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    基于Proteus仿真系統(tǒng)的智能機(jī)器人教學(xué)實(shí)踐

    2014-11-04 12:32:27金書輝
    新課程·上旬 2014年8期
    關(guān)鍵詞:機(jī)器人教學(xué)機(jī)器人教育初中信息技術(shù)

    摘 要:機(jī)器人教育是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)踐能力的優(yōu)秀平臺(tái),但是在機(jī)器人教育的普及方面,受場(chǎng)地及實(shí)驗(yàn)器材等原因制約,效果不理想。嘗試應(yīng)用Proteus仿真系統(tǒng),將程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)與智能機(jī)器人硬件系統(tǒng)建立聯(lián)系,在初中信息技術(shù)常規(guī)課堂中開展機(jī)器人教學(xué)實(shí)驗(yàn),嘗試通過機(jī)器人教學(xué),解決信息技術(shù)教學(xué)中存在的一些問題。

    關(guān)鍵詞:初中信息技術(shù);機(jī)器人教學(xué);機(jī)器人教育;仿真Proteus

    近年來,機(jī)器人作為一個(gè)融合多學(xué)科內(nèi)容的學(xué)習(xí)領(lǐng)域,在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、實(shí)踐能力方面,得到了學(xué)校以及信息教師的重視,特別是2003年頒布的普通高中新課程標(biāo)準(zhǔn)將“簡(jiǎn)易機(jī)器人制作”列入中小學(xué)選修內(nèi)容,使得我國(guó)機(jī)器人教育在大眾化、普及化層面上躍上了一個(gè)新臺(tái)階。很多學(xué)校開展了機(jī)器人教學(xué),并且在常規(guī)課堂中進(jìn)行了智能機(jī)器人的教學(xué)嘗試。

    一、機(jī)器人教育的價(jià)值

    1.增加了信息技術(shù)教學(xué)的“技術(shù)”含量

    基于機(jī)器人技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容,包括了數(shù)學(xué)、電子、程序、機(jī)械、自動(dòng)控制等相關(guān)領(lǐng)域的內(nèi)容,通過機(jī)器人技術(shù)的學(xué)習(xí),可以讓學(xué)生了解硬件及軟件協(xié)調(diào)工作的基本原理,認(rèn)識(shí)基本的電子元器件、簡(jiǎn)單電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、基本算法等方面知識(shí),了解智能機(jī)器人處理信息的全過程,這樣的內(nèi)容設(shè)置,有利于整合信息技術(shù)中的科技含量,普及機(jī)器人科學(xué)與技術(shù)知識(shí),消除學(xué)生與現(xiàn)代科技的隔膜。

    2.有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力

    學(xué)生在機(jī)器人的學(xué)習(xí)過程中,通過完成任務(wù),探究問題、激發(fā)創(chuàng)造的欲望,享受創(chuàng)造的樂趣。通過機(jī)器人培養(yǎng)學(xué)生的想象力、批判思維能力以及在實(shí)踐中不斷創(chuàng)新的能力。機(jī)器人制作強(qiáng)調(diào)心智與動(dòng)作技能的結(jié)合,強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。學(xué)生通過動(dòng)手操作,能充分地提高自己的設(shè)計(jì)與制作能力、技術(shù)探究能力以及利用技術(shù)解決實(shí)際問題的能力。教育機(jī)器人是科學(xué)教育與現(xiàn)代信息化教育中重要的教學(xué)載體,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力及研究性學(xué)習(xí)能力發(fā)揮著十分重要的作用。

    3.引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入技術(shù)世界,增強(qiáng)其社會(huì)適應(yīng)性

    機(jī)器人課程引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會(huì),提高了學(xué)生學(xué)習(xí)技術(shù)的興趣與責(zé)任感,學(xué)生在學(xué)習(xí)中,能夠更深切地感受到信息時(shí)代技術(shù)發(fā)展給社會(huì)帶來的變化,感受到日常生活中技術(shù)的存在,更理性地看待技術(shù),并利用技術(shù)更廣泛地參與社會(huì)生活,提高對(duì)未來社會(huì)的適應(yīng)性。

    二、對(duì)機(jī)器人教育的認(rèn)識(shí)

