教育機器人及其應用

李 斌

0　引言

新課程改革的不斷深入,不僅對教師的教課方式提出了要求,更對學生們的學習能力制定了更高的目標.其中最為突出的一點就是對于學生們創新能力的要求顯著提高了.在過去,我國的各級教育在很大程度上都是為了考試而準備的.傳統的老師講和學生學的方式雖然能讓學生們取得一個很高的分數,但對于他們能力培養所發揮的作用幾乎是沒有的.所以在新課改中強調了對學生們創造意識和創新精神的培養.這種培養方式能夠不斷挖掘學生們的潛力,通過各種各樣有效的方法,幫助學生們養成創新思維.這不僅是新課改的重要要求,更是如今社會發展的整體需求.傳統的教學模式無論從內容上還是從管理上相對來說都較為單一,與目前的經濟社會發展已經完全脫鉤,忽視了對學生們創新能力的培養.所以我國各個階段的教育機構必須去適應新課改的要求,加大創新性人才的培養力度,從而適應目前時代的要求.[1]機器人教學方法是最近一段時間才興起的一種方法,其在產生初期,主要針對的就是目前學生能力缺失以及學校對學生創新能力培養不到位的問題.這種方法通過鍛煉學生的創新能力、分析能力以及實踐能力,從而讓學生們在日常的學習生活中就能養成創新思維的好習慣.

1　教育機器人概述

1.1　教育機器人的特點

雖然感覺機器人跟我們平常人的生活距離還是比較大的,但是最近幾年,無論從政府的角度上來說,還是從社會的角度上來看,都大力向群眾普及教育機器人的相關知識.簡單的說,機器人就是一種通過編制相關的程序,讓其能為人們生產生活服務的一種科學載體.從某種程度上來說,其是一種集計算機技術、機械、控制論、電子、材料和仿生學為一體的產物.從目前我國對其使用的范圍上來看,已經逐漸的在各行各業得到了十分重要的使用,比如在航空業以及機械制造業方面都已經逐漸的開始加大了對機器人使用的頻率.[2]圖1給出了中國知網文獻庫近幾年以“機器人”和“教育”為關鍵詞篩選的文獻數量,發現關于機器人和教育的研究從無到有、從少到多呈增長趨勢.

本研究所指的教育機器人就是應用在教育領域的機器人.這種機器人與其他行業的機器人一樣都是服務于人類的,但是與其他行業的機器人相比,教育機器人是要符合教育的基本要求的.而且相對來說成本較低、安全性比較高,整體的性價比比較好,在使用的過程中開放性比較好.在很多教育機器人出廠的時候,相關的制造商都根據教學的實際需要為教師提供了可以隨意更改的模塊,教師可以按照當堂課的實際需要,對教育機器人的功能進行改變.同時,為了能充分保證其適應性,在教育機器人出場時還為其配備了十分簡單的人機交互界面.[3]

圖1　教育機器人研究文獻數量分布圖

1.2　常用教育機器人制造商

隨著教育機器人在教育領域內的廣泛使用,國內外的很多機器人生產廠家都加入了教育機器人的制造行列中.尤其在很多發達國家,這些國家的教育部門的管理者都十分重視教育機器人在教育領域內的使用.所以也在一定程度上促進了這些國家紛紛出現了一些比較大型的教育機器人制造商.[4]從目前的全世界范圍內來看,比較出名的有德國的慧魚機器人、丹麥的樂高機器人以及韓國的Bioloid機器人,這些機器人生產商生產出來的教育機器人每年都會銷往世界的各個地方,并取得了十分多的好評.雖然我國的很多機器人生產商對于機器人教育領域的涉及還比較晚,但是發展速度卻是十分快的.從目前來看,北京的樂博、大連的博佳比較有代表性.[5]

2　教育機器人在創新實踐教學中的應用

2.1　教育機器人創新實踐教學課程的基本內容

從目前教育機器人所涉及到的教學領域上來看,一般都是一些相對來說與計算機技術有關的學科.例如機器人軟件編程、機器人硬件結構這樣的理論中,在學習的過程中一般教師都會在實踐課開始之前,將其中所涉及到的一些原理介紹給同學們,之后還要對機器人的概念、原理以及歷史進行簡單的介紹.而人類與機器人進行對話的主要工具就是各種各樣的編程語言,例如C++、Java等,這些都是今后學習的重要基礎.如果能夠良好的掌握這些語言的話,就能夠幫助學生們在以后的實踐課上根據自己的需要對計算機程序進行改變.在學習的過程中要對機器人的感覺系統、控制系統以及機械系統進行良好的掌握.并根據學習到的知識對機器人進行合理改裝和控制,從而能夠更好地掌握機器人的使用功能和方法.

2.2　教育機器人創新實踐教學目標

一般來說,如果教師能夠采用良好的方法,而學生們又能很好的理解的話.學生們就能從以下三個方面有所收獲.

