机器人实验教学

机器人实验教学（精选12篇）

机器人实验教学 篇1

摘要：随着机器人技术的不断发展,国内越来越多的高校开展了机器人课程。在分析机器人实验课现有问题的基础上,摸索总结了一套“项目式”强化训练的机器人实验教学方法。该方法以具体的机器人设计和应用的项目任务为依托,改善对学生的机器人实验教学,并综合加强实验平台建设、优化交叉课程教学、提高授课教师素质等多种方法,着力提高机器人实验的教学质量和效率。教学实践证明,该方法能够提高学生对机器人实验的学习积极性和主动性,加深学生对机器人理论知识的认识,强化学生的动手实践和团队合作能力,满足提高教学质量和效率的要求。

关键词：机器人实验教学,项目式,教学方法

机器人是一个多学科交叉的综合产物,涉及机械工程、电子技术、检测技术、通信技术、计算机技术、自动控制理论以及人工智能等多个学科领域,代表了当今机电一体化的最高成就。当前,工业机器人、医疗机器人已经得到了广泛应用;随着人口的老龄化,服务机器人也成为了研究的热点。在此背景下,越来越多的高校开设了机器人课程并给予较高的重视。机器人课程具有涉及学科广泛、实践性强、探索性丰富等特点,是面向高等学校机械工程学科机械工程及机械电子工程专业的本科生和一年级研究生开设的专业课。

根据应用型本科的教学定位,本着“技术强校,应用为本”的办学指导方针,华南理工大学广州学院以机械工程实验中心的机器人资源为依托,面向机械类专业学生开展了机器人实验课程并不断探索更好的教学方法,着力培养满足用人需求的技术应用型人才。

在此,本文在分析国内机器人实验课程现有问题的基础上,总结自身的教学实践经验,提出了“项目式”强化训练的机器人实验教学方法。该方法以具体的项目任务为依托,促使学生在完成项目任务的过程中“既动脑又动手”,得到了较好的教学效果。

一、机器人实验教学的现有问题

目前,机器人教学在国内各高等学校迅速发展, 相当一部分的高校建立了机器人实验室并开展了机器人实验课程。虽然机器人教学工作发展迅速,但是完整的教学体系尚未形成,在机器人实验教学仍然存在不少值得关注的问题。

1.实验平台单一。目前,阻碍机器人实验教学发展的一个重要原因就是搭建机器人实验平台所需的器材费用非常高。譬如:一套安川小型工业机器人高达十几万元,一套包括控制器、传感器、马达和零部件等的乐高机器人教学专用套装一般需要六七千元。另外,机器人的组装和维护所需的硬件设备和人力投入也是一笔庞大的开销。由于受到经费等原因的限制, 相当一部分的学校只能购买并搭建一到两种机器人实验平台,因而能够让学生动手操作、亲身体验的实验资源非常有限,也难以开展多种机器人实验,导致机器人实验的教学内容比较单调,缺乏“广度”,对学生的吸引力不强。

2.教学手段传统。机器人实验不仅要求学生要动手,还要求学生要动脑,但目前机器人实验的开展以教师进行实验演示和学生按照步骤操作为主。这样的教学手段使得学生按照明确的步骤即可完成实验,无须自行查找资料、思考并解决问题、进行团队合作。在机器人实验的过程中,学生缺乏主动实践的机会,难以激发学生对机器人进行学习和操作的主动性和积极性。学生在实验结束后往往很快就遗忘所学的内容,在整个实验课程结束后收获不多,甚至印象不深, 从而导致机器人实验的教学效果较差。另外,对学生实验课程的评价依据只能是学生能否按时上课和完成实验,不能有效地区分出部分动手能力强、创新意识较强的学生并给予较高的评价。不具有一定挑战性的按部就班式的实验操作,也不能激发学生争先创优的竞争心理,这也导致了机器人实验的教学效果并不理想。

3.教师资源匮乏。机器人课程融合了多个学科的知识,涉及到相当多前沿领域的技术。因此,机器人实验教学对教师有着比较高的要求,要求教师具备多学科知识背景、较强的动手能力和指导学生对新事物进行探索实践的能力。然而,由于机器人教学在我国起步较晚,完整的机器人教学体系尚未形成,教师队伍尚在建设中,专门进行机器人教学活动的教师较少, 在机器人实验教学方面具有丰富经验的教师就更少了。所以,在开展机器人实验教学方面,各高校的教师资源严重匮乏。

二、“项目式”强化训练的实验教学方法

针对已发现的问题,华南理工大学广州学院探索总结了一套“项目式”强化训练的机器人实验教学方法。

1.进行项目训练的教学。为了推行“项目式”强化训练的教学模式,华南理工大学广州学院安排了工业自动化强化训练Ⅰ和Ⅱ两个课程。其中,强化训练Ⅰ 是可编程控制器和单片机的基础课程,以教师课堂授课和安排实验为主。强化训练Ⅱ是后续课程,以项目任务为教学内容,将机器人作为可编程控制器和单片机的学习平台,以机器人各种工作站的搭建为具体任务,开展机器人系统结构、系统集成等教学,整个环节以学生操作为主。教师设计有多个不同的项目任务, 供学生自行组队、自由选择。每个小组根据选定的项目任务,自行进行组内分工和安排工作日程,查阅相关资料进行程序或辅助设备的设计和实验。

通过丰富具体的项目任务驱动学生的机器人学习,学生可根据自己的兴趣和水平选择项目任务,这可以激发学生的学习兴趣,提高学生的创新能力和团队意识。“既要动脑又要动手”的项目任务加强了学生对机器人的认识,强化了学生对知识的运用,学生对学到、用到的知识印象深刻,从而提高了教学质量和教学效率。

例如:教师设计了一个“基于工业机器人的生产线分拣系统设计”的项目任务,要求学生在4周时间内搭建一个生产线自动控制系统,能够自动对传输带上的不同颜色(黑色和白色)、不同材质(金属和塑料)的物件进行识别,并将不同的物件从传输带上搬运到指定的区域。学生在小组内自行协商项目分工和安排项目进度,利用实验室现有资源搭建了由PLC控制的生产线,实现了PLC与机器人的通信,对机器人进行了示教编程,并对整个系统进行了调试。教师每周对学生的项目进度进行1~2次监督检查,并及时对学生遇到的问题给予指导。

2.推动实践项目的开展。在课外时间,进行以教师为指导、学生为主要参与者的实践项目活动,是培养学生的学习兴趣和自主创新思维的重要方式,也是 “项目式”实验教学方法的一种实践形式。华南理工大学广州学院自2009年起,建立了一个可容纳50人的机器人实验室,每年参加ROBOCON全国机器人大赛,以比赛项目为依托鼓励学生设计和应用机器人。此外, 学校开展了大学生创新创业训练计划项目(SRP),并积极鼓励学生参加广东省大学生创新创业和挑战杯等实践活动。不少学生以机器人为主题进行创新和实践,并取得了较好的成绩。

3.加强实验平台的建设。“项目式”强化训练的实验教学方法重在实践,离不开完善的实验平台。针对上述由于价格昂贵而导致“实验平台单一”的问题,华南理工大学广州学院依托机械工程实验中心的现有机器人教学资源,将其进行优化整合,建立了机器人创新实验室,搭建了多个机器人实验教学平台,包括三菱和西门子PLC培训、单片机培训两个基础平台,广州数控机器人和日本MOTOMAN-SV3X工业机器人平台,以及基于机器人比赛开发的智能车机器人实验平台。加强实验平台的建设,既为学生提供了基础理论的实践平台,也为机器人项目式训练和比赛项目实践等方面提供了必要的资源。

4.优化交叉课程的教学。机器人学科综合性很强, 涉及多个学科,推动机器人实验教学须要优化交叉课程的教学。交叉课程教学的优化能够提高机器人实验的教学质量,而机器人实验课程又能为交叉课程的教学提高实验平台,学生能够在机器人的实验中验证和运用交叉课程的知识,从而起到相辅相成的作用,形成良性循环。

华南理工大学广州学院机械学院将机器人控制系统作为PLC和单片机强化训练项目来开展,使得学生在PLC和单片机的学习过程中能够借助机器人的实验了解控制系统和理解一些较为复杂的控制原理,在完成机器人项目任务的过程中运用并进一步学习PLC和单片机的知识,因而取得了较好的教学效果。

5.着力教师素质的提高。“项目式”强化训练的实验教学方法不但要求教师具备有较强的动手能力和培养学生创新思维,还要求教师具备多学科知识背景,对教师有着较高的要求。为此,华南理工大学广州学院通过多种形式着力提高机器人实验教师的综合素质,例如:组织教师参加机器人高峰研讨会,开展各种教研沙龙和网络教研活动,与优秀的教师团队交流学习;组织教师前往广州数控设备有限公司等企业进行参观学习,了解当前市场上的机器人产品;对积极指导学生完成项目任务的教师进行奖励,提高教师的工作积极性。

三、结语

“项目式”强化训练的机器人实验教学方法采用以学生为中心,教师为指导的教学模式,在整合机器人实验资源的基础上,通过丰富具体的项目任务带动学生进行机器人的学习。教学实践表明,该方法能够激发学生的学习兴趣,强化学生的知识应用,提高学生的团队合作意识和创新能力,从而提高教学质量和教学效率。

参考文献

[1]雷静桃,刘亮,张海洪.“机器人学”课程教学改革与实践[J].实验室研究与探索,2013,(05).

[2]郭艳婕,桂亮,金悦.基于本科生的机器人实验教学的实践与探索[J].实验室科学,2015,18(01).

[3]毕津滔,张婉鹂.高校机器人教学改革新思路之探索[J].信息通信,2013,(03).

[4]毛丽民,刘叔军,李鑫,等.以机器人竞赛、创新实践为导向的项目教学法研究[J].中国电力教育,2013,(01).

