基于Proteus仿真系统的智能机器人教学实践

摘 要：机器人教育是培养学生创新与实践能力的优秀平台，但是在机器人教育的普及方面，受场地及实验器材等原因制约，效果不理想。尝试应用Proteus仿真系统，将程序设计的学习与智能机器人硬件系统建立联系，在初中信息技术常规课堂中开展机器人教学实验，尝试通过机器人教学，解决信息技术教学中存在的一些问题。

关键词：初中信息技术；机器人教学；机器人教育；仿真Proteus

近年来，机器人作为一个融合多学科内容的学习领域，在培养学生创新、实践能力方面，得到了学校以及信息教师的重视，特别是2003年颁布的普通高中新课程标准将“简易机器人制作”列入中小学选修内容，使得我国机器人教育在大众化、普及化层面上跃上了一个新台阶。很多学校开展了机器人教学，并且在常规课堂中进行了智能机器人的教学尝试。

一、机器人教育的价值

1.增加了信息技术教学的“技术”含量

基于机器人技术的教学内容，包括了数学、电子、程序、机械、自动控制等相关领域的内容，通过机器人技术的学习，可以让学生了解硬件及软件协调工作的基本原理，认识基本的电子元器件、简单电路设计、程序设计、基本算法等方面知识，了解智能机器人处理信息的全过程，这样的内容设置，有利于整合信息技术中的科技含量，普及机器人科学与技术知识，消除学生与现代科技的隔膜。

2.有利于培养学生的科学素养、创新精神、实践能力

学生在机器人的学习过程中，通过完成任务，探究问题、激发创造的欲望，享受创造的乐趣。通过机器人培养学生的想象力、批判思维能力以及在实践中不断创新的能力。机器人制作强调心智与动作技能的结合，强调理论与实践的统一。学生通过动手操作，能充分地提高自己的设计与制作能力、技术探究能力以及利用技术解决实际问题的能力。教育机器人是科学教育与现代信息化教育中重要的教学载体，对培养学生的创新精神、实践能力及研究性学习能力发挥着十分重要的作用。

3.引导学生进入技术世界，增强其社会适应性

机器人课程引导学生关注社会，提高了学生学习技术的兴趣与责任感，学生在学习中，能够更深切地感受到信息时代技术发展给社会带来的变化，感受到日常生活中技术的存在，更理性地看待技术，并利用技术更广泛地参与社会生活，提高对未来社会的适应性。

二、对机器人教育的认识

彭绍东①教授认为机器人教育是指学习、利用机器人，优化教育效果及师生劳动方式的理论与实践。智能机器人的本质是单片机技术，是指在程序控制下，控制外部电路以及机械装置，并利用传感器检测外部数据，自动完成一定操作的智能设备。智能机器人技术融合了机械造型、电子传感器、计算机软硬件和人工智能等众多先进技术，综合了多学科的发展成果，代表了高新技术的发展前沿。作为信息技术与通用技术的交集，智能机器人教育已经成为促进学生动手与动脑相结合、培养学生创新精神和实践能力的智能平台，对学生理解技术、使用技术、应用技术解决实际问题等技术素养的提高具有奠基、引领的作用。

我校从2007年开始机器人教育，但是由于设备、场地等原因，只能有少数的同学参与到机器人项目的学习。2013～2014学年上学期，我在初二的三个班级中进行了“智能机器人教育走进常规课堂”的教学实验，尝试将智能机器人引入到信息技术的常规教学中，让更多的学生接触到智能机器人的内容。

三、虚拟技术为机器人教学提供支持

虚拟技术是利用计算机多媒体技术，通过计算机软硬件的支持下生成一个逼真的、三维的、具有一定的视、听、触、嗅等多种感官参与的环境。在教学过程中，我们使用了Proteus仿真软件，它是著名的EDA（Electronic Design Automation）工具，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真、PCB设计，是目前唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件合为一体的设计平台，Proteus虚拟技术为程序设计与智能机器人的硬件控制系统架起了一座桥梁。在机器人教学中应用仿真软件，有很多优点：

