中學課題興趣小組研究性學習報告及總結
課題名稱：小球分揀系統
一、 選題的背景：
新課程下的高中課堂教學中增加了現代通用技術學科和高中研究性學習，通用技術是新課程改革下新開設的一門學科，是以提高學生技術素養、促進學生全面而富有個性的發展為目標，注重學生的創新能力和實踐能力的培養，在新課改中為學生的創新能力和實踐能力的培養提供平台。與研究性學習相輔相成，併成為新課改的一大亮點。而開展本課題是以《技術與設計1》《技術與設計2》兩個必修模塊為基礎，是培養學生創新精神和實踐能力的良好載體，對學生理解技術、使用技術、應用技術解決實際問題等方面的技術素養的提高是有奠基作用。結合高中研究性學習要求和本學科的特點，開展研究性學習，這兩門學科共同點就是通過學生的實踐活動，培養學生的動手操作能力、探究能力、綜合運用能力、分析解決問題等多種能力，在高中學習當中佔有重要的地位和作用。
高中通用技術學科《技術與設計2》第二章活動內容中安排有小球分檢系統的設計及製作，高二年級學生在完成系統學習了必修《技術與設計1》《技術與設計2》，正在學習選修《電子控制技術》。雖然此係統安排在了第二章但是它貫穿了必修二中的結構、流程、系統及控制的相關內容。
分揀是把很多貨物按品種從不同的地點和單位分配到所設置的場地作業，按分揀的手段不同，可分為人工分揀、機械化自動分揀。隨着社會的不斷髮展，市場的競爭也越來越激烈，因此各個生產企業和領域都迫切地需要通過機械自動分揀技術，達到提高工作效率的目的，尤其是在進行材料分揀的企業，以往一直採用人工分揀的方法，導致生產效率低，生產成本高，又浪費寶貴的時間，因此，材料和貨物的機械自動分揀已成為企業不可缺少的選擇。
根據上述分析，結合我校高中研究性學習活動的開展，堅持選題過程中符合科學性、可行性、需要性和興趣性原則的前提下，通過將高中通用技術課程與高中研究性學習學科進行有效整合探討研究的基礎上指導學生來自主創新設計完成一種能進行自動分揀的小球分揀器。
二、課題研究的目的及意義：
在通用技術課外活動開展中，藉助於高中研究性學習的方法和思維作為其活動過程的指導思想，可以創設一種最佳的學習情境，這種學習情景具有生動性、動態交互性等特徵，容易激發學生的學習興趣和學習熱情，從而自主地參與到學習中來，而且通用技術的研究性學習教學，可以全方位、多角度、整體化的方式呈現給學生形象地通用技術學科知識，將知識簡單化，外在化，增強學生的好奇心和求知慾，增加學習的興趣和自信心。從教學結構來看，通用技術研究性學習能充分發揮學生認知的主體地位，能充分發揮學生在學習過程中的主動性、積極性與創造性，使學生在學習過程中真正成為知識加工的主體和知識意義的主動建構者；同時，網絡化、信息化為通用技術新型教學結構的創建提供最理想的教學環境。在這種環境下學生可以充分發揮自己的想象力，可以對自己的所見所聞產生懷疑甚至是批判，從而激發他們對所學知識的重新認識和思考，他們的邏輯思維能力和批判精神也達到了新的水平。在研究性學習活動過程中學生可以通過結構設計、技術實驗等活動，培養探究能力和敢於創新、善於創新的精神，發揮學生的潛能，使他們的實踐能力得到進一步的發展和提升。
三、 課題研究的內容及預期目標：
1、課題組成員：
參與教師：佟文紅、劉娜、秀君
參與學生：羅晨、蔣新、周森振、閆開、牛會會、雷娜娜、張久林
理論研究方面：根據材料進行分析歸納一般的分揀流程包含的主要環節，以及分揀裝置的主要組成部分。
一個簡單的分揀流程主要包括輸送、檢測、分類、收取四個環節。
一個分揀裝置一般由控制裝置（圖一）、輸送裝置(圖二圖三)、檢測裝置（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。
