机器人教案篇1

关键词案例教学；教学设计；计算机维护与维修

中图分类号：G642.4文献标识码：B文章编号：1671-489X（2012）33-0101-03

案例教学是在教师的指导下，根据教学目的要求，组织学生对案例进行调查、阅读、思考、分析、讨论和交流等活动，教给他们分析问题和解决问题的方法或道理，进而提高分析问题和解决问题能力，加深学生对基本原理和概念理解的一种特定教学方法。它以问题为导向，以讨论为基础，把个人的、单向的、封闭的学习过程变为集体的、开放的、合作交流的学习过程，最大限度地激发人们的思维，最大限度地提高学习质量，使学生在学习中实践，在实践中学习。因此，案例教学必须把落脚点放在锻炼提高学生面对复杂问题时做出行动的能力上，把学生的学习活动引向决策、引向实践。

计算机维护与维修是一门实践性较强的课程，它以培养学生维护与维修方法、技能为主线，实现知识、技术及能力培养有机结合，注重培养学生运用基本知识、基本理论和基本方法分析问题和解决问题的能力。在内容安排上，以实践应用为牵引，突出基本知识、基本原则；在教学方法上，更强调理论与实际相联系，鼓励学生自己动手，通过实践积累经验，通过剖析发生问题的原因来加深对基本知识和基本理论的理解，通过梳理解决问题的过程掌握维护与维修的基本原则和方法。

1计算机维护与维修课程内容分析

课程教学主要分为两大类型：理论教学和实践教学。

1）理论教学重点包括两个方面：第一部分是计算机各主要部件基础知识的学习，包括计算机主板、CPU、内存、硬盘等主要部件的基本组成结构、性能指标、工作原理等；第二部分为故障排除，主要包括主板、CPU、内存故障分析与处理、硬盘、光驱、显卡、显示器及外部设备故障的分析与处理等。

2）实践教学是理论教学的延伸，主要包括计算机的拆装、BIOS设置、分区及格式化与操作系统的安装，以及计算机故障排除。其中案例教学法在计算机故障排除这一部分是一种比较适合的教学方法。

2计算机维护与维修案例教学程序

教学过程是一个动态的、变化的过程，期间包含着教员与学生、学生与学生之间的互动。在教学实施过程中，依据前期的教学设计，有序地安排教学进程，会大大提高教学的效率。

如图1所示，教师首先引入案例，说明学习的基本方法和时间安排，激发学生学习兴趣，引导学习；学生阅读案例，确认问题，小组成员共同努力，积极讨论，分析关键因素，设想多种解决方案并制定计划，在教师的指导下执行计划、解决问题；总结与评价可以让学生来做，也可以由教师自己来做，或者二者相结合，讲明案例中的关键点，以及该案例讨论当中存在的不足和长处。

3计算机维护与维修案例教学过程设计实例

计算机维护与维修这门课程的学习内容每部分之间相对独立，自成模块，主要特点是操作性比较强，属于程序性知识。因此，以案例教学引导学生自主学习，成为这门课程教学设计过程中采用的主要教学策略。即首先给出一些计算机故障案例，让学生阅读分析，经过小组讨论、集体讨论，找出解决故障的最佳方法和途径。通常这样的任务可以将学习者学习的相关知识点整合起来，通过规定学习者所要完成任务的目标、成果形式、活动内容、活动策略和方法来引发学习者内部的认知加工和思维，从而达到发展学习者心智的目的。

下面以“显示器故障分析与处理”课堂教学为例，阐述案例教学在计算机维护与维修课程中的应用。

1）教学设计。通过本次课学习，了解显示器常见故障，掌握显示器故障分析与处理的基本步骤。课时2学时，教学场地为计算机维护与维修实验室，每4人一组，使用一套教学设备，教学方法采用案例教学法。学生在前面的理论课学习中已经初步了解了显示器常见故障表现，学习了计算机维修与维修的基本原则和操作步骤，为本次课的学习奠定一定基础。

2）教学组织与实施。

第一步：教员向学生阐明计算机开机黑屏故障表现，提供参考资料，明确要解决的问题以及最后达到的目标。

【主题】计算机开机黑屏故障分析处理案例

【现象】现有IntelCeleronCPU3.06GHz、内存256MB台式计算机一台。经过认真仔细的检查，各种连线准确无误，加电开机后，计算机没有任何反应，既无声也无显示。再细观察发现，电源风扇转动正常，电源指示灯亮，检测供电电压为226V，在正常范围之内。

【问题】①产生故障的原因有哪些？②应该如何进行诊断和排除？列出具体步骤。

【提供资料】计算机开机黑屏初步断定问题出现在硬件上，其中最先需要考虑的是供电和电源的问题；其次要考虑计算机部件出现故障，主要包括主板、内存、CPU、显卡和显示器等。

