課題名稱：小球分揀系統(tǒng)
一、 選題的背景：
新課程下的高中課堂教學(xué)中增加了現(xiàn)代通用技術(shù)學(xué)科和高中研究性學(xué)習(xí)，通用技術(shù)是新課程改革下新開設(shè)的一門學(xué)科，是以提高學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)、促進(jìn)學(xué)生全面而富有個(gè)性的發(fā)展為目標(biāo)，注重學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，在新課改中為學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)提供平臺(tái)。與研究性學(xué)習(xí)相輔相成，并成為新課改的一大亮點(diǎn)。而開展本課題是以《技術(shù)與設(shè)計(jì)1》《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》兩個(gè)必修模塊為基礎(chǔ)，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的良好載體，對(duì)學(xué)生理解技術(shù)、使用技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題等方面的技術(shù)素養(yǎng)的提高是有奠基作用。結(jié)合高中研究性學(xué)習(xí)要求和本學(xué)科的特點(diǎn)，開展研究性學(xué)習(xí)，這兩門學(xué)科共同點(diǎn)就是通過(guò)學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力、探究能力、綜合運(yùn)用能力、分析解決問(wèn)題等多種能力，在高中學(xué)習(xí)當(dāng)中占有重要的地位和作用。
高中通用技術(shù)學(xué)科《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》第二章活動(dòng)內(nèi)容中安排有小球分檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及制作，高二年級(jí)學(xué)生在完成系統(tǒng)學(xué)習(xí)了必修《技術(shù)與設(shè)計(jì)1》《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》，正在學(xué)習(xí)選修《電子控制技術(shù)》。雖然此系統(tǒng)安排在了第二章但是它貫穿了必修二中的結(jié)構(gòu)、流程、系統(tǒng)及控制的相關(guān)內(nèi)容。
根據(jù)上述分析，結(jié)合我校高中研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)的開展，堅(jiān)持選題過(guò)程中符合科學(xué)性、可行性、需要性和興趣性原則的前提下，通過(guò)將高中通用技術(shù)課程與高中研究性學(xué)習(xí)學(xué)科進(jìn)行有效整合探討研究的基礎(chǔ)上指導(dǎo)學(xué)生來(lái)自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)完成一種能進(jìn)行自動(dòng)分揀的小球分揀器。
二、課題研究的目的及意義：
在通用技術(shù)課外活動(dòng)開展中，借助于高中研究性學(xué)習(xí)的方法和思維作為其活動(dòng)過(guò)程的指導(dǎo)思想，可以創(chuàng)設(shè)一種最佳的學(xué)習(xí)情境，這種學(xué)習(xí)情景具有生動(dòng)性、動(dòng)態(tài)交互性等特征，容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，從而自主地參與到學(xué)習(xí)中來(lái)，而且通用技術(shù)的研究性學(xué)習(xí)教學(xué)，可以全方位、多角度、整體化的方式呈現(xiàn)給學(xué)生形象地通用技術(shù)學(xué)科知識(shí)，將知識(shí)簡(jiǎn)單化，外在化，增強(qiáng)學(xué)生的好奇心和求知欲，增加學(xué)習(xí)的興趣和自信心。從教學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)看，通用技術(shù)研究性學(xué)習(xí)能充分發(fā)揮學(xué)生認(rèn)知的主體地位，能充分發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主動(dòng)性、積極性與創(chuàng)造性，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中真正成為知識(shí)加工的主體和知識(shí)意義的主動(dòng)建構(gòu)者；同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)化、信息化為通用技術(shù)新型教學(xué)結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建提供最理想的教學(xué)環(huán)境。