基于Proteus仿真系統(tǒng)的智能機(jī)器人教學(xué)實(shí)踐

摘 要：機(jī)器人教育是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)踐能力的優(yōu)秀平臺(tái)，但是在機(jī)器人教育的普及方面，受場(chǎng)地及實(shí)驗(yàn)器材等原因制約，效果不理想。嘗試應(yīng)用Proteus仿真系統(tǒng)，將程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)與智能機(jī)器人硬件系統(tǒng)建立聯(lián)系，在初中信息技術(shù)常規(guī)課堂中開展機(jī)器人教學(xué)實(shí)驗(yàn)，嘗試通過機(jī)器人教學(xué)，解決信息技術(shù)教學(xué)中存在的一些問題。

關(guān)鍵詞：初中信息技術(shù)；機(jī)器人教學(xué)；機(jī)器人教育；仿真Proteus

近年來，機(jī)器人作為一個(gè)融合多學(xué)科內(nèi)容的學(xué)習(xí)領(lǐng)域，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、實(shí)踐能力方面，得到了學(xué)校以及信息教師的重視，特別是2003年頒布的普通高中新課程標(biāo)準(zhǔn)將“簡(jiǎn)易機(jī)器人制作”列入中小學(xué)選修內(nèi)容，使得我國(guó)機(jī)器人教育在大眾化、普及化層面上躍上了一個(gè)新臺(tái)階。很多學(xué)校開展了機(jī)器人教學(xué)，并且在常規(guī)課堂中進(jìn)行了智能機(jī)器人的教學(xué)嘗試。

一、機(jī)器人教育的價(jià)值

1.增加了信息技術(shù)教學(xué)的“技術(shù)”含量

基于機(jī)器人技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容，包括了數(shù)學(xué)、電子、程序、機(jī)械、自動(dòng)控制等相關(guān)領(lǐng)域的內(nèi)容，通過機(jī)器人技術(shù)的學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生了解硬件及軟件協(xié)調(diào)工作的基本原理，認(rèn)識(shí)基本的電子元器件、簡(jiǎn)單電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、基本算法等方面知識(shí)，了解智能機(jī)器人處理信息的全過程，這樣的內(nèi)容設(shè)置，有利于整合信息技術(shù)中的科技含量，普及機(jī)器人科學(xué)與技術(shù)知識(shí)，消除學(xué)生與現(xiàn)代科技的隔膜。

2.有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力

學(xué)生在機(jī)器人的學(xué)習(xí)過程中，通過完成任務(wù)，探究問題、激發(fā)創(chuàng)造的欲望，享受創(chuàng)造的樂趣。通過機(jī)器人培養(yǎng)學(xué)生的想象力、批判思維能力以及在實(shí)踐中不斷創(chuàng)新的能力。機(jī)器人制作強(qiáng)調(diào)心智與動(dòng)作技能的結(jié)合，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。學(xué)生通過動(dòng)手操作，能充分地提高自己的設(shè)計(jì)與制作能力、技術(shù)探究能力以及利用技術(shù)解決實(shí)際問題的能力。教育機(jī)器人是科學(xué)教育與現(xiàn)代信息化教育中重要的教學(xué)載體，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力及研究性學(xué)習(xí)能力發(fā)揮著十分重要的作用。

3.引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入技術(shù)世界，增強(qiáng)其社會(huì)適應(yīng)性

機(jī)器人課程引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會(huì)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)技術(shù)的興趣與責(zé)任感，學(xué)生在學(xué)習(xí)中，能夠更深切地感受到信息時(shí)代技術(shù)發(fā)展給社會(huì)帶來的變化，感受到日常生活中技術(shù)的存在，更理性地看待技術(shù)，并利用技術(shù)更廣泛地參與社會(huì)生活，提高對(duì)未來社會(huì)的適應(yīng)性。

二、對(duì)機(jī)器人教育的認(rèn)識(shí)

彭紹東①教授認(rèn)為機(jī)器人教育是指學(xué)習(xí)、利用機(jī)器人，優(yōu)化教育效果及師生勞動(dòng)方式的理論與實(shí)踐。智能機(jī)器人的本質(zhì)是單片機(jī)技術(shù)，是指在程序控制下，控制外部電路以及機(jī)械裝置，并利用傳感器檢測(cè)外部數(shù)據(jù)，自動(dòng)完成一定操作的智能設(shè)備。智能機(jī)器人技術(shù)融合了機(jī)械造型、電子傳感器、計(jì)算機(jī)軟硬件和人工智能等眾多先進(jìn)技術(shù)，綜合了多學(xué)科的發(fā)展成果，代表了高新技術(shù)的發(fā)展前沿。作為信息技術(shù)與通用技術(shù)的交集，智能機(jī)器人教育已經(jīng)成為促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手與動(dòng)腦相結(jié)合、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的智能平臺(tái)，對(duì)學(xué)生理解技術(shù)、使用技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)解決實(shí)際問題等技術(shù)素養(yǎng)的提高具有奠基、引領(lǐng)的作用。

