机器人技术在科技小发明教育中的应用

文/马高峰

【摘 要】本文研究了科技小发明实施的现实可行性，提出了在科技小发明教育中利用机器人技术的重要性，对于促进学生创新能力的发展、实施创新教育、推动教育的发展具有积极的意义。

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关键词 机器人技术；科技小发明教育；创新；应用

教育要实现创新，才能使学生具有创新品质，才能培养学生的创新能力，科技小发明教育能够有效培养学生的创新能力，应该在职高教育中得到重视。但是传统创新教育只能培养学生有初步的创新思维。在创新作品的制作过程中，学生还是无能为力。不知道如何进行创新发明。本文基于以上问题，使用机器人作为创新教学的平台，它能够有效提高科技发明教育的效果，其教育的创新品质就可以得到有效体现。它能使学生全面了解制作所需要的电学，机械学，计算机学的知识。可以为学生制作打下坚实的基础，使每个学生都能成为小小发明家，促进学生动手操作能力及创新能力的发展。

一、在职高开展科技小发明教育的现实可行性

实施创新教育是教育发展的必然要求，是人才培养的重要举措。科技小发明活动是创新教育的一个非常好的表现形式，在职高学校开展科技小发明教学有其现实的可行性，主要表现在以下几方面：（1）职高生具有一定的知识基础（2）职高学校具备相应的设备基础（3）职高学生的学业相对轻松。目前科技小发明教育的基本方式普教与职教基本相同，一般采用的是实例式的教学方法，即老师出一个实例，让学生了解一下创新的基本思路，比如说两用粉笔擦，先说明一下与传统的粉笔擦有什么不足，也就是不能干湿两用。然后教师引导学生发现问题后设计改进策略，学生会想到采用两个盒子分别装干的与湿的，这样干湿两用的粉笔擦就设计成功了。在这个过程中，培养了学生的创新思维。当然这一培养方式有一重大的缺陷，学生因为制作与发明的基础知识不足，而导致他们在实际发明的过程中不知道如何开始发明。光有一个想法，而不知道怎么实践。

二、在科技小发明教育中引进机器人平台的必要性

科技小发明虽然在提高学生创新能力方面有着极为重要的价值和意义，但在实际教学过程中，还存在一些问题，具体如下：（1）学生有了创新点，不知道如何制作出来（2）由于没有相应的设计与制作基础，学生也不清楚原设计的优点与缺点（创新的核心就是发现问题，解决问题），现在的小发明教育中在实施的过程中还存在一定的不足之处，存在一定的问题，要解决这个问题，本文介绍的机器人教学平台就完善的解决了这一问题。也就是需要在传统小发明的实例教学中增加机器人技术这一教学内容。机器人技术能够成功解决这些问题，能够提高科技小发明教育的效果，是值得实施的教育措施。

三、机器人平台在教学科技小发明教育中应用的价值

1.通过发明实例教学开阔学生眼界，培养学生的发散性思维。机器人技术在小发明教育中应用，通过实例教学可以开拓学生的眼界，学生通过对机器人技术的学习，了解相关技术原理和实践操作，对学生的创新思维能力的发展，发散思维能力的发展具有积极的意义。

2. 机器人教学能够培养学生兴趣，为学生制作打下基础，提高学生的专业能力。机器人技术教学可以有效提高学生的学习兴趣，同时其中的技术原理，设计步骤能够为学生学习技术发明技术奠定基础，能够有效提高学生的动手操作能力，提高学生的专业素养。

