莊超

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，教育理念也在不斷更新。創(chuàng)客教育模式正在中小學(xué)開(kāi)展，機(jī)器人的普及與實(shí)施促進(jìn)了創(chuàng)客教育的蓬勃發(fā)展。本文結(jié)合學(xué)校的幾臺(tái)工程機(jī)器人，介紹以機(jī)器人為學(xué)習(xí)工具，提高學(xué)生動(dòng)腦動(dòng)手的能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新的意識(shí)。

一、了解概念

（一）創(chuàng)客教育的引入

創(chuàng)客教育融合了多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，意在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、創(chuàng)意等方面所需要的能力，是學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)、實(shí)踐中培養(yǎng)思維的一種教育方式。小學(xué)生由于年齡的特點(diǎn)，想象力、創(chuàng)造力更加豐富，他們迫切需要一種可以發(fā)揮想象力、可以通過(guò)動(dòng)手研究實(shí)現(xiàn)自我的渠道。創(chuàng)客教育的引入剛好可以滿足學(xué)生這種需要，因此在小學(xué)中逐步受到認(rèn)可。機(jī)器人屬于創(chuàng)客教育的重要器材，近年來(lái)也開(kāi)展得相對(duì)集中，由于不受年齡限制，可以以課程化開(kāi)展。

（二）智能工程機(jī)器人參加競(jìng)賽

通過(guò)智能工程機(jī)器人為載體模擬實(shí)際建筑工地搬運(yùn)貨物的過(guò)程，讓機(jī)器人自主完成搬運(yùn)、吊運(yùn)貨物的任務(wù)。通過(guò)兩項(xiàng)任務(wù)的結(jié)合，模擬搬運(yùn)、吊車運(yùn)動(dòng)中機(jī)械的真實(shí)運(yùn)行過(guò)程，體驗(yàn)編程過(guò)程中的樂(lè)趣。其中搬運(yùn)車和塔吊都需要學(xué)生用螺絲刀一個(gè)一個(gè)去安裝，繞線環(huán)節(jié)的細(xì)節(jié)直接影響速度和結(jié)果，這極大鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力，也考驗(yàn)了學(xué)生的意志，培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)性。

（三）智能工程機(jī)器人的規(guī)則設(shè)置

比賽模擬一個(gè)情境：一輛自主移動(dòng)搬運(yùn)的機(jī)器人，要將固定的建筑材料從一個(gè)材料倉(cāng)庫(kù)轉(zhuǎn)移到固定的位置上，另一輛塔吊機(jī)器人將建筑材料吊到建筑臺(tái)上的某位置，供建筑工人使用。比賽場(chǎng)地是一個(gè)大型建筑工地，包含幾個(gè)材料倉(cāng)庫(kù)、一些黑色的柏油道路、三個(gè)送貨點(diǎn)及一個(gè)作業(yè)區(qū)。

當(dāng)比賽裁判發(fā)出“開(kāi)始”的指令后，智能工程機(jī)器開(kāi)始比賽。完成的比賽進(jìn)程有：工程搬運(yùn)機(jī)器人從開(kāi)始位置出發(fā)，循線行駛到指定的倉(cāng)庫(kù)取出指定的材料，并準(zhǔn)確地將其放入1—3號(hào)送貨點(diǎn);另一輛塔吊機(jī)器人將建筑材料放到作業(yè)區(qū)，供建筑工人使用。裁判會(huì)觀察評(píng)估取放貨物的數(shù)量和精確度，并記錄從出發(fā)到結(jié)束，機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)，以及兩臺(tái)機(jī)器人的銜接情況;評(píng)估完成動(dòng)作能力等。

二、智能工程機(jī)器人的任務(wù)解析

（一）機(jī)器人要求

參賽機(jī)器人的主體部分能夠放入一個(gè)350mm×380mm的區(qū)域內(nèi)即可（高度不超過(guò)800mm，懸空部分不超過(guò)700mm×700mm）。

（二）比賽時(shí)間規(guī)定

正式比賽開(kāi)始前，由裁判現(xiàn)場(chǎng)抽取機(jī)器人收取貨物的位置，抽取完取貨點(diǎn)后，參賽選手有75分鐘的硬件調(diào)試、程序編寫(xiě)及場(chǎng)地測(cè)試時(shí)間，過(guò)時(shí)視為自動(dòng)放棄。調(diào)試時(shí)間結(jié)束后，按照抽簽順序開(kāi)始正式比賽，到時(shí)不能參加比賽的隊(duì)伍視為自動(dòng)放棄比賽機(jī)會(huì)。（具體調(diào)試時(shí)間與比賽時(shí)間會(huì)根據(jù)實(shí)際的比賽安排略微調(diào)整。）每隊(duì)有2次比賽機(jī)會(huì)，選取成績(jī)好的一次作為最終比賽成績(jī)。場(chǎng)地比賽完后到答辯區(qū)域答辯，完成本次賽事。

