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如何开展机器人教学的几点探讨

2018-6-29 14:44| 发布者: admin| 查看: 2| 评论: 0

摘要:  一、信息技术的发展使学科教学面临的机遇和困境  我们现在处于一个信息时代,随着信息技术的发展,信息对生活各方面的影响已经日益深入,而对于教育的影响和冲击尤其重要,信息革命使教育内容更新加快,旧的理论 ...
 一、信息技术的发展使学科教学面临的机遇和困境

  我们现在处于一个信息时代,随着信息技术的发展,信息对生活各方面的影响已经日益深入,而对于教育的影响和冲击尤其重要,信息革命使教育内容更新加快,旧的理论、知识每时都会为新的科研成果所取代,而且教育的形式也因信息传播的方式改变(信息载体的增加)而有所变化。在这样一种情况下不同知识体系的相互融合与影响就成为了教学中的一个重要特征,信息的影响力已经在不同学科中得以充分地体现,这样也使得教育改革成为了一种世界性趋势。

  如果我们回顾一下4-5年前教学工作并与目前相比较就会发现这种巨大的变化。重要的是这种因时代信息特征而带来的变化不仅表现在教学内容上的更新,而且因信息载体的多样化和通信技术的迅速发展,信息尤其是网络信息对学生素质的影响力已经占有重要的地位,这对于教师的课堂组织管理以至教学形式都已经发生了变化。新技术的发展为老师提供了更多的信息来源,使之可以通过多种渠道获取最新的科技研究成果,可以通过多媒体的形式展示教学过程,使教学过程更加直观而易于接受,可以和学生有更多的交流。在老师享有这些新技术带来便利的同时也带来了一些信息技术挑战:学生的视野不再局限于课堂,他们接受知识的渠道更加开阔,对于新技术的接受有更大的优势。古人所谓:“弟子不必不如师,师不必强于弟子。”已是一个普遍和必然的规律。对于一些内容更新快的学科如信息技术(特别是计算机软件技术)更是如此,在这种情况下教师的作用和地位应重新进行反思。

  二、机器人进入教学是信息技术发展的必然结果

  信息技术的发展使得信息教育不仅仅局限于计算机软硬件的学习,它包括计算机技术、通信技术、微电子技术和传感技术。以往的信息教学总会侧重于计算机教学,而对于通信技术、微电子技术和传感技术就难以进行深入的研究,而学生亦无动手实验的机会,无法加深印象获取从一种感性到理性的认识。

  智能机器人是一种全新的综合教学平台,因其结构与功能涉及物理、机械、电子、传感、通信、以及语言程序各个领域。它又是一个开放的多学科实验室,学生可以利用这一平台充分发挥想象力去设计各种智能装置,实现自己的创意。智能机器人走进信息技术课,不但为信息技术课的教学增添了新内容,同时也为信息技术课的教学模式和教学方法提供了创新的舞台。

  目前我国机器人教学已经历了4-5年的探索和实践,从最初的简易机器人已进入了多功能智能机器人的时期,在教学理念和实践探究上人们也有了更加明确的认识,结合教育改革的背景,发挥机器人在教学中的作用不仅有利于学生的身心和智力的发展,而且对于各学校校本课程的开发,研究创新活动的开展都有重要的意义。

  三、机器人对其它学科的影响

  智能机器人是一个开放的实验室,一些高质量的机器人已经具有了这样一种性质,不仅可以完成规定的任务,而且提供了再次开发的功能,通过学生动手组装、设计可以改变其性能并完成不同任务。

  借助智能机器人的平台一些中学开发了互联网远程实验室(eChemLab.net),它融合了远程控制、自动化、P2P、人员安全优先等先进概念,通过Delphi6.0构建的Win32程序直接控制CLI和RCX硬件,弥补了RoboLab在高端应用方面的不足,使得Lego硬件的性能得到完全发挥。简而言之,其用意在于使远程网络用户可以看到机器人所看、并实时控制其行动(同时支持预置程序编辑、控制)。

  在数学领域,利用模糊数学原理,设计和制造模糊控制智能机器人。应用模糊控制的原理能模拟人的经验和推理,对模糊性现象做出不同反应。

  有些学校在物理教学中应用乐高平台,由学生搭建实验装置,进行如《机械能转换》《光能转换为动能》等实验。还有一些学校进行物理研究性学习等活动,如探讨能源的开发与合理利用,进行电磁场的研究等。这些都凸显了智能机器人在多学科领域的交融与创新功能,学生在这样一个平台上可以充分发挥创造性进行研究,由此可见,智能机器人的引入有利于科技创新活动的开展,而且可促进各学科相互渗透和交融,学校应重视这一学科的特点,而加以研究。如果仅仅将它视为一种学生活动、一种竞赛活动实质上是限制了机器人教学和科研的开展。

