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機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室范文1
關(guān)鍵詞：微機(jī)控制；行走機(jī)器人；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室
一、引言
機(jī)器人技術(shù)作為控制技術(shù)、信息技術(shù)和電氣工程技術(shù)的典型代表，已成為各個(gè)國(guó)家競(jìng)相發(fā)展的技術(shù)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外興起的各種機(jī)器人賽事為機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展提供了一個(gè)良好的平臺(tái)。各個(gè)學(xué)校爭(zhēng)相組隊(duì)參加各類賽事。但是，目前的機(jī)器人競(jìng)賽所采用的機(jī)器人基本上不采用微機(jī)控制，機(jī)器人本體也大多由各個(gè)專業(yè)的機(jī)器人制造公司制造，學(xué)生本身并不能從根本上剖析、分解機(jī)器人，留給學(xué)生自己動(dòng)手的部分較少，沒(méi)有采用微機(jī)控制。因此，機(jī)器人雖然專業(yè)性很強(qiáng)，但可擴(kuò)展性較差。所以，有必要建設(shè)能真正提高學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室。
二、建設(shè)意義
基于微機(jī)的行走機(jī)器人可以整合多方面的知識(shí)，包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù)、圖形圖像處理技術(shù)、上位機(jī)軟件編程技術(shù)、觸摸屏設(shè)計(jì)技術(shù)、電機(jī)與拖動(dòng)技術(shù)、微機(jī)接口技術(shù)等等。因此，基于微機(jī)的行走機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室建設(shè)可以加深學(xué)生對(duì)這些知識(shí)的掌握。另外，由于采用了微機(jī)控制，學(xué)生可以把自己的創(chuàng)新思想方便地通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言體現(xiàn)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)不同的目的，如：點(diǎn)菜機(jī)器人，迎賓機(jī)器人，圖書(shū)管理機(jī)器人等等。同時(shí)，這些功能的實(shí)現(xiàn)完全通過(guò)高級(jí)語(yǔ)言，有助于降低機(jī)器人的成本，無(wú)需更換任何硬件模塊。因此，基于微機(jī)的行走機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，對(duì)于學(xué)生基本專業(yè)技能的掌握和學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的提高，都有著非常積極的意義。
三、建設(shè)思路和目標(biāo)
機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室主要服務(wù)于工科的電氣工程及其自動(dòng)化、自動(dòng)化、機(jī)械制造及其自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、通信工程等專業(yè)。對(duì)于這些專業(yè)的學(xué)生而言，在教師的帶領(lǐng)下，從底層做起，自主完成基于微機(jī)控制的行走機(jī)器人并不是一件特別困難的事情，它主要由行走模塊、單片機(jī)控制模塊、通信模塊以及功能實(shí)現(xiàn)模塊等四個(gè)部分組成。
1.行走模塊
行走模塊涉及機(jī)架、底座、電源、萬(wàn)向輪、驅(qū)動(dòng)輪以及電機(jī)等部分。當(dāng)然，萬(wàn)向輪及驅(qū)動(dòng)輪可以用履帶代替。這一部分的實(shí)現(xiàn)除了底座及機(jī)架可以委托訂做外，其它組件一般都直接購(gòu)買(mǎi)。行走機(jī)器人不外接電源，同時(shí)能承受一定的負(fù)載，因此，電源一般采用蓄電池，其重量較大，故底座及機(jī)架需具有較高的強(qiáng)度。電機(jī)也有兩種，一種控制行走，另一種控制方向。
2.單片機(jī)控制模塊
單片機(jī)控制模塊連接電機(jī)及上位機(jī)，它從上位機(jī)接受指令，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后，向電機(jī)發(fā)送前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向等信號(hào)。電機(jī)有兩種，因此，單片機(jī)控制模塊也有兩種，一種控制電機(jī)是否轉(zhuǎn)動(dòng)，即是否行走；另一種則控制萬(wàn)向輪的方向。
3.通信模塊
上位機(jī)與下位機(jī)的通信方式有多種。這一模塊往往也是新技術(shù)應(yīng)用最多的模塊。單片機(jī)和上位機(jī)之間除了傳統(tǒng)的直接有線連接以外，還可以用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)100米內(nèi)無(wú)線控制，甚至可以采用GSM模塊通過(guò)手機(jī)短信的方式加以控制。即上位機(jī)與下位機(jī)都增加無(wú)線模塊，上位機(jī)發(fā)送出的指令通過(guò)上位機(jī)連接的無(wú)線模塊發(fā)出，再通過(guò)下位機(jī)連接的無(wú)線模塊接收，然后將信息傳遞給單片機(jī)。由單片機(jī)來(lái)控制電機(jī)。
4.功能實(shí)現(xiàn)模塊
機(jī)器人往往不能通過(guò)鼠標(biāo)操作，因此，機(jī)器人一般采用觸摸屏來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入。功能的實(shí)現(xiàn)可以使用一些可視化編程語(yǔ)言，如C++Builder等。另外，為了擴(kuò)展機(jī)器人的功能，可以為機(jī)器人添加攝像頭，各種傳感器。各種通信模塊等。例如，要實(shí)現(xiàn)安保機(jī)器人，可以讓機(jī)器人行走到指定位置巡邏。將安裝在機(jī)器人上的攝像頭拍攝到的視頻通過(guò)無(wú)線通信模塊實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂浦行摹?/p>
通過(guò)以上四個(gè)模塊的建設(shè)，就可以實(shí)現(xiàn)特定功能的行走機(jī)器人，如點(diǎn)菜機(jī)器人、迎賓機(jī)器人，避障機(jī)器人、圖書(shū)管理機(jī)器人等等。由于使用了微機(jī)控制，利用微機(jī)的豐富接口，可以連接攝像頭、各種無(wú)線通信模塊以及各種傳感器等等，進(jìn)一步擴(kuò)展了行走機(jī)器人的功能。這些機(jī)器入的制作，既能提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，又能為教師在更高層次的研究提供實(shí)驗(yàn)條件。例如，多臺(tái)機(jī)器人安保時(shí)的路徑規(guī)劃研究，用于機(jī)器人行走軌跡控制的圖形圖像處理技術(shù)研究等等。
四、結(jié)論與展望
基于微機(jī)控制的行走機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，既可以使學(xué)生更好地掌握本科階段的主干課程，又能提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，同時(shí)也能為教師的科研提供平臺(tái)。微機(jī)控制行走機(jī)器人的制作相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低，易于擴(kuò)展，應(yīng)用廣泛，值得推廣。
參考文獻(xiàn)：
機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室范文2
“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)工程”要求高校推進(jìn)素質(zhì)教育，著力培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。機(jī)器人是跨專業(yè)、多學(xué)科理論與技術(shù)綜合的高新技術(shù)產(chǎn)品和系統(tǒng)，是進(jìn)行創(chuàng)新教育改革的理想對(duì)象。我們應(yīng)以機(jī)器人技術(shù)為載體，進(jìn)行人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，秉持綜合素質(zhì)高、實(shí)踐能力強(qiáng)的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)理念，以課程體系、教學(xué)方法改革及創(chuàng)新人才培養(yǎng)基地為支撐，建立一套完整的大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系和完善的運(yùn)行機(jī)制，在創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)和機(jī)器人競(jìng)賽的引導(dǎo)下，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力、科研創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力。
二、改革的目標(biāo)思路
為推進(jìn)機(jī)器人相關(guān)學(xué)科高等教育課程的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式改革，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量，根據(jù)高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革的總體部署，依托南京郵電大學(xué)控制理論與控制工程、模式識(shí)別與智能系統(tǒng)等高水平學(xué)科點(diǎn)，將在建的“網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人控制實(shí)驗(yàn)室”建成具有一定規(guī)模、體系完整、特色鮮明、開(kāi)發(fā)共享的人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)基地，使之成為自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等相關(guān)專業(yè)高層次和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)基地，以滿足新時(shí)期實(shí)施素質(zhì)教育和培養(yǎng)創(chuàng)新人才的需要。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)的具體目標(biāo)如下。
1.建成特色鮮明的以先進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)為載體、多學(xué)科融合的創(chuàng)新教育平臺(tái)，為自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)等相關(guān)專業(yè)的學(xué)生提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。
