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智能机器人课程的教学设计与开发

来源:http://myeducs.cn 联系QQ:点击这里给我发消息 作者: 用户投稿 来源: 网络 发布时间: 14/06/01

网学网为需要理学论文的朋友们搜集整理了 智能机器人课程的教学设计与开发 相关资料,希望对各位网友有所帮助!

  机器人活动主题有趣,富有挑战性,其问题解决方案是开放性的,学生可以用不同的方法达到同一个目标。然而学生对“机器人”可以说是又爱又恨,爱的是机器人学习的趣味性,恨的是需要编写程序来实现机器人的自动控制。常常听到学生说“我能遥控机器人就好了”,可见虽然学生对机器人学习表现出很大的兴趣,但是学习之后发现机器人并不是那么“听话”,就发出了“能不能遥控”的感叹,甚至产生厌学情绪。因此,我们在平时教学中应鼓励学生通过各种手段掌握学习方法,使他们敢学、善学、乐学,学会学习,真正成为发现者、研究者、探索者。

  一、设计有效提问,读懂学生的学习基础—让学生敢学

  智能机器人技术融合了造型、电子、计算机软硬件和人工智能等多种技术,对每一位学生来说都是零起点。如果此时教师的提问高于学生已有的知识基础,就会加剧他们的厌学心理。那么我们应该怎样来设计教学提问呢?

  1.抓住学生的兴趣点提问

  小学生活泼聪颖,对新鲜事物特别敏感,教师在设计问题时应根据学生的特点,注重趣味性。学生就像一池水,教师的提问便是投石激水,一些灵感的火花往往就是在这样的提问中产生的。
  例如:在完成了简单的左右迷宫法则走迷宫后,设计以下问题激发学生的探究欲望:哪种迷宫方案能更快地完成任务呢?同一种迷宫方案,哪些因素影响了机器人在迷宫中的行走速度?
  这样的提问能在学生取得初步成功的基础之上,进一步激发他们探索的兴趣和欲望。学生们都有一股不服输的精神——我一定要走得比你快!

  2.问题的难度随着教学的深入逐渐加深

  教师的提问是围绕学生展开的,需要学生的积极配合和参与才能有效完成。问题太肤浅,不易发展学生的思维能力,学生容易产生厌倦情绪。反之,问题太深奥,学生望而却步,没有思考的兴趣,反而挫伤了学生学习的积极性。难易度的把握,应当是经过教师的点拨,使学生“跳一跳能摘到桃子”为宜。
  例如:在教学机器人怎样走轨迹的环节,学生已有的知识有机器人利用传感器接收外界信息,主机控制器接收到这些信息,发出指令控制马达,做出左转、右转、前进、后退的动作。
  笔者的问题是这样设计的:
  (1)告诉学生不同颜色有不同的灰度值,因此你认为灰度传感器是如何判断黑线的?
  (2)绿色和黑色的灰度值不同,灰度传感器就能检测到黑线了,那么机器人要走轨迹需要几个传感器?
  (3)如何利用两个传感器走轨迹?
  (4)两个传感器的轨迹程序,碰到十字路口需要左转、右转或是直走的时候能够成功吗?
  这样的问题设计由浅入深,学生的思维也在一个个问题的解决过程中得到了锻炼。

  二、巧用留白艺术,读懂学生的思维过程——让学生善学

  机器人教学不仅提高了学生的动手能力,还培养了学生的创新能力。学生只有通过主动探索、动手实践、亲身体验,抽象的理论才能变成触手可及的答案。
  “留白”一直是中国书画艺术中常用的“以少胜多”的表现手法,能取得“此地无声胜有声”的艺术效果。将“留白”运用到智能机器人教学中去,给了学生更充裕的时间去实践与操作、思考与探究。

  1.未成曲调先有情——导入“留白”

  俗话说“良好的开端是成功的一半”,好的教学往往从导入就开始演绎精彩了。我们应抓住学生好奇心强的心理特点,把留白巧妙地运用到导课中来,有意给教学内容蒙上一层神秘的“面纱”,激起学生强烈的求知欲,促使他们积极主动地参与学习,从而拉开学习的序幕。
  例如:在教学调试机器人走轨迹速度这一环节时,先让学生观察两种不同参数设置的机器人在走S轨迹时,动作和速度上的差异,学生很容易就能观察到一个行走时左右抖动频繁,一个行走时快速流畅,然后问学生:“你们觉得这会是什么原因影响的呢?”然后教师自然接上话茬:“接下来,我们就来研究如何让机器人流畅快速地走轨迹?”
  教师没有过多的语言,一彰显,一留白,激起了学生学习的兴趣,点燃了学生思考的烈焰,撞出了学生智慧的火花。

  2.顺水推舟——探究“留白”