  四、机器人教学与教育方式的变革

  学习的过程是一个想像、创造、尝试和反思的过程,任何一个学科都要求学生发挥学习的主体作用,而实验、尝试、分享和交流是学生积累自信、形成自我评价与反思的重要环节。以传统的教学模式面对现在所需的教育内容和教育对象都是不够的,不能为学生提供充分的发展空间、不能创造条件发现并培养学生的潜能。

  以往物理实验过程是先由教师将实验设备准备好,讲清注意事项,由学生来验证某一物理定律。这样的过程学生参与少而且与科学发现的过程相违背,不利于学生探索精神、创新精神和创新能力的培养。

  机器人进入课堂所带来的不仅是实验手段和教学方法的改进,更重要的是它带来了一种教育理念和人才培养方式的变革。

  与传统的教育方式相比,在新课程背景下教育更加提倡知识与技能、过程与方法、情感态度价值观的培养。

  机器人拼装、编程、调试过程是一个十分复杂的过程,需要多人分工合作,合作过程也就需要同学之间进行有效地沟通、表达、取得共识,这培养了学生的独立思考、判断和动手能力。

  学生学习机器人过程中会不断遇到新的困难,新的知识的挑战,如需要了解机器人单片机、传感器、驱动电路的性能和工作原理,掌握重心、摩擦力、光电效应、转动惯量等物理知识,掌握结构化的程序设计思想,掌握各种算法。这已不是传统的课堂教学所能满足的了,它必将带来教与学的变革。

  机器人教学具有实践性强、探索性强和综合性强的特点,作为一个新的教育内容必然对教育方式有所要求,在学习过程中需要学生充分利用已有的知识,并不断自我拓展新的知识与能力,在老师引导下,从机器人的拼装、程序的编写、到反复试验、调试都以学生为主,以目标驱动为指导的学习过程,要求不同知识水平的同学能够分工协作,共同完成某一项目的工作,这一过程中学生会面对各种各样的问题,他们会在协作中学习交往,在交往中学会评价,在尝试中建立自信,在积累中懂得反思,在这个过程中教师只是指导者,在完成任务的整个过程中学生始终都处于主动地位,通过尝试、分享、合作、反思提高了学生的分析问题解决问题的能力,使学生成为了知识的建构者和主人。

  五、目前机器人教学的机遇与误区

  机器人教学在我国已开展有五年之久,进行了不少的实践与探索,并取得了很多的经验。机器人技术亦有了长足的发展,更加成熟并适应了学校的实际需求,在一些开展较早的学校已经探索出一套行之有效的教学模式。有一些学校虽然只是刚刚起步,但是却正处于这一发展的高起点上,无论是在技术上还是在教学理念上都可少走弯路,因此正是面临一个开发创新的机遇,但是正如一些专家指出的那样,仍存在一些误区需要我们认真地对待。如:机器人教育的教学目标尚欠科学,分阶段目标的划分不够明确与合理,导致相关教材的区分度低、特色不强;缺乏科学规划与教学设计。教材质量不高,缺少课程与教学专家的参与和指导;竞赛活动商业化严重,教育发展方向偏移,指导思想尚未明确,机器人教学如何开展,等等。目前,在各校中机器人教学常停留于兴趣小组活动、竞技比赛的节段,未能在学生中得到充分的普及,借助这一平台开展科技创新活动也未能成为机器人教学的主流,而每年各种比赛成绩又成了检验各校机器人教学水平的唯一一项指标,这种情况不仅未能充分发挥机器人在教学中的作用,而且也不利于机器人教学的深入和持久的开展。

  六、机器人教学的几点建议

  综上所述,机器人教学是教育改革的大势所趋,是信息化发展的要求,将机器人引入教学不仅会带来教与学的变革,而且会促进学科的交融和创新。让学生通过动手参与实践这样一种有趣的活动,引发他们浓厚的学习兴趣及对科技的强烈爱好,不但使学生在自己的成长过程中有所收益,而且在未来能使学生以自身的行为、思维习惯对社会的发展有所贡献。

  我认为每一位老师都应对这一新事物给予充分的关注,智能机器人的出现已经影响了我们的课堂,影响了我们的学生。不应将机器人教育仅仅视为信息技术的内容,每一学科教师都应了解机器人的工作原理,寻找一种积极、互动、有效的教学方式,以及将教育与现实、未来发展相结合的教学渠道,与时俱进,将其引进到学科教学中去不仅可以改进我们的教学工作,而且会在学生的活动中发现他们天才的潜能。

  在机器人教学中应重在普及,使之成为信息技术教育的重要组成部分,这可以通过学校的选修课程来开展;在此基础上立足于科技创新,重视学生创新意识的培养,为他们提供实验的条件;重视交叉学科的相互渗透和融合,寻找与通用技术,物理实验、科研活动的相互支持与生长点,在多学科教师的参与下探索出具有学校特色的机器人教学活动和校本课程;同时要参加一些比赛和交流活动,开拓视野,为教师和学生提供交流和学习的平台。以教学为基础,创新为主体,建立成一个集教学、科技创新、比赛三位一体的教学模式并以此辐射和带动智能机器人在各学科中的应用。

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