机器人实验教学 篇2

《神奇的机器人》是一篇科普，介绍机器人的功能。本次教学设计，注重课前积累，让学生有充分的知识准备。学生知道自己的学习内容并进行预习，提前收集资料等，在上课前，在老师的引导下，学生围绕机器人的种类和功能等问题，翻阅课外书、上网，实地观察操作，多渠道地获取了大量知识，间接地了解了许多有关资料。课堂上，学生因为有了充分的知识储备，所以读到课文中的有关语句时，原先储备的有关知识便激活了，对机器人在人类生活中将发挥的作用也有了较深刻的理解。学生在课中尽情释放对机器人已有的知识，从大家交流的资料中一次次受到启迪，认识到学好科学知识的重要性!学生各抒己见，课堂上活力一片。

由于是科普作品，偏重于科学知识，而使课堂朗读训练不够到位，还需加以有效的朗读指导。

课后作业是用这个句式来说： “的机器人。”学生完成得不错，如：衷心耿耿的机器人、多才多艺、无所不能、力大无穷、能歌善舞、神通广大、才华横溢的机器人等等。

“机器人智能行走”教学设计 篇3

让学生认识机器人的灰度传感器，了解机器人软件中执行控件（直流电机、延时控件），会编写机器人行走、转弯程序并植入机器人进行运行和调试，了解程序中流程控制并会使用条件循环以及单分支，试着编写机器人在圆圈图中规避的程序。

二、教学重点

让学生了解灰度传感器，学会执行控件、流程控制控件，会运行并调试机器人规避程序。

三、教学难点

执行控件的相互搭配使用，机器人软件中的循环控件知识的掌握，规避程序的编写与调试。

四、教材分析与教法建议

1.教材的地位与作用

本课是江苏省《小学信息技术》（五年级）教材第17课内容。在本课之前，学生已经了解Logo语言，对于程序设计有了初步知晓。通过前面几节课关于机器人的知识介绍，学生对于紫光学生机器人与机器人软件平台有了解，本节课主要是将前面介绍的紫光机器人的硬件与平台软件的设计程序进行综合应用，所以对于学生机器人的全面认识有很重要的作用。

2.教学方法指导

介绍新的知识点，关键在于激发学生的学习兴趣，让学生迅速产生亲近感。基于本课内容的特点，本课主要采取情境法、演示法、任务驱动法等教学方法，注重调动学生的学习积极性，提高自主学习能力，变被动接受为主动获取，力促课堂教学在生动有趣、愉悦的气氛中展开。（1）引入新课时，采取情境法教学，激发学生兴趣。（2）在课堂教学中，教师通过演示法、任务驱动法，分步带领学生进行机器人行走的尝试，帮助学生层层分解，步步推进。这样可以很好地巩固学生学习的知识。

五、教学过程

1.导入

给学生播放《西游记》中孙悟空在地上画了圆圈，并吩咐唐僧千万别走出这个圆圈，否则会有危险的视频片段。引入本节课三角机器人也在相同的圆圈里，不管怎么走都走不出这个圈，要不然走出圈也会有撞到墙壁的危险来为学生创设一个情境，使学生对本节课内容产生足够的兴趣，激发他们的学习热情。

2.新授

（1）机器人的“眼睛”——认识灰度传感器

师：同学们，在课前紫光学生机器人已经和我们见过面了，也和我们打了招呼！相信同学们对这位新朋友都不陌生吧！我们也都知道这位朋友的“眼睛”“耳朵”“四肢”“嘴巴”都在哪并且有什么用了吧？

今天我们就先来看看机器人的眼睛——灰度传感器（教师介绍灰度传感器的知识）。

（2）机器人行走——编程软件中的直流电机、延时控件

师：我们的这位机器人朋友现在是不可以动的。它在来北京之前跟我说，要请北京的小朋友给他赋予生命，让它动起来。

学生打开机器人程序、以小组合作的形式探索直流电机程序的编写并传输到机器人使机器人走起来。

师：同学们，刚刚老师看见你的机器人虽然都有生命可以动了。但老师想让它变得聪明一点，能够前进几秒再后退几秒最后停止，可以吗？

教师揭示延时控件与直流电机控件的搭配使用，学生分小组编写、调试程序，最终实现机器人的功能。

（3）机器人思考——编程软件中的流程控制

师：刚刚我们已经赋予了机器人生命，那么我们再来想一想我们的这位朋友可以像人类一样去思考吗？知道遇到什么情况的时候要做出什么样的反应吗？下面就跟随老师一起来探究！

给学生演示讲授流程控制：①次数循环：计算循环的次数进行循环。②条件循环：判断条件进行循环。分为三个可以判断的条件。③单分支和双分支：主要用于次数循环和条件循环中条件判断的分支控件。学生练习这三大类控件。

（4）机器人规避——编程软件中灰度传感器、直流电机、流程控制的搭配使用

师：同学们，通过上面几个环节对这位机器人朋友的改造，它已经能走能动，还会思考呢！下面我们每位同学都是孙悟空，把我们的机器人朋友放到这个圆圈里，让它不管怎么走都不出这个圈。想一想你有什么好办法？怎么搭建程序呢？

触摸“机器人教学”的脉搏 篇4

以上，是与许多哈尔滨市教研院、电教馆的领导和老师接触时听到最多的一段话。2009年12月，出于对哈尔滨机器人教育的好奇心，出于对哈尔滨义务教育高位均衡发展理念的由衷钦佩，应哈尔滨市教研院之邀，本社田学松副社长带领记者、编辑一行四人，来到了银装素裹的冰城，走访了以哈尔滨工大附中、哈尔滨师范附属小学校为代表的十几所中小学。听课、座谈、采访、观看展示，短短几天，我们深入了解了这些学校信息化建设的方方面面，有了许多的感触和感悟。

从本期开始，我们将通过系列报道介绍我们的所见所感，希望能在这个温暖的春天催开更多教育信息化的“繁花”。

5年前，哈尔滨的41所中小学尝试开设机器人课程。随后，该市在全国率先把“人工智能与机器人”课程列为全市两千多所中小学的必修课，迄今为止已有550多所学校上起了实践课。在采访中，记者走访了哈尔滨“机器人教学”具有代表性的一些学校，深刻地感受到了浓郁的科学氛围、高涨的探究精神。在这里，让我们一起走进哈尔滨，走进“机器人教学”！

行程一哈尔滨市东风小学

记者心声：在刚刚落幕的第七届全国中小学信息技术创新与实践活动中，哈尔滨市东风小学代表队的赵宇勃、刘菲、崔诗曼三名同学制作完成的大型机器人作品“智能鱼缸”获全国一等奖。这样具有环保意识和创新思想的作品是在怎么样的学校里诞生的呢？

受访者：郑赫哈尔滨市东风小学教导主任

《中国信息技术教育》：在东风小学，机器人走进课堂已成为学校创新发展的重要标志，您能谈谈这期间经历了一个怎样的过程吗？

郑赫：这还得追溯到2007年9月，学校成为“机器人教学进课堂”的试点学校。从那时起在五年级学生中，设置了“计算机机器人”课程。机器人教学如何开展，学生能否接受，教师如何根据学生实际情况创造性地研发教材，成为我们研究的重大课题。

第一，加强培训。

第二，初步感知。学生通过亲手组装机器人系统、检测调整传感器、编制调试控制程序等实践活动，综合知识水平得到提高，动手能力、逻辑思维能力、综合应用能力、创新能力等都得到全方位的提升。

第三，购置机器。学校购置了59台哈工大研发的“诺宝”机器人及编程软件供教学和研究使用，保证学生上课人手一机，为教师购买了“人工智能与机器人”教学的相关书籍，确保机器人教学有序进行。

第四，实验教学。在正式开课之前，我们首先针对学生的已有知识经验和接受能力制订了5个预期目标。然后，学校将第五学年作为实验学年，在信息教师的指导下，学生逐渐对机器人熟识，从理论学习发展到能够自己动手简单拼装；从独立编辑程序到简单的发明创新。

《中国信息技术教育》：请问网络支撑与特色活动对机器人教育的推广起到了何种作用？

郑赫：校园网专门设置了机器人教学板块，方便师生交流、学习。2008年5月，学校举办了以班级为单位的首届学生机器人竞赛。校园电视台现场直播了比赛的全过程。为了扩大机器人课程的辐射面，特开设了机器人第二课堂活动，三年级的学生也加入了进来。

《中国信息技术教育》：“机器人教学”已经成为了学校教学的一道靓丽的风景，您对此有何感想？

郑赫：经过两年的摸索与实践，我们的收获颇丰。涌现出一批如“智能鱼缸”、“智能校园”、“智能小区”、“西游记”、“机器人的眼睛”这样优秀的作品。目前，五年级的学生经过学习能达到独立、熟练编程的水平，所以去年我们从四年级开始开设机器人课程。

行程二哈尔滨市康富小学

记者心声：学校地域环境差，学生家长文化水平普遍偏低，学生家庭教育不足等情况，曾一度给学校工作带来极大困难。但2009年以来，黑龙江省各大主流媒体对哈尔滨市康富小学人工智能与机器人教育和学生参与创新与实践活动的报道竟达20余次。在这个充满科技含量的前沿领域取得这么大的成绩，会是怎样一所学校呢？

受访者：何玉琪哈尔滨市康富小学副校长

曲瑞峰哈尔滨市康富小学电教主任

《中国信息技术教育》：请问学校是如何以机器人教学为代表，走出一条独具特色的办学道路的？

何玉琪：2005年，哈尔滨市正式将机器人引入课堂教学。为尽快了解和掌握这方面的知识，学校积极参加各种相关培训，确立“整体筹划、专项突破、分项实施、逐步深化”的思路。自己动手建设了机器人实验基地，购置机器人设备和机器人竞赛场地，其中有20台专用计算机，并购买了12台诺宝一代、1台诺宝二代机器人、2台纳英特机器人，还争取市里免费赠送了15台诺宝一代机器人以及灭火比赛场地、足球比赛场地、轨迹识别比赛场地等。构建了以培养学生创新精神和实践能力为出发点、以兴趣小组为突破点、以竞赛项目为基点、以信息技术课教学和校本课程教学为保障线的“三点两线”立体化网络，为开展机器人教学提供了较好的实验条件。

