中学课题兴趣小组研究性学习报告及总结

课题名称：小球分拣系统

一、 选题的背景：

新课程下的高中课堂教学中增加了现代通用技术学科和高中研究性学习，通用技术是新课程改革下新开设的一门学科，是以提高学生技术素养、促进学生全面而富有个性的发展为目标，注重学生的创新能力和实践能力的培养，在新课改中为学生的创新能力和实践能力的培养提供平台。与研究性学习相辅相成，并成为新课改的一大亮点。而开展本课题是以《技术与设计1》《技术与设计2》两个必修模块为基础，是培养学生创新精神和实践能力的良好载体，对学生理解技术、使用技术、应用技术解决实际问题等方面的技术素养的提高是有奠基作用。结合高中研究性学习要求和本学科的特点，开展研究性学习，这两门学科共同点就是通过学生的实践活动，培养学生的动手操作能力、探究能力、综合运用能力、分析解决问题等多种能力，在高中学习当中占有重要的地位和作用。

高中通用技术学科《技术与设计2》第二章活动内容中安排有小球分检系统的设计及制作，高二年级学生在完成系统学习了必修《技术与设计1》《技术与设计2》，正在学习选修《电子控制技术》。虽然此系统安排在了第二章但是它贯穿了必修二中的结构、流程、系统及控制的相关内容。

分拣是把很多货物按品种从不同的地点和单位分配到所设置的场地作业，按分拣的手段不同，可分为人工分拣、机械化自动分拣。随着社会的不断发展，市场的竞争也越来越激烈，因此各个生产企业和领域都迫切地需要通过机械自动分拣技术，达到提高工作效率的目的，尤其是在进行材料分拣的企业，以往一直采用人工分拣的方法，导致生产效率低，生产成本高，又浪费宝贵的时间，因此，材料和货物的机械自动分拣已成为企业不可缺少的选择。

根据上述分析，结合我校高中研究性学习活动的开展，坚持选题过程中符合科学性、可行性、需要性和兴趣性原则的前提下，通过将高中通用技术课程与高中研究性学习学科进行有效整合探讨研究的基础上指导学生来自主创新设计完成一种能进行自动分拣的小球分拣器。

二、课题研究的目的及意义：

在通用技术课外活动开展中，借助于高中研究性学习的方法和思维作为其活动过程的指导思想，可以创设一种最佳的学习情境，这种学习情景具有生动性、动态交互性等特征，容易激发学生的学习兴趣和学习热情，从而自主地参与到学习中来，而且通用技术的研究性学习教学，可以全方位、多角度、整体化的方式呈现给学生形象地通用技术学科知识，将知识简单化，外在化，增强学生的好奇心和求知欲，增加学习的兴趣和自信心。从教学结构来看，通用技术研究性学习能充分发挥学生认知的主体地位，能充分发挥学生在学习过程中的主动性、积极性与创造性，使学生在学习过程中真正成为知识加工的主体和知识意义的主动建构者；同时，网络化、信息化为通用技术新型教学结构的创建提供最理想的教学环境。在这种环境下学生可以充分发挥自己的想象力，可以对自己的所见所闻产生怀疑甚至是批判，从而激发他们对所学知识的重新认识和思考，他们的逻辑思维能力和批判精神也达到了新的水平。在研究性学习活动过程中学生可以通过结构设计、技术实验等活动，培养探究能力和敢于创新、善于创新的精神，发挥学生的潜能，使他们的实践能力得到进一步的发展和提升。

三、 课题研究的内容及预期目标：

1、课题组成员：

参与教师：佟文红、刘娜、秀君

参与学生：罗晨、蒋新、周森振、闫开、牛会会、雷娜娜、张久林

理论研究方面：根据材料进行分析归纳一般的分拣流程包含的主要环节，以及分拣装置的主要组成部分。

一个简单的分拣流程主要包括输送、检测、分类、收取四个环节。

一个分拣装置一般由控制装置（图一）、输送装置(图二图三)、检测装置（图四）、分类装置（图五）、分拣道口（图六）、收取装置（图七）等部分组成。

结合材料以及归纳的知识，构思黑白小球分拣的流程。

小球分拣模型的控制装置可以识别、接收、处理分拣信号，并指示分类装置运行；输送装置用来输送小球使其通过检测装置的检测；检测装置用来分辨小球的颜色，并将检测信号发给控制装置；分类装置根据控制装置发出的分拣指示信号进行动作，将小球送至分拣道口；收取装置用来接收从分拣道口过来的小球。