2.建成一個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)、高起點(diǎn)、開(kāi)放的、注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)的學(xué)生科技創(chuàng)新基地和教師創(chuàng)新教學(xué)改革研究基地。
開(kāi)展創(chuàng)新教育教學(xué)，通過(guò)多學(xué)科融合的教學(xué)體系建設(shè)、教學(xué)方法和指導(dǎo)模式的改革，形成科學(xué)、系統(tǒng)、高效的高素質(zhì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系，進(jìn)一步探索知識(shí)、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)在堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)上，具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)能力強(qiáng)的高素質(zhì)人才。
三、創(chuàng)建平臺(tái)的建設(shè)內(nèi)容
基于機(jī)器人系統(tǒng)這一綜合平臺(tái)，以課程體系、教學(xué)方法及創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式為著眼點(diǎn)，建立完整的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，具體建設(shè)內(nèi)容如下。
1.先進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。平臺(tái)的建設(shè)能夠起到培養(yǎng)具有突出創(chuàng)新精神、較高綜合素質(zhì)的高級(jí)應(yīng)用型人才的作用，同時(shí)還成為整合學(xué)校硬件資源、軟件資源、師資資源的橋梁與紐帶，為工科群的內(nèi)涵建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，形成包含工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式以及相關(guān)配套措施，形成教師與學(xué)生融為一體、高年級(jí)與低年級(jí)學(xué)生融合為一體、不同專業(yè)的學(xué)生融為一體，以自主學(xué)習(xí)與探索性學(xué)習(xí)為特征、以科技創(chuàng)新為重點(diǎn)的新型團(tuán)隊(duì)公關(guān)形式，在規(guī)范化流程的實(shí)施過(guò)程中體現(xiàn)了“過(guò)程培養(yǎng)人”的教育理念。
2.智能機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要包括輪式機(jī)器人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和類人機(jī)器人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)兩個(gè)主流的機(jī)器人平臺(tái)。這兩個(gè)平臺(tái)的建設(shè)能提高學(xué)生的動(dòng)手及創(chuàng)新能力。依托與網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人中央地方共建實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，建立輪式機(jī)器人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)中機(jī)器人配備攝像頭、激光等傳感器，學(xué)生可以從中學(xué)習(xí)信息如何進(jìn)行采集、如何進(jìn)行處理及如何進(jìn)行利用等多種知識(shí)，學(xué)習(xí)如何編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)一系列的功能。在類人機(jī)器人實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，機(jī)器人各關(guān)節(jié)（如膝關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)、頸部等）的運(yùn)動(dòng)及姿態(tài)由位于關(guān)節(jié)處的電機(jī)控制，依據(jù)所使用的電機(jī)個(gè)數(shù)的不同，機(jī)器人有不同的自由度，訓(xùn)練學(xué)生通過(guò)控制電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的行走、舞蹈及踢球等各種動(dòng)作，將書(shū)本上的運(yùn)動(dòng)學(xué)及逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的知識(shí)生動(dòng)地再現(xiàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
3.進(jìn)行課程體系改革。基于機(jī)器人平臺(tái)構(gòu)建專業(yè)課程群，機(jī)器人是多學(xué)科、多技術(shù)的綜合體，是生動(dòng)的專業(yè)課程綜合教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。因此，我們將以先進(jìn)的機(jī)器人系統(tǒng)為載體，為自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)構(gòu)建多學(xué)科融合的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，承擔(dān)自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、機(jī)器人技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制、圖像處理等專業(yè)課程的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。
4.科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建設(shè)。機(jī)器人是極富挑戰(zhàn)性和趣味性的領(lǐng)域，最能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能量，本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將建設(shè)成為學(xué)生課題研究、畢業(yè)設(shè)計(jì)、科技創(chuàng)新活動(dòng)的重要基地，如組織學(xué)生參加機(jī)器人大賽、飛思卡爾智能車(chē)比賽等。機(jī)器人競(jìng)賽是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、提高學(xué)生動(dòng)手能力的有效形式。參加這項(xiàng)競(jìng)賽，可以培養(yǎng)學(xué)生查閱資料能力、自學(xué)能力、分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力、綜合設(shè)計(jì)與調(diào)試能力、科技論文寫(xiě)作能力，培養(yǎng)了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的作風(fēng)、團(tuán)結(jié)協(xié)作精神和創(chuàng)新意識(shí)。為此，我們將機(jī)器人競(jìng)賽作為學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的平臺(tái)。近三年來(lái)，指導(dǎo)我校學(xué)生在國(guó)際和國(guó)內(nèi)機(jī)器人比賽中斬獲多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)，一個(gè)世界冠軍、一個(gè)中國(guó)冠軍、一個(gè)江蘇省機(jī)器人大賽冠軍、兩個(gè)國(guó)際比賽亞軍等。機(jī)器人競(jìng)賽的全面開(kāi)展對(duì)提升電類專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力和增強(qiáng)就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力發(fā)揮了積極作用，也加深了對(duì)自動(dòng)化類課程實(shí)踐教學(xué)重要性和必要性的認(rèn)識(shí)，強(qiáng)化了學(xué)生動(dòng)手能力的訓(xùn)練，促進(jìn)了學(xué)生基本素質(zhì)的培養(yǎng)。
5.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教材的編寫(xiě)。重視實(shí)驗(yàn)教材的建設(shè)工作，組織教師以實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法改革成果為基礎(chǔ)，依托實(shí)驗(yàn)課程體系，修改完善現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教材，編寫(xiě)新教材，系統(tǒng)地出版了一批以培養(yǎng)綜合應(yīng)用和創(chuàng)新能力為特色的實(shí)驗(yàn)教材。
6.本科教育與研究生教育相結(jié)合。充分利用研究生對(duì)本科生、高年級(jí)對(duì)低年級(jí)的傳幫帶作用，有序開(kāi)展創(chuàng)新活動(dòng)。支持本科學(xué)生根據(jù)自己的興趣和課題需要，跟班學(xué)習(xí)研究生課程，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，培養(yǎng)其學(xué)生學(xué)習(xí)能力和研究能力，提高工科專業(yè)人才的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新水平。
大量的實(shí)踐表明，機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)的建設(shè)，能夠使學(xué)生的創(chuàng)新能力和專業(yè)素質(zhì)得到極大的提高。
機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室范文3
關(guān)鍵詞：機(jī)器人；實(shí)踐教學(xué)；創(chuàng)新能力；實(shí)踐能力
中圖分類號(hào)：G4
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
文章編號(hào)：1672-3198（2013）05-0151-02
1引言
