高中物理知識(shí)在機(jī)器人教育中的應(yīng)用

王德貴

摘 要：現(xiàn)在隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)等硬件設(shè)備也逐漸的進(jìn)入到了信息技術(shù)教學(xué)的道路中。機(jī)器人教育的模式已經(jīng)在中小學(xué)中逐漸得到應(yīng)用。那么在高中物理教學(xué)中如果應(yīng)用機(jī)器人教育的模式，相信可以在培養(yǎng)學(xué)生全方面的能力上有著很大的作用。同時(shí)又因?yàn)闄C(jī)器人教學(xué)和高中物理的知識(shí)應(yīng)用上又比較一致，所以二者是相輔相成的。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人教育;高中物理;知識(shí);教學(xué);應(yīng)用

一、機(jī)器人教育的優(yōu)勢(shì)和重要性

機(jī)器人教育是指學(xué)生通過設(shè)計(jì)、搭建、創(chuàng)意、再搭建，最后編程和運(yùn)行機(jī)器人，來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生綜合能力的教育模式。

機(jī)器人教育融合了機(jī)械原理、電子傳感器、計(jì)算機(jī)軟硬件及人工智能等眾多先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，讓學(xué)生通過機(jī)器人的學(xué)習(xí)，從而對(duì)物理知識(shí)更感興趣。

那么高中物理本身是一門抽象的思維型強(qiáng)的學(xué)科，所以學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中如果感到物理學(xué)科學(xué)習(xí)起來(lái)很困難，碰到難題不會(huì)解答，從而放棄物理，是教師不愿意看到的事情。那么教師就要利用機(jī)器人教育的模式，引導(dǎo)學(xué)生，自主地學(xué)習(xí)物理知識(shí)。

首先，采用機(jī)器人教育的模式對(duì)于學(xué)生思維能力的培養(yǎng)是非常有幫助的。因?yàn)闄C(jī)器人本身的重點(diǎn)在于創(chuàng)意，所以創(chuàng)意提出的本身就需要學(xué)生結(jié)合自己的邏輯思維能力和發(fā)散性的創(chuàng)造性思維來(lái)進(jìn)行機(jī)器人的創(chuàng)造和思考。學(xué)生為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)創(chuàng)意而進(jìn)行深入思考、搭建的過程，就是鍛煉學(xué)生思維能力、綜合分析能力、解決問題能力的過程，這樣學(xué)生可以尋找更好的優(yōu)化和評(píng)估方案，在解決問題的過程中，也就將自己的思維能力不斷的提高，將整個(gè)創(chuàng)意都慢慢的實(shí)現(xiàn)。這對(duì)于學(xué)生思維能力的提高是有非常大的作用的，并且在高中物理知識(shí)的學(xué)習(xí)中也改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方式。比如說高中生在學(xué)習(xí)在高中物理學(xué)習(xí)“功率”這一章節(jié)內(nèi)容的時(shí)候，其中有一個(gè)公式為P=Fv，P為馬達(dá)功率，F(xiàn)指牽引力，v指速度，F(xiàn)=ma，這些公式表明在同樣的功率下，如果速度小了，那么它的牽引力就會(huì)變大，也就表明在啟動(dòng)時(shí)可以獲得比較大的加速度。

其次，利用物理思想提高機(jī)器人穩(wěn)定性。高中物理知識(shí)涉及到“質(zhì)點(diǎn)”的概念，這是一個(gè)相對(duì)物理量，即是要看這個(gè)物體所接觸到的相關(guān)參照物來(lái)確定是否可以看成是”質(zhì)點(diǎn)“。對(duì)于一個(gè)運(yùn)行的機(jī)器人來(lái)說，如果能把它看成質(zhì)點(diǎn)，在搭建時(shí)，必須使機(jī)器人自身穩(wěn)定性好，盡量把質(zhì)量集中到比較小的范圍，選擇可以增加穩(wěn)度、大質(zhì)量的部件，盡可能置于中間，并且位置低一點(diǎn)，盡量考慮整體結(jié)構(gòu)低重心。并且盡量使馬達(dá)和主存儲(chǔ)器保持相對(duì)大點(diǎn)的距離，因?yàn)轳R達(dá)中線圈在電流經(jīng)過時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場(chǎng)。會(huì)對(duì)電腦運(yùn)行的穩(wěn)定性有所影響，嚴(yán)重時(shí)甚至掉程序。

