机器人教学创新实践论文张跃辉
2019-04-10 17:05阅读：
【摘 要】人形机器人是信息技术发展的前沿领域，是一门具有高度综合渗透性、前瞻未来性、创新实践性的学科，蕴涵着极其丰富的教育资源。雷虎人形机器人的设计紧随我国机器人教育发展的趋势，能够提高学生的科技创新水平，能够成为中小学生创新能力和动手操作能力的平台，能够融入校园文化建设与学校的办学理念、育人环境、办学特色等形成和谐统一的整体。
【关键词】 雷虎人形机器人
教学案例
一、人形机器人概述
人形机器人的研究起步于1960年代后期，目标是解决人形机器人的双足行走问题。进入1990年代，人形机器人在控制方法和人工智能等方面的研究成果不断出现，从而推动了人形机器人技术的快速发展，此后机器人的行走能力、智能化和功能都越来越强大，最著名的人形机器人就是本田公司的ASIMO。
人形机器人的出现是计算机科学、传感器技术、机械科学等学科的技术进步，也是人类日常生活需要的产物。目前我国人口老龄化问题日益显现，在以后的几十年时间里必将影响社会的发展。人形机器人的出现一定程度上能够缓解人口老龄化带来的劳动力资源紧张的局面，同时人形机器人能够代替人类在恶劣以及高危环境下工作。
RoboHero机器人具有多任务，实时性操作，可拆卸式模块化和特有的高分辨率动作捕捉系统，辅以13个阶段的教学手册，
切合9
岁以上儿童STEAM教育，培养动手能力和创新能力。该教育机器人系统软件使用的语言已经纳入美国STEAM 教育的机器人教学程式语言。雷虎教育机器人已经进入国际市场。
根据专家分析，预计到2025年中国教育机器人市场空间将达到3000亿，并成为全球最大的机器人市场。在教育机器人崛起、家长对STEAM教育认可，市场更获得了政府的政策支持、正确的引导，同时还有着资本的关注。
教育机器人主要是通过具体的项目设计以及自带的编程App来培养孩子的编程能力。这种寓教于乐、循序渐进的方式很受孩子欢迎，效果显著。
机器人技术的教学可以培养学生的科学素养。科学素养是指的是使用、管理、评价和理解技术的能力。科学素养首先要求学生具有一定的基本技能，同时对于技术与设计原则要有明确的思想认识；在情感上要乐意学习技术、掌握技术、从事技术活动；科学素养还表现在学生具有一定的技术创新能力和创造才能；科学素养还表现在学生能在学习、掌握技术的同时，感悟到技术的文化内涵等人文因素。
RoboHero机器人课程，分为三大阶段，13个级别，以启发式和案例式教学为主要方式，进行K12的STEAM教育，培养孩子动手和创新能力。
雷虎机器人RoboHero入门语言采用美国教育系统认可的Scratch语言，用手机APP和电脑编程，通过简单指令让机器人完成青少年创造的动作。Scratch语言由美国麻省理工学院设计开发，主要面向青少年。其优势在于简单易学APP界面设计。
开放式Arduino 语言为雷虎机器人RoboHero的中高级课程编程语言，具有启发性的3D建模设计,浅显易学的程序设计系统。
令人赞叹的是RoboHero有17个自由度，动作精确，玩法多样，精彩不断；270°超大角度舵机，全金属齿轮，坚固耐用；APP支持Android和IOS系统，多样化的动作编辑器，可自由设定动作；语音控制，使用更加方便。超萌设计，让孩子一见倾心。分享性和娱乐性的功能设计，沉浸式的互动娱乐。使用者可以教给RoboHero各种动作，通过语音交互，为其添置新的装备，让他成为孩子们成长中的好伙伴。
RoboHero系列产品将具备远程交互功能，可以与其他人的机器人通讯，或者与家长手机通讯。其摄像头和麦克风可以实现孩子们的分身术。
为实现素质教育提供精彩实践
通过研究设计、制作、调试机器人,激发学生的想象力，培养了学生的设计能力、创新能力、动手能力和跨专业的综合应用能力，为全面素质教育的开展，开辟了新路，提供了好教材。把机器人教育引入中小学，不仅有利于信息技术教育的发展；有利于探索教育改革和人才培养的新途径、新方法；有利于高素质人才的培养；同时将推动我国智能机器人知识和技术的普及；促进我国智能机器人事业的发展和专业人才的培养；促使新兴的智能机器人产业的形成。可以说，智能机器人教育为实施素质教育提供了一个可操作性的实践平台。
RoboHero的教育理念是通过“创意+兴趣”的方式将编程与机器人教育相结合，符合《新一代人工智能发展规划》的精神。
RoboHero针对不同年龄段青少年有不同的教育重点。比如，针对9到14岁学生，可以了解机器人的传感器，学习简单的电路原理和电子器件，并绘制电路图；学习Scratch语言，介绍电动机和伺服器的基本原理，了解更多的机器人构成；完成更多模态的机器人设计，通过语言编程控制并完成更多的动作设计