曲瑞峰：学校根据学生的年龄特点、智力状况、知识结构及教学任务，确定在四、五年级中开展实验，把信息技术课和校本课程课各调整一节，安排成两节连堂作为机器人教学课，并进行信息技术、综合实践和机器人课的课程整合的研究与探索。此外，成立兴趣小组，互助学习。为使这门课程在教师和家长中得到普及和认可，学校还积极进行宣传工作。在“家长开放日”，邀请家长到校观摩机器人课堂教学；开展机器人竞赛活动；召开机器人试点班教师、家长、学生动员会，争取多方支持和参与。

何玉琪：人工智能与机器人教学在我校进行了五年多的实践研究，产生了诸如“智能寻轨花车”、“雪乡情调”、“自动感应声控舞台”、“智能窗帘”等优秀的作品，参与各种比赛并取得了优异的成绩。玩中学、做中学是我校机器人课程的真实写照。

行程三哈尔滨市大同小学校

记者心声：“月球登陆车”可以自行取物，“光感机器人”可以沿着任意的路线行走，“消毒机器人”可以对房间进行自动消毒……对普通百姓来说还是很神秘的智能机器人，在哈尔滨市大同小学校的学生看来，一点也不高深，因为这些神奇的机器人都出自他们之手。

受访者：史春慧哈尔滨市大同小学校校长

张荣贵哈尔滨市大同小学校副校长

《中国信息技术教育》：大同小学校在机器人教学活动的探索过程中，经历了将机器人引进学校、成立课外活动小组、建立机器人教室、组建机器人智能班、开设机器人课的过程。请问在这个过程中有哪些事件在您的印象中较深刻？

史春慧：1999年，学校创设一个新的平台，将集机械、电子、传感器、网络技术、人工智能等为一体的机器人引进了校园。并成立大同小学机器人小组，前后投资20余万元购进了多种机器人设备。

张荣贵：2002年，学校投入10万元购置了机器人套装，填充机器人组件，吸引了更多的学生参加机器人课外活动，并通过小组的形式对学生开展培训。

史春慧：2004年，学校投入20万元建立了哈尔滨市第一家小学机器人教室。2005年3月，组建机器人智能班。

张荣贵：2005年9月，为了使机器人教育全面走进课堂，学校请哈尔滨市教育研究院研究人员深入学校，指导机器人进课堂工作。学校将《人工智能与机器人》一书引进，并投资10余万购进100台诺宝机器人，将机器人带入了学生的课堂。在三年级搭建简单的机械结构，培养兴趣，让学生了解机器人的结构；四年级学习机器人基本知识，认识机器人，让学生学习简单程序设计；五年级机器人教学全面铺开，使学生能自行设计、组装机器人。为保证机器人教学工作的开展，学校成立了指导此项工作发展的课题小组，定期研讨、定期交流、定期汇报。

史春慧：目前，学校里的机器人都是由可以随意组装的配件组成的，学生可以根据自己的想象和科学原理，设计出不同功能的机器人，极大地激发了学生的创新思维。近几年来，学校的学生多次在全国、省、市举行的机器人比赛中获奖。学校的机器人教学引领了哈尔滨市机器人教学的发展，学校还召开了区域性机器人教学研讨活动，在区域内起到了引领示范作用。

行程四哈尔滨市师范附属小学校

记者心声：家长和孩子共同听课、共同实践操作、共同感受机器人的魅力，携手机器人教学。这就是在哈尔滨市师范附属小学校经常能见到的情景，一所不断完善的“家长学校”。

受访者：牛志刚哈尔滨市师范附属小学校信息技术组组长

《中国信息技术教育》：哈师附小的家长参与机器人教学的热情很高，分析其原因有哪些？

牛志刚：2005年学校被定为“机器人进课堂教学”试点学校。此后5年中，学校投入了很多，教师、学生、家长也为此付出了很多心血。2009年师范附小成为黑龙江省机器人学会理事单位，它标志着师范附小机器人教育进入到一个迅速发展的阶段，同时学校的机器人小组在省市及全国机器人大赛中屡获佳绩，更加坚定了家长们让孩子学习和参加计算机兴趣小组的信心。

《中国信息技术教育》：“家长学校”的发展来自双方的共同努力，那么在支持“家长学校”方面学校和家长都做了哪些工作？对机器人教学又起到了何种作用？

牛志刚：2009年10月，在甲型H1N1流感的暴发期间，学校充分发挥网络教学平台的优势，为在家自学的孩子辅导课程，从而实现停课不停学的创举。为办好家长学校，提升家长的自身素质,提高家长的育人水平，学校在校园网站开辟了网上家长学校板块，极大地方便了家校沟通，有效促进了家校合作、共同担起教育任务，而机器人教学的交流也可以通过网络进行。

2009年11月27日，哈尔滨市教育局校外办首批家长示范学校领导小组到我校进行工作检查。对我校家长学校建设给予高度评价，并对家校建设成果给予充分肯定。家长通过师范附小校园网“家长学校”栏目也提出了很多具有建设性的建议和意见。同时学校也开展了兴趣小组开放日活动，把家长请进来，让他们们亲自参与、和孩子一起体验学习机器人的乐趣，大大提高了家长对机器人教育的认识，促进了学校机器人教育的发展。

行程五哈尔滨市阿城区胜利小学

记者心声：胜利小学是阿城区一所规模较大的普通学校,有近百年的校史。传统与现代、网络与文化的融合在这里如一朵盛开的奇葩。

受访者：蔡方方哈尔滨市阿城区胜利小学信息技术教师

刘伟哈尔滨市阿城区胜利小学信息技术教师

《中国信息技术教育》：2010年，正值胜利小学建校100周年，百年老校是如何通过开展机器人教学不断注入新时代元素、育新时代人才的？

蔡方方：2001年，学校开设了LOGO语言课外活动小组。2002年，学校购买了两台通用机器人。2003年，机器人引入了校园，学校先后投入10余万元购入了39台依耐特机器人、30台诺宝机器人、20台中鸣积木版机器人，制作了灭火场地、足球场地、10余个机器人创新场地，并确立了三名机器人专职教师，成立了全省第一家机器人活动基地。随后开展了大规模的智能机器人教育活动。

第一，确立具有学校特色的活动形式。

学校先后创立了多个机器人兴趣小组。利用每周一、周三的15点到17点进行课外辅导。我们还将各级各类比赛、观摩都视为一次开阔眼界、增长见闻的契机。2003年9月，机器人教育进入了我校四、五、六年级的信息技术课堂，授课时间为每双周一次，每学期8课时。

第二，构建具有学校特色的机器人教学法。

学校机器人教学的落脚点是使学生“动手能组建模型，动脑能编写程序”。为此，我校制订了“三步走”的策略。第一步，初级水平，做到能学能用。第二步，中级水平，做到活学会用。第三步，高级水平，做到博学活用。

《中国信息技术教育》：学校的机器人教学逐渐成熟，学校特色得到充分展现，请问学校都有哪些研究课题或者特色管理策略？

刘伟：2006年12月，我校申报的《智能机器人教学与管理的策略研究》被确立为黑龙江省现代教育实验学校“十一五”课题。学校为此成立了机器人教学领导小组及教学研究小组，还制定了一系列相关的规章制度、奖惩措施，建立了与机器人相关的课题网站。经我校全体师生的共同努力，此课题现已结题。课题研究与实践的结合，不但较好地促进了学校机器人实验的开展与实施，还获得了良好效果，也以此确定了我校今后工作的攻坚方向，以使学校的机器人工作能向纵深发展。

行程六哈尔滨市哈工大附中

记者心声：“孩子这几天情绪很低落，本来盼星星盼月亮的盼到开课了，可又因为座位有限进不去了，作为家长我也挺为孩子惋惜的。这样的情况我想不是我的孩子一个，不知道学校怎么安排的，像这种情况的学生以后还会不会有机会进入机器人兴趣小组。”这是我偶然间看到的学校网站上的发帖，那一刻我有一种冲动，就是一定要到哈工大附中去！去看看那里的机器人教学！

受访者：张韬哈尔滨市哈工大附中校长

《中国信息技术教育》：几年来，学校在智能机器人的教育和竞赛方面取得了的优异成绩。请问学校对此有无长远的规划？

张韬：智能机器人教学需要学校长期不断进行资金的投入，而开展此项教学的目的是让学生了解和掌握智能机器人对信息处理的全过程，不断积累经验，形成良好的逻辑思维方式，学会与人合作，分享成功的喜悦。从而达到全面培养学生信息素养，提高学生创新精神和综合实践能力。因此，需要学校对智能机器人教学有一个长远的规划，主要有以下几个方面。

第一，在我校的两个“五年规划”中，都将智能机器人教学列为学校的特色项目。

第二，学校每年招生都给予机器人特长生一定名额，尊重不同学生的发展需求，使他们的个性能得到充分的发展。

第三，把智能机器人做为培养学生综合能力、信息素养的优秀平台，大力开展不同层面教学活动。

第四，对在教学和竞赛中做出突出贡献的教师，学校充分肯定其所取得的成绩，并给予高度重视。按照《哈工大附中管理汇编》的规定，给予相应的物质奖励和国内外学习交流的机会。

《中国信息技术教育》：您能具体谈谈机器人教学是如何在哈工大附中开展的吗？

张韬：第一，从设计和搭建入手。现在，应用到中小学机器人教学中的器材一般都是各种独立的部件。而刚刚接触时的陌生感会让学生无从下手。根据学生的这个特点，一开始接触机器人的时候可以选择一些现成的教学机来使用。当学生对机器人有了初步的印象，便开始让学生搭建一些简单的东西，同时介绍一些简单的搭建知识。由浅入深，逐步搭建一些复杂的结构。