    彭紹東①教授認(rèn)為機(jī)器人教育是指學(xué)習(xí)、利用機(jī)器人,優(yōu)化教育效果及師生勞動(dòng)方式的理論與實(shí)踐。智能機(jī)器人的本質(zhì)是單片機(jī)技術(shù),是指在程序控制下,控制外部電路以及機(jī)械裝置,并利用傳感器檢測(cè)外部數(shù)據(jù),自動(dòng)完成一定操作的智能設(shè)備。智能機(jī)器人技術(shù)融合了機(jī)械造型、電子傳感器、計(jì)算機(jī)軟硬件和人工智能等眾多先進(jìn)技術(shù),綜合了多學(xué)科的發(fā)展成果,代表了高新技術(shù)的發(fā)展前沿。作為信息技術(shù)與通用技術(shù)的交集,智能機(jī)器人教育已經(jīng)成為促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手與動(dòng)腦相結(jié)合、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的智能平臺(tái),對(duì)學(xué)生理解技術(shù)、使用技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)解決實(shí)際問題等技術(shù)素養(yǎng)的提高具有奠基、引領(lǐng)的作用。

    我校從2007年開始機(jī)器人教育,但是由于設(shè)備、場(chǎng)地等原因,只能有少數(shù)的同學(xué)參與到機(jī)器人項(xiàng)目的學(xué)習(xí)。2013~2014學(xué)年上學(xué)期,我在初二的三個(gè)班級(jí)中進(jìn)行了“智能機(jī)器人教育走進(jìn)常規(guī)課堂”的教學(xué)實(shí)驗(yàn),嘗試將智能機(jī)器人引入到信息技術(shù)的常規(guī)教學(xué)中,讓更多的學(xué)生接觸到智能機(jī)器人的內(nèi)容。

    三、虛擬技術(shù)為機(jī)器人教學(xué)提供支持

    虛擬技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù),通過計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下生成一個(gè)逼真的、三維的、具有一定的視、聽、觸、嗅等多種感官參與的環(huán)境。在教學(xué)過程中,我們使用了Proteus仿真軟件,它是著名的EDA(Electronic Design Automation)工具,從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真、PCB設(shè)計(jì),是目前唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件合為一體的設(shè)計(jì)平臺(tái),Proteus虛擬技術(shù)為程序設(shè)計(jì)與智能機(jī)器人的硬件控制系統(tǒng)架起了一座橋梁。在機(jī)器人教學(xué)中應(yīng)用仿真軟件,有很多優(yōu)點(diǎn):

    1.為學(xué)生提供了更多實(shí)驗(yàn)、探究的機(jī)會(huì)

    虛擬系統(tǒng)中所創(chuàng)設(shè)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,可以更多地給學(xué)生提供嘗試、探索的機(jī)會(huì),不用擔(dān)心會(huì)損壞設(shè)備、造成人員傷害,擺脫了對(duì)硬件設(shè)備的依賴,同時(shí)也避免了意外因素干擾影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不利現(xiàn)象,更符合學(xué)生自主建構(gòu)的學(xué)習(xí)方式。

    2.為程序設(shè)計(jì)與算法教學(xué)找到了更有生命力的契合點(diǎn)

    信息技術(shù)學(xué)科需要加強(qiáng)程序與算法內(nèi)容的教學(xué)。程序與算法是解決問題的一種方法、一種思維,在中學(xué)階段進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué),對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、創(chuàng)新能力是極為有益的。在機(jī)器人的教學(xué)過程中,通過仿真系統(tǒng),將抽象的程序直觀化,提高了學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的興趣。

    四、教學(xué)實(shí)例分析——?jiǎng)?chuàng)意“心”型彩燈

    任務(wù):在下圖所示的仿真環(huán)境中,編程實(shí)現(xiàn)“心”型小燈創(chuàng)意閃爍。

    教學(xué)目標(biāo):能夠獨(dú)立編程,實(shí)現(xiàn)“心型”小燈的創(chuàng)意閃爍。掌握程序的編譯方法;掌握仿真系統(tǒng)的調(diào)試,能夠理解“心”型小燈的電路原理。

    教學(xué)重點(diǎn):程序的編寫與調(diào)試是重點(diǎn),難點(diǎn)是程序與電路之間關(guān)系的理解。

    教學(xué)策略:為降低學(xué)生編程的難度,老師提供了程序的主體框架,學(xué)生可在此基礎(chǔ)上修改和補(bǔ)充;虛擬結(jié)合:將學(xué)生編譯生成的文件,下載到實(shí)際的電路中,進(jìn)行演示,讓學(xué)生理解仿真系統(tǒng)與實(shí)物之間的關(guān)系;鼓勵(lì)學(xué)生嘗試,通過仿真效果檢驗(yàn)所寫的程序是否正確。

    教學(xué)過程:(略)

    五、來自學(xué)生的教學(xué)反饋

    學(xué)期末,我讓學(xué)生同時(shí)提交一份Word文檔,談一下這學(xué)期的課堂收獲與教學(xué)建議。在此,摘錄部分同學(xué)的反饋內(nèi)容與大家分享。