創(chuàng)新是人類社會(huì)發(fā)展的強(qiáng)大推動(dòng)力，實(shí)踐是創(chuàng)新的源泉，工程實(shí)踐是創(chuàng)新的基礎(chǔ)，沒(méi)有工程實(shí)踐能力就談不上創(chuàng)新能力。因此，探索創(chuàng)新教學(xué)改革的新思路、新方法，滿足在創(chuàng)新理論、創(chuàng)新教育方面的急需，提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力，已經(jīng)對(duì)目前教學(xué)體系改革提出了更高的要求。在高校教育教學(xué)改革過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐動(dòng)手能力等綜合素質(zhì)，已經(jīng)成為當(dāng)前教學(xué)改革的核心目標(biāo)。我校工程訓(xùn)練中心（簡(jiǎn)稱工訓(xùn)中心）從2007年開(kāi)始，針對(duì)專業(yè)特點(diǎn)和高素質(zhì)人才培養(yǎng)要求，在全校各個(gè)專業(yè)中不同程度地引入了機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，旨在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力。本文以我校工訓(xùn)中心機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)為研究平臺(tái)，為學(xué)生提供機(jī)器人創(chuàng)新套件為實(shí)踐手段，從根本上提高了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，全方位適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的要求。
2機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)介
2.1課程目的與任務(wù)
機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)是一門(mén)新的課程，它是以機(jī)器人為硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)硬件擴(kuò)展和軟件開(kāi)發(fā)而展開(kāi)的教和學(xué)的活動(dòng)。在機(jī)器人開(kāi)發(fā)學(xué)習(xí)過(guò)程中，存在著軟件編程、硬件擴(kuò)展和維護(hù)、人機(jī)關(guān)系等若干需要處理的任務(wù)，學(xué)生只有掌握其硬件結(jié)構(gòu)、工作原理和軟件編程，才能提高它的應(yīng)用能力。加強(qiáng)機(jī)器人教育教學(xué)內(nèi)容是提高機(jī)器人應(yīng)用水平的需要，也有助于為機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐創(chuàng)建良好的環(huán)境，避免重模仿輕創(chuàng)新，避免強(qiáng)調(diào)固有知識(shí)的學(xué)習(xí)而忽視了學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。該實(shí)踐課程時(shí)間歷時(shí)4天，28學(xué)時(shí)，邊做邊學(xué)，學(xué)生將動(dòng)手實(shí)施一系列由淺入深的項(xiàng)目或比賽。該課程以團(tuán)隊(duì)形式運(yùn)行，每小組2個(gè)學(xué)生，同時(shí)分成幾個(gè)大組。每小組擁有一套課程平臺(tái)包括機(jī)器人，創(chuàng)新模塊和電腦等。課程的目的：（1）系統(tǒng)訓(xùn)練創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力；（2）讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)工科基礎(chǔ)知識(shí)。
2.2教學(xué)內(nèi)容及過(guò)程
機(jī)器人技術(shù)是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，它涉及機(jī)械、數(shù)學(xué)、電子、傳感器、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、通信和人工智能等學(xué)科，是光機(jī)電為一體的典型應(yīng)用。機(jī)器人教學(xué)沒(méi)有統(tǒng)一的教材和固定的教學(xué)模式，其教學(xué)過(guò)程也是一個(gè)綜合實(shí)踐的過(guò)程。學(xué)校在工程實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)中增加了機(jī)器人知識(shí)內(nèi)容的講解和實(shí)踐，以興趣小組的組織形式加以提高和鞏固，使學(xué)生的學(xué)習(xí)能適應(yīng)未來(lái)信息發(fā)展的要求，也為原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式增添了新的活力。機(jī)器人極具人性化，它的智慧和功能靠學(xué)生的程序設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)項(xiàng)目制作過(guò)程中遇到的問(wèn)題來(lái)設(shè)計(jì)真實(shí)和富有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題來(lái)引導(dǎo)學(xué)生思考、探究。學(xué)生在動(dòng)手組裝、擴(kuò)展和編程控制機(jī)器人的過(guò)程中獲取有用的知識(shí)，能夠很好地發(fā)揮學(xué)生的動(dòng)手能力、協(xié)作能力和自主學(xué)習(xí)能力。教學(xué)過(guò)程中由于器材及場(chǎng)地的局限性，通常需要學(xué)生統(tǒng)籌安排、就地取材、精心設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)體會(huì)和構(gòu)思新創(chuàng)意，極大地挖掘想象空間與創(chuàng)造力，追求設(shè)計(jì)方案的科學(xué)完美。機(jī)器人學(xué)習(xí)其實(shí)就是探究性學(xué)習(xí)，每一次上課學(xué)生們都會(huì)完成自己和教師共同討論和設(shè)計(jì)的目標(biāo)，根據(jù)這一目標(biāo)由學(xué)生自己進(jìn)行創(chuàng)新性探究。創(chuàng)造源于最初的突發(fā)奇想，學(xué)生必須做出不斷的嘗試，不斷的調(diào)試與改善，大膽地投入新的元素，注重每一個(gè)細(xì)節(jié)，將機(jī)器人調(diào)節(jié)至最佳狀態(tài)。
2.3教學(xué)模式
要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，就應(yīng)該建立與之相適應(yīng)的課堂教學(xué)模式。在機(jī)器人教學(xué)過(guò)程中，我們運(yùn)用新的教學(xué)方法、采用新的教學(xué)模式、應(yīng)用新的教學(xué)手段來(lái)進(jìn)行機(jī)器人課堂教學(xué)，促進(jìn)了教學(xué)思想、教學(xué)過(guò)程、結(jié)構(gòu)模式的根本變革，讓課堂充滿了生機(jī)和活力。經(jīng)過(guò)幾年的深入實(shí)踐教學(xué)研究，探索出能充分體現(xiàn)師生互動(dòng)思想的教學(xué)模式：創(chuàng)設(shè)情境歸納猜測(cè)交流驗(yàn)證總結(jié)深化。
（1）創(chuàng)設(shè)情境。在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)用現(xiàn)代教學(xué)手段，創(chuàng)設(shè)特定的情境，這特定的情境可以是問(wèn)題情境，比如先給大家放一段機(jī)器人滅火的錄像，讓大家思考機(jī)器人是如何避開(kāi)障礙物找到火源的，提出啟發(fā)性的問(wèn)題；也可以是有利于學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容理解的虛擬情境。為了提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，教師最好將創(chuàng)新性目標(biāo)體現(xiàn)在創(chuàng)設(shè)情境中，使學(xué)生明確需要探究目標(biāo)的前提下，認(rèn)真觀察思考獲取感性認(rèn)識(shí)，然后提出問(wèn)題。
（2）歸納猜測(cè)。首先，針對(duì)提出的問(wèn)題提出假設(shè)；其次，搜集關(guān)于支持假設(shè)的資料，然后進(jìn)行整理和歸納；第三，獨(dú)立或合作進(jìn)行探究；第四，形成自己或小組的認(rèn)識(shí)或結(jié)論。教師在整個(gè)歸納猜測(cè)過(guò)程中，要為學(xué)生的探究活動(dòng)提供工具和相應(yīng)的幫助，運(yùn)用先進(jìn)的教育手段，為學(xué)生提供豐富的信息。
（3）交流驗(yàn)證。各個(gè)小組派出代表口頭匯報(bào)并作對(duì)應(yīng)的演示自己小組的創(chuàng)新作品，匯報(bào)包括作品的名稱、作用、創(chuàng)新點(diǎn)以及制作作品過(guò)程中遇到哪些問(wèn)題是如何解決的等等；然后進(jìn)行小組或班級(jí)交流討論，交流方式可以是口頭的，也可以通過(guò)操作演示。交流驗(yàn)證過(guò)程中，要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極發(fā)表自己的見(jiàn)解，提出質(zhì)疑、爭(zhēng)辯，最后得出問(wèn)題的結(jié)論。
（4）總結(jié)深化。首先對(duì)所探究的問(wèn)題進(jìn)行小結(jié)；其次，積累經(jīng)驗(yàn)，為以后解決新的問(wèn)題打下良好的基礎(chǔ)。心理學(xué)研究證明：人的綜合素質(zhì)要想內(nèi)化到個(gè)體素質(zhì)中，需要經(jīng)過(guò)反復(fù)訓(xùn)練。教師在總結(jié)深化階段要幫助學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行梳理，使學(xué)生能夠達(dá)到較深刻的理解。教師應(yīng)該根據(jù)每個(gè)學(xué)生的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)水平設(shè)計(jì)不同的課題，這樣可以改變不同學(xué)習(xí)水平的學(xué)生要求整齊劃一的弊端，不僅提高各個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，而且會(huì)讓每位學(xué)生都具有成就感。
3能力培養(yǎng)目標(biāo)
3.1培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究創(chuàng)新能力
學(xué)生在熟悉機(jī)器人硬件后，就可以通過(guò)設(shè)計(jì)、搭建、軟件編程實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)控制了，整個(gè)過(guò)程由學(xué)生小組成員獨(dú)立完成，這樣學(xué)生的學(xué)習(xí)就由被動(dòng)轉(zhuǎn)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，從而提高了獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。學(xué)生可以自主選擇知識(shí)，結(jié)合理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐操作。學(xué)生經(jīng)過(guò)分析研究，可以運(yùn)用多種不同的方式去設(shè)計(jì)外形各異的機(jī)器人，通過(guò)不同的算法去編程，很好地發(fā)揮個(gè)人潛能，培養(yǎng)了學(xué)生的策劃設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和綜合創(chuàng)新能力，為創(chuàng)新教育打下了良好的基礎(chǔ)。此外，在機(jī)器人套件搭建創(chuàng)新實(shí)踐環(huán)節(jié)中，從擬定需搭建項(xiàng)目、外形的設(shè)計(jì)、選擇需要的器材、開(kāi)始搭建模型到編制驅(qū)動(dòng)程序，都是學(xué)生獨(dú)立實(shí)施并完成，更加有助于培養(yǎng)他們獨(dú)立開(kāi)展科研創(chuàng)新的能力。
