淺談機器人教育促進中小學生創新能力的培養

摘 要：機器人教育得到越來越多教育工作者的關注，機器人教育承擔著培養中小學生創新實踐能力的重任。文章分析了機器人在教學中存在的問題，和有效的解決辦法。以期在中小學機器人教育中促進中小學生創新提供參照。

關鍵詞：機器人教育；中小學生；創新能力

創新意識和重新能力是實現我國從“中國制造”到“中國智造”，提高我國在國際地位和國際競爭力的重要的決定因素。中小學時期正是祖國的未來和希望，青少年一生中非常重要的教育時期，也是青少年培養個性品質的重要階段。是創新意識和創新能力培養的最佳時期。一直以來，我們比較重視對青少年應試能力的培養，但是對動手能力，特別是創新意識和創新能力的培養，是大家比較公認的短板。所以我們要更好地利用機器人教育這一培養學生創新能的良好載體，來促進對中小學生生創新能力的培養。

一、 培養中小學生創新能力的必要性

2015年李克強總理在政府工作報告中提出了“大眾創業，萬眾創新”。國務院常務會又在2016年7月20日通過“十三五”國家科技創新專項規劃。這是對我國未來5年科技創新的系統謀劃和前瞻布局，是實施創新驅動發展戰略、建設創新型國家的重大舉措，對于提升國家科技創新綜合實力，發展新經濟，促進經濟邁向中高端，實現全面建成小康社會目標具有重要意義。

引導和鼓勵中小學生廣泛開展機器人教育，對開發學生智力、造就新世紀創新人才、提高創新思維能力，及時開發大腦潛能培養中小學生學科學、愛教學、用科學的熱情，提高中華民族的科學素質，具有重要意義。它為素質教育開拓了一個廣闊的領域，顯示了強大的生命力，符合現代教育思想，有利于青少年健康成長。

二、 機器人教育可以激發中小學生的創新能力、動手能力

中小學機器人教育涵蓋多方面內容，強調手腦并用，是培養中小學生科學素養和創新能力的重要載體。機器人融合了機械制造、電子技術、傳感器、無線通訊、聲音識別、圖像處理和人工智能等領域的先進技術，代表著高科技技術發展的前沿。2003年教育部正式頒布《普通高中技術課程標準（實驗）》，首次在高中“信息技術”、“通用技術”課程中分別設立了“人工智能初步”、“簡易機器人制作”選修模塊，部分省市也把機器人教學內容納入到初中和小學信息技術、綜合實踐和科學課程中。

例如：

在制作“桌面防跌落機器人小車”實踐中，設計要求是：制作一款小車能夠在桌面上自由行進而不會跌落，當走到桌子邊緣的時候能夠自動轉向，從而規避跌落。

該制作活動可分為六部分：車體搭建、傳感器布置、控制和驅動單元的端口設置、程序編寫、整體調試和制作總結等。

制作流程：

第一步，搭建小車

我們將兩個馬達放在控制器的下面，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頂角邊緣處。

第三步：控制和驅動單元的端口設置

將小車左側的電機插入控制器的電機1插口，右側電機插入控制器的電機2插口，小車左側的紅外傳感器插入控制器的端口6插座，右側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候能夠自動轉向，首先就需要能夠可靠的檢測到桌邊。這里采用的是紅外傳感器。當小車走到桌邊的時候，傳感器會伸出桌面，這種情況下，傳感器就無法檢測到反射信號，正是利用了這個原理，我們只需要持續判斷兩個探頭輸出信號的情況，然后再控制小車做相應的轉向。

小車在桌面行駛的過程中，總共會遇到以下幾種情況：

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

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

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

4. 小車的兩側傳感器都能夠檢測到信號，這說明小車沒有走到桌邊，小車只管前進即可。

（二） 編程需要注意的事項：

1. 小車的兩側傳感器分別對應哪個端口，這個要記清。

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

參考程序如下（這里定義小車左側傳感器接端口6，右側傳感器接端口5）：

第五步：整體調試

1. 如果運行效果不理想，可以考慮在轉彎時加入延時，使其轉彎幅度更大一些。

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

第六步：制作總結

1. 分組任務驅動模式，五人一組分工合作，組長負責制。既明確了目標和任務，又鍛煉了團隊精神和合作意識。

2. 對程序的編制和故障與bug的排除，多采用“頭腦風暴”方式，給每個小組成員均等的機會，集思廣益，開闊思路，以創新思維的方式解決問題。

3. 組與組之間，在制作過程中充分交流。通過組長溝通和指導老師的協調，使得各組之間密切配合。

4. 指導教師充分發揮引導作用，充分調動全體同學的創新熱情，使每位同學都積極參與到本次活動中。

總之通過機器人教育，要讓學生了解機器人實現某種任務的創意設計，加深對機器人結構的理解，在解疑中發展學生的創新能力，舉一反三，充分發揮學生的聰明才智，積極嘗試。在總結成功和失敗中堅持不懈地培養學生的創新能力，著重加強對學生質疑精神和質疑能力的培養，倡導百花齊放，個性發展，在“做中學”，邊學邊做，在創新中提高。

參考文獻：

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[2] 王同聚.“微課導學”教學模式構建與實踐——以中小學機器人教學為例[J].中國電化教育，2015（2）：112-117.

[3] 廖伯琴，張大昌.《普通高中物理課程標準（實驗）》解讀[M].武漢：湖北教育出版社，2004.

作者簡介：

孫勝，山東省菏澤市，菏澤學院教師教育學院。endprint