在這種環(huán)境下學(xué)生可以充分發(fā)揮自己的想象力，可以對(duì)自己的所見所聞產(chǎn)生懷疑甚至是批判，從而激發(fā)他們對(duì)所學(xué)知識(shí)的重新認(rèn)識(shí)和思考，他們的邏輯思維能力和批判精神也達(dá)到了新的水平。在研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)過(guò)程中學(xué)生可以通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、技術(shù)實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)，培養(yǎng)探究能力和敢于創(chuàng)新、善于創(chuàng)新的精神，發(fā)揮學(xué)生的潛能，使他們的實(shí)踐能力得到進(jìn)一步的發(fā)展和提升。
三、 課題研究的內(nèi)容及預(yù)期目標(biāo)：
1、課題組成員：
參與教師：佟文紅、劉娜、秀君
參與學(xué)生：羅晨、蔣新、周森振、閆開、牛會(huì)會(huì)、雷娜娜、張久林
理論研究方面：根據(jù)材料進(jìn)行分析歸納一般的分揀流程包含的主要環(huán)節(jié)，以及分揀裝置的主要組成部分。
一個(gè)簡(jiǎn)單的分揀流程主要包括輸送、檢測(cè)、分類、收取四個(gè)環(huán)節(jié)。
一個(gè)分揀裝置一般由控制裝置（圖一）、輸送裝置(圖二圖三)、檢測(cè)裝置（圖四）、分類裝置（圖五）、分揀道口（圖六）、收取裝置（圖七）等部分組成。
結(jié)合材料以及歸納的知識(shí)，構(gòu)思黑白小球分揀的流程。
小球分揀模型的控制裝置可以識(shí)別、接收、處理分揀信號(hào)，并指示分類裝置運(yùn)行；輸送裝置用來(lái)輸送小球使其通過(guò)檢測(cè)裝置的檢測(cè)；檢測(cè)裝置用來(lái)分辨小球的顏色，并將檢測(cè)信號(hào)發(fā)給控制裝置；分類裝置根據(jù)控制裝置發(fā)出的分揀指示信號(hào)進(jìn)行動(dòng)作，將小球送至分揀道口；收取裝置用來(lái)接收從分揀道口過(guò)來(lái)的小球。
2、實(shí)踐研究方面：
呈現(xiàn)搭建小球分揀裝置所需的零部件，并對(duì)主要部件做簡(jiǎn)要的介紹。
控制器、光電傳感器、電機(jī)、結(jié)構(gòu)件
根據(jù)所給的零部件，結(jié)合自己構(gòu)思的小球分揀流程，設(shè)計(jì)小球分揀裝置，并畫出分揀裝置的草圖。
組員進(jìn)行交流，并展示自己的設(shè)計(jì)方案，然后進(jìn)行交流評(píng)價(jià)，思考方案的可行性，并對(duì)自己的方案進(jìn)行改進(jìn)。在實(shí)施過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生在做中學(xué)，在做中思，在做中悟，激發(fā)出自己的想法，并能設(shè)計(jì)制作出來(lái)。
上網(wǎng)查詢多種參考方案，進(jìn)行觀察，開闊學(xué)生制作思維。
小球分揀運(yùn)行的原理：
本分揀系統(tǒng)是利用《高中通用技術(shù)課程配套教學(xué)活動(dòng)手冊(cè)》中的小球分揀系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)木馬系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化分揀系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的。主要是由信息技術(shù)中的圖形化匯編語(yǔ)言運(yùn)用于通用技術(shù)的一次設(shè)計(jì)展示。它主要通過(guò)智能機(jī)器進(jìn)行分辨黑白雙色球。它主要是由“一個(gè)大腦”和“一支手”組成。擁有兩個(gè)按鍵的智能盒就是整臺(tái)機(jī)器的“大腦”，高聳的一個(gè)黃黑色的小盒就是它的眼睛，是由一個(gè)光敏傳感器構(gòu)成的，而這條位于兩個(gè)軌道之間的小桿就是它的手。主要的辨別功能就是由他完成的現(xiàn)在“大腦”的兩邊發(fā)出的三條白線就是相當(dāng)于傳輸神經(jīng)，當(dāng)光敏接收到相應(yīng)的信號(hào)就要傳授給控制器，控制器就是再將它的信號(hào)傳給辨別桿從而做出相應(yīng)的分揀動(dòng)作。
下面進(jìn)一步介紹整個(gè)“分揀器”的結(jié)構(gòu)組成，入口---獨(dú)立下滑槽，然后分辨球源由此開始運(yùn)轉(zhuǎn)。這個(gè)實(shí)體結(jié)構(gòu)的組成區(qū)域是整個(gè)機(jī)器的運(yùn)輸部分，它是由一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)桿和架立光敏構(gòu)成的，由獨(dú)立下滑槽帶下的小球，將會(huì)在這里被轉(zhuǎn)桿帶動(dòng)到光敏口進(jìn)行判斷。當(dāng)光敏結(jié)束判斷后，小球?qū)⒈粠У接斜鎰e桿的組合下滑槽進(jìn)行了具體的分辨。由于下滑糟的固有坡度使小球能夠自動(dòng)下落到這片儲(chǔ)球區(qū)，最后將依照顏色的區(qū)別而分別安置不同的小室里。整個(gè)小球的辨別工作就此結(jié)束。
