机器人与技术教育

郭善渡2003年11月一、技术1.技术的定义2.技术的分类3.技术辅人律二、机器人1.机器人的发展与应用2.机器人综合了多种技术3.目前教学用机器人发展动态三、机器人进入中小学1.技术教育是素质教育的重要组成2.“机器人”教学内容放在哪门课里？3.相关活动简介一、技术1.技术的定义《辞海》：泛指根据生产实践经验和自然科学原理而发展成的各种工艺操作方法与技能。如电工技术、焊接技术、木工技术、激光技术、育种技术等。除操作技能外，广义地讲，还包括相应的生产工具和其他物质设备。以及生产的工艺过程或作业程序、方法。2.技术的分类从不同的角度可以对技术作不同的分类。例如，通常从行业或工种对技术进行分类，如采矿技术、冶金技术、航天技术，教育技术以及电工技术、木工技术、栽培技术等。新技术——传统技术（时间）通用技术——专用技术（范围）《课标》将技术分为“通用技术和信息技术”，不妥。（类似的逻辑错误举例）从学理讲，我们主张对技术作如下分类：（1）物质加工技术改变物质（材料）的形状、位置、结构的技术。（2）能的转换技术（3）信息技术信息的采集——感测技术信息的传递——通信技术信息的处理——智能技术信息的施用——控制技术3.技术辅人律（1）技术的发展进程：物——能——信息（2）三种技术的相互交融与促进（3）信息技术的主导地位（4）机器人是三种技术的综合应用，并突出体现了信息技术的“灵魂”作用。参见北京高中《信息技术》教材二、机器人1.“机器人”的定义机器人是具有一定智能的计算机控制系统。我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器”。“机器人”(Robot)一词的由来1920年捷克斯洛伐克剧作家卡雷尔·查培克创作了寓言剧《罗莎姆万能机器人公司》。剧中描述：“未来某时，罗莎姆公司大量地制造出了外貌像人的‘人造人’—Robota。从秘书到劳役，它们都能与人共事，为人服务。”Robota成了“人造人”的名字。英、法、意文均写作：“Robot”，我国将它意译为“机器人”，音译为罗伯特。机器人的外形机器人只是人制造的一种高级智能工具，它的外形完全服从于它的工作需要。“金字塔漫游者”“金字塔漫游者”的前身是“９·１１”事件后在纽约世贸废墟搜寻幸存者过程中大显神通的“蛇形机器人”。经过改良后，“金字塔漫游者”体态更为轻盈，行动和操作非常灵活。它的总重量只有２．７千克，长宽大约各为１２厘米，高度可自动调节，最高高度在３０厘米左右。每分钟行走９１４厘米。按：2001年8月，在美国西雅图举办机器人大赛，其中有“机器人救援”项目。一月后，这些救援机器人派上用场，在“９·１１”事件搜寻幸存者过程中发挥重要作用，救出数百人。我国在深水作业机器人、微型（外科手术、探测）机器人等领域与发达国家处于相近水平。我国汽车制造业已经广泛使用了多种工业机器人。能源问题困扰着人类。最近的研究表明月球上存在着丰富的氦3，这激起了新一轮航天热。我国神舟系列，已将登月列入中长期计划。太空机器人在其中必将成为不可或缺的角色。2.机器人综合了多种技术智能机器人应用了信息技术中的感测技术、通信技术、智能技术和控制技术，同时应用了材料加工技术和电子技术，是技术课程和相关科技活动的良好的教学载体。教育部最新颁发的《课程标准》已将简易机器人制作列为技术课程（综合实践课程）的教学内容。3.目前教学用机器人发展动态智能机器人属高新技术，在工业、医疗、军事等领域实用的智能机器人造价昂贵，不宜中小学生学习使用。正是在这样的背景下，目前，全国有十几家公司开发研制了教学用机器人，定向用于中小学信息技术或综合实践课程教学、课外科普活动以及相关竞赛。知名的有：北京通用公司的通用机器人、上海广茂达公司的智能风暴机器人、深圳德利发公司的太空穿梭机、西觅亚公司的乐高机器人等。教学用机器人应具备的特点1.以培养创新精神和实践能力为宗旨的中小学信息技术教学平台；2.中小学校内外科技活动的实验、组装、调试、改造的对象；不限模体3.适用于国内外多种智能机器人竞赛。灭火、足球、创新设计等4.作为信息技术课程的载体,可帮助学生学习计算机语言，进而了解程序设计与智能控制的关系，提升思维能力。