第二，任务驱动，使学生不断体验成就感。根据教学目标和学生情况，让学生带着“任务”进入学习，可以使原本抽象的机器人知识变得形象化、直观化。

第三，合作学习，评价交流。在平时的教学中就将学生分成若干小组，一般两到四人一组。小组人员不固定，但是每次都仔细考察各组内分工状况是否合理。教学中教师避免过多干预，让学生自主设计、自我控制。上课的时候教师要深入到某个小组，扮演组内的一名成员，与学生共同完成任务，或者鼓励学生与其展开竞赛。每节课结束前，教师组织学生进行讨论，采取自评与互评的方式，找到最科学的方案、最高效的程序，找出技术中存在的问题，想出解决的方法，让学生相互交流经验，取长补短，使每节课的内容都有所升华。

记者心声：一路的行程，我们满载而归。面对那一张张荣誉证书、一件件优秀作品、一副副神采飞扬的面孔，有激动更有感动。大家收获的不仅是机器人教学的成绩、历程、心得、经验，还有对机器人教学的信心、对信息技术发展美好明天的憧憬。

律动机器人教学反思 篇5

本活动，我把活动目标和重难点制定为：能随着音乐有节奏地做模仿机器人的动作，表现音乐断顿的特点;能积极的参与活动，体验活动的乐趣。律动活动《机器人》的音乐旋律不是很明显，但节奏性较强。音乐有力、欢快和有趣。针对我班孩子们的特点和自己组织音乐活动的能力，我设计了本活动。这次音乐活动的亮点是：

第一，以机器人出现激发幼儿学习的兴趣，通过观察视频机器人走路，到自己探索模仿机器人随音乐自由走路，初步感受音乐。这个部分合理利用视频机器人的示范，使幼儿更容易掌握机器人走路的动作，起到抛砖引玉的作用。感受音乐是律动的基础，所以我让幼儿在自由模仿中初步感受音乐的旋律，为以下的有节奏做动作打下基础。

第二，让幼儿探索机器人打招呼和机器人开心跳舞的动作，给予孩子们自由、轻松的氛围，使孩子们有了充分表现自己的机会，也使动作了有了多样化，特别是加入声音“你好”的互动，拓展了传统的律动空间，更为立体地、多层次地表现音乐节奏。后面的练习中我随机自编儿歌朗读，能帮助幼儿记忆、掌握动作、把握好节奏和动作次数。

第三，学习看图谱、有节奏做统一机器人动作是难点。我能采用孩子们自编的动作制作图谱，并以机器人的形象作为图谱的标记，能让幼儿清晰、明了，便于幼儿学习掌握节奏，也使幼儿感受到老师采纳自己创编的动作高兴而自豪，学习过程中也就更积极主动了。这个环节中，我也是以幼儿为主体，请能力强的幼儿来试试，再过渡到集体，并采用儿歌形式“机器人走走走，见到朋友问个好，你好你好，挥挥手挥挥手，见到朋友跳个舞，转个圈圈真开心!”来帮助幼儿记忆五组动作，充分利用了图谱、儿歌辅助手段。

不过，这次音乐教学活动的开展，使我也发现了活动中的很多的不足：第一，当出现图谱的时候，该让幼儿完整的倾听机器人的旋律，充分利用图谱，老师可以指着图谱，使幼儿发现这个乐曲有两段。第二是全体幼儿表演后，请几位能力强的幼儿上来展示给其他的幼儿看，不但能起到示范作用，也能让孩子们有休息的时间，在休息中能再次感受理解音乐。第三是游戏中该加入创编的动作，把延伸活动提前，让幼儿把机器人其他的动作创编出来并在游戏中表现，这样既满足幼儿表达的欲望，也更能激发他们的创造性，参与活动的积极性会更高，效果也就更好!

农村小学如何开展机器人教学 篇6

【关键词】 科技；创新；机器人；信息素养

随着创新科技的发展，机器人这一科学技术的前沿领域也得到飞速发展，大多教授预言，本世纪将是机器人的时代。在农村小学中进行机器人教学，不仅可以普及信息技术，提高学生科学素养，同时也可培养开发学生的动手能力、创新意识，让学生在玩中学，在学中玩。

目前机器人技术已走进我国大部分的省市中小学信息技术课程，机器人竞赛也已成为我国青少年活动的第一品牌，机器人教育也随之被学校、家长以及社会认可和推崇，特别是在培养学生的创新能力和科技素养方面展现了它独有的特性。但因为经费、教师、场地等缘故，目前仅有少数学校开展了电脑机器人课程，而且也仅限于几个班或者少数年级，全面普及机器人教育的学校数量很少，绝大多数是以课外兴趣小组、学科整合等方式存在，这样就局限了机器人教育在农村小学教育中所发挥的特性和价值。如何让农村学生玩转机器人是值得所有教师思考的问题。本人从参加机器人世锦赛，通过参加乐高、紫光、创诺机器人的比赛让农村学生摆脱课本的束缚，让其有足够的空间去想象、动手、以及处理好与伙伴协调的关系。从一个省机器人辅导员到竞赛裁判员及我们学生取得的成绩，谈谈农村小学如何开展机器人教学：

一、激发兴趣，寓教于乐

农村小学机器人的教学与信息技术课教学有很大的不同，涉及软、硬件的知识较多，每一样机器人都掌握的可能性不大。而不同年龄的学生对机器人的认识程度也不同，他们的思考方式、学习风格、学习需求也不一样。

目前我国小学生机器人项目只有五家大的厂家，而且程序块都是相通的。紫光机器人进入小学课堂教学，可探索的空间很大，学生很容易掌握。所以在教学小学紫光机器人时，任务设计不要过大，先用一些小的任务激发起学生的学习兴趣，形成需要和动机。激发强烈的学习兴趣情况下，共同发展，享受成功的喜悦，鼓励他们合作学习，让学生在玩中掌握程序的奥秘。同时小学阶段中不应对一些科学原理作深究，任务设计中可隐藏，为将来中学教育作铺垫只要点到即止。在编程上难度也不宜过高，教师可让学生在轻松活泼的学习中知道什么是程序，什么叫判断，计算机程序是如何工作的，如何编一个程序让机器人服从指挥。也可以教师将编好的程序让学生模拟学习，参考运用，这样学生也能很快上手。并且提供一些比赛场地给学生实践，让农村学生真正玩转机器人。

二、因地制宜，全员参与

农村小学开设机器人课要考虑学生人多，机房地方小的特点，应因地制宜，建设适合自己学校的机器人教室。设计的任务可在小范围内实施，例如在地上：也可安排在教室后面的场地，可以根据设计项目改变地面颜色，添加标志，添加障碍物，增加挡板等，只要灵活运用就能达到一个场地多种用途。例如：利用完成“8字循环”的任务，利用比赛场地缩小，直接用热敏纸喷墨制作出黑线的场地，当然没有条件的农村学校可以用黑胶布贴出轨迹进行光感的训练。如果教室空间比较大，可以考虑机房场地一体型，计算机沿墙壁摆放，用教室中间作为场地，这样学生的活动空间比较大，便于管理。

如果机房小，学生多，有空房间的学校可以考虑场地分离型，用现有的机房讲课学习，在邻近的房间安排实验场地。

三、萌生灵感，合作交流

学生在动手制作机器人过程中，由于要考虑是农村孩子，平时家里基本没有机器人，那需要激发孩子们的灵感，并不是让学生按照老师或者图纸的样品依葫芦画瓢，那样也不算是玩转机器人，需要激发孩子们强烈的好奇心和旺盛的求知欲，能驱使学生主动思考，从而提出独创性思想。通过任务中的人为设置，激发学生惊奇，疑问等思维活动，诱导他们有选择地、主动频繁地去观察和研究要完成任务。通过多种款型虚拟机器人的学习，激发学生产生好奇心和求知欲。在机器人学习中，合作学习也是一种非常好的学习方式。如何处理好其中的关系也是我们任务设计的目标。在这期间，不但要求同学间配合默契，还需要他们在合作中交流心得，最终完成设计目标。

四、教材设定，志向长远

根据我校取得成绩以及农村学生自身发展规律，小学低年级机器人教学应以动手搭建一些物品，比如：wedo；中年级可选择些简单的机械、动力机械并简单的学习机器人编程，比如：创诺、紫光机器人；高年级通过机器人编程的学习可适当选择项目挑战，如变废为宝，绿色城市等。根据本人机器人教学经验以及我校校本教材开设的情况建议如下：

1.机器人技术之搭建结构。一、二年级学生虽然已经具有一定的抽象概括能力，但思维水平总的来说仍是非常低的，教材设定主要目标是让学生有个搭建结构的概念，比如：汽车制作、起重器的运转、会叫的狮子、球门运动员及美丽的房子等。

2.机器人技术之简单机械。从三、四年级开始，学生进入少年期，此时会出现一种强烈要求独立和摆脱控制的欲望，学习需要拿出真本事。教材设置的目标是研究简单机械组合，介绍舵机、马达、杠杆运用原理和技巧。

3.机器人技术之编程入门。在五、六年级阶段，小学信息技术有紫光机器人的课时学习，如果将这些语言的学习和机器人编程结合起来，学生不光学得有兴趣而且学得很轻松。比如：《曲线走圆》、《直行》等，通过学生一遍一遍地修改程序，一遍遍调试，真是寓教于乐。

只有让农村学生都参与进来，孩子们在动手积极构建事物时，就能发挥自己的潜能，在学中玩，在玩中学，这样不仅培养学生对自动化、智能化的兴趣，还能提高学生的信息素养，为孩子的未来发展打下坚实创新基础。

【参考文献】

[1]周雪.初中机器人教学中的合作活动设计[D].华东师范大学2008年

[2]付庆科.中小学机器人教学的网络学习支持环境研究[D].华南师范大学

[3]孙永胜.论初中学生科技创新能力的培养[D].华中师范大学2012年

机器人实验教学 篇7

在现代高校机械制造工程自动化专业的控制实验课程研究中,为有效地推进对单片机课程的改革,可通过对自动化产业人才培养机制上的促进调节,实现基础课程在教育基础上的提升,并依照相应的数控技术,进行实验教学。下面对实验课程的教学执行操作进行分析。

