智能机器人进课堂的困惑与出路
机器人教育,困境与希望

• 目前机器人进入课程或者参与学科整合的经验还很少, 教育研究成果非常缺乏。尤其对中小学教师而言它是一 种全新的事物,课程内容、教学方法、学业检测等都很 欠缺。虽然在高中信息技术新的课程标准中增加了人工 智能部分,但是理论比重较大,机器人实践活动较少, 非常不利于开展相关教学。在高中通用技术课程标准中, 增加了简易机器人选修课,但是由于受到课程地位和课 时的局限,目前效果尚不明显。虽然,有些教育较发达 的地区作为地方课程或校本课程来开设,但教学内容与 活动随意性都较强。 • 三、机器人基础教育发展的趋势 • 机器人教育具有趣味性、创新性和可操作性等特点,它 的生命力是非常旺盛的。机器人教育在基础教育未来的 发展大有希望,并具有以下几种发展趋势方向。
• 第三,把智能机器人作为信息技术课的内容之一进 入中小学信息技术教育课程,这种形式正在形成期, 教材的编写、课程的常规性开设正在起步。当然, 这无疑会为信息技术学科带来新的活力,对目前信 息技术教育重软件应用轻编程开发的局面也会有所 改善。 • 第四,智能机器人教育作为研究性课程的形式进入 中学,由于研究性学习课程越来越受到重视,也由 于机器人教育的长期性、个性化决定了如果通过研 究性学习形式推广会更有利于对学生创新能力的培 养。但是由于研究性课程的地位决定的课时不足, 以及班额过大决定的组织难度过大,都会影响机器 人教育的整体推进。
• 第三,向课堂化教育发展 • 课外活动小组毕竟是小部分人的活动,虽然这 对于特长教育有着不可否认的作用。但是,课 外活动的系统性、普及性和公平性都得不到保 证。对于机器人教育这个新鲜事物,课外活动 小组的引导作用是非常重要的,但是如果不向 学科课程发展,其教育理论、教育方法的成熟 是缓慢的。所以,随着下一步新课程的实施, 机器人教育走进课堂成为一种必然的发展方向。 向课堂教育发展,需要包括教材建设、教法研 讨等几个步骤,是一个持续发展、革新的过程。
中小学智能机器人课堂教学的策略和方法

中小学智能机器人课堂教学的策略和方法【摘要】智能机器人在中小学教育领域的应用日益广泛,为提高教学效果和培养学生创新思维提供了新的可能性。
本文通过介绍中小学智能机器人课堂教学的策略和方法,探讨如何有效利用智能机器人提升教学质量。
在教学策略上,可以结合问题解决和合作学习,激发学生的学习兴趣和动手能力;在教学方法上,可以采用任务驱动式学习,让学生在实践中掌握知识和技能;课堂设计则应注重情景设置和互动体验,引导学生主动参与和探索。
智能机器人的应用还需要充分的技术支持,保障教学过程的顺利进行。
中小学智能机器人课堂教学既有积极意义,也面临挑战和改进空间,需要不断总结经验,展望未来,并提出相应的建议以不断提升教学效果和教学体验。
【关键词】中小学、智能机器人、课堂教学、策略、方法、课堂设计、应用、技术支持、引言、背景介绍、研究意义、教学策略、教学方法、总结归纳、展望未来、建议改进1. 引言1.1 背景介绍中小学智能机器人课堂教学是近年来教育领域备受关注的一个热点话题。
随着人工智能技术的不断发展和普及,智能机器人逐渐成为学校教育领域的利器,为教师提供了更多的教学支持和学生个性化学习的机会。
在传统的课堂教学模式下,教师常常面临着课堂内容单一、学生学习兴趣不高等问题,而智能机器人的引入可以有效地激发学生的学习兴趣,提高课堂教学的效果。
1.2 研究意义中小学智能机器人课堂教学的研究意义在于提高教学效率和质量,促进学生的学习兴趣和能力发展。
通过智能机器人的应用,可以更好地激发学生的学习兴趣,提高他们参与学习的积极性。
