在全面、客观地评估学生在“机器人控制器”这一章节学习中的表现与成果，促进学生技术意识、工程思维、创新设计、图样表达及物化能力等核心素养的全面提升。十、大单元实施思路及教学结构图一、大单元实施思路本单元以《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》为指导，以2020版人教版高中通用技术选择性必修2《第三章机器人控制器》的教学内容为核心，旨在通过理论学习与实践操作相结合的方式，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。本单元的实施将围绕机器人控制器的基本原理、使用实例、编程、通信接口及课外实践等内容展开，具体实施思路如下：导入阶段：通过机器人控制器在现代科技和工业应用中的广泛实例，激发学生对机器人技术的兴趣，明确学习目标和意义。理论学习阶段：详细讲解机器人控制器的基本原理，包括单片机的组成与工作过程。通过具体实例，介绍控制器的使用方法，包括单片机最小系统的组成及引脚类型。深入探讨控制器编程的必要性、编程语言分类及流程图绘制方法。解析控制器通信接口的类型与功能，特别是模拟信号与数字信号的转换。实践操作阶段：通过循迹机器人小车制作的课外实践，让学生亲身体验电机驱动的原理与应用。在实践中，学生将运用所学知识，完成小车的装配、编程与调试，提升物化能力。总结提升阶段：组织学生对学习成果进行展示与交流，分享制作过程中的经验与教训。教师对学生的学习过程与成果进行评价与反馈，引导学生总结反思，提升综合素养。二、教学目标设定（一）技术意识学生能够认识到机器人控制器在现代科技和工业领域中的重要性，理解其对提高生产效率、降低劳动强度等方面的积极作用。通过对机器人控制器的学习，学生能够形成对技术的敏感性和适应性，关注技术发展趋势，理解技术对社会、经济、环境等方面的影响。（二）工程思维学生能够运用系统分析的方法，理解机器人控制器的组成与工作原理，识别影响系统性能的关键因素。通过循迹机器人小车制作的实践，学生能够运用工程思维，对设计、制作、调试等过程进行整体规划与优化。（三）创新设计学生能够在了解机器人控制器基本原理的基础上，发挥创新思维，提出具有创意的机器人设计方案。通过流程图绘制、编程实践等活动，学生能够掌握创新设计的基本方法，提高问题解决能力。（四）图样表达学生能够识读并绘制与机器人控制器相关的技术图样，如电路图、流程图等。通过图样表达，学生能够清晰、准确地传达设计意图，促进团队合作与交流。（五）物化能力学生能够通过循迹机器人小车制作的实践，掌握电机驱动、编程调试等物化技能。在实践过程中，学生能够形成严谨细致、精益求精的工作态度，提高物化能力。三、教学结构图┌─────────────┐│机器人控制器单元│└─────────────┘│┌─────────────────────┴─────────────────────┐││┌──────────┐┌──────────┐│导入阶段│───────────────────→│理论学习阶段│└──────────┘└──────────┘││┌─────────────────────┬─────────────────────┐││┌──────────┐┌──────────┐│控制器原理│──────────────→│控制器使用实例及编程│└──────────┘└──────────┘││┌─────────────────────┴─────────────────────┐││┌──────────┐┌──────────┐│通信接口解析│───────────────────→│课外实践:循迹│└──────────┘└──────────┘机器人小车制作│┌──────────┐│总结提升阶段│└──────────┘四、具体教学实施步骤第一步：导入阶段（1课时）活动内容：展示机器人在工业、医疗、教育等领域的应用实例，引导学生思考机器人技术的重要性。简要介绍本单元的学习内容和目标，激发学生的学习兴趣。教学目标：培养学生的技术意识，认识机器人控制器在现代科技和工业领域中的重要性。第二步：理论学习阶段（共8课时）（一）控制器基本原理（2课时）活动内容：详细讲解单片机的基本组成与工作过程，包括时钟电路、存储器、中央处理器等部分。