小學高年級基于Arduino平臺的機器人教學

小學高年級基于Arduino平臺的機器人教學1.學生能力與水平差異較大2.信息技術(shù)教師專業(yè)化程度不高在強調(diào)核心素質(zhì)培養(yǎng)的今天，教師的專業(yè)素養(yǎng)尤為重要，其教學水平直接影響學生的學習效果，因此提高教師的水平和素質(zhì)是教師專業(yè)發(fā)展的根本。但筆者所在區(qū)域在信息技術(shù)授課教師的配置上，存在著兼職與專職并存，甚至沒有專職信息技術(shù)教師的情況。3.場地與實驗設(shè)備配備不均衡機器人教學需要有相對獨立的活動空間進行項目測試與儀器設(shè)備的存放，但在機器人儀器設(shè)備的配置上，絕大多數(shù)學校的機器人為專業(yè)的競賽機器人，缺乏適用于日常教學的普及化機器人相關(guān)設(shè)備。軟硬件的部署與準備1.硬件器材的準備方案2.軟件平臺與安裝Arduino官方推薦ArduinoIDE作為軟件編輯環(huán)境。學生搭建的機器人是通過代碼執(zhí)行來完成一項項任務的，兩者缺一不可。但官方平臺是一種純文本的編程環(huán)境，對于不具備這類編程技能的小學生來說上手難度較高，教師難以開展日常教學。Mixly（米思奇）是一款免費的圖形化編程平臺，該平臺支持大部分Arduino型號。它使用積木塊代替了復雜的文本操作，為學生的快速入門奠定了良好的基礎(chǔ)，對于已經(jīng)系統(tǒng)學習過圖形化編程內(nèi)容的學生來說，可以很輕松地上手。教師可下載Mixly_WIN.7z壓縮包，解壓到本地磁盤。第一次解壓的軟件只含有最基礎(chǔ)的文件，不能直接運行。需要先運行“一鍵更新.bat”或“update.bat”下載最新版的Mixly軟件。等待片刻后，會顯示更新進度。當看到提示“Mixly更新完成”時，說明軟件下載完畢。更新完成后，雙擊Mixly.exe打開Mixly軟件即可進行程序的編寫與上傳。項目化課程設(shè)計建議1.“發(fā)光的機器人”項目燈是日常生活中最常見的電器，學會怎樣用Arduino控制LED的打開與關(guān)閉，是學習機器人技術(shù)最常見的一種途徑。通過項目一的教學，讓學生了解LED的基本應用，如手機、電筒及各類照明設(shè)備的控制原理。項目一主要目標是讓學生熟悉Arduino硬件設(shè)備，掌握Mixly軟件平臺編程的基本操作。涉及的主要器材有Arduino控制器、LED模塊、數(shù)據(jù)線、光線傳感器。具體教學內(nèi)容可分為：①點亮一盞LED;②閃爍的LED;③光控LED。2.“讓機器人動起來”項目機器人是具有高度靈活性的自動化機器，具備一些人或者與其他生物相似的能力，可以實現(xiàn)諸如搬運、救援、家務類的任務，成為人類生活與工作的好幫手。項目二的主要目標是讓學生了解并掌握直流電機與數(shù)字舵機的工作原理，結(jié)合傳感器搭建一個可以移動并執(zhí)行具體任務的機器人。涉及的主要器材有Arduino控制器、直流電機、風扇、數(shù)字舵機、火焰?zhèn)鞲衅鞯取＞唧w教學內(nèi)容可分為：①聲控機械臂;②滅火機器人;③掃地機器人。3.“機器人真聰明”項目機器人運用了計算機技術(shù)，具備像人一樣的感官能力，而且能夠獨立思考、獨立工作。衡量一個機器人智能化程度，可以從其解決問題的方式與效率上判斷出來。項目三選擇了機器人教學中的兩個經(jīng)典案例——超聲波避障與巡線運動，讓學生掌握機器人躲避障礙與巡線運動的原理并搭建出一個具備上述功能的機器人。涉及的主要器材有Arduino控制器、直流電機、超聲波傳感器、灰度傳感器等。具體教學內(nèi)容分為：①避障機器人;②巡線機器人;③綜合創(chuàng)意機器人?；贏rduino的課堂教學實踐1.選用合適的教學方法在機器人教學模塊中，如果不具備開展實際操作的條件，可以運用演示法教學。教師要精選演示內(nèi)容，通過演示的方式展示機器人的工作原理與實際效果，要注重演示結(jié)合講解，如果學生知識不豐富，觀察能力不強，教師要通過簡明的指導語引導他們觀察與思考。在機器人技術(shù)教學中，以游戲或者比賽的形式為載體，可以極大地激發(fā)學生的學習興趣與創(chuàng)作欲望。利用學生的好勝心、自尊心，組織學生參與競爭型游戲或比賽，能更好地激發(fā)學生的競爭意識，調(diào)動學習積極性。2.嘗試項目化教學模式項目式學習（PBL）通常是在一個學習小組中進行，學生們在這個小組中有各自的角色，而這個角色會不斷輪換，在項目式學習中學生的學習是通過自己的思考和推理來實現(xiàn)的。教師的角色是通過支持、建議和指導來幫助學生們更好地學習，并且在必要時拓展他們對問題的理解。學生對機器人技術(shù)的項目化學習可按照以下流程展開。（1）提出項目問題。在項目學習的開始，教師提出問題：機器人有哪些獨一無二的特點？生活中哪些地方運用到了機器人技術(shù)？鼓勵學生以小組為單位提出自己的問題，并將其列在清單上，這些問題要具有真實性和一定的挑戰(zhàn)性。（2）制訂項目方案。小組成員在組長的帶領(lǐng)下，完成項目方案的制訂。方案需要通過組內(nèi)討論形式?jīng)Q定項目主題、人員分工、所需器材等，教師在學生初次制訂方案時及時指導，幫助有困難的學生找到自己合適的定位。（3）解決實際問題。這是具體操作的環(huán)節(jié)，組內(nèi)成員根據(jù)先前的分工，實現(xiàn)各個模塊的組裝搭建、程序編寫、調(diào)試運行。這對學生的協(xié)作能力與個人能力是一個比較大的考驗。組員要從功能實現(xiàn)、美觀程度、程序結(jié)構(gòu)等方面通盤考慮，完成作品的制作。3.關(guān)注學習過程中產(chǎn)生的“無用”在信息技術(shù)課堂教學中，有時會看到學生制作出一些“瞎鬧”“無聊”的東西，可是學生樂在其中，一個“優(yōu)秀”的作品往往就是因為加入了這些“副產(chǎn)品”，才顯得出類拔萃。作為教師，遇到這樣的情況，千萬不要一味否定，要引導學生鉆研下去，將自己的這些發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)意保留下來，在不久的將來發(fā)揮出它應有的價值。有用還是沒用，時間會給出答案，因為教育是面向未來的。真正的學習應該去功利化