智能机器人可以通过互动式的方式进行教学,使学生能够更加直观地理解知识点,从而提高学习效果。
智能机器人还可以根据学生的学习进度和能力水平进行个性化的教学,帮助学生更好地解决学习难题,降低教育师资资源不足的问题。
研究中小学智能机器人课堂教学的策略和方法具有重要的现实意义和教育意义,有助于推动教育信息化的发展,提升教育质量,培养具有创新能力和实践能力的未来人才。
中学人工智能教育的现状与困境

中学人工智能教育的现状与困境引言在当今信息时代,人工智能(Artificial Intelligence, AI)日益成为社会发展的重要驱动力。
随着人工智能技术的飞速发展,教育界也开始关注中学人工智能教育,以培养适应未来社会的人才。
然而,中学人工智能教育面临着一些现状与困境,本文将对这些问题进行探讨与分析。
一、中学人工智能教育现状1.教育资源不足目前,中学人工智能教育的教材、师资、设备等方面还比较匮乏。
尽管一些富裕地区的学校已开始引入相关课程,但大多数中学仍没有相关教育资源。
这使得人工智能教育只在少数学校得到实施,无法普及至全国范围。
2.师资力量相对薄弱人工智能是一门领域十分复杂而庞大的学科,需要具备丰富的知识和经验。
然而,目前大多数中学教师对于人工智能的知识理解较少,缺乏相应的教学经验。
因此,中学人工智能教育中存在着师资力量相对薄弱的问题。
3.教学方法滞后由于中学人工智能教育刚刚起步,教学方法也较为滞后。
现有的教学模式大多仍停留在传统的课堂教学模式,缺乏与时俱进的创新教学方法。
这样一来,学生难以真正掌握与实践人工智能相关的知识和技能。
二、中学人工智能教育的困境1.知识体系的缺失由于人工智能行业的快速发展,其知识体系也在不断更新和完善。
然而,目前中学人工智能教育的知识体系相对滞后,无法与实际应用进行同步。
这导致学生在学习过程中难以与行业保持同步,从而对未来的就业和发展造成一定的不利影响。
2.评估与考核体系不完善中学人工智能教育的评估与考核体系相对不完善。
目前,大多数学校的教学评估仍以传统的笔试、文化课成绩为主,对于人工智能相关的知识和技能缺乏科学的评价体系。
这使得学生在学习过程中可能只追求分数而忽视真正的学习效果。
3.与社会需求脱节中学人工智能教育还存在与社会需求脱节的问题。
目前,一些学校的人工智能教育过多关注理论知识而忽视实际应用。
然而,行业需要具备实际操作能力的人才,这就需要中学人工智能教育与实际社会需求相结合,以培养学生的实践能力和创新精神。
中小学机器人教学中的问题与对策

中小学机器人教学中的问题与对策
越来越多的中小学正在利用机器人教学,机器人教学把“机器”和“知识”联
系在了一起,具有一定的操作性、可操作性和智能性,可以为学习过程提供更多的动态、可视化以及可控的体验,使学习变得更加简单,有效地帮助教育者实现教九、兴学之目的。
然而,中小学机器人教学也存在一定的问题,其中比较明显的是机器人硬件及软件设备较昂贵,容易产生“贵”的效果,并且如何在有限的资源下,使机器人教学更好地推广成为当前中小学机器人教学的一个重要话题。
不可否认,要解决以上问题,政府的积极参与和支持是必要的,因为机器人教
学是一项重大的系统性工程。
可以考虑完善机器人教学政策,营造有利的政府推广环境;同时企业可以积极参与,将机器人教学技术、设备与管理服务完善综合,以优惠的价格满足中小学的需求。
进而,一些人才培训中心、研究机构可以利用机器人教学手段进一步开展一系列课程,以实现中小学机器人教学的系统化建设。
另外,要获得更好的机器人教学效果,还要建立老师能力的系统培养机制,包
括老师的机器人概念、教育方法、技术应用等方面的培养。
