LOGO语言与智能机器人在信息技术课程中的教学认识和思考.docx

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LOGO语言与智能机器人在信息技术课程中的教学认识和思考

LOGO语言与智能机器人教学

在信息技术课程中的认识和思考

随着智能技术的发展，智能机器人教育走进中小学校已经成为必然趋势，并受到广大师生的热切追捧。

智能机器人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的任务，并为信息技术基础教育注入了新的活力。

有超前意识的教育工作者已清楚的看到，智能机器人将成为培养中小学生创新精神和综合实践能力，提高综合素质的智能平台。

在这样的形势下，我省将LOGO语言和机器人教学纳入小学信息技术教学内容，无疑具有教育前瞻性。

我校从2004年开始开展智能机器人课外活动，2006年将智能机器人教育纳入校本教学科研，现正拟逐步将智能机器人推进课堂教学。

下面就LOGO语言和智能机器人，在信息技术课程中的教学认识和思考，谈谈我个人的看法，希望与同行一起探讨。

一、智能机器人教学在信息技术课程中的地位和作用

1、智能机器人技术隶属于信息技术

我们知道，信息技术的基本内容包括：

感测技术、通信技术、智能技术和控制技术，其中智能技术又处于四种技术的核心地位，而智能机器人的核心技术，恰恰是人工智能技术，因此，智能机器人技术隶属于信息技术。

2、智能机器人是信息技术发展的综合体现，是中小学信息技术课程的良好载体

众所周知，中小学的《信息技术》课程，是在原来的计算机课程的基础上，发展演变而来的，随着信息时代的到来，计算机作为一种信息处理工具被广泛的普及和使用，因此，我国逐步将中小学的计算机课程，改成了信息技术课程。

这一时期，计算机作为信息技术教育的载体，成为中小学信息技术教育的惟一工具，学习内容主要是，计算机基础知识和基本操作，这与我们对信息技术教学内容的理解和信息技术的发展相关。

据预测，21世纪中期，人类社会将全面进入以智能机器人为代表的智能时代。

而随着信息技术领域中智能技术的迅猛发展，今天，单一的计算机已不能承载信息技术课程这一重任，将智能机器人的基础知识和基本技能教学，纳入中、小学的信息技术课程，与计算机一起成为信息技术教育的工具，承载信息技术教学任务，不仅充实了信息技术教学的内容，也使我们对中小学校信息技术教育有了一个新的认识，更全面的体现了信息技术教育的内涵。

比如，实物机器人在地板上走正方形，肯定比海龟在屏幕上走正方形更有趣。

一堆散积木，按自己的想象可以拼成“打蛋机”，并且在程序的控制下，还真的搅动起来了，带给同学的是成功的喜悦。

3、智能机器人是全面培养学生信息素质，提高其创新精神和综合实践能力的良好平台

随着我国基础教育新一轮课程改革，发展学生的创新精神和实践能力为重点的素质教育，成为我国当前基础教育改革与发展的重要使命。

而智能机器人技术融合了造型技术、机械、电子、传感器、计算机软件、硬件和人工智能等众多先进技术，充分地体现了当代信息技术多个领域的先进技术，是综合知识和技术的结晶。

机器人活动不仅主题有趣，富有挑战性，更重要的是其问题解决方案是开放性的，学生可以用不同的方法达到同一个目标，因而智能机器人活动能激发学生充分发挥想象力、创造力，有利于培养学生的开放性思维。

