教育教学论文 机器人课堂教学方法初探.doc

机器人课堂教学方法初探成都市树德实验中学（东区） 邓科 电话要：在开展机器人教学中的一些方法与经验总结，分为四个方面，包括：一、通过搭建机器人熟悉机器人的功能、结构；二、机器人的简单程序编写，掌握程序设计基础知识；三、把课堂还给学生，让学生自主学习；四、分小组合作学习，组内互帮互助，组间相互竞争。希望通过机器人教学活动，能够成为提高学生对所学知识的整合能力和综合素质教育的助力点，让他们在面对21世纪的高新科技挑战时，能够变得从容、自信。关键词：机器人教学； 搭建； 编程； 自主学习； 小组合作在信息技术学科中，机器人是一门涉及多类知识的交叉应用学科，它集机械操作、电路设计、程序编制等多类知识为一体，是一个能够培养学生综合素质和综合解决问题能力的良好的教学工具。现在国内多个学校都已开始在信息技术课程中加入机器人的教学工作，把它作为一个一个非常重要的部分展开教学。但这门新兴课程一直缺乏与教学对象相适应的教材和教学方法，需要教师自己发挥主动性进行总结和编写。我校自2007年起开始进行在信息技术课程中引入机器人兴趣课堂，经过6年的探索和教学实践，我校的机器人教学事业已经从无到有逐步发展起来，而我也从教学实践积中累积了一些教学经验，下面进行一些总结和分享。一、做好机器人的基础搭建，熟悉机器人功能、结构。为了让学生能够尽快熟悉和了解机器人的结构和功能，机器人教学的第一课就是完成机器人硬件的搭建。我校使用的是昭阳轮式机器人，基本结构是三轮小车搭载各种模块。在初始学习阶段要求学生能够熟练地搭建两轮驱动的基础三轮小车机器人的搭建。搭建时所需安装工具为螺丝刀、螺帽套、内六角等常见五金安装工具，连接件为螺丝、螺帽、铜柱等。在安装前先介绍安装工具如螺丝刀、螺套的使用方法，然后将零部件和安装工具成套发给学生，让学生自己动手合作按照教程进行搭建。在搭建过程中的常见问题有：1、 安装工具使用不熟练，搭建机器人所使用的连接件如螺丝拧得太松造成各部件连接不够紧密，导致经常出现螺帽滑落使部件脱落的现象，最常看到的是轮胎因螺丝没有拧紧而滑脱的现象。2、 不熟悉连接部件与主板之间所需连接线的类型和应连接端口，常常拿错连接线或连接错误端口，而且在拔插端口时常常错误地握住位于连接线接头处最脆弱的焊接头进行拔插，经常造成连接线接头脱落。3、 对机器人各部件的安装位置不熟悉，常常未将部件安装到位。4、 由于工具、零部件摆放无序，需要耗费大量时间寻找工具和零部件。5、 对机器人各部件搭建的步骤不清楚，常常出现错误的搭建顺序，需要重新拆装搭建。以上都是机器人搭建安装过程中经常出现的各类问题，需要让学生总结经验、反复调试，从而改正错误，养成良好的零部件分类和正确使用工具、连接线的习惯，有时还要求学生能够自己动手焊接脱落的连接线接头，最终能够迅速熟练有序地完成机器人的搭建工作。机器人的搭建是机器人教学中的最基础部分，一般需要8-10学时的联系，学生就能熟练掌握搭建工具的使用方法以及基础轮式机器人的基本结构。搭建工作主要锻炼学生的动手能力并尽快熟悉机器人的各个部件。2、 完成机器人的简单程序编写，掌握程序设计基础知识。机器人搭建工作完成之后就应该进入程序编写的教学，即机器人编程软件的使用。我校的机器人编程软件的界面分为两种，一种是积木式可视化图形编程界面，一种是纯编程语言界面。教学初期应该让学生学习使用可视化图标型编程界面进行编程。为了激发学生的兴趣，编程的第一项内容是让学生学会让机器人直行。编程的步骤是选择开始图标、电动机图标、时间图标、停止图标和结束图标。这其实是编程语言中顺序结构的使用。在操作中学生需要对直行速度、行进时间等参数进行设置。接下来就要进行程序下载和运行机器人的工作。在以上过程中，学生易出现的常见错误是：1、 对图标操作不熟悉，造成同个图标多次重复粘贴。2、 不熟悉时间单位使用的是毫秒（ms），造成机器人直行时间过短，如30ms。3、 对电动机图标的参数不熟悉，设置错电动机端口和转动方向，造成机器人运行时两轮原地转圈甚至倒退行驶。4、 因机器人与电脑间端口连接线连接不紧造成程序下载失败，需要重新连接。