當(dāng)控制器接愛到動(dòng)作信號(hào)，馬達(dá)將帶動(dòng)一個(gè)限動(dòng)狀置，連接辨別桿，使辨別桿進(jìn)行左右擺動(dòng)，依據(jù)小球顏色的不同進(jìn)行實(shí)質(zhì)的辨別。
其工作流程圖如下：
開始
馬達(dá)A反轉(zhuǎn)
光敏進(jìn)行判斷。
若是白球，判別桿向左轉(zhuǎn)，之后歸位
若是黑球，判別桿不動(dòng)
小球進(jìn)入槽中
結(jié)束
開始端
名稱：獨(dú)立下滑槽
功能：運(yùn)輸小球
傳輸端
名稱：辨球平臺(tái)
功能：輸送小球，
接受信號(hào)，
辨別端
名稱：組合下滑槽
功能：辨別桿分辨實(shí)質(zhì)小球
接收端
名稱：黑白儲(chǔ)球室
功能：獲取已分類的被分揀小球
小球分揀器工作流程程
四、課題研究過(guò)程：
在進(jìn)行本課題研究時(shí)，大致分為四個(gè)階段：
第一階段 準(zhǔn)備階段：（5月20—6月1日）
制定課題計(jì)劃，落實(shí)人員分工，邀請(qǐng)老師對(duì)課題研究方案設(shè)計(jì)進(jìn)行論證，組織人員學(xué)習(xí)課題研究的理論，明確課題研究的目的和意義。為了本課題研究的正常進(jìn)行，時(shí)間安排為每周一、周五課外活動(dòng)時(shí)間，確定活動(dòng)地點(diǎn)為通用技術(shù)實(shí)踐室2。主要為學(xué)生自主探究討論，教師主要組織啟發(fā)思維，做好協(xié)助收集資料作用。
第二階段 初步研究階段：（6月2日—6月30日）
由于剛接觸這個(gè)課題，學(xué)生有關(guān)知識(shí)和相關(guān)情況了解不多，缺乏經(jīng)驗(yàn)，為了開展好課題研究工作，首先讓學(xué)生從書上簡(jiǎn)單的了解小球分揀器的結(jié)構(gòu)和相關(guān)用途來(lái)，通過(guò)研討課、討論座談、資料分析等形式的開展研究活動(dòng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)研究中的問(wèn)題，調(diào)整和改進(jìn)研究的方案，計(jì)劃，及時(shí)做階段性總結(jié)，初步形成研究氛圍。
第三階段 全面研究階段：（8月28日—12月1日）
在前階段的基礎(chǔ)上，課題研究工作的重點(diǎn)是小球分揀器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及應(yīng)該采取怎樣的設(shè)計(jì)方案和步驟。利用學(xué)校的通用技術(shù)實(shí)踐室2和通用技術(shù)課程配套的教學(xué)具器材，學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣愛好課題小組里又從新分工，自發(fā)分工為編程組、結(jié)構(gòu)制作組、設(shè)計(jì)繪圖記錄組。各組之間既有分工又相互溝通，相互協(xié)作。各自探討分析在設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題和困難，并對(duì)研究過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)地進(jìn)行反饋補(bǔ)救、畫出結(jié)構(gòu)模式圖形、評(píng)估與改進(jìn)，撰寫研究論文。
第四階段 總結(jié)評(píng)估鑒定階段：（12月2日—12月21日）
完成了對(duì)小球分揀器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，對(duì)小組討論的內(nèi)容和結(jié)論作出總結(jié)，并收集與課題有關(guān)的資料，進(jìn)行整理分析，撰寫研究報(bào)告，邀請(qǐng)老師進(jìn)行課題鑒定。
五、實(shí)驗(yàn)過(guò)程：
六、制作中存在的問(wèn)題及解決辦法：
（1）長(zhǎng)時(shí)間的轉(zhuǎn)動(dòng)判別桿會(huì)產(chǎn)生誤差，無(wú)法準(zhǔn)確判斷。教師給學(xué)生灌輸這樣的思想：技術(shù)世界里沒(méi)有理想狀態(tài)，事事有誤差，時(shí)時(shí)有誤差，時(shí)時(shí)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。使學(xué)生思考在生產(chǎn)生活中不存在理想狀態(tài)。學(xué)生應(yīng)學(xué)會(huì)利用所學(xué)的控制系統(tǒng)及選修《電子控制技術(shù)》的相關(guān)知識(shí)來(lái)解決偏差問(wèn)題。因此，引導(dǎo)學(xué)生加入了一個(gè)小的控制系統(tǒng)，當(dāng)達(dá)到一定偏差時(shí)自動(dòng)復(fù)位。
