教育机器人在儿童智能开发中的应用研究(论文范文)Word格式.docx
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关的教研活动。
为适应未来科技社会对人才培养的需要,教育部从
2003年起把中小学机器人比赛纳入全国中小学电脑制作活动中,同年颁布
的普通高中新课程标准,又将“人工智能初步”及“简易机器人制作”列
入教材内容。
机器人是一种能够通过程序控制,自主完成某类任务的机器系统。
教
育机器人则是一类应用于教育领域的机器人,它一般具有以下特点:
首先
是教学适应性,符合教学使用的相关需求;
其次是具有良好的性能价格
比,特定的教学用户决定了其价位不能过高;
再次就是它的开放性和可扩
展性,可以根据需要方便地增、减功能模块,对学生进行智能开发和自主
创新。
1.2儿童教育机器人功能分析
不同阶段学生的认知水平和教学要求各不相同,不同层次的教学对象
需要选用不同的教育机器人产品,以便提供合适的功能、配件以及人机界
面。
那么,目前适用于中学生教学用机器人产品种类型号较多,适用于小
学生(儿童)教学用机器人的种类型号则较少,无法满足教学的需要,只
能作为玩具或工业产品使用。
小学阶段的机器人教育,定位于机器人启蒙教育,主要是让学生了解
机器人应用价值,培养使用机器人的兴趣。
考虑到小学生活泼好动、形象
思维活跃、好奇心强等特?
?
,该阶段的教育机器人,结构上应力求简单,
通常采用较大粒度的零部件,避免使用小尺寸零件,每个零部件具有相对
独立的功能。
材料选用上考虑结实、耐用、安全。
外观具有一定的形象
性,易于辨识,方便装配。
整机功能不宜复杂,性能上要求稳定、可靠。
在机器人本体设计方面,主要体现在插件应用上,对于机械传动系统
与电路控制系统可选用积木式、插件式或变形式三种类型。
功能的集成化
设计,零部件的积木式、插件式和变形设计,有利于小学生凭自己的想象
任意搭建机器人,设计出形态各异、功能丰富的作品。
在人机交互方面,强调具有易用性、趣味性、益智性和反馈性。
通过
综合利用发声(如警报、音乐、语音等)、发光、运动(如旋转、移动
等)等多种途径,激发孩子的好奇心和求知欲,引导小学生去做进一步的
探索和思考。
在程序传输方式上主要基于传输线把指令导入到实体机器人
存储器中,传输功能界面应尽量形象直观。
2儿童智能要素分析
2.1智能
智能顾名思义,智力和能力。
传统的智能定义为注意力、观察力、想
像力、记忆力和思维能力的集合。
现代我国教育学家认为:
智能是指学生
通过知识的学习、并运用知识来适应社会,改造社会的能力。
2.2智能要素分析
儿童智能开发的类型较多,相对于各种智能开发类型的要素也很多,
为了便于确定智能开发的具体内容,必须较为准确地找出各智能类型与其
对应的具体智能要素,以保证系统、全面、准确的对儿童实施有效的智能
开发训练与培养。
根据智能要素分,它包括观察力、想象力、注意力、记忆力和思维能
力等五大要素。
1)观察力:
具体的讲,观察力是指大脑对事物的观察能力。
它包括
对自然环境与自然现象的观察、社会环境与社会现象的观察等。
从空间的
角度分析,它包括平面观察、立体观察;
从形态的角度分析,又包括静态
观察与动态观察。
2)想象力:
想象力是人对头脑中以有的表面进行加工改造,并创造
出新形象的过程。
其功能有预见作用、对认识的补充作用、对情绪的调节
作用等。
它包括空间想象力、联想能力、组合能力、假设能力、等智能要
素。
3)注意力:
注意力是指个体的心理活动对一定对象的指向和集中。
其基本功能是信息选择,它包括无意注意、有意注意和有意后注意。
4)记忆力:
记忆力是指人对过去经历过的事物的反应,记忆是一个
复杂的心理过程,它包括识记、保持、再认和再现三个基本环节。
按记忆
的内容分类有:
形象记忆、逻辑记忆、情绪记忆、运动记忆四种。
5)思维能力:
思维是人脑对客观现实概括的、间接的反应,是认识
的高级形式。
它包括直观动作思维、形象思维、逻辑思维三种类型及这些
思维的相应能力。
3基于教育机器人应用的儿童智能开发
3.1观察力的培养与训练
通过对各式各样机器人的观察,了解机器人的功能。
如“寻迹机器
人”能准确地沿着规定的线路前进;
“爬行机器人”可在平面或立体的情
