《讓機器人動起來》大單元整體教學設(shè)計(蘇教版)

一、內(nèi)容分析與整合

(-)教學內(nèi)容分析

《讓機器人動起來》是蘇教版高中通用技術(shù)選擇性必修2《機器人

設(shè)計與制作》中的重要章節(jié)，主要圍繞機器人的動力系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)

展開，包括機械傳動和電子控制系統(tǒng)的探析與設(shè)計。本章節(jié)的內(nèi)容分

為三大部分：探析機械傳動、探究電子控制系統(tǒng)以及設(shè)計與制作機械

手。通過這三個部分的學習，學生將深入了解機器人的工作原理，掌握

機械傳動和電子控制系統(tǒng)的基本知識和技能，并能夠設(shè)計和制作簡單

的機械手。

探析機械傳動：

任務(wù)一：認識齒輪傳動：了解齒輪傳動的基本原理、類型和特點，

掌握齒輪傳動的計算方法。

任務(wù)二：研究齒輪傳動的速度變化：通過實驗觀察齒輪傳動中速

度的變化規(guī)律，理解齒輪比的概念。

任務(wù)三：探究特殊齒輪傳動：了解非圓齒輪、蝸輪蝸桿等特殊齒輪

傳動的應(yīng)用和工作原理。

任務(wù)四：探究帶傳動與鏈傳動：比較帶傳動和鏈傳動的優(yōu)缺點，了

解它們的應(yīng)用場景。

任務(wù)五：探究平面連桿傳動：學習平面連桿傳動的原理和應(yīng)用，理

解其在機器人運動中的作用。

探究電子控制系統(tǒng)：

任務(wù)一：探究電子控制系統(tǒng)：了解電子控制系統(tǒng)的基本組成和工

作原理。

任務(wù)二：認識控制大腦——單片機：學習單片機的基本知識和編

程方法。

任務(wù)三：設(shè)計調(diào)試電子控制系統(tǒng)，讓機械手動起來：綜合運用所學

知識，設(shè)計并調(diào)試電子控制系統(tǒng)，使機械手能夠按預(yù)定程序運動。

設(shè)計與制作機械手：

通過前面的學習，學生將分組設(shè)計和制作一個簡單的機械手，實

現(xiàn)從理論到實踐的轉(zhuǎn)化。

（二）單元內(nèi)容分析

本單元的教學內(nèi)容涵蓋了機械傳動和電子控制系統(tǒng)兩大方面，這

兩部分是機器人設(shè)計與制作的核心內(nèi)容。機械傳動部分，學生需要掌

握齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動和平面連桿傳動的基本原理和應(yīng)用，這是

理解機器人運動機制的基礎(chǔ)。電子控制系統(tǒng)部分，學生需要了解電子

控制系統(tǒng)的組成和工作原理，掌握單片機的編程方法，這是實現(xiàn)機器

人智能化控制的關(guān)鍵。通過這兩部分的學習，學生將能夠綜合運用所

學知識，設(shè)計和制作出一個簡單的機械手，實現(xiàn)從理論到實踐的跨越。

（三）單元內(nèi)容整合

本單元的教學內(nèi)容雖然涉及多個知識點，但各知識點之間有著緊

密的內(nèi)在聯(lián)系。機械傳動部分和電子控制系統(tǒng)部分是相互依存、相互

支撐的。機械傳動為機器人的運動提供了物理基礎(chǔ)，而電子控制系統(tǒng)