首先就是知識方面,對于很多工科學生來說,能夠熟悉一個學科的基本知識框架,而且在學習的過程中,教育機器人的教學方式弱化了學習過程中個人的作用,而是將整個團隊的作用放大化,從而幫助學生們提供團隊協作能力.同時還可以掌握一些編程語言的實際方法.由于機器人是通過各行各業的技術綜合在一起的一種高科技的方式,所以學生們在利用其進行學習的過程中還能夠掌握類似于傳感器等方面的知識.[6]

其次就是學生的能力方面,從目前很多試點學校的教學實踐上來看,通過教學機器人,學生們在學習的過程中能知道自己哪些方面有著比較出人的能力.而且在團隊協作的過程中,還能增強與人的溝通能力.同時教育機器人教學方式在運用的過程中更加注重學生們動手能力的培養.有的學校為了將教學機器人的所能發揮的作用進行最大程度的放大,還讓每名同學在課后對自己本堂課所學的知識進行了演講,也在一定程度上鍛煉了他們演講能力.

最后就是學生的興趣方面,這也是教育機器人與傳統的教學方式最大的一個不同點.興趣是一名學生學習知識最好的老師,只有他們對某一方面的知識真正的產生了興趣,他們才會全身心的投入到其中.從一定程度上來說,過去的教學方式是對學生們的學習興趣的一種抑制.而且通過實踐發現,當一名學生通過自己的雙手創造出某項物品或者學到某一方面知識的時候,對他們成就感的培養也有著十分大的幫助作用.[7]

2.3　教育機器人創新實踐平臺的環境設計

在學校內部建設一個能夠真正實現教育機器人教育的一個平臺是最近一段時間很多學校都在進行嘗試的一個領域,這是十分可取的.這一方面能為更多的同學提供接觸教學機器人的途徑,還能增加學生使用這種方式進行學習的頻率.以下為筆者結合教育機器人教學的特點以及新課程改革的實際要求進行的一個平臺設計假象,希望能為很多有這方面想法的學校提供一些參考的價值.[8]

首先在平臺設計的初期,應當確定該平臺所要解決的問題的核心,筆者認為可以采用類似于在解決問題中學到知識這樣的理念進行學習.同時,還要為課程指定相應的口號如有學習有快樂.

其次在進行環境設計時,要采取案例教學法,在教學路線上要遵循著提出問題、解決問題、整理經驗這樣的教學方式.在教學過程中要真正的做到以人為本,為學生們營造出一個相對來說比較和諧有序的一個分為.而且在課桌的四周應該為學生們預留一定的活動空間方便日常教學工作.

最后在教室涉及方面,可以選擇比較適宜的一個面積.并且將這片區域共分為4個部分,如學習區、講臺區、試驗演示區以及成果展示區.

2.4　教育機器人在創新實踐教學中的具體應用

教育機器人在創新實踐教學中有著多方面的應用,本文就拿其與機電一體化的結合進行簡單的介紹.首先該專業自身就與機器人有著很高的密切程度,這就為教育機器人的應用創造了背景.其次從目前機電一體化教材的改版情況來看,其在不斷變化的過程中逐漸的增多了機器人的內容.例如很多教師在教授《機械原理》等課程的時候都會通過對教育機器人的各個組成部分進行教授,從這種教學方式所收到的效果上來看,這種方式不僅能夠幫助學生們對相關知識留下更多的印象,還能有效的提高學生們的學習積極性.而且在進行《機械制圖》的教育中,通過讓學生們觀看機器人的內部結構,相比于過去學生們職能靠想象畫圖的方式有著好的教學效果.

2.5　教育機器人創新實踐的應用成果

最近幾年,越來越多的國家都相繼采用了教育機器人進行相關額教學工作,并且已經取得了很多的成績,而機器人比賽就是一個最好的體現.目前國際上針對機器人的比賽大概有三種即機器人足球賽以及機器人滅火比賽,而且從各個國家的參賽者年齡來看,逐漸呈現減小的趨勢.尤其以學生群體為主,我國的哈爾濱工業大學在機器人比賽相關方面取得了十分好的成績.

3　結語

如今的社會與過去社會最大的不同就是其要求需要的人才具有一定的創新能力和動手能力,這顯然是傳統的教育方法無法給予的,所以傳統的教學方法已經無法繼續適應時代的發展了.最近一段時間,教育機器人在創新實踐教學中得到了廣泛的應用.這種方法不僅培養了學生們的創新精神,更養成了學生們動手的好習慣,對于學生們未來的發展有著十分大的作用.本文在研究的過程中對教育機器人在創新實踐中教學中的具體應用進行了簡單了闡述,希望對教育機器人的研究能起到一定的幫助作用.

參考文獻:

[1]戴 敏,張志勝,史金飛.大學生創新與實踐能力培養的探索——“教育機器人設計與制作綜合實踐”課程建設的一點體會[J].東南大學學報:哲學社會科學版,2008(S1):259-261.

[2]王吉岱,李維贊,孫愛芹,等.教育機器人的研制與發展綜述[J].現代制造技術與裝備,2007(2):10-12.

[3]王 益,張劍平.教育機器人資源網站的比較分析及開發建議[J].現代教育技術,2008(1):70-73.

[4]張劍平,王 益.機器人教育:現狀、問題與推進策略[J].中國電化教育,2006(12):65-68

[5]黎澤倫,黃友均.慧魚機器人在機電創新實驗教學中的應用研究與實踐[J].考試周刊,2015(54):122-122.

[6]郭 溫,姜 維.關于機器人在高職高專教學中的應用[J].國土資源高等職業教育研究,2006(3).

[7]童小平.教育機器人的應用現狀[J].中國教育技術裝備,2008(16):138-140.

[8]陳冰梅.論機器人教學對中小學素質教育的影響[J].軟件導刊:教育技術,2008(07):20-21.