机器人教育漫谈

1、成章实验中学 郭慧星,机器人教育漫谈,2007年，比尔盖茨曾经预言： “机器人将与30年前的个人电脑一样迈入家家户户，彻底改变人类的生活方式”。,目录,1、什么是机器人 2、什么是智能机器人 3、什么是教育机器人 4、机器人教育 5、机器人竞赛 6、FLL机器人工程挑战赛“资源再生” 7、机器人工程普及赛“太空挑战” 8、EV3机器人制作,1、什么是机器人？,联合国标准化组织采纳了美国机器人协会给机器人下的定义： “一种可编程和多功能的操作机；或是为了执行不同的任务而具有可用电脑改变和可编程动作的专门系统。”,2、什么是智能机器人？,一般机器人只具有一般编程能力和操作功能，不具有智能。 智能机

2、器人至少要具备以下三个要素： 感觉要素 运动要素 思考要素,2、什么是智能机器人？含三个要素。,感觉要素：用来认识周围环境状态。 感觉要素包括能感知视觉、接近、距离等的非接触型传感器和能感知力、压觉、触觉等的接触型传感器。这些要素实质上就是相当于人的眼、鼻、耳等五宫，它们的功能可以利用诸如摄像机、颜色传感器、超声波传成器、激光器、导电橡胶、压电元件、气动元件、行程开关等机电元器件来实现。,2、什么是智能机器人？含三个要素。,运动要素：对外界做出反应性动作。 智能机器人需要有一个无轨道型的移动机构，以适应诸如平地、台阶、墙壁、楼梯、坡道等不同的地理环境。它们的功能可以借助轮子、履带、支脚、吸盘、

3、气垫等移动机构来完成。,2、什么是智能机器人？含三个要素。,思考要素：根据感觉要素所得到的信息，思考出采用什么样的动作。 思考要素是三个要素中的关键，包括判断、逻辑分析、理解等方面的智力活动。这些智力活动实质上是一个信息处理过程，而计算机则是完成这个处理过程的主要手段。,3、什么是教育机器人？,机器人按用途来划分，可以分为工业机器人、军事机器人、医用机器人、服务机器人等。 教育机器人是专门开发的以激发学生学习兴趣、培养学生综合能力为目标的机器人成品、套装或散件。它除了机器人机体本身之外，还有相应的控制软件和教学课本等。 例如：乐高EV3教育机器人,4、什么是机器人教育？,机器人教育通常指学习机

4、器人的基本知识与基本技能，综合了计算机、机械、电子、通讯、控制、声、光、电、磁等多个学科领域的知识和技能。集趣味性、实践性、综合 性、科学性、探究性为一体，深受大家喜爱。 通过学习机器人知识、亲手组装机器人、调试传感器、设计并编写程序、完成任务等活动，可以使动手能力、逻辑思维能力、综合应用能力、创新能力等都得到全方位的训练和提升。,4、什么是机器人教育？,在开展机器人活动时，所设定的机器人活动主题不但具有一定的挑战性和趣味性，而且对其问题的解决方案不限定，都是开放性的，对机器人的组装和编程也不规定统一的模式、统一的答案，可以用不同的方法达到同一个目标。同样的模块组装成不同的样式，相同的机器人采

5、用不同的编程方式，也使得机器人有了异样的思维。要想控制好机器人，必须要了解机器人软件、硬件结构、功能与应用等方面的基本知识。只有掌握了这些基本知识，才能发挥自己的聪明才智，构思出巧妙的机器人方案，这一过程是极其富有挑战性的。,4、什么是机器人教育？,机器人教育的主要内容： （1）培养学生的逻辑思维能力 学生在了解机器人的功能、结构和工作原理的基础上，根据机器人需要完成的任务来编写程序。如果输入具有严密逻辑结构的指令，机器人就会按照指令运动。 学生必须将自己的设想，通过清晰的程序步骤加以实现。一个目标的实现，一般有多种途径和方法，可以通过不断尝试，逐渐领悟，寻找最佳方案。 机器人程序设计为基础教

6、育提供了一种培养学生逻辑思维能力的新方法。,4、什么是机器人教育？,机器人教育的主要内容： （2）培养学生分析问题和解决问题的能力 学生在根据要求或自己的设想编写机器人的各种控制程序时，设计思路可能不同，但编写的程序需要学生亲自检验。 学生在编写程序的过程中，通过不断地尝试错误，分析出错原因，提出解决问题的办法，从而提高了分析问题和解决问题的能力。,4、什么是机器人教育？,机器人教育的主要内容： （3）培养学生的综合实践能力 机器人教学是一个手脑结合，实际动手操作的过程。 在对机器人设计、制作及改装加工的过程中，需要运用数学、物理、化学、材料等方面的知识，学生需要动脑思考怎样改装才能达到要求。

