足球机器人 足球机器人对于技术课程的教育价值和实现的方式分析

足球机器人对于技术课程的教育价值和实现的方式分析

2. 更灵活的技术教学、更有效的师生互动，培养学生 的技术素养和创新精神 3. 学生经历简易智能机器人系统的制作过程，实现生 活问题技术化的过程，体会用机器视角的问题思考法 机器人足球决策系统是整个系统的核心部分，起到了人类大脑中枢的作用。正因如此，对“大脑”的开发一直是学 生热衷的方向，学校多名学生为使控制器支持一些深奥的算 法，使机器人具有更强的智能性，部分改写过控制器的底层 驱动。因此，教师在讲解机器人控制系统时，需更多地讲解 控制器的底层驱动方法，方便有能力的学生进行更好的拓展。

也有一部分学生联系实际，认为中学阶段研究的机器人不宜 太复杂，重点在于程序的条理性。机器人足球本身又是一个 有较高难度、较为复杂的竞赛项目，于是他们产生了另一种 思路，即在控制器端把一个独立、复杂的程序分割成具有独 立小功能的多个程序，如罚点球程序、对方坠球点进攻程序、 己方坠球点防守程序，等等，就像人的大脑的各个部位控制 各个部分的机体功能一样，我们称之为切盘。其实无论是哪 种思路，笔者都认为这恰恰是学生已将机器人这一载体与人 融为一体，实现生活问题技术化的过程。

足球机器人教学的实现策略 近年来，机器人成本的降低及教师们持续的关注和积极 参与，使得机器人进入课堂的基础条件已基本具备。许多教 师也尝试使用普及机器人、仿真机器人为载体进行教学，并 取得了不错的成果，同时也发现了一些问题。一是小学、初 中、高中开设的内容极为一致，造成了有基础的学生不想学， 没基础的学生要花大量时间学。二是高中阶段很难大面积普 及。学生面临高考压力，很难抽出大量时间学习机器人普及 方面的内容，不少农村学校甚至大量挤压学生的技术课时间[2]。鉴于此，笔者分别从小学、初中、高中三个学段设计 足球机器人教学的实现策略，形成一个递进的教学体系。

1. 小学阶段：以普及、激发学生兴趣为主 小学生的性格特点通常是对新事物既有新鲜感，但又不 习惯，因而一时难以适应；
对学习有好奇感，却很难专心听 讲和独立完成任务[3]。在此阶段不适宜让学生承担难度较 高、独立任务性较强的学习活动。设计总体策略让学生以单 个足球机器人主框架为结构，以流程图的架构为实现手段， 教师着重讲解机器人各元件的功能原理和流程图软件的使 用方法，设计一定数量的简单任务，如低速走直线、S型线、 圆形、正方形，让学生合作完成，激发学生的兴趣。尤为重 要的是，必须从小培养学生良好的学习习惯，教师只能担当 “授业者”的角色，而不是大包大揽，否则只能强化学生的 虚荣心，而无法激发学生学习兴趣。

2. 初中阶段：以夯实基础、确立研究方向为主 在这个过程中，既要教授学生各元件的性能参数、驱动 原理，也要讲述实现各项功能的各个程序块。对于异常出色 的学生，授课教师应能及时地甄别出来，再多讲些实用的、 甚至有点深奥的算法，以拓宽学生视野，为其以后的学习做 好铺垫。

3. 高中阶段：以体现学生创新思路、初级自主研发为 主 进入高中阶段以后，基础较好的学生已经有了很强的理论支撑和程序编写能力，也具备了较强的自主学习能力、自 我认识能力和团队协作能力。教师只需花很少时间告诉学生 足球机器人发展的前沿动态和革新方向，而把重点放在引导 学生开动脑筋把创新的理念转变为现实上。记得在一次青少 年机器人大赛上，笔者发现有一支足球队伍的机器人之间使 用蓝牙系统实现了通讯，但据笔者所知，在高速运转的足球 机器人上，蓝牙通讯实现的多机器人协同工作基本上是无意 义的。因为在蓝牙采集到信号的瞬间，机器人有可能就已经 发生了移动而且干扰较大。如何提高其协同效率呢？回来后 笔者把这个信息告诉给了学生。结果其中有位学生就提出了 自己的想法，即以球为参照物，在一定范围内，只要防守机 器人看得到球，就参与进攻，一旦看不到球，立即跑回球门 前变为防守机器人。这种想法就从根本上解决了硬件通讯协 同的问题，变为以软件实现协同进攻。后经其无数次试验发 现，机器人的进攻效率明显提高，而防守则几乎不受影响。

经历了这件事，笔者得出结论，机器人只是一个优能、高效 的教学载体，它的最大价值是把学生的创新想法现实地表达 出来，为学生进入大学后进行工业创新设计提供新思路和新 方法。

笔者通过调查发现，学生在动手能力、解决处理问题能 力方面较弱，应试能力则较强，并且往往只是在单调、片面 地处理一个问题，不懂得将自己所学知识综合起来去解决问 题。这一问题的根源在于，学生所学科目的试题（评价体系）本身就是抽象、片面的，学生也就不会主动地将自己所学知 识有机地联系起来。基于这一点，笔者选择了足球机器人这 一直观、高度智能化的小型多机器人系统作为载体进行技术 课程教学。经过五年的教学实践达到了预期的效果，提高了 学生解决综合问题的能力。