自制教具之自動(dòng)門控制系統(tǒng)在通用技術(shù)課程中的運(yùn)用

曾春欽

（莆田第五中學(xué) 福建莆田 351100）

自制教具之自動(dòng)門控制系統(tǒng)在通用技術(shù)課程中的運(yùn)用

曾春欽

（莆田第五中學(xué) 福建莆田 351100）

本文根據(jù)通用技術(shù)地質(zhì)版必修2教材中的自動(dòng)門控制系統(tǒng)原理內(nèi)容，利用樂高的器材設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)門控制系統(tǒng)，并簡(jiǎn)要闡述了它在通用技術(shù)課程中的運(yùn)用及其意義。

通用技術(shù) 自動(dòng)門控制系統(tǒng) 課堂教學(xué)

通用技術(shù)作為一門新興的學(xué)科，它的教學(xué)資源本身就不夠豐富，而它又是以提高學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)為核心目標(biāo)，這就要求教師在課堂教學(xué)中要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維，并將兩者相結(jié)合，這就對(duì)教具有極大的需求，在教學(xué)實(shí)踐中，我們可以發(fā)現(xiàn)，樂高的積木器材，它的靈活多變，易于拆卸和材料的可重復(fù)使用等特點(diǎn)可以很好的解決通用技術(shù)課程中教具欠缺的問題，因此，選擇樂高器材來自制教具在通用技術(shù)課程中是有一定的實(shí)踐意義的。

一、以樂高器材為載體的自制教具實(shí)例運(yùn)用——自動(dòng)門控制系統(tǒng)的制作

1．自動(dòng)門控制系統(tǒng)的制作

（1）自動(dòng)門控制系統(tǒng)的工作過程

自動(dòng)門控制系統(tǒng)給的工作過程，大概可以描述為：當(dāng)人走近自動(dòng)門時(shí)，門上方的檢測(cè)裝”置會(huì)自動(dòng)檢測(cè)到有人的信息，控制系統(tǒng)在接收到這個(gè)信號(hào)之后，會(huì)發(fā)出相應(yīng)的指令，啟動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)門向兩邊打開，當(dāng)門開啟之后，控制電路將作出判斷，如果沒有人在門四周，就通知電動(dòng)機(jī)做方向運(yùn)轉(zhuǎn)，使門處于關(guān)閉狀態(tài)，否則門繼續(xù)處于打開狀態(tài)［1］，如此往復(fù)。

（2）自動(dòng)門控制系統(tǒng)的制作過程

根據(jù)這個(gè)工作過程的描述，我們可以簡(jiǎn)單的歸納出，在這個(gè)工作系統(tǒng)中大概由以下幾個(gè)部分組成：門、檢測(cè)裝置、電機(jī)、控制電路。我們可以選擇利用樂高器材制作一個(gè)門的結(jié)構(gòu)，這是一個(gè)常見的對(duì)開門如圖1所示：

圖1

圖2

圖3

圖4

檢測(cè)裝置的主要作用是用來檢測(cè)是否有人的信息，因此，在這個(gè)控制系統(tǒng)中，我們選擇了超聲波傳感器作為整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)裝置，如圖2所示：

電機(jī)的主要作用是通過聯(lián)接機(jī)構(gòu)，能夠帶動(dòng)門的開和關(guān)，在這個(gè)控制系統(tǒng)中，我們選擇了由軸，齒輪和軸套連接器聯(lián)動(dòng)的結(jié)構(gòu)來完成，電機(jī)電動(dòng)門的開和關(guān)，如圖3所示：

控制電路是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，它把門，電機(jī)，檢測(cè)裝置三者聯(lián)系在一起，完成了整個(gè)控制系統(tǒng)的工作過程，以樂高的NXT2為主機(jī)，通過編寫程序，來完成控制裝置。具體的編程過程如圖4所示：

這個(gè)控制電路的工作過程大概如下：當(dāng)人站在距門小于20cm的時(shí)候，超聲波把信號(hào)傳遞給控制裝置，控制裝置讓電機(jī)執(zhí)行動(dòng)作，使門向兩邊打開，打開之后，停頓三秒，再讓電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使門處于關(guān)閉的狀態(tài)。如此往復(fù)。［2］

