机器人程序设计教学实践.docx

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1、 机器人程序设计教学实践 机器人程序设计课程作为一门新兴的学科，有其自身进展的特点，常规的教学模式已经无法满意机器人课程进展的需要。自2023年我校开展机器人教学活动以来，笔者经过十多年的潜心实践摸索，总结出了一套“以赛代练”的学习模式。“以赛代练”是实施探究式学习模式的方法，对学生来说“以赛代练”是一种学习形式，适用于学习技能类的学问，尤其适用于学生自主解决问题的力量以及操作等方面的技能。 一、“以赛代练”学习模式概述 “以赛代练”的模式包括选定工程、参考规章、程序设计、成果沟通、活动反思等过程，是以分组竞技的形式完成学习任务。“赛”顾名思义就是机器人竞赛，把机器人竞赛作为学生的学习目的，把

2、竞赛规章作为学生的学习目标，学生依据自身的学习力量来细化规章，制定教学的重难点，循序渐进地完成任务。例如，光感传感器对机器人循迹来说是核心的元件，所以在教学光感元件时，针对根底学问比拟薄弱的学生制定的初始目标为运用一个光感走黑线，针对根底相对较好的学生制定的目标为运用两个、三个、四个、五个光感来循迹，并比照、总结不同光感数量对循线技能的影响。“练”是指练习、操作，学生根据既定的学习目标设计算法编译程序，整个过程中学生不断地发觉问题、解决问题，反复操作。例如，在机器人足球竞赛中，机器人是通过光感传感器来推断进攻与防守区的，由于传感器在机器人底部离地面有肯定的距离，空隙的大小直接影响了测量回值，针

3、对这一问题，学生们经过反复地试验操作，设计出用“裙子”进展遮光，降低了不同环境下光的强度对光感的影响。“以赛代练”即赛中做，赛中学。学生在解决问题时能够学会整体构思、设计开发，并能够针对工程主题主动讨论、动手实践，享受主动学习的乐趣，同时学会合作，共同体会胜利与失败，进而成长为一个能适应社会需要的人才。 二、“以赛代练”学习模式建构 1.选定工程，分组竞技首先组成学习小组（两人为一组），学生们要相互了解，为合作学习创设一个良好的气氛，分组采纳异质分组的原则。例如，机器人循迹竞赛主要考察机器人循迹线路以及走完全程需要的时间，兼顾稳定的外观与性能。分组时教师可以将建模力量强的学生与编程力量强的学生

4、进展搭配，优势互补。 2.解读规章，制定目标同一工程不同组别的学生进展规章解读时，各组依据自身原有的学问根底以及学习力量的不同制定不同的学习目标。机器人学习目标确实定不外乎两个方向：一是机器人硬件的使用，包括马达掌握模块、超声波传感器、光电传感器以及声控等；二是程序语句的运用，如循环语句、条件推断语句等。在此过程中，教师扮演“旁观者”的角色，充分表达学生的主体地位，但针对学生的共性问题要准时作出提示与引导。例如，当学生开头使用RoboEXP机器人快车软件设置马达“前进”与“后退”的时候，特殊简单混淆马达模块的“正转”与“反转”的概念，机器人的构造是任意搭建的，一样设置的马达模块安装在机器人左侧

5、或右侧会产生不同的效果。学生经过屡次尝试，教师进展适当提示，学生形成一个默认的习惯，就是用马达模块图标来确定“马达模块转动的方向”与“机器人的方向”之间的关系，马达模块“正转”能使机器人“前进”；马达模块“反转”能使机器人“后退”。 3.设计算法，编译程序确定学习目标后，小组成员将分头查找资料，击破各难点。学生自主学习尝试机器人掌握程序的算法设计与编译，遇到问题时小组内部沟通，教师也可以帮忙学生解决在机器人编程中遇到的难题。教师由学问传授者转变为学习的引导者，学生的角色由被动的承受者变为主动的探究者。在足球工程中，学生们发觉了一个技术难题。在赛场上，用绿色和浅绿色区分场地左右两边，但是两种绿色

6、特别接近，使用灰度传感器检测的时候，检测值只有2到3的差距，这意味着在剧烈的竞赛中，机器人很简单消失误判，学生很难写出有针对性的策略。场地检测问题成为竞赛的一个瓶颈，那么如何解决这个问题呢？一开头，学生总在程序方面去想方法，迟迟不能突破，后来，有的组想到了用统计的方法来解决问题，既然两种颜色的差值不够明显，那么我们可以增加样本的数量，14或者24个样本一起检测，这样区分度就明显了。问题最终得到了解决，但照旧不够抱负，当机器人从一个色块运动到另一个色块的时候，明明是在不同区域，但平均值却是两种颜色的中间值，仍会有误差、误判等状况发生，最终我们升级了这一段程序的设计，仍采纳统计学的方法，但改为在程

7、序中统计消失不同颜色的频率，每采样十次，做一次推断。后来，学生在程序中使用统计学的次数越来越多，也越来越娴熟，他们开头有目的地统计攻门次数、控球时间、射门概率等，一些概率学和统计学的学问教师都不知道，但学生们却能通过查找资料自主学习，笔者感受到了他们无穷的潜力。2对2机器人足球竞赛，机器人的排兵布阵尤为重要，或一攻一防或同时进攻，依据不同的策略编译不同的程序。在实践过程中学生发觉了许多问题，尤其是两种策略的对决，一攻一防队在进攻方面明显比拟薄弱；两攻队的进攻力量很强，但球在自己区域的时候防守缺陷却很严峻。有没有一种策略能够解决这些问题呢？学生们经过屡次尝试后，最终将两种策略优化整合，即先将场地

8、分成肯定的区域，每个机器人各自负责一片区域，只要球位于自己的区域内，就享有踢球的优先权，反之则帮助进攻或者防守。这种方法并没有明确的分工，也互不侵害，大大提高了机器人活动的效率。 4.以赛代练，成果沟通学生通过组与组之间的竞赛，发觉对手的优点，反思自己作品存在的问题。以赛代练强调的不仅是学生以竞赛的形式完成任务，更是要让他们通过竞赛更清晰地熟悉到自己的缺乏。竞赛只是查漏补缺的过程，整个过程中学生必需熟悉到自己是任务的主体，从而调动学习积极性。 5.学生反思，教师总结每个活动完毕后，学生们都要进展学习反思，学习过程中学到了什么，工程有什么需要改良的地方，有什么技术或者算法值得借鉴等。教师针对学生学习过程中易错问题、共性问题等进展强调总结，强化他们常常无视的重难点，使其真正学到学问，学会学习。“以赛代练”理念的最终目的是使学生学会学习，培育他们解决问题的力量。在机器人的活动过程中，学生自己设计活动方案，并通过组与组之间的比赛，发觉自身的缺乏，吸取其他组的优点，不断发觉问题、解决问题，潜移默化中建构了学问体系，猎取了新的学问。同时，组内的合作学习以及组与组之间的阅历沟通都使学生体验到合作学习的重要性，学会了沟通与表达。学习机器人程序设计是一个循序渐进的过程，教师应注意培育学生的学问运用力量，以真正到达“以赛代练”的目的。 ：刘俊 单位：辽宁省大连市第十三中学