摘要：人工智能已成為時(shí)代的熱詞，很多重復(fù)性、危險(xiǎn)性、機(jī)械化的勞動(dòng)都已經(jīng)被機(jī)器代替。本文從搭建虛擬機(jī)器人入手，通過(guò)給學(xué)生布置任務(wù)，讓學(xué)生給機(jī)器設(shè)計(jì)程序，指揮虛擬機(jī)器人按照自己的意愿行進(jìn)，從而培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞： 虛擬機(jī)器人；蘿卜圈；搭建；編程

今年市上又組織機(jī)器人大賽，所以我們成立了“虛擬機(jī)器人興趣小組”，并將其作為校本課程進(jìn)行授課。作為學(xué)校機(jī)器人活動(dòng)小組的輔導(dǎo)教師，我把這幾個(gè)月的機(jī)器人教學(xué)實(shí)踐、教學(xué)案例、教學(xué)體會(huì)總結(jié)出來(lái)與大家分享。

一、學(xué)校要開(kāi)設(shè)機(jī)器人課程必須具備一定的環(huán)境基礎(chǔ)、條件及氛圍。

1、對(duì)于機(jī)器人課程的開(kāi)設(shè)，學(xué)校首先具備相應(yīng)的硬件設(shè)施：（1）高性能的計(jì)算機(jī)；（2）互聯(lián)網(wǎng)及本校校園網(wǎng)的建成。2、還要具備一定的基礎(chǔ)和氛圍：（1）學(xué)生在小學(xué)接觸過(guò)機(jī)器人，有一定的基礎(chǔ)知識(shí)；（2）參加活動(dòng)的學(xué)生對(duì)機(jī)器人有著濃厚的興趣；（3）富有經(jīng)驗(yàn)的師資力量。滿足了這些條件，機(jī)器人課程開(kāi)設(shè)的才能得心應(yīng)手。

【學(xué)生侯牧東小記：】

我有幸加入虛擬機(jī)器人興趣小組，坐在桌前的我心中感慨萬(wàn)千。記得當(dāng)初因?yàn)閷?duì)機(jī)器人的好奇、對(duì)電腦軟件的喜愛(ài)和對(duì)自己能力提升的渴望，我多次去科技館觀看機(jī)器人的各種活動(dòng)，在電腦上暢游機(jī)器人的虛擬世界，屢次被父母認(rèn)為是不務(wù)正業(yè)，不上心學(xué)習(xí)。這次終于有機(jī)會(huì)可以名正言順地走入虛擬機(jī)器人的世界，可以無(wú)所顧及地學(xué)習(xí)虛擬機(jī)器人了，心里無(wú)比喜悅，期待課程的開(kāi)始。

二、完成虛擬機(jī)器人的任務(wù)，首先從搭建入手

機(jī)器人的組裝非常重要，這影響著機(jī)器人的性能，機(jī)器人的行駛速度?？刂破?、驅(qū)動(dòng)、安裝塊、傳感器和其它五大類，它們是搭建機(jī)器人的根本。搭建機(jī)器人看似簡(jiǎn)單，結(jié)果卻出現(xiàn)了很多問(wèn)題，尤其是在固定馬達(dá)上，位置十分重要，關(guān)系重心問(wèn)題，以至于后來(lái)影響速度和偏轉(zhuǎn)角度。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生不斷嘗試、不斷摸索，引導(dǎo)學(xué)生聽(tīng)取組員、伙伴的意見(jiàn)，最終讓學(xué)生在每一次體驗(yàn)中都有新發(fā)現(xiàn)，就是在不斷地解決問(wèn)題中，學(xué)生有了自己的成長(zhǎng)，也激發(fā)了學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)的興趣。

【學(xué)生張軍偉小記：】

今天我們開(kāi)始學(xué)習(xí)機(jī)器人搭建，看見(jiàn)那么多的模型，我欣喜若狂，我可以隨心所欲搭建自己喜歡的機(jī)器人了，小時(shí)候玩過(guò)的極品飛車也讓我很得意，不過(guò)那都是別人設(shè)計(jì)好的?，F(xiàn)在，我可以自己設(shè)計(jì)，自己玩了，我很高興。老師說(shuō)最終我們完成的是《汽車總動(dòng)員》，今天先搭建簡(jiǎn)單的機(jī)器人，在老師講解和演示完后，我迫不及待地開(kāi)始嘗試，由于小學(xué)我接觸過(guò)虛擬機(jī)器人，所以對(duì)機(jī)器人的搭建我并不陌生，我把自己能夠想象的機(jī)器人都搭建了一遍，雖然搭建中也出現(xiàn)了很多的問(wèn)題，不過(guò)我發(fā)現(xiàn)問(wèn)題越多，我掌握的就越牢靠，今天我不僅得到了老師的表?yè)P(yáng)，我還幫助老師解決了幾個(gè)小問(wèn)題，幫助我的伙伴們解決了他們的疑難雜癥，心里美滋滋的。

三、搭建好機(jī)器人，著手程序的設(shè)計(jì)與編寫(xiě)