3.2培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力
機(jī)器人搭建項(xiàng)目小組依靠相互協(xié)作與積極配合來(lái)完成創(chuàng)新作品項(xiàng)目，同學(xué)間互相交流和學(xué)習(xí)，有利于集思廣益，激發(fā)靈感，開(kāi)闊思路，鍛煉學(xué)生個(gè)人的團(tuán)隊(duì)精神和協(xié)作能力。
3.3培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)作品和軟件編程能力
通過(guò)教師在上課時(shí)適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，學(xué)生能夠設(shè)計(jì)出任何可以想到的機(jī)電產(chǎn)品或模型，通過(guò)親自動(dòng)手搭建以及軟件驅(qū)動(dòng)模型，達(dá)到提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的目的。
3.4培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力
當(dāng)前高校畢業(yè)的大學(xué)生普遍缺乏工程實(shí)踐動(dòng)手能力。由于存在教育理念、辦學(xué)方向、培養(yǎng)模式等一些因素的影響，現(xiàn)在學(xué)生側(cè)重于理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，而忽視實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)，造成高校畢業(yè)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、綜合素質(zhì)等達(dá)不到用人單位的標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)機(jī)器人實(shí)踐教學(xué)以及機(jī)器人比賽等項(xiàng)目的鍛煉，學(xué)生能夠從純理論的學(xué)習(xí)過(guò)渡到理論聯(lián)系實(shí)際，從而提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。
4機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)成果
近年來(lái)，我校工訓(xùn)中心推行教學(xué)改革，創(chuàng)立了開(kāi)放性的機(jī)器人自主學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系，為學(xué)生營(yíng)造了自主創(chuàng)新學(xué)習(xí)的良好氛圍，取得了可喜的成績(jī)。2009年1月在創(chuàng)新訓(xùn)練課程的建設(shè)與實(shí)踐獲得“內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)教學(xué)成果”二等獎(jiǎng)；2008年獲得第九屆“中國(guó)智能機(jī)器人大賽”一項(xiàng)一等獎(jiǎng)、兩項(xiàng)二等獎(jiǎng)；2009年第十屆“中國(guó)智能機(jī)器人大賽”中獲得一項(xiàng)一等獎(jiǎng)、一項(xiàng)二等獎(jiǎng)；2010年在第十一屆“中國(guó)智能機(jī)器人大賽”中，我校學(xué)生在足球、滅火、搜救、游世博、吸塵五項(xiàng)比賽中獲得五項(xiàng)一等獎(jiǎng)；2011年在中國(guó)機(jī)器人大賽暨robocup公開(kāi)賽robocup中型組項(xiàng)目比賽中分別獲得一、二、三等的好成績(jī)；同年11月在第十二屆“中國(guó)智能機(jī)器人大賽”中國(guó)際賽制機(jī)器人滅火比賽、國(guó)際賽制類人機(jī)器人擂臺(tái)賽等八項(xiàng)比賽中獲得數(shù)個(gè)一、二、三等獎(jiǎng)的好成績(jī)；2012年中國(guó)機(jī)器人大賽robocup公開(kāi)賽中獲得一、二、三等獎(jiǎng)；連續(xù)三年參加2010、2011年、2012年亞太大學(xué)生機(jī)器人大賽，獲得了不錯(cuò)的成績(jī)。通過(guò)比賽獲獎(jiǎng)，學(xué)生們樹(shù)立了自信心，增強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)意識(shí)，學(xué)會(huì)了團(tuán)結(jié)協(xié)作，對(duì)于交流合作的重要意義有了較深入的理解，為他們未來(lái)工作奠定了基礎(chǔ)。從機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室走出去的很多學(xué)生綜合能力得到了很好的提升，有的學(xué)生得到了保送研究生的資格，有的在參加比賽時(shí)就被企業(yè)看中，比賽完簽約的學(xué)生也有很多，找到了自己人生的目標(biāo)和定位。
5結(jié)束語(yǔ)
機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)課程通過(guò)講座、實(shí)踐、討論、參加全國(guó)性的比賽等實(shí)踐活動(dòng)，系統(tǒng)地訓(xùn)練了學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力；使學(xué)生對(duì)如何完成一個(gè)項(xiàng)目有了全面而具體的了解；實(shí)現(xiàn)了工科新生一開(kāi)始就接觸工程知識(shí)、真實(shí)的工程問(wèn)題，學(xué)生初步了解了工程師應(yīng)具有的素質(zhì)-知識(shí)-能力；有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和專業(yè)興趣，對(duì)學(xué)生盡早制定職業(yè)規(guī)劃和促成學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)起到了積極的推動(dòng)作用。
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機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室范文4
關(guān)鍵詞：機(jī)器人教育；虛擬機(jī)器人；社團(tuán)；合作學(xué)習(xí)；研究
一、機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀
1.機(jī)器人教育的價(jià)值及影響
機(jī)器人教育的核心基礎(chǔ)是人工智能技術(shù)在教育領(lǐng)域以人性化、智能化的形式加以利用。由于人工智能技術(shù)是信息技術(shù)發(fā)展的一次重大飛躍，因此信息技術(shù)教育必將走向機(jī)器人教育。我國(guó)頒布的義務(wù)教育階段信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)和《國(guó)家九年義務(wù)教育課程綜合實(shí)踐活動(dòng)指導(dǎo)綱要》中，機(jī)器人設(shè)計(jì)和制作被列入信息技術(shù)課程選修內(nèi)容。由此可見(jiàn)，機(jī)器人教育已經(jīng)納入了中小學(xué)信息技術(shù)教育內(nèi)容中。此外，全國(guó)各地的機(jī)器人比賽蓬勃開(kāi)展，比賽內(nèi)容不斷完善，參加的人數(shù)不斷增多，規(guī)模不斷擴(kuò)大，影響力也在逐步提高。從技術(shù)的綜合性、先進(jìn)性、自主體驗(yàn)和興趣激發(fā)等方面學(xué)生都能有極大的收獲進(jìn)而實(shí)現(xiàn)極大的教育價(jià)值。
2.虛擬技術(shù)的發(fā)展及在教育領(lǐng)域的應(yīng)用
虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR，又譯作靈境、幻真）是近年來(lái)出現(xiàn)的高新技術(shù)，也稱靈境技術(shù)或人工環(huán)境。虛擬現(xiàn)實(shí)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感官的模擬，讓使用者如同身臨其境一般。
目前，虛擬技術(shù)在大眾教育、軍事、醫(yī)學(xué)、航空，旅游等各行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，利用虛擬技術(shù)可以建立各種虛擬實(shí)驗(yàn)室，虛擬環(huán)境。隨著虛擬技術(shù)逐漸成熟，虛擬技術(shù)逐漸普及化，大眾化。虛擬技術(shù)以其強(qiáng)大的交互性、隨意性、安全性等人性化特性，必將對(duì)教育領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。虛擬機(jī)器人作為虛擬領(lǐng)域的一部分也得到了快速發(fā)展。
3.實(shí)物機(jī)器人存在的問(wèn)題
各國(guó)的機(jī)器人競(jìng)賽開(kāi)展得如火如荼，機(jī)器人的教育價(jià)值也逐漸得到認(rèn)可。雖然我國(guó)開(kāi)展機(jī)器人教育已經(jīng)有十多年，但進(jìn)展緩慢，仍游離于基礎(chǔ)教育教學(xué)之外，通過(guò)分析可發(fā)現(xiàn)其主要原因是經(jīng)費(fèi)問(wèn)題，學(xué)校沒(méi)有財(cái)力購(gòu)買(mǎi)大量的實(shí)物機(jī)器人用于教學(xué)。雖然有學(xué)校購(gòu)買(mǎi)了實(shí)物機(jī)器人，但數(shù)量有限，只是用于參加比賽的學(xué)生。實(shí)物機(jī)器人的價(jià)格、后期的升級(jí)、維護(hù)、場(chǎng)地、工作環(huán)境等都制約著實(shí)物機(jī)器人進(jìn)入學(xué)校教學(xué)。
二、開(kāi)設(shè)虛擬機(jī)器人社團(tuán)的原因
1.概念界定
虛擬機(jī)器人是近年來(lái)得到人們重視的一類新興機(jī)器人教育載體，英文簡(jiǎn)稱為“Virtual Robot”。目前，還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的定義。根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)上的描述和Michael Somby對(duì)機(jī)器人軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的界定，就相當(dāng)于虛擬機(jī)器人平臺(tái)。所謂的“機(jī)器人軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)”指的是用來(lái)給多種機(jī)器人開(kāi)發(fā)程序的軟件包，一般包括下列內(nèi)容（1）統(tǒng)一的編程環(huán)境；（2）統(tǒng)一的編譯執(zhí)行環(huán)境；（3）可重用的組建庫(kù)；（4）完備的調(diào)試仿真環(huán)境；（5）對(duì)多種機(jī)器人硬件設(shè)備的“驅(qū)動(dòng)”程序支持；（6）通用的常用功能控制組件。
