基于案例的小學(xué)機器人教學(xué)策略

皮欣

摘 要：近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，智能機器人被應(yīng)用在了小學(xué)課堂教學(xué)的過程當(dāng)中。老師在課堂上通過提出問題、講述教學(xué)模式，來引導(dǎo)小學(xué)生進行問題思考，發(fā)揮學(xué)生的課堂自主性，讓學(xué)生參與到教學(xué)模式中去。同時，小學(xué)機器人教學(xué)在一定程度上激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，通過機器人實驗操作，提高了動手能力和解決問題的能力。就小學(xué)機器人教學(xué)案例進行探討，闡述了以下教學(xué)安全中的教學(xué)策略，以供參考。

關(guān)鍵詞：基于案例；小學(xué)機器人；教學(xué)策略

一、小學(xué)機器人教學(xué)策略的實際案例

（一）《智能節(jié)能扶梯》的教學(xué)案例

在深圳市“機器人進課堂”觀摩研討會上有一堂公開課，講述了《智能節(jié)能扶梯》的教學(xué)案例，具體的教學(xué)思路如下：

1.學(xué)習(xí)背景

在各地鐵、商場，人們常常發(fā)現(xiàn)自動扶梯在沒人的時候也在運轉(zhuǎn)，這樣的做法會很費電。為此，設(shè)計一個節(jié)能扶梯至為關(guān)鍵，該扶梯在有人的時候就轉(zhuǎn)，沒人的時候就停。

2.具體的設(shè)計方案

①在入口處安裝一個人體紅外傳感器，一旦感應(yīng)到有人，就運行30秒。在30秒之間，持續(xù)檢測是否有人跟上，若有人跟上，則跳出程序，重新開始，再運行30秒。缺點是未能考慮第二項，且人數(shù)較多時不實用，若兩人并排進樓梯分別走出，則第一個人走出即停止。②通過判斷電梯上的人數(shù)來控制電梯的運轉(zhuǎn)。如果人數(shù)大于零，則電梯運行；等于零，則電梯停止運行。入口和出口處各用一個人體紅外傳感器。程序設(shè)計時設(shè)置變量初始值為0，入口處每進1人，則變量加1，出口處每出1人，則變量減1。判斷變量是否大于零。缺點是未能考慮第三項，且人數(shù)較多時不實用，若有人并排進電梯，則計數(shù)只算一次，導(dǎo)致計數(shù)錯誤。③采用重力感應(yīng)。在扶梯的每個踏板下方都安裝一個觸動傳感器，只要有人上，踩動踏板觸動傳感器感應(yīng)到信號，則電梯啟動，一旦離開則停止。此方案考慮比較周全，程序設(shè)計也簡單直觀，容易理解，但是模型搭建不夠直觀。

（二）《導(dǎo)盲機器人的制作》的教學(xué)案例

本案例是關(guān)于軌跡識別傳感器的應(yīng)用，要求學(xué)生通過編程和搭建，讓導(dǎo)盲機器人按規(guī)定路線完成一次軌道行走，先通過仿真系統(tǒng)展示，然后在實際場地中加以調(diào)試，其教學(xué)過程如下：

1.學(xué)習(xí)背景

很多城市馬路兩旁的人行道上，都鋪設(shè)有帶有顏色的盲人專行道。盲人看不見盲道，有什么辦法可以設(shè)計出一個導(dǎo)盲機器人，幫助盲人順著盲道安全行走呢？

2.設(shè)計方案

用軌跡來模擬盲道，利用軌跡變量來進行識別。必須先判斷機器人的位置，再采取對應(yīng)的策略。若在白線的左側(cè)，則右拐行駛，偏右則左拐，不偏就直行。當(dāng)導(dǎo)盲機器人位于白線的左邊緣時，右側(cè)的軌跡識別傳感器。探頭就可以檢測到白線，這時軌跡變量的返回值為2。當(dāng)導(dǎo)盲機器人位于白線的右邊緣時，左側(cè)的軌跡識別傳感器探頭就會檢測到白線，軌跡變量的返回值為1。當(dāng)導(dǎo)盲機器人正位于白線上時，左右兩側(cè)的軌跡識別傳感器探頭將同時檢測到白線，軌跡變量的返回值為3。當(dāng)機器人不在白線上時，左右兩側(cè)的軌跡識別傳感器探頭將同時檢測不到白線，軌跡變量的返回值都為0，判斷之后機器人就可以采取相對應(yīng)的策略。

3.模型制作

團隊成員討論，并設(shè)計出程序，仿真成功之后搭建模型，并以社團活動的形式開展競賽。本案例的教學(xué)要點在于讓學(xué)生明白如何利用軌跡識別來判斷機器人與軌跡的位置，通過判斷機器人的位置，從而采取相應(yīng)策略，如果機器人起始時就沒有放置在軌跡上，能否讓機器人自動尋找軌跡呢？

4.導(dǎo)盲機器人自動尋軌跡的方案解決的問題是：能否讓機器人自動尋找到軌跡呢？

（1）方案一：當(dāng)條件判斷中軌跡變量等于0時，用變量來控制直行的時間，每次直行都多出0.1秒來擴大尋找的范圍。

（2）方案二：條件判斷中當(dāng)軌跡變量等于0時，加入一個尋找軌跡的子程序。當(dāng)軌跡變量為1或者2、3時，只要探測到軌跡，就將變量歸零，同時跳出子程序，運行主程序。若探測不到軌跡，則繞圈尋找。注意體會這里是用變量來控制直行的時間。變量越來越大意味著繞圈越來越大。這時可以組織學(xué)生再進行拓展。

做好機器人模型之后，仿真成功，但在場地上測試時，往往還會出現(xiàn)脫軌現(xiàn)象。這個時候教師可以提出如何進行程序上的優(yōu)化，加強學(xué)生對理想仿真環(huán)境與現(xiàn)實的區(qū)別的認識。

二、結(jié)束語

總而言之，在信息高速發(fā)展的今天，讓機器人走進小學(xué)課堂已經(jīng)成為一種教學(xué)改革手段。通過引入智能化機器人教學(xué)模式，讓小學(xué)生較早地接觸智能化設(shè)備，將會培養(yǎng)學(xué)生的探索和創(chuàng)新思維。為此，相關(guān)的教師應(yīng)該積極地依據(jù)教學(xué)案例，發(fā)展一個適用于本學(xué)校機器人教學(xué)的模式，積極引進機器人來到小學(xué)課堂，幫助學(xué)生接觸前沿的技術(shù)和知識，以促進學(xué)生的全面發(fā)展。

參考文獻：

[1]王小根，張爽.面向創(chuàng)客教育的中小學(xué)機器人教學(xué)研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2016，26（8）.

[2]王同聚.中小學(xué)機器人教學(xué)評價方法的探索[J].教育信息技術(shù)，2015（6）.

編輯 段麗君