第一篇:淺談仿真機(jī)器人教學(xué)中任務(wù)設(shè)計的有效性
淺談仿真機(jī)器人教學(xué)中任務(wù)設(shè)計的有效性
寧波鎮(zhèn)海區(qū)仁愛中學(xué) 熊國全 315200
由于仿真機(jī)器人教學(xué)便于組織管理,便于有效普及機(jī)器人基本知識,越來越多的學(xué)校開展這方面的活動。隨著仿真機(jī)器人教學(xué)和實踐的不斷深入,由于仿真機(jī)器人軟件先天不足和教學(xué)經(jīng)驗缺乏等原因,不少老師為完成教學(xué)任務(wù)而拼湊任務(wù),甚至直接將競賽任務(wù)用于課堂教學(xué),忽視任務(wù)設(shè)計的有效性,讓仿真機(jī)器人教學(xué)又成了“培訓(xùn)式教學(xué)”,以致影響了仿真機(jī)器人教學(xué)的效果,不利于學(xué)生信息素養(yǎng)的培養(yǎng)。
什么是任務(wù)的有效性?任務(wù)的有效性是指在教師的幫助下,在強(qiáng)烈的問題動機(jī)的驅(qū)動下,學(xué)生通過對學(xué)習(xí)資源的積極主動應(yīng)用,完成既定任務(wù)的同時,應(yīng)該在知識、技能、情感等方面獲得全面的發(fā)展。如何設(shè)計有效的任務(wù),讓仿真機(jī)器人教學(xué)煥發(fā)出強(qiáng)大的生命活力,是一個值得深思的問題。經(jīng)過幾年的探索,筆者對仿真機(jī)器人教學(xué)中任務(wù)設(shè)計的有效性有了一點淺薄的認(rèn)識,現(xiàn)拋磚引玉,供同行參考。
一、創(chuàng)設(shè)情景 突出趣味性
新課程強(qiáng)調(diào)“營造良好的信息環(huán)境,打造終身學(xué)習(xí)的平臺”。筆者認(rèn)為學(xué)生對機(jī)器人充滿著好奇心,對學(xué)習(xí)仿真機(jī)器人抱有很高的熱情,但是,在仿真機(jī)器人教學(xué)中,沒有創(chuàng)設(shè)趣味性情景的任務(wù)對延續(xù)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是一個極大的傷害,就談不上任務(wù)的有效性。為此,要設(shè)計有效的任務(wù),就要創(chuàng)設(shè)有效的任務(wù)情景:一方面任務(wù)情景要以激發(fā)學(xué)生興趣為基點,生動具體,形象逼真,有趣味性,在開始的教學(xué)環(huán)節(jié)能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,引起探索知識的欲望,在后續(xù)操作探究教學(xué)環(huán)節(jié)中能讓學(xué)生興趣持續(xù)下去,激發(fā)思維的積極性,持續(xù)情緒的活躍性,從而有利于學(xué)生有效完成任務(wù);另一方面任務(wù)情景要以積淀學(xué)生信息素養(yǎng)為重點目標(biāo),與具體的知識與技能、過程與方法相關(guān)聯(lián),切不可喧賓奪主。這樣,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中,才能通過完成任務(wù)能夠掌握本節(jié)課內(nèi)容,達(dá)到相應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo),獲取一個有價值和有意義的成果,否則任務(wù)情景再精彩也沒有價值。
例如講授灰度傳感器的作用時,若按以往方法,我會將任務(wù)設(shè)計成小車走軌跡。學(xué)生在完成任務(wù)的過程中也能夠掌握部分與灰度傳感器相關(guān)的知識,但任務(wù)情景為教學(xué)需要而有意杜撰,比較單一,缺乏真實感、趣味性,也沒考慮后續(xù)階段如何持續(xù)學(xué)生興趣,學(xué)生就感到?jīng)]有意思,自然沒有了學(xué)習(xí)的興趣和欲望。后來,由于杭州蘿卜圈公司的3D仿真軟件突出了基于物理引擎的設(shè)計,能模擬真實的剛體運(yùn)動以及物體的密度、質(zhì)量、速度、加速度等各種現(xiàn)實物理動力學(xué)屬性,在發(fā)生碰撞、受力、摩擦的運(yùn)動時能模擬出因不同屬性而發(fā)生的不同運(yùn)動效果,我用蘿卜圈公司的3D仿真軟件設(shè)計了生動具體的《環(huán)游金字塔》情景。剛上課,逼真的隧道、高高聳立的金字塔等場景一下子吸引學(xué)生的注意力,把學(xué)生從極具誘惑力的網(wǎng)絡(luò)世界引到我設(shè)計的教學(xué)任務(wù)中,從而激起學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣和主動探究的欲望。完成任務(wù)伊始,機(jī)器人走在規(guī)定的路線上如何避免掉下車道的情景引起學(xué)生興趣,而后機(jī)器人穿越隧道時驚險紛呈,再其次,程序不夠完善的機(jī)器人被旋轉(zhuǎn)的木頭打下車道,又引起學(xué)生的驚呼,??。同時在完成任務(wù)的過程中,學(xué)生必須利用灰度傳感器的作用來編寫程
序,結(jié)合使用前幾節(jié)課所學(xué)的傳感器,才能讓自己的小車順利通過一道道關(guān)卡。這樣,這個任務(wù)精彩迭起,足以持續(xù)引起學(xué)生的興趣,使學(xué)生更主動參與完成任務(wù)的操作,又至始至終貫穿著本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容。為了使自己的機(jī)器人順利環(huán)游金字塔,學(xué)生能以高漲的情緒開展思維,運(yùn)用與灰度傳感器相關(guān)的知識編寫程序。這樣通過老師創(chuàng)設(shè)一定的教學(xué)情境,在有效任務(wù)的驅(qū)動下,學(xué)生利用所學(xué)的知識進(jìn)行機(jī)器人知識的綜合運(yùn)用,同時提升了學(xué)生的機(jī)器人學(xué)習(xí)和創(chuàng)作能力,最終有效地培養(yǎng)了學(xué)生的信息素養(yǎng)。
二、回歸現(xiàn)實 突出科學(xué)性
