浅谈在机器人活动中如何开展信息技术创新教育

机器人是现代技术特别是信息技术发展的综合体现,是中小学信息技术课程和综合实践课程的良好载体。机器人教育具有实践性强、探索性强和综合性强的特点,有利于学生迅速接触前沿研究,并有利于提高学生的创新能力和科学素养。机器人提供了一种素质教育和创新教育相结合的生动形式。

为了培养学生的动手能力、创新能力、综合能力和协作能力,我校从2009年开始进行机器人创新教学,先后设计制作了多项创新机器人,并以机器人创新为支点,深化创新教育改革。下面结合自己6年来在信息技术活动中开展机器人创新教育方面的实践,谈谈以机器人为载体的信息技术创新教育:

1 组织各种科技活动,培养学生的学习兴趣

机器人活动不能简单地看成是组织一次学生活动或参加一次竞赛,而应该利用科学探究的方法去研究在机器人教育中学生的科学素养如何培养问题,以机器人教育为载体来提高学生的科学素养。并把在机器人教育中科学素养的培养内容和方法推广到科技小发明等其他科技活动中。

我校每年组织一次机器人比赛活动,由同学们自己制订比赛规则,赛后参赛同学需要对自己的机器人作品的设计思路进行阐述。在去年举行的机器人射门比赛中,机器人在离球门不同的角度和不同的距离的三个点上发射乒乓球到球门内,机器人必须要有弹射球装置,并根据射门难易度不同而设置不同进球分值。这种形式有效地调动了学生的学习兴趣,丰富了学校文化生活,也展现了学生的创造才华,并有效地提高了机器人应用水平。这个项目成为广受欢迎、最具人气的学校文化活动之一。

2 举办科技展,学习借鉴创新思维

为了让学生进一步了解青少年科技创新大赛,激发青少年对科学的兴趣,更好地培养和提高青少年的科技创新精神和实践能力,开阔他们的眼界,启迪他们的思维,我校每年在顺庆区青少年科技创新赛结束后都要举行科技创新作品的展览,把全区获奖的优秀作品实物展览,消除了同学们对科技创新的神秘感,很多同学发现其实发明创造离我们很近,也许一个好的想法,一个好的点子就能成就一个小发明,小创造,极大地提高了同学们的制作、创新作品的热情,从而培养学生的创新思维。

3 敏锐观察,积极思考、敢于创新

敏锐的观察能力对于每个人来说,都是不可缺少的能力素质。独立思考是一个人进行创新活动的前提,也是素质教育的目标之一。这些都需要在后天的实践中逐渐培养起来的。

机器人创新可以在实际的教学过程中培养学生良好的观察习惯,提高观察能力。我们经常要求学生调试时留心观察机器人的运动情况、观察周围光线环境、观察观感和黑线的位置等等,这在很大程度上锻炼了学生的观察能力。如走轨迹机器人,经常会出现机器人脱离轨迹的现象。我们建议学生主要从环境光的干扰方面考虑。通过仔细观察发现,在电源正常的情况下,模拟黑标安装的高低位置不同,采集的数据也相差很大,降低模拟黑标离地面的高度,安装位置越低效果越好。另外在模拟黑标上套上用热缩管做成的一个黑色小圆圈,防止外界光的干扰,通过这些调整,机器人能很稳定地完成任务。

提高观察力还要克服粗心大意、不求甚解的毛病,心要细,把观察与思考结合起来。机器人活动中,一丁点的误差也会导致失败:红外线的影响、光线的变化、电量的消耗、机器人每次放置的位置都会影响你的成绩。在不断的失败中,学生懂得了如何保持平和的心态,仔细观察,积极思考,发现问题所在。勤于观察、善于思考的人才能拥有充满希望的未来之路。

4 以老带新同伴互助共同进步

随着机器人活动开展的深入,成员越来越多,加上不同兴趣小组研究的课题不一样,小组碰到解决不了的问题,教师无法及时解决,效率不高,于是,我们采取以老带新,同伴互助,共同进步的方式,新的兴趣小组有问题先跟老队员小组讨教,一般都能得到妥善解决,老队员也在帮助新队员的过程中得到了锻炼。对于确实解决不了的问题,再跟教师一起研究,使教师的指导更加深入,更加有效。

5 以任务驱动为形式,开展项目教学

机器人教学中,教师起着指导者、组织者、帮助者、合作者的作用。在掌握基本知识后,同学们以小组合作为形式,进行创新设计、编制程序、组装部件、演习实验、研究反思,各个小组可以确定各自不同类别的机器人进行研究,课题截然不同。这样如何保证教学组织呢?教师尝试采用任务驱动式的项目教学,让学生根据兴趣和研究的问题组成项目小组,每个项目小组内部又根据研究具体任务进行责任分工,教师根据学生需要帮助项目小组选择明确的研究课题,并宏观指导,具体设计研究则由各项目小组合作来完成,教师最后负责鉴定各小组的研究报告、机器人操作演习。完成某个项目后,原项目小组即告解散,再重新确定下一个研究课题,重组结构。这种教学方式任务明确,资源共享,灵活自主,操作性强,收到了很好的教学效果。比如同学们在制作迎面接力机器人的研究过程中,调查参阅大量文献资料,涉及了信息技术、电子技术、机械结构等在内的多个技术领域,他们联合攻关,反复推敲,改进设计,最终出色地完成了项目任务。事实上,学生在设计操演过程中,已经有效地构建了知识系统,并创造性地应用于实践活动,同时培养了创新思维、合作精神和竞争意识。

6 加强学科整合,培养学生综合素质和实践能力

机器人教育融合了造型技术、机械、电子、传感器、计算机软件、硬件和人工智能等众多先进技术。在教学实践中,机器人教学涉及多个学科领域,结合新课程要求,实施了机器人教学与综合实践课程的整合,按照任务驱动、课题研究、实践探究、创意设计等形式开展探究性学习活动,使智能机器人走进学生的学习和生活,为学生搭建了创造和发展的平台。比如学生在制作迎面接力机器人时,选题确定后,对选题进行可行性分析,制定项目说明书、任务节点等,自主探究学习,制作创新作品,完成任务。

通过机器人的学习活动,引导学生逐渐形成编程的思想,掌握机器人的程序设计方法;了解掌握传感器知识,各种部件的控制方法;在计算机上编写程序,然后通过计算机和机器人的通讯技术,将程序下载到机器人的微处理器,通过观察机器人的运行情况来调试、验证、反思、改进程序。这涵盖了计算机知识、数学知识、物理知识等,这种多学科的综合性、合作性学习,极大地激发了学生的学习兴趣,有效地培养了学生的创新思维能力、策划设计能力、解决问题的能力、逻辑推理的能力,为中国培养创新人才打下坚实的基础。

摘要：<正>机器人是现代技术特别是信息技术发展的综合体现,是中小学信息技术课程和综合实践课程的良好载体。机器人教育具有实践性强、探索性强和综合性强的特点,有利于学生迅速接触前沿研究,并有利于提高学生的创新能力和科学素养。机器人提供了一种素质教育和创新教育相结合的生动形式。为了培养学生的动手能力、创新能力、综合能力和协作能力,我校从2009年开始进行机器人创新教学,先后设计制作了多项创新机器人,并以机器人创新为支点,深化创新教育改革。