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思想政治教育—2015暑期社会实践


活动总结

为了深入了解并促进智能机器人教育推广程度,我们智能团队一行4人组成了暑期社会活动实践小组,与博佳机器人俱乐部进行合作,在博佳机器人俱乐部开展了实践活动。

博佳机器人俱乐部成立于20094月,是针对青少年儿童的科技类动手课程培训机构,它使用最先进的LEGO教具,以多元智能理论,构建主义理论,流畅感理论等国际先进的数学理念为基础,综合运用力学、结构学、立体几何、机械构造等学科知识,运用G语言让孩子能自主编写程序完成任务,以此激发孩子们探索知识的热情,从而获得知识、思维、能力各方面的进步。其先进性也是我们选择实践的原因之一。

我们在博佳所使用的教具是由乐高公司和麻省理工学院机器人组件,其核心部分机器人大脑(以下简称NXT)是一个32位微型处理器,使用CPU ARM 7 32位)AT91SAM7S256 48 MHz)能够支持包括NXT-G语言在内的18种编程语言,程式空间采用256K bytes快闪存储器 & 64K bytes随机储存内存,并能够在64X100像素单色图形LCD显示屏幕上随时反馈各项数据信息。程序可以通过蓝牙无线模组或USB 2.0运行在NXT中以控制机器人。动力部分由JZSP-BA011500mah电池通过乐高NXT专用偏右接头电缆插口将电力传输到伺服马达中,来帮助机器人完成各种动作。此外,为了完成一些特殊环境下的任务,课程当中还会用到指南针传感器、加速度传感器、颜色传感器、光学传感器、声音传感器、触碰传感器和超声波传感器等多种信号接收设备。

在对博佳机器人俱乐部进行一定的了解之后,结合自己所学知识,我们开展了对俱乐部小学员的辅导和培训。

辅导培训从最简单的机器人搭建开始,在组件允许的条件下,不限制功能,不限制外观,充分发挥小朋友们的想象力和创造力。因为在我们看来,小孩子的思维是最不受约束,也是最天马行空、富有创造力的。而我们要做的是在尽量保存他们天性的基础上来教会他们如何最大可能的实现自己的想法。也因此,我们看到了各种各样的机器人,它们各具特色,各有所长,而这正是我们想看到的。

在小朋友们搭建出自己想要的机器人之后,我们要求他们各自阐述了自己所搭建机器人的功能,也就是他们需要的原因。在此之后,我们对于每一个小朋友的机器人进行了可行性评估,以便我们更好的帮助小朋友们做出自己想要的智能机器人。对于可行性较低的机器人,我们会委婉的告诉小朋友,由于某些原因,他可能需要另外的创意进行机器人搭建,这样更便于我们下一步的进行。

在做好前期的这些准备工作之后,我们依据小朋友们的创意需求,小组研讨了机器人搭建和编程实现运用的知识点,这样的话一方面减轻了我们辅导工作的工作量,另一方面也可以系统性的教小朋友们一些真正关于智能机器人的知识,寓教于乐,让他们可以在玩中学,在学中玩。当然,真正艰难的事情才刚刚开始,一方面小朋友们并不会安安静静坐着好好听讲,他们更愿意摆弄机器人玩儿;另一方面智能机器人的理论知识对于小孩子来讲还是有些晦涩难懂。因此教学工作并不好开展。于是针对于小孩子的性格特点,我们对于认真听讲的小朋友,会发小奖品来激励大家学习,同时我们也会把晦涩的知识转换成生动的实例来讲给小朋友们听,这是一个艰难的过程,也是一个让我们很有成就感的过程。这样的一个过程让我们体会到了老师的不易,心中更升起了对老师的敬佩之意。

我们的课程往往会以智能机器人的基础设计理念着手,以“沿轨迹行走”这节课为例,要求机器人运用光电传感器能够在指定线路上运动,首先需要考虑的是色差,色差较大较为明显的轨迹更容易被光电传感器捕捉到。其次要测量出光电传感器与目标恰当的距离,不同的距离会使光线消散的程度有所差异。最后还要考虑环境光线以及温度的等因素对机器人的影响。进阶任务还可以设计出沿着桌子的边缘行走和自动转弯的机器人,能在电量耗尽前一直的运行下去。以这样的教学方式,小朋友们可以在基础知识的基础上,自由发挥自己的想象力,来组合智能机器人的功能,真正实现智能化。在这样的基础上,我们指导小朋友们做出了投篮机器人和CD唱机。