二、以樂高器材為載體制作的實(shí)例自動(dòng)門控制系統(tǒng)在通用技術(shù)課堂中的運(yùn)用

依據(jù)通用技術(shù)課程的學(xué)科特點(diǎn)，以及我們學(xué)校目前通用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有條件的支持，選擇了以小組合作的形式為主，以樂高器材配件為載體，在教師的引導(dǎo)下，師生共同來完成自動(dòng)門控制系統(tǒng)的制作，通過讓學(xué)生參與到控制的實(shí)例中，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，更好的完成課堂教學(xué)目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)提升學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)。

以“自動(dòng)門控制系統(tǒng)的工作過程”為例，展開閉環(huán)控制系統(tǒng)概念的這部分教學(xué)內(nèi)容大概可以分為以下幾個(gè)步驟：

1．認(rèn)識(shí)自動(dòng)門的工作過程：播放生活中各式各樣的自動(dòng)門控制系統(tǒng)的實(shí)例，例如賓館門口的旋轉(zhuǎn)門，商場(chǎng)門口的感應(yīng)門等等，讓學(xué)生通過觀察實(shí)際生活當(dāng)中各種自動(dòng)門的工作實(shí)例，來歸納出各式各樣結(jié)構(gòu)不同的門，它的工作過程，并歸納其基本工作過程。

2．小組分工合作完成自動(dòng)門控制系統(tǒng)的制作：在這個(gè)過程中引導(dǎo)學(xué)生，依據(jù)自動(dòng)門控制系統(tǒng)的基本工作過程，來分別完成該控制系統(tǒng)中的門，檢測(cè)裝置，控制電路等各個(gè)組成部分的制作，最后將這每一個(gè)組成部分連接在一起，形成一個(gè)完整的控制系統(tǒng)。［3］

3．學(xué)生展示已經(jīng)完成的自動(dòng)門控制系統(tǒng)：以小組為單位，請(qǐng)每位小組派一個(gè)代表來演示本組的自動(dòng)門控制系統(tǒng)，并描述出它的工作原理。

4．教師展示自制的自動(dòng)門控制系統(tǒng)：課前教師要準(zhǔn)備好一套已經(jīng)完成的自動(dòng)門控制系統(tǒng)，在歸納總結(jié)的時(shí)候演示。

5．歸納出本環(huán)節(jié)的重點(diǎn)：提出開環(huán)控制系統(tǒng)的含義及其工作過程。

在教學(xué)過程中，充分利用了實(shí)驗(yàn)室的配置資源優(yōu)勢(shì)，以師生互動(dòng)的形式，讓全體學(xué)生都積極參與到活動(dòng)過程中，來調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)和參與制作的積極性，這不但提高了學(xué)生的自己動(dòng)手能力，也拓展了學(xué)生的創(chuàng)新思維，教師在學(xué)生的制作過程中，以引導(dǎo)為主，不斷的提出問題，讓學(xué)生邊做邊思考，直到完成最終的設(shè)計(jì)方案，對(duì)于學(xué)生來說，最終完成的自動(dòng)門控制系統(tǒng)，是自己制作并完成的成品，可以激發(fā)他們學(xué)習(xí)的欲望，不但突破了本節(jié)課的重點(diǎn)，也達(dá)成了提高學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)這個(gè)大目標(biāo)。

三、自制教具在教學(xué)中的實(shí)踐意義

多媒體可以把生活中的例子直觀的呈現(xiàn)在學(xué)生的面前，給學(xué)生帶來視覺的刺激，但自制教具可以讓學(xué)生更清楚的了解事物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及它的工作過程，通過動(dòng)手實(shí)踐親生體驗(yàn)的方式來理解抽象的原理，甚至可以引發(fā)學(xué)生進(jìn)行更深入層次的思考，拓展學(xué)生的思維。因此在課堂教學(xué)中，我們可以引入樂高的積木，根據(jù)課程的教學(xué)目標(biāo)，選擇合適的教學(xué)設(shè)計(jì)案例，讓學(xué)生利用積木來和教師一起完成教學(xué)設(shè)計(jì)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

［1］顧建軍，技術(shù)與設(shè)計(jì)（通用技術(shù)必修2）［M］南京江蘇教育出版社2004

［2］顧建軍，普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（試驗(yàn)）解讀［M］：湖北教育出版社2004

［3］雷亞玲，對(duì)自制教具發(fā)展與創(chuàng)新的幾點(diǎn)思考［J］吉林教育2008（27）：36