（三）比賽要求

在參加比賽之前，需要將機(jī)器人的電源電量、傳感器和驅(qū)動(dòng)等調(diào)試到位（比賽中一些器材禁止使用，比如，電烙鐵、電鉆等工具）。進(jìn)場(chǎng)后前10分鐘為選手準(zhǔn)備時(shí)間，比賽開(kāi)始，裁判會(huì)發(fā)出比賽正式開(kāi)始通知，選手在各個(gè)對(duì)應(yīng)位置開(kāi)始進(jìn)行硬件調(diào)試、程序編寫(xiě)及場(chǎng)地測(cè)試后，完成比賽規(guī)定的任務(wù)動(dòng)作。比賽過(guò)程中不允許外出。進(jìn)場(chǎng)前務(wù)必核實(shí)零部件完好齊全。

三、搭建與編程

智能工程機(jī)器人的比賽，主要完成機(jī)器人的搭建與編程。在每一個(gè)環(huán)節(jié)中，都有學(xué)生需要?jiǎng)邮謩?dòng)腦的地方，尤其在編程中，不同的思考方式、不同的方案就是一種創(chuàng)新。筆者根據(jù)機(jī)器人的特點(diǎn)和小學(xué)生的認(rèn)知能力，在教學(xué)中將任務(wù)分成兩大塊。

第一塊的內(nèi)容：機(jī)器人主要由搬運(yùn)車和塔吊兩部分組成。因此，在實(shí)際教學(xué)中，可以將其歸為硬件類。硬件類需要學(xué)生通過(guò)基本的螺絲刀等工具去動(dòng)手組裝。根據(jù)學(xué)情，我將搬運(yùn)車的任務(wù)分成四個(gè)課時(shí)共49步驟。塔吊任務(wù)分成五個(gè)課時(shí)共87步驟。

第二塊的內(nèi)容：這部分主要是軟件的學(xué)習(xí)。這套機(jī)器人采用開(kāi)源的電子板，在編程方面主要是C語(yǔ)言的編譯?？紤]到小學(xué)生在編程方面的薄弱學(xué)情，結(jié)合任務(wù)的賽圖，將程序以樸實(shí)的語(yǔ)言解釋給學(xué)生聽(tīng)，讓學(xué)生看著任務(wù)圖就能知道具體需要編程的步驟。這樣，在潛移默化中學(xué)生就能掌握基本的編程步驟，了解編程的思想。

四、創(chuàng)客教育的創(chuàng)新探索

智能工程機(jī)器人綜合了信息技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域。如何將智能工程機(jī)器人完整地搭建好，這對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)具有一定的難度。學(xué)生通過(guò)自主探究、小組合作，在搭建的過(guò)程中去解決各種困難。這樣可以在實(shí)踐的過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，提高解決問(wèn)題的能力。智能工程機(jī)器人課程的實(shí)施，為學(xué)生提供了全面接觸、學(xué)習(xí)信息科技的機(jī)會(huì)，有利于中小學(xué)生信息素養(yǎng)、想象力、創(chuàng)造力的全面提高。

智能工程機(jī)器人實(shí)際上是多種器材的搭建，學(xué)生在設(shè)計(jì)創(chuàng)新上有想象的空間。但是，每種機(jī)器人都有自己的特點(diǎn)，我們可以適當(dāng)拓寬一些機(jī)器人知識(shí)，來(lái)幫助學(xué)生提高解決問(wèn)題的能力，積累更豐富的經(jīng)驗(yàn)。

目前，機(jī)器人在學(xué)校的教育裝備中占有一定的比重。而在日常的教學(xué)當(dāng)中，更多的是機(jī)械性地完成任務(wù)，重復(fù)地完成一些組裝，沒(méi)有上升到更高的理論層次。通過(guò)創(chuàng)客教育的深入學(xué)習(xí)，在課程的設(shè)置上，在課程模式的探究下，學(xué)生知道問(wèn)題是什么，如何去解決問(wèn)題。在這樣的思維訓(xùn)練下，學(xué)生可以自主探究解決問(wèn)題的辦法。長(zhǎng)此以往，學(xué)生可以更多地了解最新的創(chuàng)客教育動(dòng)向，幫助學(xué)生掌握解決問(wèn)題的方法。通過(guò)這些方法，幫助他們解決生活中的實(shí)際問(wèn)題。