以智能机器人教学为平台

西城区教育研修修学院现代教教育技术中心心朱慧西城区自忠小学学陈长鑫内容摘要：信息技术不同于于其它学科，它它是需要同时时培养小学生生的形象思维维能力和抽象象思维能力，并并将抽象思维维渗透于形象象思维之中，在在生动的教学学过程中提高高学生的素质质。由于智能机器人人能动、能唱唱、能发光，还还能够在程序序的操控下执执行一些较为为复杂的动作作，非常容易易引起学生的的兴趣，这样样就给我们提提供了一个信信息技术教学学的新思路：：我们可以利利用智能机器器人这个平台台，由兴趣入入手，逐渐深深入，使学生生了解机器人人为什么能够够看到光线、听听到声音，能能够行走，进进而让学生自自己用自己编编写的软件程程序操控机器器人。在这个个过程中学生生用眼、用耳耳、用脑、动动手，可以发发挥最大效能能来进行学习习，一方面可可以学到了知知识，另一方方面还可以提提高分析问题题和解决问题题的能力。主题词：智能机机器人分析问问题解决问题人台-养与的一、问题的提出出随着科学技术的的迅猛发展，信信息技术已经经成为在各个个行业都发挥挥着无可替代代的重要作用用。为了使学学生能够适应应未来科技发发展的要求，真真正成为“第一生产力力”的生力军，在在小学阶段高高科技的教育育是必不可少少的，作为高高科技的一个个重要组成部部分，信息技技术教学愈发发凸现重要。信息技术不同于于其它学科，它它是需要同时时培养小学生生的形象思维维能力和抽象象思维能力，并并将抽象思维维渗透于形象象思维之中，在在生动的教学学过程中提高高学生的素质质。心理学研究表明明,当人对某某一事物发生生兴趣时认识识就快，如果果毫无兴趣,,认识就慢或或者不予接受受。若想激发发创新性,就就必须首先激激发学生的学学习兴趣。那那么学生的兴兴趣从何而来来呢?苏霍姆姆林斯基曾说说过:“兴趣”的源泉在于于体会到智慧慧能统帅事实实和现实,人人的内心里有有一种根深蒂蒂固需要一一一总要感到自自己是发现者者、研究者、探探索者。在儿儿童的世界中中,这种需要要特别强烈。“兴趣”是一种推动学生学习的内在动力,它激发了学生强烈的求知欲望,从而为创新性的产生奠定基础。在学生最初接触机器人课程的时候会把机器人当作一个玩具，兴趣非常高。但是随着教学的逐步深入，问题逐渐复杂，学生解决问题的能力就凸现不足。有一部分同学尽管没有能够将问题最终解决，但还能够积极思考解决问题；另一部分同学则不愿再动脑思考，而是在等同学的研究结果或老师给出的答案。这样非常不利于培养学生分析问题解决问题的能力，会使学生出现进行性的负面分化，思维受到压抑。这完全是与素质教育的要求背道而驰的。由于智能机器人人能动、能唱唱、能发光，还还能够在程序序的操控下执执行一些较为为复杂的动作作，非常容易易引起学生的的兴趣，这样样就给我们提提供了一个信信息技术教学学的新思路：：我们可以利利用智能机器器人这个平台台，由兴趣入入手，逐渐深深入，使学生生了解机器人人为什么能够够看到光线、听听到声音，能能够行走，进进而让学生自自己用自己编编写的软件程程序操控机器器人。在这个个过程中学生生用眼、用耳耳、用脑、动动手，可以发发挥最大效能能来进行学习习，一方面可可以学到了知知识，另一方方面还可以提提高分析问题题和解决问题题的能力。所所以，我们选选用“智能机器人人”作为信息技技术教学的一一个重要平台台。二、课题实施过过程1、制定课题实实施目标

通过一一段时间的训训练，学生能能够在编写程程序时，根据据具体情况提提出有价值的的问题。

学生遇遇到问题后知知道怎样解决决，使学生养养成独立思考考问题的好习习惯。提出问问题后，在解解决问题的时时候能够自己己先分析问题题，尝试解决决，如果还是是不能够解决决问题时再去去向同学、书书本、老师请请教。