    馮××:我對(duì)這個(gè)學(xué)期的這門單片機(jī)課程很感興趣,它能用電腦中C語(yǔ)言控制現(xiàn)實(shí)中的電路,這讓我很感興趣。

    耿××:這學(xué)期的微機(jī)課我收獲很大,學(xué)會(huì)了編程序,課余的時(shí)間也變得豐富起來,希望下學(xué)期有更精彩的內(nèi)容。

    王××:我覺得金老師的這個(gè)課很有意思。它不僅開啟了我們的物理電學(xué)思維,而且對(duì)我們今后的各科學(xué)習(xí)會(huì)有許多好處,回歸學(xué)生愛創(chuàng)造的天性。

    魏××:老師,我想這一學(xué)期的信息課是我收獲最多的信息課,您帶我們走進(jìn)了真正的科技世界,學(xué)習(xí)了真正的信息語(yǔ)言。希望老師能夠?qū)⒎抡嫦到y(tǒng)的課程要領(lǐng)繼續(xù)傳授給我們,很期待接下來更神奇的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言!

    于××:本學(xué)期教學(xué)內(nèi)容很讓人感興趣,內(nèi)容豐富,引人深思,不過希望老師能多進(jìn)行指導(dǎo),希望下學(xué)期還能繼續(xù)做這類程序。

    趙××:希望期末過后展開興趣小組,在程序上可以教一些更難的、比較貼近生活的,興趣小組可以教一些自己動(dòng)手做的。

    周××:老師,我很喜歡你在課堂上所教的東西,很實(shí)用,我很愿意學(xué)您的課程。老師,下學(xué)期還要你教哦。

    王××:學(xué)習(xí)單片機(jī)課程讓我體會(huì)到了一個(gè)全新的計(jì)算機(jī)世界??吹阶约旱膭趧?dòng)成果,甚是欣慰。希望在以后的學(xué)習(xí)過程中,能更深入地了解單片機(jī)技術(shù),制作出自己的作品。

    學(xué)生對(duì)這一學(xué)期的學(xué)習(xí)內(nèi)容很感興趣,下一步需要做的工作是繼續(xù)完善相應(yīng)校本教材的開發(fā),調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與方法,和同學(xué)們一起收獲學(xué)習(xí)與創(chuàng)造的樂趣。

    參考文獻(xiàn):

    [1]王改霞,樸姬順.國(guó)內(nèi)機(jī)器人教育研究發(fā)展綜述[J].中國(guó)教育信息化,2012(12):14-18.

    [2]王益.融入STS教育理念的機(jī)器人教學(xué)探索[J].中國(guó)電化教育,2009(3):90-92.

    [3]葛文雙,傅鋼善,史婷.我國(guó)中小學(xué)機(jī)器人教育發(fā)展中的若干問題分析[J].中國(guó)教育信息化,2008(08):4-7.

    [4]鐘啟泉.國(guó)外“科學(xué)素養(yǎng)”說與理科課程改革[J].比較教育研究,1997(1):16-21.

    [5]彭紹東.論機(jī)器人教育(上)(下)[J].電化教育研究,2002(6):3-7,2002(7):16-19.

    作者簡(jiǎn)介:金書輝,男,1971年4月出生,博士,就職學(xué)校:吉林省長(zhǎng)春市東北師大附中,研究方向:教育技術(shù)。

    摘 要:機(jī)器人教育是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)踐能力的優(yōu)秀平臺(tái),但是在機(jī)器人教育的普及方面,受場(chǎng)地及實(shí)驗(yàn)器材等原因制約,效果不理想。嘗試應(yīng)用Proteus仿真系統(tǒng),將程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)與智能機(jī)器人硬件系統(tǒng)建立聯(lián)系,在初中信息技術(shù)常規(guī)課堂中開展機(jī)器人教學(xué)實(shí)驗(yàn),嘗試通過機(jī)器人教學(xué),解決信息技術(shù)教學(xué)中存在的一些問題。

    關(guān)鍵詞:初中信息技術(shù);機(jī)器人教學(xué);機(jī)器人教育;仿真Proteus

    近年來,機(jī)器人作為一個(gè)融合多學(xué)科內(nèi)容的學(xué)習(xí)領(lǐng)域,在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、實(shí)踐能力方面,得到了學(xué)校以及信息教師的重視,特別是2003年頒布的普通高中新課程標(biāo)準(zhǔn)將“簡(jiǎn)易機(jī)器人制作”列入中小學(xué)選修內(nèi)容,使得我國(guó)機(jī)器人教育在大眾化、普及化層面上躍上了一個(gè)新臺(tái)階。很多學(xué)校開展了機(jī)器人教學(xué),并且在常規(guī)課堂中進(jìn)行了智能機(jī)器人的教學(xué)嘗試。

