《能力风暴仿真机器人系统》在农村小学机器人教学中的应用探索

1、能力风暴仿真机器人系统在机器人教学中的应用探索绵竹市板桥学校傅正强【摘要】机器人教育是一个非常好的培养学生信息素养和综合解决问题能力的实验平台。教育部制定的新课程标准中将机器人教学纳入了中小学信息技术课程之中,为信息技术基础教育带来新的活力。但由于经费等问题,在所有学校开展机器人教学就将成为纸上谈兵。而智能机器人仿真软件的出现则解决了这个问题。本文将对能力风暴仿真机器人系统做一简要介绍,并就此系统在机器人教学中的应用提出了一些行之有效的经验做法。【关键词】智能机器人能力风暴仿真机器人系统简介教学实践【正文】由于经费和场地的限制,在所有中小学要开设机器人教育无疑是非常困难的。而机器人仿真软件的出

2、现则给机器人教育带来了新的希望。我们可以利用仿真软件进行智能机器人的常规课堂教学。虽然仿真软件失去了动手组装机器人的操作过程,但它在教学能够突出程序设计在教学的中心位置,使“算法”变得直观而形象,大大提高了学生对学习的投入度,有利于学生高级思维能力、对整体进行规划的能力、解决问题的能力、连续运用推理的能力、合作沟通能力、动手能力、创新能力的提高。一、能力风暴仿真机器人系统(SVJC简介能力风暴智能机器人仿真系统为青少年了解智能机器人知识,学习智能机器人编程,实施精彩的机器人项目和比赛提供了令人激动的机会。它用直观的流程图编程,让用户在编写机器人程序中快捷地发挥出惊人的想象力和创造力。并且此系统

3、操作简便,利用活泼明快的图形模块编程,用户只需点击和移动能力风暴智能机器人专用的图形模块由顶向下搭建流程图,流程图搭建完毕,准确无误的程序即会生成。而且SVJC还拥有强大的系统仿真功能,可以创建和真实的能力风暴功能相当的虚拟能力风暴智能机器人,这样就可以在不必涉及硬件的情况下进行编程,可以在计算机上完成对比赛场景的模拟或所编写的程序的演示。SVJC提供了执行器、传感器、控制和程序四个模块库。其中执行器模块库可以完成直行、转向、发音、显示、计算等功能;传感器模块库提供了碰撞、红外、光敏和地面传感器,控制模块库提供了循环、判断两类流程。我们可以根据任务的需要选择合适的模块,以搭积木的形式在流程图生

4、成区中连接生成流程图程序,然后在仿真环境下模拟机器人运行程序,完成任务。二、能力风暴仿真机器人系统教学实践对于编程者而言,虽然结果令人兴奋,但编程过程却是非常枯燥无味的。要让学生喜欢上机器人的编程首先就要对机器人有足够的兴趣。在教学中,我通过“机器人跳舞”、“机器人做手术”、“机器人组装汽车”等视频片段让学生逐步认识到在我们身边,还有这么多智能机器人和人类生活有着密切的关系,让学生对机器人有了一个感性的认识。接着我又展示了“机器人足球”、“机器人灭火”等视频以进一步加深学生对智能机器人的认识,最后通过让学生利用课余时间上网或者看电视来查阅机器人的资料,从而激发他们对学习机器人的热情,加强他们对

5、编制程序,从而控制机器人完成指定任务的兴趣。学生有了兴趣后,我便趁热打铁,采用讲解演示教学方法,着重讲解了模块库和流程图生成区及仿真运行的平台程序,让学生动手试一试、练一练,用搭积木的形式让学生把各个模块拖到流程图区,然后再进入仿真系统,运行验证。这样,不仅调动了学生的学习兴趣,还让学生熟悉了界面,学会了模块的运用和仿真程序的使用。在教学中,我采用由简到难的阶梯式教学方式,让学生们在学习中不断进步,在完成任务的过程中不断地获得成就感,加深他们对机器人学习的激情。第一阶段:初试身手在这一阶段,主要学习机器人执行器模块的使用,即机器人的喇叭、显示屏、运动系统,主要完成机器人行走、转向、唱歌、显示、

6、计算等基本任务,并在此基础上完成边走边唱、走圆形、画奥运五环、走五角星等任务。为此,我采用直观教学法,让学生明白编程的思想。我出示范例,让学生观察我用了什么模块,为什么要这样做?如果改变了模块的设置参数,机器人又是如何动作的。这样,学生参照课本实例,运用模块,自己调试,完成操作。计算机编程的思想是自顶向下、逐步细化。在机器人教学过程中,教师要不断地通过具体事例来强化学生的编程思想和编程方式。例如,让机器人走正方形,可以采用直行、转向、直行、转向、直行、转向、直行、转向这8个模块来完成,也可以利用多次循环、直行、转向3个模块来完成。前者采用程序结构中的顺序结构。这种结构比较直观,学生也比较容易理

7、解,但操作繁琐,无通用性。后者采用循环结构,从而达到流程简单明了,通用性强。而在具体教学中,我们通过让学生阅读课本循环结构的工作原理,来知道程序是怎么实现的。这能很好地培养和训练学生的发散思维,引导学生的思考朝多种方向扩散。这个过程是学生学习能力风暴的进阶篇,本教学任务就是要培养和训练学生的发散思维和严谨的算法设计。第二阶段:稳步前进能力风暴人的教学所倡导的思想就是创新。所以教学的最终目的是应用和创新。在这个阶段,同学们将接触并了解智能机器人的感觉系统,并根据智能机器人的碰撞传感器、红外传感器、光敏传感器、地面传感器反馈回来的信息通过控制模块中的循环和判断模块来控制机器人的执行器,完成诸如打招

8、呼、叫人起床、彩色地毯、风扇定时、找房门、趋光的飞蛾、沿线走等任务。在这个过程中,教师可以帮助学生进行程序分析,然后让学生自己设计出程序的模块图。虽然难度很高,对学生的挑战性极大,但正是由于这种创新,人类社会才会有进步!我们提倡学生创新!这个过程是学生学习能力风暴的高级篇。教学中只对学有余力的学生和对机器人编程有发展潜力的学生来教学。三、教学实践中的思考和反思机器人教学中要遵循循序渐进、由浅入深的原则,把握教学中的度。就像走楼梯台阶,一步一步往上走,既不原地踏步,也不能一步跨几个台阶。教师在上课前要把握好学生的学习状态以及知识的难易程度,一层层递增。为此,教师首先要精通仿真软件的使用,熟悉机器人图形化模块编程思路,备好教材,用好教材,搜集相关的学习机器人资料,参考实例,有所创新地教学。在具体的教学实践过程中,教师要善于和学生沟通,掌握学生的知识结构和认知规律,要充分认识自己的教学主体,处理好等待型和主动型学生的关系,既要保护好主动型学生的求知欲