①供电问题基本可以排除，一方面检测供电电压在正常范围之内，另一方面电源指示灯亮，电源风扇转动正常，说明电源电缆没有问题。

②电源的问题，电源风扇转动正常，说明电源基本正常，需要用万用表进一步检查各路输出电压。

【备选方案】在排除供电和电源的问题后，故障可能发生在某个部件上，采用下面的诊断方法。

①使用最小系统法，即只保留主板、内存、CPU、显卡、显示器和电源。

②在主板的PCI插槽中，插入主板故障诊断卡，判断主板本身是否有问题。

③在排除主板的问题后，采用替换法分别排除内存、CPU、显卡、显示器等部件的故障。

④替换法的应用有两种，一是将怀疑有故障的部件放到相同机型运行正常的机器上试，如果原来正常的机器现在不正常了，说明此部件有故障，反之没有故障；二是将运行正常机器上的部件拿到有故障的机器上试，如果故障机器正常了，说明原来的部件有问题，否则还要将换下来的部件再拿到好的机器上试。

第二步：要求学生认真阅读案例，形成自己的看法及总结存在的问题。

第三步：学生分组讨论，分析产生这一故障的原因，总结排除这一故障的基本步骤。4人一组，每组有组长1名，负责管理和协调，保证小组讨论始终围绕学习目标正常进行；记录员1名，负责观察讨论过程，记录小组成员的发言情况及主要观点。小组讨论后形成组内一致意见，并以书面形式显现。

第四步：每一小组派1名成员，在班级展示小组讨论情况，展示完成后集体讨论，形成正确的解决问题方案，然后具体操作，按步骤排除故障。

第五步：教员最后进行总结评价。在整个过程中，教员始终在观察记录，管理整个班级，并且听取逐个小组的讨论，了解他们对问题的看法，对学生提出的问题进行指导，最后作出总结评价。

4基于案例教学的教学结果分析

教学结果比较研究是基于两个信息系统与信息管理专业的平行班级，采用问卷调查来进行的。问卷分别从知识掌握情况、能力发展情况、学习兴趣和学习动机、学生满意度方面进行题目设置。共发放问卷46份，全部回收，有效答卷100%。通过对调查结果进行分析，得出结论。

4.1从学习积极性来看

对于学习态度检验参照教师的课堂观察记录、与学生谈话结果记录和问卷调查结果来分析。教师上课时对学生整体参与教学活动的情况以及典型的个体情况进行详细的记录，记录内容包括学生发言的情况、参与讨论的情况及学习的专注程度等。与学生谈话时，围绕学习态度中心问题引导学生说出自己真实的想法，并做好记录。使用问卷调查时，没有明确告知学生调查目的是了解学习态度的变化，只告知是改善教师教学的一种措施，这样，学生在做答时不会受到对自身关注的干扰。但是，关于态度的测试都隐藏于这些问题之中。

采用案例学习方法后，刚开始学生普遍感觉这一学习方式比较新颖，自己独立支配学习的空间比较大，合作性比较强，比较感兴趣，参与学习的积极性较高，在讨论问题过程中能够激发灵感，潜能得到挖掘，自信心增强，学习气氛民主，学习责任感增强。根据教师课堂观察也可以看出，这个班级的课堂气氛比较活跃，学生对整个学习过程的参与程度较大。但是随着案例学习时间的增加，中间有一段低潮期，当对学生提出新的学习方法要求时，他们更愿意固守自己熟悉的方式，即接受教师传授的知识。

因为新的学习方式对学生提出更高的要求，需要他们不断思考、深入探索、相互交流，一时难以适应。但是，随着对学习方式的熟悉和适应，他们的抵触情绪大大降低，学习主动性得到提高。因此，尝试新的教学方式不仅仅是教师学习、探索的过程，对学生来说也是一个逐渐适应的过程。

4.2从掌握知识与发展能力的情况来看

76%的学生认为通过案例学习可以使知识掌握更加牢固，印象更加深刻，实践能力得到很好的锻炼，20%的人认为创造性得到发挥，4.6%的人认为这样的学习方式难度较大，不能适应，独立学习的能力稍差，更适应死记硬背。总的来看，案例学习更适合于该课程的学习。

参考文献

[1]贾瑞凤，李桂岩.案例教学实践研究[J].继续教育，2010（11）：21-23.

机器人教案篇2

随着电子信息技术的发展，社会需要既懂机械又懂微机控制的人才，但是机械类专业学生的计算机基础知识一般比较薄弱，《微机原理与接口技术》一直是一门学生较难掌握的课程。为了帮助机械专业的学生在一定的课时内掌握教学大纲规定的内容，在教学中将知识点与工程应用相联系，然后对其进行归纳和总结，形成了以案例促进教学的模式，并将其贯穿于整个教学过程。但在实际的教学中，还要注意以下两点

。1．教材内容和案例相结合

将教学内容中的知识与实际案例进行结合。每个案例都结合着教材的理论知识，将理论知识应用到解决案例中的实际问题。比如，在讲解CPU的编程结构时，先介绍一个简单的时序电路，由此引出时钟电路、寄存器、总线等概念。在讲解可编程定时器/计数器8253时，以如何检测自行车速度为例。为了检测自行车速度，需要产生标准时钟，检测自行车轮辐信号，计数检测到了多少根轮辐。然后采用单位时间计算法，检测单位时间内有多少根轮辐经过，或是检测总的轮辐数目，计算每根轮辐经历的时间，由此来计算车速。为了达到上述目的，需要分析如何配置控制字寄存器、如何初始化每个计数器等。