通过案例分析，帮助学生理解机器人控制器的基本原理。教学目标：使学生掌握单片机的基本组成与工作过程，理解机器人控制器的基本原理。（二）控制器使用实例及编程（4课时）活动内容：介绍单片机最小系统的组成，包括电源供电电路、参考时钟电路、复位电路等。讲解单片机的引脚类型及功能，通过实例演示单片机的使用方法。深入探讨控制器编程的必要性，介绍机器语言、汇编语言、高级语言等编程语言的特点。引导学生绘制流程图，掌握编程的基本方法。教学目标：使学生掌握单片机最小系统的组成及使用方法，了解不同编程语言的特点。培养学生的工程思维，通过流程图绘制掌握编程的基本方法。（三）通信接口解析（2课时）活动内容：解析模拟信号与数字信号的区别与转换方法。介绍常见的通信接口类型，如UART、I2C、SPI等。通过实例演示通信接口的使用方法。教学目标：使学生理解模拟信号与数字信号的区别与转换方法。掌握常见的通信接口类型及其使用方法。第三步：课外实践阶段（共4课时）活动内容：组织学生进行循迹机器人小车制作的实践活动。指导学生完成小车的装配、编程与调试工作。在实践过程中，引导学生运用所学知识解决实际问题。教学目标：培养学生的物化能力，通过实践活动掌握电机驱动、编程调试等技能。提升学生的创新设计与图样表达能力，通过实践活动提出创意方案并绘制相关图样。第四步：总结提升阶段（1课时）活动内容：组织学生对学习成果进行展示与交流。引导学生分享制作过程中的经验与教训。教师对学生的学习过程与成果进行评价与反馈。引导学生总结反思，提升综合素养。教学目标：通过展示与交流活动，提升学生的自信心与表达能力。通过评价与反馈活动，帮助学生明确自身不足并制定改进计划。培养学生的反思与总结能力，促进综合素养的提升。十一、大情境、大任务创设一、大情境设计在现代科技和工业应用中，机器人技术扮演着越来越重要的角色。从自动化生产线上的精密操作，到家庭服务机器人的人性化服务，机器人技术已经深入到我们生活的方方面面。要让机器人高效、精准地完成任务，其核心在于一个高效、稳定的控制器。理解和掌握机器人控制器的基本原理、使用方法、编程技巧及通信接口，对于培养未来工程师和技术人才至关重要。为了让学生更直观地理解和应用机器人控制器的相关知识，本教学设计创设了一个大情境——“智能工厂的未来挑战”。在这个情境中，学生将扮演智能工厂的工程师和技术人员，面对工厂自动化升级的需求，他们需要设计并制作一个能够自主循迹、灵活避障的机器人小车，以提升工厂的生产效率和安全性。二、大任务设计在大情境下，我们设计了以下四个相互关联的大任务，每个任务都紧密结合了《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》中提出的通用技术核心素养目标。任务一：探索机器人控制器的基本原理教学目标：技术意识：使学生认识到机器人控制器在现代工业中的重要性，理解其对提高生产效率、降低劳动强度等方面的积极作用。工程思维：引导学生运用系统分析的方法，理解机器人控制器的组成与工作原理，识别影响系统性能的关键因素。活动内容：情境导入：通过展示智能工厂中机器人工作的视频，激发学生兴趣，明确学习任务。理论学习：详细讲解机器人控制器的基本原理，包括单片机的组成与工作过程，如时钟电路、存储器、中央处理器等部分。讨论交流：分组讨论机器人小车可以分为哪些组成部分，各部分起到怎样的作用，以及这些部分如何与控制器协同工作。评价方式：学生通过小组讨论，形成对机器人控制器基本原理的理解，并提交讨论报告。教师根据报告内容和学生表现进行评价，注重技术意识和工程思维的培养情况。任务二：动手实践控制器使用实例与编程教学目标：创新设计：通过实践活动，激发学生的创新思维，提出具有创意的机器人设计方案。图样表达：使学生能够识读并绘制与机器人控制器相关的技术图样，如电路图、流程图等。活动内容：控制器使用实例：介绍单片机最小系统的组成，包括电源供电电路、参考时钟电路、复位电路等，并通过实例演示单片机的使用方法。控制器编程：深入探讨控制器编程的必要性，介绍机器语言、汇编语言、高级语言等编程语言的特点，引导学生绘制流程图，掌握编程的基本方法。动手实践：分组进行单片机编程实践，编写简单的程序控制LED灯的闪烁，体验编程过程。评价方式：学生提交编程实践报告和流程图，展示创新设计和图样表达能力。教师通过查看报告和流程图，以及观察学生编程实践过程，进行评价。