2.實(shí)物機(jī)器人現(xiàn)狀
機(jī)器人技術(shù)融合了機(jī)械原理、電子傳感器、計(jì)算機(jī)軟硬件及人工智能等眾多先進(jìn)技術(shù)，為學(xué)生能力、素質(zhì)的培養(yǎng)承載著新的使命。機(jī)器人教育在教學(xué)中體現(xiàn)了以下幾個(gè)方面的作用：
（1）讓學(xué)生了解機(jī)器人的發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，理解機(jī)器人的概念和工作方式。
（2）讓學(xué)生了解機(jī)器人各個(gè)傳感器的功能，學(xué)習(xí)編寫(xiě)簡(jiǎn)單的機(jī)器人控制程序，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。
（3）通過(guò)機(jī)器人競(jìng)賽和完成各項(xiàng)任務(wù)，使學(xué)生在搭建機(jī)器人和編制程序的過(guò)程中培養(yǎng)動(dòng)手能力、協(xié)作能力和創(chuàng)造能力，有目的地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。
（4）迎接機(jī)器人時(shí)代的到來(lái)。機(jī)器人的廣泛應(yīng)用將極大促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整。開(kāi)展機(jī)器人教育，有助于使我們?cè)跈C(jī)器人時(shí)代走向世界前列。
實(shí)物機(jī)器人已經(jīng)成為呼聲很高的創(chuàng)新教育平臺(tái)，并且正在走向基礎(chǔ)教育。機(jī)器人教育在國(guó)內(nèi)尚處在起步階段，把實(shí)物機(jī)器人作為課程，在現(xiàn)階段遇到了諸多方面的制約：
（1）實(shí)物機(jī)器人產(chǎn)品缺乏規(guī)范性。國(guó)內(nèi)外機(jī)器人制造商開(kāi)發(fā)的實(shí)物機(jī)器人品牌十分繁雜，且自成體系，互不兼容，開(kāi)放度較低。
（2）實(shí)物機(jī)器人價(jià)格高，場(chǎng)地有嚴(yán)格要求，而學(xué)校資金嚴(yán)重缺乏，也沒(méi)有相應(yīng)的場(chǎng)地作為實(shí)物機(jī)器人的教學(xué)場(chǎng)地，配套組件及設(shè)施不夠，給普及增加了難度。
（3）機(jī)器人教學(xué)所使用的“教材”質(zhì)量不高，大多屬于“產(chǎn)品說(shuō)明”或“用戶指南”等，缺少課程與教學(xué)專家的參與和指導(dǎo)，每個(gè)學(xué)校要獨(dú)立開(kāi)發(fā)各自的校本教材，難度較高。
（4）師資隊(duì)伍的良莠不齊。
3.虛擬機(jī)器人在線仿真平臺(tái)
iRobotQ 3D機(jī)器人在線仿真平臺(tái)的出現(xiàn)，解決了學(xué)校開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)的一個(gè)最重要問(wèn)題，即資金和場(chǎng)地問(wèn)題。iRobotQ 3D機(jī)器人在線仿真平臺(tái)是全球首款基于網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)模式設(shè)計(jì)，以強(qiáng)大物理引擎作為技術(shù)支撐，以機(jī)器人為載體的科技創(chuàng)新平臺(tái)。它對(duì)資金、環(huán)境的要求不高，只要有網(wǎng)絡(luò)的地方都可以使用。平臺(tái)通過(guò)先進(jìn)的3D虛擬技術(shù)對(duì)機(jī)器人應(yīng)用的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行高度的3D模擬，實(shí)物機(jī)器人所擁有的功能都可以在該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。
國(guó)外機(jī)器人教學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，機(jī)器人競(jìng)賽不僅活動(dòng)主題有趣，
更重要的是其問(wèn)題解決方案是開(kāi)放性的，學(xué)生可以用不同的方法完成同一個(gè)目標(biāo)，虛擬機(jī)器人擁有實(shí)物機(jī)器人的絕大部分功能，而且擁有實(shí)物機(jī)器人所不具備的零件永不磨損的優(yōu)勢(shì)，因而虛擬機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)能激發(fā)學(xué)生充分發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的開(kāi)放性思維。在機(jī)器人教學(xué)中，學(xué)生主要是通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐獲取知識(shí)。他們就像真正的工程師一樣，針對(duì)項(xiàng)目主題進(jìn)行研究、策劃、設(shè)計(jì)、組裝和測(cè)試。他們以小組為單位，使用積木、傳感器、馬達(dá)等組件設(shè)計(jì)自己的機(jī)器人，并為機(jī)器人編寫(xiě)程序，讓它完成自己想讓它做的事情。學(xué)生通過(guò)主動(dòng)探索、動(dòng)手實(shí)踐，親身體驗(yàn)了抽象的理論知識(shí)如何變成了觸手可及的答案，享受成功的興奮。在活動(dòng)中，學(xué)生不僅可以學(xué)到有關(guān)機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等技術(shù)知識(shí)，還可以培養(yǎng)多方面的能力和素養(yǎng)，如與人溝通合作的能力，合理利用時(shí)間的能力，毅力與自信心的樹(shù)立等。
三、虛擬機(jī)器人社團(tuán)項(xiàng)目合作學(xué)習(xí)范式
新一輪課程改革的重點(diǎn)之一，就是要讓學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的變化，逐漸改變以教師為中心、課堂為中心和以書(shū)本為中心的局面，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的發(fā)展。小組合作學(xué)習(xí)成為當(dāng)代深受關(guān)注和歡迎的教學(xué)理論與策略，它能有效培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力，適應(yīng)國(guó)家培養(yǎng)創(chuàng)新人才。
本人在虛擬機(jī)器人教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)行了一些小組合作學(xué)習(xí)的探索，下面從小組合作學(xué)習(xí)來(lái)談?wù)勛约旱恼J(rèn)識(shí)。
所謂小組合作學(xué)習(xí)是以班級(jí)授課為前導(dǎo)結(jié)構(gòu)，以小組活動(dòng)為基本教學(xué)形式，系統(tǒng)利用教學(xué)動(dòng)態(tài)因素之間的互動(dòng)來(lái)促進(jìn)學(xué)習(xí)，共同達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的活動(dòng)。
在小組合作學(xué)習(xí)的過(guò)程中逐步培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)階段中。
1.明確目標(biāo)：為培養(yǎng)自主創(chuàng)新能力做好鋪墊
由于學(xué)生各具不同的性格、知識(shí)、思想，所以他們會(huì)以各自不同的表達(dá)方式去處理各種不同種類的信息。因此，教學(xué)過(guò)程中，教師首先要了解學(xué)生通過(guò)什么途徑可以學(xué)得更快、更好，再?zèng)Q定如何利用學(xué)生優(yōu)勢(shì)帶動(dòng)發(fā)展其他有待發(fā)展的潛能。因此，教師需采用多元途徑進(jìn)行個(gè)性化的教育。除個(gè)別化教學(xué)外，教師還應(yīng)組合不同性格類型和水平的學(xué)生進(jìn)行小組活動(dòng)，利用他們互補(bǔ)的潛能，通過(guò)多元虛擬的教育途徑進(jìn)行合作學(xué)習(xí)。
我的虛擬機(jī)器人社團(tuán)總共20位學(xué)生，在教師的指導(dǎo)下，以小組合作的形式，把學(xué)生分成5個(gè)小組。每個(gè)小組由4名不同能力、性別、性格、文化背景的學(xué)生組成。在合作學(xué)習(xí)之前，師生從心理、思想、內(nèi)容等方面都要有明確的目標(biāo)，為激發(fā)學(xué)生的自主創(chuàng)新意識(shí)和熱情鋪平道路。
教師要為學(xué)生培養(yǎng)自主創(chuàng)新能力鋪路搭橋。一方面給學(xué)生提出合作學(xué)習(xí)中培養(yǎng)自主創(chuàng)新能力的明確要求。即學(xué)習(xí)的內(nèi)容和目標(biāo)是什么，怎樣完成任務(wù)，評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)是什么；另一方面，通過(guò)設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)解決問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)習(xí)的遷移、自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
例如，我在社團(tuán)課中給學(xué)生制訂了關(guān)于“汽車(chē)總動(dòng)員”項(xiàng)目學(xué)習(xí)的相關(guān)內(nèi)容（如下表）。
項(xiàng)目學(xué)習(xí)計(jì)劃表
■
項(xiàng)目學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)量規(guī)
■
項(xiàng)目活動(dòng)記錄表
■
項(xiàng)目評(píng)價(jià)表
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學(xué)生根據(jù)教師制訂的項(xiàng)目學(xué)習(xí)計(jì)劃，每個(gè)小組再制訂自己小組的項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃，并把項(xiàng)目進(jìn)行分解，分配給小組的每位同學(xué)。
2.合作探究：培養(yǎng)自主創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)
每個(gè)小組成員明確了學(xué)習(xí)任務(wù)之后，根據(jù)分工進(jìn)入合作探究階段，由于虛擬機(jī)器人是對(duì)現(xiàn)實(shí)的一個(gè)仿真，學(xué)生在進(jìn)行機(jī)器人的搭建和編程過(guò)程中就要充分考慮到馬達(dá)的性能、車(chē)輪的摩擦系數(shù)、軸距對(duì)車(chē)子的影響、速度的快慢等各種物理因素，促使學(xué)生要靈活運(yùn)用科學(xué)知識(shí)及生活常識(shí)。每個(gè)學(xué)生知識(shí)掌握不同，生活經(jīng)歷不同，對(duì)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的理解也不同，這樣，每個(gè)學(xué)生就會(huì)根據(jù)自己的理解進(jìn)行互相交流、討論，甚至爭(zhēng)辯，在這一過(guò)程中，教師進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，小組成員間經(jīng)過(guò)多次的磨合，逐漸形成小組的學(xué)習(xí)成果。在討論過(guò)程中，讓學(xué)有余力的學(xué)生充分發(fā)揮自己的潛能，并帶動(dòng)學(xué)習(xí)有一定困難的學(xué)生多思考、多發(fā)言，保證他們達(dá)到基本要求；同時(shí)，教師要在巡視時(shí)，針對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題及時(shí)指導(dǎo)，幫助學(xué)生提高分析問(wèn)題的技巧與能力。這一合作過(guò)程，既是類似科學(xué)研究的體驗(yàn)過(guò)程，更是提升學(xué)生自主創(chuàng)新能力的過(guò)程。
