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    學(xué)校開展VEX機器人項目的實踐與思考(一)

    2012-09-03 01:15:48簡潔
    中國科技教育 2012年7期
    關(guān)鍵詞:編程機器人比賽

    簡潔

    VEX機器人工程挑戰(zhàn)賽有別于其他科技比賽的一個重要特點在于,VEX機器人競賽不僅是人與物之間的較量,更是人與人之間的比拼,是一個團隊與另一個團隊之間的斗智斗勇。在VEX競賽中,機器人要接觸,要彼此碰撞,就必然要修理,必然要改進;機器人程序方案的編寫合理還是不合理,需要不斷思索與實踐驗證;團隊的搭配是否合理可靠,也需要不斷揣摩體會磨合。這個不斷改進機器人、完善機器人的過程的實質(zhì)就是創(chuàng)新的過程。在整個VEX機器人活動中,學(xué)生必然經(jīng)過希望、失望、挫折、掙扎、進步、成功等一系列的體驗,在不斷的改進、完善機器人中創(chuàng)新,在機器人活動中全面提高自己的綜合能力,從而真正地成長起來。本文通過介紹我校面向初一年級學(xué)生開展機器人VEX項目的教育實踐,探討如何在開展這一項目的進程中提高學(xué)生的綜合能力。

    筆者將通過介紹我校開展VEX項目的基本步驟,特別是從學(xué)生參與這項活動的全過程,去觀察學(xué)生在綜合能力上有什么具體表現(xiàn)。

    第一步,基礎(chǔ)教學(xué)

    教師帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習機器人的基本知識,觀看VEX機器人的視頻,了解它的組裝和設(shè)計,學(xué)習當年VEX比賽的規(guī)則。學(xué)生應(yīng)該在教師事先準備好的機器人教具與學(xué)具的指引下,根據(jù)教師的講解與引導(dǎo),基本弄清楚待搭建的機器人的基本功能與各零部件的特點(學(xué)生在搭建機器人前,一般都有在小學(xué)搭建車模、船模、航模等各種玩具的經(jīng)驗,然而這遠遠不夠)。學(xué)生可以從中初步建立機器人的概念框架,學(xué)生的學(xué)習就有了目標。以后的搭建、編程等工作均與此有關(guān)。

    第二步,搭建機器人

    學(xué)生開始初步搭建機器人。學(xué)生應(yīng)當在教師的輔導(dǎo)下,由淺入深地了解機器人的結(jié)構(gòu)、零配件、工作原理、搭建技巧等,這樣才能夠搭建出一臺機器人。

    機器人搭建基本完畢后,必然要面臨機器人的整機調(diào)試問題,學(xué)生要根據(jù)整機的特點以及比賽規(guī)則,全面均衡地考慮各方面的問題,必須要進行取舍、調(diào)整,這就使得學(xué)生綜合應(yīng)用物理知識、工程知識解決相關(guān)問題的能力得到提升。

    這樣的活動迫使一個初一學(xué)生必須超前學(xué)習,必須閱讀初二和初三的物理課本,弄懂相關(guān)知識,提高相關(guān)能力。同時要求搭建者相互合作,充分交流,發(fā)揮個人特長,才有可能把機器人搭建成功。

    學(xué)生在整個搭建機器人的過程中,教師需要根據(jù)學(xué)生的身心特點,適當補充相關(guān)知識,讓學(xué)生在搭建中思考,在搭建中成長。

    在搭建機器人過程中,學(xué)生總會出現(xiàn)一個讓教師、家長非常樂意見到的明顯改變。過去教師、家長經(jīng)常指責學(xué)生不細心,觀察不仔細,粗枝大葉,丟三落四,然而經(jīng)常事與愿違,學(xué)生的習慣得不到徹底改正。但是,在搭建VEX機器人的過程中,常常會出現(xiàn)學(xué)生把螺絲上得不緊造成機器人整體運行不好或者就因為一時疏忽導(dǎo)致總裝出來的機器人不能良好匹配等問題,學(xué)生這時必須花好幾個小時的時間去把機器人拆下來又重新裝配好,這種無言的“懲罰”對于學(xué)生是刻骨銘心的。多次同樣的挫折折磨,迫使學(xué)生的觀察能力、分類能力、動手能力、對事情的專注程度得到極大的提高,同時,學(xué)生的學(xué)習成績也會因此而慢慢提升。

    第三步,編寫程序

    機器人初步搭建好以后,學(xué)生總是迫切地希望自己的機器人能夠快速動起來。這時,就是教師進行程序教學(xué)的最好時機。

    每當學(xué)生能夠用遙控器控制機器人讓機器人動起來時,幾乎每個學(xué)生都會高興地跳起來歡呼。學(xué)生從此真正愛上機器人了。

    在編程與搭建過程中,要給學(xué)生充分的自主設(shè)計和研究性學(xué)習的時間,注意課程的連續(xù)性。每個組員都有明確的分工,主要就是結(jié)構(gòu)搭建與程序設(shè)計兩大部分,分工不分家,團結(jié)協(xié)作最重要。在實踐中提高學(xué)生遇到問題、解決問題的能力。

