機(jī)器人智能科技論文3000字(2)
機(jī)器人科技論文3000字篇二
《測(cè)量機(jī)器人應(yīng)用與進(jìn)展》
摘要：本文首先概括了測(cè)量機(jī)器人的發(fā)展歷史和特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際工程實(shí)踐，對(duì)測(cè)量機(jī)器人實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了較深入詳細(xì)的論述，最后測(cè)量機(jī)器人的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵字：測(cè)量機(jī)器人;發(fā)展現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢(shì)
1引言
隨著我國(guó)各項(xiàng)建設(shè)的快速發(fā)展，各種大型工程項(xiàng)目的建設(shè)和大型工程建筑物越來(lái)越多,因此，對(duì)大型工程建筑物進(jìn)行變形和穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)就愈加重要，有關(guān)變形監(jiān)測(cè)的方法隨著新儀器、新技術(shù)的出現(xiàn)而不斷發(fā)展。測(cè)量機(jī)器人(Measurement robot，或稱測(cè)地機(jī)器人，Georobot)就是一種能代替人進(jìn)行自動(dòng)搜索、跟蹤、辨識(shí)和精確照準(zhǔn)目標(biāo)并獲取角度、距離、三維坐標(biāo)以及影像等信息的智能型電子全站儀，它可以連續(xù)跟蹤目標(biāo)測(cè)量，或按照已經(jīng)設(shè)定的程序自動(dòng)重復(fù)測(cè)量多個(gè)目標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量的全自動(dòng)化、智能化。尤其在小尺度局部坐標(biāo)測(cè)量當(dāng)中，測(cè)量精度高、靈活機(jī)動(dòng)、快速便捷、無(wú)接觸等方面，有著其它測(cè)量技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢(shì)。本文概要介紹測(cè)量機(jī)器人發(fā)展和應(yīng)用。
2測(cè)量機(jī)器人發(fā)展
測(cè)量機(jī)器人是在電子經(jīng)緯儀和紅外測(cè)距儀的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，其研究與發(fā)展大致可以分為三個(gè)階段：
20世紀(jì)70年代中期到80年代中期，電子經(jīng)緯儀和紅外測(cè)距儀已走向成熟，并得到迅速推廣和應(yīng)用，但存在生產(chǎn)成本高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、非自動(dòng)化等缺點(diǎn)。為提高生產(chǎn)效率，一些研究機(jī)構(gòu)和廠家進(jìn)行了大量的研究和實(shí)驗(yàn)，1983年，H.Kahmen教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組成功研制出由視覺(jué)經(jīng)緯儀改制而成的組合式測(cè)量機(jī)器人，用于煤礦的邊坡監(jiān)測(cè)，可同時(shí)自動(dòng)檢測(cè)幾百個(gè)變形目標(biāo)點(diǎn)，但其集成度不高，精度較低。
20世紀(jì)80年代中期到90年代中期是測(cè)量機(jī)器人的逐步發(fā)展期，Leica公司推出了多種系列測(cè)量機(jī)器人，它除集成了電子經(jīng)緯儀、步進(jìn)馬達(dá)、紅外測(cè)距儀、CCD傳感器、微處理器和存儲(chǔ)器以外，最主要的是采用了自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了普通棱鏡的長(zhǎng)距離的自動(dòng)識(shí)別與精確照準(zhǔn)，使測(cè)量機(jī)器人迅速?gòu)氖覂?nèi)的工業(yè)測(cè)量走向了野外工程測(cè)量。
20世紀(jì)90年代以來(lái)則是測(cè)量機(jī)器人全面應(yīng)用與發(fā)展的年代。測(cè)量機(jī)器人配套了測(cè)量軟件系統(tǒng)，并可提供全面的二次開(kāi)發(fā)工具和方法，基于測(cè)量機(jī)器人的各種應(yīng)用與開(kāi)發(fā)在世界范圍內(nèi)得到了迅速的發(fā)展和推廣。
3測(cè)量機(jī)器人的特點(diǎn)