仿真機(jī)器人教學(xué),可以幫助學(xué)生通過編制程序控制機(jī)器人在虛擬環(huán)境的運(yùn)動來學(xué)習(xí)科學(xué)的思維方式,提高邏輯思維能力,培養(yǎng)分析和解決問題的能力。但是,仿真機(jī)器人教學(xué)畢竟是在計算機(jī)中模仿真實機(jī)器人的運(yùn)動,以往受仿真軟件限制,教學(xué)中設(shè)計的任務(wù)常常不考慮現(xiàn)實生活中很多的不可忽視的因素,以致往往出現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動過于理想化,虛擬化的現(xiàn)象,如:仿真機(jī)器人上坡與下坡速度一樣,運(yùn)動時不用考慮摩擦力和動力等。學(xué)生與這種遠(yuǎn)離現(xiàn)實的仿真機(jī)器人的頻繁接觸,容易片面強(qiáng)化仿真的虛擬性、仿真性,而不會考慮真實環(huán)境中不得不面對的因素,如摩擦力,物體的慣性等,這樣就容易割斷仿真世界與客觀世界的聯(lián)系,導(dǎo)致學(xué)生感受不到來自自然與自我的挑戰(zhàn),容易忽視科學(xué)解決問題的重要性。這樣的教學(xué),不但難以達(dá)到仿真機(jī)器人的教學(xué)目的,而且不利于學(xué)生思維嚴(yán)謹(jǐn)性和周密性的培養(yǎng),不利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成。
機(jī)器人的運(yùn)動本身就是綜合了多門學(xué)科知識的運(yùn)動,因此仿真機(jī)器人教學(xué)中,設(shè)計教學(xué)任務(wù)時不能理想化,虛擬化,應(yīng)回歸現(xiàn)實突出任務(wù)的科學(xué)性,引導(dǎo)學(xué)生把信息技術(shù)作為獲取信息、探索問題、協(xié)作解決問題的認(rèn)知工具,在探索中掌握其他學(xué)科和信息技術(shù)的知識,在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)、綜合地分析和解決問題的能力。
例如,設(shè)計任務(wù)《駕駛員考駕照》時,我利用杭州蘿卜圈公司的3D仿真軟件,將任務(wù)回歸現(xiàn)實,如道路有起伏,有彎道,有上坡和下坡等。學(xué)生在完成任務(wù)時就發(fā)現(xiàn):汽車速度過快,在啟動時會顛簸,導(dǎo)致改變行駛方向,甚至于沖下道路。于是我引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系實際生活來思考小車的變速運(yùn)動,學(xué)生最終提出方案:在啟動時,先慢速起步,等速度上去了再加速至高速就不會顛簸。學(xué)生很快又有新問題:在走彎道時,高速行駛的小車很容易沖下道路;由于道路有起伏,高速行駛的小車會顛簸,也容易沖下道路。于是我引導(dǎo)學(xué)生分析走彎道時汽車速度不能過快的原因,引導(dǎo)學(xué)生分析某個瞬間汽車的受力方向,將相關(guān)科學(xué)知識遷移過來,以完善學(xué)生的知識。這樣,通過模擬逼真的現(xiàn)實物理運(yùn)動來促使任務(wù)回歸現(xiàn)實,強(qiáng)化了現(xiàn)實生活中很多的不可忽視的因素,突出了科學(xué)性,大大加強(qiáng)了機(jī)器人教學(xué)與其它學(xué)科知識整合,有效促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成。
三、以生為本 突出操作性
不少比賽任務(wù)非常新穎,對學(xué)生有很大的吸引力,但對于學(xué)生而言,這些任務(wù)作為課堂任務(wù)卻沒有可操作性,如,NOC的比賽任務(wù)《野外生存》非常有趣,可在一個課時內(nèi)大多數(shù)學(xué)生是沒有能力完成這項復(fù)雜任務(wù),少數(shù)有能力完成任務(wù)的學(xué)生因缺少足夠的時間也無法完成。仿真機(jī)器人教學(xué)中,通過上機(jī)操作學(xué)生能完成的任務(wù)才可能具有有效性,為此,教師設(shè)計任務(wù)時,應(yīng)秉持一切從學(xué)生出發(fā)的原則,充分考慮學(xué)生現(xiàn)有的文化知識結(jié)構(gòu)、認(rèn)知能力、年齡、興趣等特點,設(shè)計出貼近學(xué)生的操作能力和思維水平的任務(wù),這樣的任務(wù)才能稱得上有效的課堂任務(wù)。
例如,在講授伺服電機(jī)時,我進(jìn)行任務(wù)設(shè)計時,以學(xué)生為中心,設(shè)身處地的為學(xué)生著想,考慮到學(xué)生對《野外生存》感興趣,于是從NOC的比賽任務(wù)《野外生存》中分解出適宜學(xué)生學(xué)習(xí)的《飛渡天險》任務(wù):基本任務(wù)是機(jī)器人沿著彎曲的道路來到鐵索下,伸出手臂抓住鐵索越過峽谷滑至另一端的山頂,最后放開手臂落到山頂平地,提高任務(wù)則是在此基礎(chǔ)上調(diào)整機(jī)器人方向,繼續(xù)沿著山路前進(jìn)至終點。任務(wù)《飛渡天險》考慮到學(xué)生特點、知識接受能力的差異,容易被學(xué)生接受;其次是設(shè)計《飛渡天險》時考慮了任務(wù)的大小、知識點的含量、前后的聯(lián)系等多方面的因素,任務(wù)規(guī)模小,完成任務(wù)的程序比較短,容易被學(xué)生理解;再其
次是《飛渡天險》任務(wù)中涉及到許多學(xué)生能理解的科學(xué)原理,如慣性,重心等,符合學(xué)生的現(xiàn)有的文化知識結(jié)構(gòu),完成任務(wù)過程中,師生可以適時地加以總結(jié),概括出其規(guī)律性的知識,實現(xiàn)從現(xiàn)象到本質(zhì),由感性到理性的過渡。這樣,相對初中學(xué)生來說,《山地賽車》任務(wù)具有一定的可操作性,學(xué)生在操作中探求新知,實踐中把握真知,學(xué)習(xí)中掌握方法,有效地幫助學(xué)生獲取新知、熏陶科學(xué)情感。
四、關(guān)注問題 突出生活性
