機(jī)器人創(chuàng)新課程設(shè)計(jì)探析論文
1mBot機(jī)器人介紹
mBot是一款為素質(zhì)教育而生的低門檻“機(jī)器人小車”，是實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科綜合素質(zhì)教育STEAM[1]的載體，借助mBot機(jī)器人開展教育是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑[2]。mBot機(jī)器人分為硬件和軟件兩個部分，硬件是標(biāo)準(zhǔn)化的電子零件，由mBot機(jī)械部分、mCore控制板兩部分組成，同時配有一個簡易遙控器可供拼裝完成后直接“駕駛”；軟件部分使用基于Scratch2.0[3]開發(fā)的圖形化編程軟件mBlock，通過藍(lán)牙直接實(shí)現(xiàn)操控mBotAPP。mBlock根據(jù)需求編制一個程序，將其下載到mCore，由mCore控制mBot機(jī)器人完成動作。mBot機(jī)器人與智能玩具的區(qū)別在于它可以使用軟件mBlock進(jìn)行二次開發(fā)，在其上加載一些傳感器可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。該次課程設(shè)計(jì)用3個mBot機(jī)器人模擬制作一個智能交通系統(tǒng),用實(shí)例來講述創(chuàng)新課程設(shè)計(jì)過程。
2智能交通系統(tǒng)分析
課堂以智能交通系統(tǒng)為主題，激發(fā)學(xué)生討論，討論結(jié)果形成一個簡單、完整的交通系統(tǒng)由3個部分組成智能汽車、智能紅綠燈、智能車庫。具體功能如下描述。(1)智能汽車，用mBot機(jī)器人模擬汽車的行車過程，前進(jìn)、左右轉(zhuǎn)彎、倒車，同時用指示燈顏色和不同的聲音區(qū)分不同狀況，以給出警戒和提示；車上安裝超聲波傳感器，便于安全倒車；汽車的行駛過程用遙控器控制。(2)智能紅綠燈，根據(jù)路段車流量設(shè)置紅綠燈間隔時間，綠燈結(jié)束后有3s的黃燈閃爍；指示燈亮，并用LED數(shù)碼管顯示剩余時間。在mBot機(jī)器人的主控板mCore上安裝兩個設(shè)備，一個是LED燈作為紅綠燈使用；另一個是4位數(shù)碼管用來顯示紅綠燈時間，用RJ25接口線將兩設(shè)備與主控板連接。(3)智能車庫,用超聲波傳感器來檢測有無車輛入庫，若有，則用舵機(jī)控制橫桿抬起，若無，則橫桿落下。若在超聲波出現(xiàn)故障時，則用機(jī)械遙感手動控制橫桿起落。mCore主控板接3個設(shè)備：一是超聲波傳感器，用來檢測門前有無車輛；二是遙感，便于應(yīng)急時手動控制；三是舵機(jī)，其上安裝橫桿，接收超聲波傳感器信號，控制橫桿起落。
3課程設(shè)計(jì)
將智能交通系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)分基礎(chǔ)、應(yīng)用、創(chuàng)新3個階段來講述。
(1)智能汽車:對汽車的踩油門、松油門過程用鍵盤上的“按下、松開上移鍵”命令來控制；脫機(jī)時，將“按下上移鍵、松開上移鍵”命令用紅外遙控器上的上下箭頭代替，便于脫機(jī)控制。由于紅外線遙控器控制命令以判斷形式出現(xiàn)，須將其加入條件控制結(jié)構(gòu)。其它轉(zhuǎn)向功能與前進(jìn)類似。基礎(chǔ)功能完成汽車的機(jī)械行駛前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、又轉(zhuǎn)，同時配備相應(yīng)的指示燈；通過鍵盤上的4個方向箭頭完成在線控制，使用圖形化模塊如表1的在線命令。通過學(xué)習(xí)讓學(xué)生熟悉mBlock軟件界面，學(xué)會圖形化模塊的拖拽方法和技巧。教學(xué)內(nèi)容適合小學(xué)5、6年級學(xué)生。應(yīng)用級在初級基礎(chǔ)上將控制方式改為遙控器控制，實(shí)現(xiàn)脫機(jī)運(yùn)行，模塊指令如表1的脫機(jī)命令。由在線命令轉(zhuǎn)為脫機(jī)命令模塊結(jié)構(gòu)簡單，但加入了選擇判斷，使學(xué)生的思路更加條理，同時查看對應(yīng)模塊生成的arduino程序如表1的Arduino代碼，熟悉arduino語法結(jié)構(gòu)。教學(xué)內(nèi)容適合中高年級學(xué)生。創(chuàng)新能以初級為基礎(chǔ)，加上應(yīng)用級訓(xùn)練具有的邏輯思維能力和讀代碼能力，可以創(chuàng)造性地實(shí)現(xiàn)不同功能，當(dāng)軟件給出的模塊結(jié)構(gòu)不能滿足要求時，可以在arduino的編輯器IDE手寫代碼來完成。高級階段，每個學(xué)生的作品不一樣，教學(xué)呈現(xiàn)個性化，適合大學(xué)生和電子類愛好者。
