摘 要：機(jī)器人教育得到越來(lái)越多教育工作者的關(guān)注，機(jī)器人教育承擔(dān)著培養(yǎng)中小學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的重任。文章分析了機(jī)器人在教學(xué)中存在的問(wèn)題，和有效的解決辦法。以期在中小學(xué)機(jī)器人教育中促進(jìn)中小學(xué)生創(chuàng)新提供參照。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人教育；中小學(xué)生；創(chuàng)新能力

創(chuàng)新意識(shí)和重新能力是實(shí)現(xiàn)我國(guó)從“中國(guó)制造”到“中國(guó)智造”，提高我國(guó)在國(guó)際地位和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的重要的決定因素。中小學(xué)時(shí)期正是祖國(guó)的未來(lái)和希望，青少年一生中非常重要的教育時(shí)期，也是青少年培養(yǎng)個(gè)性品質(zhì)的重要階段。是創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的最佳時(shí)期。一直以來(lái)，我們比較重視對(duì)青少年應(yīng)試能力的培養(yǎng)，但是對(duì)動(dòng)手能力，特別是創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，是大家比較公認(rèn)的短板。所以我們要更好地利用機(jī)器人教育這一培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能的良好載體，來(lái)促進(jìn)對(duì)中小學(xué)生生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

一、 培養(yǎng)中小學(xué)生創(chuàng)新能力的必要性

2015年李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告中提出了“大眾創(chuàng)業(yè)，萬(wàn)眾創(chuàng)新”。國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)又在2016年7月20日通過(guò)“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃。這是對(duì)我國(guó)未來(lái)5年科技創(chuàng)新的系統(tǒng)謀劃和前瞻布局，是實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的重大舉措，對(duì)于提升國(guó)家科技創(chuàng)新綜合實(shí)力，發(fā)展新經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)邁向中高端，實(shí)現(xiàn)全面建成小康社會(huì)目標(biāo)具有重要意義。

引導(dǎo)和鼓勵(lì)中小學(xué)生廣泛開展機(jī)器人教育，對(duì)開發(fā)學(xué)生智力、造就新世紀(jì)創(chuàng)新人才、提高創(chuàng)新思維能力，及時(shí)開發(fā)大腦潛能培養(yǎng)中小學(xué)生學(xué)科學(xué)、愛教學(xué)、用科學(xué)的熱情，提高中華民族的科學(xué)素質(zhì)，具有重要意義。它為素質(zhì)教育開拓了一個(gè)廣闊的領(lǐng)域，顯示了強(qiáng)大的生命力，符合現(xiàn)代教育思想，有利于青少年健康成長(zhǎng)。

二、 機(jī)器人教育可以激發(fā)中小學(xué)生的創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力

中小學(xué)機(jī)器人教育涵蓋多方面內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)手腦并用，是培養(yǎng)中小學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的重要載體。機(jī)器人融合了機(jī)械制造、電子技術(shù)、傳感器、無(wú)線通訊、聲音識(shí)別、圖像處理和人工智能等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，代表著高科技技術(shù)發(fā)展的前沿。2003年教育部正式頒布《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》，首次在高中“信息技術(shù)”、“通用技術(shù)”課程中分別設(shè)立了“人工智能初步”、“簡(jiǎn)易機(jī)器人制作”選修模塊，部分省市也把機(jī)器人教學(xué)內(nèi)容納入到初中和小學(xué)信息技術(shù)、綜合實(shí)踐和科學(xué)課程中。

例如：

在制作“桌面防跌落機(jī)器人小車”實(shí)踐中，設(shè)計(jì)要求是：制作一款小車能夠在桌面上自由行進(jìn)而不會(huì)跌落，當(dāng)走到桌子邊緣的時(shí)候能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)向，從而規(guī)避跌落。

該制作活動(dòng)可分為六部分：車體搭建、傳感器布置、控制和驅(qū)動(dòng)單元的端口設(shè)置、程序編寫、整體調(diào)試和制作總結(jié)等。

制作流程：

第一步，搭建小車

我們將兩個(gè)馬達(dá)放在控制器的下面，如圖所示：

第二步：布置傳感器

采用的傳感器是紅外傳感器，傳感器位置放在車體前部左右兩個(gè)頂角邊緣處。

第三步：控制和驅(qū)動(dòng)單元的端口設(shè)置

將小車左側(cè)的電機(jī)插入控制器的電機(jī)1插口，右側(cè)電機(jī)插入控制器的電機(jī)2插口，小車左側(cè)的紅外傳感器插入控制器的端口6插座，右側(cè)傳感器插入控制器的端口5插座。