測(cè)量機(jī)器人具有無(wú)人值守，全自動(dòng)(定時(shí)或連續(xù))長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)精度高，時(shí)處理，可靠性高等特點(diǎn)。測(cè)量機(jī)器人主要計(jì)算機(jī)與全站儀的通訊模塊、學(xué)習(xí)測(cè)量模塊、自動(dòng)測(cè)量模塊和成果輸出模塊等幾部分構(gòu)成。計(jì)算機(jī)與全站儀的通訊模塊是實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化的一個(gè)最基本的功能模塊，它的主要功能是解決計(jì)算機(jī)與全站儀之間的雙向數(shù)據(jù)通訊，人工操作計(jì)算機(jī)來(lái)向儀器發(fā)出指令，儀器執(zhí)行相應(yīng)的操作后返回給計(jì)算機(jī)一些相應(yīng)的信息，從而來(lái)完成整個(gè)通訊過(guò)程。學(xué)習(xí)測(cè)量模塊使測(cè)量機(jī)器人根據(jù)已有的數(shù)據(jù)，使其具有記憶的功能，將測(cè)量原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并在以后的自動(dòng)測(cè)量中調(diào)用數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行自動(dòng)化的重復(fù)觀測(cè)，得到不同時(shí)刻觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息，該模塊為以后的自動(dòng)測(cè)量模塊提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。自動(dòng)測(cè)量模塊功能主要是根據(jù)用戶的設(shè)定，根據(jù)學(xué)習(xí)測(cè)量的數(shù)據(jù)，定時(shí)對(duì)特定點(diǎn)位進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，自動(dòng)存儲(chǔ)測(cè)量成果，包括原始數(shù)據(jù)和經(jīng)過(guò)差分改正后的數(shù)據(jù)，從而得到不同變形點(diǎn)位的變形數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)多期觀測(cè)值的累積同首期觀測(cè)值之間的比較差值就可以得到不同點(diǎn)在不同周期下的變形趨勢(shì)。成果輸出模塊可以提供變形量報(bào)表、不同周期的變形量趨勢(shì)圖等資料，使得變形成果資料更加生動(dòng)和能夠滿足不同用戶的需求。
4測(cè)量機(jī)器人的應(yīng)用
利用測(cè)量機(jī)器人自動(dòng)跟蹤目標(biāo)、時(shí)時(shí)測(cè)量的特點(diǎn)，在測(cè)繪工程和工業(yè)測(cè)量中等均有重要應(yīng)用。
邊坡(包括自然邊坡和人工邊坡)因受地質(zhì)產(chǎn)狀、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水、人工擾動(dòng)和地震等因素的綜合影響，造成邊坡失穩(wěn)，從而產(chǎn)生滑坡、崩坍、變形失穩(wěn)、泥石流、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，這些地質(zhì)災(zāi)害是目前安全生產(chǎn)的最大隱患，目前廣東、四川等一些雨水較多的省份已經(jīng)利用測(cè)量機(jī)器人成功對(duì)邊坡進(jìn)行有效和精確的變形監(jiān)測(cè)。
在道路路基施工和路面施工中，利用測(cè)量機(jī)器人時(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，可以隨時(shí)得到施工點(diǎn)的平面位置和施工標(biāo)高，而知道該點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高，就可以得到該點(diǎn)處的填挖高度，從而使道路施工的動(dòng)態(tài)控制成為可能。大大提高施工效率和精度，減輕測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度， 實(shí)現(xiàn)了道路測(cè)量與施工的自動(dòng)化、一體化、程序化。
