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对机器人教育的几点思考

录入者：adminr  人气指数： 次  发布时间：2014年04月08日

 

对机器人教育的几点思考
泉州七中 陈思鑫
摘要：随着科学技术的发展，机器人教育走入中、小学已经成为可能和必然趋势。机器人教育会成为青少年能力、素质培养的智能平台。但是在开展机器人教育的过程中我们也面临了一些问题。对于这些问题，根据我校多年来开展机器人教育提出了自己的几点思考。
关键词：机器人教育 教材 竞赛
一、前言：
机器人这个看似高深的类人智能电子产品正在走进课堂，走向大众教育。机器人的发明、研究及应用实践是以科学研究和社会生产为需求的，进入到教育是其领域的扩大与发展。但是，由于它所涉及知识的广泛性和涉及技术的综合性，这都使的机器人对教育而言具有更多的价值。所谓机器人教育，通常是指学习机器人的基本知识与基本技能，或利用教育机器人优化教育教学效果的理论与实践。
二、机器人教育的现状
1、机器人是信息技术发展的前沿领域，是一门具有高度综合渗透性、前瞻未来性、创新实践性的学科，蕴含着极其丰富的教育资源。近年来，随着素质教育改革和基础教育课程改革的推进，很多中小学校越来越看重机器人教育，纷纷将其引入课堂教学。 但是作为一门课程应该挖掘基本的东西，要有深度和一定的难度，要讲核心的技术，而我们目前的机器人教育很多都偏离了这些。 从评价标准来讲，机器人教学尚没有形成比较完整的学科标准，不仅教学质量大打折扣，甚至偏离学科本身。
2、在机器人教育课程的实施过程中，目前还缺乏比较科学规划与较完整的教学设计。机器人教学的"教材"质量不高，大多属于"产品说明书"或"用户指南"式的，缺少课程与教学专家的参与和指导。教学上使用器材的基本都是由厂家的机器人套件。这些产品有时候并不能很好的适用教学的各个环节，在教育课程实施过程中也会受到这些厂家所制约。
3、进行机器人竞赛对开展机器人教育当然会有促进作用，开展各种展示和竞赛活动是普及机器人教育的一个重要途径，机器人竞赛项目的内容、规则及评分办法等的创意设计都极富创造性和挑战性。但为竞赛而竞赛就会出现种种偏向，偏离了机器人教育的目标——不是为了学生能力的提高，而是为了学校拿到虚荣的成绩。如何正确对待机器人竞赛，如何协调机器人竞赛和教育的关系也是我们面临的一个问题。
正对当前机器人教育存在种种问题，通过几年来开展机器人教育的实践，提几点看法：
三、机器人教育的目标
机器人的总体教学目标应该是为全面培养学生信息素质、创新精神和综合实践能力提供了一个良好的平台。但在具体目标上，具体不同学段应有不同的要求和表述，应包括如下内容：一是通过学生对智能机器人概念和工作方式的了解，破除对机器人的神秘感；二是通过传感器、驱动装置和程序的编制，了解机器人是怎样在人类的指挥下工作的，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、规划能力以及学生分析问题和解决问题的能力；三是通过组装机器人培养学生的动手能力、协作能力和创造能力。
  国家教育部于2003年4月正式颁布《普通高中技术课程（实验）标准》，首次在“通用技术”科目中设立了“简易机器人制作”模块，它是基于计算机技术的学习平台，将机械传动与单片机的应用有机组合的一个选修课程模块。 从内涵上讲，机器人教育应包括传感技术、控制技术、信息传输技术、程序设计四部分。
机器人创新教育是当今教育中“第一综合”教育资源。学生在使用工业标准的软件和硬件时，将涉及数学、物理、化学、几何学、三角学、电子学、规划设计、计算机控制、语言文学、音乐、舞蹈、生物、工程机械、能源环保、工业设计等学科知识。他们在团队合作学会妥协。他们懂得了管理时间和资源的重要性。他们还将引入系统和系统分析的概念。机器人研究使老师让学生有意义地练习或涉及如以下数学、物理相关知识。比如：比率，距离、时间、速度、重量的测量，基本的电路和回路。每堂课都是应该以学生为中心的，老师成了只提供基本知识、信息的推动者，课程设计目的是加强数学、科学和技术的概念，学生很快就承认了这些理论概念的重要性，因为他们需要用这些概念解决它们将遇到的问题。学生们必须写程序控制机器人。他们将运用条件语句、循环语句、变量、记时器和等待语句。根据学生的年龄和问题的难度，他们可能被要求用工程管理软件来管理团队的活动。学生所做的工作要求他们以团队为单位。他们由管理者、程序员、工程师和通信专家组成。鼓励学生们协同工作，并且鼓励他们通过交换角色来找到适合自己的位置。在活动中，要求学生们有效地管理时间和资源以保证按时完成工程。学生在设计和搭建机器人过程中可以学习数学、自然科学、工程设计和物理学。