例如，在“汽車(chē)總動(dòng)員”這個(gè)項(xiàng)目任務(wù)中，在實(shí)施汽車(chē)的搭建這個(gè)小任務(wù)時(shí)，我給學(xué)生以下提示和問(wèn)題，讓學(xué)生根據(jù)這些問(wèn)題去尋找合理的答案。
（1）整條道路由普通道路路面、能量補(bǔ)充站路面、快速過(guò)彎路面、飛車(chē)路面，這些路面的顏色值都不相同，如何讓汽車(chē)知道行駛在什么路面上（使用什么傳感器來(lái)判斷）？
（2）道路兩邊都有柵欄，能否在汽車(chē)行駛過(guò)程中合理利用這些柵欄？如果能利用柵欄，那應(yīng)該使用什么傳感器？
（3）道路上有得分物，怎樣讓汽車(chē)判斷得分物在哪（應(yīng)該使用什么傳感器）？
（4）汽車(chē)使用什么樣的馬達(dá)和輪子比較好？
我把上述幾個(gè)問(wèn)題交給各小組長(zhǎng)，由各小組長(zhǎng)再具體分解，分配到每個(gè)組員，學(xué)生依據(jù)一些有待研究的問(wèn)題，自己去思考，自己去體驗(yàn)。在合作中，學(xué)生有了探索與創(chuàng)造的機(jī)會(huì)，學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)更具有自覺(jué)、能動(dòng)、創(chuàng)新的特征，學(xué)生在合作學(xué)習(xí)、解決問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)習(xí)按照一定規(guī)則開(kāi)展討論，明確表達(dá)自己的觀點(diǎn)，與他人進(jìn)行交流，學(xué)會(huì)傾聽(tīng)別人的想法，修正自己的觀點(diǎn)，激發(fā)新的靈感，在共同參與中，主動(dòng)地獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)、解決問(wèn)題。通過(guò)與同伴共同努力來(lái)整理資料、分析處理和尋求問(wèn)題的答案或結(jié)論，最終形成小組的汽車(chē)搭建方案。
3.成果交流：培養(yǎng)自主創(chuàng)新能力的收獲階段
合作學(xué)習(xí)后，由小組長(zhǎng)代表全組學(xué)生對(duì)自己小組的汽車(chē)搭建方案進(jìn)行展示，并對(duì)選用的部件進(jìn)行詳細(xì)介紹，即為什么要選用這些裝置，這些裝置的作用。展示完畢，由其他各組成員對(duì)其進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并對(duì)該組進(jìn)行評(píng)分。同時(shí)，組內(nèi)每個(gè)成員對(duì)自己的表現(xiàn)進(jìn)行自我評(píng)分，并對(duì)小組其他成員進(jìn)行評(píng)分。最后，教師對(duì)各組進(jìn)行評(píng)價(jià)，指出各組的優(yōu)勢(shì)和不足之處供學(xué)生參考。
虛擬機(jī)器人本身就提供了給學(xué)生的充分想象空間，再加以使用小組合作學(xué)習(xí)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、創(chuàng)意性，學(xué)會(huì)與他人進(jìn)行交流，學(xué)會(huì)傾聽(tīng)別人的想法，修正自己的觀點(diǎn)，激發(fā)出新的靈感。合作中的傾聽(tīng)、分享、交流、互助與反思，擴(kuò)展了生生之間、師生之間的溝通網(wǎng)絡(luò)，從而在教學(xué)中構(gòu)建了立體動(dòng)態(tài)的溝通途徑。成果交流中學(xué)生之間會(huì)有比較鑒別，會(huì)互相取長(zhǎng)補(bǔ)短、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高了學(xué)生的自評(píng)和他評(píng)能力，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步動(dòng)手探索機(jī)器人奧秘的能力。拓展了學(xué)生個(gè)性化思維，鍛煉了學(xué)生的多向思維能力與創(chuàng)新精神，也展示了學(xué)生的創(chuàng)新能力，滿足學(xué)生對(duì)歸屬感和自尊感的需要。
通過(guò)半年來(lái)的實(shí)踐，根據(jù)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)信息技術(shù)的愛(ài)好有明顯的提高，這些社團(tuán)的成員玩電腦游戲的少了，利用課余時(shí)間進(jìn)行開(kāi)發(fā)虛擬機(jī)器發(fā)的學(xué)生多了，原先家長(zhǎng)是不允許孩子在家使用電腦的，現(xiàn)在多數(shù)家長(zhǎng)已經(jīng)同意學(xué)生玩虛擬機(jī)器人2個(gè)小
時(shí)。在小組合作學(xué)習(xí)的實(shí)踐過(guò)程中使學(xué)生受益匪淺，每個(gè)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中都多了一份責(zé)任與自信，虛擬機(jī)器人強(qiáng)大的便利性和對(duì)學(xué)生的創(chuàng)造要求，使學(xué)生學(xué)習(xí)后創(chuàng)新能力有所提高。
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機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室范文5
1．1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)
為了強(qiáng)化學(xué)生在機(jī)器人方面的實(shí)踐環(huán)節(jié)，首先需要構(gòu)建機(jī)器人實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。讓學(xué)生在課堂教學(xué)中了解機(jī)器人的基本組成、工作原理等，而學(xué)生的綜合分析能力和解決問(wèn)題的能力只能通過(guò)實(shí)踐才能得到鍛煉及提升。學(xué)生通過(guò)課堂教學(xué)了解機(jī)器人的基本組成、工作原理等，通過(guò)實(shí)踐鍛煉提高綜合分析能力和解決問(wèn)題的能力。依托西安交通大學(xué)機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的資源，將現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)機(jī)器人資源進(jìn)行整合，構(gòu)建機(jī)器人實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，包括:開(kāi)放源代碼的固高等國(guó)產(chǎn)機(jī)器人;具有示教手持盒的日本生產(chǎn)的商業(yè)機(jī)器人MOTOMAN－SK16、川崎RS10N等工業(yè)機(jī)器人;進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)、能夠組合使用的博時(shí)機(jī)器人。在機(jī)器人實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，為學(xué)生的實(shí)踐環(huán)節(jié)提供了足夠的教學(xué)資源。
1．2改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，豐富實(shí)驗(yàn)層次
目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系多數(shù)為實(shí)驗(yàn)教師針對(duì)某一點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。但是機(jī)器人本身具有實(shí)踐性強(qiáng)、學(xué)科融合范圍廣的特點(diǎn)，機(jī)器人實(shí)驗(yàn)已經(jīng)不能僅僅依靠單獨(dú)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行支撐，需要與機(jī)械結(jié)構(gòu)、軌跡規(guī)劃、系統(tǒng)控制、傳感器等技術(shù)進(jìn)行融合。目前開(kāi)展的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)往往著重于某一方面，不同的教師由于個(gè)人研究方向不同，或者專業(yè)限制，往往開(kāi)展實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目側(cè)重自己的方向。但在本科教學(xué)中，還需要注重學(xué)生知識(shí)面的擴(kuò)展，學(xué)生應(yīng)全面地了解各個(gè)方面，開(kāi)拓學(xué)生的眼界，因此機(jī)器人實(shí)驗(yàn)應(yīng)增加“廣度”。系統(tǒng)級(jí)的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)是一種全新的實(shí)驗(yàn)形式，它將機(jī)械結(jié)構(gòu)分析、建模、傳感器技術(shù)、機(jī)械控制等多學(xué)科融合。在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)施中，學(xué)生以團(tuán)隊(duì)形式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分工明確，為學(xué)生應(yīng)用多種學(xué)科知識(shí)提供了平臺(tái)，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。在結(jié)構(gòu)部分，小型的博時(shí)串聯(lián)機(jī)器人拆裝與建模分析、慧魚(yú)模型搭建機(jī)器人;在機(jī)器人結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)方面，以六自由度模塊化可拆裝串聯(lián)機(jī)器人為平臺(tái)，學(xué)生可自由搭建2～6自由度五種組合方式機(jī)器人系統(tǒng)。該機(jī)器人各關(guān)節(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)多樣化，采用了同步齒形帶傳動(dòng)、諧波減速傳動(dòng)、行星減速傳動(dòng)、錐齒輪傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)等多種傳動(dòng)方式。每一模塊均為透明封裝，可直觀看到內(nèi)部傳動(dòng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)形式，并可將其拆裝至螺釘級(jí)。