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科普天地 - 竞赛普及 - 电脑机器人与青少年科技教育

 

电脑机器人与青少年科技教育


竞赛普及 福建省青少年科技活动中心办公室  2009-12-1 16:49:08 访问量:4485

 

 一、开展高科技教育的必要性

    人类社会正在经历一场全球性的科技革命。无论在物质生产领域、社会生活和管理领域以及科学研究领域等,科学技术都得到了广泛而积极的运用,科技进步日益成为推动人类社会文明进步的一个重要力量。同时,也对教育提出了严峻的挑战,当今世界各国纷纷把改革和发展教育作为参与国际竞争的首要战略对策,科技教育受到了前所未有的关注,特别是高科技教育已经成为重中之重,所以在基础教育中注入高科技教育内容已刻不容缓。

    综观人类历史的长河,科学技术一直发挥着关键性的作用,但教育不跟进是要落后挨打的。近代世界科学技术开始迅速发展,已经从感性认识上升到理性认识,有了能够指导科技发展的先进科技教育理念,西方强国对于青少年科技教育的重视程度应给可以说无人不知无人不晓了!而电脑机器人活动就是其中的一个重要形式。

    今天,人类已经完成了世纪跨越迈入了21世纪,科学技术迅猛发展,人类社会正加快步伐发展。在未来科学技术高度发达的社会里,科技和教育的地位日益增强,因为未来国际竞争的焦点是科学技术,最激烈的竞争是人才的竞争。这种人才的竞争要求人才培养和教育体制必须及时跟进与调整,以适应21世纪国际竞争的需要。

    我们科协青少部的主要工作就是青少年科技教育,帮助青少年开拓他们的视野,培养他们的创新能力与精神。虽然我们不能参与到学生们的课堂教育中,但是作为校外教育,通过学校作为媒介,我们可以将科技教育融入到学生学习中。

    二、课程改革给开展高科技教育提供了挈机

    教育在综合国力的形成中处于基础地位,我国政府进行基础教育改革,其目的就是为了建立高质量的基础教育。基础教育改革的根本是课程改革,新课程中的综合实践活动是课程改革的亮点,综合实践活动是国家规定的必修课,主要包括:研究性学习、信息技术教育、劳动与技术教育、社区服务与社会实践四部分内容。这不仅意味着一种新的课程形态的诞生,更主要地是标志着一系列体现时代精神的新的课程理念的生成,无疑给高科技教育提供了良好的挈机。我们所做的课外科技教育也能更好的作为一个催化剂放到其中。

    三、电脑机器人

    那么,什么是机器人呢?虽然机器人常常出现在现在很多的科幻电影里面,据说机器人的英文“ROBOTO”都是出自一部科幻剧,最后世界通用的。但是有没有一个真正的定义呢?

    其实机器人并不象许多人想象的那样神秘,也不是单纯的外貌酷似人的机器。世界上最早的机器人就诞生在中国:《列子.汤问篇》中记载西周穆王时期,有位叫偃师的能工巧匠制作了一个“能歌善舞”的木质机关人,三国时期诸葛亮设计制作的“木牛流马”,汉朝发明的指南车等都是世界上最早期的机器人。在现实生活中机器人就在我们的身边,大楼里的电梯、马路上的红绿灯、房间里的空调、街头的自动取款机就是形式各异的机器人,实际意义上的机器人应该是“能自动工作的机器”,它们有的功能比较简单,有的就非常复杂,但必须具备以下三个特征:

    身体  是一种物理状态,具有一定的形态,机器人的外形究竟是什么样子,这取决于人们想让它做什么样的工作,其功能设定决定了机器人的大小、形状、材质和特征等等。

    大脑  就是控制机器人的程序或指令组,当机器人接收到传感器的信息后,能够遵循人们编写的程序指令,自动执行并完成一系列的动作。控制程序主要取决于下面几种因素:使用传感器的类型和数量,传感器的安装位置,可能的外部激励以及需要达到的活动效果。