與學(xué)生的生活相去甚遠(yuǎn)的課堂任務(wù)是很難吸引學(xué)生的。信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出要結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活實際設(shè)計問題,讓學(xué)生在活動過程中掌握應(yīng)用信息技術(shù)解決問題的思想和方法。機(jī)器人的產(chǎn)生是基于人類社會生產(chǎn)力發(fā)展的需要,是人類認(rèn)識自然、改造自然的產(chǎn)物。因此,在仿真機(jī)器人教學(xué)中要關(guān)注生活中的問題,突出任務(wù)的生活性,比如我們可以引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)生活中的問題,使學(xué)生對新的知識產(chǎn)生強(qiáng)烈的探究愿望、解決問題的熱情與責(zé)任感,促使學(xué)生嘗試在完成任務(wù)的過程中掌握應(yīng)用機(jī)器人基本知識解決問題的思想和方法,從而有效培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和探究能力。
設(shè)計任務(wù)時教師既要根據(jù)教學(xué)實際,又要聯(lián)系學(xué)生實際,關(guān)注問題突出任務(wù)的生活性。實踐證明,學(xué)生在完成一個與他們實際生活和學(xué)習(xí)密切相關(guān)的學(xué)習(xí)任務(wù)時,會持續(xù)保持一種良好的學(xué)習(xí)狀態(tài)。例如為了講授測障傳感器和測距傳感器的作用,我提出一個現(xiàn)實問題:現(xiàn)在隨著社會發(fā)展,汽車普及的很快,汽車追尾事故的發(fā)生非常頻繁。同學(xué)們,假如現(xiàn)在你是汽車設(shè)計師,你會如何從技術(shù)上避免汽車追尾事故的發(fā)生?這個問題一提出,不少同學(xué)都建議:在汽車前方加上某種設(shè)施幫助駕駛員預(yù)防追尾事故。從而引出:在汽車前方加上測障傳感器作為檢測裝置,當(dāng)檢測到汽車前方有物體,將要發(fā)生追尾時,汽車在機(jī)器人控制下自動剎車。待學(xué)生完成這一任務(wù),我又提出新的質(zhì)疑:大家坐過公交車,當(dāng)司機(jī)突然剎車,站著的乘客會有什么反應(yīng)?學(xué)生:容易摔倒。老師:對,汽車在機(jī)器人控制下突然剎車,對乘客會產(chǎn)生很大的安全隱患,那么我們?nèi)绾胃倪M(jìn)設(shè)置以減少安全隱患?于是老師引導(dǎo)學(xué)生了解測距傳感器的作用,讓學(xué)生積極主動尋找問題,主動獲取新的知識。最后,師生利用提問與討論等方式,發(fā)揮課堂的群體作用提出新的方案:在汽車前方加上測距傳感器作為檢測裝置,當(dāng)測距傳感器檢測到汽車與前方有物體的距離小于一定值時,汽車在機(jī)器人控制下自動給駕駛員發(fā)出警報或控制汽車減速,當(dāng)汽車與前方有物體的距離小于危險臨界值,易發(fā)生追尾事故時,汽車在機(jī)器人控制下自動剎車,此時由于汽車速度不快,急剎車產(chǎn)生的安全隱患對乘客影響比較小。這樣設(shè)計任務(wù),學(xué)生容易在探索生活實際問題的過程中提出自己的實踐內(nèi)容或?qū)W習(xí)目標(biāo),形成開放式的教學(xué)模式,達(dá)到預(yù)先教學(xué)的效果,才能有效地將信息技術(shù)的學(xué)習(xí)與生活應(yīng)用有機(jī)的結(jié)合起來。
五、倡導(dǎo)成功 突出層次性
仁”容易導(dǎo)致水平高的學(xué)生無事可做,水平低的學(xué)生做不出來,為此在任務(wù)設(shè)計時要注意學(xué)生知識結(jié)構(gòu),要考慮到學(xué)生能力的多層次情況,由淺入深,化繁為簡,循序漸進(jìn)地來設(shè)計任務(wù),讓學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生感到吃得飽,讓學(xué)習(xí)能力較差的學(xué)生不會感到消化不了。這樣學(xué)生在完成一些與自己有能力完成的任務(wù)時,往往會專心致志,樂此不疲,待他體驗到成功的喜悅,面對自己的成果,充滿自豪,從而進(jìn)一步激發(fā)他探索的激情和信心,使學(xué)習(xí)從一個水平進(jìn)入到另一個更高的層次。
例如:講授迷宮搜索算法時,《山地賽車》任務(wù):基本任務(wù)是小車從起點出發(fā),沿著彎彎曲曲的盤山公路到達(dá)指定地點,提高任務(wù)是小車從指定地點原路返回出發(fā)地,終及任務(wù)則是按NOC的《野外生存》比賽任務(wù)的要求,小車快速行駛在盤山公路上。由于基本任務(wù)比較簡單,又有師生示范,絕大多數(shù)學(xué)生容易理解任務(wù),也能夠及時完成任務(wù)。當(dāng)大部分學(xué)生完成基本任務(wù),教師可引導(dǎo)學(xué)生完成提高任務(wù)。中學(xué)生具有很強(qiáng)的表現(xiàn)欲望,希望自己的行為被其他同學(xué)和教師所認(rèn)可,一般會有一半以上的學(xué)生盡自己的最大努力去完成它。當(dāng)有部分學(xué)生完成提高任務(wù),教師可以展示3D仿真軟件的在線比賽模式,引導(dǎo)學(xué)生思考、探究:如何讓
自己的小車快速在山道上行駛?經(jīng)過一段時間,有部分學(xué)生受小時候玩過的四驅(qū)車的啟發(fā),創(chuàng)新地提出在小車上加上導(dǎo)輪,在編程時讓小車偏向一側(cè)行駛,從而將速度提高許多,小車完成任務(wù)的時間大大減少。這樣,通過層次性任務(wù)設(shè)計,層次較低的學(xué)生也能面對自己的機(jī)器人體驗到成功感,而層次較高的學(xué)生在面對成功時會努力嘗試各種新穎的方法,激發(fā)他們進(jìn)一步探索的激情和信心。
第二篇:小學(xué)虛擬機(jī)器人教學(xué)任務(wù)設(shè)計有效性的思考