測(cè)量機(jī)器人己經(jīng)成為大跨度橋梁施工過(guò)程中進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)和控制的主要工具。在大跨度橋梁結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，由于橋梁結(jié)構(gòu)的空間位置隨施工進(jìn)展不斷發(fā)生變化，要經(jīng)歷一個(gè)漫長(zhǎng)和多次的體系轉(zhuǎn)換過(guò)程，若同時(shí)考慮到施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)自重、施工荷載以及混凝土材料的收縮、徐變、材質(zhì)特性的不穩(wěn)定性和周圍環(huán)境溫度變換等因素的影響，使得施工過(guò)程中橋梁結(jié)構(gòu)各個(gè)施工階段的變形不斷發(fā)生變化，這些因素均將在不同程度上影響成橋目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，并可能導(dǎo)致橋梁合攏困難、成橋線形與設(shè)計(jì)要求不符等問(wèn)題。所以在其施工階段就需要對(duì)橋梁施工過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，除保證施工質(zhì)量和安全外，同時(shí)也為橋梁的長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)與運(yùn)營(yíng)階段的維護(hù)管理留下寶貴的參數(shù)資料。
在地鐵隧道變形監(jiān)測(cè)中，通過(guò)自動(dòng)化測(cè)量機(jī)器人監(jiān)測(cè)設(shè)備系統(tǒng)，把在外力作用下地鐵隧道變化數(shù)據(jù)傳送至控制器或儀器內(nèi)，通過(guò)處理軟件，計(jì)算斷面收斂量，再通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)及遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)，使有關(guān)各方隨時(shí)掌握地鐵隧道收斂情況和規(guī)律，可有效保障地鐵的安全運(yùn)行。
跨斷層連續(xù)變形監(jiān)測(cè)，斷層形變與地震的孕育過(guò)程直接相管，用本系統(tǒng)作跨斷層高精度測(cè)距和變形監(jiān)測(cè)可望作為短臨地震預(yù)報(bào)的一種新的研究和預(yù)報(bào)手段，為防震減災(zāi)作出貢獻(xiàn)。測(cè)量機(jī)器人的多目標(biāo)、高精度、、全自動(dòng)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)報(bào)警等全部?jī)?yōu)異性能, 在這里可以得到充分的發(fā)揮，再與其他短臨預(yù)報(bào)手段配合，有可能取得積極成果。
測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)也可廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、造船等部門的工業(yè)測(cè)量和變形觀測(cè)。如在容量計(jì)量領(lǐng)域，可用于船舶液艙或其它大容量量器的內(nèi)部三維坐標(biāo)點(diǎn)的自動(dòng)測(cè)量與數(shù)據(jù)處理。
5、國(guó)內(nèi)測(cè)量機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀
我國(guó)國(guó)內(nèi)測(cè)量機(jī)器人的引進(jìn)方面與國(guó)際幾乎同步，但由于經(jīng)濟(jì)和缺乏前期研究等方面的原因，其工程應(yīng)用略落后于國(guó)外，隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及大規(guī)模工程建設(shè)的需要，國(guó)內(nèi)購(gòu)買測(cè)量機(jī)器人的單位日益增多，但其應(yīng)用狀況和使用效果有待改善。主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：
1、測(cè)量機(jī)器人國(guó)外配套軟件價(jià)格較高，且不符合中國(guó)國(guó)家規(guī)范或行業(yè)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，很多單位僅購(gòu)買測(cè)量機(jī)器人，沒(méi)有購(gòu)買相應(yīng)軟件，測(cè)量機(jī)器人不能發(fā)揮最大優(yōu)勢(shì)。因此研究開(kāi)發(fā)符合中國(guó)國(guó)情的測(cè)量機(jī)器人通用系列化自主軟件是目前國(guó)內(nèi)的迫切需要，有較廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。
