智能機器人學(xué)科教學(xué)的探討

1、.：.；智能機器人學(xué)科教學(xué)的討論摘要：隨著信息技術(shù)教育課程與教材改革的深化和人工智能技術(shù)的開展，人們已逐漸認識到，在信息技術(shù)教育中浸透機器人學(xué)科知識與機器人運用前景方面的教育已勢在必行。本文擬就機器人教育的定義和機器人的學(xué)科教學(xué)作一次嘗試性討論。關(guān)鍵詞：機器人教育 定義 人工智能 1 引言隨著智能機器人技術(shù)的開展，智能機器人的教育走入中、小學(xué)校曾經(jīng)成為能夠和必然趨勢。機器人的教育也必將給信息技術(shù)根底教育帶來新的活力。智能機器人會成為青少年才干、素質(zhì)培育的智能平臺。2 機器人教育的定義機器人教育是指學(xué)習(xí)、利用機器人，優(yōu)化教育效果及師生勞動方式的實際與實際。 該定義的英文表述為：Robot-Bas

2、ed Education is the theory and practice of studying and utilizing robots to optimize the effect of education and the way of teachers and students work. (Peng Shaodong, March. 2002) 該定義的了解中值得留意的幾個問題：1機器人教育有實際和實際兩大領(lǐng)域 實際方面，機器人教育有本身的實際根底與根本實際，能構(gòu)成相對獨立的學(xué)科實際體系與方法體系。實際方面，機器人教育是指以機器人為主要教學(xué)內(nèi)容或教學(xué)工具而開展的教與學(xué)活動，這些活

3、動是在詳細實際的過程中逐漸完成的。 2開展機器人教育有兩大目的。 一是優(yōu)化教與學(xué)的效果，二是優(yōu)化教師與學(xué)生的勞動方式。前者強調(diào)以較少的教育投入包括人力、物力、財力、時間等獲得較大的教育效果主要指學(xué)生的知識獲得、技藝構(gòu)成、情感培育等。后者是指采用機器人這種教與學(xué)的勞開工具，能改善教學(xué)方式與方法，減輕師生的勞動強度，縮短勞動時間，提高勞動效率。 4機器人教育強調(diào)人工智能技術(shù)的運用，是信息技術(shù)教育的新開展。 機器人教育的中心根底是人工智能技術(shù)在教育中以物化、人性化、智能化的方式加以利用。而人工智能技術(shù)是信息技術(shù)開展的一次艱苦飛躍。信息技術(shù)教育未來開展的趨勢必然是向機器人教育重心轉(zhuǎn)移。 5機器人教育的

4、普及，將引起人類教育的艱苦變革。 主要表如今：有肋于構(gòu)建新的教育哲學(xué)與教育體系；有肋于改革教育思想、方法、課程、教材與評價體系；有助于提高教育質(zhì)量。3 機器人學(xué)科教學(xué)3.1 為什么要開展機器人學(xué)科教學(xué)機器人學(xué)科教學(xué)，是指把機器人學(xué)看成是一門科學(xué)和一種現(xiàn)代社會成員應(yīng)該掌握的文化，在各級各類教育中，以專門課程或?qū)W科浸透整合的方式，使一切學(xué)生都掌握關(guān)于機器人學(xué)的根本知識與根本技藝。 加強機器人學(xué)科教學(xué)，具有如下幾個方面的必要性： 1普及機器人知識的需求。要廢除對機器人的奧秘感，提高全社會對機器人的認識，促進機器人在社會各領(lǐng)域的運用，必需經(jīng)過加強機器人學(xué)科教學(xué)，使機器人知識普及化。 2提高機器人運用程