任务三：解析控制器通信接口与课外实践准备教学目标：技术意识：使学生理解模拟信号与数字信号的区别与转换方法，以及通信接口在机器人控制中的重要性。物化能力：通过课外实践准备，提升学生的动手操作能力和解决实际问题的能力。活动内容：通信接口解析：解析常见的通信接口类型，如UART、I2C、SPI等，介绍模拟信号与数字信号的转换方法。课外实践准备：分组讨论循迹机器人小车制作所需的材料和工具，制定详细的实践计划，包括电机驱动模块的选择、电路连接图的设计等。评价方式：学生提交通信接口解析报告和实践计划，展示技术意识和物化能力。教师通过查看报告和计划，以及听取学生的讨论，进行评价。任务四：循迹机器人小车制作与调试教学目标：物化能力：通过机器人小车的制作与调试，提升学生的动手实践能力和解决实际问题的能力。工程思维：在制作与调试过程中，培养学生的系统分析能力和问题解决能力。活动内容：小车制作：分组进行循迹机器人小车的装配工作，包括电机驱动模块的安装、电路连接、传感器布置等。程序调试：将编写的程序下载到单片机中，进行小车的循迹和避障测试，根据测试结果进行程序调试。总结交流：组织学生对制作与调试过程进行总结交流，分享经验教训，提出改进建议。评价方式：学生提交循迹机器人小车制作成果和调试报告，展示物化能力和工程思维。教师通过查看成果和报告，以及观察学生的实际操作和交流情况，进行评价。三、教学总结与反思通过本次大情境、大任务的教学设计，学生不仅深入理解了机器人控制器的基本原理和使用方法，还通过动手实践提升了编程能力、图样表达能力和物化能力。在任务完成过程中，学生的创新设计思维、工程思维以及系统分析能力也得到了有效的培养。在教学实施过程中，我们注重学生的主体地位，鼓励学生自主探究和合作学习。教师也发挥了积极的引导作用，及时给予学生反馈和指导。在实施过程中也发现了一些问题，如部分学生对编程语言的掌握不够熟练、图样表达能力有待提高等。针对这些问题，我们将在后续教学中加强相关训练和指导，进一步提升学生的通用技术核心素养。我们还计划将本次教学设计的成果进行展示和推广，让更多的教师和学生了解并掌握机器人控制器的相关知识和技能，为推动通用技术教育的发展贡献力量。十二、单元学历案（一）单元主题与课时单元主题：机器人控制器课时设计：导入阶段（1课时）活动内容：展示机器人在工业、医疗、教育等领域的应用实例，简要介绍本单元的学习内容和目标。教学目标：培养学生的技术意识，认识机器人控制器在现代科技和工业领域中的重要性。理论学习阶段（共8课时）控制器基本原理（2课时）活动内容：详细讲解单片机的基本组成与工作过程，通过案例分析帮助学生理解机器人控制器的基本原理。教学目标：使学生掌握单片机的基本组成与工作过程，理解机器人控制器的基本原理。控制器使用实例及编程（4课时）活动内容：介绍单片机最小系统的组成，讲解单片机的引脚类型及功能，通过实例演示单片机的使用方法，深入探讨控制器编程的必要性，介绍编程语言分类及流程图绘制方法。教学目标：使学生掌握单片机最小系统的组成及使用方法，了解不同编程语言的特点，培养学生的工程思维，通过流程图绘制掌握编程的基本方法。通信接口解析（2课时）活动内容：解析模拟信号与数字信号的区别与转换方法，介绍常见的通信接口类型，如UART、I2C、SPI等，通过实例演示通信接口的使用方法。教学目标：使学生理解模拟信号与数字信号的区别与转换方法，掌握常见的通信接口类型及其使用方法。课外实践阶段（共4课时）活动内容：组织学生进行循迹机器人小车制作的实践活动，指导学生完成小车的装配、编程与调试工作。教学目标：培养学生的物化能力，通过实践活动掌握电机驱动、编程调试等技能，提升学生的创新设计与图样表达能力。总结提升阶段（1课时）活动内容：组织学生对学习成果进行展示与交流，分享制作过程中的经验与教训，教师对学生的学习过程与成果进行评价与反馈，引导学生总结反思。教学目标：通过展示与交流活动提升学生的自信心与表达能力，通过评价与反馈活动帮助学生明确自身不足并制定改进计划，培养学生的反思与总结能力。（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，结合本单元的教学内容，设定以下学习目标：技术意识学生能够认识到机器人控制器在现代科技和工业领域中的重要性，理解其对提高生产效率、降低劳动强度等方面的积极作用。