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  • VEX机器人校本课程实践与竞赛之间思考

    时间:2020-11-16 20:12:52 来源:蒲公英阅读网 本文已影响 蒲公英阅读网手机站

    相关热词搜索:机器人 竞赛 校本课程

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     VEX 机器人校本课程实践与竞赛之间的思考 《基础教育课程改革纲要》明确指出,要全面实施素质教育,以学生为主体,重点培养其创 新精神与实践能力。我校自 2015 年以来一直在推行创新科技活动,而 VEX 机器人工程挑战赛 是 2016年开始的一项新的机器人活动。通过近年来的教学活动,发现这很大的丰富了学生的 课余活动,同时学生团队合作意识、创新能力、实践能力、发现问题与解决问题的能力、沟 通与交流的能力等都得到了提升。VEX 机器人工程挑战赛有别于其他机器人科技比赛的一个 重要特点在于,VEX机器人竞赛不仅是人与物之间的较量,更是人与人之间的比拼,也是一 个团队与另一个团队之间的团结协作的结果。在 VEX 竞赛中,机器人需要经受各种考验,在 不同的赛制中,不光是比出联赛的强者更要与其他的团队协作。这个不断改进机器人、完善 机器人的过程的实质就是创新的过程。在整个 VEX 机器人活动中,学生必然经过希望、失 望、挫折、挣扎、进步、成功等一系列的体验,在不断的改进、完善机器人中创新,在机器 人活动中全面提高自己的综合能力,从而真正地成长起来。本文通过介绍我校面向初一年级 学生开展机器人 VEX 项目的教育实践,探讨如何在开展这一项目的进程中提高学生的综合 能力。

     一、 分工合作是团队建设的基础 在 vex 各级各类的比赛中,经常在賽场上见到这样的情况:1 个 VEX 队,2 个学生队员 1 个教练。教练在忙着修理机器人或者编写程序,学生队员在旁边闲着,无事可干。这样的 队伍的竞賽成绩不得而知,但是明显可见的是未能有效地培养学生的综合能力。而我校的做 法是:在充分信任学生的基础上,放手让学生民主选择自愿地构成 1 个机器入团队。通常 1 个机器入团队由 4-5名学生组成。岗位分工一般为:操作手 2 名、编程手 1 名、搭建手 1 名、 后勤副手 1 名。队长通过民主竞选产生。操作手的主要职责是操作好机器人,编程手的主要 职责是为操作手提供程序服务,搭建手的主要职责是为操作手提供搭建维修等服务,后勤副 手的主要职责是为全队提供后勤保障包括摄影、摄像等情报工作。队长负责全队的整体情况。

     若有多人竞争同一岗位,由学生沟通协商解决。每一个岗位都有相应的岗位要求,也分别提 供相应的岗位培训,每个岗位上也有相应的星级积分。我校通常有 6〜8 个机器入团队,每 年挑选出最优秀的 2〜4 个团队参加省赛。除了日常训练的分工以外,在比赛期间更需要团 队参与,共同谋划。

     二、 搭建机器人与编写程序引领学生走进机器人 教师带领学生学习机器人的基本知识,观看 VEX 机器人的视频,了解它的组装和设计, 学习当年 VEX 比赛的规则。学生应该在教师事先准备好的机器人教具与学具的指引下,根据 教师的讲解与引导,基本弄清楚待搭建的机器人的基本功能与各零部件的特点(学生在搭建 机器人前,一般都有在小学搭建车模、船模、航模等各种玩具的经验,然而这远远不够)。

     学生可以从中初步建立机器人的概念框架,学生的学习就有了目标。以后的搭建、编程等工 作均与此有关。

     学生开始初步搭建机器人。学生应当在教师的辅导下,由浅入深地了解机器人的结构、 零配件、工作原理、搭建技巧等,这样才能够搭建岀一台机器人。机器人搭建基本完毕后, 必然要面临机器人的整机调试问题,学生要根据整机的特点以及比赛规则,全面均衡地考虑 各方面的问题,必须要进行取舍、调整,这就使得学生综合应用物理知识、工程知识解决相 关问题的能力得到提升。这样的活动迫使一个初一学生必须超前学习,必须阅读初二和初三 的物理课本,弄懂相关知识,提高相关能力。同时要求搭建者相互合作,充分交流,发挥个 人特长,才有可能把机器人搭建成功。学生在整个搭建机器人的过程中,教师需要根据学生 的身心特点,适当补充相关知识,让学生在搭建中思考,在搭建中成长。