5、度的需求。機器人的運用中，存在著著編程控制、管理維護、人機關(guān)系等一系有待處置的任務(wù)。只需操作者了解機器人的原理、構(gòu)造、功能、運用方法、本卷須知，才干提高機器人的運用效能。 3提高機器人研制才干的需求。機器人的研制，需求一大批懂得多學(xué)科知識的專門人才，特別是要不斷學(xué)習(xí)與運用最新科研成果。這有賴于多方式多層次的機器人教育。 4加強機器人專業(yè)建立的需求。開展機器人學(xué)科教學(xué)，有助于為機器人專業(yè)建立創(chuàng)設(shè)良好的環(huán)境。機器人學(xué)科課程、教材、教法的研討，能為機器人專業(yè)系列課程的改革提供參考。 5深化開展信息技術(shù)教育的需求。開展機器人教育，有助于抑制信息技術(shù)教育的一些弊端。一是防止片面強調(diào)軟件工具運用技藝的學(xué)習(xí)

6、而呵斥的程序設(shè)計思想素質(zhì)培育的缺失。二是防止重“軟輕“硬、重模擬輕創(chuàng)新、重實際輕實際。 6與國際接軌的需求。日本、美國等一些興隆國家高度注重機器人學(xué)科教育對高科技社會的作用和影響，已在信息技術(shù)課與課外科技活動開設(shè)了有關(guān)機器人的課程內(nèi)容。要趕超世界教育先進程度，必需大力加強機器人教育。 7迎接智能機器人時代的需求。據(jù)預(yù)測，21世紀中期，人類社會將全面進入以智能機器人為代表的智能時代。最近10年，有關(guān)機器人的研討與運用程度將獲得艱苦突破。機器人的廣泛運用將極大促進社會消費力的開展與產(chǎn)業(yè)構(gòu)造的調(diào)整；機器人的制造與銷售將成為一個新的經(jīng)濟增長點。開展機器人教育，有助于使我們不至于在機器人時代落伍。 3.

7、2 機器人學(xué)科教學(xué)的目的、內(nèi)容、方式與方法3.2.1 機器人學(xué)科教學(xué)的目的1知識方面：了解機器人軟件工程、硬件構(gòu)造、功能與運用等方面的根本知識。 2才干方面：能進展機器人程序設(shè)計與編寫，能拼裝多種具有適用功能的機器人，能進展機器人及智能家電的運用維護，能自主開發(fā)軟件機器人。 3情感方面：培育對人工智能技術(shù)的興趣，真正認識到智能機器人對社會提高與經(jīng)濟開展的作用，積極參與機器人編程競賽、機器人足球賽、機器人百科知識賽等各種課外活動。 3.2.2 機器人學(xué)科教學(xué)的內(nèi)容模塊一 機器人概略 包括：機器人概念、機器人原理、機器人歷史、機器人與人、機器人與社會等內(nèi)容。 模塊二 機器人編程 包括：學(xué)會運用Ja

8、va、Visual C+/C、VBasic、QBasic、MSWLOGO、PROLOG等編程言語及編程平臺的運用，學(xué)會數(shù)據(jù)庫程序的編寫，能面向問題、面向代理進展編程設(shè)計，能開發(fā)出適用機器人程序。 模塊三 機器人硬件 了解機器人的硬件構(gòu)造體系，重點了解其機械構(gòu)造、驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、覺得系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)的原理與構(gòu)造，學(xué)會機器人的模塊化組裝、控制與維護方法。 模塊四 機器人運用 了解機器人的功能、運用領(lǐng)域、運用方法與效能，了解機器人以及其他智能電器的操作、運用與維護方法。能在各種機器人知識與才干競賽中，發(fā)明性地綜合運用所學(xué)知識。 3.2.3 機器人學(xué)科教學(xué)的方式機器人學(xué)科教學(xué)的方式主要有兩種：一是專

9、門課程方式，二是學(xué)科整合方式。 專門課程方式有如下特點：在學(xué)校教學(xué)方案與課程安排中有“機器人方面的專門課程，如“機器人編程、“機器人運用、“機器人概論、“機器人學(xué)等。配有專業(yè)教師。每周按課表開展一系列的有關(guān)機器人的課堂教與學(xué)活動。有課程評價考核要求。 杭州市浙江大學(xué)附屬中學(xué)作了一次機器人學(xué)科教學(xué)的嘗試，已獲得較為勝利的閱歷。他們于2002年下半年對保送生班的計算機課改成為“機器人編程課，并自編了教材。該教材以“納英特積木式機器人這種較簡單的教學(xué)用編程機器人為主要教具，共安排了16課內(nèi)容。包括：機器人的定義、分類，“納英特積木式機器人的構(gòu)造、組裝、運轉(zhuǎn)環(huán)境、隨機軟件，C言語編程與對“納英特積木式