通过对机器人控制器的学习，学生能够形成对技术的敏感性和适应性，关注技术发展趋势，理解技术对社会、经济、环境等方面的影响。工程思维学生能够运用系统分析的方法，理解机器人控制器的组成与工作原理，识别影响系统性能的关键因素。通过循迹机器人小车制作的实践，学生能够运用工程思维，对设计、制作、调试等过程进行整体规划与优化。创新设计学生能够在了解机器人控制器基本原理的基础上，发挥创新思维，提出具有创意的机器人设计方案。通过流程图绘制、编程实践等活动，学生能够掌握创新设计的基本方法，提高问题解决能力。图样表达学生能够识读并绘制与机器人控制器相关的技术图样，如电路图、流程图等。通过图样表达，学生能够清晰、准确地传达设计意图，促进团队合作与交流。物化能力学生能够通过循迹机器人小车制作的实践，掌握电机驱动、编程调试等物化技能。在实践过程中，学生能够形成严谨细致、精益求精的工作态度，提高物化能力。（三）评价任务过程性评价在理论学习阶段，通过观察学生在课堂讨论、案例分析、流程图绘制等活动中的表现，评价学生的技术意识、工程思维、创新设计能力。在课外实践阶段，通过观察学生在循迹机器人小车制作过程中的操作规范、团队协作、问题解决能力等方面的表现，评价学生的物化能力。总结性评价通过组织学生对学习成果进行展示与交流，评价学生的图样表达能力、创新能力以及综合运用所学知识解决实际问题的能力。教师根据学生的学习过程与成果，结合自评、互评和师评的结果，对学生的综合素质进行全面评价。（四）学习过程导入阶段活动：展示机器人在工业、医疗、教育等领域的应用实例，引导学生思考机器人技术的重要性。任务：学生分组讨论机器人技术在不同领域的应用，并分享讨论结果。理论学习阶段控制器基本原理活动：详细讲解单片机的基本组成与工作过程，通过案例分析帮助学生理解机器人控制器的基本原理。任务：学生完成相关练习题，巩固所学知识。控制器使用实例及编程活动：介绍单片机最小系统的组成，通过实例演示单片机的使用方法，深入探讨控制器编程的必要性，介绍编程语言分类及流程图绘制方法。任务：学生分组完成单片机最小系统的搭建与编程实践，绘制流程图。通信接口解析活动：解析模拟信号与数字信号的区别与转换方法，介绍常见的通信接口类型及其使用方法。任务：学生完成通信接口相关练习题，加深对通信接口的理解。课外实践阶段活动：组织学生进行循迹机器人小车制作的实践活动，指导学生完成小车的装配、编程与调试工作。任务：学生分组完成循迹机器人小车的制作与调试，并准备展示与交流材料。总结提升阶段活动：组织学生对学习成果进行展示与交流，分享制作过程中的经验与教训。任务：学生撰写学习总结与反思报告，评价自己的学习过程与成果。（五）作业与检测作业完成课后相关练习题，巩固课堂所学知识。设计一个基于机器人控制器的创新项目方案，并绘制相关技术图样。检测通过单元测试卷检测学生对机器人控制器基本原理、编程、通信接口等知识点的掌握情况。通过循迹机器人小车制作项目的完成情况检测学生的物化能力、创新设计与图样表达能力。（六）学后反思在完成本单元的学习后，请学生结合自己的学习过程与成果进行反思，回答以下问题：在学习机器人控制器的过程中，你遇到了哪些困难？是如何克服的？通过本单元的学习，你对机器人控制器的理解有哪些提升？在循迹机器人小车制作项目中，你认为哪些环节最具挑战性？你是如何解决的？你认为自己在技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力等方面有哪些提升？还有哪些不足之处？对于未来的通用技术学习，你有哪些期待与计划？通过反思与总结，希望学生能够进一步明确自己的学习目标与方向，不断提升自己的通用技术核心素养。十三、学科实践与跨学科学习设计一、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2020版人教版高中通用技术选择性必修2《第三章机器人控制器》的教学内容，本学科实践与跨学科学习设计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。具体教学目标如下：技术意识：学生能够认识到机器人控制器在现代科技和工业领域中的重要性，理解其对提高生产效率、降低劳动强度等方面的积极作用。通过对机器人控制器的学习，学生能够形成对技术的敏感性和适应性，关注技术发展趋势，理解技术对社会、经济、环境等方面的影响。