以生為本
興趣先行
——小學(xué)虛擬機(jī)器人教學(xué)任務(wù)設(shè)計有效性的思考
蓮都外國語學(xué)校 葉國幸
內(nèi)容摘要:在虛擬機(jī)器人的課堂教學(xué)中,任務(wù)設(shè)計起著關(guān)鍵性的作用。假若任務(wù)設(shè)計得恰到好處,可以讓自己舒心地上課,讓孩子快樂地學(xué)習(xí),取得事半功倍的效果,何樂而不為?本文結(jié)合杭州蘿卜圈公司的3D仿真機(jī)器人軟件IRobotQ3D的使用,從創(chuàng)設(shè)情境、貼近生活、以生為本和過程評價四個方面闡述了虛擬機(jī)器人教學(xué)中如果設(shè)計有效的任務(wù),使學(xué)生學(xué)有所得,學(xué)的快樂。
關(guān)鍵詞 虛擬機(jī)器人 任務(wù)設(shè)計
隨著機(jī)器人教育的普及與推廣,其在信息技術(shù)教學(xué)中的價值不斷提升。在開展競賽輔導(dǎo)的同時,應(yīng)盡快在課堂中開展機(jī)器人教學(xué),已經(jīng)逐漸成為廣大信息技術(shù)教師的共識。但實體機(jī)器人昂貴的價格,成為了廣大學(xué)校開展機(jī)器人教學(xué)活動的攔路虎。
近年來,高仿真的3D虛擬機(jī)器人軟件開始出現(xiàn)。虛擬機(jī)器人教學(xué)需要結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活實際設(shè)計任務(wù),讓學(xué)生通過流程圖式的編程方式控制機(jī)器人在虛擬環(huán)境中的運(yùn)動,提高邏輯思維能力,培養(yǎng)分析和解決問題的能力。為希望開展機(jī)器人教學(xué)的眾多學(xué)校提供了一個新的選擇。筆者使用IRobotQ3D虛擬機(jī)器人軟件開展了一年的教學(xué)活動,并將自己在教學(xué)中對任務(wù)設(shè)計的些許體會總結(jié)為如下四點,供大家參考。
一、創(chuàng)設(shè)情境 激發(fā)學(xué)生興趣
現(xiàn)在的虛擬機(jī)器人課堂教學(xué)最常見的問題是:學(xué)案就像一部“軟件說明書”,教師設(shè)計的任務(wù)更像是“說明書”的介紹與演示,而學(xué)生的操作實踐則是機(jī)械的重復(fù)練習(xí)。將情境教學(xué)引入任務(wù)設(shè)計當(dāng)中能很好地解決這一問題。從學(xué)生的現(xiàn)實生活出發(fā),在任務(wù)設(shè)計時創(chuàng)設(shè)一系列生活化的情境,通過學(xué)生的體驗與實踐,使學(xué)生懂得如何搭建簡單高效的機(jī)器人,編制有效的程序來解決任務(wù)中方方面面的問題,增強(qiáng)對虛擬機(jī)器人的理解與感悟,進(jìn)而獲得情感的升華。
創(chuàng)設(shè)有效的任務(wù)情境需要注意兩點:一是要以激發(fā)學(xué)生興趣為基礎(chǔ),生動具體,形象逼真,有趣味性,能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,引起探索知識的欲望,在后續(xù)操作探究教學(xué)環(huán)節(jié)中能讓學(xué)生興趣持續(xù)下去,激發(fā)思維的積極性,從而有利于學(xué)生有效完成任務(wù)。二是任務(wù)情境要以提高學(xué)生信息素養(yǎng)為目標(biāo),與具體的知識與技能、過程與方法相關(guān)聯(lián),切不可喧賓奪主。只有這樣,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中,才能通過完成任務(wù),達(dá)到相應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo),否則任務(wù)情境設(shè)計得再精彩也失去了應(yīng)有的價值。
范例一:為了使學(xué)生能最直觀地了解灰度傳感器的作用,一開始,我將任務(wù)設(shè)計成在一個只有簡單軌跡的場地中讓小車進(jìn)行軌跡練習(xí)(見圖1)。學(xué)生在完成任務(wù)的過程中的確能掌握部分與灰度傳感器相關(guān)的知識,但任務(wù)情境比較單一,缺乏真實感、趣味性,無法保持學(xué)生的興趣,很快學(xué)生就沒有了學(xué)習(xí)的興趣和欲望。后來,我將競速、探險等元素融入任務(wù)設(shè)計中。在《環(huán)游金字塔》的任務(wù)中(見圖2),要求機(jī)器人從起點出發(fā),沿漫游路徑,通過金字塔內(nèi)部、轉(zhuǎn)盤、翹翹板等到達(dá)終點。學(xué)生不但要搭建機(jī)器人,使其順利到達(dá)終點,還要比賽誰的機(jī)器人用時最短。由于IRobotQ3D虛擬機(jī)器人軟件突出了基于物理引擎的設(shè)計,能模擬真實的物體運(yùn)動以及物體的密度、質(zhì)量、速度、加速度等各種現(xiàn)實物理屬性,在發(fā)生碰撞、受力、摩擦等運(yùn)動時能模擬出不同的運(yùn)動效果,在任務(wù)過程中,學(xué)生還要避免機(jī)器人因速度過快等因素掉下跑道。軟件創(chuàng)建的仿真場景中,跑道的四周包圍著茫茫沙漠,遠(yuǎn)處高聳的金字塔,逼真的隧道等場景一下子吸引學(xué)生的注意力,立刻就把學(xué)生引到筆者設(shè)計的教學(xué)任務(wù)中,從而激起學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣和主動探究的欲望。為了完成任務(wù),學(xué)生必須利用灰度傳感器來搭建機(jī)器人,結(jié)合前幾節(jié)課所學(xué)的傳感器知識,才能讓自己的小車順利通過一道道關(guān)卡。這樣的任務(wù)精彩不斷,能持續(xù)引起學(xué)生的興趣,使學(xué)生更主動參與完成任務(wù)的操作。這樣通過老師創(chuàng)設(shè)一定的教學(xué)情境,在有效任務(wù)的驅(qū)動下,學(xué)生利用所學(xué)的知識進(jìn)行機(jī)器人知識的綜合運(yùn)用,同時提升了學(xué)生的機(jī)器人學(xué)習(xí)和創(chuàng)作能力,最終有效地培養(yǎng)了學(xué)生的信息素養(yǎng)。