我校從2007年開始機(jī)器人教育，但是由于設(shè)備、場(chǎng)地等原因，只能有少數(shù)的同學(xué)參與到機(jī)器人項(xiàng)目的學(xué)習(xí)。2013～2014學(xué)年上學(xué)期，我在初二的三個(gè)班級(jí)中進(jìn)行了“智能機(jī)器人教育走進(jìn)常規(guī)課堂”的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，嘗試將智能機(jī)器人引入到信息技術(shù)的常規(guī)教學(xué)中，讓更多的學(xué)生接觸到智能機(jī)器人的內(nèi)容。

三、虛擬技術(shù)為機(jī)器人教學(xué)提供支持

虛擬技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下生成一個(gè)逼真的、三維的、具有一定的視、聽、觸、嗅等多種感官參與的環(huán)境。在教學(xué)過程中，我們使用了Proteus仿真軟件，它是著名的EDA（Electronic Design Automation）工具，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真、PCB設(shè)計(jì)，是目前唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件合為一體的設(shè)計(jì)平臺(tái)，Proteus虛擬技術(shù)為程序設(shè)計(jì)與智能機(jī)器人的硬件控制系統(tǒng)架起了一座橋梁。在機(jī)器人教學(xué)中應(yīng)用仿真軟件，有很多優(yōu)點(diǎn)：

1.為學(xué)生提供了更多實(shí)驗(yàn)、探究的機(jī)會(huì)

虛擬系統(tǒng)中所創(chuàng)設(shè)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可以更多地給學(xué)生提供嘗試、探索的機(jī)會(huì)，不用擔(dān)心會(huì)損壞設(shè)備、造成人員傷害，擺脫了對(duì)硬件設(shè)備的依賴，同時(shí)也避免了意外因素干擾影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不利現(xiàn)象，更符合學(xué)生自主建構(gòu)的學(xué)習(xí)方式。

2.為程序設(shè)計(jì)與算法教學(xué)找到了更有生命力的契合點(diǎn)

信息技術(shù)學(xué)科需要加強(qiáng)程序與算法內(nèi)容的教學(xué)。程序與算法是解決問題的一種方法、一種思維，在中學(xué)階段進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、創(chuàng)新能力是極為有益的。在機(jī)器人的教學(xué)過程中，通過仿真系統(tǒng)，將抽象的程序直觀化，提高了學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的興趣。

四、教學(xué)實(shí)例分析——?jiǎng)?chuàng)意“心”型彩燈

任務(wù)：在下圖所示的仿真環(huán)境中，編程實(shí)現(xiàn)“心”型小燈創(chuàng)意閃爍。

教學(xué)目標(biāo)：能夠獨(dú)立編程，實(shí)現(xiàn)“心型”小燈的創(chuàng)意閃爍。掌握程序的編譯方法；掌握仿真系統(tǒng)的調(diào)試，能夠理解“心”型小燈的電路原理。

教學(xué)重點(diǎn)：程序的編寫與調(diào)試是重點(diǎn)，難點(diǎn)是程序與電路之間關(guān)系的理解。

教學(xué)策略：為降低學(xué)生編程的難度，老師提供了程序的主體框架，學(xué)生可在此基礎(chǔ)上修改和補(bǔ)充；虛擬結(jié)合：將學(xué)生編譯生成的文件，下載到實(shí)際的電路中，進(jìn)行演示，讓學(xué)生理解仿真系統(tǒng)與實(shí)物之間的關(guān)系；鼓勵(lì)學(xué)生嘗試，通過仿真效果檢驗(yàn)所寫的程序是否正確。

教學(xué)過程：（略）

五、來自學(xué)生的教學(xué)反饋

學(xué)期末，我讓學(xué)生同時(shí)提交一份Word文檔，談一下這學(xué)期的課堂收獲與教學(xué)建議。在此，摘錄部分同學(xué)的反饋內(nèi)容與大家分享。

馮××：我對(duì)這個(gè)學(xué)期的這門單片機(jī)課程很感興趣，它能用電腦中C語(yǔ)言控制現(xiàn)實(shí)中的電路，這讓我很感興趣。