2．案例环环相扣，形成系统

案例的设计需要周密考虑。案例在设计之初要考虑的问题是，如何在每次案例教学中即能讲解当前知识，又能复习上次课程的内容并引出下次课程的教学内容，这样便使学生在接受新课之前可以完成对上次课程的回顾，又对下面的内容充满好奇。此外，工程应用所采用的知识面涉及内容非常多，掌握每个案例需要大量的课时，理论课时有限，让案例环环相扣，形成系统，可以减少理解案例的时间，又能够很好掌握课程内容。以感应同步器检测案例为例，该系统包括8086的总线和时序，存储器，输入/输出，中断技术，可编程接口芯片8255、8253、8279等微机原理接口技术所有内容。在课堂教学中，我们可以不断反复应用该案例。在总线和时序一章中，围绕CPU，学生可以掌握晶体振荡器、复位电路和电源电路;在存储器一章中，学生能很好地掌握RAM、ROM等存储器，并复习了总线和时序一章，也能够直观地看到其它章节的内容;在可编程接口芯片一章中，学生能掌握如何利用定时器/计数器8253进行计数，利用并行接口芯片8255设计输入输出，利用8279设计键盘显示电路，实现参数设置，并采用七段码显示参数或者感应同步器距离，通过这样环环相扣，一个完整的系统就可组成。一个系统案例涵盖整个理论课程章节内容，学生通过一个系统案例，能直观地掌握课程理论知识，并举一反三，应用于工程实践中。学生在课堂上学习的积极性来源于课堂知识所带来的求知欲和兴趣。选择学生喜欢的内容作为教学内容，是提高教学质量的一种好方法。每个学生都有自行设计自行车速度检测方法和控制装置想法，作为老师引导学生一步步实现，包括:设计晶振、复位、电源电路;设计存储器接口电路，设计时钟芯片电路、设计键盘显示电路等。

二、在自制开发板上动手实践

由于缺乏实际的练习与应用，有相当多的机械类专业学生快到毕业时，仍然不知道如何在工程实例中使用微机原理的理论知识。为了增加理论与实际的结合机会，在教学实践中，作者设计了一块简单、成本很低的CPU开发板。CPU开发板具有在线下载功能，能够实现与计算机通信、键盘显示操作、模拟量输入等各种功能。利用开发板进行编程，能够很好理解掌握微机编程结构、汇编语言、存储器功能、输入输出接口、A/D转换，定时器、计数器功能等。这种自制开发板发给每个学生，布置各种不同的任务，让学生在电路板上实现，这样学生在课余时间能够很好地掌握微机原理的基本知识。通过这些训练，学生不仅掌握了课堂内容，培养了动手能力，而且启发他们的创造能力，学生根据这块电路板完成了各种不同的功能，如霓虹灯显示、恒温箱控制模拟、网络功能等。人手一块CPU开发板，进行实际电路的设计，让课堂理论知识紧密联系实践操作。

三、灵活考试机制

机械专业微机原理与接口技术是一门专业选修课程，教师在成绩评定上有比较大的自，不能简单拘泥于书面考试的形式。所以，这个环节要与前两要素有机结合，灵活应用，以取得良好的教学效果。一般会有100个左右的学生选修这门课。在这些学生中间，每年都会有部分学生参加教师所承担的课题研究。对于这些学生，由学生本人申请或者班导师推荐，他们的期末考试成绩一般都在90分左右。还有部分有学习积极性的同学会参加各种科技兴趣小组，利用微机原理知识，制作各种小发明、小创造。这部分同学通常能交出一份很好的设计方案和演示实例，期末成绩将根据考试成绩和小发明、小创造综合评定。另外，还有部分同学在自制的开发板上设计出比较好的演示程序，期末成绩则由演示程序与考试成绩结合评定。其余的同学根据考试成绩和平时作业综合评定成绩。通过采用这种灵活的考试机制，不仅调动了学生的学习积极性，又提高了部分学生学习的自主性、动手能力和创造性。这种灵活的考试机制还取得了良好的辐射效应，取得了一定的经济和社会效益。在参与课题研究的同学中，有些申请了上海市大学生创新基金项目;有些学生毕业后根据参与的课题研究，分别成立了自己的公司。这种灵活的考试机制，能很好地推动教学双方沟通的经常性，提高了教学效果。参与课题研究的同学能够提出他们的想法，为将来的教学改进提供很好的思路。这种教学效果已经产生多元化的效果，不仅增强了理论知识，而且增强了动手能力、创新能力和自学能力。

四、总结

机器人教案篇3

关键词：机器人社团教学学生能力提升科学素养

笔者所在的学校是一所九年一贯制学校，开展机器人社团教学已经近十年。社团成立之初，我们就认为机器人社团教学应该注重学生在技术上如何学习的过程，关注学生动力实践能力的培养，让他们知道在遇到困难的时候学会面对困难，自己寻找解决这些问题的方法、策略。注意培养每个人与他人合作的精神、创新品质，只有这样才能提升他们的科学素养，最终将学到的技术运用到生活中解决实际问题的世界观。