。
针对12到18岁学生，可以初步学习计算机语言如C语言等，了解机器人控制的算法优化设计;学习Arduino的硬件开发环境，学习使用各类传感器；搭建自己的机器人，完成一个特定的复杂任务。
在功能上，教育机器人已经不能单纯的以一种功能作为总结。除了以培养孩子多方面能力的为目标的编程教育，这些新品种的教育机器人也具备了语音交互功能，将两种类型教育机器人的功能糅合一番，打造一种“强强联手”的效果。
二、建立科技活动室的必要性
我国的人形机器人研究起步于1986年启动的国家高技术计划，经过二十多年的研究，取得了丰硕的成果。如北京理工大学研制的机器人“汇童”有32和自由度，能根据自身平衡状态和地面高度变化实现未知路面的稳定行走。进入21世纪，机器人已经不再局限于工业上的应用，而应该在社会的各个行业合理利用。如何让人形机器人在教育应用上发挥其应有的作用成为当前研究的重点。随着全国乃至国际各类机器人大赛的日益升温，各类职业院校迫切希望能在机器人大赛中获得成绩来提升学校综合竞争力以及知名度，因此职业院校建立人形机器人教学平台成为需要，同时也能有效地激发学生的学习兴趣，有很好的趣味性和挑战性。
让机器人教育走进学校，开发机器人文化的教育功能和发掘智能机器人的教育价值，对推进教育创新，促进教育改革和教育现代化，对创造型、研究型、专家型教师队伍的形成，对提高学生的创新和实践能力，同时对我国机器人事业的发展、人才高地的建设，都具有重要的现实意义和战略意义。
因此，建立人形机器人教学平台是十分必要的，它适合于机电一体化、电气自动化、机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计与理论、数控技术、自动控制等相关专业的一体化教学和培训。
三、教学平台实施步骤
（一）加强学校硬件设备的建设
学校积极筹措资金、充实有关设备。专门提供了学生的教学场地：科技活动室，准备购买新机器人器材的资金，为机器人活动添加硬件设备，以此来创设良好的机器人学习环境，推动机器人教学。根据总体设计方案的要求，我们购买了四台机器人的配件：平板电脑，用以做为控制机器人的终端。
（二）提高教师专业素质，提升学校软实力
我们着力通过培训、教研、讲座三个环节来提高参与师生素质。
首先是培训，教师对机器人技术的认识决定着机器人教学的成败。因为教师是方案的直接参与者，只有当教师充分认识到机器人技术的价值，对课题研究充满信心并热情投入时，课题研究才能收到良好的效果。为此，我加强了自身的理论学习。首先是教育观念的更新，我准备通过学习先进的教学资料，认真学习相关教育理论和文件。促进自身进一步树立正确的教育观念，为实验的顺利开展奠定坚实的思想基础。
其次是教研。为适应课题研究的需要，要进一步开展参与教师专题讨论，积极参加课外机器人活动的现场观摩，并进行案例分析，积累实际教学经验，提高把机器人技术融入教学实践的能力；组织校内外机器人竞赛活动，使参与学生在相互交流中提高，在实践探索中成长。
（三）组建机器人实验室及学生兴趣小组
由四、五、六年级中学生中挑选学习成绩比较优秀同时又对机器人制作感兴趣的学生组成学生机器人兴趣小组。由指导教师编写有关人形机器人的制作指导教材，从传感器的性能到人形机器人的组装再到程序的编写，通过对兴趣小组学生进行授课，使他们逐步进入机器人科学世界。
（四）应用到一体化教学
通过兴趣小组的引导，逐渐将机器人教学向学科课程发展。随着教学改革和课程改革的实施，机器人教学走进课堂是一种必然的发展方向。
通过项目教学法，让学生在学完本课程内容后能独立组装并调试人形机器人，让学生知道如何将学习的内容应用到生产和生活实际当中，提高学生和学校的竞争能力。
四、雷虎机器人教学成效
通过积极的训练，2018年7月参加2018年“雷虎”机器人阿城区域赛，“机器人操纵赛”、“机器编程赛”、“机器人交互赛”三个单项比赛均获得第一名，学校团体总分荣获得第一名，8名参赛学生全部获得特等奖。
2018.10月12日参加阿城区科技运动会，机器人操纵赛、编程赛，我校做为冠军队在大会上进行展示，另外，机器人创意舞蹈项目由经过多天努力调试成功，并在大会开幕式进行示范展示。
雷虎机器人的教学应用成为培养学生创新能力和动手操作能力的平台，让更多的学生参与其中。学生的设计成果能参加各种机器人比赛，学校将一直保留学生的作品供师生参观学习，共同提高。同时可推广为基础教学和创新课程学习的教具，既教会了学生各种专业知识，又让学生通过动手、动脑实践，提高了综合素质。
