教學(xué)機(jī)器人在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用研究

周游

摘 要：筆者在本文中首先闡述教學(xué)機(jī)器人在物理教學(xué)中的意義，然后具體分析了教學(xué)機(jī)器人在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用，說(shuō)明機(jī)器人在物理課堂教學(xué)中的使用可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)的時(shí)候體會(huì)到學(xué)習(xí)的樂趣，同時(shí)也促進(jìn)了教學(xué)目標(biāo)的高效實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；課堂教學(xué)；初中物理

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1002-7661（2014）21-255-01

隨著科學(xué)信息技術(shù)的普及，很多機(jī)器人競(jìng)賽逐漸在青少年中展，其中以機(jī)器人作為教育內(nèi)容的第二課堂和其他競(jìng)賽輔導(dǎo)形式也發(fā)展迅速。機(jī)器人與物理學(xué)科之間有著不可分割的聯(lián)系，不管是機(jī)器人的電子原件還是結(jié)構(gòu)上，都能從物理學(xué)中找到相應(yīng)的理論知識(shí)，因此，教學(xué)機(jī)器人在物理學(xué)科教學(xué)中得到有效應(yīng)用。

一、教學(xué)機(jī)器人對(duì)于初中物理教學(xué)的意義簡(jiǎn)析

教學(xué)機(jī)器人既不是一門學(xué)科也不是一門課程，它只是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展融入我國(guó)課程改革過程中的內(nèi)容之一。在初中物理教學(xué)中，教學(xué)機(jī)器人已經(jīng)在課程中滲入得越來(lái)越多，成為這門課程的重要組成部分。筆者總結(jié)了教學(xué)機(jī)器人的特點(diǎn)，主要有三：

1、教學(xué)創(chuàng)新性

教學(xué)機(jī)器人在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用其主要的目的之一就是讓學(xué)生的創(chuàng)新精神得到培養(yǎng)，教學(xué)活動(dòng)與教學(xué)機(jī)器人的結(jié)合可以讓其設(shè)計(jì)、活動(dòng)模式及教學(xué)方法和評(píng)價(jià)模式都具有創(chuàng)新性，學(xué)生在創(chuàng)新的教學(xué)活動(dòng)中，其創(chuàng)新思維能力也能得到良好的培養(yǎng)。

2、內(nèi)容綜合性

教學(xué)機(jī)器人是材料、機(jī)械制造原理、能源轉(zhuǎn)換、信息技術(shù)等方面的集成，具有很強(qiáng)的綜合性，而將其融入到物理教學(xué)中，也將讓教學(xué)內(nèi)容富于綜合性，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

3、資源開放性

物理學(xué)科中教學(xué)機(jī)器人的應(yīng)用是一種開放性的資源，它突破了傳統(tǒng)教學(xué)課堂的封閉性，拓寬了課堂內(nèi)外、書本內(nèi)外的界限，能將各種教學(xué)資源與物理學(xué)科進(jìn)行整合，從而高效的實(shí)現(xiàn)物理學(xué)科的教學(xué)目標(biāo)。

二、教學(xué)機(jī)器人在應(yīng)用于《杠桿》教學(xué)中

杠桿作為初中物理中的重點(diǎn)內(nèi)容，也是較難掌握的內(nèi)容，雖然在教學(xué)過程中有相關(guān)的探究性試驗(yàn)可以讓學(xué)生對(duì)相應(yīng)的知識(shí)進(jìn)行理解，但是杠桿原理知識(shí)靈活性較大，能夠供學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的例子卻比較少，所以即便學(xué)生掌握了牢固的理論知識(shí)，但是要運(yùn)用起來(lái)仍然比較困難。但是杠桿原理在機(jī)器人科學(xué)領(lǐng)域卻運(yùn)用得十分廣泛，機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)及能量的轉(zhuǎn)換傳輸?shù)榷寂c杠桿作用有著莫大的聯(lián)系。學(xué)生在進(jìn)行機(jī)器人構(gòu)建的過程中一定會(huì)應(yīng)用到杠桿知識(shí)，很多時(shí)候，為了能夠更好的讓機(jī)器人的功用發(fā)揮，他們不得不對(duì)杠桿原理作出深入研究。這種從實(shí)踐需要而產(chǎn)生的學(xué)習(xí)知識(shí)欲望遠(yuǎn)比書本上的文字知識(shí)來(lái)得主動(dòng)和深刻，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與積極性都得到很好的激發(fā)。