耿××：這學(xué)期的微機(jī)課我收獲很大，學(xué)會(huì)了編程序，課余的時(shí)間也變得豐富起來，希望下學(xué)期有更精彩的內(nèi)容。

王××：我覺得金老師的這個(gè)課很有意思。它不僅開啟了我們的物理電學(xué)思維，而且對(duì)我們今后的各科學(xué)習(xí)會(huì)有許多好處，回歸學(xué)生愛創(chuàng)造的天性。

魏××：老師，我想這一學(xué)期的信息課是我收獲最多的信息課，您帶我們走進(jìn)了真正的科技世界，學(xué)習(xí)了真正的信息語(yǔ)言。希望老師能夠?qū)⒎抡嫦到y(tǒng)的課程要領(lǐng)繼續(xù)傳授給我們，很期待接下來更神奇的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言！

于××：本學(xué)期教學(xué)內(nèi)容很讓人感興趣，內(nèi)容豐富，引人深思，不過希望老師能多進(jìn)行指導(dǎo)，希望下學(xué)期還能繼續(xù)做這類程序。

趙××：希望期末過后展開興趣小組，在程序上可以教一些更難的、比較貼近生活的，興趣小組可以教一些自己動(dòng)手做的。

周××：老師，我很喜歡你在課堂上所教的東西，很實(shí)用，我很愿意學(xué)您的課程。老師，下學(xué)期還要你教哦。

王××：學(xué)習(xí)單片機(jī)課程讓我體會(huì)到了一個(gè)全新的計(jì)算機(jī)世界?？吹阶约旱膭趧?dòng)成果，甚是欣慰。希望在以后的學(xué)習(xí)過程中，能更深入地了解單片機(jī)技術(shù)，制作出自己的作品。

學(xué)生對(duì)這一學(xué)期的學(xué)習(xí)內(nèi)容很感興趣，下一步需要做的工作是繼續(xù)完善相應(yīng)校本教材的開發(fā)，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與方法，和同學(xué)們一起收獲學(xué)習(xí)與創(chuàng)造的樂趣。

參考文獻(xiàn)：

[1]王改霞，樸姬順.國(guó)內(nèi)機(jī)器人教育研究發(fā)展綜述[J].中國(guó)教育信息化，2012（12）：14-18.

[2]王益.融入STS教育理念的機(jī)器人教學(xué)探索[J].中國(guó)電化教育，2009（3）：90-92.

[3]葛文雙，傅鋼善，史婷.我國(guó)中小學(xué)機(jī)器人教育發(fā)展中的若干問題分析[J].中國(guó)教育信息化，2008（08）：4-7.

[4]鐘啟泉.國(guó)外“科學(xué)素養(yǎng)”說與理科課程改革[J].比較教育研究，1997（1）：16-21.

[5]彭紹東.論機(jī)器人教育（上）（下）[J].電化教育研究，2002（6）：3-7，2002（7）：16-19.

作者簡(jiǎn)介：金書輝，男，1971年4月出生，博士，就職學(xué)校：吉林省長(zhǎng)春市東北師大附中，研究方向：教育技術(shù)。

摘 要：機(jī)器人教育是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)踐能力的優(yōu)秀平臺(tái)，但是在機(jī)器人教育的普及方面，受場(chǎng)地及實(shí)驗(yàn)器材等原因制約，效果不理想。嘗試應(yīng)用Proteus仿真系統(tǒng)，將程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)與智能機(jī)器人硬件系統(tǒng)建立聯(lián)系，在初中信息技術(shù)常規(guī)課堂中開展機(jī)器人教學(xué)實(shí)驗(yàn)，嘗試通過機(jī)器人教學(xué)，解決信息技術(shù)教學(xué)中存在的一些問題。

關(guān)鍵詞：初中信息技術(shù)；機(jī)器人教學(xué)；機(jī)器人教育；仿真Proteus

近年來，機(jī)器人作為一個(gè)融合多學(xué)科內(nèi)容的學(xué)習(xí)領(lǐng)域，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、實(shí)踐能力方面，得到了學(xué)校以及信息教師的重視，特別是2003年頒布的普通高中新課程標(biāo)準(zhǔn)將“簡(jiǎn)易機(jī)器人制作”列入中小學(xué)選修內(nèi)容，使得我國(guó)機(jī)器人教育在大眾化、普及化層面上躍上了一個(gè)新臺(tái)階。很多學(xué)校開展了機(jī)器人教學(xué)，并且在常規(guī)課堂中進(jìn)行了智能機(jī)器人的教學(xué)嘗試。