工程思维：学生能够运用系统分析的方法，理解机器人控制器的组成与工作原理，识别影响系统性能的关键因素。通过循迹机器人小车制作的实践，学生能够运用工程思维，对设计、制作、调试等过程进行整体规划与优化。创新设计：学生能够在了解机器人控制器基本原理的基础上，发挥创新思维，提出具有创意的机器人设计方案。通过流程图绘制、编程实践等活动，学生能够掌握创新设计的基本方法，提高问题解决能力。图样表达：学生能够识读并绘制与机器人控制器相关的技术图样，如电路图、流程图等。通过图样表达，学生能够清晰、准确地传达设计意图，促进团队合作与交流。物化能力：学生能够通过循迹机器人小车制作的实践，掌握电机驱动、编程调试等物化技能。在实践过程中，学生能够形成严谨细致、精益求精的工作态度，提高物化能力。二、学习目标设定结合教学目标，针对每个教学环节设定具体的学习目标，以确保学生能够在学科实践中全面提升核心素养。第1节控制器基本原理了解机器人运动控制的常用控制器种类。理解单片机的基本组成与工作过程。通过案例分析，掌握单片机内部各组成单元的功能。第2节控制器使用实例了解单片机最小系统的组成部分。掌握单片机的引脚类型及功能。学会单片机的两种复位方式，并能实际操作。第3节控制器编程了解机器人编程的必要性。掌握单片机编程语言分类及特点。学会绘制流程图，并能根据流程图编写简单的控制程序。第4节控制器通信接口学会区分模拟信号与数字信号。了解A/D、D/A转换器的功能及使用方法。掌握控制器与传感器的常见通信接口类型及应用场景。课外实践：循迹机器人小车制作——电机驱动掌握直流电机的工作原理及驱动方法。学会使用L298N电机驱动模块控制直流电机的正反转和调速。通过实践，完成循迹机器人小车的装配、编程与调试，实现小车的基本运动功能。三、作业目标设定为巩固课堂所学内容，提升学生的核心素养，设计以下作业目标：技术意识：调研不同领域（如工业、医疗、教育等）中机器人控制器的应用案例，分析其对提高生产效率、改善生活质量等方面的作用。撰写一篇小论文，阐述技术发展趋势对机器人控制器的影响及未来发展方向。工程思维：设计一个机器人控制器的系统框图，标明各组成单元及其功能，并分析各单元之间的相互作用关系。针对循迹机器人小车制作过程中遇到的问题，运用工程思维进行问题分析、方案设计与优化。创新设计：提出一个具有创意的机器人设计方案，包括机器人的功能、结构、控制系统等，并绘制详细的设计图样。编写一个基于流程图的控制程序，实现机器人的特定功能，如避障、循迹等。图样表达：绘制机器人控制器的电路图，标明各元器件的连接关系及工作原理。绘制循迹机器人小车的装配图，包括车架、电机、驱动模块、传感器等部件的布局与连接。物化能力：完成循迹机器人小车的制作与调试，记录制作过程中的关键步骤及遇到的问题与解决方法。对制作的循迹机器人小车进行测试，分析其运动性能，并撰写测试报告。四、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实践性与创新性，通过学科实践与跨学科学习，培养学生的核心素养。本节将围绕机器人控制器的学习内容，设计一系列实践活动，融合物理、数学、计算机科学等学科知识，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。（二）实践活动设计实践活动一：机器人控制器基本原理探究活动目的：通过案例分析，理解单片机的基本组成与工作过程。活动步骤：分组讨论机器人小车的组成部分及各部分的作用。讲解单片机的基本组成，包括时钟电路、存储器、中央处理器等部分。分析单片机内部各组成单元的功能及相互作用关系。学生分组绘制单片机内部结构示意图，并进行展示与交流。实践活动二：单片机最小系统构建活动目的：了解单片机最小系统的组成部分，掌握单片机的引脚类型及功能。活动步骤：讲解单片机最小系统的组成，包括单片机、电源供电电路、参考时钟电路、复位电路等。展示单片机引脚类型及功能，讲解GPIO引脚的使用注意事项。学生分组构建单片机最小系统，并进行测试与调试。记录测试过程中的关键步骤及遇到的问题与解决方法，撰写实验报告。实践活动三：机器人控制器编程实践活动目的：掌握机器人编程的必要性，学会绘制流程图并编写控制程序。活动步骤：讲解机器人编程的必要性及流程图的基本符号与绘制方法。学生分组设计一个简单的机器人控制程序流程图，如循迹机器人小车的运动控制流程图。