圖1
圖2
二、貼近生活 聯(lián)系學(xué)生實際
與學(xué)生的生活相去甚遠(yuǎn)的課堂任務(wù)是很難吸引學(xué)生的。虛擬機(jī)器人教學(xué)需要結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活實際設(shè)計任務(wù),讓學(xué)生通過流程圖式的編程方式控制機(jī)器人在虛擬環(huán)境中的運(yùn)動,提高邏輯思維能力,培養(yǎng)分析和解決問題的能力。因此,在虛擬機(jī)器人教學(xué)中,設(shè)計教學(xué)任務(wù)時應(yīng)回歸現(xiàn)實,突出任務(wù)的科學(xué)性,引導(dǎo)學(xué)生把信息技術(shù)作為獲取信息、探索問題、協(xié)作解決問題的認(rèn)知工具,在探索中掌握其他學(xué)科和信息技術(shù)的知識,在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)地分析和解決問題的能力。
由于早期虛擬機(jī)器人軟件的各種不足,教學(xué)中設(shè)計的任務(wù)往往會忽略很多現(xiàn)實生活中的因素,出現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動過于理想化,虛擬化的現(xiàn)象。使學(xué)生對所學(xué)習(xí)的物理傳感器的作用不夠真實、深刻。如:虛擬機(jī)器人運(yùn)動時始終保持勻速,也不用考慮摩擦力和動力等。時間長了,學(xué)生容易忽視真實環(huán)境中不得不面對的摩擦力、慣性等因素。這樣就切斷了虛擬世界與現(xiàn)實世界的聯(lián)系。這樣的教學(xué),不但難以達(dá)到虛擬機(jī)器人的教學(xué)目標(biāo),而且不利于學(xué)生思維嚴(yán)謹(jǐn)性和周密性的培養(yǎng)。
范例二:在任務(wù)《訓(xùn)練汽車駕駛員——起步直行》中,學(xué)生在完成任務(wù)時就發(fā)現(xiàn):如果將小車速度設(shè)置過快,在起步時會小車前輪會抬起,甚至?xí)嶔ぃㄒ妶D3),導(dǎo)致改變行駛方向。于是我引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合現(xiàn)實生活中的汽車運(yùn)動,來思考小車發(fā)生這種情況的原因。經(jīng)過討論學(xué)生提出解決方案:根據(jù)現(xiàn)實生活中的情況,小車在起步時速度不應(yīng)過快,起步穩(wěn)定后,再加速就不會有小車抬頭和顛簸的情況了。這時就可以將科學(xué)課中摩擦力方面的知識遷移過來。這樣,通過模擬逼真的現(xiàn)實物理運(yùn)動來促使任務(wù)回歸現(xiàn)實,強(qiáng)化了現(xiàn)實生活中很多的不可忽視的因素,突出了科學(xué)性,大大加強(qiáng)了機(jī)器人教學(xué)與其它學(xué)科知識整合,同時促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成。
圖3
三、以生為本 重視學(xué)生操作
課堂上,精心設(shè)計的情境激發(fā)出學(xué)生的探索欲后,教師不但要帶領(lǐng)學(xué)生分析情境中需要解決的問題,討論解決問題的方法,還要在學(xué)生的操作過程中,不斷巡視,及時發(fā)現(xiàn)問題。許多問題只有在學(xué)生親自操作后才能發(fā)現(xiàn),甚至許多教師已經(jīng)講解過的內(nèi)容,學(xué)生在操作過程中,依然會出現(xiàn)問題,教師的適時指導(dǎo)在這里顯得尤為重要。人與人的個體差異是客觀存在的,而信息技術(shù)課堂上,學(xué)生的個體差異尤為明顯。情境中遇到的問題難度不一,學(xué)生的完成情況也將出現(xiàn)差異。教師在巡視中要及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生操作中的問題,個別問題個別輔導(dǎo),具有共性的問題適時地介入并對全班進(jìn)行講解,更為重要的是要及時發(fā)現(xiàn)有問題卻不敢提問的學(xué)生,幫助他們解決問題。
不少虛擬機(jī)器人比賽的任務(wù)場景華麗,設(shè)計新穎,對學(xué)生有很大的吸引力和挑戰(zhàn)性。但對于學(xué)生而言,在每周只有一課時的情況下,在課堂上完成這些任務(wù)顯然不現(xiàn)實。浙江省的比賽項目《汽車總動員》(見圖4)非常有趣,由于學(xué)生練習(xí)的時間有限,有些學(xué)生一節(jié)課都無法搭建好機(jī)器人。能力強(qiáng)的學(xué)生,即使搭建好機(jī)器人,也由于時間的限制,很難完成這個任務(wù)。在虛擬機(jī)器人教學(xué)中,只有學(xué)生能在指定時間內(nèi)能完成的任務(wù)才是有效的。因此,教師設(shè)計任務(wù)時,應(yīng)充分考慮學(xué)生現(xiàn)有的情況,設(shè)計出貼近學(xué)生的操作能力和思維水平的任務(wù),這樣的任務(wù)才能稱得上有效的課堂任務(wù)。
圖4 于是筆者從《汽車總動員》中分解出適宜學(xué)生學(xué)習(xí)的《攻克直角彎》任務(wù):基本任務(wù)是機(jī)器人沿著從起點開始的直道高速前進(jìn),沿途要吃盡可能多的得分體,并要使機(jī)器人順利通過一個直角彎道,最后通過大橋到達(dá)終點。這個任務(wù)規(guī)模小,完成任務(wù)的程序比較短,容易被學(xué)生理解。任務(wù)中涉及到許多學(xué)生能理解的科學(xué)原理,如慣性,重心等,符合學(xué)生的現(xiàn)有的文化知識結(jié)構(gòu),完成任務(wù)過程中,教師可以適時地加以總結(jié),概括出其規(guī)律性的知識,實現(xiàn)從現(xiàn)象到本質(zhì),由感性到理性的過渡。這樣的任務(wù)具有一定的可操作性,學(xué)生在操作中探求新知,實踐中把握真知,學(xué)習(xí)中掌握方法,有效地幫助學(xué)生獲取新知、熏陶科學(xué)情感。