2、雖然測(cè)量機(jī)器人工程應(yīng)用日益廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展，但由于測(cè)量機(jī)器人的出現(xiàn)時(shí)間較短，我國(guó)現(xiàn)行的國(guó)家規(guī)范或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)測(cè)量機(jī)器人應(yīng)用的參照條款較少或比較落后。因此對(duì)測(cè)量機(jī)器人自動(dòng)化測(cè)量的作業(yè)方法、流程、質(zhì)量控制、成果管理、精度分析等方面要進(jìn)行系統(tǒng)性的研究，并得出有益的結(jié)論，設(shè)立規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)工程生產(chǎn)有重要的指導(dǎo)意義。
6、測(cè)量機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì)
測(cè)量機(jī)器人自進(jìn)入全面應(yīng)用與發(fā)展期以來(lái)，其應(yīng)用研究已比較深入和成熟，但各科研機(jī)構(gòu)和廠家對(duì)測(cè)量機(jī)器人的基礎(chǔ)研究并沒(méi)有停止，生產(chǎn)廠家對(duì)測(cè)量機(jī)器人產(chǎn)品也在不斷進(jìn)行革新和改進(jìn)。展望21世紀(jì)，測(cè)量機(jī)器人將在以下方面得到顯著發(fā)展。
測(cè)量機(jī)器人將作為多傳感器集成系統(tǒng)在人工智能方面得到進(jìn)一步發(fā)展，其應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，影像、圖形和數(shù)據(jù)處理方面的能力進(jìn)一步增強(qiáng)。未來(lái)的測(cè)量機(jī)器人不需要合作目標(biāo)，將可根據(jù)物體的特征點(diǎn)、紋理、輪廓線，用影像處理的方法進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別、匹配和照準(zhǔn)目標(biāo)，采用空間前方交匯的原理獲取物體的三維坐標(biāo)及形狀。測(cè)量機(jī)器人將與GPS、GIS技術(shù)集成，成為快速獲取被測(cè)物體信息的重要儀器。多傳感器集成系統(tǒng)及混合測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，可望在大區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)控制網(wǎng)的各種測(cè)量工作。
7結(jié)束語(yǔ)
測(cè)量機(jī)器人技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的自動(dòng)化測(cè)量技術(shù),在各種工程監(jiān)測(cè)、地震、地災(zāi)等方面具有高效、快速、省時(shí)省力等諸多優(yōu)勢(shì),是測(cè)繪行業(yè)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)方向。再加之具有完備的數(shù)據(jù)處理軟件功能, 經(jīng)實(shí)踐證明,測(cè)量機(jī)器人的發(fā)展和應(yīng)用前景是非常廣闊的。
參考文獻(xiàn)：
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機(jī)器人科技論文3000字篇三
《論如何在科技館中開(kāi)展中小學(xué)機(jī)器人教育》
[摘要] 隨著機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,世界各國(guó)都認(rèn)識(shí)到,培養(yǎng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與操作人才的重要性。因此,紛紛出臺(tái)政策加強(qiáng)對(duì)中小學(xué)生的機(jī)器人教育?？萍拣^作為重要的校外教育機(jī)構(gòu),也有必要在此領(lǐng)域發(fā)揮自己的作用。通過(guò)分析認(rèn)為,科技館的機(jī)器人教育應(yīng)定位于中小學(xué)機(jī)器人校內(nèi)教育的補(bǔ)充與提高,提出在建構(gòu)主義教育理論的指導(dǎo)下,以項(xiàng)目學(xué)習(xí)的模式,開(kāi)展機(jī)器人俱樂(lè)部、夏令營(yíng)及機(jī)器人比賽等形式的中小學(xué)生機(jī)器人教育。
