高中智能機器人的設計與制作研究

余世娟

摘 要：發(fā)展科技的提前是提高國民的科學素質，要提高全民素質，關鍵又在于對青少年的培養(yǎng)。高中生作為肩負重任的一代，要積極參與到科技制作中來，為科技的普及和發(fā)展貢獻自己的一份力量。本研究對高中生科技教育進行了系列探索，以智能機器人為研究項目，形成了智能機器人的設計與制作的策略，形成了值得借鑒的成果。

關鍵詞：智能機器人；創(chuàng)客；設計

一、研究的背景

“創(chuàng)客”指的是勇于創(chuàng)新，努力將自己的創(chuàng)意變?yōu)楝F實的科技人才。我校積極響應李總理的號召，開始推進校園創(chuàng)客空間建設，并以信息技術教師和通用技術教師為領頭人，組建了校園IP創(chuàng)客社，希望通過創(chuàng)客項目開拓學生的科技視野，提高學生的科技素養(yǎng)，把學生培養(yǎng)成喜歡動手、善于思考、勇于創(chuàng)新的人。智能機器人項目很好的體現了創(chuàng)客思想。讓學生從制作最簡單的機器人開始，他們能很好的體會和感知創(chuàng)客的意義。當一個屬于自己的簡單機器人制作出來后，學生就會對于Scratch、C++和Arduino等編程軟件的基礎知識有了理解和認知。當他們對簡單作品的不斷改進的過程中，創(chuàng)新就慢慢在他們內心深處生根發(fā)芽。

二、智能機器人項目的設計

1.過程設計。在高中開展科技教育活動，無論是時間、精力還是能力，都非常有限。所以活動的設計要符合學生的認知特點，逐步推行：第一步：營造科技氛圍。讓學生接觸前沿科技知識，了解目前智能機器人的發(fā)展現狀，培養(yǎng)學生對科技的濃厚興趣，拓展學生的科技視野；第二步：科技制作。從最簡單的拼裝和程序設計開始，以項目學習的方式，展開團隊合作，培養(yǎng)學生的動手能力、團隊合作能力，讓學生的科技思維落到實處；第三步：科技創(chuàng)造。在充分認知和接觸有關知識后，創(chuàng)造出屬于他們自己的作品。這個過程要求學生發(fā)現生活中的問題，并嘗試用智能機器人去解決問題。著重培養(yǎng)學生的問題解決和創(chuàng)新能力。在培養(yǎng)學生的時候，我們應該更關注的是對原有事物的改進創(chuàng)造，而不是從無到有的創(chuàng)新，打個比方：如果市場上的電插板都是直排的，因為所在空間的問題，實際需要的電插排是圓形的，那么我們就動手做這個符合特定需要的圓形插排。這種在原有的、熟知的事物基礎上進行的改造，學生思考起來就會簡單很多，也有了制作的方向，成功變得清晰可見。

2.內容設計。Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，通過這個平臺，我們可以創(chuàng)造各種想象中的智能化模型。同學們在教師的指導下，利用不同的Arduino板和各種傳感器創(chuàng)造功能不一的智能化設備模型。為了能有效地提高團隊的學習與工作效率，我們制定了明確的創(chuàng)造方向——智能機器人。我們希望通過有趣、實用機器人的創(chuàng)造，培育出一批對科技創(chuàng)新感興趣的學生；通過成果的展示，讓全校、甚至全區(qū)師生愛上創(chuàng)新。同時為我校參加各項科技創(chuàng)新大賽做好準備，為開發(fā)科技類校本課程積累豐富的材料與經驗。

3.人員組織。為了把對科技有興趣的同學召集在一起，我們組件了IP創(chuàng)客社，并在全校范圍內進行宣傳和招新沒。為了不與學生的上課時間發(fā)生沖突，我們的活動就安排在每天的中午和下午放學以后的一小段時間。在組建之初，社團的指導老師就是學校有豐富比賽經驗、動手能力非常強的技術老師（包括信息技術和通用技術）。在我們遇到問題的時候，我們還可以向物理老師、藝術老師等其他學科老師請教。

三、智能機器人項目的實施

1.學生培訓。面對水平參差不齊的同學，我們主要采取組內異質，組間同質的分組策略，充分發(fā)揮他們以老帶新，互相協助的作用。此外，輔導老師作為學生的引路人，定時定量的對學生進行培訓。主要的培訓內容圍繞計算機編程技術和作品的模型設計兩個方面。

在學習過程中，很多學生都認為關鍵內容是計算機的編程技術，至于物理連線和外觀設計只是作為輔助完成的工作。事實上，在一個作品的創(chuàng)作過程中，美觀的外形、合理的布線和符合動力學原理的造型往往需要投入更多的時間和精力。因此，以編程為主的信息技術教師和以動手為主的通用技術教師合作，共同指導學生，讓主修編程和主修建模的學生一一配合，以達到更理想的活動效果。

2.基于項目的學習。創(chuàng)作需要靈感，一個智能機器人的設計與制作，同樣需要思想的火花。一個作品的初始，往往只是腦海里的一個念頭。比如，《新型門禁裝置》的作者，只是因為天都要進去航模社的活動室，可是總是要找老師拿鑰匙很不方便，于是萌生了制作一個新型的開門裝置的想法。最后，他把我們常用的校園卡變成一個可以開門的鑰匙，只要一“滴”，門就會打開，這樣就不需要配那么多把鑰匙了。這就是設計，它需要靈感，靈感又來源于生活，設計的最后可以解決我們生活中的問題，幫助到我們。

四、智能機器人項目的實施效果

1.學生的綜合能力得到了鍛煉和提高。就以與語文學科相結合的“機器人給你講科普知識”的活動為例。我們先讓學生選擇自己感興趣的科普文閱讀，然后提煉出主要內容，并在“機器人”制作的“創(chuàng)客”活動中錄入這部分內容，展示時候就由“機器人”完成。這項評比由科技老師和語文老師共同完成：科技老師從機器人的外形，行動的靈敏度、播音的清晰度，尤其是從科普信息的價值度作出評價；語文老師則從信息提取是否準確，內容是否清晰明了，語言表達是否生動有趣等方面評判。所以，智能機器人的設計與制作，不僅僅讓學生學會編程，培養(yǎng)了學生的邏輯思維、問題解決能力、創(chuàng)新思維等，更是對學生綜合能力和整體素質的一個提升。

2.在一定范圍內推廣和普及了科技教育。展示學生成果是對學生參與活動的有效評價，也是推廣科技教育的有效手段。當我們學生的作品在社區(qū)、兄弟學校（特別是小學）進行展示的時候，當周圍的學生和朋友非常關注并參與互動的時候，創(chuàng)造者都能獲得極大的滿足感。作品的完成并獲得認可，不單只大大提升了學生活動的積極性，還為他們未來的成功奠定了基礎，他們將來會更有信心完成更高難度的創(chuàng)作。

3.各類比賽也是我們學習成果檢驗和展示的重大陣地。2016年，我們在中國青年創(chuàng)造力大賽中、廣州市中小學電腦制作活動、高中校園創(chuàng)客作品和高中App Iventor移動程序設計、廣東省創(chuàng)意機器人大賽中，均取得了優(yōu)異的成績。這些獎項，都是我們平時積累和努力的成果?，F在，IP創(chuàng)客社在校園里已經具備了一定的影響力，越來越多的學生希望加入社團，一起開啟創(chuàng)客之旅。