則實現(xiàn)了對機械傳動的智能化控制。在教學過程中，應(yīng)注重知識點的

整合和綜合運用。

具體來說，可以將機械傳動和電子控制系統(tǒng)的學習相結(jié)合，通過

實驗和項目實踐的方式，讓學生親身體驗機器人的工作原理和控制方

法。例如，在學習齒輪傳動時，可以結(jié)合電子控制系統(tǒng)，設(shè)計一個通過

單片機控制的齒輪傳動實驗；在學習單片機編程時，可以結(jié)合機械手

的設(shè)計，讓學生編寫程序控制機械手的運動。通過這種整合方式，不僅

可以加深學生對知識點的理解，還可以提高他們的綜合運用能力。

二、《普通高中通用技術(shù)課程標準(2017年版2020年修訂)》分解

通用技術(shù)的核心素養(yǎng)目標是：

(-)技術(shù)意識

水平1：能結(jié)合個人成長經(jīng)歷和簡單的技術(shù)體驗活動，了解與感知

技術(shù)與人、自然、社會的關(guān)系，形成對人工世界的認識和初步的環(huán)境意

識。在學習《讓機器人動起來》這一單元時，學生能夠認識到機器人技

術(shù)在現(xiàn)代社會中的重要性和廣泛應(yīng)用，理解機器人技術(shù)對人類生活、

生產(chǎn)和社會發(fā)展的積極影響。

水平2：能在技術(shù)活動的過程中，恰當處理人技關(guān)系，形成規(guī)范、

安全的技術(shù)習慣。在學習機械傳動和電子控制系統(tǒng)的過程中，學生能

夠理解并遵守相關(guān)的安全規(guī)范，形成規(guī)范的技術(shù)操作習慣。

水平3：能結(jié)合某一具體技術(shù)領(lǐng)域，調(diào)查并分析個體及群體的價值

觀如何促進或阻礙技術(shù)的發(fā)展，理解技術(shù)活動需要綜合運用多種知識。

通過學習機器人設(shè)計與制作，學生能夠理解機器人技術(shù)的發(fā)展歷程和

現(xiàn)狀，分析不同國家和地區(qū)在機器人技術(shù)領(lǐng)域的差異和原因。

水平4：能綜合各種數(shù)據(jù)與信息，就某一技術(shù)領(lǐng)域?qū)€人、社會、

環(huán)境的影響作出判斷，形成正確的技術(shù)觀和生態(tài)文明觀。在學習機器

人技術(shù)的過程中，學生能夠認識到機器人技術(shù)對環(huán)境、資源和社會的

影響，形成可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)觀。

水平5：能綜合多個技術(shù)領(lǐng)域，調(diào)查并分析個體及群體的價值觀、

器人的自主導(dǎo)航、智能識別等。

（三）創(chuàng)新設(shè)計

水平1:能通過調(diào)查等方式，了解用戶特定需求和需要解決的主要

技術(shù)問題，能借鑒技術(shù)設(shè)計案例和技術(shù)規(guī)范嘗試制訂解決技術(shù)問題的

單一方案。在學習機器人設(shè)計與制作的過程中，學生能夠了解用戶（如

工廠、醫(yī)院等）對機器人的特定需求，并嘗試借鑒已有的技術(shù)設(shè)計案例

和規(guī)范來制訂解決方案。

水平2：面對熟悉的技術(shù)情境，能運用技術(shù)語言分析用戶特定需求,

明確需要解決的技術(shù)問題；能根據(jù)設(shè)計對象和現(xiàn)有條件制訂解決技術(shù)

問題的一個或多個單一方案。在學習機器人設(shè)計與制作的過程中，學

生能夠針對熟悉的技術(shù)情境（如簡單的搬運任務(wù)）來明確需求并制訂

相應(yīng)的解決方案。

水平3：面對較為復(fù)雜的技術(shù)情境，能運用人機理論，發(fā)現(xiàn)用戶的

多方面需求及關(guān)聯(lián)性，多角度分析需要解決的技術(shù)問題；通過多種渠

道搜集與所設(shè)計產(chǎn)品有關(guān)的各種信息并進行處理，能制訂符合一般設(shè)

計原則和規(guī)范的多個方案。在學習機器人設(shè)計與制作的過程中，學生

能夠針對復(fù)雜的技術(shù)情境（如協(xié)同作業(yè)、智能識別等）來綜合分析需求

并制訂多個設(shè)計方案。

水平4：能運用用戶模型分析方法，提煉用戶的獨特需求，確認所

要解決的特定技術(shù)問題；能依據(jù)設(shè)計需求制訂符合一般設(shè)計原則和規(guī)

范的多個方案，并進行初步的比較與權(quán)衡。在學習機器人設(shè)計與制作

的過程中，學生能夠運用用戶模型分析方法（如問卷調(diào)查、訪談等）來

提煉用戶的獨特需求，并依據(jù)這些需求來制訂設(shè)計方案并進行比較與

權(quán)衡。

水平5：能綜合運用多種方法，挖掘用戶的潛在需求，多視角認識

所要解決的技術(shù)問題，形成對用戶需求和技術(shù)問題的敏感性；能運用

數(shù)學與工程方法進行比較和權(quán)衡，在多個方案中選定滿足設(shè)計要求的

最佳方案或改進原有方案。在學習機器人設(shè)計與制作的過程中，學生

能夠綜合運用多種方法來挖掘用戶的潛在需求，并能夠從多個視角來

認識技術(shù)問題；同時能夠運用數(shù)學與工程方法來進行方案的比較和權(quán)

衡，選定最佳方案或改進原有方案。

（四）圖樣表達

水平1：能結(jié)合日常生活情境，體會技術(shù)語言的重要性，分析歸納

技術(shù)語言的種類及其應(yīng)用；能通過具體實物展示，說明下料構(gòu)想，對材

料使用進行初步地多因素分析。在學習機器人設(shè)計與制作的過程中，

學生能夠認識到圖樣表達的重要性，并能夠通過具體實物來展示下料

構(gòu)想和材料使用的多因素分析。

水平2：能在較為簡單的技術(shù)設(shè)計實踐中，繪制規(guī)范的設(shè)計圖紙，

形成良好的設(shè)計習慣；能識讀常見的技術(shù)圖樣，如流程圖、控制系統(tǒng)方

框圖，并能表達簡單的設(shè)計方案。在學習機器人設(shè)計與制作的過程中，

學生能夠繪制規(guī)范的設(shè)計圖紙來表達自己的設(shè)計方案，并能夠識讀常

見的技術(shù)圖樣。

水平3：能識讀機械、電子等技術(shù)領(lǐng)域常見的技術(shù)圖樣，如一般的

機械加工圖和簡單的電子電路圖等；能用較詳細的草圖表達設(shè)計構(gòu)想,

并使用設(shè)計文件、日志等記錄設(shè)計的創(chuàng)意、過程和結(jié)果。在學習機器人

設(shè)計與制作的過程中，學生能夠識讀機械、電子等領(lǐng)域的技術(shù)圖樣，并

能夠用較詳細的草圖來表達自己的設(shè)計構(gòu)想和記錄設(shè)計過程。

水平4：能識讀較為復(fù)雜的技術(shù)圖樣，如草圖、三視圖、機械加工

圖等；能在熟悉而復(fù)雜的問題情境中，用較為復(fù)雜的草圖，準確表達與

交流設(shè)計構(gòu)想；能結(jié)合不同技術(shù)領(lǐng)域，在較為熟練運用常見技術(shù)圖樣

基礎(chǔ)上，進行方案的設(shè)計。在學習機器人設(shè)計與制作的過程中，學生能

夠識讀較為復(fù)雜的技術(shù)圖樣，并能夠在復(fù)雜的問題情境中用較為復(fù)雜

的草圖來表達和交流自己的設(shè)計構(gòu)想。

水平5：能面對難度較高的問題情境，用較為復(fù)雜的草圖，準確表

達與交流設(shè)計構(gòu)想；面對復(fù)雜情境時，能主動選擇與綜合運用圖樣或

其他技術(shù)語言表達設(shè)計構(gòu)想，形成用技術(shù)語言進行思維轉(zhuǎn)換的能力。

在學習機器人設(shè)計與制作的過程中，學生能夠面對難度較高的問題情

境來用較為復(fù)雜的草圖來表達和交流自己的設(shè)計構(gòu)想，并能夠主動選

擇和綜合運用圖樣或其他技術(shù)語言來表達自己的設(shè)計構(gòu)想。

（五）物化能力

水平1：能根據(jù)設(shè)計要求選擇合適的材料與工具，了解常用材料的

屬性及加工方法；在材料及其加工過程中，具有基本的安全、環(huán)保和質(zhì)