    在編程與搭建過程中,我們還要求每個學(xué)生都要寫出機器人的全部零件清單和程序編寫記錄,做好每次機器人訓(xùn)練的工作記錄,每次訓(xùn)練后都要有小結(jié)和反思,要對自己的常規(guī)課程學(xué)習情況與機器人訓(xùn)練情況作出理性的計劃安排。

    我們觀察到,在搭建機器人以及在給機器人編程的過程中,學(xué)生開始出現(xiàn)積極的變化。班主任也在改變,家長更是在改變,從最開始的疑惑,抱著試一試的態(tài)度,慢慢變得支持學(xué)生參加活動。特別是看到學(xué)生的成績上升,學(xué)習的主動性明顯提高后,家長最終變成了學(xué)生學(xué)習機器人的積極支持者。這種良性循環(huán),給后一階段學(xué)生能力的全面培養(yǎng)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

    第四步,操控機器人進行對抗賽

    學(xué)生的機器人搭建好了,也能夠動起來了,這時該到了操控手大展身手的時候了。大凡這個年齡段的學(xué)生,都非常喜歡玩這種自己搭建的機器人玩具(男女學(xué)生都喜歡,男孩子更甚)。試用機器人,發(fā)現(xiàn)問題,改進機器人。

    學(xué)生們往往在練習基本動作的同時,會自行組成機器人隊伍來進行對抗。我們的經(jīng)驗是,根據(jù)學(xué)生自己的選擇,四五個同學(xué)組成1支比賽隊伍。1支機器人隊伍中有2臺機器人、2個以上的操控手,其他同學(xué)主攻編程,或者主攻搭建,或者主攻后勤保障或者主攻隊長一職。我們要求,每一個同學(xué)都必須懂得VEX機器人的各個方面:搭建、編程、操控、后勤保障等。

    在對抗比賽中,學(xué)生們空前團結(jié),因為學(xué)生們都知道:團隊中的任何一員的失誤都會造成整個團隊的失敗。為了成功,每一個學(xué)生都清楚自己的任務(wù),意識到自己的責任,隊內(nèi)的每個同學(xué)都會真心學(xué)習,交流溝通。學(xué)生們會彼此提醒,彼此督促,潛心研究規(guī)則,商討戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù),仔細體會操控細節(jié),反復(fù)揣摩機器人操控感與搭建的微妙之處,對薄弱處進行改進。在對抗賽后,總會有更進一步的總結(jié)、反思與進一步的演練。

    在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)教育中,學(xué)生或者是為了自己學(xué)習或者是為了家長而學(xué)習,學(xué)習的成敗與其他人基本上沒有關(guān)系,學(xué)生也基本上不用分享自己的經(jīng)驗與教訓(xùn)。而在機器人競賽中,團隊就極為重要,個人的表現(xiàn)必將極大地影響團隊的成績,這就使學(xué)生能夠在團隊建設(shè)中積極思考,相互交流分享,合作精神不知不覺地就自然培養(yǎng)起來了。

    我們還會根據(jù)學(xué)生的發(fā)展現(xiàn)狀,適時地給出隊員綜合評價表進行自評、組評和師評,強化目標意識與責任意識,使我?!爸敬娓哌h、追求卓越”的教育理念深入學(xué)生全身心。

    第五步,正式比賽

    在經(jīng)過一系列對抗賽后,學(xué)生們帶著有些緊張的心情去參加正式比賽。盡管正式比賽的時間很短,只有兩三天。然而,在這個比賽時段,學(xué)生還是會有很多收獲。學(xué)生首先要熟悉比賽場地,要進行機器人的現(xiàn)場調(diào)試,整個團隊沉浸在激烈的比賽前的寂靜中。學(xué)生們在教練的帶領(lǐng)下,各司其職,圍繞著共同的目標準備著。編程手在一遍一遍地根據(jù)場地環(huán)境調(diào)試著程序,操控手默默地在操控機器人,靜靜地體會機器人的動作過程,搭建手在旁邊準備著電池和DV記錄,隊長也不會閑著,他們會緊張地觀察對手的表現(xiàn),根據(jù)具體情況,作出相應(yīng)的程序設(shè)計與操控手的戰(zhàn)術(shù)安排……

    期待已久的正式比賽開始了。

    不管比賽的結(jié)果是輸是贏,賽后學(xué)生們會在教師的引領(lǐng)下整理分析這個項目開展以來團隊訓(xùn)練與比賽中所積累的經(jīng)驗與教訓(xùn),寫出相關(guān)的體會感受,寫出最終的工程檔案手冊(包括參賽團隊機器人使用的全部零件清單和程序設(shè)計清單),準備機器人比賽后的學(xué)習生活計劃。有余力者,還可以在教師的指導(dǎo)下,準備制作科學(xué)DV,或者是進行科技小發(fā)明,或者是撰寫科技小論文,也有同學(xué)開始做查新報告等。

    在下一期文章中,筆者將探討在學(xué)校開展VEX機器人項目需注意的一些問題。

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