通過(guò)機(jī)器人本體裝拆實(shí)驗(yàn)可以提高學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)中各種傳動(dòng)原理的直觀認(rèn)識(shí)，鍛煉學(xué)生的裝配能力，并以此了解零件加工工藝與特點(diǎn)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形式實(shí)踐的動(dòng)手操作能力。慧魚(yú)模型是一套由機(jī)械構(gòu)件、傳感器、控制部件組成的機(jī)電產(chǎn)品。在控制部分，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)儀器分為商業(yè)機(jī)器人及科教公司研發(fā)機(jī)器人。商業(yè)機(jī)器人技術(shù)成熟，使用可靠，但控制源代碼不開(kāi)放;科教公司研發(fā)機(jī)器人源代碼開(kāi)放，但設(shè)備使用可靠性較差，因此實(shí)驗(yàn)內(nèi)容需要對(duì)兩種實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，克服兩類實(shí)驗(yàn)設(shè)備各自的缺點(diǎn)，讓兩者互補(bǔ)，形成對(duì)學(xué)生的全面培養(yǎng)。學(xué)生在對(duì)已有的機(jī)械工業(yè)中常見(jiàn)機(jī)器人使用后，工業(yè)中的手持器可供學(xué)生直接操作，將教學(xué)理論與工業(yè)實(shí)踐并重，學(xué)生可以直接通過(guò)控制使用了解機(jī)器人的基本軌跡規(guī)劃等，將注意力集中到機(jī)器人實(shí)驗(yàn)的主要問(wèn)題中。科教公司研發(fā)的機(jī)器人源代碼開(kāi)放，學(xué)生在學(xué)有余力的情況下，能夠進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，將機(jī)器人控制技術(shù)與傳感器技術(shù)等相結(jié)合，提高學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
1．3教學(xué)方法的改革，提高學(xué)生興趣
機(jī)器人廣泛應(yīng)用在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)教學(xué)與其中機(jī)械部件包括連桿、齒輪、馬達(dá)、渦輪等，一般工程機(jī)械制造所需要的零部件在模型中都能找到，模型中的零件可以在短時(shí)間內(nèi)插裝和拆卸，為學(xué)生想象力插上了翅膀，在對(duì)實(shí)際機(jī)器人拆裝后，組建屬于自己的機(jī)器人，提高學(xué)生興趣，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于傳動(dòng)知識(shí)的理解。工程應(yīng)用是互相聯(lián)系，密不可分的。以實(shí)驗(yàn)室中固高柔性制造系統(tǒng)為例，機(jī)器人在中間起到了倉(cāng)儲(chǔ)、上下料作用，完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，因此在機(jī)器人實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)中應(yīng)聯(lián)系工程背景，提高學(xué)生興趣。實(shí)驗(yàn)體系包括常見(jiàn)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)、動(dòng)力學(xué)分析實(shí)驗(yàn)、軌跡規(guī)劃實(shí)驗(yàn)，并且需要讓學(xué)生明白機(jī)器各個(gè)部分的組成，因此在實(shí)驗(yàn)授課時(shí)，控制類教師與機(jī)械設(shè)計(jì)類教師應(yīng)聯(lián)合開(kāi)發(fā)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生將課程中學(xué)習(xí)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)中，加強(qiáng)理論與實(shí)踐的結(jié)合。在學(xué)生使用中，學(xué)生可以先從柔性制造系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)知機(jī)器人廣泛應(yīng)用在各大工業(yè)領(lǐng)域，然后進(jìn)行機(jī)器人的拆裝，了解機(jī)器人的各個(gè)組成部分，隨后進(jìn)行自己控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行規(guī)劃。在學(xué)生全面了解機(jī)器人知識(shí)后，在綜合實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以選擇偏結(jié)構(gòu)方面的實(shí)驗(yàn)，如用慧魚(yú)模型搭建機(jī)器人;也可選擇偏控制方面實(shí)驗(yàn)，如機(jī)器人的視覺(jué)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā);也可將二者結(jié)合，設(shè)計(jì)出新的機(jī)器人結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)等。這是一個(gè)從認(rèn)知到實(shí)踐的過(guò)程，符合人的一般認(rèn)知規(guī)律。機(jī)器人學(xué)科具有更新快的特點(diǎn)，作為教師在教學(xué)時(shí)不僅需要給學(xué)生技術(shù)指導(dǎo)，更應(yīng)該著重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的了解，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，讓學(xué)生盡可能參與實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，增加學(xué)生的主觀能動(dòng)性，包括實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的提出、實(shí)驗(yàn)機(jī)器人的確定、實(shí)驗(yàn)程序(路線)的設(shè)計(jì)以及分析總結(jié)等。只有在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生團(tuán)隊(duì)精神、創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力等素質(zhì)才能得到培養(yǎng)。
1．4考評(píng)方法的改革，突出培養(yǎng)學(xué)生能力
目前對(duì)學(xué)生的考核較為單一，僅是考核學(xué)生最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不僅不能督促學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果等進(jìn)行合理分析，而且對(duì)于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的操作也忽略了，這對(duì)于機(jī)器人實(shí)驗(yàn)考評(píng)而言是不合理的，機(jī)器人實(shí)驗(yàn)作為一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，沒(méi)有一個(gè)唯一確定的答案。機(jī)器人結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生空間想象的能力，關(guān)注細(xì)節(jié)的能力，機(jī)器人軌跡規(guī)劃則涉及到數(shù)學(xué)在實(shí)際生活中應(yīng)用的能力，而軟件編程涉及規(guī)劃能力。它反映了學(xué)生的空間想象和規(guī)劃能力，對(duì)新事物的敏感度、以及完成任務(wù)的執(zhí)行力。因此改革學(xué)生的實(shí)驗(yàn)考評(píng)體系非常必要。合理的考評(píng)方式不僅能使學(xué)生掌握機(jī)器人的相關(guān)知識(shí)，而且能對(duì)學(xué)生在后期機(jī)器人研究中起到一個(gè)引導(dǎo)作用。目前機(jī)器人實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成績(jī)?cè)u(píng)定中遇到的突出問(wèn)題，即做為項(xiàng)目存在的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)在學(xué)生評(píng)價(jià)體系中不應(yīng)該規(guī)定學(xué)生的研究范圍，而應(yīng)該對(duì)學(xué)生綜合能力進(jìn)行考察，這就需要一個(gè)多元化和標(biāo)準(zhǔn)化的考核方式。在機(jī)器人實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生以小組為單位，互相配合實(shí)驗(yàn)，在考核過(guò)程中，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的過(guò)程考評(píng)應(yīng)該占到非常重要的地位。為了避免教師的主觀影響，學(xué)生應(yīng)該進(jìn)行互評(píng)，將學(xué)生互相之間的評(píng)價(jià)納入考核方法。
2結(jié)語(yǔ)
機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室范文6
當(dāng)今時(shí)代，機(jī)器人已成為衡量現(xiàn)代科技水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)、日本等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家一直很重視機(jī)器人教育。在我國(guó)，北京和上海是國(guó)內(nèi)最先開(kāi)始進(jìn)行機(jī)器人教育的地區(qū)。2000年，北京市景山學(xué)校在信息技術(shù)課程中加入了機(jī)器人課程模塊，之后便開(kāi)始了機(jī)器人教學(xué)。緊隨其后，上海的幾所學(xué)校在2001年也開(kāi)設(shè)了機(jī)器人校本課程。在2012年的高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)討論稿中，各學(xué)段都增加了與機(jī)器人相關(guān)的教學(xué)模塊。機(jī)器人課程在我國(guó)的高中課堂就此展開(kāi)，我國(guó)的機(jī)器人教育也步入了大眾化、普及化的新階段。
課程實(shí)施概況
以江蘇省為例，高中的機(jī)器人課程多以校本課程和課外社團(tuán)形式開(kāi)設(shè)，并未作為必修要求。因此，開(kāi)設(shè)該課程的學(xué)校較少，僅限于幾所重點(diǎn)高中。開(kāi)設(shè)對(duì)象主要針對(duì)高一學(xué)生，有些會(huì)擴(kuò)展到高二。學(xué)生自愿報(bào)名，對(duì)學(xué)生之前是否學(xué)習(xí)過(guò)機(jī)器人知識(shí)不作要求。沒(méi)有全省材，多為校本教材或教師自己編寫(xiě)的講義。輔導(dǎo)機(jī)器人課程的教師學(xué)科背景復(fù)雜，既有信息技術(shù)教師、通用技術(shù)教師，也有物理教師、化學(xué)教師等。開(kāi)設(shè)機(jī)器人教學(xué)的目的以參加各種機(jī)器人比賽獲得獎(jiǎng)項(xiàng)為主。
課程實(shí)施意義
1.培養(yǎng)動(dòng)手能力，提高思維品質(zhì)