    动作  就是机器人的活动,有时即使它根本不动,这也是它的一种动作表现,任何机器人在程序的指令下要执行某项工作,必定是靠动作来完成的。

1、电脑机器人的学习。

    我们正在开展的电脑机器人制作活动正是青少年科技教育其中重要的一部份。电脑机器人所倡导的学习方式是以研究性学习为主,所谓“研究性学习”课程,是指学生基于自身兴趣,在教师指导下,以类似科学研究的方式,去主动地获取知识、应用知识、解决问题的学习方式,为学生提供一种开放性的问题解决学习方案,把最大的想象和创造空间留给学生

    电脑机器人的制作是把未来科技与现代教育技术紧密融合,通过教育工作者、青少年学生的积极参与、交流,提高青少年的信息技术应用能力以及对机械、电子工程、自动控制技术的认识和应用,为进一步学习、掌握高科技打下坚实的基础。在此过程中,主要以学生个体自主学习、研究小组合作学习的方式进行探索性研究活动,在问题背景下,通过亲身实践获取直接经验,养成科学精神和科学态度,掌握基本的科学方法,提高综合运用所学知识解决实际问题的能力。乐高公司的机器人学习步骤是一个设计与搭建→编程→程序下载到机器人→程序的执行与调试→设计与搭建→编程………这样一个循环递进、阶梯式上升的过程,往往有可能会在下一轮设计中放弃原有的思路而采用新思路,具有很强的创造性。

2、机器人的开发、研究过程

   “当孩子们全心投入具有现实意义的创作过程中时,他们进入了最佳的学习状态中。”这句话在很多机器人相关网站上我们都能看到。不难看出,印象最深刻的知识信息是在积极主动的参与过程中获取的。

   科学研究的本质是人类对未知世界的探究,学习者将模拟科学家的研究方法和研究过程,提出问题并解决问题。在教学中采用新的学习方式,就是创设一种学习情景,由学生自己选择和确定研究的课题设计,自己收集、分析并选择信息资料,应用知识,去解决实际问题,让学生在游戏中掌握深奥的科技知识,使学习不再枯燥。综合运用所学知识,通过设计方法、搭建模型、编写程序、调试分析、解决问题的过程,培养了学生动手、动脑能力,每一个学生都能体验挑战,从中获得成功的快乐,培养自信心与创造力。而且,对于同一问题,鼓励学生寻求自己独特的解决方案,激发其学习欲望,形成良好的学习习惯,培养创新意识。

    四、憧憬21世纪  展望美好未来

    21世纪将是科技高度发达的时代,我们现在才刚刚开始步入这个世纪,为应对21世纪的人才需求,青少年科技教育尤为重要。目前我们曲靖市的机器人项目刚刚起步,但是已经纳入了今后的科协青少部工作重点之中,而且我们的机器人工作室已经基本成形。机器人活动是一个崭新的项目,我们需要不断的探索与实践,才会做出更好的成绩来。有了这样一个专门工作室,能够让更多的青少年接触到高科技,并且培养他们的创新与协作能力。曲靖市是一个农村人口占多数的地方,人民整体生活水平较低,加之机器人活动需要投入较多资金,很多青少年根本无法接触到机器人,而工作室则能给他们提供这样一个机会。通过各种活动形式(如科技夏令营、机器人培训班等)让更多的青少年能够接触高科技,在他们之中弘扬科学技术,突显创造与创新,强化团队贡献,培养科学素质,是我们建立机器人工作室的首要任务,也必将会成为我市青少年科技教育的一个重点和亮点。

    总之,电脑机器人活动是一项综合多种学科知识和技能的青少年科技活动,最具创新精神,创新意识与创新能力的培养。它可以说是未来青少年科技教育的必要科目之一,是我们绝对不能松懈更需不断探索的科技活动。