比如，怎么樣讓機(jī)器人的機(jī)械臂更好的去抓住物體是一個(gè)讓學(xué)生頗費(fèi)腦筋的問題，筆者在利用教學(xué)機(jī)器人模型運(yùn)用到這一知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)中。首先對(duì)學(xué)生提出相關(guān)的問題：機(jī)器人的抓臂是什么類型的杠桿？（費(fèi)力杠桿）它所具有的特點(diǎn)適合抓拿住什么類型的東西？機(jī)器人的手臂是具有什么特點(diǎn)的杠桿，它在抓取物體的過程中應(yīng)該注意什么？機(jī)器人的機(jī)械臂的幅度應(yīng)該如何控制才不至于出現(xiàn)損壞問題，它們的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)各是什么？我們應(yīng)該如何改進(jìn)？學(xué)生一邊運(yùn)用機(jī)器人進(jìn)行抓取物體的操作，一邊積極討論杠桿原理知識(shí)，教學(xué)所需要傳授的知識(shí)就在學(xué)生的問題探究活動(dòng)中印入學(xué)生腦海。這個(gè)教學(xué)過程不是填鴨式的說(shuō)教，也沒有“典型例題”的講解，更多的是讓學(xué)生主動(dòng)去探索，去學(xué)習(xí)，主動(dòng)汲取需要的知識(shí)。

三、教學(xué)機(jī)器人在應(yīng)用于《摩擦力》教學(xué)中

機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式大致分為腿和輪胎兩種。輪胎這種方式靈活性大、組織起來(lái)也較為方便，因而被廣泛使用。但是在不同的任務(wù)中，輪胎的選擇頗為重要。筆者在此以樂高教學(xué)機(jī)器人為例：在基本的套裝內(nèi)有多種供學(xué)生在不同場(chǎng)地選擇的輪胎，而學(xué)生選擇輪胎的知識(shí)點(diǎn)就是摩擦力知識(shí)，傳統(tǒng)教學(xué)中，摩擦力是一個(gè)非常抽象且不容易理解的內(nèi)容。引入教學(xué)機(jī)器人之后很多知識(shí)點(diǎn)就有了具體的例證，這部分的學(xué)習(xí)也就化抽象為具體。筆者帶領(lǐng)學(xué)生參加青少年機(jī)器人足球比賽的活動(dòng)中，由于比賽場(chǎng)地太光滑，導(dǎo)致機(jī)器人出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象，學(xué)生在中場(chǎng)休息時(shí)間中，用隨身配備的簡(jiǎn)易工具在輪胎上劃刻出一些紋路，打滑的問題得到了很好的緩解。比賽之后學(xué)生很自豪的向筆者匯報(bào)道：“老師，其實(shí)我們就是利用了物理學(xué)習(xí)里面的摩擦力知識(shí)，增加機(jī)器人輪胎與地面的摩擦力，就解決了打滑的問題”，由此可見，機(jī)器人對(duì)于學(xué)生物理知識(shí)的學(xué)習(xí)和運(yùn)用有著很好的效果。

四、教學(xué)機(jī)器人在應(yīng)用于《電動(dòng)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)》教學(xué)中

“電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)”這一內(nèi)容在進(jìn)行教學(xué)時(shí)，細(xì)心的學(xué)生經(jīng)過比較就會(huì)發(fā)現(xiàn)二者的有完全一樣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不同的在于外界提供電源時(shí)線圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，而外界提供傳動(dòng)力時(shí)線圈中出現(xiàn)感應(yīng)電流。那么，若是電動(dòng)機(jī)的線圈先轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)不會(huì)讓發(fā)電機(jī)發(fā)電呢？筆者拿出兩個(gè)一樣的電動(dòng)機(jī)并將二者連接，先將其中一個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，學(xué)生可以很快的發(fā)現(xiàn)另外的一個(gè)電動(dòng)機(jī)可開始運(yùn)轉(zhuǎn)。這就足以說(shuō)明電動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)的構(gòu)造是相同的，其不同的地方在于能量的轉(zhuǎn)化方向不一樣。筆者在教學(xué)中為學(xué)生演示這一實(shí)驗(yàn)，看到學(xué)生驚訝的表情便知道這一知識(shí)點(diǎn)已被他們記住，且留下了深刻的印象。由此可見，物理科學(xué)知識(shí)與教學(xué)機(jī)器人的結(jié)合對(duì)于課堂教學(xué)是事半功倍的。

將初中物理教學(xué)與教學(xué)機(jī)器人有效的結(jié)合在一起，教學(xué)效率得到很大的提高。學(xué)生在積極主動(dòng)地探究過程中輕松了掌握了需要掌握知識(shí)，原本抽象枯燥的物理學(xué)知識(shí)變得有趣、形象直觀，其創(chuàng)新能力也得到培養(yǎng)，這也是物理教學(xué)的目的。

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