文湖南省岳陽(yáng)縣第一中學(xué)陳寬平

讓機(jī)器人走入“尋常百姓家”
——談普通高中機(jī)器人教學(xué)

文湖南省岳陽(yáng)縣第一中學(xué)陳寬平

機(jī)器人教學(xué)是以創(chuàng)新教育理論為指導(dǎo)，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、科學(xué)品質(zhì)、探索精神、實(shí)踐能力為目標(biāo)的學(xué)科，對(duì)提高學(xué)生的探索、協(xié)作和創(chuàng)新能力具有極大的促進(jìn)作用。然而在大多數(shù)人眼中，機(jī)器人距離日常生活非常遙遠(yuǎn)，被冠以“高大上”的名號(hào)，因此在學(xué)校開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)非常困難。

其實(shí)機(jī)器人并不神秘，市面上機(jī)器人的種類非常多，形狀、價(jià)格、軟件、用途各不相同。教師只要找準(zhǔn)定位，在中學(xué)生中開(kāi)展、普及機(jī)器人教學(xué)并非難事。下面結(jié)合我在高中幾年從事機(jī)器人教學(xué)的經(jīng)歷，談?wù)勅绾卧谥袑W(xué)階段進(jìn)行機(jī)器人教學(xué)定位。

培養(yǎng)目標(biāo)

首先，教師要明白進(jìn)行機(jī)器人教學(xué)的目的何在。是培養(yǎng)機(jī)器人參賽選手，還是在學(xué)校進(jìn)行機(jī)器人普及教學(xué)？

毋庸置疑，機(jī)器人教學(xué)的主要任務(wù)應(yīng)是后者，即從最簡(jiǎn)單的原理入手到掌握編寫程序，從了解機(jī)器人各處模塊的作用到組裝完整的應(yīng)用型機(jī)器人成品，讓所有學(xué)生都能感受到機(jī)器人的魅力，提高創(chuàng)新思維能力，這才是中學(xué)階段進(jìn)行機(jī)器人教學(xué)的根本目的。

教學(xué)器材

目前，機(jī)器人教學(xué)器材可分為兩類:一種是有基本形狀的機(jī)器人，這類機(jī)器人的結(jié)構(gòu)主要包括主板、各種傳感器、運(yùn)動(dòng)裝置以及發(fā)聲器等功能模塊。這些模塊由廠家組裝成一個(gè)整體，不能改裝，只能通過(guò)編寫程序?qū)崿F(xiàn)固定的功能，學(xué)生很難加入自己的創(chuàng)意，不宜作為教學(xué)使用。

另一類是沒(méi)有固定形狀、只有一堆零部件的積木式機(jī)器人，包括控制器、傳感器、伺服機(jī)等各種元件，采用模塊化結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行編程，能根據(jù)需要組合成不同種類的機(jī)器人。這種機(jī)器人特別適合教學(xué)，教師既可以選擇單一部件就其功能進(jìn)行教學(xué)（如講傳感器時(shí)，可把各種傳感器列出，展示其功能），也可以組裝各種形狀的綜合機(jī)器人。

積木式機(jī)器人便于學(xué)生掌握機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)編程、傳感器等知識(shí)，學(xué)生根據(jù)自己的想象自主搭建各種形狀的機(jī)器人，更利于發(fā)揮創(chuàng)新能力。這類機(jī)器人市場(chǎng)上有很多，我校就使用智慧天下等套裝機(jī)器人。

教學(xué)軟件

機(jī)器人是一種可編程、多功能操作機(jī)，也是為了執(zhí)行不同任務(wù)而具有可用電腦改變和可編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)。所以編寫機(jī)器人程序是機(jī)器人教學(xué)必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，也是機(jī)器人教學(xué)的最高層次。

機(jī)器人編程平臺(tái)很多，在教學(xué)中多采用QBASIC語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言、LOGO語(yǔ)言等，可滿足小學(xué)、中學(xué)、中等職業(yè)教育、大學(xué)等不同階段學(xué)生學(xué)習(xí)編程的需要。

在中學(xué)階段，特別是剛開(kāi)始接觸機(jī)器人的農(nóng)村中學(xué)，推薦使用LOGO語(yǔ)言。一般機(jī)器人廠家都有自己的LOGO語(yǔ)言和仿真系統(tǒng)，可在計(jì)算機(jī)屏幕上創(chuàng)建虛擬機(jī)器人及場(chǎng)地環(huán)境，編寫、調(diào)試程序并控制機(jī)器。當(dāng)學(xué)生設(shè)計(jì)能力達(dá)到一定水平后，可以學(xué)習(xí)更高一級(jí)的編程語(yǔ)言，以實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的功能。

教學(xué)內(nèi)容

機(jī)器人教學(xué)的內(nèi)容非常豐富，建議從兩條主線進(jìn)行。一條線是機(jī)器人結(jié)構(gòu)教學(xué)：從傳動(dòng)裝置、傳感器、控制器各部件逐漸到組裝成各種外形的機(jī)器人。另一條線是運(yùn)用軟件編寫程序，實(shí)現(xiàn)各種功能。

比如先實(shí)現(xiàn)按黑色軌道尋跡、避障、避懸崖等功能，慢慢向走S或8字形、機(jī)器入庫(kù)等中等難度的功能，接下來(lái)進(jìn)行機(jī)器人篩選、滅火等功能，最后實(shí)現(xiàn)走迷宮、足球比賽等高難度功能，從易到難，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜。

課程開(kāi)設(shè)

將機(jī)器人教學(xué)歸類到通用技術(shù)課程中有兩個(gè)好處：一是通用技術(shù)在新課標(biāo)大綱要求中有名分，開(kāi)設(shè)課時(shí)可計(jì)入學(xué)生學(xué)分；二是可借助通用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。憑借這兩點(diǎn)，機(jī)器人教學(xué)即可順利進(jìn)入課堂。

由于機(jī)器人是一門創(chuàng)新性很強(qiáng)的課程，如果僅限于課堂，很難達(dá)到教學(xué)的真正目的?？稍谡n堂之外開(kāi)辟第二課堂——成立機(jī)器人興趣小組，組織學(xué)生積極開(kāi)展小組活動(dòng)，定期舉辦比賽。

機(jī)器人教學(xué)并不神秘，也不需要花很多錢，只要教師做好規(guī)劃，合理配置，“高大上”的機(jī)器人一定可以走入“尋常百姓家”。