王兆勇

摘 要 以當(dāng)前智能機(jī)器人和計(jì)算機(jī)程序的關(guān)聯(lián)點(diǎn)為切入點(diǎn)，從認(rèn)識智能機(jī)器人在計(jì)算機(jī)教學(xué)方面的適用性、采用創(chuàng)新教學(xué)方法、促進(jìn)完成教學(xué)目標(biāo)等三個(gè)方面，探究中職計(jì)算機(jī)教學(xué)中引入智能機(jī)器人課程的價(jià)值，及其對培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才的意義。

關(guān)鍵詞 中職；智能機(jī)器人；計(jì)算機(jī)教學(xué)；仿真技術(shù)

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）09-0084-02

1 前言

智能機(jī)器人早在20世紀(jì)60年代起步并獲得飛速發(fā)展，目前在工業(yè)、商業(yè)、民用、軍用等領(lǐng)域已有眾多應(yīng)用。同時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷的發(fā)展和革新為智能機(jī)器人搭建了寬廣的平臺，機(jī)器人仿真技術(shù)的出現(xiàn)亦為降低機(jī)器人研發(fā)生產(chǎn)費(fèi)用做出了重要貢獻(xiàn)。目前，許多院校已把智能機(jī)器人當(dāng)作必修課程納入教學(xué)大綱，將智能機(jī)器人課程引入中職計(jì)算機(jī)教學(xué)的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。

2 認(rèn)識教學(xué)適用性，發(fā)掘智能機(jī)器人教學(xué)價(jià)值

從本質(zhì)上來講，機(jī)器人就是安裝有互換性通用性零部件的系統(tǒng)，根據(jù)自身安裝設(shè)備完成來自外界的信息收集，并遵循通用指令完成執(zhí)行動作?？梢哉f機(jī)器人的核心就是控制機(jī)器人執(zhí)行各種動作的大腦——中央處理器，通俗來講也稱作計(jì)算機(jī)，可見計(jì)算機(jī)與智能機(jī)器人關(guān)系密切。想要完成對于機(jī)器人的控制，首先要懂得操作計(jì)算機(jī)；想要操作計(jì)算機(jī)，必須要掌握相關(guān)計(jì)算機(jī)知識和技術(shù)。這就涉及計(jì)算機(jī)教學(xué)與智能機(jī)器人之間的關(guān)系，因此，無論是從關(guān)聯(lián)性還是實(shí)用性分析，將智能機(jī)器人課程引入中職計(jì)算機(jī)教學(xué)中具備較強(qiáng)的可行性。

首先，從關(guān)聯(lián)性角度分析。程序的特點(diǎn)和智能機(jī)器人的特點(diǎn)較為相似，即“嚴(yán)謹(jǐn)縝密”，其中程序（也稱為軟件），是指通過某種計(jì)算機(jī)匯編語言編寫，具備指示上位機(jī)或其他設(shè)備進(jìn)行運(yùn)作的一組指令。在程序設(shè)計(jì)的過程中包含分析目標(biāo)、設(shè)計(jì)方案、選擇匯編語言、編寫代碼、調(diào)試程序等步驟，在每一個(gè)環(huán)節(jié)中都不能出現(xiàn)紕漏，否則會出或大或小的問題，情節(jié)較輕會導(dǎo)致程序運(yùn)行錯(cuò)誤，情節(jié)嚴(yán)重將導(dǎo)致設(shè)備的損毀。如在編寫科學(xué)計(jì)算器的過程中，如果對于無限循環(huán)的小數(shù)運(yùn)算沒有做出范圍的規(guī)定，極有可能導(dǎo)致程序陷入“死循環(huán)”，最終引起設(shè)備的崩潰。同時(shí)，智能機(jī)器人作為一臺集合多種傳感、運(yùn)動、控制等部件于一體的設(shè)備，在設(shè)計(jì)研發(fā)的過程中更不允許出現(xiàn)問題，否則不僅無法完成預(yù)期的動作，更有可能引發(fā)不同部件之間的干涉，造成設(shè)備損毀。如在制作自動反饋機(jī)器人時(shí)，如果沒有將傳感器的信號及時(shí)反饋給處理器，則會導(dǎo)致設(shè)備不能及時(shí)做出修正動作，從而撞擊目標(biāo)。上述表明，程序設(shè)計(jì)和智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)都具備嚴(yán)謹(jǐn)性，具備教學(xué)的關(guān)聯(lián)性。