中国的中小学学生要不要学一点计算机语言？5.适用于高、中、低各种档次的计算机，有利于提高现有计算机的使用效益。机器人进入中小学的三种模式1）建立机器人机房。北京灯市口小学、府学胡同小学、朝阳门小学、景山学校分校、北京65中学，以及山东济南市胜利大街小学已经建成通用机器人专用教室。2）成立机器人课外活动小组。3）学生自费购买机器人。以自学为主，教师定期辅导，并组织活动。三、机器人进入中小学1.技术教育是素质教育的重要组成从“应试教育向素质教育转轨”的提法值得商榷，以下提法是否更准确，更有可操作性：从学科本位向人本位转轨人本位→学生发展本位→素质教育按：多元化社会对人才的多元需求。人才观转变。参见拙著：《计算机与创造教育》（《课程教材教法》1999年第5期P.46）2.“机器人”教学内容放在哪门课里？按教育部有关规定，机器人教学内容设在综合实践课程中。我们认为，目前机器人教学内容应设在信息课程中。问题是：课程整合，是否仍需要独立设置的《信息》课程？按：《信息》占用综合实践课的课时（例如黑龙江省）中小学信息技术课程应该有自己相对稳定的基础性教学内容。例如，信息与信息技术的基础知识和基本操作、计算机语言和程序设计（算法与数据机构），以及已经进入部分中小学信息技术课程的智能机器人的知识与操作等等。按：东城新教材即包括智能机器人教学内容，得到专家和各地教师好评。三、相关活动简介1.全国中小学“电脑制作活动”2000年5月24日教育部基础教育司发文（教基司[2000]10号）《关于“组织全国中小学电脑制作与设计作品制作活动”的通知》。同年8月专家评委会对作品进行评选，共评出获奖作品107件。10月在北京颁奖。2001年举办了第二届全国中小学电脑制作活动。7月专家评委会对作品进行评选，8月在北京颁奖。2002年举办了第三届全国中小学电脑制作活动。8月在四川都江堰市进行了终评、复试和颁奖活动。2003年的第四届全国中小学电脑制作活动，计划有机器人竞赛项目，因故未能实施。2004年的第五届全国中小学电脑制作活动，活动指南即将发出。机器人竞赛项目包括灭火、足球、创新三项。2.全国中小学“信息技术创新与实践活动”简介活动宗旨：培养创新精神和实践能力；重在参与，面向多数学生。第二届活动内容：1.信息技术基础知识竞赛2.电脑DIY3.网络中文4.网络英文5.智能机器人6.电脑动画7.班级主题网页制作8.发明创新其中，机器人竞赛项目也包括灭火、足球、创新三项。全国中小学“信息技术创新与实践活动”组委会办公室设在网络科技时代杂志社3.国际赛事（RobotCup)机器人世界杯（RobotWorldCup）目标：2050年，机器人足球队打败当时的世界足球冠军队。以足球赛为载体，推动人工智能的发展。按：1996年计算机程序击败国际象棋冠军。RobotCup简史1992年加拿大教授Alanmackworth发表论文《OnseeingRobots》，提出RobotCup设想。1996年，RobotCup国际协会成立。从1997年开始每年举行一次国际比赛。第一届1997年日本第二届1998年法国第三届1999年瑞典第四届2000年澳大利亚墨尔本（我国科技大学队获仿真组第九名）第五届2001年美国西亚图（我国清华大学风神队获仿真组冠军）第六届2002年日本富冈（我国大学生队获仿真组冠亚军）第七届2003年意大利帕乌瓦（我国大学生队只递交程序，人未到现场。获仿真组第3名。）RobotCup项目仿真组（没有硬件机器人。每队11个机器人）小型组（全局视觉,场外计算机控制）中型组（全自主）四腿组（始于99年，Sony公司制作）类人组（表演赛：单腿站立，一对一点球）按：我国大学生只获得仿真组比赛成绩，值得深思。中华人民共和国教育部主管网络科技时代杂志社编辑出版《网络科技时代》月刊《信息技术教育》月刊网址：邮发代号:82-660发行部：王晓军电话：[phone]邮编：100021地址：北京市朝阳区华威南路华辉苑1号楼1306谢谢各位老师!郭善渡网络科技时代杂志社网址：电话:[phone]电子信箱:[e-mail]@sina.com