1 并联机器人工作原理及组成

在过去的很长一段时间里,人类都只是依照人们对世界的认知进行生活设计。而随着机械体的出现,人们通过广泛地研究分析,得出在机械设计过程中,人们对设计理念上的全面建设。但是由于机械属于人造设备,其稳定性和精确性仍不能够满足人们的社会生产需求。直到20世纪40年代,在系统性的科研机构定位研究中,才真正地应用到实际生产中。而在应用中对并联机床中的并联机械结构问题,其精确度仍需要进行重点分析研究。

并联机器主要由机械部分和控制系统来构成。其机械的内部构造又由动平台、静平台和执行器连接而成,其基本的控制系统,从上位机的设定开始,设定成为6个维度的坐标参考信号,并以此完成对整体结构的控制执行。对于任务教学的平台互动操作问题,可结合如图1所示的流程图来进行基本的原理分析。

2 六自由度并联机器人的系统制作方法

为增强学生在“机械制造工程”实验课程中的动手能力,在进行机械人工模块的机械研究中,就需要对系统的使用规划进行综合分析,并实现对嵌入式控制器在实际使用过程中的安全操作,实现对基本编程上位调节界面的有效建设。而在进行数据传输命令的发送过程中,对于基本的实验需求问题,还需要结合表1中的实验设备材料进行具体实施。

3 并联机器人的控制系统分析

本实验的研究对象采取主控制芯片Cortex M4作为内核控制器。作为高性能的微控制器,Cortex M4在168 MHz的环境下,也能够适应单周期的DSP指令。而在这样的环境下,对基本的运算单元控制等可满足对机器人的矩阵使用。在应用中,需要从以下几个方面进行系统运算分析。

首先,从六自由度并联机器人的反解运算进行分析,根据不同的维度坐标,可以基本确定对静止平台的互动性连接运行,而α,β,γ的信息流动平台在x,y,z 3个连接轴不同夹角管辖的实际应用,也能够更好地完成对整体平台运动信息上的坐标分析。在完成了基本轴向的分析排定因素后,就能够通过矩阵运算解答,从而实现对不同轴长度上的实际运算分析。而对于空间坐标的定义,则如图2所示。著名机械专家黄振教授在机床研究中,首先提出了对空间螺旋理论基础上的误差分析,通过并联机械实现了对误差关节空间的检测,并完成了对空间函数关系上的检测判断。

其次,在急性人机交换驱动程序的应用中,可分析在六自由度并联机器人的人机交换采用上位机加工下位机控制方面,可通过上位机对普通计算机的实际使用,从根本上完成对基本连接渠道上的综合测定,并依照主控装置,完成对软件部分层次的循环设定分析,并依照矩阵的运行算法,实现对以太网数据的发送传输运算,通过电机驱动程序,实现对运动计算体系的全面操作。在运行模式的处理执行上,其主要的程序总流程如图3所示。其中下位机和上位机的开通处理信号信息,主要依照上位机的运动模式命令进行信息确定。

最后,对于步进电动机的驱动程序安装分析,主要针对电机在实际使用的驱动器原理,增加对脉冲信号以及方向信息的确定,实现在步进电机驱动程序的安装中断使用,通过定时器的生产中断分析,从而完成对位置和当前进行操作上的全面改良改建。经信息确认比较后,接口根据正反方向,确定不同脉冲下的流程进度,其基本程序流程如图4所示。

4 六自由度摇摆台的运动场测试

在进行六自由度并联机器人的平面绕原点运转中,需要对其半径周围的运动方向进行确定,并通过下位机实时反馈分析,从而实现对不同界面在实际使用操作中的应用分析,完成对阶段层次上的调整控制。从实验的结构来看,利用步进电机驱动进行的镶嵌式控制机器进行六自由度并联机器人较正,能够推进机器人单片机课程的课堂教育。而在机器人的实验探究模型中,其信息交流曲线则主要根据时间的使用规格进行调控使用,其模具的使用需要结合实际的应用曲线进行综合调整,保证在后续的教学中,能够更好地满足基本需求。

5 结语

从现有的基础电机驱动模式来看,其步进电机驱动和嵌入式控制器在使用中的操作,对于卫星机器的人工使用情况会产生一定的影响。针对科学化的技术管理层次,从单片机的运行理论出发,完成对课程的紧密结合,可为今后的“机械制造工程”实验教学提供教学理论依据。针对实验教学的课堂教学方法,可结合机械数据控制的教学理念进行课堂教育调整,确保教学的有效性。

参考文献

[1]沈刚,安昭辉,李翔,等.并联机器人在机械制造工程实验教学中的应用[J].实验技术与管理,2015(3):179-182.

我国教学机器人发展问题综述 篇8

一、 观念落后

不少的人看到学生搭建乐高机器人组件时均认为这是在做游戏, 甚至有学生家长不无忧虑地觉得学生从事机器人活动会“玩物丧志”。可见, 在不少人眼中, 机器人活动就是一种娱乐而非教育。当我们向参观者介绍我们的队员均是品学兼优的学生时, 他们都流露出惊讶的神情。

教学观念的落后, 认为学习和游戏是互不相容的对立面, 无疑与新课程理念相悖也与机器人教育理念不合。所以, 作为机器人教育工作者在应对教学机器人普及工作时应该注重教学观念的转变。观念的落后不仅不能很好地普及教学机器人, 甚至会造成机器人发展的畸形, 这对于教学机器人的应用和发展是极为不利的。

二、 仅以竞赛为目的

不少学校开展机器人教育活动纯粹是以青少年机器人竞赛为目的的。但是能最终参与竞赛并能获奖的学校和学生毕竟是少数, 绝大多数的学生被拒于先进教学资源之外。花费巨额资金引进了先进教学资源, 而真正受益的却只是极少数学生。这无疑是对教学资源的巨大浪费, 从根本上说是对教学机器人应用观念上的本末倒置。如果仅以竞赛为目的的机器人教育不改变, 国内一些机器人生产厂商的短视行为不及时纠正, 我国的教学机器人事业势必会走入死胡同。

三、 难度设定的问题

完整的教学体系应该是依照教育心理学的相关理论循序渐进地深入, 但是过分注重竞赛成绩的体制导致了急功近利的教学模式。竞赛组委会出于提高机器人技术水平的目的, 几乎每年都在不断地加大竞赛难度。从每年11月份发布下一年的比赛项目和规则, 到第二年4月份的初赛, 仅仅6个月的时间要让学生从零开始掌握机器人结构搭建、程序设计、项目实施和团队磨合, 其难度可想而知。虽然不少学校都已实施“人才储备”模式, 即初级中学从初中一年级开始对学生进行培训。但对于机器人这一高新技术, 要想真正很好掌握又岂能是一两年就能完成?真正让学生独立设计、制造、调试能够满足竞赛的机器人几乎是不可能的。最终直接导致了机器人教育的恶性变形:机器人生产厂家设计专业竞赛机器人, 并由专业程序设计师设计比赛程序, 学生只需要知道如何开启机器人和了解简单比赛规则就可以, 真靠在校学生去对抗专业技术人员的机器人, 其结果可以想象。所以青少年机器人竞赛逐步演变成了机器人生产厂家的专业对抗, 其教育、教学意义荡然无存。

四、 课程标准和教材的匮乏

纵然是那些开展信息技术课或者机器人课堂的学校也不得不面对这样的尴尬:机器人课堂教什么?学生学什么?如何考察?需要多少课时?甚至连教师的课时应该如何计算这样的问题无不困扰各个学校。没有统一的课程标准, 所有开展活动的学校都在“摸着石头过河”, 不仅没有经验, 甚至连参考的范例都没有。对于这些先行者们其困难可想而知。

由于我国教学机器人还处于初级阶段, 所以至今没有形成一套适用于我国通行的优秀机器人教材。各个学校机器人辅导教师使用的是各机器人生产厂商的说明书, 或者是部分学校自己编撰的标本教材, 只能配套自己学校购买的机器人品牌套装, 缺乏通用性。无论从教材的系统性、通用性还是权威性、科学性来说都不尽如人意。机器人的教学也充满着随意性和功利性。这对于机器人教育的长期发展都是不利的。

五、 教师的专业性不强

几乎所有的机器人辅导教师都是非机器人专业的人员, 而是专业相近的信息技术教师和物理教师。由于学校的安排, 他们担任机器人辅导教师, 无论从专业还是技术上都几乎从头开始学起。虽然有不少教师经过自己的努力非常好地掌握了相关技能和知识, 但是从全国总体来看, 这种“半路出家”式的教学人员毕竟水平参差不齐, 专业性不强, 对于许多技术性的问题无法很好解决, 这就导致了机器人应用的困难和学生学习的困难。

六、 机器人品牌不兼容

随着我国市场的开放和繁荣, 我国也出现了许多优秀的教学机器人生产厂家。不同厂商的产品各有优劣, 有的擅长硬件组装, 适合学生发挥创造力;有的擅长图形化编程, 形象容易上手;有的擅长传感器的设计与制造, 准确又灵敏。如果能将不同厂商的产品的特点按照不同学生不同的需求装配起来势必会取得事半功倍的效果。但是由于各个厂商产品互不兼容, 造成了资源的极大浪费。同时也为机器人产品的普及造成了不小的障碍。

《机器人技术》教学方法探析 篇9

1 机器人教学的意义

机器人技术是一门新的综合性交叉科学,其结构与功能涉及力学、机器人拓扑学、机械学、电子学与微电子学、控制论、计算机、生物学、人工智能、系统工程等多个学科;研究内容包括基础研究和应用研究两个方面;研究领域包括机械手设计、机器人运动学与动力学、机器人轨迹规划、机器人驱动技术、机器人传感器、机器人控制语言与离线编程、机器人本体结构、机器人控制系统、智能机器人等。学生在学习机器人技术相关知识的同时,也是对其他学科知识的拓展与强化。将机器人技术引入教学不仅有利于培养学生的动手能力和创造能力,而且对提高学生的观察、表达、思考、创新等能力也有重要的意义,符合现在素质教育的要求。在机器人课堂教学中,通过乐高积木搭建,在搭建机器人的身体过程中,可以很好的锻炼学生的动手能力,空间想象与再现能力等,通过机器人大脑程序的编制,可以发展提高学生的抽象思维能力、逻辑思维能力和分析解决问题的能力,通过机器人竞赛可以培养学生的团队合作能力和竞争意识。[1]