    一、機(jī)器人教育的價(jià)值

    1.增加了信息技術(shù)教學(xué)的“技術(shù)”含量

    基于機(jī)器人技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容,包括了數(shù)學(xué)、電子、程序、機(jī)械、自動(dòng)控制等相關(guān)領(lǐng)域的內(nèi)容,通過機(jī)器人技術(shù)的學(xué)習(xí),可以讓學(xué)生了解硬件及軟件協(xié)調(diào)工作的基本原理,認(rèn)識(shí)基本的電子元器件、簡(jiǎn)單電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、基本算法等方面知識(shí),了解智能機(jī)器人處理信息的全過程,這樣的內(nèi)容設(shè)置,有利于整合信息技術(shù)中的科技含量,普及機(jī)器人科學(xué)與技術(shù)知識(shí),消除學(xué)生與現(xiàn)代科技的隔膜。

    2.有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力

    學(xué)生在機(jī)器人的學(xué)習(xí)過程中,通過完成任務(wù),探究問題、激發(fā)創(chuàng)造的欲望,享受創(chuàng)造的樂趣。通過機(jī)器人培養(yǎng)學(xué)生的想象力、批判思維能力以及在實(shí)踐中不斷創(chuàng)新的能力。機(jī)器人制作強(qiáng)調(diào)心智與動(dòng)作技能的結(jié)合,強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。學(xué)生通過動(dòng)手操作,能充分地提高自己的設(shè)計(jì)與制作能力、技術(shù)探究能力以及利用技術(shù)解決實(shí)際問題的能力。教育機(jī)器人是科學(xué)教育與現(xiàn)代信息化教育中重要的教學(xué)載體,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力及研究性學(xué)習(xí)能力發(fā)揮著十分重要的作用。

    3.引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入技術(shù)世界,增強(qiáng)其社會(huì)適應(yīng)性

    機(jī)器人課程引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會(huì),提高了學(xué)生學(xué)習(xí)技術(shù)的興趣與責(zé)任感,學(xué)生在學(xué)習(xí)中,能夠更深切地感受到信息時(shí)代技術(shù)發(fā)展給社會(huì)帶來的變化,感受到日常生活中技術(shù)的存在,更理性地看待技術(shù),并利用技術(shù)更廣泛地參與社會(huì)生活,提高對(duì)未來社會(huì)的適應(yīng)性。

    二、對(duì)機(jī)器人教育的認(rèn)識(shí)

    彭紹東①教授認(rèn)為機(jī)器人教育是指學(xué)習(xí)、利用機(jī)器人,優(yōu)化教育效果及師生勞動(dòng)方式的理論與實(shí)踐。智能機(jī)器人的本質(zhì)是單片機(jī)技術(shù),是指在程序控制下,控制外部電路以及機(jī)械裝置,并利用傳感器檢測(cè)外部數(shù)據(jù),自動(dòng)完成一定操作的智能設(shè)備。智能機(jī)器人技術(shù)融合了機(jī)械造型、電子傳感器、計(jì)算機(jī)軟硬件和人工智能等眾多先進(jìn)技術(shù),綜合了多學(xué)科的發(fā)展成果,代表了高新技術(shù)的發(fā)展前沿。作為信息技術(shù)與通用技術(shù)的交集,智能機(jī)器人教育已經(jīng)成為促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手與動(dòng)腦相結(jié)合、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的智能平臺(tái),對(duì)學(xué)生理解技術(shù)、使用技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)解決實(shí)際問題等技術(shù)素養(yǎng)的提高具有奠基、引領(lǐng)的作用。

    我校從2007年開始機(jī)器人教育,但是由于設(shè)備、場(chǎng)地等原因,只能有少數(shù)的同學(xué)參與到機(jī)器人項(xiàng)目的學(xué)習(xí)。2013~2014學(xué)年上學(xué)期,我在初二的三個(gè)班級(jí)中進(jìn)行了“智能機(jī)器人教育走進(jìn)常規(guī)課堂”的教學(xué)實(shí)驗(yàn),嘗試將智能機(jī)器人引入到信息技術(shù)的常規(guī)教學(xué)中,讓更多的學(xué)生接觸到智能機(jī)器人的內(nèi)容。