     在搭建机器人过程中,学生总会出现一个让教师、家长非常乐意见到的明显改变。过去 教师、家长经常指责学生不细心,观察不仔细,粗枝大叶,丢三落四,然而经常事与愿违, 学生的习惯

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     得不到彻底改正。但是,在搭建 VEX 机器人的过程中,常常会出现学生把螺丝上 得不紧造成机器人整体运行不好或者就因为一时疏忽导致总装出来的机器人不能良好匹配 等问题,学生这时必须花好几个小时的时间去把机器人拆下来又重新装配好,这种无言的 “惩罚”对于学生是刻骨铭心的。多次同样的挫折折磨,迫使学生的观察能力、分类能力、 动手能力、对事情的专注程度得到极大的提高,同时,学生的学习成绩也会因此而慢慢提升。

     机器人初步搭建好以后,学生总是迫切地希望自己的机器人能够快速动起来。这时,就 是教师进行程序教学的最好时机。每当学生能够用遥控器控制机器人让机器人动起来时,几 乎每个学生都会高兴地跳起来欢呼。学生从此真正爱上机器人了。在编程与搭建过程中,要 给学生充分的自主设计和研究性学习的时间,注意课程的连续性。每个组员都有明确的分工, 主要就是结构搭建与程序设计两大部分,分工不分家,团结协作最重要。在实践中提高学生 遇到问题、解决问题的能力。在编程与搭建过程中,我们还要求每个学生都要写出机器人的 全部零件清单和程序编写记录,做好每次机器人训练的工作记录,每次训练后都要有小结和 反思,要对自己的常规课程学习情况与机器人训练情况作出理性的计划安排。

     我们观察到,在搭建机器人以及在给机器人编程的过程中,学生开始出现积极的变化。

     班主任也在改变,家长更是在改变,从最开始的疑惑,抱着试一试的态度,慢慢变得支持学 生参加活动。特别是看到学生的成绩上升,学习的主动性明显提高后,家长最终变成了学生 学习机器人的积极支持者。这种良性循环,给后一阶段学生能力的全面培养奠定了坚实的基 础。

     三、竞赛成绩与 VEX 机型的关系 竞赛前往往可以见到不少教练在忙着改进机器人机型。和机器人教练的闲谈中也发现有 这么一种倾向:把机器人的机型做得最好,就可以赢得比赛。这里我们不禁要问,真的是武 器做得最好了,就一定能成功吗?我们认为,决定成败的是人,是人在操控机器人!诚然,优 秀的机器人机型会起到很大的作用,然而决定胜负的是学生团队。优秀的学生团队,能够恰 当预判,做好相关的每一个细节,减少偶然性的影响,从而在竞争中获胜。EX 机器人一定要 实用可靠,便于维护。一台功能强大不太稳定的机器人不一定胜过一台功能相对简单的稳定 机器人。就我校的机型而言,一般采用 4 代机型定型。