3.机器人平台在创新教学的优势

机器人教学的优势有以下几方面：（1）是一门有趣的课程。机器人课程是非常有趣的，乐高机器人号称是3岁到80岁的人都喜欢的一种东西。（2）隐藏细节，降低学习难度。对最难的编程而言，机器人的编程采用图形化的编程方式，不需要输入代码，直接用类似流程图的图标拉就行，不会出现单词拼写错误和语法错误的问题。学生下载了马上就可以看到效果，学生挫折少，兴趣高。（3）知识含量大，可以说是学好了一本通。机器人是一门交叉性很强的综合性学科，涉及到许多基础学科，以多种学科理论为基础。机器人又是一门实践性很强的学科，涉及到多方面的技术，均需要通过实践来实现。（4）在进行机器人项目的学习中能养成学生良好的科学素养。机器人课程具有高度的综合性。强调学生广泛地接触和收集各方面的资料，综合多学科知识，通过动脑、动手设计作品或产品，扩大知识面，提高综合设计能力。（5）养成了学生良好的团队分工与合作的素质。机器人项目的开展过程，其实就是一个完整的产品研发过过程，包括设计－搭建－编程－调试－改进。可以说小发明所需要的基本知识，基本技能，基本方法都包含在内。

四、如何规划机器人课程为科技小发明教学服务

科技小发明的制作无非为声光电一体化，需要电子、计算机、机械加工三合一的知识，因此在组织课程时，除了要让机器人项目有趣、易学，还要加强以上几方面的内容。在选择项目的原则是低起点、小步子、叠进式，把课程的内容分为功能原理部分，设计与组装部分，算法与程序部分，综合测试与调试部共四个部分的内容进行组织。在功能与原理部分把平时设计所需要的电子元件，机械元件进行原理说明，让学生能知道参数，了解原理，掌握判断元件的好处和挑选符合设计要求的元件。在设计与组装部分让学生详细了解元件的使用过程和搭建技巧，能让学生在搭建的过程中掌握选择合适的材料，设定相应的安装计划。在算法与程序部分让学生能够掌握把实际问题抽象成数学问题，算法问题最后以程序的形式来实现这一问题。在综合测试部分，让学生能够掌握各种测试的方法，让学生能够排除故障，调整参数。

在实际的操作的过程中，我校采用了以下方式来组织教学。首先在高一的学生中开设机器人通识班，主要通过学习“认识机器人”、“机器人小昆虫”、“机器人书法家”、“机器人保龄球”、“机器人运动会”，“机器人搬箱子”等几个项目让学生全面了解机器人。通过有趣的机器人学习，让学生掌握常用的动力器件：直流电机与伺服电机。常用的传感器：电流，电压传感器、温度传感器、红外传感器、指南针传感器、地面灰度传感器等。常用的编程与控制方法：顺序结构、分支结构、循环结构、基于时间的编程方法。有了这些知识与技能的储备，学生可以有能力进入到下一环节。

在高二阶段，开展机器人比赛，鼓励学生参加各类的机器人比赛（如：机器人灭火，机器人足球，机器人工程等）让他们对所学的知识加巩固。能够灵活使用所学知识对机器人加以改造，进一步提高学生对各元件参数的了解。同时在这一阶段，开始加入传统创新教育的内容，让学生了解创新，培养创新意识，提高创新能力。

在高三阶段，制作创新作品，参加创新比赛。同时教授科技专利书的书写方法及申请方法。鼓励学生把自己的想法变成创新作品，把创新作品变为科技专利。

通过以上的创新教学的课程安排，科技小发明活动在学校开展非常成功。多次获得全国，省级创新发明一等奖。而且有七项发明获得了国家发明专利。

总之，在职高教学中培养学生的创新能力是很重要的，是素质教育的主要内容，是21世纪人才培养的重要标准。在职高教学中开展科技小发明教育对培养学生的创新能力具有积极作用，但存在一些问题，而如果机器人技术应用于科技小发明教育就能有效解决这些问题，并且具有其独特的优势，因此，要重视机器人平台在创新教育中的应用，能在一定程序上促进教育的有效发展。

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参考文献

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[2]吕春鹏.我国教学机器人发展问题综述[J].中学教学参考.2011（23）

[3]秦健，崔鑫治，李晓刚.我国机器人教育研究现状与我校校本课程建设[J].中国信息技术教育.2011（08）

（作者单位：浙江省余姚市职成教中心学校）