[關(guān)鍵詞] 科技館 中小學(xué)機(jī)器人教育 建構(gòu)主義 項(xiàng)目學(xué)習(xí)
自上世紀(jì)50年代以來(lái),隨著人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展,機(jī)器人產(chǎn)業(yè)也發(fā)生了日新月異的變化。雖然其初衷是為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防等領(lǐng)域服務(wù),但隨著技術(shù)的進(jìn)步及社會(huì)需求的發(fā)展,它已對(duì)普通公眾的生活產(chǎn)生了潛移默化的影響,在醫(yī)療、教育、娛樂(lè)、交通等領(lǐng)域都能看到機(jī)器人“身影”,這也使人們愈來(lái)愈認(rèn)識(shí)到,培養(yǎng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與操作人才對(duì)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要性。因此,目前很多中小學(xué)校和校外機(jī)構(gòu)都開(kāi)設(shè)了機(jī)器人教育及培訓(xùn)課程,這對(duì)機(jī)器人人才儲(chǔ)備而言具有重大意義。而作為校外教育不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié),科技館在中小學(xué)機(jī)器人教育體系中理應(yīng)占據(jù)一席之地,發(fā)揮出自己的作用。那么,如何發(fā)揮呢?筆者認(rèn)為,應(yīng)在明確機(jī)器人教育的概念、厘清其發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,結(jié)合科學(xué)教育理論,確定合適的教育模式并加以實(shí)施。
一、機(jī)器人教育的概念
1920年,當(dāng)捷克斯洛伐克作家卡雷爾•恰佩克在他的科幻小說(shuō)《羅薩姆的機(jī)器人萬(wàn)能公司》中創(chuàng)造出“機(jī)器人(Robot)”這個(gè)詞的時(shí)候,他肯定沒(méi)料到在近一個(gè)世紀(jì)之后,其小說(shuō)中讓機(jī)器人代替人類勞動(dòng)的情節(jié)已經(jīng)變成了現(xiàn)實(shí),并且它們還對(duì)公眾生活產(chǎn)生了巨大的影響。
伴隨著“機(jī)器人”這個(gè)詞的誕生,社會(huì)各界一直對(duì)它的定義爭(zhēng)論不已,但是一般說(shuō)來(lái),人們都可以接受這種說(shuō)法,即機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。聯(lián)合國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給機(jī)器人下的定義:“一種可編程和多功能的,用來(lái)搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī);或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)。”
那么,什么是“機(jī)器人教育”呢?根據(jù)目前被廣泛采用的彭紹東教授的定義,“機(jī)器人教育”就是學(xué)習(xí)、利用機(jī)器人,優(yōu)化教育效果及師生勞動(dòng)方式的理論與實(shí)踐。
彭教授根據(jù)機(jī)器人在教學(xué)中扮演的角色,把機(jī)器人教育分為五大類:
(1)機(jī)器人學(xué)科教學(xué)(Robot Subject Instruction,簡(jiǎn)稱RSI);
(2)機(jī)器人輔助教學(xué)(Robot―Assisted Instruction,簡(jiǎn)稱RAI);
(3)機(jī)器人管理教學(xué)(Robot――Managed Instruction,簡(jiǎn)稱RMI);
(4)機(jī)器人代理(師生)事務(wù)(Robot―Represented Routine,簡(jiǎn)稱RRR);
(5)機(jī)器人主持教學(xué)(Robot――Directed Instruction,簡(jiǎn)稱RDI)。