2、实践研究方面：

呈现搭建小球分拣装置所需的零部件，并对主要部件做简要的介绍。

控制器、光电传感器、电机、结构件

根据所给的零部件，结合自己构思的小球分拣流程，设计小球分拣装置，并画出分拣装置的草图。

组员进行交流，并展示自己的设计方案，然后进行交流评价，思考方案的可行性，并对自己的方案进行改进。在实施过程中引导学生在做中学，在做中思，在做中悟，激发出自己的想法，并能设计制作出来。

上网查询多种参考方案，进行观察，开阔学生制作思维。

小球分拣运行的原理：

本分拣系统是利用《高中通用技术课程配套教学活动手册》中的小球分拣系统和旋转木马系统的工作原理进行改进，优化分拣系统而设计的。主要是由信息技术中的图形化汇编语言运用于通用技术的一次设计展示。它主要通过智能机器进行分辨黑白双色球。它主要是由“一个大脑”和“一支手”组成。拥有两个按键的智能盒就是整台机器的“大脑”，高耸的一个黄黑色的小盒就是它的眼睛，是由一个光敏传感器构成的，而这条位于两个轨道之间的小杆就是它的手。主要的辨别功能就是由他完成的现在“大脑”的两边发出的三条白线就是相当于传输神经，当光敏接收到相应的信号就要传授给控制器，控制器就是再将它的信号传给辨别杆从而做出相应的分拣动作。

下面进一步介绍整个“分拣器”的结构组成，入口---独立下滑槽，然后分辨球源由此开始运转。这个实体结构的组成区域是整个机器的运输部分，它是由一个转动杆和架立光敏构成的，由独立下滑槽带下的小球，将会在这里被转杆带动到光敏口进行判断。当光敏结束判断后，小球将被带到有辨别杆的组合下滑槽进行了具体的分辨。由于下滑糟的固有坡度使小球能够自动下落到这片储球区，最后将依照颜色的区别而分别安置不同的小室里。整个小球的辨别工作就此结束。

当控制器接爱到动作信号，马达将带动一个限动状置，连接辨别杆，使辨别杆进行左右摆动，依据小球颜色的不同进行实质的辨别。

其工作流程图如下：

开始

马达A反转

光敏进行判断。

若是白球，判别杆向左转，之后归位

若是黑球，判别杆不动

小球进入槽中

结束

开始端

名称：独立下滑槽

功能：运输小球

传输端

名称：辨球平台

功能：输送小球，

接受信号，

辨别端

名称：组合下滑槽

功能：辨别杆分辨实质小球

接收端

名称：黑白储球室

功能：获取已分类的被分拣小球

小球分拣器工作流程程

四、课题研究过程：

在进行本课题研究时，大致分为四个阶段： 
第一阶段 准备阶段：（5月20—6月1日） 
制定课题计划，落实人员分工，邀请老师对课题研究方案设计进行论证，组织人员学习课题研究的理论，明确课题研究的目的和意义。为了本课题研究的正常进行，时间安排为每周一、周五课外活动时间，确定活动地点为通用技术实践室2。主要为学生自主探究讨论，教师主要组织启发思维，做好协助收集资料作用。 
 