一、機(jī)器人教育的價(jià)值

1.增加了信息技術(shù)教學(xué)的“技術(shù)”含量

基于機(jī)器人技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容，包括了數(shù)學(xué)、電子、程序、機(jī)械、自動(dòng)控制等相關(guān)領(lǐng)域的內(nèi)容，通過機(jī)器人技術(shù)的學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生了解硬件及軟件協(xié)調(diào)工作的基本原理，認(rèn)識(shí)基本的電子元器件、簡(jiǎn)單電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、基本算法等方面知識(shí)，了解智能機(jī)器人處理信息的全過程，這樣的內(nèi)容設(shè)置，有利于整合信息技術(shù)中的科技含量，普及機(jī)器人科學(xué)與技術(shù)知識(shí)，消除學(xué)生與現(xiàn)代科技的隔膜。

2.有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力

學(xué)生在機(jī)器人的學(xué)習(xí)過程中，通過完成任務(wù)，探究問題、激發(fā)創(chuàng)造的欲望，享受創(chuàng)造的樂趣。通過機(jī)器人培養(yǎng)學(xué)生的想象力、批判思維能力以及在實(shí)踐中不斷創(chuàng)新的能力。機(jī)器人制作強(qiáng)調(diào)心智與動(dòng)作技能的結(jié)合，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。學(xué)生通過動(dòng)手操作，能充分地提高自己的設(shè)計(jì)與制作能力、技術(shù)探究能力以及利用技術(shù)解決實(shí)際問題的能力。教育機(jī)器人是科學(xué)教育與現(xiàn)代信息化教育中重要的教學(xué)載體，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力及研究性學(xué)習(xí)能力發(fā)揮著十分重要的作用。

3.引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入技術(shù)世界，增強(qiáng)其社會(huì)適應(yīng)性

機(jī)器人課程引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會(huì)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)技術(shù)的興趣與責(zé)任感，學(xué)生在學(xué)習(xí)中，能夠更深切地感受到信息時(shí)代技術(shù)發(fā)展給社會(huì)帶來的變化，感受到日常生活中技術(shù)的存在，更理性地看待技術(shù)，并利用技術(shù)更廣泛地參與社會(huì)生活，提高對(duì)未來社會(huì)的適應(yīng)性。

二、對(duì)機(jī)器人教育的認(rèn)識(shí)

彭紹東①教授認(rèn)為機(jī)器人教育是指學(xué)習(xí)、利用機(jī)器人，優(yōu)化教育效果及師生勞動(dòng)方式的理論與實(shí)踐。智能機(jī)器人的本質(zhì)是單片機(jī)技術(shù)，是指在程序控制下，控制外部電路以及機(jī)械裝置，并利用傳感器檢測(cè)外部數(shù)據(jù)，自動(dòng)完成一定操作的智能設(shè)備。智能機(jī)器人技術(shù)融合了機(jī)械造型、電子傳感器、計(jì)算機(jī)軟硬件和人工智能等眾多先進(jìn)技術(shù)，綜合了多學(xué)科的發(fā)展成果，代表了高新技術(shù)的發(fā)展前沿。作為信息技術(shù)與通用技術(shù)的交集，智能機(jī)器人教育已經(jīng)成為促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手與動(dòng)腦相結(jié)合、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的智能平臺(tái)，對(duì)學(xué)生理解技術(shù)、使用技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)解決實(shí)際問題等技術(shù)素養(yǎng)的提高具有奠基、引領(lǐng)的作用。

我校從2007年開始機(jī)器人教育，但是由于設(shè)備、場(chǎng)地等原因，只能有少數(shù)的同學(xué)參與到機(jī)器人項(xiàng)目的學(xué)習(xí)。2013～2014學(xué)年上學(xué)期，我在初二的三個(gè)班級(jí)中進(jìn)行了“智能機(jī)器人教育走進(jìn)常規(guī)課堂”的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，嘗試將智能機(jī)器人引入到信息技術(shù)的常規(guī)教學(xué)中，讓更多的學(xué)生接觸到智能機(jī)器人的內(nèi)容。

三、虛擬技術(shù)為機(jī)器人教學(xué)提供支持

虛擬技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下生成一個(gè)逼真的、三維的、具有一定的視、聽、觸、嗅等多種感官參與的環(huán)境。在教學(xué)過程中，我們使用了Proteus仿真軟件，它是著名的EDA（Electronic Design Automation）工具，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真、PCB設(shè)計(jì)，是目前唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件合為一體的設(shè)計(jì)平臺(tái)，Proteus虛擬技術(shù)為程序設(shè)計(jì)與智能機(jī)器人的硬件控制系統(tǒng)架起了一座橋梁。在機(jī)器人教學(xué)中應(yīng)用仿真軟件，有很多優(yōu)點(diǎn)：