投篮机器人这节课要求设计并搭建一个带有手臂的机器人,运用MINDSTORMS编程软件编写程序,完成从初始位置运动到罚球线投篮的任务。课程中会运用到程序储存设备机器人大脑(以下简称NXT)、动力设备伺服马达、信号接收设备光电传感器和角度传感器以及其他相关配件。NXT上有三个输出设备插口和四个输入设备插口,因此最多可同时使用三个伺服马达。搭建机器人时要使用两个伺服马达控制机器人的运动轨迹,结合光电传感器(对不同颜色吸收光感值不同)可以让机器人准确的停在罚球线上。然后运用第三个马达挥动手臂90度后急停,作出投球的动作。在这个过程中还需要考虑马达带动手臂是费力杠杆,要在保证持球稳定的情况下尽量减轻手臂的重量,结构设计必须合理,还有机器人在投篮过程中重心的转移以及与地面的摩擦力和摩擦方式等。课程的引申环节还可以设计上篮的机器人和扣篮的机器人等,充分发挥孩子们的想象力和创造力。它的程序则是:NXT大脑BC端口伺服马达以顺时针方式无限制直行,直到光电传感器(产生光源)输入信号光感值小于黑白色中间值(50),BC端口马达停止运动。A端口马达以100功率顺指针旋转90度后急停。

这一款机器人的成功搭建,极大的激发了小朋友们对于智能机器人的探索兴趣,小朋友们纷纷表示要造出更多更好玩儿的智能机器人,做更多的事情。

CD唱机这节课则是以不同的颜色记录相对应的声音数据,再通过一个终端将信息读取出来并形成音乐的过程。在自制光盘转动的过程中会需要运用机械构造中齿轮的知识,使用复合式减速系统让光感更容易读取颜色数据,在编写程序前还需要通过NXTVIEW功能准确的测量不同颜色的光感值,以便在程序中运用多个光感开关对数据进行划分和测定。它的程序则是:A端口伺服马达以50功率顺时针循环无限制运动。同时分列程序,以三个光感开关循环将当前光感值进行二层次比较(已采集不同颜色光感值数据)测定出结果并发出对应声音符号。

这一款产品的搭建,则是满足了比较文静的一些小朋友的爱好,更具有文艺气息,创造了一个新奇多变的音乐环境。

短暂的暑期实践活动很快就度过了,实践过程中有过欢笑,也有过苦恼,虽然带领小朋友成功搭建的机器人并不是很多,但这终究是一段有意义并且快乐的时光。我们经常在专业学习中提到学以致用,而智能科学在我们中国还处于起步阶段,它的发展研究并不是一届两届学生能够完成的,因此培养小朋友们对于智能机器人的探索、研究兴趣显得尤为重要。很多年前我们常听:“计算机的普及,要从娃娃抓起。”于是若干年后,计算机走进了千家万户造福百姓,今天的智能科学与技术又何尝不是应该从娃娃抓起呢?在实践活动的过程中,我们实际动手操作并研究,获得了很多在学校当中没有的机会来加深对于理论知识的探索和理解,也接触了先进的智能机器人组件,学习了先进的理念,这对于我们日后的学习将会产生很大的帮助。正如博佳机器人的教学理念:机器人的世界是无限宽广的,只要有创意和想法,生活中的大多数物品都可以用自己的双手实现出来。博佳机器人因此在5年来开设70余所校区、LEGO机器人80余年来遍布全球。通过在博佳机器人俱乐部的实践活动,我们也有理由相信:智能科学与技术的发展,需要综合运用力学、结构学、立体几何、机械构造等学科知识,借鉴以多元智能理论,构建主义理论,流畅感理论等国际先进的数学理念。智能科学与技术的发展、智能机器人的创新,涉及的是多领域多学科的共同交融,在这样的发展过程中,我们要掌握全面的知识,在做中学,学中做,摆脱思想的束缚,这样才能实现自己的梦想。