通过实践研究，目前我们对机器人社团教学围绕“引入情境―掌握知识―引导探究―交流评价、反思成长”这一教学模式展开，取得预期的教学效果。

一、引入情境

社团学生对于处于前沿的科技更感兴趣，这就要求我们在教学过程中选择一些处于前沿的知识，以提高学生的学习兴趣，发展学生创新的思维，增强学生学习的动力。

如2016年3月，谷歌围棋人工智能程序AlphaGo以高超的运算能力和缜密的逻辑判断，击败世界围棋顶尖高手李世石，让全世界对新一代人工智能刮目相看。AlphaGo的胜利，可以说是进行机器人教学一次非常好的情境案例。值得注意的是，作为在社团课中作为教学导入的相关情境，其必须与学生的生活有一定联系，即必须来自他们身边可以接触的情境，引起他们的共鸣，这样才会在较短的时间内唤起他们的共情。这从某种意义上激发他们的社会责任感，让他们专心于他们即将学习的知识，提高他们完成任务的效率。

二、掌握知识

在学生明确相关的学习内容后，就要给他们的知识结构情况进行相应的分析。这就要求教师掌握多种学习的资源，以便学生能自主构建知识体系，提高相应的能力。有些难度系数小的问题，可以放手让学生自己解决；对于难度系数比较大，学生自行摸索必须耗费大量时间、精力但仍然难以解决的问题，教师可以加以部分辅导，以便学生尽快掌握解决此问题的方法和技能。

比如我们在给学生讲授传感器这部分内容时，可以请学生们先回忆在生活中碰到的各种情况。在讲授亮度传感器时，可以让学生亲自将亮度传感器放在不同的环境下，让他们读取相应该的数值并记录下来。这样就为他们尽快理解并熟悉掌握亮度传感器的方法打好基础。灰度传感器、距离传感觉器、声音传感器等可以用同样的方法指导学生。另外，还可以指导学生在微课平台上通过自行观看相关的视频进行学习。通过学生各组汇报交流情况可以看出，学生通过这种学习方法，知识的掌握、能力的提升情况很不错。

在学生掌握相应的知识以后，我们就要开始关注引导学生思考如何解决相关的任务和问题，引导其主动分析并思考在问题和中所蕴含的思想和方法。

三、引导探究

学生学习、探究的时候，主要的目的是学会分析问题，并尝试解决问题，提出解决问题的方案。在学生提出解决问题方案前，要对问题有一定的了解，并应用学到的知识构思应对的策略，将思想策略变成可以落实的解决问题的方案。在这个过程中就需要我们引导学生探究，有时需要指导替换某些算法或者更换传感器，以解决问题。

四、交流评价、反思成长

机器人教案篇4

上机实训是计算机学科类教学中的一个重要组成部分，高等职业技术教育是一种以职业能力为基础的教育，既具有职业技术的属性，又具有高等教育的属性，其主要特色在于它所培养的人才具有较强的技术应用能力和较高的职业素质。计算机“实训”教学作为计算机学科类教学中的一个重要组成部分，其教学效果的好坏直接影响着学生能否真正理解和掌握相关的计算机课程，关系着他们实际操作和使用计算机的能力。充分重视实训教学是非常必要的。下面就计算机“实训”教学中常见的问题和处理策略提出几点个人建议，供老师们商讨。

1、强化机房管理，保障实训教学上机实训，不能不谈机房管理，机房的管理是公认的难题。一是随着计算机课程的普及，除计算机专业外，计算机基础以及数据库知识已成为非计算机专业的必修文化课，机房使用率很高，机房维护量很大;二是学生上机误操作或者敢于“以身试法”者对系统安全进行破坏的大有人在。为了维持正常的教学秩序，首先，机房必须有一支强有力的精维护懂管理的队伍，不懂维护和管理的机房工作人员难免不出教学事故;第二，采取有效的技术措施，确保机器、系统安然无恙。GHOST与还原卡(或还原精灵)是一般机房必备的软件工具，储备一个系统母盘以便系统克隆;第三，建立完善的机房管理和上机制度。机房丢失配件(如鼠标)的现象时有发生，可以要求学生按各自固定的机号上机，并实行课前课后清查制度以便责任落实到人;第四，优化现有设备。设备的更新换代不是一件容易的事，对于设备较陈旧的机器，可向内挖潜，如:超主频以提高机器的运行速率，混插内存条以增加内存容量。总之，机器完好是实施上机“实训”教学的重要保障。

2、规范实训教案，明确实训任务与理论课教学一样，实训教学也必须有教案。在常规教学检查中，实训教案部分总是存在或多或少的问题，有些老师实训教案写的不完整，有的则只是抄录了几道例题，有的根本没有，学生上机任务不够明确，泛泛而练，或者仅为运行老师课堂上所举的示例，如此实训，其效果将大打折扣。有必要规范实训教案的写法:①规范实训教案格式。实训教案要与理论教案分开，同样要有完整的组织教学部分，要严格根据实训大纲和实训计划，编写实训目的、实训内容、实训方法或手段等。完整地设计一节较好的操作流程课并不是一件容易的事，内容多了，学生完不成;少了，学生又没事干，因此，编写实训教案并不比编写理论课教案轻松。②明确实训任务。实训操作必须有明确的任务，测试运行教师理论课堂上的示例只是实训内容的一部分，除此之外，实训课中必须有学生独立自主的编程、操作或设计部分，这就需求教师事先命好题，明确告之学生实训的目的、内容和要求。学生先模仿而后独立地或在教师指导下完成自己的设计，这才是实训课真正的教学目的。

