機(jī)器人技術(shù)在科技小發(fā)明教育中的應(yīng)用

馬高峰

【摘 要】本文研究了科技小發(fā)明實(shí)施的現(xiàn)實(shí)可行性，提出了在科技小發(fā)明教育中利用機(jī)器人技術(shù)的重要性，對(duì)于促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展、實(shí)施創(chuàng)新教育、推動(dòng)教育的發(fā)展具有積極的意義。

【關(guān)鍵詞】機(jī)器人技術(shù);科技小發(fā)明教育;創(chuàng)新;應(yīng)用

教育要實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，才能使學(xué)生具有創(chuàng)新品質(zhì)，才能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，科技小發(fā)明教育能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，應(yīng)該在職高教育中得到重視。但是傳統(tǒng)創(chuàng)新教育只能培養(yǎng)學(xué)生有初步的創(chuàng)新思維。在創(chuàng)新作品的制作過(guò)程中，學(xué)生還是無(wú)能為力。不知道如何進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)明。本文基于以上問(wèn)題，使用機(jī)器人作為創(chuàng)新教學(xué)的平臺(tái)，它能夠有效提高科技發(fā)明教育的效果，其教育的創(chuàng)新品質(zhì)就可以得到有效體現(xiàn)。它能使學(xué)生全面了解制作所需要的電學(xué)，機(jī)械學(xué)，計(jì)算機(jī)學(xué)的知識(shí)?？梢詾閷W(xué)生制作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，使每個(gè)學(xué)生都能成為小小發(fā)明家，促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手操作能力及創(chuàng)新能力的發(fā)展。

一、在職高開(kāi)展科技小發(fā)明教育的現(xiàn)實(shí)可行性

實(shí)施創(chuàng)新教育是教育發(fā)展的必然要求，是人才培養(yǎng)的重要舉措。科技小發(fā)明活動(dòng)是創(chuàng)新教育的一個(gè)非常好的表現(xiàn)形式，在職高學(xué)校開(kāi)展科技小發(fā)明教學(xué)有其現(xiàn)實(shí)的可行性，主要表現(xiàn)在以下幾方面：（1）職高生具有一定的知識(shí)基礎(chǔ)（2）職高學(xué)校具備相應(yīng)的設(shè)備基礎(chǔ)（3）職高學(xué)生的學(xué)業(yè)相對(duì)輕松。目前科技小發(fā)明教育的基本方式普教與職教基本相同，一般采用的是實(shí)例式的教學(xué)方法，即老師出一個(gè)實(shí)例，讓學(xué)生了解一下創(chuàng)新的基本思路，比如說(shuō)兩用粉筆擦，先說(shuō)明一下與傳統(tǒng)的粉筆擦有什么不足，也就是不能干濕兩用。然后教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后設(shè)計(jì)改進(jìn)策略，學(xué)生會(huì)想到采用兩個(gè)盒子分別裝干的與濕的，這樣干濕兩用的粉筆擦就設(shè)計(jì)成功了。在這個(gè)過(guò)程中，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。當(dāng)然這一培養(yǎng)方式有一重大的缺陷，學(xué)生因?yàn)橹谱髋c發(fā)明的基礎(chǔ)知識(shí)不足，而導(dǎo)致他們?cè)趯?shí)際發(fā)明的過(guò)程中不知道如何開(kāi)始發(fā)明。光有一個(gè)想法，而不知道怎么實(shí)踐。

二、在科技小發(fā)明教育中引進(jìn)機(jī)器人平臺(tái)的必要性

科技小發(fā)明雖然在提高學(xué)生創(chuàng)新能力方面有著極為重要的價(jià)值和意義，但在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，還存在一些問(wèn)題，具體如下：（1）學(xué)生有了創(chuàng)新點(diǎn)，不知道如何制作出來(lái)（2）由于沒(méi)有相應(yīng)的設(shè)計(jì)與制作基礎(chǔ)，學(xué)生也不清楚原設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)（創(chuàng)新的核心就是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題），現(xiàn)在的小發(fā)明教育中在實(shí)施的過(guò)程中還存在一定的不足之處，存在一定的問(wèn)題，要解決這個(gè)問(wèn)題，本文介紹的機(jī)器人教學(xué)平臺(tái)就完善的解決了這一問(wèn)題。也就是需要在傳統(tǒng)小發(fā)明的實(shí)例教學(xué)中增加機(jī)器人技術(shù)這一教學(xué)內(nèi)容。機(jī)器人技術(shù)能夠成功解決這些問(wèn)題，能夠提高科技小發(fā)明教育的效果，是值得實(shí)施的教育措施。