第四步：程序編寫

（一） 編程思路：

要讓小車能夠走到桌邊的時(shí)候能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)向，首先就需要能夠可靠的檢測(cè)到桌邊。這里采用的是紅外傳感器。當(dāng)小車走到桌邊的時(shí)候，傳感器會(huì)伸出桌面，這種情況下，傳感器就無(wú)法檢測(cè)到反射信號(hào)，正是利用了這個(gè)原理，我們只需要持續(xù)判斷兩個(gè)探頭輸出信號(hào)的情況，然后再控制小車做相應(yīng)的轉(zhuǎn)向。

小車在桌面行駛的過(guò)程中，總共會(huì)遇到以下幾種情況：

1. 小車的左側(cè)傳感器有輸出信號(hào)，而右側(cè)傳感器沒有輸出信號(hào)。這說(shuō)明小車右側(cè)的傳感器探頭已經(jīng)位于桌面的外側(cè)，這種情況下，為了避免小車跌落，需要控制小車左轉(zhuǎn)。

2. 小車的右側(cè)傳感器有輸出信號(hào)，而左側(cè)傳感器沒有輸出信號(hào)。這說(shuō)明小車左側(cè)的傳感器探頭已經(jīng)位于桌面的外側(cè)，這種情況下，為了避免小車跌落，需要控制小車右轉(zhuǎn)。

3. 小車兩側(cè)的傳感器都檢測(cè)不到信號(hào)，這說(shuō)明小車的前進(jìn)方向是垂直于桌邊的，兩個(gè)傳感器的探頭都位于桌面的外側(cè)，這種情況下既可以讓小車左轉(zhuǎn)，也可以右轉(zhuǎn)。

4. 小車的兩側(cè)傳感器都能夠檢測(cè)到信號(hào)，這說(shuō)明小車沒有走到桌邊，小車只管前進(jìn)即可。

（二） 編程需要注意的事項(xiàng)：

1. 小車的兩側(cè)傳感器分別對(duì)應(yīng)哪個(gè)端口，這個(gè)要記清。

2. 小車轉(zhuǎn)向可以考慮加一定的延時(shí)，也就是靠延時(shí)控制小車的轉(zhuǎn)向幅度，以便能夠比較好地避免跌落。

參考程序如下（這里定義小車左側(cè)傳感器接端口6，右側(cè)傳感器接端口5）：

第五步：整體調(diào)試

1. 如果運(yùn)行效果不理想，可以考慮在轉(zhuǎn)彎時(shí)加入延時(shí)，使其轉(zhuǎn)彎幅度更大一些。

2. 傳感器是紅外傳感器，所以這個(gè)小車最好在白色的桌面上或是淺色的桌面上運(yùn)行，不能在黑色的桌面上運(yùn)行。

第六步：制作總結(jié)

1. 分組任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式，五人一組分工合作，組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制。既明確了目標(biāo)和任務(wù)，又鍛煉了團(tuán)隊(duì)精神和合作意識(shí)。

2. 對(duì)程序的編制和故障與bug的排除，多采用“頭腦風(fēng)暴”方式，給每個(gè)小組成員均等的機(jī)會(huì)，集思廣益，開闊思路，以創(chuàng)新思維的方式解決問(wèn)題。

3. 組與組之間，在制作過(guò)程中充分交流。通過(guò)組長(zhǎng)溝通和指導(dǎo)老師的協(xié)調(diào)，使得各組之間密切配合。

4. 指導(dǎo)教師充分發(fā)揮引導(dǎo)作用，充分調(diào)動(dòng)全體同學(xué)的創(chuàng)新熱情，使每位同學(xué)都積極參與到本次活動(dòng)中。

總之通過(guò)機(jī)器人教育，要讓學(xué)生了解機(jī)器人實(shí)現(xiàn)某種任務(wù)的創(chuàng)意設(shè)計(jì)，加深對(duì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的理解，在解疑中發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力，舉一反三，充分發(fā)揮學(xué)生的聰明才智，積極嘗試。在總結(jié)成功和失敗中堅(jiān)持不懈地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，著重加強(qiáng)對(duì)學(xué)生質(zhì)疑精神和質(zhì)疑能力的培養(yǎng)，倡導(dǎo)百花齊放，個(gè)性發(fā)展，在“做中學(xué)”，邊學(xué)邊做，在創(chuàng)新中提高。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

孫勝，山東省菏澤市，菏澤學(xué)院教師教育學(xué)院。endprint