    三、虛擬技術(shù)為機(jī)器人教學(xué)提供支持

    虛擬技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù),通過計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下生成一個(gè)逼真的、三維的、具有一定的視、聽、觸、嗅等多種感官參與的環(huán)境。在教學(xué)過程中,我們使用了Proteus仿真軟件,它是著名的EDA(Electronic Design Automation)工具,從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真、PCB設(shè)計(jì),是目前唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件合為一體的設(shè)計(jì)平臺(tái),Proteus虛擬技術(shù)為程序設(shè)計(jì)與智能機(jī)器人的硬件控制系統(tǒng)架起了一座橋梁。在機(jī)器人教學(xué)中應(yīng)用仿真軟件,有很多優(yōu)點(diǎn):

    1.為學(xué)生提供了更多實(shí)驗(yàn)、探究的機(jī)會(huì)

    虛擬系統(tǒng)中所創(chuàng)設(shè)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,可以更多地給學(xué)生提供嘗試、探索的機(jī)會(huì),不用擔(dān)心會(huì)損壞設(shè)備、造成人員傷害,擺脫了對(duì)硬件設(shè)備的依賴,同時(shí)也避免了意外因素干擾影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不利現(xiàn)象,更符合學(xué)生自主建構(gòu)的學(xué)習(xí)方式。

    2.為程序設(shè)計(jì)與算法教學(xué)找到了更有生命力的契合點(diǎn)

    信息技術(shù)學(xué)科需要加強(qiáng)程序與算法內(nèi)容的教學(xué)。程序與算法是解決問題的一種方法、一種思維,在中學(xué)階段進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué),對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、創(chuàng)新能力是極為有益的。在機(jī)器人的教學(xué)過程中,通過仿真系統(tǒng),將抽象的程序直觀化,提高了學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的興趣。

    四、教學(xué)實(shí)例分析——?jiǎng)?chuàng)意“心”型彩燈

    任務(wù):在下圖所示的仿真環(huán)境中,編程實(shí)現(xiàn)“心”型小燈創(chuàng)意閃爍。

    教學(xué)目標(biāo):能夠獨(dú)立編程,實(shí)現(xiàn)“心型”小燈的創(chuàng)意閃爍。掌握程序的編譯方法;掌握仿真系統(tǒng)的調(diào)試,能夠理解“心”型小燈的電路原理。

    教學(xué)重點(diǎn):程序的編寫與調(diào)試是重點(diǎn),難點(diǎn)是程序與電路之間關(guān)系的理解。

    教學(xué)策略:為降低學(xué)生編程的難度,老師提供了程序的主體框架,學(xué)生可在此基礎(chǔ)上修改和補(bǔ)充;虛擬結(jié)合:將學(xué)生編譯生成的文件,下載到實(shí)際的電路中,進(jìn)行演示,讓學(xué)生理解仿真系統(tǒng)與實(shí)物之間的關(guān)系;鼓勵(lì)學(xué)生嘗試,通過仿真效果檢驗(yàn)所寫的程序是否正確。

    教學(xué)過程:(略)

    五、來自學(xué)生的教學(xué)反饋

    學(xué)期末,我讓學(xué)生同時(shí)提交一份Word文檔,談一下這學(xué)期的課堂收獲與教學(xué)建議。在此,摘錄部分同學(xué)的反饋內(nèi)容與大家分享。

    馮××:我對(duì)這個(gè)學(xué)期的這門單片機(jī)課程很感興趣,它能用電腦中C語(yǔ)言控制現(xiàn)實(shí)中的電路,這讓我很感興趣。

    耿××:這學(xué)期的微機(jī)課我收獲很大,學(xué)會(huì)了編程序,課余的時(shí)間也變得豐富起來,希望下學(xué)期有更精彩的內(nèi)容。

    王××:我覺得金老師的這個(gè)課很有意思。它不僅開啟了我們的物理電學(xué)思維,而且對(duì)我們今后的各科學(xué)習(xí)會(huì)有許多好處,回歸學(xué)生愛創(chuàng)造的天性。

    魏××:老師,我想這一學(xué)期的信息課是我收獲最多的信息課,您帶我們走進(jìn)了真正的科技世界,學(xué)習(xí)了真正的信息語(yǔ)言。希望老師能夠?qū)⒎抡嫦到y(tǒng)的課程要領(lǐng)繼續(xù)傳授給我們,很期待接下來更神奇的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言!