普通中小学的老师也可以通过公开的培训和使用的方式进行有效的教育,以有效的应用机器人教学技术,让学生实现机器人教育的最大效益。
以上是有关解决中小学机器人教学中遇到的问题所做出的尝试,借助政府、企业、教育机构以及教师的共同努力,中小学机器人教学可以得到更快、更有效的发展,为中小学教学教育的发展做出更大的贡献。
浅析教育人工智能的发展难题与突破路径

浅析教育人工智能的发展难题与突破路径目前教育的发展正在向着智能化的方向转变,人工智能与教育的融合已经成为了未来教育发展的重要趋势。
但是以目前的发展现状来说,还存在着较多的难题与困境。
本文主要是从教育人工智能的发展进行探讨,找出存在问题并提出相应的解决措施,以期能够促进我国教育人工智能的发展。
标签:教育人工智能;发展难题;突破路径随着智能化时代的到来,人工智能将成为破解教育难题的“利器”,在创新教育教学模式、优化人才培养方案、发展学生专业技能、构建终身学习体系等方面发挥重要作用,推动未来教育的变革与发展。
一、教育人工智能发展面临的难题(一)教育数据的数量与质量存在“短板”。
首先,智能的产生需要依托大量的数据。
在教育领域,教师的教学过程和学生的学习过程数据并未得到完全记录,无法为人工智能提供足够的数据支持。
其次,由于教育行业本身存在数据标准不一致、数据采集不完整等问题导致其数据质量不高。
教育数据并没有形成统一的标准,教学与学习过程产生了大量的文本、图像、声音、影视、超媒体等半结构化与非结构化数据,其格式多样,标准不一。
与金融等行业不同,教学与学习是非线性活动,很难从大量、复杂、凌乱、无模式的教学活动中获取高质量数据[1]。
(二)教育业务复杂多样。
教育是一个超复杂的系统,涉及教学、管理、科研、服务等诸多业务,不同地区、不同学校的教育业务虽然具有一定的共性,但差异性也很突出。
教育系统的复杂性对人工智能技术提出了更高的要求,通用人工智能无法满足学生、教师以及管理者的个性化需求。
此外,人工智能技术本身发展的不成熟进一步加大了其适应目前复杂多样的教育业务的难度(三)教育用户对人工智能技术存在困惑。
首先在感知有用性方面,人工智能是否可以优化教学目标、教学内容、教学方法、教学过程、课堂环境、作业设置、学习活动,从而提高教师的教学质量,以及人工智能是否可以真正促进管理的自动化、科学化,从而提升学校各类事务管理水平,这两个方面目前仍存在较大疑问。
浅析中小学机器人教育所面临的问题及解决方法剖析

浅析我市中小学开展机器人教育活动所面临的问题及解决方法摘要:国务院《关于基础教育改革与发展的决定》中指出:“大力普及信息技术教育,以信息化带动教育现代化。
”智能机器人教育就是计算机和计算机语言、通信、传感技术、自动化技术和人工智能等众多先进技术与创新设计相结合的教育实践活动。
本文分析阐述了中小学机器人教育的意义,中小学机器人教育所面临的问题以及解决的方法和途径。
关键词:智能机器人;信息技术;机器人教育;一、为什么要让机器人进中小学课堂目前,我国很多的中小学都在搞“智能机器人”活动,形式也是多种多样的:有的发达地区如上海、北京的一些学校甚至已经进课堂了,但是其他大部分的学校都是以课外兴趣小组或竞赛的形式存在。
那么,到底机器人教育在中小学有没有存在的必要呢?或者说,机器人教育在中小学有没有它的价值呢?我认为完全是有必要的。
下面我就谈谈我的想法。
一直以来,我们中小学信息技术都存在这样一种状况:小学生学习Windows、Office;初中生学习Windows、Office;到了高中,同学们还在学习Windows和Office;对于这种简单的、重复的教学,老师和同学们深感无奈:老师们感到信息技术课难上,同学们更提不起兴趣来。