機(jī)器人控制程序?qū)嶋H上是可視化的程序，沒(méi)有我們想象的那么復(fù)雜。不過(guò)在這方面，學(xué)生的探索性要更強(qiáng)一些，程序設(shè)計(jì)采用的是可視化編程語(yǔ)言，關(guān)鍵在于參數(shù)的設(shè)置，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，即便參數(shù)正確，有會(huì)有不能完成任務(wù)時(shí)，要考慮任務(wù)的性質(zhì)，要進(jìn)行不斷地調(diào)試。同時(shí)能源消耗也很關(guān)鍵，隨著任務(wù)的執(zhí)行，機(jī)器人的油量會(huì)隨之消耗，影響到馬達(dá)的功率，出現(xiàn)偏差。能量的補(bǔ)充也是很重要的環(huán)節(jié)。

四、走進(jìn)汽車總動(dòng)員

汽車總動(dòng)員是一個(gè)綜合考察，不僅對(duì)模型有要求，且對(duì)每個(gè)子程序也有很高的要求。最終衡量汽車總動(dòng)員成功的標(biāo)志是高分，得分的高低是由機(jī)器人行駛的速度，在路途中抓取得分物來(lái)確定。所以能否正常行駛且能獲高分，控制器的重量、大小就很重要了。

【老師小記：】

轉(zhuǎn)彎環(huán)節(jié)是很重要的，機(jī)器人從起點(diǎn)到終點(diǎn)會(huì)有多次轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎出現(xiàn)故障會(huì)影響整個(gè)局面。機(jī)器人搭建在左右兩邊分別加有一定角度的紅外線感應(yīng)器，方便得分；選擇較重的控制器，可解決提速漂移；在尾部安裝一個(gè)安裝快，解決起步抬頭。在比賽中，能量補(bǔ)充程序是相對(duì)最復(fù)雜不穩(wěn)定的一塊。選用小的電機(jī)，它耗電少，可以不加油，但是不能解決提速，而且不好調(diào)整程序。路程如果長(zhǎng)，中間能量耗盡，不能及時(shí)地加油，就會(huì)中途停止；還有就是可以為機(jī)器人增加一個(gè)尾巴（機(jī)械臂）加大得分的范圍減少車身范圍，可用左右紅外的差值來(lái)判斷尾巴轉(zhuǎn)向得分。這個(gè)可以吃掉除直角以外所有得分物；直角得分，可用記時(shí)定位或前方設(shè)置高距離感應(yīng)器（超出圍欄的高度）來(lái)判斷是否到直角，到達(dá)目標(biāo)后，減速慢行得分，然后停止，后退轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向可參照加油站的做法，也可用指南針。還有一種是按加油站分，相對(duì)復(fù)雜些，在很多項(xiàng)目中都有可能遇到加油的問(wèn)題，故可選擇這個(gè)方法，雖然復(fù)雜，但容易控制，保持穩(wěn)定；最后就是動(dòng)態(tài)走中間，將走中間程序分段，比如當(dāng)距離左-距離右〉100時(shí)小轉(zhuǎn)彎，當(dāng)距離左-距離右〉300大轉(zhuǎn)彎，這樣可以有效提高彎道的速度。

五、汽車總動(dòng)員活動(dòng)接近尾聲，給學(xué)生帶來(lái)了無(wú)窮的樂(lè)趣

這個(gè)活動(dòng)的目的是讓學(xué)生認(rèn)識(shí)和了解各種各樣的機(jī)器人，還有觀測(cè)學(xué)生對(duì)機(jī)器人興趣的持續(xù)性，鍛煉學(xué)生的思維和實(shí)踐能力。在這個(gè)活動(dòng)中，學(xué)生們表現(xiàn)得異常熱烈。他們其中有的人設(shè)計(jì)了飛碟，有的人設(shè)計(jì)了飛機(jī)，還有的人設(shè)計(jì)了機(jī)器狗模樣的機(jī)器人，每個(gè)小組之間存在著無(wú)形的競(jìng)爭(zhēng)，看誰(shuí)率先到達(dá)目的地，誰(shuí)率先得高分，他們就很得意，也讓其他組的好奇，同時(shí)也激發(fā)了他們你追我趕的勁頭。

【老師小記：】

在小組合作學(xué)習(xí)時(shí)，教師應(yīng)減少對(duì)學(xué)生的干預(yù)和控制，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)、自我控制。針對(duì)學(xué)生的一點(diǎn)成功，一點(diǎn)進(jìn)步，一個(gè)創(chuàng)意，都給予肯定，隨時(shí)讓學(xué)生有成功的自豪感。例如在學(xué)生學(xué)習(xí)《魔幻尋寶》一節(jié)時(shí)，在引導(dǎo)學(xué)生完成任務(wù)時(shí)，要側(cè)重于以下幾個(gè)問(wèn)題解決：1、當(dāng)走黑線時(shí)如何設(shè)置距離傳感器變量的值？2、如何應(yīng)用兩個(gè)距離傳感器？要考慮哪幾種情況？3、你用了幾個(gè)距離傳感器，你的程序是怎樣編寫(xiě)的？4、電機(jī)的速度受哪些因素的影響？怎樣來(lái)調(diào)節(jié)？5、機(jī)器人實(shí)踐中要綜合考慮哪些因素？圍繞這些問(wèn)題考察學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握和實(shí)踐的體會(huì)。

參考文獻(xiàn)

[1]浙江省精品課程《創(chuàng)意與制作之虛擬機(jī)器人》

作者簡(jiǎn)介：呂秀琴（1977—），女，漢族，寧夏，中教一級(jí)，大學(xué)本科，寧夏石嘴山市實(shí)驗(yàn)中學(xué)，研究方向：人工智能的體驗(yàn)與應(yīng)用。