    于××:本學(xué)期教學(xué)內(nèi)容很讓人感興趣,內(nèi)容豐富,引人深思,不過希望老師能多進(jìn)行指導(dǎo),希望下學(xué)期還能繼續(xù)做這類程序。

    趙××:希望期末過后展開興趣小組,在程序上可以教一些更難的、比較貼近生活的,興趣小組可以教一些自己動(dòng)手做的。

    周××:老師,我很喜歡你在課堂上所教的東西,很實(shí)用,我很愿意學(xué)您的課程。老師,下學(xué)期還要你教哦。

    王××:學(xué)習(xí)單片機(jī)課程讓我體會(huì)到了一個(gè)全新的計(jì)算機(jī)世界??吹阶约旱膭趧?dòng)成果,甚是欣慰。希望在以后的學(xué)習(xí)過程中,能更深入地了解單片機(jī)技術(shù),制作出自己的作品。

    學(xué)生對(duì)這一學(xué)期的學(xué)習(xí)內(nèi)容很感興趣,下一步需要做的工作是繼續(xù)完善相應(yīng)校本教材的開發(fā),調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與方法,和同學(xué)們一起收獲學(xué)習(xí)與創(chuàng)造的樂趣。

    參考文獻(xiàn):

    [1]王改霞,樸姬順.國(guó)內(nèi)機(jī)器人教育研究發(fā)展綜述[J].中國(guó)教育信息化,2012(12):14-18.

    [2]王益.融入STS教育理念的機(jī)器人教學(xué)探索[J].中國(guó)電化教育,2009(3):90-92.

    [3]葛文雙,傅鋼善,史婷.我國(guó)中小學(xué)機(jī)器人教育發(fā)展中的若干問題分析[J].中國(guó)教育信息化,2008(08):4-7.

    [4]鐘啟泉.國(guó)外“科學(xué)素養(yǎng)”說與理科課程改革[J].比較教育研究,1997(1):16-21.

    [5]彭紹東.論機(jī)器人教育(上)(下)[J].電化教育研究,2002(6):3-7,2002(7):16-19.

    作者簡(jiǎn)介:金書輝,男,1971年4月出生,博士,就職學(xué)校:吉林省長(zhǎng)春市東北師大附中,研究方向:教育技術(shù)。

    摘 要:機(jī)器人教育是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)踐能力的優(yōu)秀平臺(tái),但是在機(jī)器人教育的普及方面,受場(chǎng)地及實(shí)驗(yàn)器材等原因制約,效果不理想。嘗試應(yīng)用Proteus仿真系統(tǒng),將程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)與智能機(jī)器人硬件系統(tǒng)建立聯(lián)系,在初中信息技術(shù)常規(guī)課堂中開展機(jī)器人教學(xué)實(shí)驗(yàn),嘗試通過機(jī)器人教學(xué),解決信息技術(shù)教學(xué)中存在的一些問題。

    關(guān)鍵詞:初中信息技術(shù);機(jī)器人教學(xué);機(jī)器人教育;仿真Proteus

    近年來,機(jī)器人作為一個(gè)融合多學(xué)科內(nèi)容的學(xué)習(xí)領(lǐng)域,在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、實(shí)踐能力方面,得到了學(xué)校以及信息教師的重視,特別是2003年頒布的普通高中新課程標(biāo)準(zhǔn)將“簡(jiǎn)易機(jī)器人制作”列入中小學(xué)選修內(nèi)容,使得我國(guó)機(jī)器人教育在大眾化、普及化層面上躍上了一個(gè)新臺(tái)階。很多學(xué)校開展了機(jī)器人教學(xué),并且在常規(guī)課堂中進(jìn)行了智能機(jī)器人的教學(xué)嘗試。

    一、機(jī)器人教育的價(jià)值

    1.增加了信息技術(shù)教學(xué)的“技術(shù)”含量

    基于機(jī)器人技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容,包括了數(shù)學(xué)、電子、程序、機(jī)械、自動(dòng)控制等相關(guān)領(lǐng)域的內(nèi)容,通過機(jī)器人技術(shù)的學(xué)習(xí),可以讓學(xué)生了解硬件及軟件協(xié)調(diào)工作的基本原理,認(rèn)識(shí)基本的電子元器件、簡(jiǎn)單電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、基本算法等方面知識(shí),了解智能機(jī)器人處理信息的全過程,這樣的內(nèi)容設(shè)置,有利于整合信息技術(shù)中的科技含量,普及機(jī)器人科學(xué)與技術(shù)知識(shí),消除學(xué)生與現(xiàn)代科技的隔膜。

    2.有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力

    學(xué)生在機(jī)器人的學(xué)習(xí)過程中,通過完成任務(wù),探究問題、激發(fā)創(chuàng)造的欲望,享受創(chuàng)造的樂趣。通過機(jī)器人培養(yǎng)學(xué)生的想象力、批判思維能力以及在實(shí)踐中不斷創(chuàng)新的能力。機(jī)器人制作強(qiáng)調(diào)心智與動(dòng)作技能的結(jié)合,強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。學(xué)生通過動(dòng)手操作,能充分地提高自己的設(shè)計(jì)與制作能力、技術(shù)探究能力以及利用技術(shù)解決實(shí)際問題的能力。教育機(jī)器人是科學(xué)教育與現(xiàn)代信息化教育中重要的教學(xué)載體,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力及研究性學(xué)習(xí)能力發(fā)揮著十分重要的作用。

