LOGO語言與智能機(jī)器人在信息技術(shù)課程中的教學(xué)認(rèn)識(shí)和思考

1、LOGO 語言與智能機(jī)器人教學(xué)在信息技術(shù)課程中的認(rèn)識(shí)和思考隨著智能技術(shù)的發(fā)展，智能機(jī)器人教育走進(jìn)中小學(xué)校已經(jīng)成為必然趨勢，并受到廣大師生的熱切追捧。智能機(jī)器人與計(jì)算機(jī)一起成為信息技術(shù)教育的工具，承載起信息技術(shù)教學(xué)的任務(wù)，并為信息技術(shù)基礎(chǔ)教育注入了新的活力。有超前意識(shí)的教育工作者已清楚的看到，智能機(jī)器人將成為培養(yǎng)中小學(xué)生創(chuàng)新精神和綜合實(shí)踐能力，提高綜合素質(zhì)的智能平臺(tái)。在這樣的形勢下，我省將LOGO 語言和機(jī)器人教學(xué)納入小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)內(nèi)容，無疑具有教育前瞻性。我校從 2004 年開始開展智能機(jī)器人課外活動(dòng)，2006 年將智能機(jī)器人教育納入校本教學(xué)科研，現(xiàn)正擬逐步將智能機(jī)器人推進(jìn)課堂教學(xué)。下面就L

2、OGO 語言和智能機(jī)器人，在信息技術(shù)課程中的教學(xué)認(rèn)識(shí)和思考，談?wù)勎覀€(gè)人的看法，希望與同行一起探討。一、智能機(jī)器人教學(xué)在信息技術(shù)課程中的地位和作用1、智能機(jī)器人技術(shù)隸屬于信息技術(shù)我們知道，信息技術(shù)的基本內(nèi)容包括：感測技術(shù)、通信技術(shù)、智能技術(shù)和控制技術(shù)，其中智能技術(shù)又處于四種技術(shù)的核心地位，而智能機(jī)器人的核心技術(shù)，恰恰是人工智能技術(shù)，因此，智能機(jī)器人技術(shù)隸屬于信息技術(shù)。2、智能機(jī)器人是信息技術(shù)發(fā)展的綜合體現(xiàn)，是中小學(xué)信息技術(shù)課程的良好載體眾所周知，中小學(xué)的信息技術(shù)課程，是在原來的計(jì)算機(jī)課程的基礎(chǔ)上，發(fā)展演變而來的，隨著信息時(shí)代的到來，計(jì)算機(jī)作為一種信息處理工具被廣泛的普及和使用，因此， 我國逐步將

3、中小學(xué)的計(jì)算機(jī)課程，改成了信息技術(shù)課程。這一時(shí)期，計(jì)算機(jī)作為信息技術(shù)教育的載體，成為中小學(xué)信息技術(shù)教育的惟一工具，學(xué)習(xí)內(nèi)容主要是，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)和基本操作，這與我們對(duì)信息技術(shù)教學(xué)內(nèi)容的理解和信息技術(shù)的發(fā)展相關(guān)。據(jù)預(yù)測， 21 世紀(jì)中期，人類社會(huì)將全面進(jìn)入以智能機(jī)器人為代表的智能時(shí)代。而隨著信息技術(shù)領(lǐng)域中智能技術(shù)的迅猛發(fā)展，今天，單一的計(jì)算機(jī)已不能承載信息技術(shù)課程這一重任，將智能機(jī)器人的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能教學(xué)，納入中、小學(xué)的信息技術(shù)課程，與計(jì)算機(jī)一起成為信息技術(shù)教育的工具，承載信息技術(shù)教學(xué)任務(wù)，不僅充實(shí)了信息技術(shù)教學(xué)的內(nèi)容，也使我們對(duì)中小學(xué)校信息技術(shù)教育有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)，更全面的體現(xiàn)了信息技術(shù)教

