浅谈机器人教育促进中小学生创新能力的培养

摘 要：机器人教育得到越来越多教育工作者的关注，机器人教育承担着培养中小学生创新实践能力的重任。文章分析了机器人在教学中存在的问题，和有效的解决办法。以期在中小学机器人教育中促进中小学生创新提供参照。

关键词：机器人教育；中小学生；创新能力

创新意识和重新能力是实现我国从“中国制造”到“中国智造”，提高我国在国际地位和国际竞争力的重要的决定因素。中小学时期正是祖国的未来和希望，青少年一生中非常重要的教育时期，也是青少年培养个性品质的重要阶段。是创新意识和创新能力培养的最佳时期。一直以来，我们比较重视对青少年应试能力的培养，但是对动手能力，特别是创新意识和创新能力的培养，是大家比较公认的短板。所以我们要更好地利用机器人教育这一培养学生创新能的良好载体，来促进对中小学生生创新能力的培养。

一、 培养中小学生创新能力的必要性

2015年李克强总理在政府工作报告中提出了“大众创业，万众创新”。国务院常务会又在2016年7月20日通过“十三五”国家科技创新专项规划。这是对我国未来5年科技创新的系统谋划和前瞻布局，是实施创新驱动发展战略、建设创新型国家的重大举措，对于提升国家科技创新综合实力，发展新经济，促进经济迈向中高端，实现全面建成小康社会目标具有重要意义。

引导和鼓励中小学生广泛开展机器人教育，对开发学生智力、造就新世纪创新人才、提高创新思维能力，及时开发大脑潜能培养中小学生学科学、爱教学、用科学的热情，提高中华民族的科学素质，具有重要意义。它为素质教育开拓了一个广阔的领域，显示了强大的生命力，符合现代教育思想，有利于青少年健康成长。

二、 机器人教育可以激发中小学生的创新能力、动手能力

中小学机器人教育涵盖多方面内容，强调手脑并用，是培养中小学生科学素养和创新能力的重要载体。机器人融合了机械制造、电子技术、传感器、无线通讯、声音识别、图像处理和人工智能等领域的先进技术，代表着高科技技术发展的前沿。2003年教育部正式颁布《普通高中技术课程标准（实验）》，首次在高中“信息技术”、“通用技术”课程中分别设立了“人工智能初步”、“简易机器人制作”选修模块，部分省市也把机器人教学内容纳入到初中和小学信息技术、综合实践和科学课程中。

例如：

在制作“桌面防跌落机器人小车”实践中，设计要求是：制作一款小车能够在桌面上自由行进而不会跌落，当走到桌子边缘的时候能够自动转向，从而规避跌落。

该制作活动可分为六部分：车体搭建、传感器布置、控制和驅动单元的端口设置、程序编写、整体调试和制作总结等。

制作流程：

第一步，搭建小车

我们将两个马达放在控制器的下面，如图所示：

第二步：布置传感器

采用的传感器是红外传感器，传感器位置放在车体前部左右两个顶角边缘处。

第三步：控制和驱动单元的端口设置

将小车左侧的电机插入控制器的电机1插口，右侧电机插入控制器的电机2插口，小车左侧的红外传感器插入控制器的端口6插座，右侧传感器插入控制器的端口5插座。

第四步：程序编写

（一） 编程思路：

要让小车能够走到桌边的时候能够自动转向，首先就需要能够可靠的检测到桌边。这里采用的是红外传感器。当小车走到桌边的时候，传感器会伸出桌面，这种情况下，传感器就无法检测到反射信号，正是利用了这个原理，我们只需要持续判断两个探头输出信号的情况，然后再控制小车做相应的转向。

小车在桌面行驶的过程中，总共会遇到以下几种情况：

1. 小车的左侧传感器有输出信号，而右侧传感器没有输出信号。这说明小车右侧的传感器探头已经位于桌面的外侧，这种情况下，为了避免小车跌落，需要控制小车左转。

2. 小车的右侧传感器有输出信号，而左侧传感器没有输出信号。这说明小车左侧的传感器探头已经位于桌面的外侧，这种情况下，为了避免小车跌落，需要控制小车右转。

3. 小车两侧的传感器都检测不到信号，这说明小车的前进方向是垂直于桌边的，两个传感器的探头都位于桌面的外侧，这种情况下既可以让小车左转，也可以右转。

4. 小车的两侧传感器都能够检测到信号，这说明小车没有走到桌边，小车只管前进即可。

（二） 编程需要注意的事项：

1. 小车的两侧传感器分别对应哪个端口，这个要记清。

2. 小车转向可以考虑加一定的延时，也就是靠延时控制小车的转向幅度，以便能够比较好地避免跌落。

参考程序如下（这里定义小车左侧传感器接端口6，右侧传感器接端口5）：

第五步：整体调试

1. 如果运行效果不理想，可以考虑在转弯时加入延时，使其转弯幅度更大一些。

2. 传感器是红外传感器，所以这个小车最好在白色的桌面上或是浅色的桌面上运行，不能在黑色的桌面上运行。

第六步：制作总结

1. 分组任务驱动模式，五人一组分工合作，组长负责制。既明确了目标和任务，又锻炼了团队精神和合作意识。

2. 对程序的编制和故障与bug的排除，多采用“头脑风暴”方式，给每个小组成员均等的机会，集思广益，开阔思路，以创新思维的方式解决问题。

3. 组与组之间，在制作过程中充分交流。通过组长沟通和指导老师的协调，使得各组之间密切配合。

4. 指导教师充分发挥引导作用，充分调动全体同学的创新热情，使每位同学都积极参与到本次活动中。

总之通过机器人教育，要让学生了解机器人实现某种任务的创意设计，加深对机器人结构的理解，在解疑中发展学生的创新能力，举一反三，充分发挥学生的聪明才智，积极尝试。在总结成功和失败中坚持不懈地培养学生的创新能力，着重加强对学生质疑精神和质疑能力的培养，倡导百花齐放，个性发展，在“做中学”，边学边做，在创新中提高。

参考文献：

[1] 钟柏昌，张禄.基于核心素养的中小学机器人教材内容设计[J].中小学信息技术教育，2015（6）：14-16.

[2] 王同聚.“微课导学”教学模式构建与实践——以中小学机器人教学为例[J].中国电化教育，2015（2）：112-117.

[3] 廖伯琴，张大昌.《普通高中物理课程标准（实验）》解读[M].武汉：湖北教育出版社，2004.

作者简介：

孙胜，山东省菏泽市，菏泽学院教师教育学院。endprint