根据流程图编写控制程序，并进行调试与测试。分享编程经验，讨论遇到的问题及解决方法。实践活动四：控制器通信接口应用活动目的：学会区分模拟信号与数字信号，了解A/D、D/A转换器的功能及使用方法，掌握控制器与传感器的常见通信接口类型。活动步骤：讲解模拟信号与数字信号的区别及相互转换的必要性。展示A/D、D/A转换器的功能及使用方法。学生分组设计一个简单的传感器与控制器通信的实验方案，如使用红外传感器测量距离并通过A/D转换器将模拟信号转换为数字信号进行处理。实施实验方案，记录实验数据并进行分析与讨论。实践活动五：循迹机器人小车制作活动目的：通过实践活动掌握电机驱动、编程调试等物化技能，提升创新设计与图样表达能力。活动步骤：讲解循迹机器人小车的工作原理及制作步骤。学生分组设计循迹机器人小车的装配图及控制程序流程图。准备实验器材，按照装配图进行小车装配。编写控制程序并进行调试，实现小车的基本运动功能。对制作的循迹机器人小车进行测试，分析其运动性能并撰写测试报告。（三）跨学科学习设计在机器人控制器的学科实践中，融合物理、数学、计算机科学等学科知识，提升学生的跨学科学习能力。物理学科融合：在机器人控制器基本原理的学习中，结合物理学中的电路分析知识，理解单片机内部各组成单元的工作原理。在循迹机器人小车制作过程中，运用物理学中的力学原理分析小车的运动状态及受力情况。数学学科融合：在控制器编程实践中，运用数学中的逻辑运算知识编写控制程序。在分析循迹机器人小车的运动性能时，运用数学中的数据分析与处理方法对实验数据进行处理与分析。计算机科学学科融合：在控制器编程实践中，运用计算机科学中的编程语言及流程图绘制方法编写控制程序。在控制器通信接口的学习中，结合计算机科学中的通信协议知识理解控制器与传感器之间的通信过程。通过跨学科学习设计，学生能够在学习机器人控制器的过程中，综合运用多学科知识解决问题，提升综合素养。五、总结与反思通过本学科实践与跨学科学习设计，学生能够在实践中深入理解机器人控制器的基本原理、组成单元及编程方法，掌握电机驱动、编程调试等物化技能，提升技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能力。通过跨学科学习设计，学生能够综合运用多学科知识解决问题，提升综合素养。在教学过程中，教师应注重引导学生主动探究、合作交流，培养学生的自主学习能力和团队合作精神。根据学生的学习反馈及时调整教学策略和方法，确保教学目标的顺利实现。十四、大单元作业设计一、教学目标依据《普通高中通用技术课程标准（2017年版2020年修订）》，针对2020版人教版高中通用技术选择性必修2《第三章机器人控制器》的教学内容，本大单元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器在现代科技和工业领域中的重要性，理解其对提高生产效率、降低劳动强度等方面的积极作用。通过对机器人控制器的学习，学生能够形成对技术的敏感性和适应性，关注技术发展趋势，理解技术对社会、经济、环境等方面的影响。工程思维：学生能够运用系统分析的方法，理解机器人控制器的组成与工作原理，识别影响系统性能的关键因素。通过循迹机器人小车制作的实践，学生能够运用工程思维，对设计、制作、调试等过程进行整体规划与优化。创新设计：学生能够在了解机器人控制器基本原理的基础上，发挥创新思维，提出具有创意的机器人设计方案。通过流程图绘制、编程实践等活动，学生能够掌握创新设计的基本方法，提高问题解决能力。图样表达：学生能够识读并绘制与机器人控制器相关的技术图样，如电路图、流程图等。通过图样表达，学生能够清晰、准确地传达设计意图，促进团队合作与交流。物化能力：学生能够通过循迹机器人小车制作的实践，掌握电机驱动、编程调试等物化技能。在实践过程中，学生能够形成严谨细致、精益求精的工作态度，提高物化能力。二、作业目标设定本单元的作业设计旨在全面促进学生通用技术核心素养的发展，具体目标包括以下几个方面：技术意识：通过分析机器人控制器在现代科技和工业中的应用案例，撰写一篇小论文，阐述机器人控制器的重要性及其对社会、经济、环境的影响。收集并整理关于机器人控制器技术发展趋势的资料，制作一份技术趋势分析报告。工程思维：设计并绘制一个机器人控制系统的结构图，包括电源供电电路、参考时钟电路、复位电路等关键部分，并解释各部分的作用及相互关系。