1.为学生提供了更多实验、探究的机会

虚拟系统中所创设的实验环境，可以更多地给学生提供尝试、探索的机会，不用担心会损坏设备、造成人员伤害，摆脱了对硬件设备的依赖，同时也避免了意外因素干扰影响实验结果的不利现象，更符合学生自主建构的学习方式。

2.为程序设计与算法教学找到了更有生命力的契合点

信息技术学科需要加强程序与算法内容的教学。程序与算法是解决问题的一种方法、一种思维，在中学阶段进行相应的教学，对培养学生的逻辑思维、创新能力是极为有益的。在机器人的教学过程中，通过仿真系统，将抽象的程序直观化，提高了学生对程序设计学习的兴趣。

四、教学实例分析——创意“心”型彩灯

任务：在下图所示的仿真环境中，编程实现“心”型小灯创意闪烁。

教学目标：能够独立编程，实现“心型”小灯的创意闪烁。掌握程序的编译方法；掌握仿真系统的调试，能够理解“心”型小灯的电路原理。

教学重点：程序的编写与调试是重点，难点是程序与电路之间关系的理解。

教学策略：为降低学生编程的难度，老师提供了程序的主体框架，学生可在此基础上修改和补充；虚拟结合：将学生编译生成的文件，下载到实际的电路中，进行演示，让学生理解仿真系统与实物之间的关系；鼓励学生尝试，通过仿真效果检验所写的程序是否正确。

教学过程：（略）

五、来自学生的教学反馈

学期末，我让学生同时提交一份Word文档，谈一下这学期的课堂收获与教学建议。在此，摘录部分同学的反馈内容与大家分享。

冯××：我对这个学期的这门单片机课程很感兴趣，它能用电脑中C语言控制现实中的电路，这让我很感兴趣。

耿××：这学期的微机课我收获很大，学会了编程序，课余的时间也变得丰富起来，希望下学期有更精彩的内容。

王××：我觉得金老师的这个课很有意思。它不仅开启了我们的物理电学思维，而且对我们今后的各科学习会有许多好处，回归学生爱创造的天性。

魏××：老师，我想这一学期的信息课是我收获最多的信息课，您带我们走进了真正的科技世界，学习了真正的信息语言。希望老师能够将仿真系统的课程要领继续传授给我们，很期待接下来更神奇的计算机语言！

于××：本学期教学内容很让人感兴趣，内容丰富，引人深思，不过希望老师能多进行指导，希望下学期还能继续做这类程序。

赵××：希望期末过后展开兴趣小组，在程序上可以教一些更难的、比较贴近生活的，兴趣小组可以教一些自己动手做的。

周××：老师，我很喜欢你在课堂上所教的东西，很实用，我很愿意学您的课程。老师，下学期还要你教哦。

王××：学习单片机课程让我体会到了一个全新的计算机世界。看到自己的劳动成果，甚是欣慰。希望在以后的学习过程中，能更深入地了解单片机技术，制作出自己的作品。

学生对这一学期的学习内容很感兴趣，下一步需要做的工作是继续完善相应校本教材的开发，调整教学内容与方法，和同学们一起收获学习与创造的乐趣。

参考文献：

[1]王改霞，朴姬顺.国内机器人教育研究发展综述[J].中国教育信息化，2012（12）：14-18.

[2]王益.融入STS教育理念的机器人教学探索[J].中国电化教育，2009（3）：90-92.

[3]葛文双，傅钢善，史婷.我国中小学机器人教育发展中的若干问题分析[J].中国教育信息化，2008（08）：4-7.

[4]钟启泉.国外“科学素养”说与理科课程改革[J].比较教育研究，1997（1）：16-21.

[5]彭绍东.论机器人教育（上）（下）[J].电化教育研究，2002（6）：3-7，2002（7）：16-19.