一個(gè)完整的機(jī)器人項(xiàng)目包括搭建和編程兩大部分。多數(shù)機(jī)器人的搭建是按照功能要求對(duì)現(xiàn)成塑料零件進(jìn)行拼裝，還有一些是需要對(duì)原始鋼制材料進(jìn)行切割打磨自制零件再組裝，才能完成。在拼裝機(jī)器人的過(guò)程中既要考慮到功能的實(shí)現(xiàn)，還要考慮到機(jī)器人整體的穩(wěn)定性及牢固性。機(jī)器人搭建完成后，還需要對(duì)其編程來(lái)實(shí)現(xiàn)各種任務(wù)。在程序編制過(guò)程中，要考慮諸多因素，往往沒(méi)有統(tǒng)一的解決方案，即使是事先編制好的程序，到了比賽場(chǎng)地也要結(jié)合比賽場(chǎng)地的實(shí)際進(jìn)行調(diào)整。機(jī)器人搭建與編程不僅能鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，而且有助于培養(yǎng)他們的縝密思維。
2.學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，加強(qiáng)溝通能力
機(jī)器人項(xiàng)目較復(fù)雜，往往不是一個(gè)人就能夠順利完成的，既精于搭建又擅長(zhǎng)編程的隊(duì)員是很罕見(jiàn)的。很多機(jī)器人比賽也是要求團(tuán)隊(duì)參賽，團(tuán)隊(duì)中有的擅長(zhǎng)搭建，有的則主攻編程；有些需要去英語(yǔ)國(guó)家比賽的參賽團(tuán)隊(duì)還需要英語(yǔ)口語(yǔ)非常好的隊(duì)員。筆者通過(guò)調(diào)查訪談發(fā)現(xiàn)，高中機(jī)器人社團(tuán)等也都會(huì)組建相應(yīng)的任務(wù)小組，很多機(jī)器人小組都是學(xué)生自我管理的，指導(dǎo)教師并不全程參與輔導(dǎo)，只是在學(xué)生需要時(shí)提供幫助。機(jī)器人小組的活動(dòng)時(shí)間、內(nèi)容、規(guī)則等往往是學(xué)生自己溝通制訂，小組成員在交流磨合的過(guò)程中能夠鍛煉表達(dá)能力和耐挫能力，這樣的培養(yǎng)模式極大地提高了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。比賽成績(jī)好的小組往往都分工明確、配合默契，有著巨大的集體凝聚力。
3.體驗(yàn)先進(jìn)科技，增強(qiáng)科學(xué)素養(yǎng)
機(jī)器人技術(shù)是比較前端的科技，涉及數(shù)學(xué)、機(jī)械、仿生、材料、電子、軟件工程、人工智能等多種學(xué)科。學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)器人時(shí)可以接觸到各種學(xué)科的前沿知識(shí)，也可以對(duì)各種學(xué)科的研究方法進(jìn)行了解，這樣既有助于進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)某一學(xué)科的研究興趣，有利于拓展視野、培養(yǎng)綜合科學(xué)素養(yǎng)，又有利于盡早確立自身的發(fā)展方向。
4.針對(duì)解決問(wèn)題，促進(jìn)主動(dòng)學(xué)習(xí)
目前的機(jī)器人課程大多是以任務(wù)驅(qū)動(dòng)方式來(lái)開(kāi)展的。無(wú)論是準(zhǔn)備相關(guān)比賽還是進(jìn)行日常學(xué)習(xí)，往往都是先明確了一個(gè)要解決的問(wèn)題，然后再思考如何制造一個(gè)機(jī)器人去解決。謀冉匣礎(chǔ)的搭建一個(gè)仿真的電動(dòng)伸縮門(mén)到比較高端的制造一個(gè)投籃機(jī)器人，這些都屬于問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的類型。與傳統(tǒng)課堂的學(xué)科學(xué)習(xí)不同，學(xué)生在機(jī)器人課程中不是按部就班地先學(xué)習(xí)理論再完成實(shí)踐，而是針對(duì)要解決的問(wèn)題去學(xué)習(xí)所需要的相關(guān)學(xué)科知識(shí)以尋求解決辦法，在不斷試誤中尋求答案。這種學(xué)習(xí)方式極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的求知欲與主動(dòng)性，學(xué)習(xí)也更加有效。
課程實(shí)施存在的問(wèn)題及解決策略
筆者通過(guò)調(diào)查訪談發(fā)現(xiàn)，越來(lái)越多的學(xué)校準(zhǔn)備開(kāi)設(shè)機(jī)器人課程，教育管理部門(mén)正在逐漸重視機(jī)器人教育并加大對(duì)該課程的投入，社會(huì)各界也在從各方面支持機(jī)器人課程，盡力提高機(jī)器人課程的普及度。總體而言，機(jī)器人教育的發(fā)展趨勢(shì)還是樂(lè)觀的，但也存在一些問(wèn)題。
1.存在的問(wèn)題
（1）學(xué)習(xí)對(duì)象小眾化，普及力度不夠
由于高考的壓力，參與機(jī)器人課程的高中學(xué)生以高一學(xué)生為主，由于學(xué)生普遍認(rèn)為機(jī)器人課程比較高端很難學(xué)習(xí)，所以參與的人數(shù)普遍較少，經(jīng)常不及年級(jí)總?cè)藬?shù)的三成。學(xué)生一般都是自愿選擇，而且參加學(xué)習(xí)的男生人數(shù)遠(yuǎn)多于女生。參加學(xué)習(xí)的學(xué)生中原有機(jī)器人知識(shí)水平參差不齊，但是多數(shù)都為零起點(diǎn)，學(xué)校方面大多會(huì)提前動(dòng)員，對(duì)學(xué)生的已有水平也不怎么做要求。學(xué)生大多認(rèn)為參加機(jī)器人學(xué)習(xí)就是為了參加比賽獲得獎(jiǎng)項(xiàng)以提高升入大學(xué)的幾率，因此在參加學(xué)習(xí)的學(xué)生中也不乏以拿證書(shū)為目的的。加之機(jī)器人器材較為昂貴、占用時(shí)間較多且不固定、比賽不容易出成績(jī)等因素導(dǎo)致支持學(xué)生學(xué)習(xí)的家長(zhǎng)也很少。
（2）課程目標(biāo)不統(tǒng)一，培養(yǎng)方向偏差
目前，大多數(shù)高中在教學(xué)時(shí)參照的是2003年頒布的《普通高中技術(shù)領(lǐng)域課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）》，該標(biāo)準(zhǔn)在“信息技術(shù)”部分設(shè)立的選修模塊“算法與程序設(shè)計(jì)”和“人工智能初步”都與智能機(jī)器人相關(guān)，“通用技術(shù)”部分還設(shè)置了“簡(jiǎn)易機(jī)器人制作”的選修模塊，課標(biāo)對(duì)學(xué)生的要求雖然比較低，卻為機(jī)器人課程的大眾化奠定了基礎(chǔ)。2012年，專家委員會(huì)對(duì)信息技術(shù)的課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了調(diào)整，將智能機(jī)器人課程正式列入教學(xué)內(nèi)容并提前到義務(wù)教育階段以拓展模塊開(kāi)展。機(jī)器人課程進(jìn)入課標(biāo)是順應(yīng)時(shí)代科技進(jìn)步的變化，應(yīng)該仍然以著重培養(yǎng)學(xué)生良好的信息素養(yǎng)為目的，但是目前許多高中的機(jī)器人課程都是以比賽獲獎(jiǎng)為主要目的，教學(xué)開(kāi)展與學(xué)生選拔都是以比賽為中心，學(xué)生對(duì)機(jī)器人的認(rèn)識(shí)也僅限于知道幾種比賽機(jī)器人的名稱。這樣的培養(yǎng)目標(biāo)未免太功利化。
（3）開(kāi)展情況不均衡，師資力量缺乏
由于機(jī)器人相關(guān)器材比較昂貴、技術(shù)較為高端，有條件開(kāi)展的學(xué)校不多。盡管有的學(xué)校購(gòu)買(mǎi)了器材，但是由于缺乏師資，器材成了擺設(shè)。目前，大多數(shù)培養(yǎng)師范生的高校都沒(méi)有相應(yīng)課程開(kāi)設(shè)，新手教師在這方面的知識(shí)幾乎為零，在職教師中也難有“全才”。某高中負(fù)責(zé)機(jī)器人培訓(xùn)的教師由信息技術(shù)教師、通用技術(shù)教師和物理教師組成，有的擅長(zhǎng)編程，有的擅長(zhǎng)搭建。培訓(xùn)教材也沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范，有的學(xué)校甚至只用廠家說(shuō)明書(shū)進(jìn)行教學(xué)。由于師資缺乏，很多學(xué)校存在教練員與裁判員由一人兼任的現(xiàn)象。
2.解決策略
（1）加大宣傳力度，提高認(rèn)識(shí)水平
機(jī)器人項(xiàng)目包含多種學(xué)科技術(shù)，是貼近科學(xué)技術(shù)前沿的高端項(xiàng)目。大眾對(duì)它的了解還很有限，也很片面。目前很多有關(guān)機(jī)器人課程的宣傳無(wú)非是展示學(xué)生作品及參賽獲獎(jiǎng)情況，這樣的宣傳給人的感覺(jué)就是機(jī)器人課程很高端、很復(fù)雜，不好學(xué)。因此，學(xué)校、相關(guān)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)及管理部門(mén)應(yīng)利用多種渠道宣講機(jī)器人課程的開(kāi)設(shè)意義，要讓學(xué)校、學(xué)生及家長(zhǎng)了解機(jī)器人課程是一門(mén)綜合性的課程，既適合男生也適合女生，能全方位地鍛煉學(xué)生的多種能力。
（2）爭(zhēng)取多方投入，降低開(kāi)設(shè)成本
機(jī)器人器材價(jià)格昂貴一直是機(jī)器人課程開(kāi)設(shè)的瓶頸。以FLL器材為例，完整的一套器材包括配件價(jià)格大概在五千元至六千元。但是機(jī)器人器材品種繁多，不同比賽使用的器材也不相同，要參加不同的比賽，就必須購(gòu)買(mǎi)多套器材。面對(duì)經(jīng)費(fèi)問(wèn)題，學(xué)校可以考慮多種解決渠道，如課題經(jīng)費(fèi)、學(xué)生自購(gòu)、校友捐贈(zèng)、廠家贊助、校區(qū)共享等。當(dāng)然，更要強(qiáng)調(diào)做好器材的保護(hù)及管理工作，以保證器材的循環(huán)使用，對(duì)器材的分類管理本身也能培養(yǎng)學(xué)生的資源管理能力。
（3）加強(qiáng)師資培訓(xùn)，建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)
機(jī)器人課程是新興課程，師資力量嚴(yán)重不足，相關(guān)部門(mén)應(yīng)結(jié)合各方力量重視對(duì)師資力量的建設(shè)。首先，專家應(yīng)對(duì)機(jī)器人的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)合理地分析，做好教學(xué)設(shè)計(jì)，制定規(guī)范的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)與要求，給師范生開(kāi)設(shè)相關(guān)課程，提早普及。其次，中學(xué)管理層在重視機(jī)器人課程時(shí)要切實(shí)重視教學(xué)質(zhì)量，積極關(guān)注教師的培訓(xùn)，加強(qiáng)與師范院校的聯(lián)系，加強(qiáng)校際交流與合作，促進(jìn)相關(guān)教師的成長(zhǎng)。最后，盡早制訂科學(xué)系統(tǒng)的機(jī)器人教練員及裁判員考核評(píng)價(jià)機(jī)制，規(guī)范培養(yǎng)師資力量，做到持證上崗。