其次，從實(shí)用性角度分析。機(jī)器人完成指令指示動作的過程實(shí)際上就是程序的執(zhí)行過程，首先進(jìn)行機(jī)器人內(nèi)部程序的信息讀入，然后程序?qū)斎氲男畔⑦M(jìn)行分析，最后程序根據(jù)機(jī)器人當(dāng)前所處狀態(tài)對相應(yīng)輸出設(shè)備發(fā)出相應(yīng)指令，完成動作。根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動的過程，在中職計(jì)算機(jī)教學(xué)中加入智能機(jī)器人課程，對于學(xué)生掌握程序設(shè)計(jì)的要領(lǐng)、要求，檢查程序設(shè)計(jì)的缺陷都將發(fā)揮很大作用。如教師在智能機(jī)器人課程上安排學(xué)生完成“自動避障機(jī)器人”的程序設(shè)計(jì)，要求實(shí)現(xiàn)機(jī)器人能夠在不斷前進(jìn)的過程中，一旦將要觸碰到障礙物，能根據(jù)實(shí)際情況完成自主轉(zhuǎn)彎的動作。在編寫過程中，學(xué)生首先要完成方案的設(shè)計(jì)，確定采用哪些函數(shù)才可以實(shí)現(xiàn)要求的功能，采用哪些循環(huán)語句可以盡量少地完成反饋動作，怎樣測試才能保證不出問題，等等；在編寫完成后要不斷調(diào)試機(jī)器人，觀察其完成動作的情況，根據(jù)錯(cuò)誤的反饋進(jìn)行程序的修改。在這個(gè)過程中智能機(jī)器人的動作設(shè)計(jì)實(shí)際上完全依靠學(xué)生的程序編寫，對于中職學(xué)生計(jì)算機(jī)課程的學(xué)習(xí)大有裨益。

3 采用創(chuàng)新教學(xué)方法，應(yīng)用智能機(jī)器人教學(xué)方式

智能機(jī)器人課程引入至中職計(jì)算機(jī)教學(xué)，教師要采用創(chuàng)新的教學(xué)方法，借助智能機(jī)器人平臺促進(jìn)學(xué)生對于計(jì)算機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)。對于中職計(jì)算機(jī)教師來講，通過采用新型課堂教學(xué)方法和引導(dǎo)學(xué)生參加機(jī)器人競賽這兩條途徑，將會很好地提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，促進(jìn)學(xué)生對于計(jì)算機(jī)知識的掌握。

中職計(jì)算機(jī)教師在日常教學(xué)課堂上，可以借助機(jī)器人仿真平臺實(shí)施目標(biāo)驅(qū)動法。目標(biāo)驅(qū)動法指教師給予學(xué)生一定的任務(wù)目標(biāo)，在目標(biāo)的推動下，學(xué)生一步步完成教師規(guī)定的動作，在教師的引導(dǎo)下循序漸進(jìn)完成目標(biāo)任務(wù)。在這個(gè)過程中學(xué)生得以充分鍛煉自身分析問題、解決問題的能力，將使學(xué)生在完成任務(wù)的同時(shí)獲得相應(yīng)的成就感，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，培養(yǎng)探索和創(chuàng)新的精神。以采用“能力風(fēng)暴VJC1.5仿真版”進(jìn)行回家路線的設(shè)計(jì)為例。

第一點(diǎn)，教師提出任務(wù)目標(biāo)：編寫機(jī)器人程序?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人根據(jù)路況自主從學(xué)?；丶?。要求在回家的路上機(jī)器人能夠自動進(jìn)行路口轉(zhuǎn)彎、判斷交通燈、遇見行人等待、判斷是否到家等。

第二點(diǎn)，教師引導(dǎo)學(xué)生分析問題：首先讓學(xué)生判斷回家的路線有幾條，走哪條合適，其次讓學(xué)生分析怎樣能夠讓機(jī)器人完成正常行進(jìn)、停止、轉(zhuǎn)彎等動作，需要學(xué)生對于各種動作有具體準(zhǔn)確分析，最后思考如何判斷機(jī)器人到家并且使之停止。在學(xué)生自主思考的同時(shí)，教師可以將“能力風(fēng)暴VJC1.5仿真版”地面顏色識別方法教授給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)正確的地面顏色進(jìn)行路徑和動作的規(guī)劃。