而对于引入更深的单纯的计算机程序设计,历史经验表明这条路同样是行不通的。
难道我们的信息技术课就没有出路了吗?我认为如果引入智能机器人模块,就将会使我们这门课程给人以耳目一新的感觉,信息技术课程也就有了新的活力和生命力。
而对同学们来说,我相信他们也会为机器人技术的魅力所深深吸引。
我们知道,智能机器人是一门综合学科,他涉及机械、电子、力学、控制、传感器技术、计算机软硬件技术和人工智能等多种先进技术,是一门理论与应用相结合的课程。
我们甚至可以这样说,到目前为止还没有哪一种技术平台比智能机器人更具有如此的综合性。
引进智能机器人的教学必将给信息技术的课程增加新的活力,智能机器人会成为培养中小学生综合能力信息素养的优秀平台。
人工智能在教育行业的应用问题与创新解决方案
人工智能在教育行业的应用问题与创新解决方案引言:随着科技的不断进步和发展,人工智能(Artificial Intelligence,AI)已经逐渐渗透到各个领域。
教育作为一个重要的领域也开始尝试利用人工智能来提供更高质量、个性化和自适应性的教学服务。
然而,在实际应用中,人工智能在教育行业还存在一些问题和挑战。
本文将探讨这些问题,并提出相应的创新解决方案。
一、问题分析1.1 效果评估与验证困难在使用人工智能技术进行教学过程中,很多时候无法准确评估系统效果以及学生的实际学习情况。
传统上,我们通过考试成绩等简单指标来评价学生的表现,但这种方式往往不能全面地了解到学生知识背后潜藏着什么样层次以及对其它领域是否有所启示。
1.2 隐私保护与数据安全在收集大量个体化数据并进行分析时,涉及到了用户隐私以及数据安全等重要问题。
如果这些信息落入错误的手中或者不当使用,将对个人权益产生严重影响。
此外,合规性和法律问题也是一个需要考虑的因素,在数据使用、存储和传输过程中应当符合相关政策法规。
1.3 模型融入与人机交互尽管人工智能技术在教育行业有着巨大潜力,但模型如何与教师、学生以及其他教育工作者协同工作仍然面临许多挑战。
有效地将AI模型融入到现有的教育环境中,并实现良好的人机交互是提高其效果和可接受度的关键问题之一。
二、创新解决方案2.1 效果评估与验证困难解决方案为了更准确地评估学生知识水平以及错误观点等,我们可以采用基于深度学习技术的自动化知识图谱构建方法。
通过分析学生在不同领域下不同层次知识表达方式,结合相应域内专家经验进行比对验证,并提供个性化反馈建议,从而更全面地了解和帮助学生。
2.2 隐私保护与数据安全解决方案在收集和使用个人数据时,我们需要制定严格的隐私政策,并采用多层次的安全措施保护用户信息。
例如,对敏感个人信息进行脱敏处理、数据加密传输等措施可以有效保护用户隐私。
同时,建立合规机制并遵守相关法律法规也是确保数据安全的重要手段。
智能机器人进课堂的困惑与出路
智能机器人进课堂的困惑与出路前言随着科技的不断进步和人工智能技术的发展,智能机器人正在逐渐走进我们的生活。
在教育领域,智能机器人也逐渐成为一个热门话题。
智能机器人在教育领域的推广,有成为教育领域的助手,助力教师,提升教育教学品质与效率的美好愿景,但同时也存在很多困惑,本文将主要探讨智能机器人进课堂所存在的困惑和出路。
智能机器人进课堂的困惑技术难度智能机器人进入课堂需要解决很多技术难题,其技术难度相对较高。
首先,智能机器人需要具备人脸识别/声音识别功能,通过识别学生能更好地进行交互。
其次,智能机器人需要有良好的语音合成和语音识别技术,能够对学生的提问进行及时和正确的回答。
此外,智能机器人还需要具有良好的教学能力,能够根据学生特点和学习情况个性化推荐教学内容和方法。
针对这些难题,存在一定的技术瓶颈,需要技术工程师不断攻克。