1.為學(xué)生提供了更多實(shí)驗(yàn)、探究的機(jī)會(huì)

虛擬系統(tǒng)中所創(chuàng)設(shè)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可以更多地給學(xué)生提供嘗試、探索的機(jī)會(huì)，不用擔(dān)心會(huì)損壞設(shè)備、造成人員傷害，擺脫了對(duì)硬件設(shè)備的依賴，同時(shí)也避免了意外因素干擾影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不利現(xiàn)象，更符合學(xué)生自主建構(gòu)的學(xué)習(xí)方式。

2.為程序設(shè)計(jì)與算法教學(xué)找到了更有生命力的契合點(diǎn)

信息技術(shù)學(xué)科需要加強(qiáng)程序與算法內(nèi)容的教學(xué)。程序與算法是解決問題的一種方法、一種思維，在中學(xué)階段進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、創(chuàng)新能力是極為有益的。在機(jī)器人的教學(xué)過程中，通過仿真系統(tǒng)，將抽象的程序直觀化，提高了學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的興趣。

四、教學(xué)實(shí)例分析——?jiǎng)?chuàng)意“心”型彩燈

任務(wù)：在下圖所示的仿真環(huán)境中，編程實(shí)現(xiàn)“心”型小燈創(chuàng)意閃爍。

教學(xué)目標(biāo)：能夠獨(dú)立編程，實(shí)現(xiàn)“心型”小燈的創(chuàng)意閃爍。掌握程序的編譯方法；掌握仿真系統(tǒng)的調(diào)試，能夠理解“心”型小燈的電路原理。

教學(xué)重點(diǎn)：程序的編寫與調(diào)試是重點(diǎn)，難點(diǎn)是程序與電路之間關(guān)系的理解。

教學(xué)策略：為降低學(xué)生編程的難度，老師提供了程序的主體框架，學(xué)生可在此基礎(chǔ)上修改和補(bǔ)充；虛擬結(jié)合：將學(xué)生編譯生成的文件，下載到實(shí)際的電路中，進(jìn)行演示，讓學(xué)生理解仿真系統(tǒng)與實(shí)物之間的關(guān)系；鼓勵(lì)學(xué)生嘗試，通過仿真效果檢驗(yàn)所寫的程序是否正確。

教學(xué)過程：（略）

五、來自學(xué)生的教學(xué)反饋

學(xué)期末，我讓學(xué)生同時(shí)提交一份Word文檔，談一下這學(xué)期的課堂收獲與教學(xué)建議。在此，摘錄部分同學(xué)的反饋內(nèi)容與大家分享。

馮××：我對(duì)這個(gè)學(xué)期的這門單片機(jī)課程很感興趣，它能用電腦中C語(yǔ)言控制現(xiàn)實(shí)中的電路，這讓我很感興趣。

耿××：這學(xué)期的微機(jī)課我收獲很大，學(xué)會(huì)了編程序，課余的時(shí)間也變得豐富起來，希望下學(xué)期有更精彩的內(nèi)容。

王××：我覺得金老師的這個(gè)課很有意思。它不僅開啟了我們的物理電學(xué)思維，而且對(duì)我們今后的各科學(xué)習(xí)會(huì)有許多好處，回歸學(xué)生愛創(chuàng)造的天性。

魏××：老師，我想這一學(xué)期的信息課是我收獲最多的信息課，您帶我們走進(jìn)了真正的科技世界，學(xué)習(xí)了真正的信息語(yǔ)言。希望老師能夠?qū)⒎抡嫦到y(tǒng)的課程要領(lǐng)繼續(xù)傳授給我們，很期待接下來更神奇的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言！

于××：本學(xué)期教學(xué)內(nèi)容很讓人感興趣，內(nèi)容豐富，引人深思，不過希望老師能多進(jìn)行指導(dǎo)，希望下學(xué)期還能繼續(xù)做這類程序。

