小谈机器人在通用技术教学中的应用
【摘 要】 机器人教学是以创新教育理论为指导，以培养学生的创新思维、科学品质、探索精神、实践能力为目标的学科。本文主要对机器人教学与通用技术教学的整合进行了初步的探索与总结。
【关键词】 机器人教学 通用技术
【正 文】
为了顺应社会发展和普通高中学生身心发展的特点，我校开设了《机器人技术与设计》这门选修课程。在结合通用技术教学过程中，我初步了解到机器人在通用技术教学中的一些具体作用。
机器人的产生——技术因人而生
机器人作为一种自动化控制机械，机器人技术的产生源于人的需求。早在三千多年前的西周时代，我国就出现了能歌善舞的木偶，称为“倡者”，这可能是世界上最早的娱乐“机器人”。1960年美国AMF公司生产了Versatran机器人，可作点位和轨迹控制，这是世界上第一种用于工业生产上的机器人。他们发现可以让机器人去代替工人一些简单重复的劳动，而且不需要报酬和休息，任劳任怨。十九世纪七十年代的日本正面临着严重的劳动力短缺，这个问题已成为制约其经济发展的一个主要问题。毫无疑问，在美国诞生并已投入生产的工业机器人给日本带来了福音。1980年被称为日本的“机器人普及元年”，日本开始在各个领域推广使用机器人，这大大缓解了市场劳动力严重短缺的社会矛盾。
机器人的发展——技术不断创新
创新是技术发展的核心。如今，在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。全球诸多国家近半个世纪的工业机器人的使用实践表明，工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。现代机器人早已不在是单一的工业机器人，随着机器人技术的发展，人们设计出各种不同种类的机器人，娱乐机器人可以供人观赏娱乐，服务机器人可以端茶扫地、水下机器人深入海底作业，太空机器人帮助人们探索未知世界。
机器人的设计——系统的设计
学校教育机器人一般都是任务型机器人，首先要根据任务的要求搭建合适的机器人，这就涉及到结构的设计，如何维持机器人静态与动态的平衡并顺利完成越野、搬运、医疗、投球、灭火、对抗等任务。其次要根据结构设计来编写相对应的机器人程序并下载让机器人动起来，好比是给机器人注入活的灵魂。而机器人程序的调试是最考验人的毅力和耐心的时候，往往是“一招不慎，全部重来”，千呼万唤始成功。机器人设计是一个系统工程，涵盖了计算机、传感器、智能信息处理、控制和机械等基础技术，体现了现代信息技术与传动机械技术的综合、软件技术与硬件技术的结合，体现了技术的综合性。如自动门的设计增强了学生对开环控制系统和闭环控制系统的理解。
机器人的优化——系统的优化
一个完美的机器人，应该有良好的人机关系，操作简便、形态美观，效能比比高的特点。因此机器人常常还需要不断的优化，常见的优化是减少机器人的结构件以减轻自重、使用高效的移动电源、优化程序算法，我把它形象的称之为给机器人塑身减肥。还有摩擦力优化，路径优化，策略优化等。每一次优化又都是一次技术试验的过程。有利于学生对“性能试验”“优化试验”等的理解。
机器人教学反思
机器人对改善无器材技术课堂的乏味、活跃课堂氛围、提高学生的学习兴趣、增强课堂效果都有很大作用。只是很可惜机器人器材价格昂贵，导致器材的数量太有限不能普及。机器人器材昂贵又娇气，要教育好学生爱护器材，养成良好的使用、维护和保养习惯。机器人教育是创新教育和教改的切入点 机器人是人类创新能力和创新成果的载体，是永无止境的研究课题。机器人教育为创新教育提供了广阔的空间，是开发每个学生特长和潜能、培养高素质创造性人才的好素材。在素质教育改革中，根据创新教育的任务和要求，结合机器人教育自身的优势和特点，以学生为主体，在教师的引导下按照学生自身的特点，进行个性化教育，能突出培养学生的创新精神、创新能力和创业意识。这就激发了学生的学习兴趣和求知欲望，使学生的学习从被动向主动转化，培养学生的自学能力和选择知识的能力，同时理论联系实践，提高了学习的深度和广度，培养了学生的创造精神、实践能力以及独立分析问题和解决问题的能力。因此，机器人教育是开展创新教育的重要方法。实践是创新的源泉。在课题设计的制作和调试过程中，学生能够扩宽知识面，提高理论水平，开阔眼界，了解国内外的科技发展前沿，从而培养了学生的现代专业技能和动手能力。学生通过动手和实践获得实际经验，增强解决实际问题的能力，因此，机器人教育是提高实践能力和开发现代专业技能的好教材。培养现代意识和提高素质，是学生适应现代社会的需要，也是教育改革的要求。在学习中，勤奋刻苦、废寝忘食、一丝不苟的敬业精神，互相学习、团结协作、计较个人得失的奉献精神，勇于创新、勇于实践、不怕挫折、顽强进取、严谨推理、实事求是的科学态度是完成学习任务的思想保证。通过学习，使学生增强团队精神和环境适应能力，提高了创新能力和社会责仟感，从而得到了全面协调发展。机器人最好既能参加比赛，又能进行教学。也就是说具有一般的功能又能具有一定的扩展性。也许大家会说我们只管教学，不要涉及比赛。其实对于我们一线教师来说，这是不可能的，因为学校领导对“学生的素质和学校荣誉”的选择，他们肯定首先选择的是荣誉。每年都有一些比赛，不管比赛结果如何，但是参加还是必须的，最好是有一些成绩，不然学校领导会说我给你们投入这么多钱，连一个机器人比赛还不能参加，那你们在做什么？另外，从教师的角度看如果用一种机器人教学，用另一种机器人比赛，那对学生和教师来说都是很麻烦的。尽管完成任务的算法和结构化程序设计是一样的，它们有很多共性。但不同的机器人的编程环境，所用的语言，机器人的调试方法都有所不同。这样对教师和学生难度都增加很大。
总而言之，机器人可以作为素质教育和通用技术教学的良好平台。目前,中小学机器人教育活动从原来仅限于在科技站、少年宫里进行,发展到学校,走进了课堂。随着中小学机器人教育的实践不断开展,机器人教育条件不断成熟,我国的中小学机器人教育必然迎来一个快速发展期。
【参考文献】
[1] 丁光明、陆李松《中小学智能机器人教程》．人民教育出版社出版，2005
[2] 周杰、何少莎、王小根《信息技术教育》2011年第07期
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