信息技術(shù)引領(lǐng)下的機(jī)器人課堂

李萍

摘 ? 要：結(jié)合本次新課程改革的要求，關(guān)注新課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)，在通用技術(shù)課程中設(shè)置了《簡易機(jī)器人制作》（選修）的內(nèi)容，有效地把現(xiàn)代化的科學(xué)概念引入到校園里，開拓青少年的科技視野，提高青少年在科技方面的想象力及創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生綜合的視野及應(yīng)用信息技術(shù)知識(shí)和技能解決問題的能力。本文就簡易機(jī)器人制作在高中通用技術(shù)課堂上運(yùn)用信息技術(shù)教學(xué)的開展作了一番探究，同時(shí)對(duì)該課程實(shí)施中發(fā)現(xiàn)的一些問題產(chǎn)生了思考。

關(guān)鍵詞：科技創(chuàng)新教育;新課程;簡易機(jī)器人制作;信息技術(shù)

引言

在科技創(chuàng)新發(fā)展飛速的時(shí)代，傳統(tǒng)應(yīng)試教育越來越凸顯出它的弊端，狹隘的教育模式阻礙了學(xué)生個(gè)性的發(fā)展，扼殺了孩子與生俱來的創(chuàng)造力，而創(chuàng)新教育是為了迎接即將到來的知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代而提出來的。它不僅是方法的改革或教育內(nèi)容的增減，更是教育功能的重新定位，是帶有全局性、結(jié)構(gòu)性的教育革新和教育發(fā)展的價(jià)值追求，是新的時(shí)代背景下教育發(fā)展的方向。當(dāng)今世界新技術(shù)革命的挑戰(zhàn)和對(duì)新世紀(jì)人才的需求，使得各國紛紛把競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)放在教育改革上。而在世界性基礎(chǔ)教育課程改革的浪潮中，改革傳統(tǒng)的技術(shù)教育，設(shè)置富有時(shí)代特征的技術(shù)類課程，形成課程結(jié)構(gòu)中學(xué)術(shù)性課程與技術(shù)（技能）性課程的均衡性和合理張力，使學(xué)生適應(yīng)當(dāng)代以技術(shù)進(jìn)步為主導(dǎo)的社會(huì)發(fā)展的需要，成為眾多國家教育改革中的主流取向。

21世紀(jì)是機(jī)器人的時(shí)代，社會(huì)需要的將不只是知識(shí)的復(fù)制者，更需要的是創(chuàng)新人才。我們國家要從“中國制造”邁向“中國創(chuàng)造”，需要從小開始培養(yǎng)人才。因此，面對(duì)新的時(shí)代背景，為了適應(yīng)時(shí)代的需要，與時(shí)俱進(jìn)，時(shí)刻考慮學(xué)生的時(shí)代特征以及時(shí)代發(fā)展對(duì)學(xué)生的新要求，切實(shí)體現(xiàn)教育面向現(xiàn)代化、面向未來的精神，通用技術(shù)課程在《技術(shù)與設(shè)計(jì)1》和《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》的基礎(chǔ)上開設(shè)了《簡易機(jī)器人制作》的選修模塊。

1 ? 《簡易機(jī)器人制作》的特點(diǎn)

簡易機(jī)器人涵蓋了計(jì)算機(jī)、傳感、智能信息處理、控制和機(jī)械等技術(shù)，體現(xiàn)了信息技術(shù)與機(jī)械技術(shù)的綜合，軟件技術(shù)與硬件技術(shù)的結(jié)合，體現(xiàn)了知識(shí)和技能的綜合運(yùn)用，有利于拓展學(xué)生技術(shù)學(xué)習(xí)的視野，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。簡易機(jī)器人制作這一模塊的設(shè)置具有其獨(dú)特的意義和價(jià)值。

2 ? “機(jī)器人設(shè)計(jì)和制作”走進(jìn)通用技術(shù)課堂

2.1 ? 課程資源的準(zhǔn)備

凡是有助于實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)的一切因素都可以叫做課程資源。新課程改革中突破了原有“教材”概念的局限，從“教材”擴(kuò)展為“課程資源”，教師在教學(xué)中同時(shí)重視課程資源的研究、開發(fā)和利用，能為優(yōu)質(zhì)教育的創(chuàng)造提供前提條件。