（2）智能紅綠燈：定義一個變量time用來計(jì)時，將紅綠燈持續(xù)的時間設(shè)置為循環(huán)次數(shù)，每次延時1秒，將變量time值減1，用LED數(shù)碼管顯示變量time值，達(dá)到計(jì)時效果。假設(shè)綠燈持續(xù)時間為30s。教學(xué)內(nèi)容屬于中級，增加了循環(huán)結(jié)構(gòu)和變量設(shè)置，紅綠燈持續(xù)功能用循環(huán)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，顯示時間用變量賦值來完成。對中小學(xué)生，變量概念不易于理解，可用解應(yīng)用題時的設(shè)未知數(shù)知識點(diǎn)來變通。對這部分內(nèi)容的創(chuàng)新可以橫向拓展，由紅綠燈聯(lián)想到路燈、聲控?zé)簟⑴荞R燈、led顯示屏等。
(3)智能車庫：設(shè)置3個變量s、x、y、s用于存儲超聲波傳感器測得數(shù)據(jù)，x存儲搖桿x軸移動的距離，y存儲搖桿y軸移動的距離；s小于10時，表示有車通過，橫桿抬起，否則，橫桿落下；x大于y表示橫向移動，橫桿落下，y大于x表示縱向移動，橫桿抬起。其執(zhí)行arduino程序如下，等待兩秒是保證車安全通過。相比上面教學(xué)內(nèi)容增加兩個難點(diǎn)：一是邏輯關(guān)系復(fù)雜包含順序、選擇、循環(huán)結(jié)構(gòu)的嵌套，在理清邏輯關(guān)系的基礎(chǔ)上才能駕馭；二是熟悉Arduino編程語言語法結(jié)構(gòu)，并用其將邏輯關(guān)系表達(dá)出來。創(chuàng)新應(yīng)用可在深度上挖掘，設(shè)計(jì)出更智能化的作品。
4結(jié)語
創(chuàng)新教育是一種培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造與創(chuàng)新能力的新型教育方式，提倡在真實(shí)情境下學(xué)習(xí)、從生活中學(xué)習(xí)。該次創(chuàng)新教育課程設(shè)計(jì)內(nèi)容選自與學(xué)生接觸緊密的智能交通系統(tǒng)，以此為主題展開討論，激發(fā)學(xué)生興趣，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活，樹立處處留心皆學(xué)問的.學(xué)習(xí)理念。創(chuàng)新課程采用項(xiàng)目化的教學(xué)方式，由智能交通系統(tǒng)為中心，向外發(fā)散到智能汽車、智能紅綠燈、智能車庫，每個部分又引出更多的知識點(diǎn)（如，智能紅路燈引出路燈、流水燈、led燈等），豐富創(chuàng)新課程教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)知識有用性；創(chuàng)新課程教學(xué)目標(biāo)區(qū)別于傳統(tǒng)課程的知識堆砌[5]，強(qiáng)調(diào)知識的橫向縱向聯(lián)系。創(chuàng)新課程沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，每個學(xué)生的想法都是智慧的萌芽，都會得到老師同學(xué)的認(rèn)可，找自己的存在感，參與意識更強(qiáng)烈；更容易保持學(xué)習(xí)的激情、增強(qiáng)學(xué)習(xí)信心，在學(xué)習(xí)的過程之中更容易生成新的創(chuàng)意。創(chuàng)新課程是課堂教學(xué)的有效補(bǔ)充，將基礎(chǔ)教育獲得的碎片化知識整合，結(jié)合實(shí)際加以應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)知識的有用性，從而調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新、實(shí)踐能力。
參考文獻(xiàn)
[1]梁森山.中國創(chuàng)客教育藍(lán)皮書[M].北京:人民郵電出版社，2016.
[2]萬佑紅,將國平.機(jī)器人教育與大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2005,27(4):6-8.
[3]王同聚.Scratch與機(jī)器人共融在教學(xué)中的應(yīng)用與實(shí)踐——以中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)為例[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育,2015(8):76-79.
[4]紀(jì)欣然.基于Arduino開發(fā)環(huán)境的智能尋光小車設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2012,35(15):161-163.
[5]李丹妍.創(chuàng)客教育：創(chuàng)新人才培養(yǎng)的新路向[J].教育研究與實(shí)踐,2016(4):30-34.
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