2 现在教学中存在的问题

2.1 传统教学模式不适用[2]

我国传统教学模式多注重教材理论知识的传授,老师教、学生听,不符合现代素质教育的要求,忽视了对学生动手和创新意识的培养,没有做到理论与实际相结合,学生接受的知识很有限。

2.2 教学内容理论性过强

该课程本身理论性很强,涉及学科范围较广,若教学内容再偏重理论,一旦学生前期课程基础不扎实,就会觉得讲授内容生涩难懂,从而会降低学习兴趣。[3]

2.3 考试形式单一

多数高校采取的还是传统的卷面考试形式,这种形式知识对学生掌握基础理论知识的考查,对学生的动手能力、创新能力等起不到促进作用,不利于学生学习兴趣的培养。

3 教学方法改进措施

针对以上分析现在各高校在机器人技术课程开设中所存在的问题,该文提出几条改进措施:

3.1 提高学生学习兴趣

在各高校中,本课程大多是作为选修课来开设的,选修该课程的学生大多是受到影视作品中的各种智能机器人模型影响产生了对机器人了解的兴趣,这是他们深入学习相关知识的动力所在,因此我们在讲授课程内容的同时一定要注意保持学生的学习兴趣。比如:可以尽量以学生感兴趣的机器人模型为例,来讲解相关理论知识,这样学生更有兴趣,掌握知识也更牢固,同时也可以增强学生学习的积极性和方向性。

3.2 充分利用各种教学手段和教学资源

该课程在讲授过程中应尽量使用多媒体教学,并充分利用广阔的网络资源。由于该课程理论性较强,多媒体课件使用得当可以在一定程度上降低课程的枯燥性;另外,可以适当的在课堂上穿插相关的机器人视频,活跃课堂气氛。比如讲解机器人的结构和分类的时候,我本可以将不同类型机器人的视频对学生进行播放,在播放的过程中将机器人的结构、分类、应用范围直观的介绍给他们,这样学生吸收知识效率也会提高。

3.3 各种教学方法综合使用

教学方法有很多,如讲授法、直观演示法,任务驱动法,自主学习法,讨论法等。我们应当针对课程的具体内容及教学条件选择适合的教学方法。在讲授机器人基本理论知识时,可采用讲授法、任务驱动法,比如机器人运动学和动力学分析主要使用矩阵论,在讲解之前可以给学生布置相关复习任务,课堂上则采用讲授法教学;在讲授机器人编程时,可采用任务驱动法,设计不同形式的任务,引导发现问题、深入分析、总结规律,引导学生参与问题的探究、思考,让学生通过一系列问题的解决来进行学习;在描述竞赛项目时,可采用直观演示等方法,总之教学时要因地制宜,灵活应用。

3.4 增加实验环节,理论与实践相结合

机器人实验环节的加入对锻炼学生的实际操作及开发创新能力有很重要的作用。比如机器人编程实验、轨迹控制实验等,通过实验可以是课堂上的理论知识和实际操作联系起来,使学生加深对知识的理解,提高学生的兴趣和学习积极性,培养学生的创新意识。条件允许的话,学校还可以不定期组织机器人设计大赛等竞赛活动,达到提高学生动手、开发、创新等能力的目的。

4 总结

机器人技术课程的开设在各高校越来越普遍,如何提高学生兴趣,提高教学质量,提高教学效果,培养学生创新及开发能力是今后教学的重点。将以上教学方法结合本校的实际情况实践于教学,对机器人技术课程进行改革与探索,相信一定能取了较好的教学效果。

参考文献

[1]王荣良.机器人教育对学生工程意识培养的意义与作用[J].新课程研究,2009(1).

[2]战强,闫彩霞,蔡尧.机器人教学改革的探索与实践[J].现代教育技术,2010(3).

机器人实验教学 篇10

关键词：虚拟机器人,校本课程,任务驱动法

近几年, 虚拟机器人项目凭借低廉的价格、良好的教学性, 逐步进入中小学课堂和相关机器人活动项目, 部分地区把虚拟机器人进入了信息技术课堂。学生通过虚拟机器人平台完成机器人搭建、程序设计, 最后完成指定任务演示, 具有投资小、易于普及的特点, 有利于学生学习程序设计知识和人工智能知识的普及教育, 为中小学开展虚拟机器人教学奠定了基础。目前虚拟机器人活动, 主要是根据虚拟机器人平台所给定的地图来完成指定的任务 (即任务地图) 。因此在开展虚拟机器人校本课程的教学中可以运用任务驱动教学法开展组织教学。

一、基本概念与特点

1.任务驱动法的概念

任务驱动教学法是一种建立在建构主义学习理论基础上的教学法。它强调以教师为主导, 以学生为主体[1]。它将以传授知识为主的传统教学理念, 转变为以解决问题、完成任务为主的多维互动式的教学理念;将再现式教学转变为探究式学习, 使学生处于积极的学习状态, 每一位学生都能根据自己对当前问题的理解, 运用共有的知识和自己特有的经验提出问题和解决问题[2]。任务驱动教学法要求“任务”的目标性和教学情境的创建, 使学生带着真实的任务在探索中学习[3]。在这个过程中, 学生还会不断地获得成就感, 可以更大地激发他们的求知欲望, 逐步形成一个感知心智活动的良性循环, 从而培养出独立探索、勇于开拓进取的自学能力。

2.虚拟机器人教学的特点

虚拟机器人是一套电脑软件, 具有很强的操作性, 同中学计算机教学中学习的各种软件一样, 学生要学会掌握应用, 就必须熟悉软件的各种功能菜单。虚拟机器人教学具有以下特点: (1) 任务性强, 学生在完成各种任务过程中, 就能熟悉各种软件功能菜单的使用, 因此老师在教学中可以设计不同的内容和难度的任务地图, 来达到教学目的; (2) 拓展性强, 同种类型的任务地图, 可以设计为适合大多数学生的任务地图, 也可设计为针对少数学生参加竞赛的任务地图。学生学习能力在虚拟机器人的教学中会有较大的差异性, 因此学生可以根据自己的能力, 选择能够完成到的任务地图的难度; (3) 易于评价, 根据完成任务的结果成绩, 教师可以对学生进行学习成果的评价, 学生也可进行自我评价; (4) 统一性强, 目前国内虚拟机器人的平台软件有许多, 但是都具有三个基本要素:虚拟机器人模型、任务地图、程序设计, 其中程序设计是核心, 任务地图是驱动器。在程序设计中主要是利用各种传感器, 让机器人实现各种动作来完成任务。因此在虚拟机器人教学中, 是以任务地图为驱动, 让学生学习虚拟机器人软件操作, 通过程序设计来完成任务的。所以在任务地图设计时, 要针对以下三个方面: (1) 软件平台的操作使用; (2) 程序设计中传感器使用; (3) 各种动作组合运用。同时考虑学生的发展, 必要地进行任务地图的拓展设计。

二、虚拟机器人教学中的驱动任务设计

学生在学习虚拟机器人时, 主要是利用计算机进行机器人的组装、编程, 根据虚拟机器人平台所给的地图来完成指定的设计任务。学生需要通过不断的操作练习才能了解和熟悉虚拟机器人的搭建和程序设计。因为虚拟机器人的教学内容是由多个任务组成, 教学过程需要完成不同的设计任务, 所以在虚拟机器人教学活动中可以通过设计不同的地图来完成不同阶段的教学任务。

1.课堂驱动任务设计

(1) 利用任务驱动法学习虚拟机器人平台的操作

教学中使用的任务地图只需设定好起点和终点, 机器人赋予完成特定的任务的程序后就能从起点出发顺利到达终点。为此, 教师在介绍虚拟机器人平台的使用方法时, 课前备课时先制作好自主学习任务单, 列出机器人平台的结构组成、如何打开地图、安装机器人、编写简单程序和机器人程序的运行等任务, 课堂教学时教师布置任务, 让学生按自主学习任务单的要求将多个任务分步完成, 从而学会虚拟机器人平台的使用。但是让学生学习虚拟机器人平台的操作, 操作步骤较多, 只要其中一个环节出现问题, 就不能完成该任务地图的教学目标。因此教师在课堂上适时的给予引导, 把一个大的任务划分成多个小任务, 逐个击破, 帮助学生解决课堂上遇到的疑难问题;同时为了能照顾到每一个学生, 教师在课前可以制作一个学生自主学习网站, 根据教学内容把虚拟机器人平台操作过程中遇到的关键点和易错点分别制作成微课视频发布到自主学习网站上, 学生遇到问题时可以通过电脑和移动设备 (智能手机或平板电脑) 通过观看微课视频来自主学习虚拟机器人平台的操作, 从而完成任务地图中所给定的教学任务, 让学生体验取得成功的喜悦。

(2) 利用任务驱动法学习传感器的使用

传感器的使用是虚拟机器人教学中的重要内容, 机器人完成各种感知任务时必须用到各种传感器, 针对传感器编程的教学重点任务是循环语句的使用, 因此在设计任务地图时, 可以设计一个机器人从起点到终点的椭圆线路地图。完成该任务需要给学生规划以下学习内容:“传感器的功能——循环语句的使用——马达参数的设置”。教师首先给学生提供学习网站, 在网站上放置循环语句和马达编程的微课视频以及相关的详细文本说明资料, 课前让学生进行预习, 在教学过程中, 让学生根据教师给定的任务完成针对传感器的使用方法和巡线程序的编写, 调整传感器和马达的参数, 降低机器人巡线完成任务的时间。从而实现传感器使用的教学目标。

(3) 机器人编程中复杂任务的线路规划

在虚拟机器人完成复杂任务时, 线路的规划是首先要考虑的问题。既要规划机器人的行驶线路来完成任务地图的各项任务, 又要优化编程方案。因此在设计任务地图时, 可以通过设置得分点的方式, 引导学生规划不同的线路, 如直角线路、折线线路、弧线线路等。这样每一位学生都能根据自己对当前任务地图的理解, 运用共有的知识和自己特有的经验规划出自己的线路, 完成最优程序的编写, 提高了机器人的智能。