量意識。在學習機器人設(shè)計與制作的過程中，學生能夠根據(jù)設(shè)計要求

來選擇合適的材料和工具，并了解這些材料的屬性和加工方法；同時

能夠在加工過程中保持基本的安全、環(huán)保和質(zhì)量意識。

水平2：能根據(jù)設(shè)計要求進行簡單的技術(shù)試驗，對材料進行性能測

試，根據(jù)材料性能列出用料表；在實施設(shè)計方案的過程中，能從環(huán)境、

經(jīng)濟、社會、質(zhì)量、美學等方面考慮材料的使用，掌握基本的工具使用

方法。在學習機器人設(shè)計與制作的過程中，學生能夠進行簡單的技術(shù)

試驗來對材料進行性能測試，并根據(jù)測試結(jié)果來列出用料表；同時能

夠在實施設(shè)計方案的過程中從多個方面來考慮材料的使用。

水平3：能結(jié)合某一技術(shù)領(lǐng)域，掌握一些特殊材料的屬性及加工方

法，根據(jù)方案設(shè)計要求選擇材料和工具，確定方案實現(xiàn)的時序和工序；

能嚴謹細致地完成模型或產(chǎn)品的成型制作和裝配，并對模型或產(chǎn)品進

行基本的技術(shù)指標測量。在學習機器人設(shè)計與制作的過程中，學生能

夠掌握一些特殊材料的屬性及加工方法，并根據(jù)方案設(shè)計要求來選擇

材料和工具；同時能夠嚴謹細致地完成機械手的成型制作和裝配，并

進行基本的技術(shù)指標測量。

水平4：能分析設(shè)計方案，并根據(jù)方案設(shè)計要求選擇合適的材料，

具有初步的工具思維和工匠精神，完成模型或產(chǎn)品的成型制作和裝配;

能對模型或產(chǎn)品進行基本的技術(shù)測試和技術(shù)指標測量，撰寫簡單的技

術(shù)測試和方案試驗的報告。在學習機器人設(shè)計與制作的過程中，學生

能夠分析設(shè)計方案并根據(jù)要求來選擇合適的材料；同時能夠完成機械

手的成型制作和裝配，并進行基本的技術(shù)測試和技術(shù)指標測量來撰寫

報告。

水平5：能根據(jù)方案設(shè)計要求綜合選擇材料和工具，具有一定的材

料規(guī)劃意識和工具思維；能對模型或產(chǎn)品進行基本的技術(shù)測試，撰寫

技術(shù)測試和方案試驗的報告，并能從效率、形式、流程等方面進行方案

的評價與優(yōu)化，形成精益求精、追求卓越的良好品格。在學習機器人設(shè)

計與制作的過程中，學生能夠根據(jù)方案設(shè)計要求來綜合選擇材料和工

具，并具有一定的材料規(guī)劃意識和工具思維；同時能夠?qū)C械手進行

基本的技術(shù)測試并撰寫報告，還能夠從多個方面對方案進行評價與優(yōu)

化來形成精益求精、追求卓越的良好品格。

三、學情分析

（-）已知內(nèi)容分析

在進入本單元的教學之前，學生已經(jīng)完成了選擇性必修1《結(jié)構(gòu)與

設(shè)計》的學習，具備了一定的結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)，對物體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、強

度、材料選擇等方面有了初步了解。在必修模塊的學習中，學生也掌握

了技術(shù)設(shè)計的一般過程，能夠運用草圖、模型等手段表達設(shè)計理念，并

能進行簡單的技術(shù)試瞼和評估。

對于本單元的內(nèi)容，學生在初中階段可能已接觸過簡單的機械原

理和電子控制技術(shù)，如杠桿、滑輪、電動機等基本概念，但這些都是零

散的、非系統(tǒng)化的知識。在教學過程中，需要將這些已有知識進行整合

和深化，為學習機器人設(shè)計與制作打下堅實的基礎(chǔ)。

（二）新知內(nèi)容分析

本單元《讓機器人動起來》主要圍繞機械傳動和電子控制系統(tǒng)兩

大核心內(nèi)容展開。機械傳動部分包括齒輪傳動、帶傳動與鏈傳動、平面

連桿傳動等，旨在讓學生理解各種傳動的原理、特點及應(yīng)用場景，并能

進行簡單的傳動設(shè)計。電子控制系統(tǒng)部分則涉及電子控制系統(tǒng)的基本

組成、單片機的認識與編程、電子控制系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試等，目標是讓

學生掌握電子控制的基本方法，能夠?qū)崿F(xiàn)機器人運動的精確控制。

本單元的新知內(nèi)容可以細化為以下幾個方面：

齒輪傳動的原理與應(yīng)用：學生需要了解齒輪的基本類型（直齒、斜

齒、錐齒等）、齒輪傳動的速度變化規(guī)律、齒輪傳動的效率與損失等,

并能根據(jù)實際需求選擇合適的齒輪組合。

帶傳動與鏈傳動的特點：學生應(yīng)掌握帶傳動和鏈傳動的基本結(jié)構(gòu)、

工作原理及其優(yōu)缺點，學會在設(shè)計中選擇合適的傳動方式。

平面連桿傳動的應(yīng)用：了解平面連桿機構(gòu)的基本類型（連桿、滑

塊、搖桿等）、運動規(guī)律及其在工程實踐中的應(yīng)用。

電子控制系統(tǒng)的基本組成：包括傳感器、執(zhí)行器、控制器等關(guān)鍵部

件的作用及其相互關(guān)系。

單片機的認識與編程：學習單片機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及其編

程語言（如C語言、匯編語言等），掌握單片機在電子控制系統(tǒng)中的應(yīng)