第三點(diǎn)，需要學(xué)生將思考的整體流程以流程圖的形式表現(xiàn)出來，并且進(jìn)行組與組之間的互相檢查。

第四點(diǎn)，利用“能力風(fēng)暴VJC1.5仿真版”完成程序的模擬仿真。

第五點(diǎn)，教師需要帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行程序的調(diào)試和修正，這是整個(gè)過程中最為重要、難點(diǎn)很多、也是最有價(jià)值的環(huán)節(jié)，通過教師的帶領(lǐng)，學(xué)生需要多次重復(fù)、多次檢驗(yàn)，最終完成程序的制作。

在整個(gè)的目標(biāo)驅(qū)動法中，學(xué)生將完成知識的積累、計(jì)算機(jī)實(shí)踐應(yīng)用以及綜合能力的培養(yǎng)[1]。

組織參加相關(guān)機(jī)器人競賽對于提高學(xué)生計(jì)算機(jī)綜合能力也大有幫助。近些年我國的機(jī)器人發(fā)展迅猛，相關(guān)的競賽也逐漸得到人們的重視，通過組織、參加機(jī)器人競賽有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)認(rèn)知和科學(xué)態(tài)度。國內(nèi)現(xiàn)有的機(jī)器人競賽有很多，如“飛思卡爾”杯智能汽車競賽，作為全國最大的大學(xué)生競賽之一，每年都吸引全國各地學(xué)生參加。在這個(gè)比賽中，參賽學(xué)生要制作一臺巡線機(jī)器人，可以自主識別特制的道路并能夠自動駕駛，可以進(jìn)行信息獲取、處理、執(zhí)行等功能，能夠獨(dú)立活動并處理問題，需要智能機(jī)器人擁有多種不同傳感器，精準(zhǔn)的運(yùn)動機(jī)構(gòu)和智能的計(jì)算機(jī)。這就要求學(xué)生必須具備綜合能力，能夠協(xié)調(diào)好硬件和軟件的關(guān)系，恰當(dāng)選擇硬件的型號，并根據(jù)巡線機(jī)器人的功能要求學(xué)習(xí)理解相關(guān)算法和函數(shù)參數(shù)，進(jìn)行程序的編譯和檢查。在整個(gè)競賽過程中，學(xué)生不僅可鍛煉自身計(jì)算機(jī)匯編能力，還可充分培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，為學(xué)生日后深入研究學(xué)習(xí)或步入崗位實(shí)際工作提供巨大優(yōu)勢[2]。

4 促進(jìn)完成教學(xué)目標(biāo)，發(fā)揮智能機(jī)器人教學(xué)作用

對于教師的教學(xué)目標(biāo)來說，引入智能機(jī)器人課程能夠更好地提高教師計(jì)算機(jī)教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識后，進(jìn)入一個(gè)學(xué)習(xí)實(shí)踐平臺，在充分應(yīng)用過程中，有利于充分消化、理解、掌握所學(xué)知識內(nèi)容，在實(shí)踐中檢驗(yàn)知識，能充分培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及綜合工程開發(fā)能力。同時(shí)智能機(jī)器人課程的引入，對于學(xué)生的人格培養(yǎng)也將起到積極作用。在進(jìn)行智能機(jī)器人的程序編譯過程中，學(xué)生將會遇到很多預(yù)料之外的困難，必須依靠自身不斷的實(shí)踐和探索才能逐個(gè)克服，為之后步入社會進(jìn)入崗位打下良好基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

將智能機(jī)器人課程引入中職計(jì)算機(jī)教學(xué)中，對于提高教師教學(xué)質(zhì)量，增強(qiáng)學(xué)生綜合能力都大有裨益，更是對培養(yǎng)創(chuàng)新能力復(fù)合型人才的道路進(jìn)行的一種有價(jià)值的探索。

參考文獻(xiàn)

[1]曾華琳，鄭旭玲，晁飛等.本科生參與智能機(jī)器人科研探索[J].計(jì)算機(jī)教育，2015（18）：11-13.

[2]謝衛(wèi)平.智能機(jī)器人課堂教學(xué)略談[J].創(chuàng)新時(shí)代，

2015（3）：77.