创新时代的机器人教学实践与思考

1、创新时代的机器人教学理论与考虑人类开展史，实际上就是一个长期的、不断创新的开展过程，创新已经遍布人类的方方面面。近几十年来，随着信息技术、物联网、“信息物理系统等新技术、新标准的高速开展与推进，其在各领域的新应用越来越受到人们的重视和关注，技术创新对人类的消费生活有决定性意义。创新是指人为了一定的目的，遵循事物开展的规律，对事物的整体或其中的某些部分进展变革，从而使其得以更新与开展的活动。当前，中国已经进入“群众创业、万众创新的新时代。创新时代需要有创新人才，创新人才的形成与培养，无疑是教育面临的重要问题之一。教育本来就是要使学习者不断适应时代的变化，立足当前，面向将来。教育的最高目的是要使人

2、们可以到达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、创新才能。使学生在结实、系统地掌握学科知识的同时，具有勇于理论的意识和精神，有综合运用已有知识解决新问题的才能，进而开展他们的创新才能。对于创新才能的培养和开展，环境是人的创新才能进步的重要条件，环境优劣影响着个体创新才能开展的速度和程度；理论是人的创新才能形成的唯一途径。因此，要开展学生的创新才能，还需要给学生提供适宜的环境和平台。这个平台应当具有一些特征：适应时代开展和学生兴趣；具有较强的综合性；具有根底知识学习的价值；有学生创意开展的空间。随着近几十年来计算机技术的

3、飞速开展，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开展。一方面是技术将来开展的趋势，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，进步综合理论才能、动手才能、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开展，但整体还不能做到面向“群众的教育。其原因大致有：课程定位和教育理念；教学组织和本钱；教师的教学理念和形式；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，并对教师进展培训，力图从机器

4、人涉及的多环节进展学习，并进展教学方法的熏陶。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，学习者可以自己进展焊接，在焊接过程中，认识电子元件，理解单片机系统构成，理解各模块组成，练习焊接技术，稍加指导，焊接成功率到达100%。目的是使教师们理解电子技术常识，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，将来作为学生开发一些控制系统，也根本可以。2.嵌入式C语言程

5、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，可以进展C语言程序设计的初步学习，包括计算机中的位、字节等，程序设计的根本概念和程序设计的三种构造，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根底。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。可以进展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

6、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、车轮等构造部分，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开展空间。车体构造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，构造设计的不完善，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

7、多理解机器人实际应用，又对教师进展了机械构造的拓展学习，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、构造根本设计与制作为学习者提供了开展空间。作为对教师的培训，试图使教师更全面、深化地理解机器人。学生的开展需要环境，教师的开展同样也需要适宜的环境。教师开展了，学生能更好开展；教师有创新意识、方法和才能，才可能引导学生创新意识和方法的提升。教师的教学理论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根本要求，还可以学习计算机的一些根本知识；教学易于组织；本钱低；学生感悟了计算机控制技

8、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，表达在“玩中学“做中学、探究、合作等；对开发校本课程进展学生的创意理论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，并且施行出来。1.在学习LED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、程序构造应用结合到一起。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

9、“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，参会的计算机教师们都为学生的创意和编程才能大加赞赏、感慨。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理论环境，使学生的设计、创意能充分表达出来，促进学生综合才能的提升。2.为进步学生的动手才能和理论才能，一些教师还组织学生进展焊接电路板的试验。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。教师第一次做，学生也是第一次做

10、，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。图7 制作电路板我们议论学生理论才能缺乏时，是否也要考虑我们是否给学生提供了适宜的学习、理论环境。3.创意设计。学生学习根本程序设计后，还能有创意地进展一些综合创意活动。如教师用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，因此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展统调，完成一个“点阵屏的制作。结合学校的主题活动，图8是初

11、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展机器人教学外，还组织、指导学生进展机器人拓展理论活动，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。当我们为学生提供适宜的平台时，学生的才能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。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根本理解，其成果是学生综合知识运用的成果，是学生创意才能的表达。在这个空间里，学生在开展、提升。按有的教师说法：我们的目的是促进学生的学习。在中小学进展机器人教学，目的是使学生在活动