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1、用机器人、航模等校园文化充实通用技术课堂的想法以技术试验及其方法学案为例单位：乌鲁木齐高级中学 姓名：孟宪超摘要：通用技术课程是立足实践的课程，需要载体的支撑。课本上年复一年的实践课设计并不能满足现今思维活跃、想法独特的高中生，也不适用于如今各个学校的试验环境。航模这一新鲜事物作为青少年体育活动与科技创新的重要组成部分越来越受人欢迎。我校的航模小组成立于 2012 年，吸引着很多同学的眼球，由于是兴趣小组的形式开设，所以普及面窄，受益学生少。作为一名通用技术老师兼航模小组的辅导教师，为何不将两者结合起来，航模是集材料、工艺、图形设计、数学思维、等知识技能于一身的好的载体。本文以一堂通用技术实践
2、课为案例，对如何将航模作为通用实践课的载体的一些想法。一、 信息技术教育需要新的载体信息技术教育作为我国中小学教育的重要组成部分,极大地推动着我国教育信息化的发展,但随着信息技术发展和教育的不断深入,其问题也逐渐显露出来,目前我国中小学信息技术教育中存在的主要问题:教学内容“重软轻硬” 。目前中小学信息技术课程的教学内容以 Windows 操作系统应用、Office 办公软件应用、网页浏览、制作,以及多媒体作品制作等内容为主,计算机硬件结构及软件系统、传感器、控制器、人工智能等内容由于没有适合的平台,在中小学阶段学生很难涉及,而程序设计内容,由于不容易看到其实用价值,多数学生对其兴趣不高;教学
3、方式仍以传统方式为主,自主、合作、探究等学习方式并没有在教学中得到很好的应用;教学资源单一,在选取上缺乏前瞻性 1 。多年来,我国中小学信息技术教育的主要载体是计算机和网络,与信息技术的迅速发展极不相称,要改变这种状况,实现教学资源的丰富性和前瞻性,迫切需要新的手段和载体。二、将机器人融入到信息技术教育是技术教育发展的趋势首先,机器人是技术发展的前沿之一,具有高度的综合性,可以使学生全面综合地了解并接触到诸多领域的先进技术,例如机械、电子、传感器、计算机硬软件、人工智能、多媒体技术、通讯技术、网络技术等;其次,机器人技术的研究和应用逐渐由工业生产领域向人类生活领域扩展,并开始在教育、环境、社会
4、服务、医疗等领域应用,机器人技术的进步与发展必将会对人类的生活和社会产生重要影响;第三,机器人的神秘性不仅能引起学生的学习兴趣,使学积极地投入到学习中,还能激发学生探索世界奥秘的热情;第四,机器人教育体现了“做中学”的教学理念,在学习过程中强调动脑与动手的结合,从而有利于改变传统的教学方式,为学生的终身学习打下基础。2三 信息技术教育中的程序设计程序设计是中小学校信息技术学科教育的重要内容之一。在 80 年代初我国开展信息技术教育之初就是以程序设计为主要教学内容的。在中学程序设计能力强的同学在其它学科的学习中产生正迁移现象也屡见不鲜，程序设计课程在培养学生分析问题、解决问题的能力和培养学生创造
5、性思维上起着非常重要的作用。程序设计是计算机这一现代工具为基础教育带来的一种培养综合能力的新方法和新手段。在强调程序设计教育作用的同时反思目前程序设计教学中存在的问题是必要的。对于初学程序设计的中小学生来说兴趣是学习的动力，而利用以往的程序设计媒介很难使初学者看到程序设计应用的效果，体验成功的乐趣，这是目前程序设计教学中经常出现两极分化的主要原因。教育机器人为程序设计的学习提供了一个全新的契机，其生动的应用效果使得教师的程序教学丰富多彩、活泼易懂。机器人对学生引发的程序设计的兴趣的同时还会对算法的学习打下良好的基础，使学生通过程序设计更好的学习有关的算法知识3。下面就是笔者如何应用机器人上好一