用方法。

電子控制系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試：能夠根據(jù)實際需求設(shè)計電子控制系

統(tǒng)，并進行調(diào)試和優(yōu)化，實現(xiàn)機器人運動的精確控制。

（三）學生學習能力分析

邏輯思維能力：高中生的邏輯思維能力已經(jīng)相對成熟，能夠理解

和分析復(fù)雜的機械傳動和電子控制系統(tǒng)的工作原理。

動手實踐能力：通過必修和選擇性必修模塊的學習，學生已經(jīng)具

備了一定的動手實踐能力，能夠完成簡單的模型制作和電路搭建。

團隊協(xié)作能力：在之前的課程中，學生已經(jīng)有過小組合作完成任

務(wù)的經(jīng)驗，具備一定的團隊協(xié)作能力。

自主學習能力：高中生具有較強的自主學習能力和信息檢索能力,

能夠利用網(wǎng)絡(luò)資源、教材、參考書等自主學習新知識。

問題解決能力：在面對復(fù)雜問題時，學生能夠運用所學知識進行

分析、推理和決策，找到解決問題的方案。

（四）學習障礙突破策略

理論知識的抽象性：機械傳動和電子控制系統(tǒng)的理論知識相對抽

象，學生可能難以理解和掌握。為了突破這一障礙，可以采取以下策

略：

實物演示與模型制作：通過實物演示和模型制作，將抽象的理論

知識具體化、形象化，幫助學生直觀理解機械傳動和電子控制系統(tǒng)的

工作原理。

動畫與視頻輔助教學：利用動畫和視頻等多媒體手段，將機械傳

動和電子控制系統(tǒng)的運動過程進行動態(tài)展示，增強學生的直觀感受。

案例分析與討論：通過分析典型的機械傳動和電子控制系統(tǒng)案例,

引導(dǎo)學生進行討論和思考，加深對理論知識的理解。

實踐操作的復(fù)雜性：機器人設(shè)計與制作涉及多個學科的知識和技

能，實踐操作過程相對復(fù)雜。為了幫助學生克服這一困難，可以采取以

下措施：

分步教學與指導(dǎo)：將復(fù)雜的實踐操作過程分解為若干個簡單的步

驟，逐步引導(dǎo)學生完成。在每個步驟中，教師都要進行詳細的講解和示

范，確保學生能夠掌握正確的操作方法。

小組合作與互助：鼓勵學生進行小組合作，共同完成任務(wù)。在小組

合作中，學生可以相互學習、相互幫助，共同提高實踐操作能力。

反復(fù)練習與反饋：提供足夠的練習機會，讓學生在實踐中不斷鞏

固和提高。教師要及時給予反饋和指導(dǎo)，幫助學生糾正錯誤，提高實踐

操作效果。

跨學科知識的整合：機器人設(shè)計與制作涉及機械、電子、計算機等

多個學科的知識和技能，需要學生進行跨學科知識的整合。為了幫助

學生實現(xiàn)這一目標，可以采取以下策略：

跨學科課程整合：在課程設(shè)計中，注重跨學科知識的融合和滲透。

通過案例分析、項目實踐等方式，引導(dǎo)學生綜合運用所學知識解決實

際問題。

專題講座與研討：邀請相關(guān)學科的專家或教師為學生進行專題講

座和研討，幫助學生了解不同學科的前沿知識和發(fā)展趨勢，拓寬視野

和思路。

自主學習與探究：鼓勵學生利用課余時間進行自主學習和探究，

通過查閱文獻、參加科技競賽等方式，深入了解相關(guān)學科的知識和技

能。

學習興趣的激發(fā)與保持：機器人設(shè)計與制作是一門充滿趣味性和

挑戰(zhàn)性的課程，但長時間的學習和實踐可能會使部分學生產(chǎn)生疲勞和

厭倦情緒。為了激發(fā)學生的學習興趣和保持學習動力，可以采取以下

措施：

創(chuàng)設(shè)情境與激發(fā)興趣：通過創(chuàng)設(shè)貼近學生生活或具有挑戰(zhàn)性的學

習情境，激發(fā)學生的學習興趣和好奇心。例如，可以設(shè)計一些具有趣味

性的機器人項目或比賽，讓學生在實踐中體驗成功的快樂。

展示成果與分享經(jīng)驗：定期組織學生展示自己的學習成果和分享

經(jīng)驗，增強學生的成就感和自信心。通過分享和交流，學生可以相互學

習、相互啟發(fā)，共同提高。

激勵與評價機制：建立合理的激勵與評價機制，對學生的學習成

果和表現(xiàn)進行及時評價和反饋。通過獎勵優(yōu)秀、鼓勵進步等方式，激發(fā)