四、机器人教材和教学器材
根据机器人教学的目标，我认为机器人教材开发应该符合这样的标准：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，了解智能机器人的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。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。
根据开展机器人教育的经验积累，根据教育教学的目标，充分考虑了高中学生的实际编写了《单片机C语言基础》《电子电路基础》《机器人制作实训》《VB编程》等校本教材。这些教材更加注重机器人创新教育与基础教育的结合。把物理、数学、化学、机械等多学科的知识融入机器人创新教育的找个平台上。将机器人教育与“人工智能初步”、“算法与程序设计”、“简易机器人制作”、“电子控制技术”等技术类课程进行有机的结合。把一些繁琐的、复杂的概念，用高中生容易理解的方式表述出来。
机器人教育是要比数学、物理、语文等教育投入的成本高很多。目前几乎所有学校开展机器人教育都采用厂家生产的教育机器人套件。教育机器人则是一类应用于教育领域的机器人。但这样的机器人的价格往往让很多学校望而却步。目前教育机器人产品繁杂、质量差异甚大，各个厂商的产品自成体系，互不兼容，缺少教育机器人的相关标准，在一定程度上影响了教育机器人的健康应用与发展。事实上，如果着眼于学生学习的需要，投资也是可以控制的。类似于“玩具”的机器人，只要有一块电路板、一些塑料板（条）、螺丝钉（螺丝帽）等组合而成就可以是一个机器人。在按动开关后，它照样可以按照设计者的设计思路运行。当然，相对于那些功能复杂的智能机器人，这些“玩具”机器人只是“小儿科”。但是，这并不会在实际的机器人教学中给学生学习机器人的兴趣带来多大的损伤，也并不会妨碍他们获取制造机器人的知识和灵感。 如果学校能够认识到这一点，多给学生添置一些简单易行的机器人，让他们在自己的兴趣指引下，从摆弄简单的机器人“玩具”开始。
我校在这几年开展机器人教育的过程中对这点深有体会。从机器人教育的目标出发，设计活动时应尽量考虑减低机器人功能或场地可能对活动带来的制约和影响，最大程度地发挥学生创造力、想象力和动手能力。简单的应用教育机器人进行教学并不能使学生真正掌握课程的内容。我们根据编写的教材，制作了可以用于教学的一系列的机器人模块，比如单片机最小系统、电机驱动模块、温度传感器模块、液晶显示模块……这些功能模块有良好的开放性，能够看到内部的构造，具有可扩展性，可以随意添加功能模块，进行自主创新。这种适合于教学和学生实际的模块能有效的利用于教学中。同时还节省了教学的成本，更有利于机器人教育的大众化，也避免了在机器人教育过程中受到厂家过多的牵制。
五、正确对待机器人竞赛
目前除挂名中国科学技术协会和教育部举办的两个机器人常规竞赛活动外，包括FIRA机器人足球赛、机器人足球世界杯赛、机器人灭火比赛、机器人世界锦标赛、机器人迷宫、中国机器人大赛、“广茂达杯”中国机器人大赛等不下十余种的比赛。机器人竞赛在一定程度上促进了机器人教育的发展。但是几年过去了，很多学校的机器人教学仅仅围绕比赛而展开，机器人教育作为一种全新的教学平台，它在学科教学中的作用远远没有发挥出来。 提高学生的创新能力和实践能力的过程是漫长的，短时期内看不到“实实在在的好处”，但竞赛是可以的。由机器人生产制造企业独家举办或联合举办的机器人大赛层出不穷，各种教育机器人开始热卖，各个学校开始忙着参加比赛，忙着争取荣誉，如果争不到就进入下一个循环。于是，在这种比赛接着比赛中，整个机器人教育的方向不知不觉地逐渐发生着偏移——机器人教育成了不断砸钱的过程，各种机器人竞赛也成了钱的竞赛。在比赛中，由于过分追求比赛结果，造成学生学习的主动性和思维的开放性、创造性没有得到充分的体现。
开展机器人研究和参与各项竞赛活动，宗旨是在进一步加强未成年人思想道德教育，提高广大青少年的科学素养，发展自身潜能，引导更多的大中小学生关注科技、热爱科技、走进科技，涌现出更多的未来科学家和工程师。所以我们应该“淡化竞赛，普及教育，重点培养，持续发展”。如果只是把机器人教育定位为比赛，那它一定是小众化教育。如何真正实现机器人教育的目的呢？一是需要媒体多加以宣传，让人们认识到机器人教育的好处；二是机器人教材应该有所改革，有的教材只是针对机器人兴趣爱好者；三是教育相关部门应该制定相关的管理条例，教育定位应该广泛点、准确点，从教育部门开始重视起机器人教育，逐渐渗入到学生和老师意识中。