机器人教案篇5

［关键词］机电一体化系统设计；案例教学；学习兴趣；创新能力

当前我国正在实施《中国制造2025》规划，这对我国工程教育特别是机械工程教育提出了更高的要求，机械装备制造企业迫切需要具备机、电、控制、信息处理等多学科融合的机电装备设计制造复合型人才。机电一体化系统设计是机械设计制造及其自动化专业的一门重要专业课，它涉及机械技术、电工电子技术、自动控制技术、检测技术、计算机信息处理技术等相关技术，是该专业所有专业课中工程性、实践性、综合性最强的一门课程，该课程后续的教学环节为毕业设计。机电一体化系统设计课程的任务是在先修课程的基础上，从系统工程观点出发，综合运用各种专业知识，分析机电一体化产品的各组成要素之间的关系，实现机电系统要求的功能。因此，该课程对于学生全面了解和掌握所修其他课程的联系，建立机电一体化的系统思维体系，培养综合运用专业知识的能力，具有重要的作用。机电一体化系统设计的教学内容包括机械系统设计、传感器测试、电机与驱动、微机原理与接口、微型计算机控制等内容。各部分内容之间相对独立，课程自身的理论体系不突出，缺乏整体感。另外这些教学内容中的有些内容在先修课程机械原理、机械设计、数控技术与数控机床、机械工程测试技术、微机原理与接口、单片机原理与接口、微型控制技术等课程中均有所涉及，极易造成教学内容的重复，给学生一种重复教学的感觉，从而降低学生对本门课程的兴趣。针对上述问题，我校在实施机电一体化系统设计教学中，以实现机械、电子、控制、信息等各异技术融合为目标，以实现闭环运动控制系统的伺服性能为出发点，以系统接口设计为主线，以案例教学为教学手段将以上教学内容有机结合，实施案例教学改革。[1][2][3]

一、绪论教学案例设计

绪论部分是机电一体化系统设计课程的关键部分，该部分对于学生理解本门的课程的特点和体系结构具有重要的作用，该部分主要突出机电一体化系统的特点、组成、设计方法以及接口等。在教学过程中，我们首先对数控车床与非数控车床两个案例在结构、功能、优缺点上进行对比，机电设备与非机电设备的区别在于增加了大脑“控制器”和神经“传感检测单元”，从而提高了设备的自动化程度、精度和效率等。通过数控机床、机器人、AGV小车、数控雕刻机等案例介绍机电一体化系统的组成部分及各组成部分的功能，强调控制器和传感检测单元在机电一体化系统中的作用。另外在讲解这部分内容时，突出机电一体化系统各组成部分之间的接口连接，通过机械接口（联轴器、传动机构等）、电子电气接口（A/D、D/A、放大器、光电耦合器）、通信接口（232串行口、USB、以太网接口等）、软件协议接口（TCP/IP协议、USB协议等）等案例，讲解接口在机电一体化系统中运动、能量、信息传输变换中的作用，强调机电一体化系统通过接口将各异技术集成在一起，形成特定的功能。在机电一体化技术方向方面，主要强调当前“机械功能电子化，电子功能软件化”的发展趋势，通过伺服电机变速代替变速箱，无刷直流电机代替传统电刷直流电机，电子表代替机械表，电子秤代替机械秤，高能束加工代替刀具切削加工等案例讲解机械功能电子化的发展趋势及带来的优势。通过软件PID控制算法代替硬件PID控制器，可编程控制器PLC代替逻辑继电器电路，可编程逻辑阵列FPGA代替专用芯片等案例讲解硬件功能软件化的趋势及优势。通过以上案例，让学生深刻认识机电一体化技术的发展方向及带来的优点。在绪论部分实施案例教学，可以避免相关知识点的填鸭式和说教式教学，使学生对机电一体化系统设计这门课程有一个系统的认识，强化了学生对机电一体化系统组成、功能、设计方法等知识点的认识。