培养学学生的合作意意识。

问题解解决后能够进进行反思，培培养学生的创创新意识和能能力。2、制订课题题教学思路为了解决这个问问题，教师首首先要充分认认识智能机器器人教学是培培养学生能力力的一个重要要契机，要在在设计教案时时充分考虑如如何不断刺激激学生的学习习兴奋点；同同时兼顾所有有学生，把课课堂的“主动权”交给学生，充充分调动全体体学生自主学学习的积极性性。在这个思想的指指导下，我们们进行了课程程研究，制定定了一个总体体思路：通过过指导学生编编写机器人程程序，使得学学生能够：第一步第二步第三步第四步第五步提出问题通过各种途径分析问题尝试解决问题找出解决问题的思路与方法进行反思学生只有提出有有价值的问题题，对问题进进行分析，才才能去想办法法解决问题，进进而找到合理理的程序思路路，编写出正正确的程序。在在反思中找到到更加巧妙思思路。3、制订课题题研究的策划划为了实现上述教教学思路，我我们运用过程程方法，将每每节课的总结结工作和下节节课的准备工工作结合起来来，设计了以以下教学过程程：

教学过过程的策划：：课前准备1．

将每节节课的内容分分解为2-33个任务；2．

归纳出出切入点，精精心设计教学学方法，以利利于学生发现现问题，从而而顺利地解决决问题，使每每个学生都有有成功的体验验。课上实施3．

对学生生明确提出任任务要求和要要达到的目的的；4．

根据任任务要求，学学生在操作中中就会遇到困困难进而提出出问题；对于于学生提出的的非常有新意意的问题加以以记录，作为为课后研究资资料。5．

将学生生分组，在小小组讨论问题题，并指定负负责人归纳讨讨论结果，归归纳总结任务务由教师指定定每个小组的的组成人员轮轮流承担，使使每一个学生生都主动参加加到问题讨论论中。6．

让学生生自己动手，在在机器人仿真真环境中通过过实际运行验验证问题是否否解决。7．

填写表表格，记录思思路、保存编编写的程序。课后小结8．

进行课课后反思，请请同学们想一一想还有更好好的方法吗？？把自己的想想法写在表格格中，并在下下节课集体讨讨论是否可行行。9．

进行评评价、组内互互评、自评相相结合。在设计了教学思思路后，我们们又制定了一一个评价标准准，以测定学学生分析问题题解决问题的的能力是否提提高了。

制定课课题研究的评评价标准1．

在进行行评价时以班班为单位，将将某个班的全全体学生作为为母本，随机机抽取学生作作为样本。我我们用于说明明的是五年级级的一个班级级，学生人数数刚好是300人，在确定定度量标准的的时候是按照照抽样率进行行定义的，是是一个相对指指标。但为了了更好的说明明问题，在文文中个别指标标按照30人人的基数转换换为了绝对指指标。2．

评价的的定量度量标标准采用100分制，100分为最好，11分为最差：：（如表所示示：）各个阶段评价手段度量标准评价学生理解任任务要求的情情况通过简单问卷或或者随机提问问的方式了结结学生对本节节课所提出要要求的理解情情况，按照110%-155%的抽样率率，用时不超超过3分钟。1．

满意（99-10分）：：答案样本完完全满足要求求。2．

基本满满意（7-88分）：1个个（按10%%抽样时）或或2个（按115%抽样时时）答案样本本不满足要求求3．

不满意意（7分以下下）：2个以以上答案样本本不满足要求求评价学生提出问问题的情况通过有目的提问问的方式了结结学生的提问问能力，按照照20%左右右的抽样率实实施1．

非常满满意(10分分)：样本答答案中至少有有1个非常有有新意，其他他答案满足要要求2．

满意（88-9分）：：所有样本答答案满足要求求，但都没有有太多新意3．

基本满满意（6-77分）：多数数（60%）样样本答案满足足要求4．

不满意意（6分以下下）：满足要要求的答案样样本低于600%评价学生解决问问题的思路通过评价学生小小组讨论的情情况来确定学学生解决问题题的能力，将将分组数量作作为母本，抽抽样率1000%1．