作者简介：金书辉，男，1971年4月出生，博士，就职学校：吉林省长春市东北师大附中，研究方向：教育技术。

摘 要：机器人教育是培养学生创新与实践能力的优秀平台，但是在机器人教育的普及方面，受场地及实验器材等原因制约，效果不理想。尝试应用Proteus仿真系统，将程序设计的学习与智能机器人硬件系统建立联系，在初中信息技术常规课堂中开展机器人教学实验，尝试通过机器人教学，解决信息技术教学中存在的一些问题。

关键词：初中信息技术；机器人教学；机器人教育；仿真Proteus

近年来，机器人作为一个融合多学科内容的学习领域，在培养学生创新、实践能力方面，得到了学校以及信息教师的重视，特别是2003年颁布的普通高中新课程标准将“简易机器人制作”列入中小学选修内容，使得我国机器人教育在大众化、普及化层面上跃上了一个新台阶。很多学校开展了机器人教学，并且在常规课堂中进行了智能机器人的教学尝试。

一、机器人教育的价值

1.增加了信息技术教学的“技术”含量

基于机器人技术的教学内容，包括了数学、电子、程序、机械、自动控制等相关领域的内容，通过机器人技术的学习，可以让学生了解硬件及软件协调工作的基本原理，认识基本的电子元器件、简单电路设计、程序设计、基本算法等方面知识，了解智能机器人处理信息的全过程，这样的内容设置，有利于整合信息技术中的科技含量，普及机器人科学与技术知识，消除学生与现代科技的隔膜。

2.有利于培养学生的科学素养、创新精神、实践能力

学生在机器人的学习过程中，通过完成任务，探究问题、激发创造的欲望，享受创造的乐趣。通过机器人培养学生的想象力、批判思维能力以及在实践中不断创新的能力。机器人制作强调心智与动作技能的结合，强调理论与实践的统一。学生通过动手操作，能充分地提高自己的设计与制作能力、技术探究能力以及利用技术解决实际问题的能力。教育机器人是科学教育与现代信息化教育中重要的教学载体，对培养学生的创新精神、实践能力及研究性学习能力发挥着十分重要的作用。

3.引导学生进入技术世界，增强其社会适应性

机器人课程引导学生关注社会，提高了学生学习技术的兴趣与责任感，学生在学习中，能够更深切地感受到信息时代技术发展给社会带来的变化，感受到日常生活中技术的存在，更理性地看待技术，并利用技术更广泛地参与社会生活，提高对未来社会的适应性。

二、对机器人教育的认识

彭绍东①教授认为机器人教育是指学习、利用机器人，优化教育效果及师生劳动方式的理论与实践。智能机器人的本质是单片机技术，是指在程序控制下，控制外部电路以及机械装置，并利用传感器检测外部数据，自动完成一定操作的智能设备。智能机器人技术融合了机械造型、电子传感器、计算机软硬件和人工智能等众多先进技术，综合了多学科的发展成果，代表了高新技术的发展前沿。作为信息技术与通用技术的交集，智能机器人教育已经成为促进学生动手与动脑相结合、培养学生创新精神和实践能力的智能平台，对学生理解技术、使用技术、应用技术解决实际问题等技术素养的提高具有奠基、引领的作用。

我校从2007年开始机器人教育，但是由于设备、场地等原因，只能有少数的同学参与到机器人项目的学习。2013～2014学年上学期，我在初二的三个班级中进行了“智能机器人教育走进常规课堂”的教学实验，尝试将智能机器人引入到信息技术的常规教学中，让更多的学生接触到智能机器人的内容。

三、虚拟技术为机器人教学提供支持

虚拟技术是利用计算机多媒体技术，通过计算机软硬件的支持下生成一个逼真的、三维的、具有一定的视、听、触、嗅等多种感官参与的环境。在教学过程中，我们使用了Proteus仿真软件，它是著名的EDA（Electronic Design Automation）工具，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真、PCB设计，是目前唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件合为一体的设计平台，Proteus虚拟技术为程序设计与智能机器人的硬件控制系统架起了一座桥梁。在机器人教学中应用仿真软件，有很多优点：