（2）程序的編寫：引導(dǎo)學(xué)生，理解透徹此流程的每個(gè)環(huán)節(jié)和時(shí)序，再利用圖形化匯編語(yǔ)言編寫，其中利用數(shù)學(xué)知識(shí)計(jì)算出馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間。程序編寫需要多次實(shí)驗(yàn)及修改，鼓勵(lì)學(xué)生，不要泄氣。
七、課題研究所取得的成果及評(píng)價(jià)
研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)主要提倡充分發(fā)展學(xué)生的主體作用，基本動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)的興趣，在廣泛的文化情境中認(rèn)識(shí)接觸通用技術(shù)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐操作的能力。我們利用信息技術(shù)教育的優(yōu)勢(shì)，使之與通用技術(shù)研究性活動(dòng)相整合，更好地達(dá)到通用技術(shù)教學(xué)的根本目的。例如：在通用技術(shù)課中的《小球分揀系統(tǒng)的制作》，首先學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)技術(shù)課中的實(shí)驗(yàn)，制作出分揀模型以后，需要為控制器用計(jì)算機(jī)中的XLAB軟件編寫分揀代碼，才能實(shí)現(xiàn)分揀區(qū)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。有如《尋跡機(jī)器人》也是學(xué)生必須熟練的使用信息技術(shù)來(lái)編寫機(jī)器人對(duì)應(yīng)的工作程序才能正常的運(yùn)行，從而發(fā)現(xiàn)通用技術(shù)與信息技術(shù)的整合式必不可少的必然趨勢(shì)。在進(jìn)行《小球分揀系統(tǒng)的制作》實(shí)踐中，通過(guò)學(xué)習(xí)課本中的所實(shí)踐的所有案例以后，對(duì)分揀系統(tǒng)進(jìn)行改裝生成新型的分揀系統(tǒng)，學(xué)生接受了學(xué)習(xí)任務(wù)以后，在教師的指導(dǎo)下，利用教師提供的資料（或自己查找信息）進(jìn)行個(gè)別化和協(xié)作式相結(jié)合的自主學(xué)習(xí)，自主實(shí)驗(yàn)，并利用信息技術(shù)完成任務(wù)。課后學(xué)生利用課余時(shí)間進(jìn)行反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，反復(fù)改裝，編寫程序，最后生成實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品，了解這種新型的分揀系統(tǒng)在我們生活中的應(yīng)用。最后，師生一起進(jìn)行學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)、反饋。通過(guò)本課題一個(gè)學(xué)期的研究活動(dòng)開展，學(xué)生們能根據(jù)所學(xué)知識(shí)自主設(shè)計(jì)制作出一個(gè)生產(chǎn)中常用的分揀系統(tǒng)模型，能將《技術(shù)與設(shè)計(jì)1》和《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》的知識(shí)應(yīng)用與日常的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)聯(lián)系起來(lái)。能從生活和生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，保持對(duì)技術(shù)的敏感性，并初步具有運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力，提高技術(shù)素養(yǎng)，形成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕鉀Q問(wèn)題態(tài)度。
通過(guò)本次課題研究，我們有意識(shí)放開學(xué)生，讓學(xué)生自己去探究實(shí)驗(yàn)，查閱資料或進(jìn)行社會(huì)調(diào)查，把學(xué)習(xí)由課內(nèi)延伸到課外，不僅開闊學(xué)生的知識(shí)視野、豐富了課余知識(shí)，并且培養(yǎng)學(xué)生自主探求知識(shí)的能力提高學(xué)生搜集和處理信息的能力及動(dòng)手實(shí)踐能力。將信息技術(shù)融合到通用技術(shù)學(xué)科的研究性活動(dòng)中來(lái)，充分利用各種信息資源，引入時(shí)代活水，與通用技術(shù)學(xué)科教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，使學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容更加豐富多彩，更具有時(shí)代氣息、更貼近生活和現(xiàn)代科技；同時(shí)也可使教師拓展知識(shí)視野，改變傳統(tǒng)的學(xué)科教學(xué)內(nèi)容，使教材“活”起來(lái)。