高中物理知識在機器人教育中的應用

王德貴

摘 要：現在隨著科學技術的快速發展，計算機等硬件設備也逐漸的進入到了信息技術教學的道路中。機器人教育的模式已經在中小學中逐漸得到應用。那么在高中物理教學中如果應用機器人教育的模式，相信可以在培養學生全方面的能力上有著很大的作用。同時又因為機器人教學和高中物理的知識應用上又比較一致，所以二者是相輔相成的。

關鍵詞：機器人教育;高中物理;知識;教學;應用

一、機器人教育的優勢和重要性

機器人教育是指學生通過設計、搭建、創意、再搭建，最后編程和運行機器人，來激發學生學習興趣、培養學生綜合能力的教育模式。

機器人教育融合了機械原理、電子傳感器、計算機軟硬件及人工智能等眾多先進科學技術，讓學生通過機器人的學習，從而對物理知識更感興趣。

那么高中物理本身是一門抽象的思維型強的學科，所以學生在學習的過程中如果感到物理學科學習起來很困難，碰到難題不會解答，從而放棄物理，是教師不愿意看到的事情。那么教師就要利用機器人教育的模式，引導學生，自主地學習物理知識。

首先，采用機器人教育的模式對于學生思維能力的培養是非常有幫助的。因為機器人本身的重點在于創意，所以創意提出的本身就需要學生結合自己的邏輯思維能力和發散性的創造性思維來進行機器人的創造和思考。學生為了實現一個創意而進行深入思考、搭建的過程，就是鍛煉學生思維能力、綜合分析能力、解決問題能力的過程，這樣學生可以尋找更好的優化和評估方案，在解決問題的過程中，也就將自己的思維能力不斷的提高，將整個創意都慢慢的實現。這對于學生思維能力的提高是有非常大的作用的，并且在高中物理知識的學習中也改變了傳統的教學方式。比如說高中生在學習在高中物理學習“功率”這一章節內容的時候，其中有一個公式為P=Fv，P為馬達功率，F指牽引力，v指速度，F=ma，這些公式表明在同樣的功率下，如果速度小了，那么它的牽引力就會變大，也就表明在啟動時可以獲得比較大的加速度。

其次，利用物理思想提高機器人穩定性。高中物理知識涉及到“質點”的概念，這是一個相對物理量，即是要看這個物體所接觸到的相關參照物來確定是否可以看成是”質點“。對于一個運行的機器人來說，如果能把它看成質點，在搭建時，必須使機器人自身穩定性好，盡量把質量集中到比較小的范圍，選擇可以增加穩度、大質量的部件，盡可能置于中間，并且位置低一點，盡量考慮整體結構低重心。并且盡量使馬達和主存儲器保持相對大點的距離，因為馬達中線圈在電流經過時，會產生很強的磁場。會對電腦運行的穩定性有所影響，嚴重時甚至掉程序。

再次，利用物理知識提高機器人搭建效率和運行效率。我們都知道，高中物理知識和初中的物理知識比較來是更深一層，并且內容多，難度大，知識面廣。教師在教學中有一定的難度，同時也還會碰到一些無法解決的問題。高中物理課本在教材的編寫上都會有淺入深的進行編寫，為的就是可以循序漸進的培養學生的思維能力。教師在授課時盡可能的考慮到，讓學生的自主思考問題，從而通過自己的努力解決所有的碰到的難題。整個物理學習的過程是思維不斷拔高的過程，所以學生需要不斷的提高自己，那么通過機器人教育的方式就可以更好的完成學生思維能力的提高。比如說，學生在學習“電阻”這一章節的內容的時候，有一個公式是Q=I2RT，其中Q指的是指導線產生的熱量，R是指導線的電阻，而導線電阻的大小由R=L·ρ·S-1決定，其中ρ指導線電阻率，L是指導線的長度，S是橫截的面積。由此可見，導線是選擇電阻率小，橫截面積大為好，這樣電阻就比較小。在機器人搭建過程中，盡量使導線走短的路徑，減少導線長度，減少電能消耗，當然現在機器人搭建基本都是免焊接的，那么導線盡量采用銅芯、長短合適的導線。

二、高中物理知識和機器人教育

在實際工作中，學生對機器人知識了解并不多，因而我有針對性地編寫了校本教材，開發了相關校本課程，以指導學生更好地接受機器人科技教育，提高他們學習的積極性。

在機器人校本課程實施過程中，需要教師引導學生進行一系列的操作流程，然后提出問題，生成創意，再到提出方案，論證方案的可行性到改善方案，實施方案然后到最終的完成方案，這其中是需要很多的步驟來進行的。同時還包括方案完成后的創意實施和總結優化方案的階段，這些都需要學生有很強的系統性處理問題的能力，才能更好地解決這些在機器人教育中的所有問題。那么高中物理問題的處理方式是首先了解物理情境，然后建立相應的物理模型，再然后了解初始條件，通過分析和整理，最后得到解決的辦法，再得出結果。那么這樣的一個過程是和機器人教學有著本質上的相同性的。因此在高中物理的學習中應用機器人教學模式是完全沒有問題，可以讓學生進行系統化的處理和總結問題的過程，也是對學生的一種系統性的培養。

現在的高中物理教學中有一個問題，就是怎么解決學生實際操作能力培養成效低的問題。這幾乎是所有的高中物理教師都會遇到的問題。在三年的高中物理學習中，有些學生甚至連最基本的實驗器材都不會使用，更不用手一些復雜的實驗設計操作了。那么機器人創意教學就可以在一定程度上解決這個問題。教師要盡量的讓學生在課堂上自己動手去搭建機器人，讓他們主動思考，利用計算機編程，來完成相應的任務。可以說高中物理的學習在這方面是可以得到很多的學習的知識的，對于學生未來的學習也有很大的幫助。

三、結語

總之，機器人教育和高中物理知識是可以相互學習相互借鑒，并且高中物理知識在機器人教育中的應用也是非常的有幫助的，提高學生物理知識的同時也增加了學生對于物理教學的感興趣程度。

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