第7单元第3课《系统设计方案需验证》教案 黔教版 信息科技 六年级下册

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第3课《系统设计方案需验证》教学设计
课题 系统设计方案需验证 单元 第七单元 学科 信息科技 年级 六年级下
核心素养目标 信息意识：能够认识到在机械手臂系统设计验证环节中，各类信息的重要性，并且学会主动收集和分析与机械手臂验证相关的信息。计算思维：能够将机械手臂验证过程中的问题分解，可以简单量化某些验证指标，并用简单的计算思维方式解决。数字化学习与创新：利用数字化工具对机械手臂验证过程进行学习和探索，鼓励提出创新性的验证思路或者对现有验证流程进行简单改进识。信息社会责任：能够认识到机械手臂验证环节中信息的真实性和准确性的重要性，不传播没有根据的关于机械手臂验证结果的信息。
教学重点 1、系统设计方案的验证。
教学难点 1、系统验证的优化。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 板书课题。1、活动背景在正式批量生产前，需要对系统设计方案进行验证，其目的是以较低的成本提前排除可能存在的缺陷，避免以后产生更大的损失。有了计算机控制的参与，机械手臂会更强大。赶紧做出来，并分享给其他人吧！别着急，我们还要对设计方案进行验证。确保没有问题后才能使用。2、观看教学视频 学习新知引入，观看教学视频。 用提问的方式引入课题，增强课堂互动性。将学生的注意吸引到课堂。
讲授新课 新知讲解：验证环节不可少活动：验证机械手臂设计方案1、实现了算法后，我们需要测试机械手臂是否满足我们需要的各项功能 (图 7-3-1)，从而验证设计方案是否合理。将你的测试过程填入表7-3-1。序号：①。测试项：是能够识别目标物体否。测试方法：放置多种物体在工作范围，看传感器反馈与动作反应。测试结果：10个物体中识别出8个，成功率80%。序号：②。测试项：抓取精度。测试方法：预设坐标，重复抓取15次，测抓取位置与预设偏差。测试结果：平均偏差±2mm内，最大±3mm。序号：③。测试项：运动灵活性。测试方法：按预设复杂轨迹运动，检查关节转动情况。测试结果：运动流畅，高速转向有小延迟。序号：④。测试项：负载能力。测试方法：末端挂载重物至无法工作，记最大重量。测试结果：达到设计要求的105%。拓展阅读黑盒测试：把系统看作一个不能打开的黑盒子，在完全不考虑内部结构特性的情况下，从输人数据与输出数据的对应关系出发进行测试。白盒测试：相对黑盒测试而言，打开盒子内部的结构，对系统运行的原理过程性细节做细致的检查。完成系统设计后，首先要进行功能验证，即验证其是否满足最初设计的功能；其次是性能验证，即验证其能否快速响应指令，是否具有一定的兼容性、容错性等;最后，还要进行安全性验证、外观验证、易用性验证等。二、课堂练习完成教材9-11页相关课堂练习题。三、拓展延伸1、测试方法的拓展模拟特殊环境下的功能测试。如果机械手臂可能会在高温环境下工作，那么将其置于高温箱中（设定不同的高温值，如50℃、80℃等），测试其各项功能是否正常，这对于一些在工业熔炉附近或炎热地区户外工作的机械手臂设计非常重要。 危险动作的模拟测试。除了常规的避免碰撞测试，还应模拟机械手臂在程序错误或受到电磁干扰时可能出现的危险动作，如突然的高速无规则摆动。通过在机械手臂周围设置多个高速摄像机和力传感器，准确记录在这些危险动作下的运动轨迹和可能产生的冲击力，评估对周围人员和设备的潜在危害。安全防护装置的有效性测试。如果机械手臂配备了光幕传感器等安全防护装置，测试其在不同光照条件、灰尘环境下的有效性。例如，在强光直射和有灰尘覆盖光幕传感器表面的情况下，机械手臂是否能及时检测到有物体进入危险区域并停止动作。2、其他产品的验证流程汽车制造：汽车在设计完成后，需要进行多轮的验证。除了类似机械手臂的功能（如行驶、转向、制动等基本功能）、性能（加速性能、油耗等）验证外，还需要进行大量的耐久性验证，例如在不同路况下进行长达数万公里的行驶测试，模拟极端天气条件下汽车的运行情况等。电子产品：如智能手机，在设计完成后要进行硬件功能验证（如摄像头像素、屏幕触摸灵敏度等），性能验证（运行速度、电池续航能力等），同时还要进行兼容性验证，确保与不同的软件、网络等能正常配合，而且要进行大量的用户体验测试来验证其易用性。3、验证标准的制定国际上有许多标准组织制定机械产品的验证标准，如ISO（国际标准化组织）。这些标准详细规定了验证的方法、指标和合格标准等。例如，对于机械手臂的负载能力验证，ISO标准会规定使用什么样的测试设备、如何施加负载以及负载的极限数值等。4、新兴技术对验证的影响随着人工智能技术在机械手臂中的应用，验证过程变得更加复杂。例如，当机械手臂具有视觉识别功能时，在验证其功能时不仅要考虑能否识别物体，还要考虑识别的准确率、在不同光线条件下的识别能力等。同时，人工智能算法的不断更新也会影响机械手臂的性能验证，需要不断调整验证指标和方法。3D打印技术制造的机械手臂部件，其材料特性和传统制造方法有所不同，这就需要在验证过程中对部件的强度、耐用性等方面采用新的测试方法和标准。5、验证技术的发展虚拟验证技术的兴起，利用计算机模拟可以在机械手臂实际制造之前对其进行部分功能和性能的验证。例如，通过建立机械手臂的虚拟模型，模拟其运动过程，可以提前发现可能存在的干涉问题（机械部件之间在运动时是否会相互碰撞），大大提高了设计效率，减少了实际验证的成本和时间。6、跨学科知识在验证中的体现物理学在验证中的应用在机械手臂的性能验证中，力学原理起着关键作用。例如，根据牛顿第二定律（F = ma），在验证机械手臂的加速性能时，可以通过测量施加的力和机械手臂的质量来计算预期的加速度，并与实际测试结果进行对比。同时，在验证机械手臂的负载能力时，也需要运用静力学原理来分析机械手臂结构在承受负载时的应力分布情况。数学在验证中的应用统计学在验证数据处理中非常重要。当进行多次验证测试（如多次测量机械手臂的响应时间）时，需要运用统计学方法来分析数据的可靠性。例如，计算平均值、标准差等统计量，通过这些数据来判断机械手臂的性能是否稳定，是否符合设计要求。同时，在进行验证方案设计时，可能会用到数学建模的方法，将机械手臂的运行过程用数学模型表示，以便更好地进行分析和验证。 完成活动并认识机械手臂设计方案的验证。学习拓展阅读。完成课堂练习。进行课外知识拓展。 结合机械手臂验证方案，锻炼学生的学习能力和思考能力。了解黑盒与百合测试，培养学生思考能力，提高学生的注意力和课堂参与度。在课堂练习中强化所学知识内容。拓宽学生知识面。
课堂小结 系统设计方案需验证1、引入新知内容2、验证机械手臂3、完成课题练习4、进行相关知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 1、在当今科技不断发展的背景下，如果机械手臂要应用于太空探索任务，你认为在验证环节还需要增加哪些特殊的验证内容？请简要说明你的理由，字数不少于150字。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
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