（1）條件性課程資源：（人力、財(cái)力、時(shí)間、場(chǎng)地、媒介、設(shè)備、設(shè)施、環(huán)境……）、

《簡易機(jī)器人制作》教學(xué)內(nèi)容中學(xué)生設(shè)計(jì)、制作的活動(dòng)較多，還有配套的器件，所以我們?cè)O(shè)立了“機(jī)器人制作”專用教室，配備了教學(xué)用的《簡易機(jī)器人制作》的套件和教學(xué)軟件為學(xué)生的動(dòng)手設(shè)計(jì)和實(shí)踐操作創(chuàng)造了平臺(tái)。

（2）素材性課程資源：（知識(shí)、技能、原理、經(jīng)驗(yàn)、感受……）

《簡易機(jī)器人制作》涉及科學(xué)、工程、技術(shù)、設(shè)計(jì)和數(shù)學(xué)等多學(xué)科、多領(lǐng)域的知識(shí)。因此需要我們樹立資源意識(shí)，多渠道地開發(fā)和利用各種文本資源和人力資源，為學(xué)生設(shè)計(jì)活動(dòng)的順利進(jìn)行奠定更為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2 ? 課程的實(shí)施

簡易機(jī)器人制作本身有很強(qiáng)的實(shí)踐性、趣味性，學(xué)生感興趣的是最終制作出機(jī)器人的成品。而機(jī)器人本身涉及的知識(shí)較多，且對(duì)學(xué)生而言較難掌握，堆砌在一起，會(huì)顯得枯燥、冗長，講得太少又會(huì)給人“嚼不爛”的感覺。如何讓學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，將知識(shí)的學(xué)習(xí)和能力的培養(yǎng)結(jié)合起來呢？

機(jī)器人的設(shè)計(jì)和制作從本質(zhì)上講是一個(gè)設(shè)計(jì)的過程，因此我嘗試按照《技術(shù)與設(shè)計(jì)1》中所提出的“設(shè)計(jì)一般過程”來組織教學(xué)。下面我以自己開展的一堂機(jī)器人搭建課為例，進(jìn)一步探討課程的實(shí)施過程。

（1）課件展示，確定機(jī)器人的設(shè)計(jì)目標(biāo)和項(xiàng)目

發(fā)現(xiàn)和明確方向是解決問題的前提，機(jī)器人的設(shè)計(jì)和制作要取得成功，必須先確定能引起學(xué)生興趣，可以實(shí)現(xiàn)一定人機(jī)互動(dòng)的機(jī)器人項(xiàng)目。因此，我首先將學(xué)生分為四人一組，將制作好的課件，通過計(jì)算機(jī)向?qū)W生提供幾個(gè)可供選擇的機(jī)器人搭建項(xiàng)目，由學(xué)生討論后，選擇1-2個(gè)搭建項(xiàng)目。學(xué)生在討論中曾經(jīng)提出搭建可直立行走的機(jī)器人、打高爾夫的機(jī)器人、滅火機(jī)器人等。但是這些項(xiàng)目中有的受器材和環(huán)境的限制，有的難度超出了中學(xué)生現(xiàn)有的能力，不能順利實(shí)現(xiàn)。最后，我們共同探討確定了以投籃機(jī)器人項(xiàng)目進(jìn)行搭建。

（2）收集信息，進(jìn)行機(jī)器人搭建的構(gòu)思

《技術(shù)與設(shè)計(jì)》中提到了幾種常見的構(gòu)思方法，如模仿法、聯(lián)想法和奇特異構(gòu)思法等，這些方法同樣適用于搭建機(jī)器人的構(gòu)思中。