    3.引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入技術(shù)世界,增強(qiáng)其社會(huì)適應(yīng)性

    機(jī)器人課程引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會(huì),提高了學(xué)生學(xué)習(xí)技術(shù)的興趣與責(zé)任感,學(xué)生在學(xué)習(xí)中,能夠更深切地感受到信息時(shí)代技術(shù)發(fā)展給社會(huì)帶來的變化,感受到日常生活中技術(shù)的存在,更理性地看待技術(shù),并利用技術(shù)更廣泛地參與社會(huì)生活,提高對(duì)未來社會(huì)的適應(yīng)性。

    二、對(duì)機(jī)器人教育的認(rèn)識(shí)

    彭紹東①教授認(rèn)為機(jī)器人教育是指學(xué)習(xí)、利用機(jī)器人,優(yōu)化教育效果及師生勞動(dòng)方式的理論與實(shí)踐。智能機(jī)器人的本質(zhì)是單片機(jī)技術(shù),是指在程序控制下,控制外部電路以及機(jī)械裝置,并利用傳感器檢測(cè)外部數(shù)據(jù),自動(dòng)完成一定操作的智能設(shè)備。智能機(jī)器人技術(shù)融合了機(jī)械造型、電子傳感器、計(jì)算機(jī)軟硬件和人工智能等眾多先進(jìn)技術(shù),綜合了多學(xué)科的發(fā)展成果,代表了高新技術(shù)的發(fā)展前沿。作為信息技術(shù)與通用技術(shù)的交集,智能機(jī)器人教育已經(jīng)成為促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手與動(dòng)腦相結(jié)合、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的智能平臺(tái),對(duì)學(xué)生理解技術(shù)、使用技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)解決實(shí)際問題等技術(shù)素養(yǎng)的提高具有奠基、引領(lǐng)的作用。

    我校從2007年開始機(jī)器人教育,但是由于設(shè)備、場(chǎng)地等原因,只能有少數(shù)的同學(xué)參與到機(jī)器人項(xiàng)目的學(xué)習(xí)。2013~2014學(xué)年上學(xué)期,我在初二的三個(gè)班級(jí)中進(jìn)行了“智能機(jī)器人教育走進(jìn)常規(guī)課堂”的教學(xué)實(shí)驗(yàn),嘗試將智能機(jī)器人引入到信息技術(shù)的常規(guī)教學(xué)中,讓更多的學(xué)生接觸到智能機(jī)器人的內(nèi)容。

    三、虛擬技術(shù)為機(jī)器人教學(xué)提供支持

    虛擬技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù),通過計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下生成一個(gè)逼真的、三維的、具有一定的視、聽、觸、嗅等多種感官參與的環(huán)境。在教學(xué)過程中,我們使用了Proteus仿真軟件,它是著名的EDA(Electronic Design Automation)工具,從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真、PCB設(shè)計(jì),是目前唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件合為一體的設(shè)計(jì)平臺(tái),Proteus虛擬技術(shù)為程序設(shè)計(jì)與智能機(jī)器人的硬件控制系統(tǒng)架起了一座橋梁。在機(jī)器人教學(xué)中應(yīng)用仿真軟件,有很多優(yōu)點(diǎn):

    1.為學(xué)生提供了更多實(shí)驗(yàn)、探究的機(jī)會(huì)

    虛擬系統(tǒng)中所創(chuàng)設(shè)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,可以更多地給學(xué)生提供嘗試、探索的機(jī)會(huì),不用擔(dān)心會(huì)損壞設(shè)備、造成人員傷害,擺脫了對(duì)硬件設(shè)備的依賴,同時(shí)也避免了意外因素干擾影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不利現(xiàn)象,更符合學(xué)生自主建構(gòu)的學(xué)習(xí)方式。

    2.為程序設(shè)計(jì)與算法教學(xué)找到了更有生命力的契合點(diǎn)

    信息技術(shù)學(xué)科需要加強(qiáng)程序與算法內(nèi)容的教學(xué)。程序與算法是解決問題的一種方法、一種思維,在中學(xué)階段進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué),對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、創(chuàng)新能力是極為有益的。在機(jī)器人的教學(xué)過程中,通過仿真系統(tǒng),將抽象的程序直觀化,提高了學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的興趣。