四、評價過程 鼓勵學(xué)生創(chuàng)新
在3D仿真虛擬機(jī)器人教學(xué)中,大部分任務(wù)都具有很強(qiáng)的目標(biāo)導(dǎo)向性,學(xué)生完成任務(wù)的情況,只看運(yùn)行結(jié)果就能一目了然,以致學(xué)習(xí)評價通常都采用終結(jié)性評價。由于學(xué)生之間存在差異,不是所有學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)都能完成指定的任務(wù),而終結(jié)性評價容易降低基礎(chǔ)較差學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,也影響了任務(wù)情境所激發(fā)出來的學(xué)習(xí)熱情的持續(xù)效果。因此,在虛擬機(jī)器人的教學(xué)中,學(xué)習(xí)評價要在完成任務(wù)的過程中及時進(jìn)行,不能等學(xué)生完成所有任務(wù)后才進(jìn)行評價。
范例三:筆者在設(shè)計《訓(xùn)練汽車駕駛員》這一任務(wù)中的第二課《直行轉(zhuǎn)彎》時,只為學(xué)生提供了常規(guī)的如圖5中②所示程序范例。
圖5 但是在學(xué)生的實際練習(xí)中,卻意外地出現(xiàn)了①和③兩種轉(zhuǎn)彎路線。在發(fā)現(xiàn)了新方法后,筆者立刻對這幾名學(xué)生進(jìn)行了肯定和表揚(yáng),并請他們演示和講解自己的程序,使他們贏得了同學(xué)的掌聲。這幾名學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)中,表現(xiàn)的更加自信也更加努力地研究程序。可見,在教學(xué)中注重過程性評價,及時鼓勵創(chuàng)新,肯定學(xué)生的學(xué)習(xí)成果,會對學(xué)生帶來極大的鼓舞,增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。
虛擬機(jī)器人教學(xué),既有明顯的程序特征又有典型的應(yīng)用特點。教師不僅要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計有效的教學(xué)任務(wù),還需要更多地研究虛擬機(jī)器人的教學(xué)內(nèi)容,深入研究學(xué)生的身心發(fā)展特點,因材施教,努力做到讓所有學(xué)生都能學(xué)有所得,讓學(xué)生通過虛擬機(jī)器人的學(xué)習(xí),能夠在創(chuàng)新思維、動手實踐和解決問題等能力上得到真正的發(fā)展與提升,為今后的學(xué)習(xí)、工作、生活打下良好的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn):
[1] 簡子洋.3D仿真虛擬機(jī)器人課堂教學(xué)策略研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備, 2012(18).[2] 龍麗嫦.虛擬機(jī)器人:讓信息技術(shù)教育更豐盈[J].中國現(xiàn)代教育裝備, 2012(18).[3] 熊國全.淺談仿真機(jī)器人教學(xué)中任務(wù)設(shè)計的有效性[EB/OL].[2013-3-26].http://wenku.baidu.com/view/2d50842abcd126fff7050be2.html.
第三篇:機(jī)器人-紅綠燈-仿真實驗報告
“機(jī)器人控制”課程總結(jié)報告
機(jī)器人控制
綜合仿真實驗
——紅綠燈
姓名:李鈴
年級:2011級
系別:信息工程學(xué)院 計科(師)學(xué)號:1111000048
同組人姓名:楊晨
年級:2011級
系別:信息工程學(xué)院 計科(師)同組人學(xué)號:1111000054
2013年5月14日
第 1 頁 【實驗?zāi)康摹?/p>
進(jìn)一步熟悉keil仿真軟件、proteus仿真軟件的使用。了解并熟悉單片機(jī)I/O口和數(shù)碼管的電路結(jié)構(gòu)學(xué)會構(gòu)建簡單的紅綠燈電路。掌握C51中單片機(jī)I/O口的編程方法和使用I/O口進(jìn)行輸入輸出的注意事項。
【實驗要求】
利用proteus仿真軟件和keil仿真軟件實現(xiàn)交通信號燈的功能。
【實驗環(huán)境】
Proteus與keil聯(lián)合,語言環(huán)境為匯編語言。
【實驗用品】
proteus仿真軟件,keil仿真軟件,個人計算機(jī)一臺。
【實驗內(nèi)容】
一、利用proteus軟件畫出電路圖
1、打開proteus軟件,點擊P選擇電器元件(見圖1.1),在keywords中搜索要用到的電器元件(見圖1.2和圖1.3),在本次試驗中選擇型號為AT89C51單片機(jī)。找到后雙擊元件名稱,這樣元件就顯示在DEVICES中了(見圖1.4),選好后點擊“OK”關(guān)閉窗口。
圖 1.1
圖 1.2
圖 1.3
圖 1.4
2、選中左側(cè)的AT89C51元件,在作圖區(qū)域內(nèi)單擊鼠標(biāo)左鍵,會出現(xiàn)圖1.5左邊的圖象,再次單擊鼠標(biāo)左鍵,會出現(xiàn)圖1.5右邊的圖像,此時已經(jīng)安放好了AT89C51元件。
圖
1.5
3、按照上述步驟找齊電路中還需要的電器元件,包括:電阻(RES17個,RESPACE1個),電容(CAP2個,CAPELEC1個),三極管(2N222 2個),發(fā)光二級管(LED-GREEN1個,LED-RED1個,LED-YELLOW1個),數(shù)碼管(7SEG1個),開關(guān)(BUTTON1個),晶振(GRYSTAL1個)。
4、將各個元件組合,最終形成如圖1.6的電路圖。
二、利用keil軟件編寫程序并生成.asm文件和.hex文件