模仿是人類與生俱來的一種最基本的學(xué)習(xí)和構(gòu)思能力，在對(duì)一件新事物的接觸和學(xué)習(xí)過程中適當(dāng)?shù)哪７卤夭豢缮佟＝柚W(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，學(xué)生們先是學(xué)習(xí)了解了基礎(chǔ)小車的拼裝結(jié)構(gòu)，并將其作為投籃機(jī)器人的底盤，在此基礎(chǔ)上思考如何才能使其執(zhí)行投籃動(dòng)作。模仿法的特點(diǎn)在于“仿”，而聯(lián)想法的特點(diǎn)是在模仿的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)“移”。學(xué)生們聯(lián)想到既然電機(jī)可以驅(qū)動(dòng)車輪前進(jìn)和后退，那么如果再增加一個(gè)電機(jī)，控制其轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和功率，并輔以簡單的框架結(jié)構(gòu)，就能將球拋出去了。如果再不斷調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和功率，則可以大大提高投籃的命中率了。

（3）信息加工，裝配結(jié)構(gòu)和編寫程序

初學(xué)者在機(jī)器人的裝配過程中，往往是邊構(gòu)思邊裝配，你中有我我中有你。因此，借助搭建軟件，學(xué)生可將自己的構(gòu)思先在電腦上進(jìn)行嘗試和調(diào)整。程序的編寫也很重要，程序的不完善或不正確都會(huì)使裝配完成的機(jī)器人無法實(shí)現(xiàn)預(yù)先設(shè)定的功能;只有正確的程序可以使用同一個(gè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)我們所期望的功能。為了使學(xué)生更容易掌握編程的方法，提高編程的效率，同時(shí)減少錯(cuò)誤的發(fā)生，我們采用了圖形化程序設(shè)計(jì)平臺(tái)，克服了以往學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)語言的教學(xué)“瓶頸”。

在機(jī)器人的搭建和編程過程中，學(xué)生們以小組為單位，合理分工，團(tuán)結(jié)協(xié)作，不知不覺中融入技術(shù)世界。在這種課程環(huán)境中，學(xué)生手腦并用，創(chuàng)造欲望被激發(fā)，實(shí)踐能力得以發(fā)展，同時(shí)提高了人與人之間的交流和表達(dá)能力，體現(xiàn)了團(tuán)體協(xié)作的精神。

（4）測(cè)試、評(píng)估及優(yōu)化

剛搭建完成的機(jī)器人，無論在結(jié)構(gòu)上還是在程序的編寫上，或多或少都會(huì)存在一些問題，需要不斷地進(jìn)行技術(shù)測(cè)試并加以改進(jìn)?！巴痘@機(jī)器人”需要利用光傳感器來讀取桌面的反射光，這在教室里測(cè)試多次都沒問題。但是，把機(jī)器人拿到戶外進(jìn)行測(cè)試時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)由于太陽光的干擾，當(dāng)機(jī)器人背對(duì)太陽或正對(duì)太陽時(shí)，光傳感器讀取到的同一個(gè)點(diǎn)的反射光的強(qiáng)度值相差極大，這就意味著機(jī)器人無法對(duì)此作出正確的反應(yīng)。

問題如何解決？學(xué)生之間展開了激烈討論。有的同學(xué)提出：問題是由于太陽光的照射對(duì)光傳感器造成了干擾產(chǎn)生的，那么，只要把這種干擾消除或盡可能減弱，問題就能夠得到解決。又有同學(xué)提出：我們?nèi)绻貌煌该鞯募埌鍖⒐鈧鞲衅髦車饋?，光傳感器的抗干擾能力不就提高了嗎？討論過程中，同學(xué)們又一次求助于網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步多渠道收集、分析、整理了相關(guān)信息。經(jīng)過幾次的測(cè)試和改進(jìn)，“投籃機(jī)器人”得到了優(yōu)化，最終獲得了成功。

這一過程中，學(xué)生在不斷體會(huì)技術(shù)帶來的樂趣的同時(shí)，提升了技術(shù)素養(yǎng)，培養(yǎng)了綜合的視野及應(yīng)用信息技術(shù)知識(shí)和技能解決問題的能力，增強(qiáng)了對(duì)先進(jìn)技術(shù)的理解。