二、机械系统教学案例设计

由于教学对象是机械专业的大四学生，多数学生一看到“机械系统设计”这个标题就感觉这部分没有新的内容，认为该部分内容是机械设计课程内容的重复，甚至认为这部分内容非常简单，没有必要在课堂上讲。恰恰相反，机械系统设计是机电一体系统设计中最为关键的一部分。因此，在开始讲解这部分内容前，应该首先点明机电一体机械系统设计与普通机械设计的区别，提高学生对该部分内容的兴趣。在课堂教学中，该部分首先通过如图1所示的机械一体化系统中典型的闭环控制系统，说明机电一体化产品中的机械系统与非机电一体化产品中的机械系统最大的区别在于：机电一体化产品中的机械系统是微型计算机控制的闭环系统的组成部分，因此在进行机械系统设计时必须要考虑机械系统的结构参数（惯性、刚度、摩擦、阻尼、传动间隙、固有频率）对闭环系统伺服性能（快速性、稳定性、准确性）的影响。基于这一区别，展开讲解机械系统的结构参数对闭环系统伺服性能的影响，以及如何从机械系统设计的角度提高整个闭环系统的性能。机械系统设计部分的另外一个重要内容是传动机构设计，通过齿轮传动案例中的间隙、刚度等对伺服性能的影响，说明在机电一体化系统中应该尽可能缩短传动链，提高闭环伺服系统的性能，并以伺服电机变速代替传动机构变速、直线电机、力矩电机、电主轴等作为缩短传动链的案例；只有当电机与负载不能匹配的时候才考虑使用传动链进行力矩、速度、转动惯量的转换。齿轮传动链设计部分包括最佳传动比的选择、传动级数的选择、传动比的分配等，这三部分内容的讲解都围绕提高伺服性能为根本目标，重点讲解最小转动惯量原则、输出轴转角误差最小原则分配传动比。为了区别机械设计，本部分除重点讲解齿轮传动链设计外，还通过数控机床旋转进给工作台、A/C轴双摆角铣头、机器人关节减速器等案例讲解了双导程蜗杆蜗轮传动结构、谐波减速器、RV减速器的各自原理以及在机电一体化系统中的应用。

三、计算机测控系统教学案例设计

计算机测量控制系统是机电一体化系统的核心，它负责采集机械部件的运动信息，并与给定值比较，生成运动控制指令。该部分的教学内容在机械工程测试技术、数控技术与数控机床、单片机原理与接口、微机控制技术等课程中均有涉及，因此，在本课程教学中将传感器、伺服电机、工业控制机结合起来，以工业控制机为中心，以接口为桥梁，将相关内容通过案例整合在一起。首先简单介绍增量式旋转编码器、光栅、感应同步器等位移测量传感器的位移测量和辨向原理，由于上述传感器直接输出相位相差90度的正弦信号，因此随后重点讲解传感器的接口电路如何对正弦信号处理获得相位相差90度方波信号，以及如何完成变相细分等功能。在控制电机部分，重点介绍了步进、直流、交流电机的功率驱动电路，如斩波恒流功放电路、PWM原理、SP－WM原理等，比较了三种电机在扭矩和功率输出特性上的不同点。最后以8051单片机为处理器，使用Proteus软件设计了教学案例[4][5]，涉及位移传感器测量接口电路和D/A转换接口电路，PID数字控制等知识点。

四、机电一体化系统教学案例设计

机电一体化系统是一个机械、电子、控制、信息等各异技术相融合的系统，在机电一体化系统设计课程的最后一章，以电脑刺绣机为设计实例，通过对这一典型机电一体化系统的设计过程，使学生能够根据设计需求综合应用机械系统设计、传感器测试、电机与驱动、微机原理与接口、微型计算机控制等各方面知识来设计一个机电一体化的系统。如图2所示，刺绣工艺的动作包括绣框在x、y两个方向的直线往复运动和绣针在z方向的连续上下往复直线运动，通过这两类运动的配合和刺料机构的作用形成线迹，绣框在x、y两个方向的移动距离决定了线迹的长度和方向，绣品由线迹的集合构成。绣针在织物上方时，绣框沿x、y两个方向移动到指定的位置，当绣针自上而下落到织物表面时，绣框停止移动，在刺料机构的作用下即完成一针线迹的动作。根据机电一体化系统的几个功能要素，电脑刺绣机由微机控制系统（控制与信息处理单元）、移框步进电动机及主轴电动机（驱动与执行单元）、x、y、z三个方向的传动机构及刺料机构（机械传动单元）、针杆位置传感器（传感检测单元）、220V单相交流电源（动力单元）、机架（机械结构单元）以及各部分之间的接口组成。由刺绣打版机输出的刺绣花样数据保存在电脑刺绣机的EPROM或磁盘中，电脑刺绣机的工作过程如下：控制微机启动主轴运转，由刺料机构带动旋梭和针杆运动，微机从刺绣花样数据文件中顺序读取每一针的x、y相对位移坐标，根据坐标数据通过两个电机的协调运转驱动绣框在平面内进行移动，微机通过读取针杆位置检测器的信号使绣框的平面移动与刺料机构的运动相互配合。电脑刺绣机设计参数的计算主要包括x、y、z三个方向运动件的运动参数和动力参数的计算、结构参数计算以及品质参数、环境参数和界面参数的确定。运动参数计算主要包括主轴转速范围的确定、绣框位移计算、绣框位移与主轴转动的运动配合、绣框运动速度计算、主轴转速计算、x、y步进电动机工作频率及传动比计算、移框加速度计算等；动力参数计算主要包括刺料机构驱动功率计算、移框步进电动机驱动力矩计算等；结构参数计算主要指刺绣机工作台面的长、宽、高三个方向尺寸的计算及机头头距的计算；品质参数主要包括系统可靠性、传动精度等；环境参数包括工作电压、环境温度、环境湿度等；界面参数则用于表征机器的人—机对话方式和功能。系统各部分之间通过接口进行连接，主要的接口包括微机系统前向通道与各传感器模块的接口以及微机系统后向通道与各功率驱动模块的接口，各接口通过采用光电隔离技术防止外部模块对微机系统的回馈干扰以及防止强电信号对微机电源的干扰。尽管电脑刺绣机由微机对刺绣工艺实行全面控制，但刺绣过程会出现断线、断针等随机因素。为保证刺绣工艺的准确进行，系统必须对针杆位置、绣线通断状况、绣框极限位置进行实时检测，因此，系统必须包含绣针布上布下位置检测、针杆最高位置检测、断线检测、绣框越界检测等传感检测模块。各传感器模块与微机系统前向通道之间需要进行接口设计，另外，微机系统后向通道与电机驱动模块之间也需要进行接口设计。微机控制系统是电脑刺绣机系统的核心，根据用户要求和工艺分析，控制微机除完成用户的基本要求外，还应具备花样存储与选择功能、记忆功能、工作状态显示功能、各种进退针功能等功能。微机控制系统设计除满足上述设计要求外，还应对控制微机的软硬组成方案进行初步设计。

