走进中小学智能机器人教学

走进中小学智能机器人教学

镇海教师进修学校张谊随着信息技术的发展，智能机器人这一信息技术的前沿领域也得到了飞速的发展。为了适应未来科技社会对人才培养的需要，我国教育行政部门具有教育超前意识，制订了首先在普通高中通用技术课程中开设“简易机器人制作”及信息技术课程标准中开设相关栏目，均与智能机器人有关。智能机器人的教育走入中、小学校已经成为可能和必然趋势。机器人的教学也必将给信息技术基础教育带来新的活力。智能机器人教学会成为青少年能力、素质培养的智能平台。

近几年来，我区部分中小学逐步开展了智能机器人的教学活动。结合我区中小学信息技术课程的发展历程，对机器人走进中小学学校教育的一些问题进行了思考，以期获得广大专家和同行的帮助与指教。

一、智能机器人教学在中小学教育中的作用

智能机器人教学在中小学校的教育中的作用主要体现在以下三个方面。

1、使学生了解智能机器人这个学术前沿领域的发展和应用状况，了解智能机器人的概念和工作方式，破除青少年对机器人的神秘感，为进一步学习机器人的有关知识打下基础。

2、使学生掌握为一种智能机器人下载程序的方法，了解智能机器人各种传感器和驱动装置的作用。理解体会程序是智能机器人的灵魂，了解机器人是怎样在人的指挥下工作的。学习为一种智能机器人编写程序，通过为机器人编写程序学到科学而高效的思维方式，提高逻辑思维能力、规划能力，提高学生分析问题和解决问题的能力。

3、通过完成任务和模拟项目使学生在为机器人扩充接口的过程中学习有关数字电路方面的知识，在组装机器人的过程中培养学生的动手能力、协作能力和创造能力。

二、智能机器人教学在中小学教育中的主要形式

1、以中小学综合实践活动课的方式出现，并大大改变该课的科技知识含量。

2、以信息技术课内容之一的方式出现在课程上，并可为信息技术课，为这个更新速度很快的学科带来新的活力。

由于计算机课上机器人的加入，避免了以前编程的枯燥、乏味性，从而使学生在体味编程乐趣的同时。还给了学生一种发挥创造的空间。

3、以校外的科技活动为动力，在校内以科技活动小组的方式出现。

为了知识的连贯性，除了课堂上学生可以接触到机器人各方面的知识外，课后学生还可以通过参加课外科技活动小组的形式了解机器人更多的知识。

三、智能机器人教学的本质

目前的智能机器人集合了计算机、声、光、电等多种技术，可以让学生全面接触传感器、计算机软硬件、人工智能、自动控制等高新科技知识，激发学生的兴趣，培养学生的综合思考与动手能力、团队合作精神、创造能力和进取精神。归结到具体的教学内容上，一样的模块配置，一样的场地条件，却能使不同的学生“做”出来的机器人判若两“人”，这其间的关键就是左右着机器人动作的程序。从这个角度来看，所谓机器人竞赛，实质上就是学生编程的竞赛。在实际教学活动中，占用时间最多的也是机器人程序的编制和调试。机器人的结构模块、传感器、接口等硬件只是“骨骼”，操作系统和驱动程序才是它的“灵魂”，是它的“大脑”和神经中枢，正是在这个“灵魂”的指挥下，机器人才会有多姿多彩的动作表现。

四、开展智能机器人所需的场地器材

目前在学校教育中使用的智能机器人都是现成的机器人平台，比如：广茂达、纳英特、通用、乐高等。场地自己定做的费用也比较高，一般都是现成购买。

以开展灭火和足球机器人各一套为例，所需的场地和器材主要有以下几个方面：

1、智能机器人主机

2、灭火比赛扩展套件

3、足球比赛扩展套件

4、比赛场地（灭火、足球各一套）

5、机器人比赛专用足球

部分机器人有专用的灭火或足球比赛的智能机器人主机，就不需要灭火或足球的套件，而且不打算开展足球项目的，可以不用购买足球比赛扩展套件和足球比赛场地以及足球。

该开始开展，不一定需要大量购买机器人，人数也可以少一点，精一点。经过一轮的教学总结点经验、体会。带出几个具有一定能力的同学重点培养。如果要进行普及教学，可借助一些机器人的仿真系统以缓解设备不足的问题，比如：广茂达的能力风暴仿真系统。

除了购买的灭火和足球场地，学校也需要提供一定的室内场地进行摆放，对室内场地也有一定的要求。

1、场地的遮光性。灭火和足球比赛，灭火的火焰和足球比赛的发光足球都会发出光源，机器人都是用安装的传感器来探测光源，所以对于室内场地的遮光要求比较高。

2、场地的照明。一般场地都以冷光源的灯光为主，比如：日光灯，正式比赛的场地周围采用的是高压钠灯。尽量不要使用带色彩和发热的照明光源，比如：白炽灯。

3、场地需要一定的面积。

机器人灭火比赛在长250cm，宽250cm，高33cm的场地里面，一个由计算机程序控制的机器人，在一间模拟平面结构为四室一厅的单元房间里运动，找到一根燃烧的蜡烛并尽快将它扑灭。

机器人灭火比赛场地平面示意图：

机器人足球比赛在长240cm，宽160cm，高18cm的场地里面，智能机器人２个１组，一个守门，一个进攻，２组机器人进行比赛。

机器人足球比赛场地平面示意图：

五、开展智能机器人的师资要求

要进行机器人教学，教师应具有一定相关知识和能力才可以胜任教学。在能力方面，教师应具有一定的动手、自学能力，有较强观察、分析问题的能力。敢于尝试，不怕失败。对知识要求应有一定程序设计基础，最好具有电子技术、数字模拟电路等知识。

六、设计搭建智能机器人的步骤

设计和搭建智能机器人是一个循环往复的过程。对于智能机器人，先需要预定目标，想要把智能机器人设计成为什么用途，目标首先要明确。比如：要设计一个符合灭火程序标准的灭火机器人。下面是根据这个目标进行设计所进行的步骤：

1、 设计和搭建机器人硬件。根据现有的智能机器人主机和相应的灭火比赛扩展套件，

进行组建，部分机器人有专用的灭火比赛的智能机器人主机，已经进行过改造，就不需要再搭建了，直接进入下一步。

2、 在计算机上使用该机器人相应的编写环境编写具有灭火功能的程序。

3、 通过专用数据线把在计算机里编写的灭火程序下载到智能机器人主机。

4、 然后在灭火场地上进行试验，检验所搭建和设计的硬件、软件的效果。对于在试验

中发现的新问题，进行重新的硬件和软件的搭建设计。也就是重复第一个步骤。 对于机器人的设计需要不断的调试和创新，更加精益求精，同时也需要在这个不断重复的过程中花费大量的时间。

设计与搭建

在计算机上编写程序

程序的执行 程序下载到机器

人