國(guó)內(nèi)外目前所開(kāi)展的主要是前兩個(gè)類型,即機(jī)器人學(xué)科教學(xué)(RSI)和機(jī)器人輔助教學(xué)(RAI)。前者是指以機(jī)器人為對(duì)象進(jìn)行學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)的內(nèi)容是“機(jī)器人學(xué)科”;而后者指的是以機(jī)器人為工具進(jìn)行學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)的內(nèi)容是“自然科學(xué)的各個(gè)學(xué)科”。由于國(guó)內(nèi)外情況的差異,我國(guó)中小學(xué)目前所開(kāi)展的機(jī)器人教育以“機(jī)器人學(xué)科教學(xué)”為主,而國(guó)外則兩種教育類型發(fā)展較為平均,并無(wú)特殊偏重。
二、國(guó)內(nèi)外中小學(xué)機(jī)器人教育的現(xiàn)狀
在一些發(fā)達(dá)國(guó)家,機(jī)器人教育已經(jīng)成為中小學(xué)教育的熱點(diǎn)。在美國(guó),一般通過(guò)機(jī)器人技術(shù)課程、機(jī)器人輔助教學(xué)課程、課外活動(dòng)及機(jī)器人主題夏令營(yíng)等定期活動(dòng)來(lái)對(duì)中小學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人教育。比如,美國(guó)加利福尼亞州高中工程與技術(shù)聯(lián)盟在為高中生開(kāi)設(shè)的工程與技術(shù)選修課程中,提供了ROBOTICS課程,主要介紹機(jī)器人技術(shù)歷史,基礎(chǔ),術(shù)語(yǔ),微控制,傳感器,程序控制等方面的知識(shí);美國(guó)國(guó)家自然基金支持的項(xiàng)目“K―12 教育中的機(jī)器人技術(shù)”,目的是幫助K―12 教師以及其他教育者開(kāi)發(fā)或改進(jìn)以機(jī)器人作為一種工具,來(lái)教授STEM 的課程和開(kāi)發(fā)機(jī)器人技術(shù)課程;印地安那州的Purdue大學(xué)與LAFAYETTE學(xué)校合作,在5至8年級(jí)學(xué)生課外活動(dòng)中開(kāi)展的ROBOTICS項(xiàng)目;Carnegie Mellon大學(xué)提供的針對(duì)高中生的ROBOCAMP暑期機(jī)器人計(jì)劃,通過(guò)八星期的課程,使學(xué)生懂得一些基本的與機(jī)器人有關(guān)的電子,機(jī)械和計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)。
在日本,其機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)超過(guò)了歐美各國(guó),這與他們對(duì)機(jī)器人教育的高度重視密不可分。他們不光在各個(gè)大學(xué)設(shè)立了機(jī)器人研究專業(yè),并且在中小學(xué)的教學(xué)大綱中也加進(jìn)了機(jī)器人課程。每年定期舉辦針對(duì)不同層次學(xué)生的機(jī)器人設(shè)計(jì)和制作大賽,各個(gè)學(xué)校也會(huì)在假期舉辦機(jī)器人研習(xí)營(yíng),從而形成了一個(gè)多角度、全覆蓋的機(jī)器人教育體系。
此外,英國(guó)、俄羅斯、巴西、新加坡等國(guó)也早已出臺(tái)了多項(xiàng)措施推進(jìn)本國(guó)的中小學(xué)機(jī)器人教育發(fā)展。
而我國(guó)的中小學(xué)機(jī)器人教育則起步較晚,且覆蓋面較小。2000年,北京景山學(xué)校以科研課題的形式將機(jī)器人普及教育納入到信息技術(shù)課程中,在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)展了中小學(xué)機(jī)器人課程教學(xué)。2001年,上海市西南位育中學(xué)、盧灣高級(jí)中學(xué)等學(xué)校開(kāi)始以“校本課程”的形式進(jìn)行機(jī)器人活動(dòng)進(jìn)課堂的探索和嘗試。2005年,哈爾濱市正式將機(jī)器人引入課堂教學(xué),在哈爾濱師大附小、60中、省實(shí)驗(yàn)中學(xué)等41所學(xué)校開(kāi)設(shè)了“人工智能與機(jī)器人”課程,用必修課形式對(duì)中小學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人科學(xué)方面的教育。
除了這些進(jìn)行正規(guī)課堂教學(xué)的學(xué)校外,有些中小學(xué)則采用興趣班、培訓(xùn)班的形式開(kāi)展機(jī)器人教育。