2.拓展驱动任务设计

在虚拟机器人教学中, 同学科教学一样, 也需要学生多做练习, 拓展思路, 做到举一反三, 这样才能熟能生巧。因此对于某种类型的任务地图, 可以设计多个拓展任务, 让学生可以进一步提高学到的虚拟机器人的技能。

(1) 针对马达的任务拓展

在学生学习机器人马达操作时, 任务地图设计时可以先将终点在起点正前方, 而后拓展为终点设在起点的左前方, 此时需要将左边马达的速度降低, 这对于学生来说只需要对马达的参数进行修改, 经过几次调试就可完成机器人运行最佳路线编程;为了提升学生的编程能力, 教师在任务的设计上增加编程的难度, 把将终点设在起点的右后方, 完成此任务需要将马达的参数设置做较大的修改, 不仅要调整左右两个马达的速度差, 而且要将马达速度调为负值。学生要完成这个拓展后的任务地图, 需要学生在新的任务驱动下多思考, 反复调试程序, 培养学生的空间想象能力和逻辑思维能力, 让学生通过自主探究、小组合作交流的学习方式, 经过多次调试马达参数, 最终调试出机器人向右后方向转弯最佳的程序。

(2) 针对传感器的任务拓展

在学生学习巡线传感器时, 设计任务地图时可以先设计成椭圆地图, 学生在学会利用循环语句和传感器编写巡线程序的基础上, 编写巡线程序时需要调用左边或者右边的传感器就可完成编程任务;而拓展后的任务地图为曲线地图, 这个程序的编写需要同时调用左右两个传感器才能完成任务;进一步可以设计折线地图任务, 使难度进一步加大, 虽然通过调用左右两个传感器也可完成, 但是若要较好地完成此任务地图, 就要学会调用多个传感器, 使用多分支条件判断语句相互配合才能完成。这样的拓展任务在各类机器人比赛中经常用到, 是学生必须掌握的技能, 难度要求较高, 不是对于所有学生都必须掌握的。因此教师可以提供使用传感器的从简单到复杂的范例程序的文本资料和微课视频资料, 采用分层教学手段, 让每个学生可以根据自己学习情况, 学习适合自己的程序, 完成难度不同的机器人编程任务。

(3) 针对线路规划的任务拓展

在虚拟机器人教学中线路规划是最为灵活的一部分, 也最能反映学生的编程技能和所学知识的综合运用水平。在设计任务地图时先设计从一房间到另一房间的任务, 该任务主要训练学生利用机器人转向和直行两个基本动作的组合运用;而后再增加搜救任务和小球障碍物, 从而增加组合运用的动作数量和难度。由于线路规划的任务地图需要较多的机器人转向和机器人直行语句的重复运用, 为此教师可以引导学生尝试运用子程序来简化程序设计, 掌握了子程序的设计, 就使学生的编程水平达到了较高的层次, 多种层次学习任务的设计, 采用任务驱动法进行教学, 提高了学生编程的技能。

三、任务驱动法教学评价

在虚拟机器人教学中, 运用任务驱动法组织教学, 还必须让学生在学习中进行有效的学习评价, 让学生可以根据自己任务地图的完成情况, 寻找改进的方向, 或进一步探索新的解决问题的方法。

1.建立虚拟机器人程序后台成绩管理平台

让学生在完成不同任务地图时, 可以实时提交给服务器, 同时在数据库中计入学生的成绩, 并将成绩根据不同任务地图通过网站显示出来。学生不仅可以查询自己的各地图成绩, 也可看到其他学生的成绩。利用网络平台评价机器人教学的效果, 以提供更优的解决方案和策略, 从而进一步提高教学的效果。

2.设置差异性的学习评价方案

接着将所有任务地图放在管理平台上, 根据任务难度顺序排列, 学生可以浏览各个任务地图的截图。但是学生要下载任务地图和提交相对于任务地图的成绩, 就必须完成前一个任务地图。这样通过这种完成任务的通关机制, 不仅老师可以根据学生完成任务的情况直接对学生进行评价, 而且也可让学生体验学习的成功, 激发学生学习的积极性。

四、结束语

机器人走进中小学课堂是近年来新兴起的研究领域, 依托校本课程开展机器人的普及教育是目前许多学校计划开展的工作。在虚拟机器人教学中运用任务驱动法, 设计由易到难的任务地图的课程内容, 并通过管理平台将任务地图以通关的形式体现, 通过网络平台展示学生的成绩, 做好学生学习机器人课程的过程性评价, 引入激励评价体系, 提高学生学习的积极性, 培养学生分析问题和解决问题的能力。

参考文献

[1]何克抗.e-Learning的本质——信息技术与学科课程的整合.电化教育研究, 2002, (1) :3-6.

[2]徐杏梅.谈信息技术课程中的“任务”设计.中国电化教育, 2003, (7) :38.

机器人课堂教学模式的探索 篇11

关键词：机器人课堂教学；“4C”教学模式；引入；实施；意义

在机器人行业飞速发展的背景下，随着素质教育的不断深入，机器人走入学校走进课堂已经成为一个必定的趋势，机器人教学已经成为大中小学教育领域里的新课程。由于机器人在开发学生智力、动手能力和创新能力上具有显而易见的优越性，正越来越受到教育部门和学校的重视，所以机器人教育普及全国各地乃至全世界，这是一个好的趋势。但是，在这好的趋势中也出现了令人忧患的倾向，这就是：机器人教育越来越成为为进行机器人竞赛而存在和发展。各种各样的机器人比赛如火如荼地展开，机器人教学的状况却明显滞后，只有极少数地区和学校将机器人教学纳入了正规的课堂教学，较多的学校只是以课外活动、兴趣小组、培训班的形式开展机器人教学。有关机器人教育、机器人研究的相关文章偏少，研究者把主要的注意力集中在机器人的竞赛上，缺乏对机器人教育理念的研究，缺乏对机器人课堂教学模式、教学方法的探究。2003年4月，《普通高中技术课程标准（实验）》在“信息技术”科目中加入了“人工智能初步”的知识，同时针对人工智能重要应用领域中的机器人问题，明确指出将“简易机器人制作”列为选修课程。既然作为一门课程，作为教师的我们就应该把这门课程开好，寻求或尝试适合其的教学方法、教学模式。

一、“4C”教学模式的引入

机器人设计包括搭建、编程、调试、运行等一系列过程，每个过程都富有挑战性、互动性、创新性，在课堂上能够满足各种层次学生的需求，不仅设计的主题有趣，而且解决问题的方案是开放性的，学生集思广益，可以采用不同方法达到同一个目标，这样既可以培养学生的动手实践能力、创新能力、协作能力、进取精神、挑战意识，又可以让学生亲身体验抽象的理论如何在短时间内通过自己的设计变成触手可及的答案呈现出来，让机器人“动”起来。这种机器人教学使学生在学习时随时都可能产生一个惊喜、一种成功、一个期待、一个新思路，所以学生对机器人设计特别“有瘾”。学生对机器人十分感兴趣，激情高，易于兴奋，但是如何有效控制课堂、“动静结合”提高课堂效率是值得探究的一个问题。于2011年7月由省教育厅推荐参加了教育部乐高“技术教育创新人才培养计划”骨干教师集中培训。通过澳大利亚昆士兰法大学教授执教，接触了乐高“玩中学”“做中学”先进的教育理念，学习了“4C”教学模式，即Connect（联系）—Construct（建构）—Contemplate（反思）—Continue（延续），让学生在“做中学”，在做的过程中快乐地掌握知识。经过两年实践，在课堂上不断尝试运用“4C”教学模式，取得了良好的课堂效果。

二、“4C”教学模式的实施

“4C”教学模式的实施过程借助一个案例进行说明。依据信息技术（教育科学出版社）必修一第三章第三节《信息的智能化加工》的内容要求，提升学生对人工智能的认识，揭开人工智能的神秘面纱，为此设计了一堂“简易机器人设计”课。借助此案例说明“4C”教学模式的各个环节。

1.联系Connect（把已有知识与真实世界联系）

机器人在我们的社会中越来越普遍，在社会的各个领域扮演着重要的角色，如，工业、机械、空间探索等。比如火星机器人，为什么我们要输送一个机器人去火星？世界博弈大赛中“更深的蓝”战胜了国际象棋大师卡斯帕罗夫，是不是机器人比人更聪明？机器人无所不能，甚至能控制人类吗？机器人是不是确实比人更厉害？它的智能是由谁赋予的？要想知道答案就开始今天的设计挑战吧！激发了学生强烈的求知愿望和进行挑战的激情。

2.建构Construct（搭建、编程和评价）

分组合作搭建模型，根据任务编写程序，分组比赛进行评价，反复调试完成任务。本节课任务设置分层进行，从易到难，首先呈现最简单的任务——让机器小车走直线，接着转弯，然后走一段黑线，最后按照布置的轨迹行走，即轨迹小车。结果的评价不仅要求行走的准确性，还要求时间的长短性。根据比赛评价，分组调试。学生通过亲历设计过程，对机器人的工作方式有更深入的了解，对机器人不再感到特别陌生，从而可以很好地了解人工智能的本质。建构过程以小组形式进行，搭建模型可以提高学生的动手实践操作能力，编写、调试程序可以让学生开动脑筋，提高分析问题、解决问题的能力，评价、比赛可以让学生意识到分工合作的重要性、团队力量的重要性。

3.反思Contemplate

让学生对他们看到或建构的内容进行思考，对方案进行讨论、反思并调整他们的看法。借助“（1）‘更深的蓝是不是比国际象棋大师卡斯帕罗夫更厉害？（2）智能机器人会不会比人更聪明？（3）机器人的智能由谁赋予的，人工智能的本质是什么？（4）人工智能带给我们的只有好处吗？”等问题的思考，让学生深刻认识到人工智能的本质。人工智能在许多方面给人类的生活带来了方便，同时也有一定的局限性（比如对文化、道德、法律的冲击），引导学生学会辩证地分析和看待事物。

