教育机器人及其应用

李 斌

0　引言

新课程改革的不断深入,不仅对教师的教课方式提出了要求,更对学生们的学习能力制定了更高的目标.其中最为突出的一点就是对于学生们创新能力的要求显著提高了.在过去,我国的各级教育在很大程度上都是为了考试而准备的.传统的老师讲和学生学的方式虽然能让学生们取得一个很高的分数,但对于他们能力培养所发挥的作用几乎是没有的.所以在新课改中强调了对学生们创造意识和创新精神的培养.这种培养方式能够不断挖掘学生们的潜力,通过各种各样有效的方法,帮助学生们养成创新思维.这不仅是新课改的重要要求,更是如今社会发展的整体需求.传统的教学模式无论从内容上还是从管理上相对来说都较为单一,与目前的经济社会发展已经完全脱钩,忽视了对学生们创新能力的培养.所以我国各个阶段的教育机构必须去适应新课改的要求,加大创新性人才的培养力度,从而适应目前时代的要求.[1]机器人教学方法是最近一段时间才兴起的一种方法,其在产生初期,主要针对的就是目前学生能力缺失以及学校对学生创新能力培养不到位的问题.这种方法通过锻炼学生的创新能力、分析能力以及实践能力,从而让学生们在日常的学习生活中就能养成创新思维的好习惯.

1　教育机器人概述

1.1　教育机器人的特点

虽然感觉机器人跟我们平常人的生活距离还是比较大的,但是最近几年,无论从政府的角度上来说,还是从社会的角度上来看,都大力向群众普及教育机器人的相关知识.简单的说,机器人就是一种通过编制相关的程序,让其能为人们生产生活服务的一种科学载体.从某种程度上来说,其是一种集计算机技术、机械、控制论、电子、材料和仿生学为一体的产物.从目前我国对其使用的范围上来看,已经逐渐的在各行各业得到了十分重要的使用,比如在航空业以及机械制造业方面都已经逐渐的开始加大了对机器人使用的频率.[2]图1给出了中国知网文献库近几年以“机器人”和“教育”为关键词筛选的文献数量,发现关于机器人和教育的研究从无到有、从少到多呈增长趋势.

本研究所指的教育机器人就是应用在教育领域的机器人.这种机器人与其他行业的机器人一样都是服务于人类的,但是与其他行业的机器人相比,教育机器人是要符合教育的基本要求的.而且相对来说成本较低、安全性比较高,整体的性价比比较好,在使用的过程中开放性比较好.在很多教育机器人出厂的时候,相关的制造商都根据教学的实际需要为教师提供了可以随意更改的模块,教师可以按照当堂课的实际需要,对教育机器人的功能进行改变.同时,为了能充分保证其适应性,在教育机器人出场时还为其配备了十分简单的人机交互界面.[3]

图1　教育机器人研究文献数量分布图

1.2　常用教育机器人制造商

随着教育机器人在教育领域内的广泛使用,国内外的很多机器人生产厂家都加入了教育机器人的制造行列中.尤其在很多发达国家,这些国家的教育部门的管理者都十分重视教育机器人在教育领域内的使用.所以也在一定程度上促进了这些国家纷纷出现了一些比较大型的教育机器人制造商.[4]从目前的全世界范围内来看,比较出名的有德国的慧鱼机器人、丹麦的乐高机器人以及韩国的Bioloid机器人,这些机器人生产商生产出来的教育机器人每年都会销往世界的各个地方,并取得了十分多的好评.虽然我国的很多机器人生产商对于机器人教育领域的涉及还比较晚,但是发展速度却是十分快的.从目前来看,北京的乐博、大连的博佳比较有代表性.[5]

2　教育机器人在创新实践教学中的应用

2.1　教育机器人创新实践教学课程的基本内容

从目前教育机器人所涉及到的教学领域上来看,一般都是一些相对来说与计算机技术有关的学科.例如机器人软件编程、机器人硬件结构这样的理论中,在学习的过程中一般教师都会在实践课开始之前,将其中所涉及到的一些原理介绍给同学们,之后还要对机器人的概念、原理以及历史进行简单的介绍.而人类与机器人进行对话的主要工具就是各种各样的编程语言,例如C++、Java等,这些都是今后学习的重要基础.如果能够良好的掌握这些语言的话,就能够帮助学生们在以后的实践课上根据自己的需要对计算机程序进行改变.在学习的过程中要对机器人的感觉系统、控制系统以及机械系统进行良好的掌握.并根据学习到的知识对机器人进行合理改装和控制,从而能够更好地掌握机器人的使用功能和方法.

2.2　教育机器人创新实践教学目标

一般来说,如果教师能够采用良好的方法,而学生们又能很好的理解的话.学生们就能从以下三个方面有所收获.

