機器人技術在科技小發明教育中的應用

馬高峰

【摘 要】本文研究了科技小發明實施的現實可行性，提出了在科技小發明教育中利用機器人技術的重要性，對于促進學生創新能力的發展、實施創新教育、推動教育的發展具有積極的意義。

【關鍵詞】機器人技術;科技小發明教育;創新;應用

教育要實現創新，才能使學生具有創新品質，才能培養學生的創新能力，科技小發明教育能夠有效培養學生的創新能力，應該在職高教育中得到重視。但是傳統創新教育只能培養學生有初步的創新思維。在創新作品的制作過程中，學生還是無能為力。不知道如何進行創新發明。本文基于以上問題，使用機器人作為創新教學的平臺，它能夠有效提高科技發明教育的效果，其教育的創新品質就可以得到有效體現。它能使學生全面了解制作所需要的電學，機械學，計算機學的知識。可以為學生制作打下堅實的基礎，使每個學生都能成為小小發明家，促進學生動手操作能力及創新能力的發展。

一、在職高開展科技小發明教育的現實可行性

實施創新教育是教育發展的必然要求，是人才培養的重要舉措。科技小發明活動是創新教育的一個非常好的表現形式，在職高學校開展科技小發明教學有其現實的可行性，主要表現在以下幾方面：（1）職高生具有一定的知識基礎（2）職高學校具備相應的設備基礎（3）職高學生的學業相對輕松。目前科技小發明教育的基本方式普教與職教基本相同，一般采用的是實例式的教學方法，即老師出一個實例，讓學生了解一下創新的基本思路，比如說兩用粉筆擦，先說明一下與傳統的粉筆擦有什么不足，也就是不能干濕兩用。然后教師引導學生發現問題后設計改進策略，學生會想到采用兩個盒子分別裝干的與濕的，這樣干濕兩用的粉筆擦就設計成功了。在這個過程中，培養了學生的創新思維。當然這一培養方式有一重大的缺陷，學生因為制作與發明的基礎知識不足，而導致他們在實際發明的過程中不知道如何開始發明。光有一個想法，而不知道怎么實踐。

二、在科技小發明教育中引進機器人平臺的必要性

科技小發明雖然在提高學生創新能力方面有著極為重要的價值和意義，但在實際教學過程中，還存在一些問題，具體如下：（1）學生有了創新點，不知道如何制作出來（2）由于沒有相應的設計與制作基礎，學生也不清楚原設計的優點與缺點（創新的核心就是發現問題，解決問題），現在的小發明教育中在實施的過程中還存在一定的不足之處，存在一定的問題，要解決這個問題，本文介紹的機器人教學平臺就完善的解決了這一問題。也就是需要在傳統小發明的實例教學中增加機器人技術這一教學內容。機器人技術能夠成功解決這些問題，能夠提高科技小發明教育的效果，是值得實施的教育措施。

三、機器人平臺在教學科技小發明教育中應用的價值

1.通過發明實例教學開闊學生眼界，培養學生的發散性思維。機器人技術在小發明教育中應用，通過實例教學可以開拓學生的眼界，學生通過對機器人技術的學習，了解相關技術原理和實踐操作，對學生的創新思維能力的發展，發散思維能力的發展具有積極的意義。

2. 機器人教學能夠培養學生興趣，為學生制作打下基礎，提高學生的專業能力。機器人技術教學可以有效提高學生的學習興趣，同時其中的技術原理，設計步驟能夠為學生學習技術發明技術奠定基礎，能夠有效提高學生的動手操作能力，提高學生的專業素養。

