简易机器人教学实践

简易机器人教学实践

四川绵阳中学阳春

【内容摘要】

机器人教育在国外已普遍开展，在“世界机器人王国”的日本，除了每所大学都有高水平的机器人研究和教学内容，每年定期举行各种不同层次的机器人设计和制作大赛外,日本机器人教育是从娃娃抓起。为了赶超世界教育先进水平，近年来我国也大力加强了机器人教育。

【关键词】机器人教育自主探究创新

比尔·盖茨曾预言“机器人即将重复个人电脑崛起的道路。点燃机器人普及的"导火索"，这场革命必将与个人电脑一样，彻底改变这个时代的生活方式。”

机器人教育在国外已普遍开展，在“世界机器人王国”的日本，除了每所大学都有高水平的机器人研究和教学内容，每年定期举行各种不同层次的机器人设计和制作大赛外,日本机器人教育是从娃娃抓起。为了赶超世界教育先进水平，近年来我国也大力加强了机器人教育。

教育部于2003年调整信息技术课程设置内容，增添了信息技术教育中的人工智能与机器人课程，机器人教育已越来越受到重视。

主要结论与观点

机器人教育集趣味性、实践性、综合性、科学性、探究性为一体，深受广大青少年学生的喜爱，它集计算机、声、光、电等多种技术，可以让学生全面接触传感器、计算机软硬件、人工智能、自动控制、电子技术和机械工程等多个学科高新科技知识。智能机器人教学进入课堂可培养青少年学生综合素质。

我校的机器人教学还处于探索阶段，在校本课程中我们开设了两个与机器人有关兴趣活动。

一个是采用简易机器人为器材，引导学生入门，培养学生爱好的兴趣课，另一个就是采用专业乐高积木的机器人竞赛班。从单纯的为了竞赛的获奖，提高学校声誉为目的，到提高了学生的综合素质为目的，从发现现象、探索证实到全面展开研究，到初步成果的体现，证实了中学智能机器人教学实践活动能有效提高了学生的综合素质。探索出了一条全面提升全体学生综合素质的新路子。

二、探索过程

国外机器人教学实验证明，机器人竞赛不仅活动主题有趣，更重要的是其问题解决方案是开放性的，学生可以用不同的方法达到同一个目标，因而智能机器人活动能激发学生充分发挥想象力、创造力，有利于培养学生的开放性思维。

我校早在03年初，就开始参加了四川省机器人竞赛。建立了机器人活动室，成立机器人实验小组进行了机器人足球、机器人灭火、机器人创意、FLL工程赛等多个机器人实验活动，几年来，取得了相当优异的成绩，在2011年4月，更是代表中国参加了在美国举行的FLL 机器人世界锦标赛，并获得了金牌。但是机器人竞赛在大多数同学的眼中还是非常神秘与高端的。为了让更多学生体验、感悟和实践，学校从10年开始的校本教材的第二课堂中，就开设了机器人兴趣课。由于是针对大多数同学的课程，所以我们采用的是国内一家公司的简易机器人器材，相比乐高，使用起来是有许多不便，但这也影响不了学生的兴趣。老师边学边教和同学们一同学习机器人的程序设计，一同探究改装机器人，一同研究比赛方案，许多时候都是学生编出了更好的程序、首先发现一些传感器的特性、想出更好的机器人改装方案。

两年多来，我校结合自己的实际，制订了完备的活动计划和实施方案：兴趣课每周有固定两

节课活动时间以及节假日部分时间，更是修建和装备了多个机器人活动室。在活动过程中辅导教师尽量避免详细的讲解，只是提出每次活动具体的任务和要求，让学生自己设法解决，只是在涉及到安全等重要方面时教师才重点讲解和亲自操作。因为参加机器人实验的学生都是自主报名参加，对机器人实验具有浓厚的兴趣，积极性较高，通过机器人课外活动同学们普遍可以获得如下感受：

1．自己制作的机器人能够按照设计要求完成动作时的喜悦。

2．从策划，设计到制作，测试等一系列的开发过程均由自己亲手完成的成就感。

3．体验参加机器人竞赛时的紧张与激动的心情。

4．可以向具有无限开发潜力的机器人领域进行永无止境的挑战。

三、通过课题的研究我们得到以下成果：

1、智能机器人教学活动有助于培养学生自主探究学习习惯

一个完整、能够完成任务的机器人，往往要用光、声、电、机械等各种器件，机器人因涉及多门类、多学科的知识和原理，通过教学可以拓展学生各学科的专业知识，又可将各学科的知识横向联系起来，对各学科所学知识起到巩固作用。首先，机器人教学实践活动中，学生按照图形要求或设想将几十种、甚至上百种零配件搭建成一个完整的能执行任务的机器人，每一个搭建步骤都必须自己或小组协同完成，这大大提高了学生应用各种工具的技巧和灵活的动手能力、空间想像能力。其次，在搭建前要构思巧妙完成的方式、方法和途径，对可行性要进行分析，得出最佳方案。最后，编写智能机器人执行任务的程序。学生要将任务分解成许多的小任务按步骤实施，即要编写出许多的小程序然后将机器放到场地中调试。此时要认真、仔细观察行走路线和机器人各部件的工作状态，然后根据完成任务和执行情况进行分析，对程序和部件进行更改，如此反复，直到能理想完成任务。在这一过程中，学生的观察能力、思维能力、分析问题和解决问题的能力都得到了培养。

2、通过“合作学习”培养学生的创新能力

合作学习是指教学过程中进行小组合作探究的一种学习形式。通过讨论、交流等形式，加深每个学生对所学知识的理解。使学生始终有一种参与感，从被动接受转为主动探索。它既能调动学生学习的积极性，又能充分发挥学生之间协调互补的作用。因此，通过合作学习培养学生合作、自主、创新的精神，是整个合作学习的主要目标。

合作学习有利于发挥特长，发展个性，并使每位学生都能在集体中发挥自己的聪明才智。合作学习的形式有利于培养学生的创新精神。根据中学生好胜心强的特点，积极培养勇于思考，勇于探索，勇于创新的人才。我们应更深入研究运用这种方法，有意识地培养学生成为适应社会发展的高素质的“创新型”人才。以“小组合作学习”为途径，对培养学生的创新意识、创新思维及创新人格有着重要的作用。

3、通过机器人实验活动培养学生对多门学科知识的整合能力，普及机器人教育有助于提高学生的综合素质

机器人的世界是丰富多彩，奥妙无穷的，在活动中，学生既动手又动脑，这种“做中学，学中做”的形式学生很喜欢，以此为契机，我们充分挖掘机器人与其他各学科的相关性，激发学生学习科学知识的强烈欲望，引导学生主动走进课本。机器人实验融合了数学、物理、化学、生物、信息技术等多门学科的知识，同时非常适合设计各种活动项目，这样正好弥补平时教学过程中学生主动应用知识情景比较少的不足。所以在设计活动项目的过程中，有意识的设计一些与科学学科相关的内容，特别是物理化学方面，比如杠杆、齿轮配比、轮子和轮轴、梁、摩檫力、重心等。我感觉在智能机器人与其他学科整合的教学领域中还大有潜力可挖，希望能以此作为一种全新的教学平台，发挥出越来越重要的作用。