學生的學習積極性和創(chuàng)造力。

針對本單元的教學內(nèi)容和學生特點，可以采取多種策略和方法來

突破學習障礙，提高教學效果。在教學過程中，教師應(yīng)注重學生的主體

地位，關(guān)注學生的個體差異和需求，靈活運用各種教學策略和方法，為

學生的全面發(fā)展提供有力支持。

四、大主題或大概念設(shè)計

本單元的大主題設(shè)計為“探索與構(gòu)建：機器人動力系統(tǒng)的設(shè)計與

實現(xiàn):這一主題旨在通過深入探究機械傳動和電子控制系統(tǒng)的基本原

理與應(yīng)用，引導(dǎo)學生掌握機器人動力系統(tǒng)的核心要素，培養(yǎng)其技術(shù)意

識、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達和物化能力等通用技術(shù)核心素養(yǎng)。

核心概念解析：

機械傳動：作為機器人動力系統(tǒng)的基礎(chǔ)，機械傳動通過齒輪、帶、

鏈、連桿等機構(gòu)實現(xiàn)力和運動的傳遞與變換。學生需理解各類傳動的

特點、原理及應(yīng)用場景，能夠設(shè)計并搭建有效的傳動系統(tǒng)。

電子控制系統(tǒng)：電子控制系統(tǒng)是機器人動力系統(tǒng)的“大腦”，通過

傳感器、單片機等元件實現(xiàn)信息的采集、處理與執(zhí)行。學生需掌握電子

控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成、工作原理及調(diào)試方法，能夠設(shè)計并實現(xiàn)簡單的

控制程序。

大主題下的子課題：

探析機械傳動：

任務(wù)一：認識齒輪傳動，理解其傳動比、轉(zhuǎn)向等特性。

任務(wù)二：研究齒輪傳動的速度變化，掌握速度計算與調(diào)整方法。

任務(wù)三：探究特殊齒輪傳動（如蝸桿傳動、行星齒輪傳動），拓展

傳動系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

探析機械傳動（續(xù)）：

任務(wù)一：探究帶傳動與鏈傳動，比較其優(yōu)缺點及應(yīng)用場景。

任務(wù)二：探究平面連桿傳動，理解連桿機構(gòu)的運動規(guī)律及設(shè)計原

則。

任務(wù)三：設(shè)計與制作機械手，綜合運用所學傳動知識，實現(xiàn)機械手

的簡單運動功能。

探究電子控制系統(tǒng)：

任務(wù)一：探究電子控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成與工作原理，了解傳感器、

單片機等元件的作用。

任務(wù)二：認識控制大腦——單片機，學習其編程基礎(chǔ)及開發(fā)環(huán)境。

任務(wù)三：設(shè)計調(diào)試電子控制系統(tǒng)，讓機械手動起來，實現(xiàn)預(yù)定的運

動控制與功能實現(xiàn)。

五、大單元目標敘寫

根據(jù)《普通高中通用技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》的

要求，結(jié)合本單元的教學內(nèi)容，設(shè)定以下大單元目標，旨在全面培養(yǎng)學

生的通用技術(shù)核心素養(yǎng)：

技術(shù)意識：

學生能夠認識到機械傳動和電子控制系統(tǒng)在機器人設(shè)計中的重要

性，理解其基本原理與應(yīng)用價值。

學生能夠形成對機器人動力系統(tǒng)設(shè)計的初步認知，具備運用所學

知識解決實際問題的能力。

工程思維：

學生能夠運用系統(tǒng)工程的思想，對機器人動力系統(tǒng)進行整體規(guī)劃

與設(shè)計，考慮各部件之間的協(xié)同與匹配。

學生能夠運用邏輯思維和批判性思維，對設(shè)計方案進行分析與評

估，不斷優(yōu)化設(shè)計過程與結(jié)果。

創(chuàng)新設(shè)計：

學生能夠發(fā)揮創(chuàng)新思維，提出具有新穎性和實用性的機器人動力

系統(tǒng)設(shè)計方案。

學生能夠運用所學知識與技能，設(shè)計并實現(xiàn)具有特定功能的機械

手或機器人動力系統(tǒng)。

圖樣表達：

學生能夠運用繪圖軟件或手繪方式，準確表達機器人動力系統(tǒng)的

設(shè)計方案與結(jié)構(gòu)組成。

學生能夠制作詳細的裝配圖與電路圖，為后續(xù)的物化實現(xiàn)提供可

靠依據(jù)。

物化能力：

學生能夠運用所學知識與技能，獨立完成機器人動力系統(tǒng)的搭建

與調(diào)試工作。

學生能夠運用測試與評估方法，對機器人動力系統(tǒng)的性能進行監(jiān)

測與優(yōu)化，確保其穩(wěn)定可靠地運行。

六、大單元教學重點

機械傳動的原理與應(yīng)用：

重點講解齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動和平面連桿傳動的原理、特性

及應(yīng)用場景。

通過實例分析，引導(dǎo)學生理解傳動系統(tǒng)的設(shè)計原則與優(yōu)化方法。

電子控制系統(tǒng)的構(gòu)成與工作原理：

重點介紹傳感器、單片機等電子元件的作用、特性及使用方法。

通過實踐操作，引導(dǎo)學生掌握電子控制系統(tǒng)的搭建與調(diào)試方法。

機器人動力系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)：

引導(dǎo)學生綜合運用所學知識與技能，設(shè)計并實現(xiàn)具有特定功能的

機械手或機器人動力系統(tǒng)。

強調(diào)設(shè)計過程中的創(chuàng)新思維與實踐能力培養(yǎng)，鼓勵學生提出新穎

的設(shè)計方案。

七、大單元教學難點

傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計：

如何根據(jù)實際需求，選擇合適的傳動方式及參數(shù)，實現(xiàn)傳動系統(tǒng)

的優(yōu)化設(shè)計?