  埃德加富尔曾说过:“未来的文盲,不再是不识字的人,而是没有学会怎样学习的人。”因此,让学生学会学习,提高学习探究的能力,是向教学提出了更高的要求。要让学生自主探究,我们在教学中就要适当“留白”,这样学生才会自主、独立地发现问题、提出问题。通过“留白”引导学生思考问题,也许学生会有“柳暗花明又一村”的顿悟。
  例如:在机器人“孤胆英雄”项目中,有一个过雷区的任务。机器人行走速度过快很容易撞到“地雷”,而速度太慢又会严重影响整个任务的完成时间。那么,有什么解决方案可以做到鱼和熊掌皆得呢?
  几个学生讨论分析后给出了答案:雷区内和雷区外设置两个不同的前进速度!
  教师接着问:“那么这个前进速度都有轨迹子程序控制的,如何做到不同呢?”
  学生很快回答:“我们给雷区单独设一个轨迹子程序,在雷区里的路口左转、右转都调动这个轨迹子程序,这样既不影响雷区外的行走速度,也保证了能顺利地通过雷区!”知识迁移中的适时“留白”给学生的探究提供了广阔的天地,让学生能够真正自主问题解决,从而使得思维得到发展。

  3.激发研究兴趣──在质疑碰撞处“留白”

  质疑是科学探究需要培养的一种精神品质。留白,有利于学生的发展创造。对于那些悬而未决的问题,对学生来说是充满了吸引力。要引起学生对知识主动探究的欲望,就应该留给他们能够发挥的空间,教师负责告诉学生在哪里,而学生则自己去发现里面有什么问题,把发现的任务交给学生,让学生在发现中寻找,在寻找中质疑,在质疑中碰撞出智慧的火花,从而自己找到答案。
  例如:在教学左迷宫走法时,要分别利用前方(9号)、左前方(8号)、左边(7号)三个方位的红外避障传感器进行判断来完成迷宫任务。具体方案是:如果7号红外传感器检查到障碍物就机器人直行。9号和8号是一个“或门”关系,它们中只要有一个检测到障碍物机器人就右转。最后如果7,8,9号红外传感器都没有检查到障碍物,机器人左转。
  学生马上就写出了两个条件判断的左迷宫子程序,然后在仿真场地上进行实验,结果却不尽如人意,机器人都撞上了障碍物,停止了。这时就有学生质疑:“老师,我们都按照你的迷宫方案编写了程序,可是为什么机器人还是走不了迷宫呢?”
  此时,教师并没有急于告诉他们答案,而是对他们说:“你们为什么不现场做个实验呢!”“对,我们可以自己扮演传感器,让老师来扮演控制器,教室就是迷宫!”有学生很快提出了实验方案。通过实验,学生很容易就发现,当7号和9号红外传感器同时检查到障碍物时,如果优先判断9号传感器让机器人右转,这样就不会撞上障碍物了。
  通过这样的留白,教师不急于给出答案,让学生自己去发现问题,解决问题,思维能力的提升是显而易见的!很多学生还兴奋地说:“老师,老师,可能我右迷宫的程序也会编了!”

  三、活跃讨论氛围,读懂学生的发言内涵—让学生乐学

  现代教学不仅要求学生“学会”“会学”,而且要使学生“乐学”。如何才能达到“乐学”的效果呢?平时教师们上课全用嘴讲,这种做法明显是把学生当成听课的机器,学生不能体会到学习的快乐。
  在教学中,我们应该让学生成为学习的主人。一些通过讨论能够解决的问题,尽量都留给学生自己去解决。
  例如:在教学路口左转的子程序后,可以放手让学生大胆尝试编写路口右转的子程序,能独立完成的学生可以先做测试,不能完成的学生再组织起来进行讨论。从学生的讨论发言中,可以看出这些学生缺乏一些空间思维,如果借助实物他们可能就容易接受了。于是我们拿出实物机器人和越野跑道,展示了机器人路口右转的整个过程。通过两三次的演示,很多学生兴奋地说:“我懂了,我也要做测试啦!”
  教师应站在学生角度,倾听学生的讨论,而不是一味地指责学生,或是急着给出问题的解决方案。因此,把探究过程放心地交给学生,让他们成为学习的主人,这样的学习才是真正意义上的学习。

  四、结束语

  智能机器人是一门综合实践活动课程,注重学生个性的健康发展和对学生的创新精神、实践能力的培养。日本、美国等一些发达国家,高度重视机器人教育对高科技社会的作用和影响。只要我们在教学中怀着一种不断思考、不断探索的精神,学生就能真正从敢学变为善学,最后乐学,学会学习,为他们的终身学习打下坚实的基础。

  参考文献
  [1]袁运成.“虚拟—实体—创新”机器人教学策略探究[J].中国教育信息化,2009(2).
  [2]张兴华.基于机器人的青少年活动的教育价值研究[D].长春:东北师范大学,2007.
  [3]谢达.智能机器人在培养学生信息素养中的教学模式研究[J].中国教育信息化,2008(12):15-18

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