三、機(jī)器人平臺(tái)在教學(xué)科技小發(fā)明教育中應(yīng)用的價(jià)值

1.通過(guò)發(fā)明實(shí)例教學(xué)開(kāi)闊學(xué)生眼界，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維。機(jī)器人技術(shù)在小發(fā)明教育中應(yīng)用，通過(guò)實(shí)例教學(xué)可以開(kāi)拓學(xué)生的眼界，學(xué)生通過(guò)對(duì)機(jī)器人技術(shù)的學(xué)習(xí)，了解相關(guān)技術(shù)原理和實(shí)踐操作，對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力的發(fā)展，發(fā)散思維能力的發(fā)展具有積極的意義。

2. 機(jī)器人教學(xué)能夠培養(yǎng)學(xué)生興趣，為學(xué)生制作打下基礎(chǔ)，提高學(xué)生的專業(yè)能力。機(jī)器人技術(shù)教學(xué)可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)其中的技術(shù)原理，設(shè)計(jì)步驟能夠?yàn)閷W(xué)生學(xué)習(xí)技術(shù)發(fā)明技術(shù)奠定基礎(chǔ)，能夠有效提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力，提高學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)。

3.機(jī)器人平臺(tái)在創(chuàng)新教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

機(jī)器人教學(xué)的優(yōu)勢(shì)有以下幾方面：（1）是一門有趣的課程。機(jī)器人課程是非常有趣的，樂(lè)高機(jī)器人號(hào)稱是3歲到80歲的人都喜歡的一種東西。（2）隱藏細(xì)節(jié)，降低學(xué)習(xí)難度。對(duì)最難的編程而言，機(jī)器人的編程采用圖形化的編程方式，不需要輸入代碼，直接用類似流程圖的圖標(biāo)拉就行，不會(huì)出現(xiàn)單詞拼寫(xiě)錯(cuò)誤和語(yǔ)法錯(cuò)誤的問(wèn)題。學(xué)生下載了馬上就可以看到效果，學(xué)生挫折少，興趣高。（3）知識(shí)含量大，可以說(shuō)是學(xué)好了一本通。機(jī)器人是一門交叉性很強(qiáng)的綜合性學(xué)科，涉及到許多基礎(chǔ)學(xué)科，以多種學(xué)科理論為基礎(chǔ)。機(jī)器人又是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，涉及到多方面的技術(shù)，均需要通過(guò)實(shí)踐來(lái)實(shí)現(xiàn)。（4）在進(jìn)行機(jī)器人項(xiàng)目的學(xué)習(xí)中能養(yǎng)成學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)。機(jī)器人課程具有高度的綜合性。強(qiáng)調(diào)學(xué)生廣泛地接觸和收集各方面的資料，綜合多學(xué)科知識(shí)，通過(guò)動(dòng)腦、動(dòng)手設(shè)計(jì)作品或產(chǎn)品，擴(kuò)大知識(shí)面，提高綜合設(shè)計(jì)能力。（5）養(yǎng)成了學(xué)生良好的團(tuán)隊(duì)分工與合作的素質(zhì)。機(jī)器人項(xiàng)目的開(kāi)展過(guò)程，其實(shí)就是一個(gè)完整的產(chǎn)品研發(fā)過(guò)過(guò)程，包括設(shè)計(jì)-搭建-編程-調(diào)試-改進(jìn)?？梢哉f(shuō)小發(fā)明所需要的基本知識(shí)，基本技能，基本方法都包含在內(nèi)。

四、如何規(guī)劃?rùn)C(jī)器人課程為科技小發(fā)明教學(xué)服務(wù)

