淺談機器人在初中物理實驗教學中的應用

劉桂龍

摘 要：筆者在本文中首先闡述機器人進入中小學教育是當今科技發(fā)展的一個必然趨勢以及教學機器人在物理教學中的意義，然后具體分析 機器人技術在基礎教育特別是在探究式實驗教學中的成功應用。隨著機器人的成本不斷下降、技術日益普及、操作更加方便，這種新型的教學輔助手段將會在探究式學習的實驗探究中發(fā)揮越來越重要的作用。

關鍵詞：機器人；課堂教學；實驗探究；實驗技能；初中物理

把機器人教育引入校園，從發(fā)展的眼光來看，機器人肯定會越來越普及。機器人最早只是在工廠里使用，現(xiàn)在已經(jīng)在娛樂、醫(yī)院和家庭等日常生活中使用。將來機器人可能會像手機、汽車一樣家家都有，變成人類離不開的一個工具。所以機器人進入中小學教育是當今科技發(fā)展的一個必然趨勢。

一、學生通過親手組裝機器人系統(tǒng)，使學生的動手能力、邏輯思維能力、綜合應用能力、創(chuàng)新能力等都能得到全方位訓練和提升，對進行學科知識滲透、培養(yǎng)素質(zhì)全面的創(chuàng)新型人才具有重要的作用。機器人進課堂后學生的學習興趣高漲、綜合素質(zhì)提高、創(chuàng)新思維活躍，這正是素質(zhì)教育的重要內(nèi)容。因此，機器人教育引入校園，對學生至少有以下兩個方面的獲益。

1、鍛煉意志品質(zhì)， 培養(yǎng)團隊精神。

機器人制作涉及相關領域多種門類的專門知識，青少年必須廣泛涉獵，持之以恒，才能有所成就。機器人的制作過程，正是鍛煉意志、培養(yǎng)堅韌品質(zhì)的過程。機器人制作一般都以團隊的形式進行，群策群力、共同作業(yè)，就像體育比賽中的接力賽一樣，缺一不可，整體的實力遠超出個人的能力的發(fā)揮。

2、激發(fā)創(chuàng)新精神，培養(yǎng)動手能力和科學興趣。

機器人制作需要自我組裝、制造，而且是百變的，不但會提升青少年的科學興趣，同時也會從小培養(yǎng)學生養(yǎng)成凡事自己動手的良好生活習慣。人們一直在思考和探索如何開發(fā)青少年智力的問題。參與機器人制作，能使學生自小就對科學產(chǎn)生興趣，獲得科普知識，同時也將激發(fā)他們的創(chuàng)新能力。

二、在初中物理教學中，教學機器人已經(jīng)在課程中滲入得越來越多，成為這門課程的重要組成部分。教學機器人的特點，主要有三：

1、教學創(chuàng)新性。

教學機器人在初中物理教學中的應用其主要的目的之一就是讓學生的創(chuàng)新精神得到培養(yǎng)，教學活動與教學機器人的結合可以讓其設計、活動模式及教學方法和評價模式都具有創(chuàng)新性，學生在創(chuàng)新的教學活動中，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 。

教學機器人是材料、機械制造原理、能源轉(zhuǎn)換、信息技術等方面的集成，具有很強的綜合性，而將其融入到物理教學中，也將讓教學內(nèi)容富于綜合性，有利于培養(yǎng)學生的綜合能力。

3、資源開放性 。

物理學科中教學機器人的應用是一種開放性的資源，它突破了傳統(tǒng)教學課堂的封閉性，拓寬了課堂內(nèi)外、書本內(nèi)外的界限，能將各種教學資源與物理學科進行整合，從而高效的實現(xiàn)物理學科的教學目標。

三、學校在開展探究式學習時應充分利用現(xiàn)有的實驗條件。

傳統(tǒng)的實驗教學中，基本上都是按規(guī)定的儀器和實驗方法進行實驗，如果把機器人引入實驗教學中，可以有力地促進了物理研究性學習的深入開展。機器人引入實驗探究后可達以下的效果。

1、有益于提高探究式學習的學習質(zhì)量。

把機器人技術引入到實驗探究活動之中，可以消除以往實驗教學中的“紙上談兵”和“驗證實驗”的弊端，有助于提供準確的、行之有效的實驗歷程。

例如，在 “滑動摩擦力的大小主要與哪些物理量有關”的實驗中，通過機器人的精確拉動，不僅使物體實現(xiàn)了以前難以實現(xiàn)的嚴格意義上的勻速直線運動，滿足了測量滑動摩擦力所必需的前提實驗條件；而且使學生清楚地觀察到以往難以直觀顯現(xiàn)的拉動物體克服最大靜摩擦力時拉力值的動態(tài)變化過程。這有利于學生深入理解“滑動摩擦力與最大靜摩擦力之間關系”這一教學難點。

2、有益于探究式學習的持久深入開展。

隨著探究式學習的深入開展，新的實驗探究項目會不斷地被開掘出來。把機器人引入到探究式學習之中并作為其輔助教學手段，可以為新實驗項目的不斷引入提供許多便利條件。例如，根據(jù)探究項目的需要，機器人不僅可以拉著物體做勻速直線運動，還可以拉著物體做諸如勻加速、勻減速甚至組合變速等多種變化形式的精確運動。這不僅有效地拓展了學生的實驗探究領域，而且有利于探究式學習持久深入的開展。

3、有益于激發(fā)學生的學習興趣。

影響學生學習效果的因素很多。就探究式學習而言，學生的學習興趣和創(chuàng)造欲望等非智力因素往往比智力因素發(fā)揮著更為重要的作用。把機器人引入到實驗探究中，容易激發(fā)學生的學習興趣，有利于全面增強他們在探究式學習中的創(chuàng)新意識和鉆研熱情。在 “滑動摩擦力的大小主要與哪些因素有關”的實驗中。在實驗后，學生紛紛表示：把機器人引入到探究式學習中，不僅使他們對“滑動摩擦力大小與壓力大小和接觸面粗糙程度有關、與其它因素無關”的最后結論以及整個探究過程留下了深刻印象，而且激發(fā)了他們樂于參與、勤于實踐、善于思考、勇于探索的學習欲望，這些感受在傳統(tǒng)的教學方式中很難體驗得到。

本文通過對機器人活動在物理教學應用中的探索，說明有機器人參與的課堂教學可以促進學生體會知識帶來的無限樂趣，可以促進學科教學目標的高效實現(xiàn)。機器人技術只有應用在現(xiàn)實教學和生活中才能不斷發(fā)展，機器人活動不只為了比賽。 物理科學知識與教學機器人的結合對于課堂教學是事半功倍的。將初中物理教學與教學機器人有效的結合在一起，教學效率得到很大的提高。學生在積極主動地探究過程中輕松了掌握了需要掌握知識，原本抽象枯燥的物理學知識變得有趣、形象直觀，其創(chuàng)新能力也得到培養(yǎng)，這也是物理教學的目的。

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