3.機器人平臺在創新教學的優勢

機器人教學的優勢有以下幾方面：（1）是一門有趣的課程。機器人課程是非常有趣的，樂高機器人號稱是3歲到80歲的人都喜歡的一種東西。（2）隱藏細節，降低學習難度。對最難的編程而言，機器人的編程采用圖形化的編程方式，不需要輸入代碼，直接用類似流程圖的圖標拉就行，不會出現單詞拼寫錯誤和語法錯誤的問題。學生下載了馬上就可以看到效果，學生挫折少，興趣高。（3）知識含量大，可以說是學好了一本通。機器人是一門交叉性很強的綜合性學科，涉及到許多基礎學科，以多種學科理論為基礎。機器人又是一門實踐性很強的學科，涉及到多方面的技術，均需要通過實踐來實現。（4）在進行機器人項目的學習中能養成學生良好的科學素養。機器人課程具有高度的綜合性。強調學生廣泛地接觸和收集各方面的資料，綜合多學科知識，通過動腦、動手設計作品或產品，擴大知識面，提高綜合設計能力。（5）養成了學生良好的團隊分工與合作的素質。機器人項目的開展過程，其實就是一個完整的產品研發過過程，包括設計-搭建-編程-調試-改進。可以說小發明所需要的基本知識，基本技能，基本方法都包含在內。

四、如何規劃機器人課程為科技小發明教學服務

科技小發明的制作無非為聲光電一體化，需要電子、計算機、機械加工三合一的知識，因此在組織課程時，除了要讓機器人項目有趣、易學，還要加強以上幾方面的內容。在選擇項目的原則是低起點、小步子、疊進式，把課程的內容分為功能原理部分，設計與組裝部分，算法與程序部分，綜合測試與調試部共四個部分的內容進行組織。在功能與原理部分把平時設計所需要的電子元件，機械元件進行原理說明，讓學生能知道參數，了解原理，掌握判斷元件的好處和挑選符合設計要求的元件。在設計與組裝部分讓學生詳細了解元件的使用過程和搭建技巧，能讓學生在搭建的過程中掌握選擇合適的材料，設定相應的安裝計劃。在算法與程序部分讓學生能夠掌握把實際問題抽象成數學問題，算法問題最后以程序的形式來實現這一問題。在綜合測試部分，讓學生能夠掌握各種測試的方法，讓學生能夠排除故障，調整參數。

在實際的操作的過程中，我校采用了以下方式來組織教學。首先在高一的學生中開設機器人通識班，主要通過學習“認識機器人”、“機器人小昆蟲”、“機器人書法家”、“機器人保齡球”、“機器人運動會”，“機器人搬箱子”等幾個項目讓學生全面了解機器人。通過有趣的機器人學習，讓學生掌握常用的動力器件：直流電機與伺服電機。常用的傳感器：電流，電壓傳感器、溫度傳感器、紅外傳感器、指南針傳感器、地面灰度傳感器等。常用的編程與控制方法：順序結構、分支結構、循環結構、基于時間的編程方法。有了這些知識與技能的儲備，學生可以有能力進入到下一環節。

在高二階段，開展機器人比賽，鼓勵學生參加各類的機器人比賽（如：機器人滅火，機器人足球，機器人工程等）讓他們對所學的知識加鞏固。能夠靈活使用所學知識對機器人加以改造，進一步提高學生對各元件參數的了解。同時在這一階段，開始加入傳統創新教育的內容，讓學生了解創新，培養創新意識，提高創新能力。

在高三階段，制作創新作品，參加創新比賽。同時教授科技專利書的書寫方法及申請方法。鼓勵學生把自己的想法變成創新作品，把創新作品變為科技專利。

通過以上的創新教學的課程安排，科技小發明活動在學校開展非常成功。多次獲得全國，省級創新發明一等獎。而且有七項發明獲得了國家發明專利。

總之，在職高教學中培養學生的創新能力是很重要的，是素質教育的主要內容，是21世紀人才培養的重要標準。在職高教學中開展科技小發明教育對培養學生的創新能力具有積極作用，但存在一些問題，而如果機器人技術應用于科技小發明教育就能有效解決這些問題，并且具有其獨特的優勢，因此，要重視機器人平臺在創新教育中的應用，能在一定程序上促進教育的有效發展。

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（作者單位：浙江省余姚市職成教中心學校）