针对循迹机器人小车制作过程中遇到的技术问题，提出解决方案，并绘制相应的流程图或结构图。创新设计：基于对机器人控制器的理解，设计一款具有创新功能的机器人，并撰写设计报告，包括设计思路、功能描述、预期效果等。编写一段机器人控制程序，实现特定功能（如循迹、避障等），并附上流程图说明程序执行过程。图样表达：绘制循迹机器人小车的电路图，包括电机驱动模块、电源系统、单片机最小系统等部分，并标注各元件的参数和连接关系。设计并绘制一份机器人控制器的通信接口示意图，包括模拟信号与数字信号的转换过程、通信接口的类型及功能等。物化能力：完成循迹机器人小车的制作与调试，撰写一份制作报告，包括材料清单、制作步骤、调试过程及遇到的问题与解决方案。针对循迹机器人小车的性能进行测试，记录测试数据，并分析数据提出改进建议。三、作业内容设计1.技术意识作业作业名称：机器人控制器在现代科技和工业中的应用及影响分析作业要求：收集关于机器人控制器在现代科技和工业中的应用案例，如工业生产、医疗服务、教育领域等。分析机器人控制器在这些领域中的应用如何提高了生产效率、降低了劳动强度，以及对社会、经济、环境等方面的影响。撰写一篇小论文，字数不少于800字，要求条理清晰、逻辑严密、论证充分。评价标准：内容全面性：是否全面收集了机器人控制器在不同领域的应用案例。分析深度：是否深入分析了机器人控制器对社会、经济、环境等方面的影响。论文质量：论文结构是否合理、条理是否清晰、论证是否充分、语言是否流畅。2.工程思维作业作业名称：机器人控制系统结构图设计与分析作业要求：设计并绘制一个机器人控制系统的结构图，包括电源供电电路、参考时钟电路、复位电路等关键部分。在结构图中标注各部分的名称、功能及相互关系，并解释各部分在控制系统中的作用。撰写一份分析报告，对设计的控制系统结构图进行详细说明，包括设计思路、各部分功能及相互关系等。评价标准：结构图完整性：是否完整包含了机器人控制系统的关键部分。标注准确性：各部分名称、功能及相互关系的标注是否准确。分析报告质量：分析报告是否条理清晰、逻辑严密、解释充分。3.创新设计作业作业名称：创新功能机器人设计方案作业要求：基于对机器人控制器的理解，设计一款具有创新功能的机器人。撰写设计报告，包括设计思路、功能描述、预期效果等部分。设计报告要求条理清晰、逻辑严密、表述准确。绘制机器人的结构示意图或流程图，辅助说明设计方案。评价标准：创新性：设计方案是否具有创新性，能否体现对机器人控制器的深入理解。功能性：机器人功能描述是否清晰、明确，预期效果是否合理。设计报告质量：设计报告结构是否合理、条理是否清晰、表述是否准确。4.图样表达作业作业名称：循迹机器人小车电路图与通信接口示意图绘制作业要求：绘制循迹机器人小车的电路图，包括电机驱动模块、电源系统、单片机最小系统等部分。电路图要求标注各元件的参数和连接关系。设计并绘制一份机器人控制器的通信接口示意图，包括模拟信号与数字信号的转换过程、通信接口的类型及功能等。示意图要求清晰、准确、易于理解。评价标准：电路图完整性：是否完整包含了循迹机器人小车的关键电路部分。标注准确性：各元件参数和连接关系的标注是否准确。示意图质量：通信接口示意图是否清晰、准确、易于理解。5.物化能力作业作业名称：循迹机器人小车制作与调试报告作业要求：完成循迹机器人小车的制作与调试过程，记录制作步骤、调试过程及遇到的问题与解决方案。撰写一份制作报告，包括材料清单、制作步骤、调试过程及遇到的问题与解决方案等部分。制作报告要求条理清晰、逻辑严密、表述准确。针对循迹机器人小车的性能进行测试，记录测试数据，并分析数据提出改进建议。评价标准：制作过程完整性：是否完整记录了循迹机器人小车的制作与调试过程。问题解决能力：在制作与调试过程中遇到的问题及解决方案是否合理、有效。测试数据分析：测试数据记录是否准确、分析是否深入、改进建议是否合理。通过以上作业设计，旨在全面促进学生通用技术核心素养的发展，提高学生对机器人控制器的理解与应用能力，培养学生的创新精神和实践能力。十五、“教-学-评”一致性课时设计课程基本信息教材版本：2020版人教版高中通用技术选择性必修2单元主题：第三章机器人控制器课时设计：根据大单元实施思路及教学结构图，本单元共分为14课时，其中第1课时为导入阶段，第2至9课时为理论学习阶段（控制器基本原理2课时，控制器使用实例及编程4课时，通信接口解析2课时），第10至13课时为课外实践阶段（循迹机器人小车制作4课时），第14课时为总结提升阶段。