实用性问题万物皆有其利弊,智能机器人在课堂中并非万能的。
首先,智能机器人虽然具有教学能力,但其无法进行个性化、情感化的交流,尤其对于小学生来说,这对他们的学习影响较大。
其次,智能机器人仅限于基础教学知识,对于某些特殊领域的学科还无法完全覆盖。
因此,智能机器人在课堂中的实用性问题还需要进一步研究和解决。
防作弊难题如果在考试中出现智能机器人这种带着 AI 的工具,学生可能会通过一些方法来让机器人代替自己完成考试。
例如,偷偷将学生答案输入到智能机器人中,或是通过其他手段欺骗智能机器人来获取正确答案。
因此,防范智能机器人作弊也成为了智能机器人进课堂的一个难题。
智能机器人进课堂的出路与教师协同合作智能机器人进课堂时,最好的方式是与教师进行协同合作。
智能机器人可以帮助教师提高教学效率,例如可以帮教师组织班级活动,或是帮助学生完成某些任务。
智能机器人还能够帮助教师对学生进行数据分析,更好地了解学生的学习情况和特点,以个性化的方式进行教学。
提高智能机器人的智能化水平提高智能机器人的智能化水平也是智能机器人进课堂的出路之一。
机器人教学存在的问题及改善措施
机器人教育面临的问题1.机器人教育的教学目标尚欠科学。
小学、初中、高中机器人教学的分阶段目标的划分不够明确与合理,导致相关教材的区分度低、特色不强。
机器人教育的核心理念是培养学生的创新思维和科学品质,这与当下提倡的创客教育的理念不谋而合。
然而在调查和访谈中发现大部分老师还是采用信息技术课的教学方法,任务驱动、讲练接合,教学内容也比较随意,缺乏科学规划和教学设计,这不符合当今提倡的创客教育的要求,所以我们的机器人教育需要吸收创客教育的理论,站在更高的层次上,采用更多样、更有效的教学方法来开展机器人教育。
2.缺乏科学规划与教学设计。
目前机器人教学的"教材"质量不高,大多属于"产品说明书"或"用户指南"式的,缺少课程与教学专家的参与和指导。
3.教育机器人产品缺少规范。
目前教育机器人的品牌十分繁杂,并且大多自成体系,互不兼容,开放度低。
另一方面,适应于不同学段的性能价格比高的教育机器人产品却很少。
4、教学方式不能适应当前创新人才培养的要求。
由于机器人教学没有正式进入课堂,国家和地方也没有制定相应的课程标准,教学内容较随意,在学校里担任机器人教学的更多是信息技术老师,在教学方法上基本还是应用传统的信息技术课的教学方法,如任务驱动、讲练结合。
在师生关系上还是以老师为主体,学生跟着老师做,在面向创客教育的教学中教师通过设置情景、提出问题引导学生自己去创造、分享,在教学过程中师生关系平等。
5、教学评价不够全面。
大部分学校开展机器人教学是为了参加各种机器人竞赛拿各种奖项,否则无法向投入了大量购买机器人器材资金的学校交差,也没办法直观体现自己的教学成果。
6、在机器人教学中缺乏对学生创意的培养。
由于从事机器人教育的大部分为信息技术教师,多数没有进行过相关的专业培训,多是每年竞赛项目确定后请厂商的工程师围绕着针对当年的竞赛场地和规则,如何提高竞赛成绩的这类培训,教师的理论知识和动手能力没能得到较为全面的提高,大部分教师在机器人教学中缺乏对学生创意的培养,这并不符合我们今天提倡的创客教育的要求。
智能机器人在教育中的应用
智能机器人在教育中的应用智能科技的迅速发展正在为教育领域带来革命性的变化。
作为其中的一种重要应用,智能机器人正逐渐成为教育中的重要工具。
它们可以为学生提供个性化的学习支持,提高教学效果,激发学生的学习兴趣和创造力。
本文将探讨智能机器人在教育中的应用,并讨论其带来的益处以及可能面临的挑战。
一、智能机器人在课堂教学中的应用在传统的课堂教学中,教师通常需要同时照顾多个学生,难以满足每个学生的个性化需求。
