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1、华中师范大学 硕士学位论文 教育机器人的设计与应用研究 姓名：干国胜 申请学位级别：硕士 专业：现代教育技术 指导教师：王继新 20041201 硕士学位论文 M A S T E R ST H E S I S 摘要 本文结合中小学教育、教学实际，阐述了教育机器人学科教学意义、理论 支持、教育机器人学科教学目标与内容、教育机器人开发与设计的研究以及使 用。 本文由五个方面的内容组成。 第一部分介绍了机器人的定义和分类，阐述了中小学教育机器人学科教学 的意义，既普及机器人知识、提高机器人应用水平、研制能力的需要，深入开 展信息技术教育需要。教育机器人科技活动和教学现状：作为青少年科技创新 活动之一
2、的“全国中小学电脑制作活动( 含教育机器人) ”自2 0 0 0 年举办以来， 越来越多地得到各级教育行政部门j 广大中小学校的普遍重视，也得到广大中 小学师生的积极响应。 第二部分以新一轮基础课程改革的理念及技术课程标准为依据，讨论了开 展中小学教育机器人学科教学理论支持，即：注重加强各类实践活动，培养学 生乐于动手，勤于实践的意识和习惯，提高实际操作能力，注重各学习领域的 整体设计，密切课程内容与学生的学习经历和经验、社会和科技发展之间的关 系。技术课程以学生的亲手操作、亲历情境、亲身体验为基础，强调学生的全 员参与和全程参与。每个学习者通过观察、调查、设计、试验等活动获得丰富 的“操作”
3、体验，进而获得情感态度、价值观以及技术能力的发展。 文章从知识、能力、情感方面阐明了机器人学科教学的目标和内容。 第三部分为教育机器人学科教学的目标与内容。本部分根据新课程改革的 内容和理念，具体分析教育机器人学科教学的目标与内容。 第四部分为“R o b o t I I I 型教育机器人设计与开发”。 R o b o t I I I 型教育机器人本体上有3 种十几个传感器，还可扩展，它类似于 人的五宫，有很强的感知环境的能力，这是产生智能行为的前提。R o b o t I I I 型 教育机器人能产生许多智能行为。控制器类似于人的大脑，控制机器人的各种 动作，它由C P U ( 中央处理单元
4、) 、外围辅助电路及程序组成；执行器类似于人 的四肢，完成机器人的具体动作，电机及减速齿轮控制机器人运动，风扇用于 硕士学位论文 M A S T E I L ST H E S I S 灭火。 系统结构组成及硬件设计主要包括D S P 5 6 F 8 0 1 F A 6 0 芯片、硬件扩展总线、 传感器、驱动电路、通信模块等几个部分。系统运作时，通过各种传感器感知 外部信息，然后传输给控制器部分对信息加工处理后，再指挥操作系统操纵机 器人的执行部件，以改变机器人的运行状态。R o b o t I I I 型教育机器人是基于 W I N D O W S 操作系统c 语言编程和图形化交互式c 语言编
5、程两种方式。本部分还 介绍了R o b o t I I I 型教育机器人已经实验通过的有关例程，如：机器人走圆圈、 机器人避障碍物、机器人寻迹。 第五部分为“R o b o t I I I 型机器人使用”。R o b o t I I I 型机器人经过实际使 用，学生们认为，采用R o b o t I I I 型机器人工具的科技课程有助于提高对科学 的兴趣和对科学发现过程和环境的认识。增强了他们对阅读科学书刊杂志和科 技论文的兴趣。家长们认为：孩子们通过“玩”教育机器人，增强了孩子自信 心，加强了孩子参与集体活动的愿望。教师认为：采用机器人教育工具有助于 提高学生进行严格的、合乎逻辑的、客观的思
6、维品质；教学中涉及技术的内容 使得学生更接近科学，使学生更清晰地认识现实世界中的科学和技术。 关键字： 教育机器人创新活动机器人学科教学硬件软件例程 I I 硕士学位论文 M A S T E R ST H E S I S A b s t r a c t I n t e g r a t i n gt h ep r a c t i c ei np r i m a r y a n dm i d d l es c h o o l s ，t h i st h e s i se x p o u n d st h e s i g n i f i c a n c eo fs t u d y i n ge d
7、u c a t i o n a li n t e l l i g e n t r o b o ti ns c h o o l si ns u b j e c tt e a c h i n g I ta l s os t a t e st h es u p p o r t i n gt h e o r i e sa sw e l la st h ee x p l o r i n ga n dd e s i g n i n go f e d u c a t i o n a li n t e l l i g e n tr o b o ta n de x p e r i m e n t sa b o
8、u ti t T h et h e s i sc o n s i s t so ff i v ep a r t s T h ef i r s to n ei Sa b o u tt h ed e f i n i t i o na n dc l a s s i f i c a t i o ni na d d i t i o nt ot h e s i g n i f i c a n c e o fs t u d y i n gi n t e l l i g e n tr o b o ti n s u b j e c tt e a c h i n g I nf a c t ，s t u d y i