4、育的內(nèi)涵。比如，實(shí)物機(jī)器人在地板上走正方形，肯定比海龜在屏幕上走正方形更有趣。一堆散積木，按自己的想象可以拼成 “打蛋機(jī)”， 并且在程序的控制下，還真的攪動(dòng)起來了，帶給同學(xué)的是成功的喜悅。3、智能機(jī)器人是全面培養(yǎng)學(xué)生信息素質(zhì)，提高其創(chuàng)新精神和綜合實(shí)踐能力的良好平臺(tái)隨著我國基礎(chǔ)教育新一輪課程改革，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為重點(diǎn)的素質(zhì)教育，成為我國當(dāng)前基礎(chǔ)教育改革與發(fā)展的重要使命。而智能機(jī)器人技術(shù)融合了造型技術(shù)、機(jī)械、電子、傳感器、計(jì)算機(jī)軟件、硬件和人工智能等眾多先進(jìn)技術(shù)，充分地體現(xiàn)了當(dāng)代信息技術(shù)多個(gè)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，是綜合知識(shí)和技術(shù)的結(jié)晶。機(jī)器人活動(dòng)不僅主題有趣，富有挑戰(zhàn)性，更重要的是其問題解

5、決方案是開放性的，學(xué)生可以用不同的方法達(dá)到同一個(gè)目標(biāo)，因而智能機(jī)器人活動(dòng)能激發(fā)學(xué)生充分發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力， 有利于培養(yǎng)學(xué)生的開放性思維。因?yàn)樵跈C(jī)器人教學(xué)活動(dòng)中，孩子們就像真正的工程師一樣，針對(duì)項(xiàng)目主題進(jìn)行研究、策劃、設(shè)計(jì)、組裝和測試。他們以小組為單位，使用積木、傳感器、 馬達(dá)及齒輪等組件設(shè)計(jì)自己的機(jī)器人，并為機(jī)器人編寫程序，讓它完成預(yù)設(shè)的任務(wù)。孩子們通過主動(dòng)探索、動(dòng)手實(shí)踐，親身體驗(yàn)，活動(dòng)使抽象的理論如何變成了觸手可及的答案，享受成功的興奮。在活動(dòng)中，學(xué)生不僅可以學(xué)到有關(guān)機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等技術(shù)知識(shí)，還可以培養(yǎng)多方面的能力和素養(yǎng)，如：與人溝通合作的能力，合理分配、利用時(shí)間的能力，對(duì)他人尊重、毅力

6、與自信心等。比如，光電傳感器的原理以前是中學(xué)才有的內(nèi)容，在小學(xué)通過“自動(dòng)光控路燈”、 “報(bào)曉機(jī)器人”等一系列活動(dòng)，他們會(huì)很好的理解光電傳感器的原理?？傊?，智能機(jī)器人的教學(xué)必將給信息技術(shù)基礎(chǔ)教育帶來新的活力， 成為全面培養(yǎng)學(xué)生信息素質(zhì)，提高其創(chuàng)新精神和綜合實(shí)踐能力的良好平臺(tái)。4、智能機(jī)器人教育進(jìn)入中小學(xué)課堂是發(fā)展的必然，順應(yīng)了國際潮流信息技術(shù)作為綜合實(shí)踐活動(dòng)課程，特別注重學(xué)生體驗(yàn)、感悟和實(shí)踐的過程，注重學(xué)生個(gè)性的健康發(fā)展和對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力的培養(yǎng)。日本、美國等一些發(fā)達(dá)國家，高度重視機(jī)器人教育對(duì)高科技社會(huì)的作用和影響，已在信息技術(shù)課與課外科技活動(dòng)中開設(shè)了有關(guān)機(jī)器人的教學(xué)內(nèi)容。我國北京、上海

7、以及沿海發(fā)達(dá)地區(qū)已將機(jī)器人教育推向課堂。新的國家九年義務(wù)教育課程綜合實(shí)踐活動(dòng)指導(dǎo)綱要也已將機(jī)器人教育例為選修內(nèi)容。智能機(jī)器人教育進(jìn)入中小學(xué)課堂是發(fā)展的必然，順應(yīng)了國際潮流，對(duì)基礎(chǔ)教育的發(fā)展和教師的成長既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇。二、信息技術(shù)教育中程序設(shè)計(jì)與智能機(jī)器人教學(xué)的關(guān)系1、歷史的回顧程序設(shè)計(jì)是中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科教育的重要內(nèi)容之一。在80年代初我國開展計(jì)算機(jī)教育之初主要是以程序設(shè)計(jì)為主。程序設(shè)計(jì)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維上起著非常重要的作用。但當(dāng)時(shí)，由于學(xué)習(xí)內(nèi)容的單一性，為學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)而學(xué)習(xí)，枯燥的程序設(shè)計(jì)，用人腦代替電腦寫出程序的運(yùn)行結(jié)果，指出程序的語法錯(cuò)誤，確實(shí)也