趙××：希望期末過后展開興趣小組，在程序上可以教一些更難的、比較貼近生活的，興趣小組可以教一些自己動(dòng)手做的。

周××：老師，我很喜歡你在課堂上所教的東西，很實(shí)用，我很愿意學(xué)您的課程。老師，下學(xué)期還要你教哦。

王××：學(xué)習(xí)單片機(jī)課程讓我體會(huì)到了一個(gè)全新的計(jì)算機(jī)世界?？吹阶约旱膭趧?dòng)成果，甚是欣慰。希望在以后的學(xué)習(xí)過程中，能更深入地了解單片機(jī)技術(shù)，制作出自己的作品。

學(xué)生對(duì)這一學(xué)期的學(xué)習(xí)內(nèi)容很感興趣，下一步需要做的工作是繼續(xù)完善相應(yīng)校本教材的開發(fā)，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與方法，和同學(xué)們一起收獲學(xué)習(xí)與創(chuàng)造的樂趣。

參考文獻(xiàn)：

[1]王改霞，樸姬順.國(guó)內(nèi)機(jī)器人教育研究發(fā)展綜述[J].中國(guó)教育信息化，2012（12）：14-18.

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[3]葛文雙，傅鋼善，史婷.我國(guó)中小學(xué)機(jī)器人教育發(fā)展中的若干問題分析[J].中國(guó)教育信息化，2008（08）：4-7.

[4]鐘啟泉.國(guó)外“科學(xué)素養(yǎng)”說與理科課程改革[J].比較教育研究，1997（1）：16-21.

[5]彭紹東.論機(jī)器人教育（上）（下）[J].電化教育研究，2002（6）：3-7，2002（7）：16-19.

作者簡(jiǎn)介：金書輝，男，1971年4月出生，博士，就職學(xué)校：吉林省長(zhǎng)春市東北師大附中，研究方向：教育技術(shù)。

摘 要：機(jī)器人教育是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)踐能力的優(yōu)秀平臺(tái)，但是在機(jī)器人教育的普及方面，受場(chǎng)地及實(shí)驗(yàn)器材等原因制約，效果不理想。嘗試應(yīng)用Proteus仿真系統(tǒng)，將程序設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)與智能機(jī)器人硬件系統(tǒng)建立聯(lián)系，在初中信息技術(shù)常規(guī)課堂中開展機(jī)器人教學(xué)實(shí)驗(yàn)，嘗試通過機(jī)器人教學(xué)，解決信息技術(shù)教學(xué)中存在的一些問題。

關(guān)鍵詞：初中信息技術(shù)；機(jī)器人教學(xué)；機(jī)器人教育；仿真Proteus

近年來，機(jī)器人作為一個(gè)融合多學(xué)科內(nèi)容的學(xué)習(xí)領(lǐng)域，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、實(shí)踐能力方面，得到了學(xué)校以及信息教師的重視，特別是2003年頒布的普通高中新課程標(biāo)準(zhǔn)將“簡(jiǎn)易機(jī)器人制作”列入中小學(xué)選修內(nèi)容，使得我國(guó)機(jī)器人教育在大眾化、普及化層面上躍上了一個(gè)新臺(tái)階。很多學(xué)校開展了機(jī)器人教學(xué)，并且在常規(guī)課堂中進(jìn)行了智能機(jī)器人的教學(xué)嘗試。

一、機(jī)器人教育的價(jià)值

1.增加了信息技術(shù)教學(xué)的“技術(shù)”含量

基于機(jī)器人技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容，包括了數(shù)學(xué)、電子、程序、機(jī)械、自動(dòng)控制等相關(guān)領(lǐng)域的內(nèi)容，通過機(jī)器人技術(shù)的學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生了解硬件及軟件協(xié)調(diào)工作的基本原理，認(rèn)識(shí)基本的電子元器件、簡(jiǎn)單電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)、基本算法等方面知識(shí)，了解智能機(jī)器人處理信息的全過程，這樣的內(nèi)容設(shè)置，有利于整合信息技術(shù)中的科技含量，普及機(jī)器人科學(xué)與技術(shù)知識(shí)，消除學(xué)生與現(xiàn)代科技的隔膜。

2.有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力

學(xué)生在機(jī)器人的學(xué)習(xí)過程中，通過完成任務(wù)，探究問題、激發(fā)創(chuàng)造的欲望，享受創(chuàng)造的樂趣。通過機(jī)器人培養(yǎng)學(xué)生的想象力、批判思維能力以及在實(shí)踐中不斷創(chuàng)新的能力。機(jī)器人制作強(qiáng)調(diào)心智與動(dòng)作技能的結(jié)合，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的統(tǒng)一。學(xué)生通過動(dòng)手操作，能充分地提高自己的設(shè)計(jì)與制作能力、技術(shù)探究能力以及利用技術(shù)解決實(shí)際問題的能力。教育機(jī)器人是科學(xué)教育與現(xiàn)代信息化教育中重要的教學(xué)載體，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力及研究性學(xué)習(xí)能力發(fā)揮著十分重要的作用。