結合材料以及歸納的知識，構思黑白小球分揀的流程。
小球分揀模型的控制裝置可以識別、接收、處理分揀信號，並指示分類裝置運行；輸送裝置用來輸送小球使其通過檢測裝置的檢測；檢測裝置用來分辨小球的顏色，並將檢測信號發給控制裝置；分類裝置根據控制裝置發出的分揀指示信號進行動作，將小球送至分揀道口；收取裝置用來接收從分揀道口過來的小球。
2、實踐研究方面：
呈現搭建小球分揀裝置所需的零部件，並對主要部件做簡要的介紹。
控制器、光電傳感器、電機、結構件
根據所給的零部件，結合自己構思的小球分揀流程，設計小球分揀裝置，並畫出分揀裝置的草圖。
組員進行交流，並展示自己的設計方案，然後進行交流評價，思考方案的可行性，並對自己的方案進行改進。在實施過程中引導學生在做中學，在做中思，在做中悟，激發出自己的想法，並能設計製作出來。
上網查詢多種參考方案，進行觀察，開闊學生製作思維。
小球分揀運行的原理：
本分揀系統是利用《高中通用技術課程配套教學活動手冊》中的小球分揀系統和旋轉木馬系統的工作原理進行改進，優化分揀系統而設計的。主要是由信息技術中的圖形化彙編語言運用於通用技術的一次設計展示。它主要通過智能機器進行分辨黑白雙色球。它主要是由“一個大腦”和“一支手”組成。擁有兩個按鍵的智能盒就是整台機器的“大腦”，高聳的一個黃黑色的小盒就是它的眼睛，是由一個光敏傳感器構成的，而這條位於兩個軌道之間的小杆就是它的手。主要的辨別功能就是由他完成的現在“大腦”的兩邊發出的三條白線就是相當於傳輸神經，當光敏接收到相應的信號就要傳授給控制器，控制器就是再將它的信號傳給辨別杆從而做出相應的分揀動作。
下面進一步介紹整個“分揀器”的結構組成，入口---獨立下滑槽，然後分辨球源由此開始運轉。這個實體結構的組成區域是整個機器的運輸部分，它是由一個轉動杆和架立光敏構成的，由獨立下滑槽帶下的小球，將會在這裏被轉杆帶動到光敏口進行判斷。當光敏結束判斷後，小球將被帶到有辨別杆的組合下滑槽進行了具體的分辨。由於下滑糟的固有坡度使小球能夠自動下落到這片儲球區，最後將依照顏色的區別而分別安置不同的小室裏。整個小球的辨別工作就此結束。
當控制器接愛到動作信號，馬達將帶動一個限動狀置，連接辨別杆，使辨別杆進行左右擺動，依據小球顏色的不同進行實質的辨別。
其工作流程圖如下：
開始
馬達A反轉
光敏進行判斷。
若是白球，判別杆向左轉，之後歸位
若是黑球，判別杆不動
小球進入槽中
結束
開始端
名稱：獨立下滑槽
功能：運輸小球
傳輸端
名稱：辨球平台
功能：輸送小球，
接受信號，
辨別端
名稱：組合下滑槽
功能：辨別杆分辨實質小球
接收端
名稱：黑白儲球室
功能：獲取已分類的被分揀小球
小球分揀器工作流程程
四、課題研究過程：
在進行本課題研究時，大致分為四個階段：
第一階段 準備階段：（5月20—6月1日）
制定課題計劃，落實人員分工，邀請老師對課題研究方案設計進行論證，組織人員學習課題研究的理論，明確課題研究的目的和意義。為了本課題研究的正常進行，時間安排為每週一、週五課外活動時間，確定活動地點為通用技術實踐室2。主要為學生自主探究討論，教師主要組織啟發思維，做好協助收集資料作用。
第二階段 初步研究階段：（6月2日—6月30日）
由於剛接觸這個課題，學生有關知識和相關情況瞭解不多，缺乏經驗，為了開展好課題研究工作，首先讓學生從書上簡單的瞭解小球分揀器的結構和相關用途來，通過研討課、討論座談、資料分析等形式的開展研究活動，及時發現研究中的問題，調整和改進研究的方案，計劃，及時做階段性總結，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）