1.为学生提供了更多实验、探究的机会

虚拟系统中所创设的实验环境，可以更多地给学生提供尝试、探索的机会，不用担心会损坏设备、造成人员伤害，摆脱了对硬件设备的依赖，同时也避免了意外因素干扰影响实验结果的不利现象，更符合学生自主建构的学习方式。

2.为程序设计与算法教学找到了更有生命力的契合点

信息技术学科需要加强程序与算法内容的教学。程序与算法是解决问题的一种方法、一种思维，在中学阶段进行相应的教学，对培养学生的逻辑思维、创新能力是极为有益的。在机器人的教学过程中，通过仿真系统，将抽象的程序直观化，提高了学生对程序设计学习的兴趣。

四、教学实例分析——创意“心”型彩灯

任务：在下图所示的仿真环境中，编程实现“心”型小灯创意闪烁。

教学目标：能够独立编程，实现“心型”小灯的创意闪烁。掌握程序的编译方法；掌握仿真系统的调试，能够理解“心”型小灯的电路原理。

教学重点：程序的编写与调试是重点，难点是程序与电路之间关系的理解。

教学策略：为降低学生编程的难度，老师提供了程序的主体框架，学生可在此基础上修改和补充；虚拟结合：将学生编译生成的文件，下载到实际的电路中，进行演示，让学生理解仿真系统与实物之间的关系；鼓励学生尝试，通过仿真效果检验所写的程序是否正确。

教学过程：（略）

五、来自学生的教学反馈

学期末，我让学生同时提交一份Word文档，谈一下这学期的课堂收获与教学建议。在此，摘录部分同学的反馈内容与大家分享。

冯××：我对这个学期的这门单片机课程很感兴趣，它能用电脑中C语言控制现实中的电路，这让我很感兴趣。

耿××：这学期的微机课我收获很大，学会了编程序，课余的时间也变得丰富起来，希望下学期有更精彩的内容。

王××：我觉得金老师的这个课很有意思。它不仅开启了我们的物理电学思维，而且对我们今后的各科学习会有许多好处，回归学生爱创造的天性。

魏××：老师，我想这一学期的信息课是我收获最多的信息课，您带我们走进了真正的科技世界，学习了真正的信息语言。希望老师能够将仿真系统的课程要领继续传授给我们，很期待接下来更神奇的计算机语言！

于××：本学期教学内容很让人感兴趣，内容丰富，引人深思，不过希望老师能多进行指导，希望下学期还能继续做这类程序。

赵××：希望期末过后展开兴趣小组，在程序上可以教一些更难的、比较贴近生活的，兴趣小组可以教一些自己动手做的。

周××：老师，我很喜欢你在课堂上所教的东西，很实用，我很愿意学您的课程。老师，下学期还要你教哦。

王××：学习单片机课程让我体会到了一个全新的计算机世界。看到自己的劳动成果，甚是欣慰。希望在以后的学习过程中，能更深入地了解单片机技术，制作出自己的作品。

学生对这一学期的学习内容很感兴趣，下一步需要做的工作是继续完善相应校本教材的开发，调整教学内容与方法，和同学们一起收获学习与创造的乐趣。

参考文献：

[1]王改霞，朴姬顺.国内机器人教育研究发展综述[J].中国教育信息化，2012（12）：14-18.

[2]王益.融入STS教育理念的机器人教学探索[J].中国电化教育，2009（3）：90-92.

[3]葛文双，傅钢善，史婷.我国中小学机器人教育发展中的若干问题分析[J].中国教育信息化，2008（08）：4-7.

[4]钟启泉.国外“科学素养”说与理科课程改革[J].比较教育研究，1997（1）：16-21.

[5]彭绍东.论机器人教育（上）（下）[J].电化教育研究，2002（6）：3-7，2002（7）：16-19.