如何通過計算與實驗，驗證傳動系統(tǒng)的性能與穩(wěn)定性？

電子控制系統(tǒng)的調(diào)試與優(yōu)化：

如何正確連接與配置電子元件，確保電子控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運行？

如何通過編程與調(diào)試，實現(xiàn)機器人動力系統(tǒng)的精準控制與功能實

現(xiàn)？

創(chuàng)新設(shè)計與物化能力的提升：

如何激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，鼓勵其提出具有新穎性和實用性的設(shè)

計方案？

如何提升學生的物化能力，使其能夠獨立完成機器人動力系統(tǒng)的

搭建與調(diào)試工作？

教學策略與解決方法：

采用項目式學習：通過設(shè)計具體的機器人動力系統(tǒng)項目，引導(dǎo)學

生綜合運用所學知識與技能進行實踐探索。在項目過程中，教師提供

必要的指導(dǎo)與支持，鼓勵學生自主發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

強化理論與實踐結(jié)合：在講解理論知識的同時，結(jié)合實驗操作與

案例分析，加深學生對所學內(nèi)容的理解與掌握。通過實踐操作，提升學

生的物化能力與解決實際問題的能力。

開展小組合作與討論：鼓勵學生組成學習小組，共同完成任務(wù)與

解決問題。在小組合作中，學生可以相互學習、相互啟發(fā)，共同提升創(chuàng)

新思維與團隊協(xié)作能力。

引入專家講座與參觀考察：邀請行業(yè)專家進行講座或組織學生參

觀相關(guān)企業(yè)，了解機器人動力系統(tǒng)設(shè)計與制作的最新技術(shù)與發(fā)展趨勢。

通過專家指導(dǎo)與實踐體驗，拓寬學生的視野與思路，激發(fā)其學習興趣

與創(chuàng)新動力。

通過以上教學策略與解決方法，旨在幫助學生克服學習難點，提

升通用技術(shù)核心素養(yǎng)，為未來的學習與發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

八、大單元整體教學思路

教學目標設(shè)定

根據(jù)《普通高中通用技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》的

要求，結(jié)合2020版蘇教版高中通用技術(shù)選擇性必修2《機器人設(shè)計與

制作》中《第二章讓機器人動起來》的教學內(nèi)容，本大單元的教學目標

設(shè)定旨在全面培養(yǎng)學生的通用技術(shù)核心素養(yǎng)，具體包括技術(shù)意識、工

程思維、創(chuàng)新設(shè)計、圖樣表達和物化能力五個方面。以下是詳細的教學

目標設(shè)定：

—\技術(shù)意識

理解機械傳動原理：學生能夠理解齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動和平

面連桿傳動等機械傳動的基本原理，識別不同傳動方式的特點和適用

場景。

認識電子控制系統(tǒng)：學生能夠認識電子控制系統(tǒng)的基本組成，理

解其在機器人運動控制中的作用，以及單片機作為控制大腦的重要性。

安全意識與倫理責任：在設(shè)計和制作過程中，學生能夠樹立安全

第一的意識，遵守操作規(guī)程，同時理解技術(shù)倫理和社會責任，確保技術(shù)

應(yīng)用的合法性和正當性。

二、工程思維

系統(tǒng)分析與綜合：學生能夠運用系統(tǒng)思維，對機器人傳動系統(tǒng)和

電子控制系統(tǒng)進行整體分析，理解各部件之間的相互作用和制約關(guān)系,

實現(xiàn)系統(tǒng)的綜合優(yōu)化。

問題解決能力：在面對機器人設(shè)計和制作中的實際問題時，學生

能夠運用所學知識，提出解決方案，并通過實驗驗證方案的可行性和

有效性。

迭代優(yōu)化：學生能夠根據(jù)實驗結(jié)果和反饋，對設(shè)計方案進行迭代

優(yōu)化，不斷提升機器人的性能和穩(wěn)定性。

三、創(chuàng)新設(shè)計

創(chuàng)新意識：學生能夠保持對新技術(shù)和新方法的好奇心，勇于嘗試

新的設(shè)計思路，不斷推動機器人設(shè)計和制作的創(chuàng)新。

設(shè)計方案制定：學生能夠根據(jù)設(shè)計任務(wù)和要求，制定詳細的設(shè)計

方案，包括傳動方式的選擇、電子控制系統(tǒng)的設(shè)計等，并能夠在方案中

體現(xiàn)創(chuàng)新點。

原型制作與測試：學生能夠根據(jù)設(shè)計方案，制作機器人原型，并進

行測試，驗證設(shè)計的可行性和有效性，同時根據(jù)測試結(jié)果進行必要的

調(diào)整和優(yōu)化。

四、圖樣表達

二維圖樣繪制：學生能夠運用繪圖軟件或手工繪圖工具，繪制機

器人各部件的二維圖樣，包括傳動系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)等，圖樣應(yīng)準

確、清晰、規(guī)范。

三維建模與仿真：學生能夠運用三維建模軟件，對機器人進行三

維建模，并進行仿真分析，以驗證設(shè)計的合理性和可行性。

圖樣交流與溝通：學生能夠根據(jù)圖樣進行交流和溝通，包括與團

隊成員、教師、專家等的交流，以便更好地理解設(shè)計要求和改進設(shè)計方

案。

五、物化能力

材料選擇與加工：學生能夠根據(jù)設(shè)計要求，選擇合適的材料，并運

用相應(yīng)的加工工具和方法，對材料進行加工和制作，以滿足機器人各

部件的尺寸、形狀和性能要求。

組裝與調(diào)試：學生能夠根據(jù)圖樣和設(shè)計方案，將機器人各部件進

行組裝，并進行調(diào)試，確保機器人能夠按照設(shè)計要求進行運動和控制。

故障排查與修復(fù)：在機器人制作和調(diào)試過程中，學生能夠及時發(fā)