科技小發(fā)明的制作無(wú)非為聲光電一體化，需要電子、計(jì)算機(jī)、機(jī)械加工三合一的知識(shí)，因此在組織課程時(shí)，除了要讓機(jī)器人項(xiàng)目有趣、易學(xué)，還要加強(qiáng)以上幾方面的內(nèi)容。在選擇項(xiàng)目的原則是低起點(diǎn)、小步子、疊進(jìn)式，把課程的內(nèi)容分為功能原理部分，設(shè)計(jì)與組裝部分，算法與程序部分，綜合測(cè)試與調(diào)試部共四個(gè)部分的內(nèi)容進(jìn)行組織。在功能與原理部分把平時(shí)設(shè)計(jì)所需要的電子元件，機(jī)械元件進(jìn)行原理說(shuō)明，讓學(xué)生能知道參數(shù)，了解原理，掌握判斷元件的好處和挑選符合設(shè)計(jì)要求的元件。在設(shè)計(jì)與組裝部分讓學(xué)生詳細(xì)了解元件的使用過(guò)程和搭建技巧，能讓學(xué)生在搭建的過(guò)程中掌握選擇合適的材料，設(shè)定相應(yīng)的安裝計(jì)劃。在算法與程序部分讓學(xué)生能夠掌握把實(shí)際問(wèn)題抽象成數(shù)學(xué)問(wèn)題，算法問(wèn)題最后以程序的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)這一問(wèn)題。在綜合測(cè)試部分，讓學(xué)生能夠掌握各種測(cè)試的方法，讓學(xué)生能夠排除故障，調(diào)整參數(shù)。

在實(shí)際的操作的過(guò)程中，我校采用了以下方式來(lái)組織教學(xué)。首先在高一的學(xué)生中開(kāi)設(shè)機(jī)器人通識(shí)班，主要通過(guò)學(xué)習(xí)“認(rèn)識(shí)機(jī)器人”、“機(jī)器人小昆蟲(chóng)”、“機(jī)器人書(shū)法家”、“機(jī)器人保齡球”、“機(jī)器人運(yùn)動(dòng)會(huì)”，“機(jī)器人搬箱子”等幾個(gè)項(xiàng)目讓學(xué)生全面了解機(jī)器人。通過(guò)有趣的機(jī)器人學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握常用的動(dòng)力器件：直流電機(jī)與伺服電機(jī)。常用的傳感器：電流，電壓傳感器、溫度傳感器、紅外傳感器、指南針傳感器、地面灰度傳感器等。常用的編程與控制方法：順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、基于時(shí)間的編程方法。有了這些知識(shí)與技能的儲(chǔ)備，學(xué)生可以有能力進(jìn)入到下一環(huán)節(jié)。

在高二階段，開(kāi)展機(jī)器人比賽，鼓勵(lì)學(xué)生參加各類的機(jī)器人比賽（如：機(jī)器人滅火，機(jī)器人足球，機(jī)器人工程等）讓他們對(duì)所學(xué)的知識(shí)加鞏固。能夠靈活使用所學(xué)知識(shí)對(duì)機(jī)器人加以改造，進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)各元件參數(shù)的了解。同時(shí)在這一階段，開(kāi)始加入傳統(tǒng)創(chuàng)新教育的內(nèi)容，讓學(xué)生了解創(chuàng)新，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，提高創(chuàng)新能力。

在高三階段，制作創(chuàng)新作品，參加創(chuàng)新比賽。同時(shí)教授科技專利書(shū)的書(shū)寫(xiě)方法及申請(qǐng)方法。鼓勵(lì)學(xué)生把自己的想法變成創(chuàng)新作品，把創(chuàng)新作品變?yōu)榭萍紝＠?/p>

通過(guò)以上的創(chuàng)新教學(xué)的課程安排，科技小發(fā)明活動(dòng)在學(xué)校開(kāi)展非常成功。多次獲得全國(guó)，省級(jí)創(chuàng)新發(fā)明一等獎(jiǎng)。而且有七項(xiàng)發(fā)明獲得了國(guó)家發(fā)明專利。

總之，在職高教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是很重要的，是素質(zhì)教育的主要內(nèi)容，是21世紀(jì)人才培養(yǎng)的重要標(biāo)準(zhǔn)。在職高教學(xué)中開(kāi)展科技小發(fā)明教育對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力具有積極作用，但存在一些問(wèn)題，而如果機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于科技小發(fā)明教育就能有效解決這些問(wèn)題，并且具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因此，要重視機(jī)器人平臺(tái)在創(chuàng)新教育中的應(yīng)用，能在一定程序上促進(jìn)教育的有效發(fā)展。

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（作者單位：浙江省余姚市職成教中心學(xué)校）