慶幸的是,我國(guó)政府已經(jīng)意識(shí)到中小學(xué)機(jī)器人教育的重要性,并在“課標(biāo)”中有所體現(xiàn)。如教育部在2003年4月正式頒布的《普通高中技術(shù)課程(實(shí)驗(yàn))標(biāo)準(zhǔn)》中,首次在“通用技術(shù)”科目中設(shè)立了“簡(jiǎn)易機(jī)器人制作”模塊,它是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)的平臺(tái)、將機(jī)械傳動(dòng)與單片機(jī)的應(yīng)用有機(jī)組合的一個(gè)選修課程模塊?，F(xiàn)在,新的高中課程標(biāo)準(zhǔn)在“信息技術(shù)”科目中也已設(shè)立了“人工智能初步”選修模塊,這是我國(guó)高中階段開(kāi)展人工智能教育邁出的第一步。
不過(guò)值得注意的是,在我國(guó)中小學(xué)機(jī)器人教育體系中,科技館所占比例幾可忽略。我們認(rèn)為作為青少年科普的重要陣地,科技館理應(yīng)在中小學(xué)機(jī)器人教育中發(fā)揮更大的作用。
三、科技館與中小學(xué)機(jī)器人教育
1.科技館在中小學(xué)機(jī)器人教育中的定位
作為校外科普機(jī)構(gòu),科技館不可能將完成“課標(biāo)”為己任,而是應(yīng)定位于中小學(xué)機(jī)器人校內(nèi)教育的補(bǔ)充與提高。就中國(guó)的情況而言,我們認(rèn)為,補(bǔ)充的內(nèi)容應(yīng)該是校內(nèi)教育極少涉及的機(jī)器人輔助教學(xué)(RAI),而提高的內(nèi)容是校內(nèi)教育已有一定基礎(chǔ)的機(jī)器人學(xué)科教學(xué)(RSI)。
2.科技館在中小學(xué)機(jī)器人教育中可采用的指導(dǎo)理論
在杜威“做中學(xué)”、皮亞杰的“發(fā)生認(rèn)識(shí)論”以及維果斯基“心理發(fā)展的文化歷史學(xué)說(shuō)”基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的建構(gòu)主義教育理論(本文的討論范圍不包括激進(jìn)的建構(gòu)主義〈radical constructionism〉),近年來(lái)已經(jīng)在科學(xué)教育領(lǐng)域中產(chǎn)生了巨大影響。
建構(gòu)主義認(rèn)為,世界是客觀存在的,但世界的意義卻是由人建構(gòu)的。它強(qiáng)調(diào)知識(shí)的動(dòng)態(tài)發(fā)展性,并認(rèn)為知識(shí)不是通過(guò)教師傳授得到的,而是學(xué)習(xí)者在一定的情境(即社會(huì)文化背景下),借助其他人(包括教師和學(xué)習(xí)伙伴)的幫助,利用必要的學(xué)習(xí)資料,通過(guò)意義建構(gòu)的方式而獲得。由于學(xué)習(xí)是在一定的情境(即社會(huì)文化背景下),借助其他人的幫助(即通過(guò)人際間的協(xié)作活動(dòng))而實(shí)現(xiàn)的意義建構(gòu)過(guò)程,因此建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為“情境”、“協(xié)作”、“交流”和“意義建構(gòu)”是學(xué)習(xí)環(huán)境中的四大要素。
在學(xué)習(xí)過(guò)程中,學(xué)習(xí)者處于中心地位,是信息加工的主體,要主動(dòng)對(duì)意義進(jìn)行建構(gòu);而教師則是意義建構(gòu)的幫助者,而非知識(shí)的灌輸者。故在此理念下,整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中,學(xué)生要充分發(fā)揮自己的主動(dòng)性,使用探究的方式,以自己已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ),努力構(gòu)建屬于自己的新知識(shí);他們需要主動(dòng)搜集、分析相關(guān)信息、資料,并對(duì)要學(xué)習(xí)的問(wèn)題提出假設(shè)并加以驗(yàn)證。而教師的任務(wù)則是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,創(chuàng)設(shè)符合學(xué)習(xí)內(nèi)容的情境,提示新舊知識(shí)之間聯(lián)系,引導(dǎo)學(xué)生之間的協(xié)作、對(duì)話,從而幫助學(xué)生完成新知識(shí)的構(gòu)建。