10、機器人的運轉(zhuǎn)控制，機器人的發(fā)光、發(fā)聲、探測等適用程序的編寫，未來機器人展望等。學(xué)校還建立了機器人實驗室。 學(xué)科整合方式是指將機器人教學(xué)內(nèi)容整合到其他課程的教學(xué)中，以其他課程的方式開展機器人學(xué)科教學(xué)。例如，在自然、勞技、物理、語文、信息技術(shù)、人工智能等課程中，都可安排一定的章節(jié)，引見機器人的某一方面的知識與技術(shù)。 華東師大陶增樂教授在全國高等師范計算機教育研討會舉行的“2001全中學(xué)小學(xué)信息技術(shù)教育研討會上，作了題為的報告。他在報告中提出中小學(xué)信息技術(shù)課程應(yīng)以“信息科技素養(yǎng)為目的，在小學(xué)、初中、高中的教學(xué)中貫穿四條主線：“網(wǎng)絡(luò)通訊根底知識的學(xué)習(xí)和運用、“算法與程序設(shè)計才干的培育、“常用軟件工具的

11、運用、“技術(shù)與課程的整合。其中的“算法與程序設(shè)計才干的培育中，要求學(xué)生能編制簡單的機器人程序。 1拓展實際1：自制能說會聽的教學(xué)機器人 假設(shè)他的學(xué)習(xí)條件較好，擁有一臺帶聲卡、話筒、音箱的多媒體電腦，他無妨在電腦上安裝語音識別與合成系統(tǒng)，讓電腦學(xué)會聽懂他的言語，并能說話與唱歌。然后命令電腦進展各種以前他必需用鍵盤和鼠標(biāo)才干完成的任務(wù)。例如，讓電腦充任他的秘書，記錄他口述的文章。或讓電腦充任鋼琴演奏家，自動彈奏愉快的歌曲。還可以安裝英語學(xué)習(xí)軟件，讓電腦充任教師，自動糾正他英語發(fā)音練習(xí)中的錯誤。有趣嗎？ 此外，他能在電腦上安裝攝像頭、圖像識別系統(tǒng)，使電腦能識別他的頭像、了解他的喜怒哀樂等情感嗎？ 2

12、拓展實際2：尋覓“智能代理機器人 目前，智能代理Agent技術(shù)在計算機中已有較廣泛的運用。如“Office助手中的“大眼夾，瑞星殺毒軟件中的“平安助手黃毛獅等。它們可以跟蹤檢測軟件運轉(zhuǎn)形狀、智能推測協(xié)助 主題、自動采取殺毒行動。 比一比：看誰找到的這種“智能代理型機器人的種類最多，看誰能講清楚其設(shè)置與運用方法，看誰能發(fā)現(xiàn)其源程序。 3拓展實際3：給“機器人在網(wǎng)上安個家 實際目的： 學(xué)習(xí)專題網(wǎng)站的設(shè)計、制造、運用方法。 綜合本研討性學(xué)習(xí)單元的研討活動成果。 培育基于網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)與研討才干。 實際過程：建立機器人專題網(wǎng)站的過程，可分為6個根本步驟略。 3.2.4 機器人學(xué)科教學(xué)的方法機器人學(xué)科教學(xué)的方法很多。各種根本教學(xué)方法與綜合性教學(xué)方法幾乎都可用于機器人學(xué)科教學(xué)。某一方法的詳細選用中，應(yīng)思索教學(xué)目的的要求、教材內(nèi)容的難度、教學(xué)對象的學(xué)習(xí)根底與教學(xué)條件的差別。其中，機器人根本實際知識的教學(xué)可采用講授法，機器人編程的教學(xué)可采用實驗法、義務(wù)驅(qū)動法，機器人哲學(xué)內(nèi)容的教學(xué)可采用討論法，機器