第一课时：导入阶段教学目标技术意识：激发学生对机器人技术的兴趣，认识到机器人控制器在现代科技和工业领域中的重要性。工程思维：引导学生思考机器人小车的基本组成及各部分的作用。作业目标思考并记录自己对机器人技术的兴趣和疑问。教学过程展示实例：通过多媒体展示机器人在工业、医疗、教育等领域的应用实例。引导讨论：引导学生讨论机器人技术的重要性，并思考机器人小车的基本组成。明确目标：简要介绍本单元的学习内容和目标。教学评价通过观察学生的讨论情况和记录的兴趣与疑问，评价学生对机器人技术的初步认识和兴趣程度。第二至三课时：控制器基本原理教学目标技术意识：了解机器人运动控制的常用控制器种类。工程思维：理解单片机的基本组成与工作过程。图样表达：能够识读单片机内部结构示意图。作业目标绘制单片机内部结构示意图，并标注各部分功能。教学过程讲解原理：详细讲解单片机的基本组成与工作过程，包括时钟电路、存储器、中央处理器等部分。案例分析：通过案例分析，帮助学生理解机器人控制器的基本原理。互动讨论：讨论单片机如何实现计算机类似的基本功能。教学评价通过学生绘制的单片机内部结构示意图和课堂讨论情况，评价学生对单片机基本原理的理解程度。第四至七课时：控制器使用实例及编程教学目标技术意识：了解单片机最小系统的组成部分。工程思维：理解单片机的引脚类型及功能。创新设计：掌握流程图绘制方法，了解控制器编程的必要性。物化能力：通过实例演示，初步了解单片机的使用方法。作业目标绘制单片机最小系统电路图，并标注各部分功能。设计一个简单的流程图，描述一个机器人小车的运动过程。教学过程讲解组成：介绍单片机最小系统的组成部分，包括电源供电电路、参考时钟电路、复位电路等。引脚说明：详细讲解单片机的引脚类型及功能。编程基础：介绍机器人编程的必要性，讲解流程图绘制方法。实例演示：通过实例演示单片机的使用方法。教学评价通过学生绘制的电路图和流程图，以及课堂参与度，评价学生对单片机使用实例及编程基础知识的掌握情况。第八至九课时：通信接口解析教学目标技术意识：学会区分模拟信号与数字信号。工程思维：了解A/D、D/A转换器的功能。创新设计：掌握控制器与传感器的通信接口类型。图样表达：能够识读并绘制A/D、D/A转换示意图。作业目标绘制A/D、D/A转换示意图，并解释其工作原理。调研并总结常见的通信接口类型及其特点。教学过程信号区分：讲解模拟信号与数字信号的区别。转换原理：介绍A/D、D/A转换器的功能和工作原理。接口介绍：讲解常见的通信接口类型，如UART、I2C、SPI等。实例分析：通过实例分析通信接口在机器人控制器中的应用。教学评价通过学生绘制的转换示意图和调研总结，评价学生对通信接口原理及类型的理解程度。第十至十三课时：课外实践——循迹机器人小车制作教学目标技术意识：认识到电机驱动在机器人系统中的重要性。工程思维：通过实践活动，培养系统规划与优化能力。创新设计：提出并优化机器人小车的设计方案。图样表达：绘制机器人小车的电路图和结构图。物化能力：掌握电机驱动、编程调试等物化技能。作业目标完成循迹机器人小车的制作，并编写制作报告。对小车进行调试，记录调试过程中遇到的问题及解决方法。教学过程实验原理：讲解电机驱动模块的原理及循迹小车转向的实现方法。电源设计：介绍机器人电源系统的设计要点。实践操作：指导学生进行循迹机器人小车的装配、编程与调试。问题解决：引导学生解决实践过程中遇到的问题。教学评价通过学生的实践作品、制作报告及调试记录，评价学生的物化能力、创新设计能力和问题解决能力。第十四课时：总结提升阶段教学目标技术意识：总结机器人控制器在现代科技和工业领域中的应用价值。工程思维：反思并优化机器人小车制作过程中的系统规划与设计。创新设计：鼓励学生提出新的机器人设计方案。图样表达：通过展示与交流，提升图样表达能力。物化能力：总结电机驱动、编程调试等物化技能的学习经验。作业目标撰写学习总结，反思学习过程中的收获与不足。提出一个新的机器人设计方案，并绘制初步的设计图。教学过程成果展示：组织学生进行学习成果的展示与交流。经验分享：引导学生分享制作过程中的经验与教训。教师反馈：教师对学生的学习过程与成果进行评价与反馈。总结反思：引导学生总结反思，明确后续学习的方向。创新设计：鼓励学生提出新的机