在前階段的基礎上，課題研究工作的重點是小球分揀器結構設計，以及應該採取怎樣的設計方案和步驟。利用學校的通用技術實踐室2和通用技術課程配套的教學具器材，學生根據個人興趣愛好課題小組裏又從新分工，自發分工為編程組、結構製作組、設計繪圖記錄組。各組之間既有分工又相互溝通，相互協作。各自探討分析在設計中遇到的問題和困難，並對研究過程中出現的問題及時地進行反饋補救、畫出結構模式圖形、評估與改進，撰寫研究論文。
第四階段 總結評估鑑定階段：（12月2日—12月21日）
完成了對小球分揀器的結構設計後，對小組討論的內容和結論作出總結，並收集與課題有關的資料，進行整理分析，撰寫研究報告，邀請老師進行課題鑑定。
五、實驗過程：
六、製作中存在的問題及解決辦法：
（1）長時間的轉動判別杆會產生誤差，無法準確判斷。教師給學生灌輸這樣的思想：技術世界裏沒有理想狀態，事事有誤差，時時有誤差，時時會出現問題。使學生思考在生產生活中不存在理想狀態。學生應學會利用所學的控制系統及選修《電子控制技術》的相關知識來解決偏差問題。因此，引導學生加入了一個小的控制系統，當達到一定偏差時自動復位。
（2）程序的編寫：引導學生，理解透徹此流程的每個環節和時序，再利用圖形化彙編語言編寫，其中利用數學知識計算出馬達轉動的時間。程序編寫需要多次實驗及修改，鼓勵學生，不要泄氣。
七、課題研究所取得的成果及評價
研究性學習活動主要提倡充分發展學生的主體作用，基本動手能力，激發學生的學習的興趣，在廣泛的文化情境中認識接觸通用技術，培養創新精神和實踐操作的能力。我們利用信息技術教育的優勢，使之與通用技術研究性活動相整合，更好地達到通用技術教學的根本目的。例如：在通用技術課中的《小球分揀系統的製作》，首先學生通過學習技術課中的實驗，製作出分揀模型以後，需要為控制器用計算機中的XLAB軟件編寫分揀代碼，才能實現分揀區系統的正常運行。有如《尋跡機器人》也是學生必須熟練的使用信息技術來編寫機器人對應的工作程序才能正常的運行，從而發現通用技術與信息技術的整合式必不可少的必然趨勢。在進行《小球分揀系統的製作》實踐中，通過學習課本中的所實踐的所有案例以後，對分揀系統進行改裝生成新型的分揀系統，學生接受了學習任務以後，在教師的指導下，利用教師提供的資料（或自己查找信息）進行個別化和協作式相結合的自主學習，自主實驗，並利用信息技術完成任務。課後學生利用課餘時間進行反覆的實驗，反覆改裝，編寫程序，最後生成實驗產品，瞭解這種新型的分揀系統在我們生活中的應用。最後，師生一起進行學習評價、反饋。通過本課題一個學期的研究活動開展，學生們能根據所學知識自主設計製作出一個生產中常用的分揀系統模型，能將《技術與設計1》和《技術與設計2》的知識應用與日常的工農業生產聯繫起來。能從生活和生產中發現問題，保持對技術的敏感性，並初步具有運用所學知識解決問題的能力，提高技術素養，形成科學嚴謹的解決問題態度。
通過本次課題研究，我們有意識放開學生，讓學生自己去探究實驗，查閲資料或進行社會調查，把學習由課內延伸到課外，不僅開闊學生的知識視野、豐富了課餘知識，並且培養學生自主探求知識的能力提高學生蒐集和處理信息的能力及動手實踐能力。將信息技術融合到通用技術學科的研究性活動中來，充分利用各種信息資源，引入時代活水，與通用技術學科教學內容相結合，使學生的學習內容更加豐富多彩，更具有時代氣息、更貼近生活和現代科技；同時也可使教師拓展知識視野，改變傳統的學科教學內容，使教材“活”起來。