7、 这个过程锻炼学生设计能力和加工能力，提高了学生的综合实践能力。,4、什么是机器人教育？,机器人教育的主要内容： （4）培养学生的创新能力 培养学生的创新精神和创新能力是中小学素质教育的一个重要内容，也是开展机器人教学的一个重要目标。 学生为设计和制造各具特色的机器人，要解决可能出现的问题，这就产生了创新意识。如果学生动手实践并最终达到目的，就体现了学生的创新能力。如果在教学中能调动学生的积极性并充分发挥他们的想象力，学生的成品可能是教师们所不能及的，这正是素质教育所期望的。,4、什么是机器人教育？,机器人教育的主要内容： （5）培养学生的团队合作能力 机器人教学大多是以小组形式开展的，机器人

8、的学习、竞赛实际上是一个团体学习的过程。 要求学习者团结合作，包容小组其他成员的缺点和不足，能够与他人进行有效的沟通与交流。 在多数情况下，学生受到个人条件、环境、能力的制约，要独立完成是有困难的。学生可以通过与同学交流，向家长、老师、朋友等多方面寻求解决的方案，自然而然地开展合作。 学生在实践中培养自己的团队合作能力，为将来进入社会并获得成功打下坚实的基础。,智能机器人竞赛是使用智能机器人通过传感器感知外部环境，根据预先编制好的程序全自主的完成既定任务的一种高科技竞赛形式。,机器人竞赛二十一世纪的科技活动,5、机器人竞赛,5、机器人竞赛,5、机器人竞赛,机器人竞赛活动是一项集动手动脑、技能培

9、养、探究性学习为一体的教育活动，是普及机器人教育的一个重要途径，孩子们可以自己编写程序、搭建、调试机器人，灵活地综合运用多学科知识，结合日常观察、积累、去寻求自己独特而完美的解决方案，创造出自己心中的机器人。机器人竞赛项目的内容都极富创造性和挑战性，将那些比较枯燥的知识变成有趣的研究项目，学生更乐于接受。在自己动手设计机器人项目的过程中会不断获取学习经验，学到良好的思维方式，学会与人合作，体验分享成功的喜悦。激发孩子们的创造力和协作精神，培养创新精神和动手实践能力，帮助他们开拓视野，促进综合素质的提高。机器人竞赛活动的开展很大程度上满足了青少年的好奇心，又为他们搭建了一个施展才华的舞台。,参赛

10、具体时间节点,4月份，2016年衡阳市中小学机器人竞赛活动 5月10日前，省中小学机器人竞赛队伍报名； 5月下旬，省中小学机器人竞赛； 6月15日前，向教育部提交省级优胜机器人队伍。 7月下旬至8月上旬，全国夏令营（国家级入围作品现场面试，各省机器人优胜队伍竞赛。） 11月份，教育部下发下一年度活动通知和指南。,5、机器人竞赛,（市中小学机器人竞赛项目）,（1）机器人灭火竞赛：每队限报1人；小学、初中 （2）机器人足球竞赛：小学组（一对一足球）每队限报1人，初中、高中组（二对二足球）每队限报2人； （3）西觅亚FLL工程普及赛“太空挑战” ：每队限报2人。小学、初中 （4）西觅亚FLL工程挑战

11、赛“资源再生”：每队限报2人。小学、初中 （5）能力风暴WER-J普及赛：每队限报2人；小学、初中、高中 （6）能力风暴WER能力挑战赛：每队限报2人；初中、高中 （7）现场竞技普及赛。小学、初中、高中 （8）机器人篮球竞赛：每队限报2人；高中 （9）人型机器人全能挑战赛竞赛：每队限报1人；初中 （10）纳英特智能挑战赛：每队限报2人；小学 （11）BotBall：每队限报2人；初中 每个选手限报1个项目，每个项目限报1名指导教师。,5、机器人竞赛,2015“无界课堂”,2016“变废为宝”,6、FLL机器人工程挑战赛,2016,6、FLL机器人工程挑战赛,乐高的FLL工程挑战赛每年都会发布新

12、的主题如：能源、气候、交通、生命医学、食品安全、关爱老人等，每一个主题都会有14个左右的任务需要在150秒内完成。针对不同的任务设计不同的机体结构、策略物和任务执行方案，不断地改进结构、策略和调试程序，使之能适应多个任务的完成。,2人合作，共同完成比赛,6、FLL机器人工程挑战赛,2012-2013 FLL爱晚行动 采荷一小,6、FLL机器人工程挑战赛,2016 FLL,6、FLL机器人工程挑战赛,7、FLL机器人工程普及赛“太空挑战”,简易机器人的组成,机器人程序,机械传动结构,传感器,电机,机器人控制核心,8、EV3机器人制作,创新精神 探索能力 实践能力 综合能力 协作能力 进取精神,开展机器人活动的意义,机器人