8、扼殺了部分同學(xué)的學(xué)習(xí)興趣。2、程序設(shè)計(jì)與智能機(jī)器人教學(xué)的關(guān)系程序是智能機(jī)器人的靈魂。今天，在智能機(jī)器人進(jìn)入課堂的同時(shí)， 將智能機(jī)器人作為程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的載體，能從根本上解決程序設(shè)計(jì)教學(xué)中存在的問題，程序是否達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，可以通過機(jī)器人的行為來檢驗(yàn)。學(xué)生在學(xué)習(xí)為智能機(jī)器人編程的過程中，必須了解機(jī)器人的各種傳感器，并通過編程來控制傳感器，使機(jī)器人感知外界的環(huán)境信息，并對(duì)感知的信息做出決策和響應(yīng)；同時(shí)，還必須了解智能機(jī)器人的功能、結(jié)構(gòu)和工作原理，并根據(jù)要機(jī)器人完成的任務(wù)來搭建機(jī)器人和編寫程序，以使其完成規(guī)定的任務(wù)，這正是信息技術(shù)中的感測技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和智能技術(shù)的具體體現(xiàn)。另外，學(xué)生在學(xué)習(xí)的

9、過程中始終感受著失敗的遺憾和成功的喜悅， 這又將反過來成為新的學(xué)習(xí)動(dòng)力和興趣。智能機(jī)器人對(duì)學(xué)生引發(fā)的程序設(shè)計(jì)的興趣，還會(huì)對(duì)算法的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)，也是一種培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力的新方法和新手段。3、 LOGO 語言是適合小學(xué)生學(xué)習(xí)的程序設(shè)計(jì)語言LOGCM言是一種適合小學(xué)生學(xué)習(xí)的程序設(shè)計(jì)語言，首先，它采用兒童十分喜愛的積木拼圖方式，通過海龜繪圖來學(xué)習(xí)編制程序的一般方法，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和創(chuàng)造才能。LOGOS言非常接近人類自然語言，它提供結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)，模塊化的過程編程和調(diào)用，以及程序的遞歸調(diào)用；同時(shí)它所包含的參數(shù)、變量、帶參過程等重要概念以及豐富的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型，生動(dòng)的圖形處理功能，為孩子們提供

10、了非常好的編程環(huán)境，為學(xué)習(xí)更高級(jí)的計(jì)算機(jī)語言打下了良好基礎(chǔ)。4、虛擬仿真機(jī)器人和實(shí)物機(jī)器人相結(jié)合的教學(xué)模式是機(jī)器人教學(xué)的最佳模式虛擬仿真機(jī)器人教學(xué)是一個(gè)可操作的虛擬機(jī)器人平臺(tái)，支持在計(jì)算機(jī)屏幕上創(chuàng)建虛擬機(jī)器人。學(xué)生可以通過虛擬機(jī)器人學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí)和技能，可在計(jì)算機(jī)屏幕上模擬場景的設(shè)置，機(jī)器人對(duì)象的建立和各種傳感器和設(shè)備的安裝，并可以完成多種機(jī)器人實(shí)驗(yàn)：如機(jī)器人走規(guī)定圖形、機(jī)器人滅火、走迷宮、仿真機(jī)器人平臺(tái)將成為培養(yǎng)同學(xué)們動(dòng)手能力、創(chuàng)造力、綜合能力、協(xié)作能力和進(jìn)取精神等多元能力的最佳創(chuàng)新平臺(tái)。今天很多類型的機(jī)器人都可以直接用 LOGCM言編程控制。在仿真環(huán)境下的程序，勿需作任何修改，便可直接下載