4.延续Continue（略）

三、“4C”教学模式的意义

“4C”教学模式倡导在实践中学习，在动手操作中学习。知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情境下，在获取知识的过程中借助他人（教师或伙伴）的帮助，并利用必要的学习资料，在自我建构的方式中得到的。学生在“玩”“做”的过程中快乐地掌握知识。课堂中有实践有反思有归纳，既让学生动了手，又让学生动了脑。既让学生经历了实践，又让学生经历了思维，既可以培养学生的动手实践能力，又可以提高学生分析问题、解决问题的能力，培养学生的创新精神和探索意识。这样的课堂充满欢乐，充分体现了“做中学”“玩中学”的教学理念。“4C”教学模式适合机器人设计这种比较活跃，充满挑战、充满创新的课堂。

坚信只要我们努力，不断探索和实践，一定能把机器人的课堂教学活动开展得有声有色，特别是“4C”教学模式的运用，会给我们带来惊喜，带来快乐！

（作者单位 山东省单县第二中学）

创新时代的机器人教学实践与思考 篇12

教育本来就是要使学习者不断适应时代的变化,立足当前,面向未来。教育的最高目标是要使人们能够达到自我实现和过负责任的生活。创新教育就是中小学教育中必然的一部分。创新教育应当培养学生具有一定的创新意识、创新思维、创新能力。使学生在牢固、系统地掌握学科知识的同时,具有勇于实践的意识和精神,有综合运用已有知识解决新问题的能力,进而发展他们的创新能力。

对于创新能力的培养和发展,环境是人的创新能力提高的重要条件,环境优劣影响着个体创新能力发展的速度和水平;实践是人的创新能力形成的唯一途径。因而,要发展学生的创新能力,还需要给学生提供合适的环境和平台。这个平台应当具有一些特征:适应时代发展和学生兴趣;具有较强的综合性;具有基础知识学习的价值;有学生创意发展的空间。

随着近几十年来计算机技术的飞速发展,以自动控制为核心的智能机器人,正在人们日常生活中得到广泛的应用与发展。一方面是技术未来发展的趋势,另一方面也是引导学生学科学、爱科学、用科学,启发心智和思维,提高综合实践能力、动手能力、创新精神和意识的综合学习平台。为使这个平台充分发挥其教育价值,我们在区级层面采用的做法主要如下。

创新教师的“机器人”的培训内容和方法

机器人作为一个优秀的综合教育平台,尽管在中小学已经得到了很大发展,但整体还不能做到面向“大众”的教育。其原因大致有:课程定位和教育理念;教学组织和成本;教师的教学理念和模式;机器人的核心控制技术等。

针对上述问题,我区自行开发了一个机器人开放的平台,并对教师进行培训,力图从机器人涉及的多环节进行学习,并进行教学方法的熏陶。大体经历了以下环节。

1.焊接主板和输入输出板

本系统控制部分采用分立的几个模块,循序渐进,易于学习者分别学习,不至于一下子掉入“黑箱”中。在设计电路板时,采用双列直插元件,学习者可以自己进行焊接,在焊接过程中,认识电子元件,了解单片机系统构成,了解各模块组成,练习焊接技术,稍加指导,焊接成功率达到100%。目的是使老师们了解电子技术常识,因为这是机器人组成的一部分。主要焊接的电路板见图1。

本主板上 的单片机 采用的是AT89S52,该单片机系统成熟、价格低,教材较多,作为中学生的学习已经完全够用,未来作为学生开发一些控制系统,也基本可以。

2.嵌入式C语言程序设计学习

应用于教学的时候可以采用两种方式。

方式一:见图1,可以进行C语言程序设计的初步学习,包括计算机中的位、字节等,程序设计的基本概念和程序设计的三种结构,把按钮和拨码开关作为输入信号,把LED显示、数码管显示和蜂鸣器等作为输出设备,可以感悟计算机对物理信息的采集、处理和输出的全过程,可以认识当前应用技术上作为LED灯和数码管显示的原理和处理方式,也为后一步车体的运动打下基础。

方式二:见图2,包括了单片机系统、稳压电源、机器人车体、直流电机、直流电机控制板、声音传感器、红外传感器、光电传感器等部分。可以进行机器人整个过程的学习,体验物理信息采集、处理、加工全过程;学习软、硬件协调对机器行为的控制;学习者自己练习组装机器人系统,还可以自己设计底板、车轮等结构部分,与主板等电路组合,为其设计自己需要的控制系统留有充分的空间。

编程软件使用Keil,下载软件使用AVR fighter或者Progisp,这是社会上实际开发单片机系统使用的工具软件。使用本软件可以使学习者更接近当前社会上的实际应用,感兴趣的学生可以直接开发产品。

主板上单片机系统32个端口的开放以及与实际应用的开发软件相结合,给学习者提供更大的自由发展空间。车体结构可以自行设计加工带来的启发,可以引导学校中的爱好者根据学校条件自己开发,结构设计的不完善,有利于学生问题的产生,为学生将来的创意与制作提供了空间。

3.拓展培训

为更多了解机器人实际应用,又对教师进行了机械结构的拓展学习,如投球装置,机械手装置等见图3。

本系统的整体设计从课堂教学的角度出发,易于教学组织;从学习机器人的综合性出发,在电子、计算机构成、程序设计、结构基本设计与制作为学习者提供了发展空间。

作为对教师的培训,试图使教师更全面、深入地理解机器人。学生的发展需要环境,教师的发展同样也需要适合的环境。教师发展了,学生能更好发展;教师有创新意识、方法和能力,才可能引导学生创新意识和方法的提升。

教师的教学实践

自2013年3月起到现在,我区已经有20余所初中、高中学校,根据《普通高中信息技术课程标准》中程序与设计的要求,以信息技术程序设计为切入点进行以机器人为载体的程序设计教学试验。课程内容主要进行C语言的初步学习。教师们初步编写了实验教材,主要内容有机器人基本常识、C语言入门、程序的三种基本结构、计算机对物理信息的采集及处理、计算机控制技术的基本方法,计划用15课时。

教师们上课后普遍反映:可以完成信息技术课程标准中的程序设计教学的基本要求,还可以学习计算机的一些基本知识;教学易于组织;成本低;学生感悟了计算机控制技术的应用原理;学生上课积极,参与度高;学习方式发生了变化,体现在“玩中学”“做中学”、探究、合作等;对开发校本课程进行学生的创意实践活动提供了一个平台……

在学习活动中,学生们根据自己的想法提出多种有创意的设计,并且实施出来。

1 .在学习L E D灯的显示变化时,学生提出了很多创意,其效果千变万化。有的学生主动把LED灯和数码管组合起来变化,自觉不自觉就把数制与数制转换问题、编码问题、程序结构应用结合到一起。如有的学生根据LED灯显示的效果(通过按键控制任意变化),将其转化成对应十六进制数值,并在数码管上显示出来(见图4),有的学生把其转换成十进制显示(见图5),在“玩”中学习了进制及转换以及程序设计;有的学生自己就编写“交通信号灯”等程序;有的学生编写“电梯”的运行程序过程,通过按键、LED灯和数码管组合来表示“电梯”上下运行过程,见图6。有的学生用通过按键、LED灯和数码管组合来表示公园“喷泉”的变化过程;有的学生通过现有条件模拟智能地铁交通信号及控制……在一次交流会上,参会的计算机老师们都为学生的创意和编程能力大加赞赏、 感叹。同 时我们也 在考虑:学生有设计、创意,我们应该如何提供更好的实践环境,使学生的设计、创意能充分表达出来,促进学生综合能力的提升。

2.为提高学生的动手能力和实践能力,一些教师还组织学生进行焊接电路板的试验。一位初中信息技术教师组织初一学生焊接主板和输入输出板,见图7。老师第一次做,学生也是第一次做,最后都成功了,学生为自己能实际制作一台“计算机”而兴奋。做完后直接用在课堂教学中。

我们议论学生实践能力不足时,是否也要考虑我们是否给学生提供了适合的学习、实践环境。

3.创意设计。学生学习基本程序设计后,还能有创意地进行一些综合创意活动。如老师用4×8点阵板做点阵编码的练习后,学生就想到了市面上的点阵屏,要制作一个“点阵屏”。由于设计的每个单片机与点阵板需要并行连接,因而一块主板仅能控制一个4×8点阵组。教师指导大家设计了组字方案后,每位学生负责其中一个4×8点阵,最后由专人负责组装在一起并进行统调,完成一个“点阵屏”的制作。结合学校的主题活动,图8是初中学生组的“福”。这其中包含了学生的创意、设计、硬件制作(连接很复杂但学生完成了)、程序设计、协作与合作。

教师除教学中面向多数学生使用车体进行机器人教学外,还组织、指导学生进行机器人拓展实践活动,如利用激光雕刻机使用平面加工的方式组装“机械手系统”,见图9;利用3D打印机和舵机设计并制作出的“机器人”,见图10。

当我们为学生提供合适的平台时,学生的能力往往会超出我们的想象。那么我们提供什么样的创新平台,就是我们教师的任务了。

4.比赛。有的教师在学生学习一个阶段后,自己设计了一些适合学生班级之间机器人比赛的活动项目,如图11是巡线、避障综合应用的巡线机器人活动项目,图12是运球机器人。在运球机器人项目中,仅给学生一周时间,学生应用现有条件,设计并制作了多种“运球”装置,参加比赛活动。

尽管前述学生的作品可能不如现成产品那么成熟、完善、理想,但实际上学生把智能控制的主要技术方法已经基本了解,其成果是学生综合知识运用的成果,是学生创意能力的体现。在这个空间里,学生在发展、提升。按有的老师说法:我们的目的是促进学生的学习。

在中小学进行机器人教学,目的是使学生在活动中学习相关的知识,知道现代智能控制技术的方法,经历发现问题、解决问题的设计、制作、调试等过程,领悟科学实践的方法,养成勇于实践的精神和创新的意识。