現(xiàn)并排查故障，運用所學知識進行修復(fù)，確保機器人的正常運行。

教學實施策略

為了實現(xiàn)上述教學目標，本大單元將采用以下教學實施策略：

一、項目式學習

以“設(shè)計并制作一個能夠完成特定任務(wù)的機器人”為項目主線，將

教學內(nèi)容分解為若干個子任務(wù)，每個子任務(wù)都對應(yīng)著特定的教學目標

和技能要求。學生在完成項目的過程中，通過自主學習、合作學習和探

究學習等方式，逐步掌握相關(guān)知識和技能，同時培養(yǎng)創(chuàng)新思維和解決

問題的能力。

二、理論與實踐相結(jié)合

在教學過程中，注重理論知識的講解與實踐操作的結(jié)合。通過案

例分析、實驗演示等方式，幫助學生理解機械傳動和電子控制系統(tǒng)的

基本原理和工作方式；安排大量的實踐操作環(huán)節(jié)，讓學生親自動手制

作機器人，體驗技術(shù)應(yīng)用的樂趣和成就感。

三、跨學科融合

鼓勵學生在學習過程中跨學科融合，將物理、數(shù)學、計算機等其他

學科的知識運用到機器人設(shè)計和制作中。通過跨學科的學習和實踐，

提升學生的綜合素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

四、評價方式的多元化

采用多元化的評價方式，包括自我評價、同伴評價、教師評價等。

通過評價方式的多元化，可以更全面地了解學生的學習情況和進步程

度，同時激發(fā)學生的學習興趣和積極性。

教學內(nèi)容與活動安排

一、探析機械傳動

任務(wù)一：認識齒輪傳動

教學內(nèi)容：介紹齒輪傳動的基本原理、類型和應(yīng)用場景；通過實驗

演示齒輪傳動的速度和方向變化。

教學活動：學生分組進行實驗，觀察并記錄不同齒輪比下的速度

和方向變化；討論齒輪傳動的優(yōu)缺點和適用場景。

任務(wù)二：研究齒輪傳動的速度變化

教學內(nèi)容：深入探究齒輪傳動的速度變化規(guī)律，理解齒輪比與速

度變化的關(guān)系。

教學活動：學生利用實驗器材進行齒輪傳動速度變化的實驗，驗

證齒輪比與速度變化的關(guān)系；根據(jù)實驗結(jié)果繪制速度變化曲線圖，并

進行分析和討論。

任務(wù)三：探究特殊齒輪傳動

教學內(nèi)容：介紹特殊齒輪傳動（如行星齒輪傳動、蝸桿蝸輪傳動

等）的基本原理和應(yīng)用場景。

教學活動：學生分組進行特殊齒輪傳動的實驗，觀察并記錄其運

動特點和性能；討論特殊齒輪傳動在機器人設(shè)計中的應(yīng)用潛力和限制。

二、探析機械傳動（二）

任務(wù)一：探究帶傳動與鏈傳動

教學內(nèi)容：介紹帶傳動和鏈傳動的基本原理、類型和應(yīng)用場景；通

過實驗演示帶傳動和鏈傳動的特點和性能。

教學活動：學生分組進行實驗，比較帶傳動和鏈傳動的優(yōu)缺點；討

論帶傳動和鏈傳動在機器人設(shè)計中的應(yīng)用前景和挑戰(zhàn)。

任務(wù)二：探究平面連桿傳動

教學內(nèi)容：介紹平面連桿傳動的基本原理和類型；通過實驗演示

平面連桿傳動的運動規(guī)律。

教學活動：學生利用實驗器材進行平面連桿傳動的實驗，觀察并

記錄其運動特點和性能；討論平面連桿傳動在機器人設(shè)計中的應(yīng)用潛

力和創(chuàng)新點。

任務(wù)三：設(shè)計與制作機械手

教學內(nèi)容：結(jié)合前面所學的機械傳動知識，設(shè)計和制作一個能夠

完成特定任務(wù)的機械手。

教學活動：學生分組進行機械手的設(shè)計和制作，包括傳動方式的

選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇、加工制作和調(diào)試等；展示并交流各自的作

品，分享設(shè)計思路和制作經(jīng)驗。

三、探究電子控制系統(tǒng)

任務(wù)一：探究電子控制系統(tǒng)

教學內(nèi)容：介紹電子控制系統(tǒng)的基本組成和工作原理；通過實驗

演示電子控制系統(tǒng)的基本功能。

教學活動：學生分組進行實驗，了解電子控制系統(tǒng)的基本組成和

工作原理；討論電子控制系統(tǒng)在機器人設(shè)計中的重要性和作用。

任務(wù)二：認識控制大腦——單片機

教學內(nèi)容：介紹單片機的基本原理、類型和應(yīng)用場景；通過實驗演

示單片機的編程和控制功能。

教學活動：學生分組進行實驗，學習單片機的編程方法和控制功

能；討論單片機在機器人設(shè)計中的應(yīng)用潛力和挑戰(zhàn)。

任務(wù)三：設(shè)計調(diào)試電子控制系統(tǒng)，讓機械手動起來

教學內(nèi)容：結(jié)合前面所學的電子控制系統(tǒng)和單片機知識，設(shè)計并

調(diào)試電子控制系統(tǒng)，讓機械手動起來。

教學活動：學生分組進行電子控制系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試，包括控制

電路的設(shè)計、單片機的編程和調(diào)試等；展示并交流各自的作品，分享設(shè)

計思路和調(diào)試經(jīng)驗。進行機械手的聯(lián)動調(diào)試，確保機械手能夠按照設(shè)