然而,智能机器人可以根据学生的学习水平和兴趣,提供个性化的指导和反馈。
例如,在语言学习中,机器人可以根据学生的口音和语法错误提供纠正和建议;在数学学习中,机器人可以根据学生的答题情况和理解程度提供适当的讲解和练习;在艺术学习中,机器人可以以互动的方式指导学生的创作过程。
除了个性化的学习支持,智能机器人还能提供更多的教学资源和互动体验。
它们可以通过连接互联网,获取到丰富的教育资源和真实案例,帮助学生更好地理解和应用知识。
此外,机器人还能与学生进行实时互动,提供生动有趣的教学形式。
例如,在学习历史时,机器人可以通过模拟历史人物的对话,让学生更好地理解历史事件的背景和影响。
二、智能机器人在学生学习动机和创造力培养中的作用学生的学习动机和创造力是教育中非常重要的因素。
而智能机器人可以通过其独特的交互方式激发学生的学习兴趣和激情,促进他们的创造力发展。
首先,智能机器人可以以寓教于乐的方式激发学生的学习兴趣。
与传统教学相比,机器人能够提供更加生动有趣的学习体验。
它们能够通过与学生的互动,让学习变得更加活泼和有趣。
例如,在语言学习中,机器人可以通过与学生对话的方式,让学生更愿意去练习口语表达;在科学实验中,机器人可以进行模拟实验,让学生亲身参与其中。
这样的学习方式可以激发学生的好奇心和主动性,提高他们的学习积极性。
其次,智能机器人还可以培养学生的创造力。
创造力是未来社会中非常重要的能力。
智能机器人可以通过开放式和富有挑战性的任务,激发学生的创造力。
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智能机器人进课堂的困惑与出路作者:洪亮来源:《中小学信息技术教育》2014年第01期【摘要】随着课程改革的不断深入,智能机器人走进课堂已成必然趋势,然而实践层面遭遇的困惑,令机器人课堂教学成了少数几所学校的“专利”。
本文总结我校多年的实践,就如何开展机器人课堂教学做出探讨,希望更多的学校能成功开展机器人课堂教学。
【关键词】智能机器人;机器人进课堂;机器人教学【中图分类号】G424 【文献标识码】A【论文编号】1671-7384(2014)01-0043-04机器人为何难以进入课堂随着信息技术的发展,智能机器人(以下简称“机器人”)这一信息技术的前沿领域也得到了飞速发展。
机器人集成了数学、物理、化学、生物、机械、电子、材料、能源、计算机硬件、软件、人工智能等众多领域的科学与技术知识,没有一种技术平台比智能机器人更综合、更先进。
学生在实施智能机器人项目的自主体验过程中能够培养动手能力、创新能力、综合能力、协作能力和进取精神等。
机器人也是信息技术教学的一个载体,正因如此,教育部在制订《普通高中新课程标准》时,明确将“简易机器人制作”模块列入课程标准。
而一些发达国家由于看好机器人教育对未来社会的作用和影响,都已不同程度地对学生进行机器人教育。
十年前,北京景山学校的郭善渡、沙有威老师等多次呼吁,要普及机器人教学。
然而十年过去了,机器人真正走进课堂的学校有多少呢?绝大部分学校以兴趣课、选修课形式开展教学,其目的主要是为了参加各级各类的机器人竞赛,但这毕竟是少部分学生受益,并没有真正走进课堂。
机器人进课堂还面临许多困难。
其一,学校领导不重视。
校长大多重视竞赛,只有能拿奖,为学校争光,校长才会重视。
其二,经费、场地问题。
机器人进课堂需要投入资金,机器人公司的产品定价过高,如果购买几台用于竞赛,学校尚能接受。
即使购置了机器人,也缺少专用的活动场地。
其三,信息技术教师自身的缘故。