第二阶段 初步研究阶段：（6月2日—6月30日） 
由于刚接触这个课题，学生有关知识和相关情况了解不多，缺乏经验，为了开展好课题研究工作，首先让学生从书上简单的了解小球分拣器的结构和相关用途来，通过研讨课、讨论座谈、资料分析等形式的开展研究活动，及时发现研究中的问题，调整和改进研究的方案，计划，及时做阶段性总结，初步形成研究氛围。 
第三阶段 全面研究阶段：（8月28日—12月1日） 
在前阶段的基础上，课题研究工作的重点是小球分拣器结构设计，以及应该采取怎样的设计方案和步骤。利用学校的通用技术实践室2和通用技术课程配套的教学具器材，学生根据个人兴趣爱好课题小组里又从新分工，自发分工为编程组、结构制作组、设计绘图记录组。各组之间既有分工又相互沟通，相互协作。各自探讨分析在设计中遇到的问题和困难，并对研究过程中出现的问题及时地进行反馈补救、画出结构模式图形、评估与改进，撰写研究论文。 
第四阶段 总结评估鉴定阶段：（12月2日—12月21日） 
完成了对小球分拣器的结构设计后，对小组讨论的内容和结论作出总结，并收集与课题有关的资料，进行整理分析，撰写研究报告，邀请老师进行课题鉴定。 
五、实验过程：
六、制作中存在的问题及解决办法：
（1）长时间的转动判别杆会产生误差，无法准确判断。教师给学生灌输这样的思想：技术世界里没有理想状态，事事有误差，时时有误差，时时会出现问题。使学生思考在生产生活中不存在理想状态。学生应学会利用所学的控制系统及选修《电子控制技术》的相关知识来解决偏差问题。因此，引导学生加入了一个小的控制系统，当达到一定偏差时自动复位。
（2）程序的编写：引导学生，理解透彻此流程的每个环节和时序，再利用图形化汇编语言编写，其中利用数学知识计算出马达转动的时间。程序编写需要多次实验及修改，鼓励学生，不要泄气。
七、课题研究所取得的成果及评价 
研究性学习活动主要提倡充分发展学生的主体作用，基本动手能力，激发学生的学习的兴趣，在广泛的文化情境中认识接触通用技术，培养创新精神和实践操作的能力。我们利用信息技术教育的优势，使之与通用技术研究性活动相整合，更好地达到通用技术教学的根本目的。例如：在通用技术课中的《小球分拣系统的制作》，首先学生通过学习技术课中的实验，制作出分拣模型以后，需要为控制器用计算机中的XLAB软件编写分拣代码，才能实现分拣区系统的正常运行。有如《寻迹机器人》也是学生必须熟练的使用信息技术来编写机器人对应的工作程序才能正常的运行，从而发现通用技术与信息技术的整合式必不可少的必然趋势。在进行《小球分拣系统的制作》实践中，通过学习课本中的所实践的所有案例以后，对分拣系统进行改装生成新型的分拣系统，学生接受了学习任务以后，在教师的指导下，利用教师提供的资料（或自己查找信息）进行个别化和协作式相结合的自主学习，自主实验，并利用信息技术完成任务。课后学生利用课余时间进行反复的实验，反复改装，编写程序，最后生成实验产品，了解这种新型的分拣系统在我们生活中的应用。最后，师生一起进行学习评价、反馈。通过本课题一个学期的研究活动开展，学生们能根据所学知识自主设计制作出一个生产中常用的分拣系统模型，能将《技术与设计1》和《技术与设计2》的知识应用与日常的工农业生产联系起来。能从生活和生产中发现问题，保持对技术的敏感性，并初步具有运用所学知识解决问题的能力，提高技术素养，形成科学严谨的解决问题态度。
 通过本次课题研究，我们有意识放开学生，让学生自己去探究实验，查阅资料或进行社会调查，把学习由课内延伸到课外，不仅开阔学生的知识视野、丰富了课余知识，并且培养学生自主探求知识的能力提高学生搜集和处理信息的能力及动手实践能力。将信息技术融合到通用技术学科的研究性活动中来，充分利用各种信息资源，引入时代活水，与通用技术学科教学内容相结合，使学生的学习内容更加丰富多彩，更具有时代气息、更贴近生活和现代科技；同时也可使教师拓展知识视野，改变传统的学科教学内容，使教材“活”起来。