建構(gòu)主義教育理論與科技館教育的教育特點(diǎn)非常契合。因?yàn)?ldquo;科技館教育的本質(zhì)特點(diǎn)在于它模擬再現(xiàn)了科研和生產(chǎn)活動(dòng)的實(shí)踐過(guò)程,并且不是簡(jiǎn)單地模擬再現(xiàn),而是以學(xué)習(xí)為目的、經(jīng)過(guò)改造的模擬再現(xiàn),創(chuàng)造了引導(dǎo)觀眾進(jìn)入探索與發(fā)現(xiàn)科學(xué)過(guò)程的條件?？萍拣^提供的‘從實(shí)踐中學(xué)習(xí)’的途徑不僅成為它與其他教育、傳播機(jī)構(gòu)及傳統(tǒng)博物館的最大區(qū)別,而且是科技館生存與發(fā)展的價(jià)值所在。”也就是說(shuō),科技館的教育需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境,引導(dǎo)觀眾自己進(jìn)行意義建構(gòu),并且在此過(guò)程中,可能伴有觀眾與科技館員工或觀眾之間的交流,這恰恰正是一個(gè)完整的建構(gòu)主義者所提倡的教育過(guò)程。
3.科技館在中小學(xué)機(jī)器人教育中可采用的模式
1918年,著名教育學(xué)家克伯屈(William Heard Kilpatrick)在他名為《項(xiàng)目(設(shè)計(jì))教學(xué)法:在教育過(guò)程中有目的活動(dòng)的應(yīng)用》的文章中,首次提出了“項(xiàng)目學(xué)習(xí)(Project-based Learning)”的概念,用以說(shuō)明有目的的設(shè)計(jì)行為對(duì)教育的重要性及其在教育過(guò)程中的應(yīng)用。它讓“學(xué)生自己計(jì)劃、運(yùn)用已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn),通過(guò)自己的操作,在具體的情境中解決實(shí)際問(wèn)題”。它是“一套能使教師指導(dǎo)兒童對(duì)真實(shí)世界進(jìn)行深入研究的課程活動(dòng),它在真實(shí)世界中讓學(xué)生借助多種資源開(kāi)展探究活動(dòng),并在一定時(shí)間內(nèi)解決一系列相互關(guān)聯(lián)著的問(wèn)題的一種新型的探究性的學(xué)習(xí),具體表現(xiàn)為構(gòu)想、驗(yàn)證、完善、制造出某種東西,它可以是有形的由學(xué)生制作的物體,如書、劇本或一項(xiàng)發(fā)明等。”20世紀(jì)二三十年代,項(xiàng)目教學(xué)法已經(jīng)在美國(guó)一些學(xué)校的低年級(jí)中得到了運(yùn)用,到20世紀(jì)八九十年代,則在廣大中小學(xué)中得到了普遍推廣。
我們認(rèn)為,項(xiàng)目學(xué)習(xí)法正是在科技館中進(jìn)行機(jī)器人教育所可以采用的模式。不論是機(jī)器人學(xué)科教學(xué)(RSI),還是機(jī)器人輔助教學(xué)(RAI),都可以項(xiàng)目學(xué)習(xí)的模式開(kāi)展。而可采用的活動(dòng)形式有機(jī)器人俱樂(lè)部、夏令營(yíng)、機(jī)器人比賽等。
選定項(xiàng)目后,就需要組織學(xué)生對(duì)主題的探究活動(dòng)。這一階段一般都以學(xué)習(xí)小組或團(tuán)隊(duì)的形式進(jìn)行。學(xué)生首先要對(duì)項(xiàng)目的主題進(jìn)行調(diào)查、討論,提出解決問(wèn)題的假設(shè);然后收集相關(guān)信息,對(duì)它們進(jìn)行處理和分析,再驗(yàn)證或推翻之前的假設(shè),最終得出問(wèn)題的解決方案。在整個(gè)探究過(guò)程中,為有利于學(xué)生自我知識(shí)的建構(gòu),應(yīng)對(duì)他們的一切探索和決定都持鼓勵(lì)態(tài)度,而毋須規(guī)定出唯一正確的答案。
四、結(jié)論
科技館作為重要的校外教育機(jī)構(gòu),也有必要在此領(lǐng)域發(fā)揮自己的作用。本文通過(guò)分析認(rèn)為,科技館的機(jī)器人教育應(yīng)定位于中小學(xué)機(jī)器人校內(nèi)教育的補(bǔ)充與提高,補(bǔ)充的內(nèi)容應(yīng)該是校內(nèi)教育極少涉及的機(jī)器人輔助教學(xué)(RAI),而提高的內(nèi)容是校內(nèi)教育已有一定基礎(chǔ)的機(jī)器人學(xué)科教學(xué)(RSI)。具體應(yīng)在建構(gòu)主義教育理論的指導(dǎo)下,以項(xiàng)目學(xué)習(xí)的模式,開(kāi)展機(jī)器人俱樂(lè)部、夏令營(yíng)及機(jī)器人比賽等形式的中小學(xué)生機(jī)器人教育。
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