6、堂的程序课的教学案例四、基于机器人的程序设计与算法的教学案例【目标分析】1、知识与技能（1） 让学生了解算法、程序设计语言、编写程序和调试程序等概念。（2） 让学生知道对现实问题的自然语言的描述，特别是类似程序设计语言的自然语言描述。（3） 让学生理解分析问题、设计算法、编写程序、调试程序这一用计算机解决问题的基本步骤，认识其在算法与程序设计中的作用。2、方法与过程（1） 培养学生发现旧知识的规律、方法和步骤，并把它运用到新知识中去的能力。（2） 培养学生调试程序的能力。（3） 培养学生合作、讨论、观摩、交流和自主学习的能力。3、情感态度和价值观通过机器人鸣叫的实例和探究、讲授、观摩、交流等环
7、节，让学生体验用机器人解决问题的基本过程，深刻学生对机器人的认识。【教材分析】本节的重点用机器人解决问题的过程中的分析问题、设计算法、和机器人调试程序的方法。通过机器人的调试认识算法与程序设计是本节课的难点。【学生分析】学生以对智慧天下机器人套件有一定的了解，初步认识了主控器。对 XLAB 图形化编程软件也有一个大概的了解。【教学环境分析】可以进行屏幕广播的多媒体电脑室。教师自行设计制作的课件。每小组一套的智慧天下机器人套件。 所需软件 XLAB 图形化编程软件【教学过程】（一）算法算法是什么呢？其实我们的生活中就存在着算法。比如清晨起床，我们会先穿衣、然后洗漱、吃饭、背上书包上学，这就是一个
8、算法。当然算法还可能存在于学习中，比如四则运算，就是按照先乘除后加减，先算括号内，后算括号外这样的顺序进行的，这也是一个算法。我们再来看两个算法的例子吧！生活中的算法：炒菜第一步，择菜第二步，洗菜第三步，切菜第四步，开火炒菜第五步，盛菜出锅我们再举个学习上的例子：计算小车的速度第一步，测量小车行走的时间第二步，测量小车在这段时间里走的路程第三步，根据公式：速度=路程时间，列出式子， 第四步，计算并写出结果由上面的例子可以看出，不管是炒菜做饭还是计算小车速度都需要按照步骤执行，这些步骤也可以称作算法。一般而言，算法是解决问题的方法与步骤。因此以上举例描述的就是炒菜的算法与计算小车速度的算法。生活
9、中处处都有算法，泡一壶茶需要算法，洗衣服需要算法，计算圆的面积需要算法，解方程更需要算法。只有明确了算法，我们才能做好一件事情，解决难题。数据和算法就构成了一个完整的程序，即程序数据算法。（二）算法的表示方法用语言描述算法，虽然比较容易明白，但当算法比较复杂时，这样的表示方式就显得繁琐了，那么有没有更好的方式呢？上述的算法，我们是用语言描述的。语言描述算法虽然很清晰，但是对于复杂的算法就会很繁琐。有没有更好的方法来表达算法呢？还是举上述炒菜的例子。其步骤可以表示为图 2-3：这样用图形来表示算法的方式就显得简单明了，容易理解先后次序和过程。这种帮助我们简化算法描述的图形称为“流程图” ，它是最
10、为常用的一种算法表示的方法。但是，图 2-3 中描述烧开水的方框图并不规范。在算法的表示规则中，一择菜 洗菜 切菜盛菜出锅 开火炒菜图 2-5择菜洗菜切菜开火炒菜开始结束盛菜出锅个表示算法的流程图应该包括三要素：表示相应操作的框、框内必要的说明文字、带箭头的流程线，常用的符号如图 2-4 所示。注意，画流程图的时候一定不要忘记画箭头，如果不画箭头就难以判断每个框的执行顺序。图 2-5 就是用规范的流程图形式来描述炒菜的过程。三、算法在软件环境中的实现下面我们练习在软件环境中实现算法教育机器人鸣叫。实验准备：图 2-5 箭头所示为控制器的蜂鸣器，本试验实现通过蜂鸣器的实现鸣叫。 图为实现蜂鸣器鸣
11、叫的流程图蜂鸣器1. 表示程序的开始、结束2. 表示程序中的各种活动3. 表示判断程序中的事件，并做出决定4. 表示流程的发展方向5. 表示输入输出图 2-4鸣叫三次开始延时 2 秒延时 2 秒鸣叫二次延时 1 秒鸣叫 1 次结束实验步骤：双击桌面中 XLAB 图形化编程平台的图标打开软件界面，如图 2-6 所示。按照图 2-6 中的流程图，在 XLAB 中拖动图标，并进行相应属性设置。首先，拖动模块区中的“报警器”图标至工作区，在工作区中，点击“主程序入口”图标的输出端，移动鼠标拽出黑线，再点击“报警器”图标的输入端，从而连接这两个图标。如图 2-8 所示。接着，点击工作区里“报警器”图标，