作者简介：金书辉，男，1971年4月出生，博士，就职学校：吉林省长春市东北师大附中，研究方向：教育技术。

摘 要：机器人教育是培养学生创新与实践能力的优秀平台，但是在机器人教育的普及方面，受场地及实验器材等原因制约，效果不理想。尝试应用Proteus仿真系统，将程序设计的学习与智能机器人硬件系统建立联系，在初中信息技术常规课堂中开展机器人教学实验，尝试通过机器人教学，解决信息技术教学中存在的一些问题。

关键词：初中信息技术；机器人教学；机器人教育；仿真Proteus

近年来，机器人作为一个融合多学科内容的学习领域，在培养学生创新、实践能力方面，得到了学校以及信息教师的重视，特别是2003年颁布的普通高中新课程标准将“简易机器人制作”列入中小学选修内容，使得我国机器人教育在大众化、普及化层面上跃上了一个新台阶。很多学校开展了机器人教学，并且在常规课堂中进行了智能机器人的教学尝试。

一、机器人教育的价值

1.增加了信息技术教学的“技术”含量

基于机器人技术的教学内容，包括了数学、电子、程序、机械、自动控制等相关领域的内容，通过机器人技术的学习，可以让学生了解硬件及软件协调工作的基本原理，认识基本的电子元器件、简单电路设计、程序设计、基本算法等方面知识，了解智能机器人处理信息的全过程，这样的内容设置，有利于整合信息技术中的科技含量，普及机器人科学与技术知识，消除学生与现代科技的隔膜。

2.有利于培养学生的科学素养、创新精神、实践能力

学生在机器人的学习过程中，通过完成任务，探究问题、激发创造的欲望，享受创造的乐趣。通过机器人培养学生的想象力、批判思维能力以及在实践中不断创新的能力。机器人制作强调心智与动作技能的结合，强调理论与实践的统一。学生通过动手操作，能充分地提高自己的设计与制作能力、技术探究能力以及利用技术解决实际问题的能力。教育机器人是科学教育与现代信息化教育中重要的教学载体，对培养学生的创新精神、实践能力及研究性学习能力发挥着十分重要的作用。

3.引导学生进入技术世界，增强其社会适应性

机器人课程引导学生关注社会，提高了学生学习技术的兴趣与责任感，学生在学习中，能够更深切地感受到信息时代技术发展给社会带来的变化，感受到日常生活中技术的存在，更理性地看待技术，并利用技术更广泛地参与社会生活，提高对未来社会的适应性。

二、对机器人教育的认识

彭绍东①教授认为机器人教育是指学习、利用机器人，优化教育效果及师生劳动方式的理论与实践。智能机器人的本质是单片机技术，是指在程序控制下，控制外部电路以及机械装置，并利用传感器检测外部数据，自动完成一定操作的智能设备。智能机器人技术融合了机械造型、电子传感器、计算机软硬件和人工智能等众多先进技术，综合了多学科的发展成果，代表了高新技术的发展前沿。作为信息技术与通用技术的交集，智能机器人教育已经成为促进学生动手与动脑相结合、培养学生创新精神和实践能力的智能平台，对学生理解技术、使用技术、应用技术解决实际问题等技术素养的提高具有奠基、引领的作用。

我校从2007年开始机器人教育，但是由于设备、场地等原因，只能有少数的同学参与到机器人项目的学习。2013～2014学年上学期，我在初二的三个班级中进行了“智能机器人教育走进常规课堂”的教学实验，尝试将智能机器人引入到信息技术的常规教学中，让更多的学生接触到智能机器人的内容。

三、虚拟技术为机器人教学提供支持

虚拟技术是利用计算机多媒体技术，通过计算机软硬件的支持下生成一个逼真的、三维的、具有一定的视、听、触、嗅等多种感官参与的环境。在教学过程中，我们使用了Proteus仿真软件，它是著名的EDA（Electronic Design Automation）工具，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真、PCB设计，是目前唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件合为一体的设计平台，Proteus虚拟技术为程序设计与智能机器人的硬件控制系统架起了一座桥梁。在机器人教学中应用仿真软件，有很多优点：