非常满满意(10分分)：样本答答案中至少有有1个非常富富有新意，其其他思路各不不相同且基本本正确2．

满意（88-9分）：：绝大多数（880%）思路路不相同，只只有少量思路路是错误的3．

基本满满意（6-77分）：多数数思路各不相相同（60%%），其中有有部分思路是是错误的4．

不满意意（6分以下下）：多数答答案雷同或者者，多数思路路是错误的。评价学生在仿真真环境中验证证问题解决的的情况通过评价学生小小组操作仿真真环境的操作作情况，按照照20%左右右的比例进行行抽样1、非常满意((10分)：：所有操作结结果样本均已已达到期望结结果2、满意（8--9分）：绝绝大多数（880%）操作作样本均已达达到期望结果果4、

基本满满意（6-77分）：多数数（60%）操操作结果样本本达到期望结结果5、

不满意意（6分以下下）：多数操操作结果样本本没有达到预预期结果。因为机器人教学学内容有很多多值得思考的的问题，学生生在操作过程程中会遇到各各种各样的问问题，学生出出现的问题可可以通过上述述标准进行检检测而且检测测比较容易实实现，这是一一个比较容易易操作的行为为，根据统计计学的一些原原理我们设计计了这样一个个评价标准。下下面是我们在在课上实施过过程的一个案案例。教师学生1、

红外测测障

机器人人在前进的时时候只有正前前方有障碍物物吗？

今天我我们就来研究究当机器人遇遇到其他方向向的障碍物时时怎么办？

为什么么会出现这种种情况？他的的正前方有没没有障碍物？？没有应该执执行那一边的的分支？可是是他没有办法法前进为什么么？（右前方方有障碍物）现在应该怎怎么办？（直直到说出再增增加一个红外外测障模块）在在那个分支？？

自己尝尝试一下

下面请请成功的同学学给大家讲一一讲

师小节节：程序运行行的过程机器人每前前进一步要检检测几次？（22）先检测正正前方是否在检测右右前方是否。。。。。。。。

没有成成功的同学修修改你的程序序

老师把把机器人拖到到右边，该怎怎么办？

一名同同学到前面讲讲一讲思路2、练习

2个房间任选其其一让你的机机器人走出房房间

一名同同学到前面演演示

没有成成功的同学接接受别人的帮帮助3、条件判断现在我们的机器器人已经能够够检测3个方方向的障碍物物了，他的本本领可大了，它它可以走房间间的迷宫了，但但是我们的机机器人要想战战胜别人的机机器人还要进进行一些改进进，我们先来来看一看机器器人是怎么说说的。〔出示PPT课课件〕内容如如下：聪明的同同学们你们好好，我是能力力风暴机器人人，首先谢谢谢你们教会了了我躲避3个个方向的障碍碍物的本领，可可是我每走一一步都要检测测3次，读33次数据，这这样消耗了我我很多能源，而而且还会影响响我的速度，在在我进入火场场寻找伤员的的时候，由于于时间很紧急急，要用最快快的速度，要要想省时、省省电，你有没没有好办法？？你们去模块库中中找一找，自自己试一试？？

你们找找到那个模块块？

（播放放幻灯片）自自己学习

请一名名同学给大家家讲一讲编写写程序的设计计思路。

还有没没有其它的思思路？

师：小小结学生回答学生根据情况回回答学生自己尝试小组互相交流发现没有障碍物物，该怎样解解决？学生自己尝试怎怎样添加障碍碍物学生在模块库中中查找看幻灯片自己学学习解决问题题发散思维想一一想其它的思思路，反思一一下。

训练点点问问题提出后对对问题进行分分析的训练采采用不同的方方法解决问题题的训练

训练内内容《迷宫探险》一一课中的程序序：为了提高高机器人的速速度，红外测测障模块进行行一次检测并并判断前方有有没有障碍物物，再用条件件判断模块判判断左、右、方方的障碍物。请你你想一想还有有没有更好的的方法？