11、到實(shí)物機(jī)器人，控制機(jī)器人的行為。5、課例分析我在綜合活動(dòng)課滅火機(jī)器人中，是以模擬城市119 滅火為題材設(shè)計(jì)的，因?yàn)?19 滅火對(duì)同學(xué)來說并不陌生，無論是生活中或電視、電影中他們有這樣的經(jīng)驗(yàn)。119 滅火過程簡單，無外乎就是沿著固定道路，找到火災(zāi)現(xiàn)場，完成滅火任務(wù)從教學(xué)來看，它涉及到循跡和滅火，用到的傳感器有光敏傳感 器和火焰?zhèn)鞲衅?。從程序結(jié)構(gòu)來看，涉及到主程序和子程序。所以它 是一個(gè)有趣的綜合任務(wù)。在課堂上，采用虛實(shí)結(jié)合，以仿真環(huán)境滅火為主，真實(shí)機(jī)器人用來幫助同學(xué)理解火焰?zhèn)鞲衅?。我們以城市地圖為背景，虛擬火災(zāi)現(xiàn)場和消防指揮中心，以及連接兩地的道路WG、師.常界亮推升觀比君學(xué)言沐公司 班U 恬目

12、和0 費(fèi)款建罟產(chǎn)土 ；7 - U 者伯宗R吞叱奧利T-.舞團(tuán)上產(chǎn)1環(huán).痢除in世悠工業(yè)蚪司天北哲K-中加大限o 0旅謁富蓊“燈:前軍鐘寓依5欣挈d院干式凈嬴盅國亞制抑公妞.檸日尤 在，紓序嘉園河ft . 4'商,屬t衢附送百.飛街紅血連4電'j）工專給電煙.aSr;1 .岫加矚上*匯豐/ 一:：但暮隴, /%海幣-叁際石符冥全科用-4京川集團(tuán)07信烤儂公司一；肪南三愕蟹 ':一-電值營L廳一種子11同bSh* <1無甌電1廠島眼鞏 rvi期嫻士方釬事 LLr度位大平呼，說心.口一 一* 7-.元端依1 *三竹苑蒙引 國或，神美高舞星蕓司®王 忸 壬林西林

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14、任務(wù), 機(jī)器人需要具備哪些方面的能力？首先，同學(xué)會(huì)想到，機(jī)器人要跑得快，要能找到火焰（感知火 焰），還要能滅火，當(dāng)然還要能識(shí)別路線。接下來，師生一起，設(shè)計(jì)機(jī)器人。（觀看錄像）本課教學(xué)中，機(jī)器人的設(shè)計(jì)非常重要。一方面是通過設(shè)計(jì)，讓學(xué)生知道各種傳感器的用途及安裝方法（用途決定它們的安裝方法），在設(shè)計(jì)機(jī)器人的時(shí)候，我們把傳感器的連接端口，以及不同情況下傳感器的返回值標(biāo)出來，是為了幫助學(xué)生理解程序。因?yàn)橥瑢W(xué)自己設(shè)計(jì)機(jī)器人和程序時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)端口號(hào)不一致的情況。師生一起設(shè)計(jì)機(jī)器人后，我們利用仿真系統(tǒng)，讓學(xué)生獨(dú)立配置機(jī)器人，這樣可以加深他們對(duì)理解，建立自己的知識(shí)體系。有了機(jī)器人，是不是就能滅火了呢？顯然不行

15、。編寫程序的重點(diǎn)是思維訓(xùn)練，因?yàn)槲覀冋J(rèn)為，問題的分析很重要，這里最好的思維訓(xùn)練是以流程圖的方式完成。（關(guān)于程序教學(xué)，我們只要求學(xué)生理解程序，能讀懂程序。（播放錄像）最后，同學(xué)在仿真環(huán)境下運(yùn)行，體驗(yàn)學(xué)習(xí)的樂趣。三、智能機(jī)器人教學(xué)的目標(biāo)和內(nèi)容1、教學(xué)目標(biāo)目前關(guān)于智能機(jī)器人教學(xué)目標(biāo)還沒有統(tǒng)一的要求，普遍認(rèn)同的觀點(diǎn)是：（ 1） 培養(yǎng)學(xué)生對(duì)智能機(jī)器人的興趣，讓學(xué)生了解和掌握以智能機(jī)器人為載體的通用技術(shù)與信息技術(shù)的基本知識(shí)和技能；（ 2） 了解現(xiàn)代機(jī)器人的發(fā)展趨勢，討論機(jī)器人與人類在解決相關(guān)問題上的優(yōu)缺點(diǎn)，例如， 機(jī)器人對(duì)復(fù)雜情況的反應(yīng)；機(jī)器人可以完成哪些人類難以完成的任務(wù)等。（ 3） 通過擬人的方法，循