毕竟机器人教学是新的领域,而且涉及的学科过多,信息技术教师本来就很忙,不愿意去钻研机器人的相关知识。
其四,将机器人作为一门课来教学,到底该让学生学些什么内容?课程将如何定位?让机器人进入课堂的做法上述困难,大部分学校都遇过到,我们也不例外。
但我们通过不懈努力,这些困难全部迎刃而解。
首先,要经常和校长沟通机器人教学的意义。
我校赵国良校长就提出,“不看眼前利益,为学生的明天着想”,果断决定放弃那些极端的比赛,转变为重视普及型教学。
其次,我校除了建设实验室花了经费(教室的装修、电脑采购、定做机器人课桌与场地等),25台机器人全部由我DIY而成。
如果不建专门的实验室,所用经费与两台竞赛机器人的价格相当。
再次,机器人属于交叉学科,信息技术教师教机器人,必然要花时间学习新知识,增加了教师“负担”。
然而,既然选择了做一名信息技术教师,就注定要终身学习,要站在技术的最前沿。
十年前,我任教信息技术的同时,开始努力钻研机器人制作技术,经过十年积累,已经成功开发多套机器人主控板与传感器模块。
我DIY的机器人曾多次帮我校在全国机器人比赛中获得冠亚军,我也从中体验到了成功的喜悦与做教师的乐趣。
最后,在教学过程中,我摸索出自己的教学方法,自编校本教材,在小学五年级开课。
下面重点介绍我校DIY教学机器人和机器人课程设置上的特色。
如何DIY教学机器人相比竞赛机器人,教学机器人的制作难度低得多,不需要太多高深的知识。
每位教师都能自己动手制作,既可以省下一大笔经费,也可以体验DIY的乐趣,最重要的是,通过我们的努力将机器人进课堂变成了现实。
(一)硬件部分1. 结构件(1)经济版义乌市每年都会举行大规模的科技运动会,参与面广、参与人数多,所以各个学校都会有曾经用过的器材。
智能车项目使用的结构件有两只马达,一只万向轮,一个电池盒,刚好可以作为机器人的结构件。
图1是一台改装好的机器人,去掉原来的电路板,安装M8微型主控板与马达驱动板,安装了红外传感器与灰度传感器。
这个机器人体积小、行走慢,无需专用的场地,学生的电脑桌或机房内的空地,都可以作为活动场地。
图1 用智能车的结构件改装成的机器人(2)增强版使用TT马达,亚克力板做基板。
如果用智能车改装的机器人像玩具一样,那么这套方案做的机器人明显提高了档次。
相对智能车而言,TT马达运转速度较快,可以完成更多的教学与比赛任务。
TT马达配轮胎,每套10元左右(如图2)。
2013年5月,在北京景山学校举办的首届全国中小学机器人教学展示活动,有一位教师在展示课中使用了DIY机器人,用的就是这种马达。
图2 性价比极高的TT马达(3)豪华版使用金属齿轮箱马达,压克力板做基板,带充放保护的锂电池(如图3)。
这是目前我校正在使用的方案,该方案中使用的锂电池性能很好,已经正常使用两年,无一损坏。
另外,该方案使用了竞赛机器人中使用的Z型马达与防滑轮胎,价格较贵。
如果换成图2中的TT马达,则可以省下一半的费用。
图3 我校DIY的教学机器人2. 主控板(1)M8主控板图1中使用这种主控板,采用Atmega8作为主控芯片,芯片成本大约5元,外围零件极少。
如果使用直插的芯片,甚至无须制作PCB板,直接使用实验板手工焊接。
在教师的指导下,学生也能动手焊接。
这块主控板很小,但功能并不弱——输入部分:6路模拟、数字复用输入接口,可以接模拟或数字型的传感器;IIC总线接口,方便与其他模块进行通讯。
输出部分:2路数字输出接口,可以控制LED或者伺服电机;2路马达控制信号输出;预留了液晶屏接口,可以接微型的OLED屏。
(2)M16主控板图3中使用的主控板,采用Atmega16作为主控芯片,除了具有M8主控板的功能,还增加了液晶屏,使程序的调试更加方便;增加了蜂鸣器,可以演奏音乐;增加了旋钮与运行按键;输入与输出接口有所增加,可以接更多的传感器与输出设备。