9、 n g e d u c a t i o n a l i n t e l l i g e n t r o b o ti st h eb e s tw a yt o p o p u l a r i z e t h e k n o w l e d g eo f i n t e l l i g e n tr o b o ta n d t oi m p r o v et h es t a n d a r do f a p p l i c a t i o no f i t I ti sn e c e s s a r yf o r p r o m o t i n g t h ee d u c a t i
10、o no f i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y ， I n ! h es e c o n dp a r t ，B a s e do ni d e a si nt h eF l e wr e f o r m a t i o no fc u r r i c u l u ma n d c r i t e r i o nf o ri n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y , t h es u p p o r t i n gp e d a g o g i c t h e o r i e sa r e p r e
11、s e n t e d T h e ya r et om a k es t u d e n tf o r mt h eh a b i to fp r a c t i c i n ga n di m p r o v et h e i r a b i l i t yo fm a n i p u l a t i o n ，s c h o o l ss h o u l dr e i n f o r c ea l lk i n d so fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y p r a c t i c e A t t e n t i o ns h o u l db
12、 eg i v e nt ot h ed e s i g n i n go fa l ls u b j e c t sa sw h o l e T h e r e l a t i o n sb e t w e e nt h ec o n t e n to fc u r r i c u l u ma n ds t u d e n t s 1 i f ea n de x p e r i e n c e s s h o u l db et i g h t e n e d T h ec o n t e n to fc u r r i c u l u ms h o u l da l s op r e s
13、 e n tt h ed e v e l o p m e n t o fs o c i a la n ds c i e n c ea n d t e c h n o l o g y T h et e c h n o l o g yc o u r s ef o c u s e so na l ls t u d e n t s t h o r o u g hp a r t i c i p a t i o n E v e r yl e a r n e ro b t a i n sr i c he x p e r i e n c et h r o u g hw a t c h i n g ， s u
14、r v e y i n g ，d e s i g n i n ga n de x p e r i m e n t ，w h a t Sm o r e ，t h e yC a na l s od e v e l o pt h e i r e m o t i o na n da t t i t u d et o w a r d st h es c i e n c ea n dt h e i ra b i l i t yo f r e s e a r c h i n g T h et h i r dp a r ti sa b o u tt h eo b j e c ta n dc o n t e n
15、 to f t h e T e a c h i n g i nt h ef i e l d T h ef o r t h p a r ti sa b o u t t h ed e s i g n i n ga n d e x p l o r i n g o fR o b o t I I I I nR o b o t - I I It h e r ea r ed o z e n so fs e n s o r sw h i c ha r ee x t e n d a b l ea n dC a nb e d i v i d e di n t ot h r e es o r t s T h e y
16、a r el i k et h eo r g a n so fh u m a n Sw h i c hC a ns e n s et h e s u r r o u n d i n g s T h a ti sp r e c o n d i t i o no fi t si n t e l l i g e n c e I tC a nh a v em a n y i n t e l l i g e n t I I I 硕士学位论文 M A S T E R ST H E S I S a c t i o n s I t sd i r e c t o ri sj u s tl i k et h eb r a i no fh u m a nb e i n g ，w h i c hc a nd i r e c tt h er o b o t c o m p l e t em a n yk i n d so f a c t i o n s T h ed i r e c t o ri sm a d