2.3 ? 課程開展存在的問題及思考

（1）“簡易機(jī)器人”專用教室的設(shè)立及教學(xué)器材配備的不足

本次課改將“簡易機(jī)器人”納入技術(shù)課程中尚處于起步階段，專用教室的建設(shè)以及教學(xué)器材配備標(biāo)準(zhǔn)尚不完善。有的地區(qū)或?qū)W校受客觀條件的限制，目前還沒有專用的技術(shù)試驗(yàn)室，學(xué)校和老師要充分利用物理、化學(xué)、生物及信息技術(shù)等學(xué)科試驗(yàn)室的場(chǎng)地、設(shè)施、工具、儀器等，為“簡易機(jī)器人”的活動(dòng)創(chuàng)造條件;教學(xué)器材設(shè)備是簡易機(jī)器人教學(xué)實(shí)施的重要物質(zhì)條件，它是教學(xué)最基本的平臺(tái)，學(xué)校應(yīng)盡可能地配備，從而確保我們的學(xué)生有動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，有一個(gè)運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)的機(jī)會(huì)。

（2）教師專業(yè)能力及學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)需全面提高

機(jī)器人本身就滲透著多種技術(shù)，是一個(gè)綜合技術(shù)的載體。通用技術(shù)教師通常是由信息技術(shù)、物理或其他學(xué)科轉(zhuǎn)任而來，從知識(shí)、能力方面看，機(jī)器人制作對(duì)轉(zhuǎn)任教師來說也是嶄新的，需要我們?nèi)W(xué)習(xí)，這需要一定的過程和時(shí)間。教師可以通過培訓(xùn)、教研活動(dòng)、閱讀專業(yè)書籍、網(wǎng)絡(luò)等方式完善自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，提高專業(yè)的技術(shù)素養(yǎng)，從而保證“機(jī)器人制作”能持續(xù)、穩(wěn)定、更好的發(fā)展下去。

機(jī)器人本身涉及的知識(shí)較多，且對(duì)學(xué)生而言較難掌握。教師課前應(yīng)充分了解學(xué)生的知識(shí)現(xiàn)狀，對(duì)學(xué)生知識(shí)、能力方面存在的一些不足要及時(shí)提出，并給予幫助;機(jī)器人制作是一個(gè)團(tuán)隊(duì)協(xié)作的活動(dòng)，教師在進(jìn)行小組編排的時(shí)候，要根據(jù)學(xué)生不同的能力特點(diǎn)，進(jìn)行合理搭配，取長補(bǔ)短，確?；顒?dòng)順利進(jìn)行，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的合作精神。

（3）學(xué)生設(shè)計(jì)、制作活動(dòng)過程長，實(shí)踐教難掌控

機(jī)器人的制作是一個(gè)探究的過程，學(xué)生在掌握相關(guān)知識(shí)能力的前提下，仍然需要較長的時(shí)間進(jìn)行機(jī)器人的建構(gòu)和程序的編寫。最后還要進(jìn)行反復(fù)地測(cè)試、改進(jìn)，以達(dá)到期望的目標(biāo)值。由于整個(gè)過程的順利與否不但與學(xué)生的技術(shù)能力有關(guān)，還受到許多不確定因素的影響，因此時(shí)間上難以掌控。為了使學(xué)生有更多探索的時(shí)間和發(fā)展創(chuàng)新的空間，機(jī)器人制作課程采用2節(jié)連排的方式能取的更好的教學(xué)效果。為了加深對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的理解，教師還可以指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課外實(shí)踐課，目的是讓學(xué)生在課外可以利用器材進(jìn)一步自主探究，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的技術(shù)修養(yǎng)。

結(jié)論

應(yīng)該說，機(jī)器人制作納入高中通用技術(shù)課程是時(shí)代的需要，是國家和社會(huì)的需要。作為先行者之一，我們會(huì)盡自己最大的努力去貫徹新課改的理念，勇于實(shí)踐，克服困難，積累經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)交流。相信有一天，我們能夠培養(yǎng)起一批批21世紀(jì)創(chuàng)新型的人才。