    四、教學(xué)實(shí)例分析——?jiǎng)?chuàng)意“心”型彩燈

    任務(wù):在下圖所示的仿真環(huán)境中,編程實(shí)現(xiàn)“心”型小燈創(chuàng)意閃爍。

    教學(xué)目標(biāo):能夠獨(dú)立編程,實(shí)現(xiàn)“心型”小燈的創(chuàng)意閃爍。掌握程序的編譯方法;掌握仿真系統(tǒng)的調(diào)試,能夠理解“心”型小燈的電路原理。

    教學(xué)重點(diǎn):程序的編寫與調(diào)試是重點(diǎn),難點(diǎn)是程序與電路之間關(guān)系的理解。

    教學(xué)策略:為降低學(xué)生編程的難度,老師提供了程序的主體框架,學(xué)生可在此基礎(chǔ)上修改和補(bǔ)充;虛擬結(jié)合:將學(xué)生編譯生成的文件,下載到實(shí)際的電路中,進(jìn)行演示,讓學(xué)生理解仿真系統(tǒng)與實(shí)物之間的關(guān)系;鼓勵(lì)學(xué)生嘗試,通過仿真效果檢驗(yàn)所寫的程序是否正確。

    教學(xué)過程:(略)

    五、來自學(xué)生的教學(xué)反饋

    學(xué)期末,我讓學(xué)生同時(shí)提交一份Word文檔,談一下這學(xué)期的課堂收獲與教學(xué)建議。在此,摘錄部分同學(xué)的反饋內(nèi)容與大家分享。

    馮××:我對(duì)這個(gè)學(xué)期的這門單片機(jī)課程很感興趣,它能用電腦中C語(yǔ)言控制現(xiàn)實(shí)中的電路,這讓我很感興趣。

    耿××:這學(xué)期的微機(jī)課我收獲很大,學(xué)會(huì)了編程序,課余的時(shí)間也變得豐富起來,希望下學(xué)期有更精彩的內(nèi)容。

    王××:我覺得金老師的這個(gè)課很有意思。它不僅開啟了我們的物理電學(xué)思維,而且對(duì)我們今后的各科學(xué)習(xí)會(huì)有許多好處,回歸學(xué)生愛創(chuàng)造的天性。

    魏××:老師,我想這一學(xué)期的信息課是我收獲最多的信息課,您帶我們走進(jìn)了真正的科技世界,學(xué)習(xí)了真正的信息語(yǔ)言。希望老師能夠?qū)⒎抡嫦到y(tǒng)的課程要領(lǐng)繼續(xù)傳授給我們,很期待接下來更神奇的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言!

    于××:本學(xué)期教學(xué)內(nèi)容很讓人感興趣,內(nèi)容豐富,引人深思,不過希望老師能多進(jìn)行指導(dǎo),希望下學(xué)期還能繼續(xù)做這類程序。

    趙××:希望期末過后展開興趣小組,在程序上可以教一些更難的、比較貼近生活的,興趣小組可以教一些自己動(dòng)手做的。

    周××:老師,我很喜歡你在課堂上所教的東西,很實(shí)用,我很愿意學(xué)您的課程。老師,下學(xué)期還要你教哦。

    王××:學(xué)習(xí)單片機(jī)課程讓我體會(huì)到了一個(gè)全新的計(jì)算機(jī)世界??吹阶约旱膭趧?dòng)成果,甚是欣慰。希望在以后的學(xué)習(xí)過程中,能更深入地了解單片機(jī)技術(shù),制作出自己的作品。

    學(xué)生對(duì)這一學(xué)期的學(xué)習(xí)內(nèi)容很感興趣,下一步需要做的工作是繼續(xù)完善相應(yīng)校本教材的開發(fā),調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與方法,和同學(xué)們一起收獲學(xué)習(xí)與創(chuàng)造的樂趣。

    參考文獻(xiàn):

    [1]王改霞,樸姬順.國(guó)內(nèi)機(jī)器人教育研究發(fā)展綜述[J].中國(guó)教育信息化,2012(12):14-18.

    [2]王益.融入STS教育理念的機(jī)器人教學(xué)探索[J].中國(guó)電化教育,2009(3):90-92.

    [3]葛文雙,傅鋼善,史婷.我國(guó)中小學(xué)機(jī)器人教育發(fā)展中的若干問題分析[J].中國(guó)教育信息化,2008(08):4-7.

    [4]鐘啟泉.國(guó)外“科學(xué)素養(yǎng)”說與理科課程改革[J].比較教育研究,1997(1):16-21.

    [5]彭紹東.論機(jī)器人教育(上)(下)[J].電化教育研究,2002(6):3-7,2002(7):16-19.

    作者簡(jiǎn)介:金書輝,男,1971年4月出生,博士,就職學(xué)校:吉林省長(zhǎng)春市東北師大附中,研究方向:教育技術(shù)。

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