計要求進行運動和控制。

教學資源與支持

為了確保教學的順利進行，需要準備以下教學資源和支持：

實驗器材：包括齒輪、鏈條、皮帶、連桿等機械傳動部件，以及單

片機、傳感器、電機等電子控制部件。

教學軟件：包括繪圖軟件（如AutoCAD、SolidWorks等）、三維建

模軟件（如SketchUpx3DMax等）和編程軟件（如Keil、ArduinoIDE

等）。

教學資料：包括教材、教案、課件、實驗指導(dǎo)書等。

師資力量：需要具備豐富的通用技術(shù)教學經(jīng)驗和專業(yè)素養(yǎng)的教師

團隊，能夠提供專業(yè)的指導(dǎo)和支持。

學習環(huán)境：需要配備良好的實驗室和教室環(huán)境，確保學生能夠進

行實踐操作和自主學習。

學業(yè)評價

學業(yè)評價是檢驗教學效果的重要手段，本大單元將采用以下評價

方式：

過程性評價：通過觀察學生在課堂上的表現(xiàn)、參與度、實驗完成情

況等，對學生的學習過程和技能掌握情況進行實時評價。

作品評價：根據(jù)學生的機械手設(shè)計和制作作品，評價學生的創(chuàng)新

思維、設(shè)計能力、物化能力等。

知識測試：通過單元測試、期末考試等方式，檢驗學生對機械傳動

和電子控制系統(tǒng)等知識點的掌握情況。

自我評價與同伴評價：鼓勵學生進行自我反思和同伴評價，以便

更好地了解自己的進步和不足，促進自我提升。

教學反思與改進

在教學過程中，教師需要不斷反思和改進教學方法和策略，以適

應(yīng)學生的學習需求和變化。以下是一些可能的反思和改進方向：

教學方法的優(yōu)化：根據(jù)學生的實際情況和學習需求，不斷優(yōu)化教

學方法和策略，如采用項目式學習、翻轉(zhuǎn)課堂等新型教學模式，激發(fā)學

生的學習興趣和積極性。

教學內(nèi)容的更新：隨著科技的發(fā)展和教育理念的更新，需要不斷

更新教學內(nèi)容和案例，以適應(yīng)時代的需求和發(fā)展。

教學資源的拓展：積極尋找和開發(fā)更多的教學資源，如網(wǎng)絡(luò)課程、

虛擬實驗室等，為學生提供更加豐富的學習體驗和機會。

評價方式的完善：不斷完善評價方式，確保評價的全面性和公正

性。注重過程性評價和終結(jié)性評價的結(jié)合，以更全面地反映學生的學

習情況和進步程度。

通過本大單元的教學實施，學生將能夠全面掌握機械傳動和電子

控制系統(tǒng)等相關(guān)知識和技能，同時培養(yǎng)創(chuàng)新思維、問題解決能力和物

化能力等通用技術(shù)核心素養(yǎng)。這將為學生的未來發(fā)展。

九、學業(yè)評價

一、教學目標設(shè)定

根據(jù)《普通高中通用技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）》的

要求，結(jié)合蘇教版高中通用技術(shù)選擇性必修2《機器人設(shè)計與制作》中

《第二章讓機器人動起來》的教學內(nèi)容，設(shè)定以下教學目標：

技術(shù)意識：學生能夠理解機械傳動和電子控制系統(tǒng)在機器人設(shè)計

中的作用，形成對機器人技術(shù)的基本認識，培養(yǎng)對技術(shù)的敏感性和安

全使用技術(shù)的意識。

工程思維：學生能夠運用系統(tǒng)分析的方法，理解機械傳動和電子

控制系統(tǒng)的基本原理和工作過程，初步具備分析和解決機器人相關(guān)技

術(shù)問題的能力。

創(chuàng)新設(shè)計：學生能夠結(jié)合具體任務(wù)，運用所學機械傳動和電子控

制知識，設(shè)計出簡單的機器人控制方案，具備一定的創(chuàng)新思維和設(shè)計

能力。

圖樣表達：學生能夠識讀和繪制與機器人機械傳動和電子控制系

統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)圖樣，用技術(shù)語言準確表達設(shè)計構(gòu)想。

物化能力：學生能夠根據(jù)設(shè)計方案，選擇合適的材料和工具，制作

出簡單的機械傳動裝置和電子控制系統(tǒng)，具備一定的動手實踐能力和

問題解決能力。

二、學習目標

結(jié)合教學內(nèi)容，設(shè)定以下具體的學習目標：

認識齒輪傳動：

了解齒輪傳動的基本原理和特點。

能夠計算簡單的齒輪傳動比。

能夠根據(jù)裝配圖樣安裝和調(diào)試簡單的齒輪組裝置。

研究齒輪傳動的速度變化：

理解齒輪傳動中速度變化的原因和規(guī)律。

能夠通過技術(shù)試驗探究齒輪傳動的速度變化。

探究特殊齒輪傳動：

了解蝸輪蝸桿傳動等特殊齒輪傳動形式的特點和應(yīng)用。

能夠通過技術(shù)探究體驗特殊齒輪傳動的特性。

探究帶傳動與鏈傳動：

了解帶傳動和鏈傳動的基本原理和特點。

能夠比較帶傳動和鏈傳動的優(yōu)缺點，并選擇合適的傳動方式。

探究平面連桿傳動：

理解平面連桿傳動的基本原理和運動特性。

能夠設(shè)計和制作簡單的平面連桿傳動裝置。

設(shè)計與制作機械手：

能夠結(jié)合所學機械傳動知識，設(shè)計并制作一個簡單的機械手。

能夠通過調(diào)試和優(yōu)化，使機械手實現(xiàn)抓取和釋放的動作。

探究電子控制系統(tǒng)：

了解電子控制系統(tǒng)的基本組成和工作原理。

能夠識別電子控制系統(tǒng)中的輸入、控制和輸出部分。

認識控制大腦——單