因为在机器人教学活动中，孩子们就像真正的工程师一样，针对项目主题进行研究、策划、设计、组装和测试。

他们以小组为单位，使用积木、传感器、马达及齿轮等组件设计自己的机器人，并为机器人编写程序，让它完成预设的任务。

孩子们通过主动探索、动手实践，亲身体验，活动使抽象的理论如何变成了触手可及的答案，享受成功的兴奋。

在活动中，学生不仅可以学到有关机械、电子、计算机等技术知识，还可以培养多方面的能力和素养，如：

与人沟通合作的能力，合理分配、利用时间的能力，对他人尊重、毅力与自信心等。

比如，光电传感器的原理以前是中学才有的内容，在小学通过“自动光控路灯”、“报晓机器人”等一系列活动，他们会很好的理解光电传感器的原理。

总之，智能机器人的教学必将给信息技术基础教育带来新的活力，成为全面培养学生信息素质，提高其创新精神和综合实践能力的良好平台。

4、智能机器人教育进入中小学课堂是发展的必然，顺应了国际潮流

信息技术作为综合实践活动课程，特别注重学生体验、感悟和实践的过程，注重学生个性的健康发展和对学生的创新精神、实践能力的培养。

日本、美国等一些发达国家，高度重视机器人教育对高科技社会的作用和影响，已在信息技术课与课外科技活动中开设了有关机器人的教学内容。

我国北京、上海以及沿海发达地区已将机器人教育推向课堂。

新的《国家九年义务教育课程综合实践活动指导纲要》也已将机器人教育例为选修内容。

智能机器人教育进入中小学课堂是发展的必然，顺应了国际潮流，对基础教育的发展和教师的成长既是挑战也是机遇。

二、信息技术教育中程序设计与智能机器人教学的关系

1、历史的回顾

程序设计是中小学信息技术学科教育的重要内容之一。

在80年代初我国开展计算机教育之初主要是以程序设计为主。

程序设计教学在培养学生分析问题、解决问题的能力和培养学生创造性思维上起着非常重要的作用。

但当时，由于学习内容的单一性，为学习程序设计而学习，枯燥的程序设计，用人脑代替电脑写出程序的运行结果，指出程序的语法错误，确实也扼杀了部分同学的学习兴趣。

2、程序设计与智能机器人教学的关系

程序是智能机器人的灵魂。

今天，在智能机器人进入课堂的同时，将智能机器人作为程序设计学习的载体，能从根本上解决程序设计教学中存在的问题，程序是否达到预期的目标，可以通过机器人的行为来检验。

学生在学习为智能机器人编程的过程中，必须了解机器人的各种传感器，并通过编程来控制传感器，使机器人感知外界的环境信息，并对感知的信息做出决策和响应；同时，还必须了解智能机器人的功能、结构和工作原理，并根据要机器人完成的任务来搭建机器人和编写程序，以使其完成规定的任务，这正是信息技术中的感测技术、通信技术、控制技术和智能技术的具体体现。

另外，学生在学习的过程中始终感受着失败的遗憾和成功的喜悦，这又将反过来成为新的学习动力和兴趣。

智能机器人对学生引发的程序设计的兴趣，还会对算法的学习打下良好的基础，也是一种培养学生创新思维能力的新方法和新手段。

3、LOGO语言是适合小学生学习的程序设计语言

LOGO语言是一种适合小学生学习的程序设计语言，首先，它采用儿童十分喜爱的积木拼图方式，通过海龟绘图来学习编制程序的一般方法，培养学生的逻辑思维和创造才能。

LOGO语言非常接近人类自然语言，它提供结构化程序设计，模块化的过程编程和调用，以及程序的递归调用；同时它所包含的参数、变量、带参过程等重要概念以及丰富的数据结构类型，生动的图形处理功能，为孩子们提供了非常好的编程环境，为学习更高级的计算机语言打下了良好基础。

4、虚拟仿真机器人和实物机器人相结合的教学模式是机器人教学的最佳模式

虚拟仿真机器人教学是一个可操作的虚拟机器人平台，支持在计算机屏幕上创建虚拟机器人。

学生可以通过虚拟机器人学习相关的知识和技能，可在计算机屏幕上模拟场景的设置，机器人对象的建立和各种传感器和设备的安装，并可以完成多种机器人实验：

如机器人走规定图形、机器人灭火、走迷宫、……仿真机器人平台将成为培养同学们动手能力、创造力、综合能力、协作能力和进取精神等多元能力的最佳创新平台。

今天很多类型的机器人都可以直接用LOGO语言编程控制。

在仿真环境下的程序，勿需作任何修改，便可直接下载到实物机器人，控制机器人的行为。

5、课例分析

我在综合活动课《灭火机器人》中，是以模拟城市119灭火为题材设计的，因为119灭火对同学来说并不陌生，无论是生活中或电视、电影中他们有这样的经验。

119灭火过程简单，无外乎就是沿着固定道路，找到火灾现场，完成灭火任务。

从教学来看，它涉及到循迹和灭火，用到的传感器有光敏传感器和火焰传感器。

从程序结构来看，涉及到主程序和子程序。

所以它是一个有趣的综合任务。

在课堂上，采用虚实结合，以仿真环境灭火为主，真实机器人用来帮助同学理解火焰传感器。

我们以城市地图为背景，虚拟火灾现场和消防指挥中心，以及连接两地的道路。

通过激趣明确任务后，我们组织学生讨论：

要完成这样的任务，机器人需要具备哪些方面的能力？

首先，同学会想到，机器人要跑得快，要能找到火焰（感知火焰），还要能灭火，当然还要能识别路线。

接下来，师生一起，设计机器人。

（观看录像）

本课教学中，机器人的设计非常重要。

一方面是通过设计，让学生知道各种传感器的用途及安装方法（用途决定它们的安装方法），在设计机器人的时候，我们把传感器的连接端口，以及不同情况下传感器的返回值标出来，是为了帮助学生理解程序。

