智能機器人活動在初中階段的教學(xué)嘗試

張 超

(山東省平原縣第三中學(xué) 山東 德州 253100)

1.過程與感想

“機器人滅火”項目具有挑戰(zhàn)性和趣味性，目前在許多國家已經(jīng)推廣的一項國際賽事，它模擬的是如果家庭失火時用機器人滅火的一個過程，在比賽模擬過程中首先要求學(xué)生制作一個智能機器人，找一個蠟燭模擬火源放在事先準(zhǔn)備好的“房間”，并讓學(xué)生利用機器人盡快將其撲滅。

這種模擬比賽老師之前也沒有接觸過，剛開始也不知道從哪里著手，因此只能和學(xué)生一起進(jìn)行學(xué)習(xí)研究討論有關(guān)問題。第一，要完成機器人滅火任務(wù)，我們將從以下幾個部分準(zhǔn)備：(1)尋找火源;(2)滅滅;(3)回家;(4)重新搜索。隨后再準(zhǔn)備器材進(jìn)行機構(gòu)搭建，最后，把搭建好的機器人進(jìn)行程序設(shè)計和調(diào)試。整個過程比較復(fù)雜，可能是連續(xù)往返的，在調(diào)試后也可能會推翻以前的設(shè)計，不斷改進(jìn)，爭取解決最佳的方案。

經(jīng)過老師和學(xué)生的多次搭建，機器人的主體被組裝好后，學(xué)生在將兩個輪子放在機器人上時，機器人立刻顯得生動形象，這時學(xué)生們的臉上洋溢著成功的喜悅。讓學(xué)生學(xué)習(xí)搭建機器人的過程也是學(xué)習(xí)和享受快樂的一個過程。一切搭建準(zhǔn)備好后接下來就把線連接好，該機器人出場參加比賽了，進(jìn)行比賽的環(huán)節(jié)，所有指導(dǎo)老師是不允許留在比賽現(xiàn)場的，所有這些比賽都必須由學(xué)生親自調(diào)試，這完全取決于學(xué)生的整體素質(zhì)。于是，我打開了相應(yīng)的編程軟件，并向?qū)W生們仔細(xì)解釋了智能機器人所涉及的各種模塊：紅外探測模塊、復(fù)眼模塊、灰度測量模塊、觸摸模塊、電機模塊和風(fēng)扇模塊等，詳細(xì)介紹每個模塊的接線點直到他們理解為止。最后，確保在確保沒有任何問題后才安裝電池。

為了順利完成滅火任務(wù)，還需要對程序進(jìn)行控制，把滅火程序下載好以后，老師將安裝好的機器人放在場地上，學(xué)生有意識地形成一個圈，期待神圣的時刻到來。我看到小趙彎下腰，小心翼翼地向聲音啟動器吹了一聲，機器人立刻像箭一般沖出去，撞向場地的邊緣擋板上，一直向前鉆，似乎不把擋板推到就誓不罷休。每個人都被這個場景所逗笑，其中一個同學(xué)反應(yīng)很快，他立刻跑過去，拿起仍在掙扎的機器人，然后關(guān)掉電源。經(jīng)過這次測試，每個人都意識到讓機器人滅火并不容易。有必要讓機器人走這路線。首先，我們需要學(xué)習(xí)如何確定和修改傳感器的灰度值和火焰參數(shù)。每次修改它時，都必須重新加載程序，然后重復(fù)測試直到獲得最佳參數(shù)。在機器人比賽時還要考慮到機器人的慣性和速度影響，而電源電壓變化起著關(guān)鍵作用，為了解決這些問題的出現(xiàn)，我們需要不斷進(jìn)行測試和調(diào)整，在整個過程就是一個不斷解決問題的過程，調(diào)試過程中充滿樂趣，機器人制作也是知識和實踐相結(jié)合，充分體現(xiàn)出了解決問題的思維方法，使學(xué)生受益，同時在機器人調(diào)試方面學(xué)到了寶貴的經(jīng)驗。經(jīng)過這次的實驗比賽，使我們學(xué)到如何去面對挑戰(zhàn)，克服困難，找到解決問題的方法，教會我們?nèi)绾蚊鎸κ?，正確認(rèn)識自己，獲得成長經(jīng)驗;教會我們?nèi)绾魏献?，共同努力，取得成功時的喜悅。

2.難點與困惑

第一，機器人教育目前處于初步試驗階段，還沒有形成一套完整的教學(xué)體系，這是我們面臨的最大難點。機器人教育幾乎是一個基于智能機器人比賽的實踐活動課。老師缺乏系統(tǒng)的理論研究。由于市場上沒有合適的教學(xué)材料，在平時應(yīng)用中只是依靠產(chǎn)品說明書或者用戶指南來指導(dǎo)。對于適合初中生學(xué)習(xí)特點的機器人教育課程和教學(xué)專家缺乏指導(dǎo)。因此，無論是教者還是學(xué)者都是摸索著進(jìn)行，而且學(xué)習(xí)效率都不是很高。

第二，機器人教育是一項科技技術(shù)要求比較高的課程，具有很強的特殊性，這就需要更多的經(jīng)濟投入，因此，在教學(xué)環(huán)節(jié)所需要的產(chǎn)品具有技術(shù)含量高以及產(chǎn)品的價值也高，不能在很多地方得到充分開展起來，甚至在經(jīng)濟較發(fā)達(dá)的地區(qū)也尚未廣泛開設(shè)。

第三，作為新興的機器人教育課程，這就需要有較高的知識水平、大量的時間和精力去了解學(xué)習(xí)，在我國現(xiàn)階段教育體制和升學(xué)壓力下，學(xué)生的投入是不能保證的。

3.智能機器人活動的教學(xué)建議

經(jīng)過機器人的輔導(dǎo)實踐活動，提出以下四點教學(xué)建議：

(1)建議有關(guān)部門逐步加大投入，使中小學(xué)機器人教育得以廣泛開展，就像起初信息技術(shù)課程開設(shè)一樣，從沒有到有，逐漸分階段的成長壯大起來。

(2)建議有關(guān)方面根據(jù)學(xué)生的實際情況編寫一些教材，同時考慮到教材的多樣性和通用性，并考慮其可操作性。

(3)機器人教育的開展需要學(xué)校的支持。機器人活動需要大量的投入，這就更離不開學(xué)校的支持與重視。

(4)開展學(xué)校之間有關(guān)機器人教學(xué)活動的交流與學(xué)習(xí)機會，為了學(xué)生了解機器人打造一個學(xué)習(xí)的平臺，提高他們對科技知識體系的認(rèn)知。

4.結(jié)束語

隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，智能機器人廣泛用于教育行業(yè)。智能機器人教育不僅可以讓學(xué)生在實踐過程中獲得更多的科技知識，還可以培養(yǎng)他們的合作精神和良好的心理素質(zhì)以及動手能力。它還可以提高學(xué)生的觀察能力和思維能力等綜合能力。與此同時，機器人創(chuàng)新教育的出現(xiàn)，作為一個開放的平臺，將成為一種信息技術(shù)教育，學(xué)生不斷創(chuàng)新，機器人教育在中學(xué)信息技術(shù)課堂中的應(yīng)用，必將為培養(yǎng)中國科技領(lǐng)域的優(yōu)秀創(chuàng)新人才發(fā)揮作用。