3.引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入技術(shù)世界，增強(qiáng)其社會(huì)適應(yīng)性

機(jī)器人課程引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會(huì)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)技術(shù)的興趣與責(zé)任感，學(xué)生在學(xué)習(xí)中，能夠更深切地感受到信息時(shí)代技術(shù)發(fā)展給社會(huì)帶來的變化，感受到日常生活中技術(shù)的存在，更理性地看待技術(shù)，并利用技術(shù)更廣泛地參與社會(huì)生活，提高對(duì)未來社會(huì)的適應(yīng)性。

二、對(duì)機(jī)器人教育的認(rèn)識(shí)

彭紹東①教授認(rèn)為機(jī)器人教育是指學(xué)習(xí)、利用機(jī)器人，優(yōu)化教育效果及師生勞動(dòng)方式的理論與實(shí)踐。智能機(jī)器人的本質(zhì)是單片機(jī)技術(shù)，是指在程序控制下，控制外部電路以及機(jī)械裝置，并利用傳感器檢測(cè)外部數(shù)據(jù)，自動(dòng)完成一定操作的智能設(shè)備。智能機(jī)器人技術(shù)融合了機(jī)械造型、電子傳感器、計(jì)算機(jī)軟硬件和人工智能等眾多先進(jìn)技術(shù)，綜合了多學(xué)科的發(fā)展成果，代表了高新技術(shù)的發(fā)展前沿。作為信息技術(shù)與通用技術(shù)的交集，智能機(jī)器人教育已經(jīng)成為促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手與動(dòng)腦相結(jié)合、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的智能平臺(tái)，對(duì)學(xué)生理解技術(shù)、使用技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)解決實(shí)際問題等技術(shù)素養(yǎng)的提高具有奠基、引領(lǐng)的作用。

我校從2007年開始機(jī)器人教育，但是由于設(shè)備、場(chǎng)地等原因，只能有少數(shù)的同學(xué)參與到機(jī)器人項(xiàng)目的學(xué)習(xí)。2013～2014學(xué)年上學(xué)期，我在初二的三個(gè)班級(jí)中進(jìn)行了“智能機(jī)器人教育走進(jìn)常規(guī)課堂”的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，嘗試將智能機(jī)器人引入到信息技術(shù)的常規(guī)教學(xué)中，讓更多的學(xué)生接觸到智能機(jī)器人的內(nèi)容。

三、虛擬技術(shù)為機(jī)器人教學(xué)提供支持

虛擬技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下生成一個(gè)逼真的、三維的、具有一定的視、聽、觸、嗅等多種感官參與的環(huán)境。在教學(xué)過程中，我們使用了Proteus仿真軟件，它是著名的EDA（Electronic Design Automation）工具，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真、PCB設(shè)計(jì)，是目前唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件合為一體的設(shè)計(jì)平臺(tái)，Proteus虛擬技術(shù)為程序設(shè)計(jì)與智能機(jī)器人的硬件控制系統(tǒng)架起了一座橋梁。在機(jī)器人教學(xué)中應(yīng)用仿真軟件，有很多優(yōu)點(diǎn)：

1.為學(xué)生提供了更多實(shí)驗(yàn)、探究的機(jī)會(huì)

虛擬系統(tǒng)中所創(chuàng)設(shè)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，可以更多地給學(xué)生提供嘗試、探索的機(jī)會(huì)，不用擔(dān)心會(huì)損壞設(shè)備、造成人員傷害，擺脫了對(duì)硬件設(shè)備的依賴，同時(shí)也避免了意外因素干擾影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不利現(xiàn)象，更符合學(xué)生自主建構(gòu)的學(xué)習(xí)方式。

2.為程序設(shè)計(jì)與算法教學(xué)找到了更有生命力的契合點(diǎn)

信息技術(shù)學(xué)科需要加強(qiáng)程序與算法內(nèi)容的教學(xué)。程序與算法是解決問題的一種方法、一種思維，在中學(xué)階段進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、創(chuàng)新能力是極為有益的。在機(jī)器人的教學(xué)過程中，通過仿真系統(tǒng)，將抽象的程序直觀化，提高了學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的興趣。