再次，利用物理知識(shí)提高機(jī)器人搭建效率和運(yùn)行效率。我們都知道，高中物理知識(shí)和初中的物理知識(shí)比較來(lái)是更深一層，并且內(nèi)容多，難度大，知識(shí)面廣。教師在教學(xué)中有一定的難度，同時(shí)也還會(huì)碰到一些無(wú)法解決的問題。高中物理課本在教材的編寫上都會(huì)有淺入深的進(jìn)行編寫，為的就是可以循序漸進(jìn)的培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。教師在授課時(shí)盡可能的考慮到，讓學(xué)生的自主思考問題，從而通過自己的努力解決所有的碰到的難題。整個(gè)物理學(xué)習(xí)的過程是思維不斷拔高的過程，所以學(xué)生需要不斷的提高自己，那么通過機(jī)器人教育的方式就可以更好的完成學(xué)生思維能力的提高。比如說，學(xué)生在學(xué)習(xí)“電阻”這一章節(jié)的內(nèi)容的時(shí)候，有一個(gè)公式是Q=I2RT，其中Q指的是指導(dǎo)線產(chǎn)生的熱量，R是指導(dǎo)線的電阻，而導(dǎo)線電阻的大小由R=L·ρ·S-1決定，其中ρ指導(dǎo)線電阻率，L是指導(dǎo)線的長(zhǎng)度，S是橫截的面積。由此可見，導(dǎo)線是選擇電阻率小，橫截面積大為好，這樣電阻就比較小。在機(jī)器人搭建過程中，盡量使導(dǎo)線走短的路徑，減少導(dǎo)線長(zhǎng)度，減少電能消耗，當(dāng)然現(xiàn)在機(jī)器人搭建基本都是免焊接的，那么導(dǎo)線盡量采用銅芯、長(zhǎng)短合適的導(dǎo)線。

二、高中物理知識(shí)和機(jī)器人教育

在實(shí)際工作中，學(xué)生對(duì)機(jī)器人知識(shí)了解并不多，因而我有針對(duì)性地編寫了校本教材，開發(fā)了相關(guān)校本課程，以指導(dǎo)學(xué)生更好地接受機(jī)器人科技教育，提高他們學(xué)習(xí)的積極性。

在機(jī)器人校本課程實(shí)施過程中，需要教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行一系列的操作流程，然后提出問題，生成創(chuàng)意，再到提出方案，論證方案的可行性到改善方案，實(shí)施方案然后到最終的完成方案，這其中是需要很多的步驟來(lái)進(jìn)行的。同時(shí)還包括方案完成后的創(chuàng)意實(shí)施和總結(jié)優(yōu)化方案的階段，這些都需要學(xué)生有很強(qiáng)的系統(tǒng)性處理問題的能力，才能更好地解決這些在機(jī)器人教育中的所有問題。那么高中物理問題的處理方式是首先了解物理情境，然后建立相應(yīng)的物理模型，再然后了解初始條件，通過分析和整理，最后得到解決的辦法，再得出結(jié)果。那么這樣的一個(gè)過程是和機(jī)器人教學(xué)有著本質(zhì)上的相同性的。因此在高中物理的學(xué)習(xí)中應(yīng)用機(jī)器人教學(xué)模式是完全沒有問題，可以讓學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)化的處理和總結(jié)問題的過程，也是對(duì)學(xué)生的一種系統(tǒng)性的培養(yǎng)。

現(xiàn)在的高中物理教學(xué)中有一個(gè)問題，就是怎么解決學(xué)生實(shí)際操作能力培養(yǎng)成效低的問題。這幾乎是所有的高中物理教師都會(huì)遇到的問題。在三年的高中物理學(xué)習(xí)中，有些學(xué)生甚至連最基本的實(shí)驗(yàn)器材都不會(huì)使用，更不用手一些復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)操作了。那么機(jī)器人創(chuàng)意教學(xué)就可以在一定程度上解決這個(gè)問題。教師要盡量的讓學(xué)生在課堂上自己動(dòng)手去搭建機(jī)器人，讓他們主動(dòng)思考，利用計(jì)算機(jī)編程，來(lái)完成相應(yīng)的任務(wù)?？梢哉f高中物理的學(xué)習(xí)在這方面是可以得到很多的學(xué)習(xí)的知識(shí)的，對(duì)于學(xué)生未來(lái)的學(xué)習(xí)也有很大的幫助。

三、結(jié)語(yǔ)

總之，機(jī)器人教育和高中物理知識(shí)是可以相互學(xué)習(xí)相互借鑒，并且高中物理知識(shí)在機(jī)器人教育中的應(yīng)用也是非常的有幫助的，提高學(xué)生物理知識(shí)的同時(shí)也增加了學(xué)生對(duì)于物理教學(xué)的感興趣程度。

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