5、 因为搭建过程中2个电动机与主板的2个电动机接口连接顺序相反，导致在运行机器人时造成机器人运行正确程序时反向倒退。以上编程错误是学生在编程过程中经常出现的，需要学生在编程和运行过程中反复观察、仔细调试，从而形成正确的编程方法和调试习惯，知道机器人的动力系统和程序运行方式，能够进行简单的程序编制。在接下来的教学中，同学们将在此基础上学习编制让机器人前进、后退、转弯的程序，接着学习为机器人添加LCD、灰度模块进行编程。学习经过5-8个学时的学习，学生就能熟练掌握使用灰度模块测试亮度并让机器人沿指定路线寻线行走的程序。通过机器人编程的学习能够充分锻炼学生的逻辑思维和系统分析的能力。为了使机器人能够完成指定任务，学生就需要将机器人的整个行动过程分解为具体的步骤，对每个步骤进行分析，形成思路和算法，再将解决的问题的思路、方法和手段通过转换为机器人能够理解的程序，使机器人能够根据人的指令一步一步去工作，完成指定的任务。3、 把课堂还给学生，让学生自主学习。机器人教学的目标是让学生能通过主动学习来获得知识和掌握学习方法。我在每堂课的教学中都以学生为主体，设置问题作为驱动力，促使学生主动进行自主式探究学习，充分激发学生的主动性和创造性，老师只是作为课堂组织者、合作者。要让学生自己主动去观察、参与、思考和调试。因此我在教学中常常设置会生动、有趣的情境，激发了学生的兴趣和参与热情。 在教学如何使用灰度传感器巡线时，我设计了一个变形金刚守护能量之星的情境：“汽车人总部里有一件宝贝能量之星，霸天虎一直想要偷走这件宝贝，现在需要找一名最忠诚的汽车人守护这件宝贝，想不想让你们的机器人成为最忠诚的汽车人卫士？”学生们情绪高涨，纷纷主动提出要完成这个任务。接下来我就提出了问题：“机器人要完成这个任务需要具备什么能力呢？”这就引出了本课的学习的学习内容灰度传感器的使用。这样的引人非常吸引学生，让学生迅速进入角色，想要完成任务。在讲解完灰度传感器的使用方法后，我接下来抛出第二个学习任务，那就是如何使用所学知识保护能量之星，即如何编写机器人围绕线路行走的程序，学生们一直紧紧转绕这一主题开展学习活动，充分体现了学生学习的主动性。4、 分小组合作学习，组内互帮互助，组间相互竞争。在机器人教学当中，分小组合作学习是十分必要而且有效的教学手段。因为机器人价格昂贵，难以实现让学生人手一台，客观上需要小组合作，让大家都有机器可用。同时机器人的学习难度较大，同学们能力各有不同，需要组长能发挥领导才能，合理分工，在学习中让能力较强的学生能帮助能力较弱的同学，使伙伴间团结协作、互帮互助。因此我在教学中常把学生分成3人一组的多个合作小组，由本组组员自由选出本组组长。在每一节课的提出学习任务之前，我都向学生强调要他们与其他同学合作共同完成这一任务。说明任务后，由各组组长再从老师处领取机器人，组内进行分工，开始进行机器人的搭建、编程、程序下载、机器人的运行与调试。在小组活动执行任务前，我会观察各个小组的分工是否合理并提出建议：如动手能力较强的学生可以主要负责搭建机器人的工作，而逻辑思维能力较强的学生则主要负责机器人的编程工作，通过合理分工使各组成员都能一展所长，确保他们顺利完成任务。 在小组合作学习过程中，我很少对学生进行干预和控制，让他们自行管理和分工合作。同时为了营造良好的学习氛围，激励学生认真对待，我还是会参与到学生之间的讨论。在每次活动中，我都会加入到其中一个小组，作为一名普通组员，和学生共同完成任务。这样做不但能更好地让学生体验到团队合作的力量，还能了解学生在团队合作中存在的问题，从而帮助学生更好的与人合作。在评价任务完成的效果时，我总会积极评价小组的合作成果，大力表扬通过积极发挥团队力量解决了难题的小组，使学生感受到合作学习是一种愉快的事情，从而满足了学生的心理需要，促进了学生智力因素和非智力因素的和谐发展，最终达到使学生学会、会学、乐学的目标，进而有效地提高了教学质量和同学们团队合作的精神。机器人的世界是一个充满奥秘、其乐无穷的世界。机器人教学融合了信息技术、物理、数学等多门学科的知识，机器人的教学工作能够引导学生进入这个令人神往的前沿学科。在机器人教学中让学生在“玩”中