五、结束语

针对机电一体化系统设计课程工程性、实践性、综合性最强的特点，围绕机械一体化闭环伺服系统的各组成要素，实施案例教学，通过典型案例实现理论教学和实践教学相结合的教学方法，不但加深了学生对机电一体化系统的理解，而且提高了学生学习兴趣、自学能力和创新能力，取得了良好的教学效果。

［参考文献］

［1］杨普国，孙佘一，陈俊.项目式案例教学方法的研究与实践［J］.昆明冶金高等专科学校学报，2011（5）：83-86.

［2］赵丽梅，李焜.机电一体化技术课程中案例化教学改革与实践［J］.大学教育，2016（3）：106-107.

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机器人教案篇6

关键词：信息技术教师；知识结构；TPITK；案例剖析

中图分类号：G40-057文献标识码：A文章编号：1671-7503（2013）05-0038-03

引言

教师知识结构对教师的教学行为和学生的学习效果具有重要影响。信息技术教师作为信息技术教育的实施者，其知识和知识结构直接影响着信息技术教学的质量。TPACK框架自2005年首次提出以来，对信息化教育环境下教师的知识建构及知识结构梳理具有重要指导意义。国内对于信息技术教师的TPACK研究还处于初步阶段，尤其是基于案例的信息技术教师TPACK特征分析还不多见。因此，本文在TPACK基础上提出针对信息技术教师的知识结构模型TPITK，并对其做出基于案例的深入剖析。

一、TPACK简介

（一）TPACK内涵

2005年，美国学者Koehler和Mishra从教师知识角度出发。在学科教学知识的基础上，首次提出TPACK这一教师知识新框架。

TPACK框架在Shulmanl31141教授提出的“学科教学知识”基础上加入了技术知识，并突出在技术使用中学科内容和教学法的角色，以及技术对它们产生的反作用。它是学科内容知识、一般教学法知识和技术知识三者的复杂互动，是整合了这三种知识而形成的新知识。它强调其中的三种知识元素都是有效技术整合必不可少的成分，并且这三种知识领域不能分离，应形成一个整体。

（二）TPACK构成要素

TPACK模型有三个单一的知识要素：学科内容知识、

一般教学法知识（PedagogicalKnowledge，PK）和技术知识（TechnologicalKnowledge，TK），以及这些知识要素交互所形成的学科教学知识（PedagogicalContentKnowledge，PCK）、整合技术的学科内容知识、整合技术的教学知识（TechnologicalPedagogicalKnowledge，TPK）、整合技术的学科教学知识。

二、TPITK理论框架分析

TPACK框架应用于信息技术教师可进一步衍化为TPITK框架。TPITK框架由七种知识要素构成，即信息技术知识（ITK）、一般教学法知识（PK）、技术知识（TK）、信息技术教学知识（PITK）、整合技术的信息技术知识（TITK）、整合技术的教学知识（TPK）和整合技术的信息技术教学知识（TPITK）。

TPITK框架是TPACK框架的子集，是特定适用于信息技术教师的知识结构模型。框架中的三个基础知识要素——ITK、PK和TK代表了信息技术教师需具有的三个专业特性——学术性、师范性和技术性。当然，技术性能否成为与学术性、师范性并列的第三向度尚有疑问，但是，无可否认的是，技术在今天的教师职业养成和职业发展中占有十分重要的地位。基础知识经由互动整合和动态平衡形成的核心知识——TPITK正是信息技术教师专业综合素养的体现。

核心知识TPITK指在不同境脉下重建信息技术知识、一般教学法、技术三者之间动态平衡的意识和能力。TPITK是一种策略性的思维方式，它的形成不是各知识要素的简单组合或拼凑，而是经由陈述性知识（信息技术学科内容、教学法和技术的定义、术语、事实和描述），通过在相同或不同情境中的练习和运用，转化为程序性知识（完成一项或多项信息技术教学任务所涉及的步骤），最后形成策略性知识（在技术环境下对信息技术课程、学习者、课堂境脉的计划、组织、评价与概括）。

