论中小学智能机器人教学

时间:2017-07-16 论文范文 我要投稿

      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。”目前,各省、市的许多学校都开展了机器人活动,但这些学校机器人活动都以校内科技活动小组的方式出现,并没有真正进入课堂教学。特别是农村学校,对于机器人的教学还是一片空白。在信息技术高度发展的今天,智能机器人事业已呈跨越式发展。发展机器人事业,将智能机器人的教学纳入课程教学是最佳形式。那么,在中小学如何把智能机器人纳入课堂教学呢?笔者作了一些探索。

一、将机器人教学纳入课程是必然趋势

     上世纪90年代,号称“现代机器人故乡”的美国,机器人教育不再局限在大学的专业学科教育。美国政府还在全国高中生中推行“感知和认知移动机器人”计划,高中生可免费获得70公斤重的一套零件。把机器人教育列入基础教育课程,让学生系统地、有步骤地学习机器人技术。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,日本机器人教育更是从娃娃抓起。而我国机器人教育起步较迟,1986年我国“863”高科技发展计划才正式启动“智能机器人”主题。到了“九五”期间,“普及机器人文化”被列为该主题第一专题的宗旨之一。1998年中国科技大学在国内率先进行了机器人足球的教学实验。近年来,国内高校机器人比赛逐渐增多,“863”计划为“机器人竞赛工作委员会”提供了专项基金,智能机器人比赛正在发展成为我国创新教育的战略性手段。“中国青少年电脑机器人竞赛活动”、 “全国中小学电脑制作活动”、 “全国青少年科技创新大赛”、 “Intel工程大赛”、“全国中小学生信息技术创新与实践活动”等全国重要赛事也都把机器人列入竞赛项目。除了政府部门的项目外,由学术机构、公司厂商联合主办的智能机器人大赛对推进我国机器人教育活动、普及机器人文化也产生了非常积极的作用。近年来,智能机器人活动在我国引起了中小学教育工作者的关注,并进行了有益的尝试。如,2000年北京景山学校将智能机器人的普及教育以科研课题的方式纳入信息技术课程,在国内率先开展了中小学智能机器人课程教学。2002年以后,随着我国教育信息化的发展,智能机器人技术向教育领域的渗透已呈加速发展趋势。可以说,智能机器人教育进入课堂教学时机已经成熟。

二、机器人课堂教学可以培养学生多种能力

     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。

1、培养学生的综合素质和应变能力。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、甚至上百种各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、培养学生的信息意识和信息能力。智能机器人工作过程完全是靠各部件,如触发器,灰度检测卡、红外发射与接收器等来接收信息,然后对信息进行分析并作出反映。信息收集已经成为这个活动发展过程中非常重要的一环。对于机器人能够收集——处理——反馈信息的过程,学生充满了好奇和无限的激情,他们渴望能把设想变成现实。因而,机器人教学能很好的培养学生的信息意识和收集、分析、处理信息的能力。

3、培养学生创新能力。机器人技术具有科技含量高,综合性强、创新性强的特点。在教学过程中,一方面,教师要调动学生的主观能动性,鼓励学生勇于探索,使用与众不同的方法、思路进行搭建,按照自己的策略编写程序。另一方面,学生会根据自己的实践和认知,认真思考,提出各种设想,创造性地搭建各种机器人。学生为实现自己的梦想,会充分挖掘自己的能力,将自己的设想付诸实践,想尽各种办法检验自己的创意和设计。因此,机器人教学可以培养学生创新能力。

4、培养学生良好的科学素养。教学中,机器搭建、编程调试、设计改装等都必须从实际出发,将自己所学知识与实际结合起来才能获得成功,而设计能成功必须经过检验。这就要求学生要养成实事求是、脚踏实地的科学作风。机器人的搭建、设计与编程不可能一次成功,往往要反复拆卸、调试、整改,几经挫折才能成功,这就可以培养学生一丝不苟、严谨的探究和学习态度,养成坚忍不拔、不言放弃的探究精神和良好的心理承受能力。

5、培养学生的团队精神。青少年学生由于受到自身学识和能力的局限,往往要采用小组形式教学。小组共同分析、探讨策略的可行性,共同设计、改装机器人;协同完成机器人部件的搭建;一起设计、调试程序,一起观察、探讨、纠正机器人运行过程中出现的各种问题。小组成员既要分工又要合作、既合作又竞争往往会形成了一个很好的团队,他们的团队精神就得到了培养。

三、机器人课堂教学策略

实施智能机器人教学进课堂,应努力做好规划,构建适合本校特色的机器人课堂教学思路与模式。破瓶颈,重管理,抓研究,重成果,为创建学校特色智能机器人教学铺路。

1、整合智能机器人课堂教学课程。机器人教学根据原理可分为搭建、编程、调试、改装等几个过程。课堂教学可根据过程分成几个教学阶段。根据紧密联系程度,将教学任务分为搭建、改装教学和编程、调试教学二个阶段来完成。编程、调试教学主要操作在电脑操作或模拟中完成,并将教学整合到信息技术课堂中。在初中,大部分学校都开设劳动技术教育课程,可以将机器人的搭建、改装教学纳入劳动技术课,分年级、分阶段安排课时。在高中,大部分学校都开设通用技术课程,可将机器人的搭建、改装教学与通用技术课进行整合。

2、加强机器人师资队伍建设。长期以来,由于机器人的神秘感,普遍对机器人教学认识存在误区,认为一定要电脑或信息技术教师才能进行教学。事实上,机器人教学只是一个综合性很强的学科。完全可以不拘泥于常规,大胆启用相关学科教师进行教学。如劳技,物理、通用技术学科教师等。

3、加强智能机器人教学管理。由于机器人涉及声、光、电等敏感部件,对实验调试的环境和场地都要求较高。教学中,应要求学生爱护每一个智能机器人部件,加强教学管理。只有加强管理才能让昂贵的教学用智能机器人发挥最大的效益,减少破损或遗失。

4、探究智能机器人课堂教学模式。机器人教学是一门崭新的课程,没有统一的教材和课标,全国各中小学校都应进行有益的探索和研究。在教学中,要认真编写教案,确立教学目标和内容,及时对教学实践活动作出总结,强化积累,积极进行课程开发。积极探索智能机器人教学在素质教育中的作用。建立相应的教学评价机制和管理模式。

    总之,将智能机器人教育纳入课程教学是开展智能机器人教育的最佳形式,只要我们重视智能机器人教学,就能为学校找到推进素质教育的理想平台。

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