1.为学生提供了更多实验、探究的机会

虚拟系统中所创设的实验环境，可以更多地给学生提供尝试、探索的机会，不用担心会损坏设备、造成人员伤害，摆脱了对硬件设备的依赖，同时也避免了意外因素干扰影响实验结果的不利现象，更符合学生自主建构的学习方式。

2.为程序设计与算法教学找到了更有生命力的契合点

信息技术学科需要加强程序与算法内容的教学。程序与算法是解决问题的一种方法、一种思维，在中学阶段进行相应的教学，对培养学生的逻辑思维、创新能力是极为有益的。在机器人的教学过程中，通过仿真系统，将抽象的程序直观化，提高了学生对程序设计学习的兴趣。

四、教学实例分析——创意“心”型彩灯

任务：在下图所示的仿真环境中，编程实现“心”型小灯创意闪烁。

教学目标：能够独立编程，实现“心型”小灯的创意闪烁。掌握程序的编译方法；掌握仿真系统的调试，能够理解“心”型小灯的电路原理。

教学重点：程序的编写与调试是重点，难点是程序与电路之间关系的理解。

教学策略：为降低学生编程的难度，老师提供了程序的主体框架，学生可在此基础上修改和补充；虚拟结合：将学生编译生成的文件，下载到实际的电路中，进行演示，让学生理解仿真系统与实物之间的关系；鼓励学生尝试，通过仿真效果检验所写的程序是否正确。

教学过程：（略）

五、来自学生的教学反馈

学期末，我让学生同时提交一份Word文档，谈一下这学期的课堂收获与教学建议。在此，摘录部分同学的反馈内容与大家分享。

冯××：我对这个学期的这门单片机课程很感兴趣，它能用电脑中C语言控制现实中的电路，这让我很感兴趣。

耿××：这学期的微机课我收获很大，学会了编程序，课余的时间也变得丰富起来，希望下学期有更精彩的内容。

王××：我觉得金老师的这个课很有意思。它不仅开启了我们的物理电学思维，而且对我们今后的各科学习会有许多好处，回归学生爱创造的天性。

魏××：老师，我想这一学期的信息课是我收获最多的信息课，您带我们走进了真正的科技世界，学习了真正的信息语言。希望老师能够将仿真系统的课程要领继续传授给我们，很期待接下来更神奇的计算机语言！

于××：本学期教学内容很让人感兴趣，内容丰富，引人深思，不过希望老师能多进行指导，希望下学期还能继续做这类程序。

赵××：希望期末过后展开兴趣小组，在程序上可以教一些更难的、比较贴近生活的，兴趣小组可以教一些自己动手做的。

周××：老师，我很喜欢你在课堂上所教的东西，很实用，我很愿意学您的课程。老师，下学期还要你教哦。

王××：学习单片机课程让我体会到了一个全新的计算机世界。看到自己的劳动成果，甚是欣慰。希望在以后的学习过程中，能更深入地了解单片机技术，制作出自己的作品。

学生对这一学期的学习内容很感兴趣，下一步需要做的工作是继续完善相应校本教材的开发，调整教学内容与方法，和同学们一起收获学习与创造的乐趣。

参考文献：

[1]王改霞，朴姬顺.国内机器人教育研究发展综述[J].中国教育信息化，2012（12）：14-18.

[2]王益.融入STS教育理念的机器人教学探索[J].中国电化教育，2009（3）：90-92.

[3]葛文双，傅钢善，史婷.我国中小学机器人教育发展中的若干问题分析[J].中国教育信息化，2008（08）：4-7.

[4]钟启泉.国外“科学素养”说与理科课程改革[J].比较教育研究，1997（1）：16-21.

[5]彭绍东.论机器人教育（上）（下）[J].电化教育研究，2002（6）：3-7，2002（7）：16-19.

作者简介：金书辉，男，1971年4月出生，博士，就职学校：吉林省长春市东北师大附中，研究方向：教育技术。