检测形形式1、

在表格格中填写思路路。2、

计算机机中保存自己己的程序。3、

小组互互评、自评。

检测内内容1、

正确的的写出程序的的过程2、

你还有有什么新的想想法？请你写写出来。3、

在场地地中添加障碍碍物的方法是是什么？今天学习的两个个程序你认为为哪个程序比比较合理？优优点在哪？这一节课学生学学习了机器人人的第一个传传感器：红外外传感器。本本课是在上节节课的基础上上继续学习三三方避障。从学生的已有的的知识出发：：首先复习上上节课所学的的红外测障模模块，是检测测正前方的障障碍物。由此此让学生想一一想在机器人人行走的时候候是否只有前前方有障碍物物?学生肯定会想到到还会有其他他方向的障碍碍物，由此引引出课题------三方方避障。我在在讲三方避障障的时候先出出现一个情境境，机器人遇遇到有前方的的障碍物，让让学生想办法法解决这个问问题，把问题题抛给学生，教教师适时地加加以引导，学学生很快得出出结论：这时时我让学生讲讲一讲思路。接接着我又出现现左前方有障障碍物的情况况，学生有了了刚才的经验验很快就得出出怎样编写程程序。在学生得出结论论后，教师又又一次讲出这这个程序的小小缺点，费时时、费电请同同学想办法找找出模块，----条件判判断模块，之之后请同学们们自己学习。教教师给出两个个迷宫的图，请请同学们在学学习的基础上上自己尝试走走出迷宫。练练习条件判断断模块。最后后我请同学们们讲一讲这样样编写的思路路。在这个过程中学学生能够切实实的体会到发发现问题分析析问题解决问问题的过程，同同时也突破了了难点，完成成了新授的难难点任务。本本课的思路安安排遵循了复复习，新授，巩巩固，提高的的学习方式，适适应学生的思思维曲线。抛抛弃了传统上上先分析后实实践的形式，以以学生为本，所所有任务都采采取先实践，发发现问题，再再分析，解决决问题的形式式，有利于提提高学生实践践能力，发现现问题能力以以及解决问题题的能力。从实际效果来看看，学生掌握握了三方避障障的程序设计计思路，并能能够运用已有有的知识迁移移到新知识。学生能够在老师师的引导下找找出程序的不不足，并能够够自己想出解解决的思路，自自学方面学生生通过看资料料能够自己学学习，在实际际操作中基本本上学会了条条件判断模块块。没有掌握握的同学也在在同组的同学学的帮助下学学会了。学生生有比较充裕裕的时间练习习条件判断模模块。课后我们共同商商量，重新进进行调整，又又做了如下的的尝试：第一次进行红外外测障后进行行条件判断，判判断是否是前前方的障碍物物，后面是两两个条件判断断模块，分别别判断是左方方还是右方的的障碍物。如如果在红外测测障模块只进进行检测而不不进行条件判判断，后面是是三个方向的的条件判断，这这样程序是否否更完整。经经过实践这样样编写程序是是成功的，机机器人可以走走出迷宫，能能够判断出三三个方向的障障碍物，而速速度也提高了了。我们认为为这样编写程程序的思路更更加清晰。每一节课都有自自己的训练点点，训练点的的确定是根据据每节课的教教学内容而制制定的。这只只是其中一节节课的一个展展示。在实验验中我们一共共进行了111次训练，下下面是这111次训练的数数据统计。三、数据统计分分析样本五年级三班班学生人数数30人提出问题能力分析问题能力解决问题能力反思的能力1．

机器人人常识基本满意（7）基本满意（7）?D?D2．

直行和和转向基本满意（7）不满意*（5）不满意*（5）基本满意（6）3．

多次循循环基本满意（8）基本满意（7）基本满意（7）基本满意（7）4．

正多边边形基本满意（7）满意（7）基本满意（7）基本满意（7）5．

起动电电机和延时等等待不满意**（5）基本满意（7）基本满意（7）基本满意（6）6.永远循环和和发音满意（7）基本满意（7）基本满意（7）满意（8）7.红外测障满意（8）非常满意（10）基本满意（7）满意（8）8.条件判断满意（7）满意（8）基本满意（8）满意（8）9.迷宫满意（8）满意（8）满意（9）满意（8）10.亮度检测测满意（9）非常满意（10）非常满意（10）非常满意（10）11.碰撞检测测满意（9）非常满意（10）满意（8）非常满意（10）*发生不满意的的原因：前一一节对机器人人结构的铺垫垫不够，学生生也是第一次次接触程序。**发生不满意意的原因：实实物与仿真环环境对应有一一定问题，学学生在理解上上存在一定误误区。经过一段时间的的试验，我们们收集了大量量试验数据，并并对数据进行行了统计。上上表是对数据据结果的一个个结果展示。从数据统计的结结果来看，学学生在知识方方面掌握的很很扎实，比较较圆满的完成成了教学任务务。学生对机机器人本身有有了比较深刻刻的认识，与与教师的配合合日渐默契。四、课题研究的的结果分析1