12、在工作区的下面会出现属性设置栏的，通过编辑属性设置栏，可对“报警器”的属性进行适当改变。如图 2-9 所示。图 2-8菜单栏工具栏模块区编辑区菜单栏输入主程序入口的输出端口报警器的输入端口报警器接着，参考上述方法拖动模块区中的“延时”图标至工作区中，并设置其属性“计数”为 2 秒。下载并运行程序。在软件界面中完成操作后，将机器人与电脑用数据线连接，打开机器人的电源，如图 2-10 所示。点击“下载执行”按钮，将程序传输到机器人中，如图 2-11 所示。等待 2 声“嘀”声提示音后，拔出数据线，即可运行机器人。试验注意事项：1在 XLAB 软件中，用“报警器”图标表示蜂鸣器；2在最后不能忘记拖动
13、“程序结束”图标，否则程序不能正常下载到机器人中；3在给机器人载入程序时，机器人的电源必须打开，且得等待发出 2 声“嘀”声提示音，才能拔出数据线，否则机器人不能正常执行程序；图 2-9“下载执行”按钮4每按一次机器人的“执行”按钮，机器都重新运行一遍程序。【教学效果分析】1、知识技能的落实通过对“警报机器人”活动项目的参与和体验，学生了解了算法、程序设计语言、编写程序和调试程序等概念。并让学生知道对现实问题的自然语言的描述，特别是类似程序设计语言的自然语言描述。各个小组成功实现了机器人的报警功能，使学生对算法和程序设计有了新的认识。分析问题、设计算法、编写程序、调试程序这一用计算机解决问题的
14、基本步骤有了新的理解，认识其在算法与程序设计中的作用。2、学生能力的培养在课堂教学的动手环节中，学生在老师的启发引导下，逐步理解并分析“警报机器人”的解决方案，掌握用自然语言描述算法的设计思想，教师及时掌握学生设计中出现的代表性问题，带领全班参与讨论，帮助同学们由浅入深的解决问题，使学生们对分析问题、设计算法、编写程序、调试程序这一用计算机解决问题的基本步骤有了新的理解，认识其在算法与程序设计中的作用4。3、学生规范的形成在经历了机器人项目活动，尤其是对警报机器人程序的编写之后，同学们小组协作的意识经一步增强，小组讨论的氛围基本形成;对于活动记录的填写习惯以慢慢养成，完整性也日趋完善，初步具备
15、了进行科学实验时应有的实事求是和负责认真的态度。五、结语程序是电脑机器人的灵魂，让中学生通过为机器人编程序来学习程序设计的知识是程序设计教学入门的最好方法。在学习为机器人编写程序的过程中学生会获得成功的喜悦、会建立成功的信心，从而取得程序设计学习的兴趣。将电脑机器人作为程序设计学习的载体，会从根本上解决目前程序设计教学中存在的问题5。电脑机器人使程序设计的学习与信息技术的前沿领域紧密的结合在一起。电脑机器人的教学内容必将给信息技术基础教育带来新的活力，电脑机器人会成为中小学生能力、素质培养的智能平台。在中小学信息技术教学中电脑机器人将会与计算机一起成为信息技术教育的工具，承载起信息技术教学载体
16、的任务。1彭绍东. 论机器人教育(上 ) J . 电化教育研究, 2002(6) .2 2007 年全国中小学机器人教学研讨会会议纪要 EB/OL .(2008 - 01 - 03) 2008 - 5 - 11. http:/ www. chinaite. cn/pd2xwzx/2008/0103/article221.html.3 智能机器人是信息技术教育的良好平台 EB/OL ,(2007 - 4- 29) 2008 - 5 - 11. http:/ www. smartrobot. com. cn/lw/gsd- tjqrjy.htm.4艾伦；中小学生电脑制作活动与创新能力培养；中国电化教育 ， “全国中小学电脑制作活动”十年纪念专刊 ，2009 年 7 月5 王益,张剑平.在机器人教育