1、打開keil軟件,選擇工程->新建工程(見圖1.7),并確定存放位置。
圖 1.7
2、選擇單片機(jī):Atmel->AT89C51,之后的對話框選擇“否”,如圖1.8。
圖 1.8
3、新建程序:文件->新程序文件,如圖1.9.4、編輯程序文件如下:
ORG 0000H TEMP EQU 24H TEMN EQU 25H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP T0_INT ORG 0013H LJMP TI_INT T0_INT: MOV A, P1 PUSH ACC MOV P1, #0FFH MOV P1, #0F3H MOV P0, #00H JNB P3.2,$ POP ACC MOV P1, ACC RETI TI_INT: MOV A, P1 PUSH ACC MOV P1, #0FFH MOV P1, #0DEH
圖 1.9 MOV P0,#00H JNB P3.3,$ POP ACC MOV P1, A RETI MAIN: SETB EA SETB EX0 SETB EX1 CLR F0 START1: MOV TEMP, #25 MOV P1, #0F3H LOOP1: ACALL DELAY DEC TEMP MOV A,TEMP MOV P0, TEMP JNB P1.6,START3 JNB P1.7,START11 CJNE A,#0, NEXT1 LJMP START2 NEXT1: LJMP LOOP1 START11: MOV TEMP, #65 MOV P1, #0F3H LOOP11: ACALL DELAY DEC TEMP MOV A,TEMP MOV P0, TEMP JNB P1.6,START33 JNB P1.7,START1 CJNE A,#0, NEXT11 LJMP START11 NEXT11: LJMP LOOP11 START2: MOV P1, #0F5H MOV TEMN,#05 LOOP2: ACALL DELAY1 DEC TEMN MOV A,TEMN CJNE A, #0,NEXT2 LJMP START3 NEXT2: LJMP LOOP2 START3: MOV TEMP, #25 MOV P1,#0DEH LOOP3: ACALL DELAY DEC TEMP MOV A,TEMP MOV P0, TEMP JNB P1.6,START1 JNB P1.7,START33 CJNE A, #0,NEXT3 LJMP START4 NEXT3: LJMP LOOP3 START33: MOV TEMP, #65 MOV P1,#0DEH LOOP33: ACALL DELAY DEC TEMP MOV A,TEMP MOV P0, TEMP JNB P1.6,START11 JNB P1.7,START3 CJNE A, #0,NEXT33 LJMP START4 NEXT33: LJMP LOOP33 START4: MOV P1, #0EEH MOV TEMN,#05 LOOP4: ACALL DELAY1 DEC TEMN MOV A, TEMN CJNE A,#0,NEXT4 LJMP START1 NEXT4: LJMP LOOP4 RETI DELAY: MOV A,TEMP MOV B, #10 DIV AB MOV R5, A MOV R6, B MOV R0, #10 L0: MOV R1, #250 L1:MOV A,R5 MOV P0, A CLR P2.4 ACALL DIMS SETB P2.4 MOV A,R6 MOV P0,R6 CLR P2.5 ACALL DIMS SETB P2.5 DEC R1 DJNZ R1,L1 DEC R0 DJNZ R0,L0 RETI DELAY1: MOV A,TEMN MOV B, #10 DIV AB MOV R5, A MOV R6, B MOV R2, #10 L2: MOV R3, #250 L3:MOV A,R5 MOV P0, A CLR P2.4 ACALL DIMS SETB P2.4 MOV A,R6 MOV P0,R6 CLR P2.5 ACALL DIMS SETB P2.5 DEC R3 DJNZ R3,L3 DEC R2 DJNZ R2,L2 RETI DELAY11: MOV A,TEMP MOV B, #10 DIV AB MOV R5, A MOV R6, B MOV R0, #10 Y0: MOV R1, #250 Y1:MOV A,R5 MOV P2, A CLR P2.6 ACALL DIMS SETB P2.6 MOV A,R6 MOV P2,R6 CLR P2.7 ACALL DIMS SETB P2.7 DEC R1 DJNZ R1,Y1 DEC R0 DJNZ R0,Y0 RETI DIMS: MOV R7,#250 DJNZ R7,$ RET END
4、生成asm文件。文件->保存,如圖1.10,注意后綴為.asm
圖 1.10
5、生成hex文件。Target->source group 1->右鍵->Add Files to Group‘Source Group 1’,單擊Add,然后單擊Close。單擊Build Toolbar->Options for Target,如圖1.11進(jìn)行設(shè)置。調(diào)試正常后,project->build target生成hex文件(十六進(jìn)制文件)。
圖 1.11
【實驗小組分工情況】
李鈴負(fù)責(zé)Proteus軟件部分,楊晨負(fù)責(zé)keil軟件和p-k聯(lián)動部分。
【結(jié)論】
基本實現(xiàn)紅綠燈電路,進(jìn)一步熟悉了keil仿真軟件、proteus仿真軟件的使用。了解并熟悉單片機(jī)I/O口和數(shù)碼管的電路結(jié)構(gòu)。掌握C51中單片機(jī)I/O口的編程方法和使用I/O口進(jìn)行輸入輸出的注意事項。
【收獲和體會】