因为同学自己设计机器人和程序时，常会出现端口号不一致的情况。

师生一起设计机器人后，我们利用仿真系统，让学生独立配置机器人，这样可以加深他们对理解，建立自己的知识体系。

有了机器人，是不是就能灭火了呢？

显然不行。

编写程序的重点是思维训练，因为我们认为，问题的分析很重要，这里最好的思维训练是以流程图的方式完成。

（

关于程序教学，我们只要求学生理解程序，能读懂程序。

（播放录像）

最后，同学在仿真环境下运行，体验学习的乐趣。

三、智能机器人教学的目标和内容

1、教学目标

目前关于智能机器人教学目标还没有统一的要求，普遍认同的观点是：

（1）培养学生对智能机器人的兴趣，让学生了解和掌握以智能机器人为载体的通用技术与信息技术的基本知识和技能；

（2）了解现代机器人的发展趋势，讨论机器人与人类在解决相关问题上的优缺点，例如，机器人对复杂情况的反应；机器人可以完成哪些人类难以完成的任务等。

（3）通过拟人的方法，循序渐进的了解和掌握智能机器人的传感器和驱动装置的作用。

理解体会程序是智能机器人的灵魂，了解机器人是怎样在人类的指挥下工作的，初步学会程序的编写、下载、运行和调试。

（4）通过为机器人编写程序学到科学而高效的思维方式，提高学生分析问题和解决问题的能力；通过智能机器人活动培养学生良好的信息素质、创新精神和实践能力。

（5）在学习和组装机器人的活动中，培养学生的动手能力、学会与他人合作，增强团队协作精神。

2、教学内容

（1）了解智能机器人的概念和工作方式，了解机器人的发展、机器人的应用、机器人与人、机器人与社会的关系等内容；

（2）了解简易机器人的基本构造；能说出各类传感器（如声音、光敏、红外、温度、触碰）的功能及其对人类功能的模拟。

能大致理解机器人各部分的功能和工作原理，如通过传感器搜集信息、通过程序来判断处理信息、控制外部动作等；

（3）初步学会使用一种机器人编程控制软件编写程序。

感知程序和程序设计语言；了解“确定算法-编程实现”这一计算机解决问题的一般过程。

初步感受利用程序解决问题的一般过程；

（4）会在机器人仿真环境下，模拟搭建机器人和设置机器人运行环境，利用仿真环境模拟机器人完成简单任务；

（5）初步学会根据生活和学习中的实际需要，设计、动手制作或组装简单的实物机器人（如：

机器人导盲，机器人迎宾，机器人灭火，机器人踢足球，机器人走迷宫等）。

初步学会将编制好的控制程序导出到实物机器人，运行机器人并对机器人及其控制程序做出必要的调试和修改。

四、关于省教改实验教材的说明

1、教学内容的选取

基于上述思考，省教改实验教材新增了LOGO语言和智能机器人。

将这两部分内容相对独立，是为了照顾没有机器人实物的学校仍可完成LOGO语言教学。

在机器人教学内容中，教材用了较大篇幅介绍虚拟机器人环境，所涉及的任务大部分能在虚拟环境下实现。

2、机器人的选择

教材在编写的过程中力求用通用语言叙述，但学习的过程是从感性上升到理性的过程。

脱离了具体的机器人实物，学生难以理解，因此教材中选用了“北京通用依耐特技术开发有限公司”的通用机器人和“西觅亚科技公司”代理的乐高（LEGO）机器人。

选用通用机器人，是因为通用机器人硬件结构简单，传感器观察直观。

软件方面，运行环境要求低，基本不需要复杂的驱动。

软件安装后即可实现用LOGO语言编写程序，程序勿需任何修改，便可直接下载到实物机器人，由机器人执行程序指令。

同时，软件的仿真环境，可实现在计算机屏幕上创建虚拟机器人及仿真场地，由程序控制虚拟机器人，大大降低了机器人教学成本。

乐高机器人以其先进的教学理念，优良的品质保障，赢得了无数教师的好评。

乐高机器人完美的积木块，几乎应有尽有，为学生的创新思维和能力的发展，留下了无限空间。

直观的图形化编程，低起点，高发展的软、硬件，成为了从小学到大学众多机器人爱好者的研究性学习平台。

教材中许多任务兼顾了通用机器人和乐高机器人教学，教师可根据学校条件和自身条件自行取舍。

（下面我们分别请两家公司的工程师，介绍：

1、兄弟学校在机器人教学方面的先进经验；

2、满足教学所需要的最低、基本和标准机器人工作室配置；

3、教学机器人演示。

）

3、教材分课解读

关于教材分课解读请参看省教科所相关网页。

五、教学实录尝析

1、简阳华西九义学校周艳老师执教《了解机器人》

周老师的这节课，通过讲解、演示和学生讨论，让学生对机器人有了比较全面的认识。

2、成都市龙江路小学分校涂良知老师执教《我的第一个乐高机器人》

3、四川师范大学附小曾小刚老师执教《自动光控路灯》

六、教师互动

省实验教改教材已经试用一学期了，教师们一定有更多更好的教学设计和想法。

请拿出来大家分享吧。