况下随意爬行,可用于高楼大厦的墙面清洁和粉刷,用于地下管道的故障
的排除,用于危险环境下的特殊作业等;
通过对机器人外观形状、功能及
结构组成进行观察,可充分了解各种机器人的软硬件配置、操作与控制方
法、比赛情景等。
通过这些观察激发了儿童的兴趣,使儿童产生试制机器 人的想法,在此想法下对简易机器人进行安装、调试与试用,在机器人安
装过程中,会发现各式各样的问题,针对这些问题逐一解决,边解决问
题、边安装、边调试直至安装成功,最后开始试用或者比赛。
上述这些观
察、试制与使用过程,对儿童的观察能力、思维能力与实践能力有较大的
促进和提高。
3.2想像力的培养与训练
如通过“足球机器人”对抗赛,可很好的培养儿童的想像能力,首先
学会灵活使用自己安装调试的机器人,保证完成踢球及其它功能;
同时还
要保证有足够灵活性用于拦截对方的足球。
通过对抗赛充分了解对方与自
己足球机器人的功能与灵活程度,为了保证胜利,必须实现比对方更高水
平、更加灵活、更加准确的进行投球与拦截球,上述这些功能的实现是通
过可视化软件编程来实现,这些软件的编程与实现充分调动了儿童的想像
能力,该想像能力既要联系硬件,又要结合软件;
既要了解自己的机器
人,又要了解对方的机器人;
既要有高水平的硬件搭建能力,又要有良好
的软硬件控制能力。
上述这些能力的实现对儿童的想像力进行了从逻辑数
学、到实践活动、再到应对比赛的全方位的、系统的开发培养与训练。
3.3注意力的培养与训练
机器人的核心功能是单片机控制下的软件实施与硬件执行功能,软件
水平的高低决定了机器人制作水平,因此要做出一台高水平的机器人,必
须有适合该机器人硬件平台的软件。
儿童用机器人软件一般是可视化编
程,在编程过程中必须高度集中注意力通过可视化指令,来实施每一项动
作、技能与功能,针对每一个动作可能有几条语句来完成,这些语句的顺
序、结构和执行过程必须与动作、技能准确的一一对应,否则就会出现误
动作,难以保证比赛过程中的准确、灵活,难以保证在自己边进攻、边防
守、边拦截的情况下的有效对抗比赛。
编程过程如果不注意将数学建模准
确的转换为计算机语言,同样很难实现各种动作技能与功能。
上述机器人
的制作与功能实现,特别是动作技能与各程序语言的一一对应、数学模型
与计算机语言的准确对应,对培养儿童的注意力有着较好的开发与培养作
用。
3.4记忆力开发培养与训练
足球机器人的比赛胜败由以下关键动作所决定:
一是自己制作的机器
人踢球动作与灵活控制;
二是要准确观察对方机器人的动作与功能实施;
三是在充分了解对方机器人动作与功能的情况下进行准确的识别,并驱动
自己的机器人去实施有效的对抗。
上述所有动作要领都需要准确的记忆,
并在此基础上灵活操作自己的机器人,所要这些对儿童的记忆力的开发培
养与训练有着较好的促进作用。
3.5思维能力的开发培养与训练
在机器人比赛中,常常会发现一些较突出的功能实施技巧,这些技巧
的实现充分体现了机器人开发制作过程中的创造力,如比赛中某机器人在
进攻的同时,还有防守的功能,在识别判断同时,还可以充分估计到对方
下一步的动作,上述这些功能在完成的同时,还要保证准确、灵活、有效
的预测和对抗,这对儿童在机器人制作过程中,从装配到应用,从基本功
能的实现到综合功能的应用,从自我功能的实现到既可实现自我功能,又
可实现相应的对抗功能,所有这些功能的实现与实施对儿童的思维能力、
创造能力有着较好的开发培养与训练作用。
4结束语
从机器人的安装、调试与制作,到机器人的对抗比赛等全过程,始终
对儿童的观察力、想象力、记忆力、注意力和思维能力进行开发培养的同
时,还培养了它们的团队精神,集体主义精神和荣誉感,促进了它们的控
制能力、意志能力的提高。
从机器人的制作到比赛的全过程中,儿童既需
要动脑,实施创造与创新,又需要机敏的操作控制和较好的体力,特别是
手、眼、脑三者良好的配合,在比赛过程中智力与体力两者相结合,在精
力充沛的条件下,方可赛出水平。
此时对儿童的健康与肢体协调能力也进
行了系统的训练与培养。
总之,通过机器人的制作与比赛,对儿童的智
商、情商、健商、财商,德商等诸方面进行了综合的开发与训练,达到了
儿童智能开发的目的。
作者简介:
张宁(1985-),学士,助教,济宁职业技术学院艺术与设计系,曲阜师
范大学毕业,专业方向:
计算机科学与技术。