(3)Arduino主控板Arduino是一款开源主控板,有配套的软件编译环境,最大的优点是价格低、资料多。
3. 马达驱动板马达驱动芯片较多,常用的有:LG9110、L293、L298,控制电路都非常简单。
图1和图3中使用的都是L298制作的驱动板,优点是输出电流大,即使马达堵转,芯片也不会烧掉。
4. 传感器(1)灰度传感器。
经过实践检验,使用ST188(价格2元左右)制作的灰度传感器性能最好,黑白差值大,不容易损坏。
接在模拟输入口时,黑线返回800左右,白线返回60左右,便于编程调试,还可以接在数字输入口上。
而使用光敏电阻与发光二极管做成的灰度传感器,因没有开模做外壳,很容易损坏。
TCRT5000也可以使用,但其对安装高度要求很严,不建议使用。
(2)红外避障传感器。
可以使用光电开关D80NK,体积较小,缺点是距离调节不方便。
也可以使用38K的一体接收头自制。
传感器配有指示灯,发射距离可以调节。
如购买成品,价格在15元左右,手工制作大约需要6元成本。
(3)光线传感器(光敏电阻)。
直插的光敏电阻容易损坏,建议使用0805贴片型光敏电阻。
(4)超声传感器。
超声传感器不仅可以测量是否有障碍,还可以测量距离的远近。
如果配合一个伺服电机,可以做一个特别酷的避障小车。
(5)其他传感器。
另有温度、湿度、指南针、加速度等各种传感器或模块,可根据教学的需要自行选择。
在经费紧张的情况下,应尽量压缩结构件的成本,要把有限的经费花在购买或制作传感器上。
另外,还要考虑后续的维护问题,购买或制作不容易损坏的传感器,否则看似节省,实则浪费。
主板及传感器的制作,都要使用标准接口,便于购买兼容的传感器,也便于日后的升级与扩展。
(二)软件部分1.使用BASCOM 编程软件,推荐使用DEMO版。
BASIC语言是学习编程的启蒙语言,语句简单好记。
该软件的 DEMO版有2K代码限制,功能上不做限制,做相对简单的教学任务已经足够了。
我们在2007年开设兴趣课时曾使用过这种编程语言。
2.使用免费的AVRGCC作为编译器,编制专门的流程图软件。
该软件最大的优点是适合小学生,使用拖动图块的方法来编程,并实时生成代码(如图4)。
图4 流程图软件课程如何设置使用任务驱动的教学模式,每节课完成一个或多个小任务,几节课合起来完成一较大的任务。
课程设置可以依照三条主线:一是以传感器及硬件结构作为学习的主线,以下为课堂任务设计举例。
(1)电机驱动:机器人前进、后退、转弯、走圆圈、走正方形。
(2)避障传感器:自由行走机器人,走迷宫机器人。
(3)灰度传感器:走轨迹,结合其他传感器,可以设计很多任务。
(4)LED控制类:呼吸灯、萤火虫LED。
(5)光敏传感器:智能台灯。
(6)声音传感器:声控台灯。
(7)音乐类:编制简单的儿歌,如《两只老虎》、《娃哈哈》;还可模拟听过的声音,如救护车、消防车的声音。
二是以流程图软件中的图块为主线,如图5所示。
图5 流程图中的命令图块三是直接以任务为主线,淡化程序的学习,在做任务中渗透程序设计的思想。
任务设计前后关联,层层递进,由易到难,逐步演变为综合型任务(如图6、图7)。
图6 灯光控制类任务图7 灯光控制类任务(综合)机器人进课堂既是机遇,也是挑战,我们在探索的路上会遇到很多困惑,但只要我们不放弃,多学习、多动手,所有困难都能解决。
希望越来越多的学校将机器人引入课堂。
注:流程图软件、M8主控板原理图等资料都可以在以下地址下载,欢迎交流!http:///u/2985133074(作者单位:浙江义乌市私立群星学校)。