三、基于教学案例的教师TPITK剖析

对教师知识框架的分析不能脱离特定的课堂境脉。为此，下文结合2011年“永中杯”全国普通高中信息技术优质课特等奖案例，挖掘特定情境下优秀教师TPITK框架中的具体知识构成，并分析教师在实践中运用TPITK的特征表现。

（一）教学过程

本案例涉及内容是广东教育出版社出版的《人工智能初步》信息技术（选修5）中的第1章第2节，主要任务是让学生了解人工智能的基本内容，激发学生对人工智能技术进一步探索求知的欲望。整个教学过程分为课题引入、实例分析、分组实践、课堂延伸四个部分。

1.课题引入

首先，教师通过图片和视频展示校机器人队训I练和比赛场景，吸引学生注意，提出人工智能概念。然后，教师引入限时还原魔方环节，并提问学生：你在解魔方时用到了身体的哪些器官？学生通过现场体验回答出眼睛、大脑、手三个必不可少的器官。最后，在教师的启发诱导下，学生由这三个器官归纳出人类智能的三大要素：感觉要素、思考要素、运动要素。

2.实例分析

教师展示自制教具——魔方机器人，并提出问题：机器人解魔方需要哪些器官？学生通过观察实物及类比人类智能，思考后得出答案。

教师通过实物结合PPT介绍机器人各器官，使学生对机器人有一个整体印象。然后教师操作机器人，使之分阶段演示解魇方。通过电脑摄像头，学生能清楚地观察到机器人的局部特征。在此过程中，教师步步递进，引导学生归纳出人工智能三大要素：感觉要素、思考要素、行为要素。

教师播放机器人解魔方完整视频，让学生思考导致视频中机器人与现场机器人智能差异的原因，为后续探究作铺垫。

3.分组实践

教师用实物及PPT展示“百变飞碟”机器人，使学生对该机器人的结构及功能有一个整体了解，激起学生探究欲望。然后教师介绍图形化编程软件——能力风暴，让学生大致了解编程的思想及流程。

教师按小组分发“百变飞碟”，布置任务，让学生通过图形化编程实现机器人行动。在学生探索过程中，教师巡回指导，并通过电脑摄像头展示学生探索过程及学生作品。最后，各小组汇报成果，教师层层设问，帮助学生总结影响机器人智能差异的因素。

4，课堂延伸

教师通过提问：你还想让机器人做哪些事情？未来的机器人又会是怎样的呢？引导学生畅谈现在，憧憬未来。最后，教师与学生一同总结课程。

（二）具体知识

通过对上述教学过程的整理分析，笔者总结出该教师的TPITK具体知识构成及能力体现，如表1所示：

（三）特征表现

通过深入剖析本案例，以及对2011年“永中杯”全国普通高中信息技术优质课30个案例的梳理分析，笔者总结出具有良好TPITK的教师会呈现出以下特征：

第一，拥有扎实的教学主题知识和良好的课程整合能力。从本案例可以看出，教师深刻理解人工智能的相关概念、理论及发展脉络，熟练掌握机器人工作原理和实践操作，正确把握知识点间的联结与层次递进关系。在授课过程中，教师还整合进通用技术“简易机器人制作”模块相关内容，使学生对技术的思想有所领悟，技术的方法得以运用。在其他案例中还体现了信息技术教学主题与数学、美术等学科的整合。

第二，具有清晰系统的教学策略。在本案例中，教师设计的教学主线、教学互动和任务都紧密围绕“人工智能基础知识”进行，教学中每一步骤都以前一步为基础，着眼于学生的最近发展区逐层深入。并且，教师通过不断提问，促使学生将“思考”贯穿于“看听做”整个过程中。从另一些优质课案例也可看出，教师能根据学生情况进行教学推理，以适合学生理解的方式授课。

第三，勇于设计基于技术支持的课，乐于将技术交到学生手上。“人工智能初步”是有关基础性知识的纯理论课，但在本案例中，教师精心设计，使各个理论知识点都具有技术实践的支撑，并使用触手可及且不断变化的技术手段，如电脑摄像头、简易计时器软件等优化知识表征、加强师生互动。教师不仅通过演示机器人使学生对人工智能有整体直观的把握，而且将机器人交到学生手中，让学生在探索中直接体验人工智能。在此，技术不仅是教师呈现内容的工具，更是学生获取知识的手段。在另一些优质理论课案例中，教师均通过技术使理论先落实到实践，待学生有经验性的感知后，再将实践上升到理论。

第四，敢于将即兴的创作融入精心的教学计划中。教学是一个复杂和结构不良的问题，很少有——也许没有一般的原理可适用于任何情境。同样，也很难有一成不变的教学计划能框定整个教学过程。本案例中，教师并不忽视或排斥学生在探索机器人过程中的失败，而是即兴于学生的失败中挖掘共性，临时增设内容，帮助学生解决问题，促进学生思考。在其他案例中也能看到多处此种超越教学计划的即兴创作。