     第 l 代机型:原始机型。通常由教师设计并搭建出来。可作为教具。

     第 2 代机型:改进型。在学生使用的基础上师生共同调试改进,功能加强。

     第 3 代机型:改进型。在学生使用的基础上师生共同调试改进,稳定性加强。

     第 4 代机型:比赛用最终机型。功能实用,可靠性高。

     经常在赛场中发现,不少机器人是某款优秀机型的仿制款。问及学生,学生也不知道为 什么要这样设计、这样搭建。这种急功近利的仿制品极大地限制了创新的空间。事实上,VEX 机器人工程挑战審各个环节中机型设计与搭建最具挑战性。因为每年 VEX 比賽的主题不同, 因此设计的机型是不一样的。只有对当年的 VEX 比赛规则充分熟悉,深入挖掘,才会有大概 的设计思路,这一点和发明过程有很大的相似陸。在设计机器人机型时,我们发现基础研究 尤为重要。在我校,有 1 个 8-10 人组成的学生机器人基础科研组,主要对机器人的搭建、 设计中涉及到的一些实际问题进行相关研究。例如,有这样 1 个课题“如何分配底盘上的电 机、车轮使得小车运动速度更快。”学生需要搭建不同质量的多种底盘(配以不同电机、不同 车轮、不同提速方法等),记录相关数据,画出相关曲线,写出相关实验对比报告。这些数据 资料对将来搭建比赛机器人很重要。更重要的是,学生在参与研究过程中,学到了知识,打 开了思路,明确了目标,全方位地提高了综合能力。

     四、操控机器人进行对抗赛 学生的机器人搭建好了,也能够动起来了,这时该到了操控手大展身手的时候了。大凡 这个年龄段的学生,都非常喜欢玩这种自己搭建的机器人玩具(男女学生都喜欢,男孩子更 甚)。试

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     用机器人,发现问题,改进机器人。学生们往往在练习基本动作的同时,会自行组 成机器人队伍来进行对抗。我们的经验是,根据学生自己的选择,四五个同学组成 1 支比赛 队伍。1 支机器人队伍中有 2 台机器人、2 个以上的操控手,其他同学主攻编程,或者主攻 搭建,或者主攻后勤保障或者主攻队长一职。我们要求,每一个同学都必须懂得 VEX 机器人 的各个方面:搭建、编程、操控、后勤保障等。在对抗比赛中,学生们空前团结,因为学生 们都知道:团队中的任何一员的失误都会造成整个团队的失败。为了成功,每一个学生都清 楚自己的任务,意识到自己的责任,队内的每个同学都会真心学习,交流沟通。学生们会彼 此提醒,彼此督促,潜心研究规则,商讨战略战术,仔细体会操控细节,反复揣摩机器人操 控感与搭建的微妙之处,对薄弱处进行改进。在对抗赛后,总会有更进一步的总结、反思与 进一步的演练。在传统的基础教育中,学生或者是为了自己学习或者是为了家长而学习,学 习的成败与其他人基本上没有关系,学生也基本上不用分享自己的经验与教训。而在机器人 竞赛中,团队就极为重要,个人的表现必将极大地影响团队的成绩,这就使学生能够在团队 建设中积极思考,相互交流分享,合作精神不知不觉地就自然培养起来了。

     在经过一系列对抗赛后,学生们带着有些紧张的心情去参加正式比赛。尽管正式比赛的 时间很短,只有两三天。然而,在这个比赛时段,学生还是会有很多收获。学生首先要熟悉 比赛场地,要进行机器人的现场调试,整个团队沉浸在激烈的比赛前的寂静中。学生们在教 练的带领下,各司其职,围绕着共同的目标准备着。编程手在一遍一遍地根据场地环境调试 着程序,操控手默默地在操控机器人,静静地体会机器人的动作过程,搭建手在旁边准备着 电池和 DV 记录,队长也不会闲着,他们会紧张地观察对手的表现,根据具体情况,作出相 应的程序设计与操控手的战术安排。

     不管比赛的结果是输是赢,赛后学生们会在教师的引领下整理分析这个项目开展以来团 队训练与比赛中所积累的经验与教训,写出相关的体会感受,写出最终的工程档案手册(包 括参赛团队机器人使用的全部零件清单和程序设计清单),准备机器人比赛后的学习生活计 划。总结这一年来的竞赛之路确实有很多收获与感慨,从某种程度上说,竞赛确实是检验教 学成果的一种很好的途径,作为学生团队每位成员都为取得好成绩而不断努力,对于反应出 来的问题又会很好的反馈在课堂上,是一种很好的良性循环的方式。每年 VEX 的主题也是校 本课程中用之不尽的良好资源,课程本身也在不断的丰富,我可以让学生充分认识现代科技 知识,真正实现学生素质的全面发展。

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