考慮到本組的第一和第二個仿真實驗分別為流水燈和數(shù)碼管動態(tài)顯示,我組成員決定這個綜合的仿真實驗結(jié)合這前兩個仿真做一個紅綠燈的仿真實驗。本意是想根據(jù)實際情況,即紅燈和綠燈亮起的時間較長為25秒,黃燈較短為5秒,根據(jù)紅黃綠的順序顯示,并且有數(shù)字顯示剩余時間。但是實驗并未獲得成功,最后數(shù)碼管正常運(yùn)轉(zhuǎn),燈卻不亮,進(jìn)行多次調(diào)試后也沒能成功,這是本次實驗的一個問題。此外,本次實驗的匯編代碼有些復(fù)雜,在編譯時花了不少時間。
第四篇:任務(wù)三 智能化的機(jī)器人系統(tǒng) 教學(xué)設(shè)計
任務(wù)三 智能化的機(jī)器人系統(tǒng) 教學(xué)設(shè)計
1教學(xué)目標(biāo)
1、了解機(jī)器人的組成;
2、知道硬件組成部分及其作用;
3、知道軟件的控制作用;
4、認(rèn)識機(jī)器人圖形化編程方式 2重點難點
知道硬件組成及其作用及圖形化編程方式 3教學(xué)過程
活動1【導(dǎo)入】
一、引入
在廣西南寧科技館的入口有一個人形機(jī)器人,它很聰明,你可以向它提問,它都能對答如流。展示圖片。它怎么那么聰明呢?讓我們一起來了解機(jī)器人的組成部分及其作用吧!活動2【講授】
二、新課
1、機(jī)器人的硬件
活動:分組拆卸巡邏報警機(jī)器人
注意:拆裝順序,放好零件,做好記錄,填寫48頁的表格說說組成部件
2、教師講解和小結(jié)
傳感器;控制器;輪子;電機(jī);塑料件;電池等組成,稱之為硬件系統(tǒng)??刂破飨喈?dāng)于機(jī)器人的大腦,由它命令機(jī)器人做什么;輪子,喇叭,燈等統(tǒng)稱為執(zhí)行部件,執(zhí)行部件的帶動要靠電動機(jī),電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)要靠電池來維持。不管多么復(fù)雜的機(jī)器人,它都由這些基本的部件所組成。
3、機(jī)器人的軟件的作用
幾年的電腦學(xué)習(xí)我們知道電腦的工作除了硬件,還必須有軟件。機(jī)器人也一樣,前面所說的控制器是它的大腦,存儲著執(zhí)行任務(wù)的程序,這些程序就稱之為軟件。機(jī)器人就是按照控制器中的程序來執(zhí)行任務(wù)的,可見軟件的作用。
4、機(jī)器人圖形化編程方式
編寫程序這項工作就由人腦來完成了。常用的工具軟件有圖形化交互和代碼編寫。用圖形化編程的話,比較簡便和快速。但是在編寫之前,首先要清楚機(jī)器人的工作過程或動作順序。比如課本上的一個例子?;顒?【練習(xí)】【學(xué)生練習(xí)】
說說機(jī)器人工作的動作。52頁 活動4【活動】【學(xué)生活動】
本課重點是知道軟件的控制作用,這里著重讓學(xué)生通過小組探討尋找答案。(定一定)
1、請同學(xué)們按6人一組分組,領(lǐng)取巡邏報警機(jī)器人。
2、編寫簡單巡邏報警機(jī)器人遇到障礙物報警的控制程序。(1)機(jī)器人前進(jìn)。
(2)如果沒有碰到障礙物繼續(xù)前進(jìn)。(3)如果碰到障礙物停止前進(jìn)。
(4)閃爍報警燈。
本環(huán)節(jié)充分體現(xiàn)了教師把學(xué)習(xí)的主動權(quán)交給學(xué)生,培養(yǎng)學(xué)生“善于觀察”“善于思考”“善于實踐”給予學(xué)生充分的自我發(fā)展空間,有效地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。
第五篇:《機(jī)器人》教學(xué)設(shè)計
《機(jī)器人》教學(xué)設(shè)計
機(jī)器人
教材分析 :
本課屬于“造型表現(xiàn)”領(lǐng)域,通過畫一畫,或做一做機(jī)器人,使學(xué)生初步了解機(jī)器人的簡單知識,了解機(jī)器人與人的關(guān)系,啟發(fā)學(xué)生對科學(xué)技術(shù)發(fā)展的關(guān)注,激發(fā)學(xué)生熱愛科學(xué)的熱情。
教學(xué)內(nèi)容與目標(biāo): 顯性內(nèi)容與目標(biāo):
應(yīng)知:了解機(jī)器人的相關(guān)知識,知道機(jī)器人與人有著密切的關(guān)系。
應(yīng)會:能用繪畫的方法畫一個機(jī)器人,或者用多種材料制作機(jī)器人。隱性內(nèi)容與目標(biāo):
啟發(fā)學(xué)生對科學(xué)技術(shù)發(fā)展的關(guān)注,激發(fā)學(xué)生熱愛科學(xué)的熱情,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。教學(xué)重點:
了解機(jī)器人的種類、特點和功能,利用多種繪畫用具進(jìn)行繪畫創(chuàng)作,也可利用廢舊材料設(shè)計制作。教學(xué)難點:
生動的表現(xiàn)機(jī)器人的功能和作用。
教學(xué)過程:
1、講 授 新 課
組織學(xué)生參觀師生制作的有關(guān)展板: 機(jī)器人文字資料,機(jī)器圖片字資料,表現(xiàn)機(jī)器人的優(yōu)秀作品 參觀展板,了解機(jī)器人的特點和功能。解答問題:
(1)為什么叫機(jī)器人?(2)機(jī)器人能做什么?
(3)機(jī)器人必須是人的樣子嗎?
(4)機(jī)器人是使用什么材料制作的? 引導(dǎo)學(xué)生觀察機(jī)器人的種類和特征。
2、引發(fā)興趣,激發(fā)熱愛科學(xué)的情感。
教師學(xué)生共同介紹機(jī)器人資料,小組同學(xué)互相介紹課前搜集的有關(guān)機(jī)器人資料,典型發(fā)言,展示資料。培養(yǎng)搜集信息和合作能力,初步了解有關(guān)機(jī)器人的科學(xué)知識。
利用電子白板觀看機(jī)器人是怎樣幫助人做事的錄像資料。觀看錄像思考: 機(jī)器人是怎樣幫助人類工作的? 激發(fā)學(xué)生熱愛科學(xué)的情感,啟發(fā)創(chuàng)新思路。
3、機(jī)器人設(shè)計繪畫的基本方法:
通過欣賞圖片,及觀看錄像資料,同學(xué)們對機(jī)器人有了基本的了解,下面我們就來設(shè)計出新穎美觀,能為人類造福的機(jī)器人。你們想設(shè)計有什么功能的機(jī)器人? 它們都會干什-