首先就是知识方面,对于很多工科学生来说,能够熟悉一个学科的基本知识框架,而且在学习的过程中,教育机器人的教学方式弱化了学习过程中个人的作用,而是将整个团队的作用放大化,从而帮助学生们提供团队协作能力.同时还可以掌握一些编程语言的实际方法.由于机器人是通过各行各业的技术综合在一起的一种高科技的方式,所以学生们在利用其进行学习的过程中还能够掌握类似于传感器等方面的知识.[6]

其次就是学生的能力方面,从目前很多试点学校的教学实践上来看,通过教学机器人,学生们在学习的过程中能知道自己哪些方面有着比较出人的能力.而且在团队协作的过程中,还能增强与人的沟通能力.同时教育机器人教学方式在运用的过程中更加注重学生们动手能力的培养.有的学校为了将教学机器人的所能发挥的作用进行最大程度的放大,还让每名同学在课后对自己本堂课所学的知识进行了演讲,也在一定程度上锻炼了他们演讲能力.

最后就是学生的兴趣方面,这也是教育机器人与传统的教学方式最大的一个不同点.兴趣是一名学生学习知识最好的老师,只有他们对某一方面的知识真正的产生了兴趣,他们才会全身心的投入到其中.从一定程度上来说,过去的教学方式是对学生们的学习兴趣的一种抑制.而且通过实践发现,当一名学生通过自己的双手创造出某项物品或者学到某一方面知识的时候,对他们成就感的培养也有着十分大的帮助作用.[7]

2.3　教育机器人创新实践平台的环境设计

在学校内部建设一个能够真正实现教育机器人教育的一个平台是最近一段时间很多学校都在进行尝试的一个领域,这是十分可取的.这一方面能为更多的同学提供接触教学机器人的途径,还能增加学生使用这种方式进行学习的频率.以下为笔者结合教育机器人教学的特点以及新课程改革的实际要求进行的一个平台设计假象,希望能为很多有这方面想法的学校提供一些参考的价值.[8]

首先在平台设计的初期,应当确定该平台所要解决的问题的核心,笔者认为可以采用类似于在解决问题中学到知识这样的理念进行学习.同时,还要为课程指定相应的口号如有学习有快乐.

其次在进行环境设计时,要采取案例教学法,在教学路线上要遵循着提出问题、解决问题、整理经验这样的教学方式.在教学过程中要真正的做到以人为本,为学生们营造出一个相对来说比较和谐有序的一个分为.而且在课桌的四周应该为学生们预留一定的活动空间方便日常教学工作.

最后在教室涉及方面,可以选择比较适宜的一个面积.并且将这片区域共分为4个部分,如学习区、讲台区、试验演示区以及成果展示区.

2.4　教育机器人在创新实践教学中的具体应用

教育机器人在创新实践教学中有着多方面的应用,本文就拿其与机电一体化的结合进行简单的介绍.首先该专业自身就与机器人有着很高的密切程度,这就为教育机器人的应用创造了背景.其次从目前机电一体化教材的改版情况来看,其在不断变化的过程中逐渐的增多了机器人的内容.例如很多教师在教授《机械原理》等课程的时候都会通过对教育机器人的各个组成部分进行教授,从这种教学方式所收到的效果上来看,这种方式不仅能够帮助学生们对相关知识留下更多的印象,还能有效的提高学生们的学习积极性.而且在进行《机械制图》的教育中,通过让学生们观看机器人的内部结构,相比于过去学生们职能靠想象画图的方式有着好的教学效果.

2.5　教育机器人创新实践的应用成果

最近几年,越来越多的国家都相继采用了教育机器人进行相关额教学工作,并且已经取得了很多的成绩,而机器人比赛就是一个最好的体现.目前国际上针对机器人的比赛大概有三种即机器人足球赛以及机器人灭火比赛,而且从各个国家的参赛者年龄来看,逐渐呈现减小的趋势.尤其以学生群体为主,我国的哈尔滨工业大学在机器人比赛相关方面取得了十分好的成绩.

3　结语

如今的社会与过去社会最大的不同就是其要求需要的人才具有一定的创新能力和动手能力,这显然是传统的教育方法无法给予的,所以传统的教学方法已经无法继续适应时代的发展了.最近一段时间,教育机器人在创新实践教学中得到了广泛的应用.这种方法不仅培养了学生们的创新精神,更养成了学生们动手的好习惯,对于学生们未来的发展有着十分大的作用.本文在研究的过程中对教育机器人在创新实践中教学中的具体应用进行了简单了阐述,希望对教育机器人的研究能起到一定的帮助作用.

参考文献:

[1]戴 敏,张志胜,史金飞.大学生创新与实践能力培养的探索——“教育机器人设计与制作综合实践”课程建设的一点体会[J].东南大学学报:哲学社会科学版,2008(S1):259-261.

[2]王吉岱,李维赞,孙爱芹,等.教育机器人的研制与发展综述[J].现代制造技术与装备,2007(2):10-12.

[3]王 益,张剑平.教育机器人资源网站的比较分析及开发建议[J].现代教育技术,2008(1):70-73.

[4]张剑平,王 益.机器人教育:现状、问题与推进策略[J].中国电化教育,2006(12):65-68

[5]黎泽伦,黄友均.慧鱼机器人在机电创新实验教学中的应用研究与实践[J].考试周刊,2015(54):122-122.

[6]郭 温,姜 维.关于机器人在高职高专教学中的应用[J].国土资源高等职业教育研究,2006(3).

[7]童小平.教育机器人的应用现状[J].中国教育技术装备,2008(16):138-140.

[8]陈冰梅.论机器人教学对中小学素质教育的影响[J].软件导刊:教育技术,2008(07):20-21.