16、序漸進(jìn)的了解和掌握智能機(jī)器人的傳感器和驅(qū)動(dòng)裝置的作用。理解體會(huì)程序是智能機(jī)器人的靈魂，了解機(jī)器人是怎樣在人類的指揮下工作的，初步學(xué)會(huì)程序的編寫、下載、運(yùn)行和調(diào)試。（ 4） 通過為機(jī)器人編寫程序?qū)W到科學(xué)而高效的思維方式，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力；通過智能機(jī)器人活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生良好的信息素質(zhì)、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。（ 5） 在學(xué)習(xí)和組裝機(jī)器人的活動(dòng)中，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、學(xué)會(huì)與他人合作，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。2、教學(xué)內(nèi)容（ 1） 了解智能機(jī)器人的概念和工作方式，了解機(jī)器人的發(fā)展、機(jī)器人的應(yīng)用、機(jī)器人與人、機(jī)器人與社會(huì)的關(guān)系等內(nèi)容；（ 2） 了解簡易機(jī)器人的基本構(gòu)造；能說出各類傳感器（如聲音、光敏、紅

17、外、溫度、觸碰）的功能及其對(duì)人類功能的模擬 。能大致理解機(jī)器人各部分的功能和工作原理，如通過傳感器搜集信息、通過程序來判斷處理信息、控制外部動(dòng)作等；（ 3） 初步學(xué)會(huì)使用一種機(jī)器人編程控制軟件編寫程序。感知程序和程序設(shè)計(jì)語言；了解 “確定算法-編程實(shí)現(xiàn)”這一計(jì)算機(jī)解決問題的一般過程。初步感受利用程序解決問題的一般過程；（ 4） 會(huì)在機(jī)器人仿真環(huán)境下，模擬搭建機(jī)器人和設(shè)置機(jī)器人運(yùn)行環(huán)境，利用仿真環(huán)境模擬機(jī)器人完成簡單任務(wù)；（ 5） 初步學(xué)會(huì)根據(jù)生活和學(xué)習(xí)中的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)、動(dòng)手制作或組裝簡單的實(shí)物機(jī)器人（如：機(jī)器人導(dǎo)盲，機(jī)器人迎賓，機(jī)器人滅火，機(jī)器人踢足球，機(jī)器人走迷宮等）。初步學(xué)會(huì)將編制好的控

18、制程序?qū)С龅綄?shí)物機(jī)器人，運(yùn)行機(jī)器人并對(duì)機(jī)器人及其控制程序做出必要的調(diào)試和修改。四、關(guān)于省教改實(shí)驗(yàn)教材的說明1、教學(xué)內(nèi)容的選取基于上述思考，省教改實(shí)驗(yàn)教材新增了LOGO 語言和智能機(jī)器人。 將這兩部分內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，是為了照顧沒有機(jī)器人實(shí)物的學(xué)校仍可完成 LOGO 語言教學(xué)。在機(jī)器人教學(xué)內(nèi)容中，教材用了較大篇幅介紹虛擬機(jī)器人環(huán)境，所涉及的任務(wù)大部分能在虛擬環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。2、機(jī)器人的選擇教材在編寫的過程中力求用通用語言敘述，但學(xué)習(xí)的過程是從感性上升到理性的過程。脫離了具體的機(jī)器人實(shí)物，學(xué)生難以理解，“北京通用依耐特技術(shù)開發(fā)有限公司”的通用機(jī)器人和“西覓亞科技公司”代理的樂高（LEGO）機(jī)器人。選用通用機(jī)器人，是因?yàn)橥ㄓ脵C(jī)器