四、教學(xué)實(shí)例分析——?jiǎng)?chuàng)意“心”型彩燈

任務(wù)：在下圖所示的仿真環(huán)境中，編程實(shí)現(xiàn)“心”型小燈創(chuàng)意閃爍。

教學(xué)目標(biāo)：能夠獨(dú)立編程，實(shí)現(xiàn)“心型”小燈的創(chuàng)意閃爍。掌握程序的編譯方法；掌握仿真系統(tǒng)的調(diào)試，能夠理解“心”型小燈的電路原理。

教學(xué)重點(diǎn)：程序的編寫與調(diào)試是重點(diǎn)，難點(diǎn)是程序與電路之間關(guān)系的理解。

教學(xué)策略：為降低學(xué)生編程的難度，老師提供了程序的主體框架，學(xué)生可在此基礎(chǔ)上修改和補(bǔ)充；虛擬結(jié)合：將學(xué)生編譯生成的文件，下載到實(shí)際的電路中，進(jìn)行演示，讓學(xué)生理解仿真系統(tǒng)與實(shí)物之間的關(guān)系；鼓勵(lì)學(xué)生嘗試，通過仿真效果檢驗(yàn)所寫的程序是否正確。

教學(xué)過程：（略）

五、來自學(xué)生的教學(xué)反饋

學(xué)期末，我讓學(xué)生同時(shí)提交一份Word文檔，談一下這學(xué)期的課堂收獲與教學(xué)建議。在此，摘錄部分同學(xué)的反饋內(nèi)容與大家分享。

馮××：我對(duì)這個(gè)學(xué)期的這門單片機(jī)課程很感興趣，它能用電腦中C語(yǔ)言控制現(xiàn)實(shí)中的電路，這讓我很感興趣。

耿××：這學(xué)期的微機(jī)課我收獲很大，學(xué)會(huì)了編程序，課余的時(shí)間也變得豐富起來，希望下學(xué)期有更精彩的內(nèi)容。

王××：我覺得金老師的這個(gè)課很有意思。它不僅開啟了我們的物理電學(xué)思維，而且對(duì)我們今后的各科學(xué)習(xí)會(huì)有許多好處，回歸學(xué)生愛創(chuàng)造的天性。

魏××：老師，我想這一學(xué)期的信息課是我收獲最多的信息課，您帶我們走進(jìn)了真正的科技世界，學(xué)習(xí)了真正的信息語(yǔ)言。希望老師能夠?qū)⒎抡嫦到y(tǒng)的課程要領(lǐng)繼續(xù)傳授給我們，很期待接下來更神奇的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言！

于××：本學(xué)期教學(xué)內(nèi)容很讓人感興趣，內(nèi)容豐富，引人深思，不過希望老師能多進(jìn)行指導(dǎo)，希望下學(xué)期還能繼續(xù)做這類程序。

趙××：希望期末過后展開興趣小組，在程序上可以教一些更難的、比較貼近生活的，興趣小組可以教一些自己動(dòng)手做的。

周××：老師，我很喜歡你在課堂上所教的東西，很實(shí)用，我很愿意學(xué)您的課程。老師，下學(xué)期還要你教哦。

王××：學(xué)習(xí)單片機(jī)課程讓我體會(huì)到了一個(gè)全新的計(jì)算機(jī)世界?？吹阶约旱膭趧?dòng)成果，甚是欣慰。希望在以后的學(xué)習(xí)過程中，能更深入地了解單片機(jī)技術(shù)，制作出自己的作品。

學(xué)生對(duì)這一學(xué)期的學(xué)習(xí)內(nèi)容很感興趣，下一步需要做的工作是繼續(xù)完善相應(yīng)校本教材的開發(fā)，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與方法，和同學(xué)們一起收獲學(xué)習(xí)與創(chuàng)造的樂趣。

參考文獻(xiàn)：

[1]王改霞，樸姬順.國(guó)內(nèi)機(jī)器人教育研究發(fā)展綜述[J].中國(guó)教育信息化，2012（12）：14-18.

[2]王益.融入STS教育理念的機(jī)器人教學(xué)探索[J].中國(guó)電化教育，2009（3）：90-92.

[3]葛文雙，傅鋼善，史婷.我國(guó)中小學(xué)機(jī)器人教育發(fā)展中的若干問題分析[J].中國(guó)教育信息化，2008（08）：4-7.

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[5]彭紹東.論機(jī)器人教育（上）（下）[J].電化教育研究，2002（6）：3-7，2002（7）：16-19.

作者簡(jiǎn)介：金書輝，男，1971年4月出生，博士，就職學(xué)校：吉林省長(zhǎng)春市東北師大附中，研究方向：教育技術(shù)。