二、机器人学科教学(RSI)

    (一)为什么要开展机器人学科教学？机器人学科教学，是指把机器人学看成是一门科学和一种现代社会成员应该掌握的文化。在各级各类教育中，以专门课程或学科渗透(整合)的方式，使所有学生都掌握关于机器人学的基本知识与基本技能。

    加强机器人学科教学，具有如下几个方面的必要性：

    1.普及机器人知识的需要

    要破除对机器人的神秘感，提高全社会对机器人的认识，促进机器人在社会各领域的应用，必须通过加强机器人学科教学，使机器人知识普及化。

    2.提高机器人应用水平的需要

    在机器人的应用中，存在着编程控制、管理维护、人机关系等一系列有待处理的工作。只有操作者了解机器人的原理、结构、功能、使用方法、注意事项，才能提高机器人的应用效能。

    3.提高机器人研制能力的需要

    机器人的研制，需要一大批懂得多学科知识的专门人才，特别是要不断学习与应用最新科研成果。这有赖于多形式多层次的机器人教育。

    4.加强机器人专业建设的需要

    开展机器人学科教学，有助于为机器人专业建设创设良好的环境。机器人学科课程、教材、教法的研究，能为机器人专业系列课程的改革提供参考。

    5.深入开展信息技术教育的需要

    开展机器人教育，有助于克服信息技术教育的一些弊端。一是避免片面强调软件工具应用技能的学习而造成的程序设计思维素质培养的缺失。二是避免重“软”轻“硬”、重模仿轻创新、重实践轻理论。

    6.与国际接轨的需要

    日本、美国等一些发达国家高度重视机器人学科教育对高科技社会的作用和影响，已在信息技术课与课外科技活动开设了有关机器人的课程内容。要赶超世界教育先进水平，必须大力加强机器人教育。

    7.迎接智能机器人时代的需要

   据预测，21世纪中期，人类社会将全面进入以智能机器人为代表的智能时代。最近10年，有关机器人的研究与应用水平将取得重大突破。机器人的广泛应用将极大促进社会生产力的发展与产业结构的调整，机器人的制造与销售将成为一个新的经济增长点。开展机器人教育，有助于使我们不至于在机器人时代落伍。

     (二)机器人学科教学的目标、内容、模式与方法

    1.机器人学科教学的目标

     (1)知识方面：了解机器人软件工程、硬件结构功能与应用等方面的基本知识。

     (2)能力方面：能进行机器人程序设计与编写，能拼装多种具有实用功能的机器人，能进行机器人及智能家电的使用维护，能自主开发软件机器人。

     (3)情感方面：培养对人工智能技术的兴趣，真正认识到智能机器人对社会进步与经济发展的作用，积极参加机器人编程比赛、机器人足球赛、机器人百科知识赛等各种课外活动。

    2.机器人学科教学的内容

    模块一：机器人概况

    包括机器人概念、机器人原理、机器人历史、机器人与人、机器人与社会等内容。

    模块二：机器人编程

    包括学会使用Java、VisualC++C、VBasicQBasic、MSWLOGO、PROLOG等编程语言及编程平台的使用，学会数据库程序的编写，能面向问题、面向代理进行编程设计，能开发出实用机器人程序。

    模块三：机器人硬件

    了解机器人的硬件结构体系，重点了解其机械结构、驱动系统、控制系统、感觉系统、通讯系统的原理与结构，学会机器人的模块化组装、控制与维护方法。

    模块四：机器人应用

    了解机器人的功能、应用领域、应用方法与效能，了解机器人以及其他智能电器的操作、使用与维护方法。能在各种机器人知识与能力竞赛中，创造性地综合运用所学知识。

    3.机器人学科教学的模式

    机器人学科教学的模式主要有两种：一是专门课程模式，二是学科整合模式。

    专门课程模式有如下特点：

    (1)在学校教学计划与课程安排中有“机器人”方面的专门课程，如“机器人编程”、“机器人应用”、“机器人概论”、“机器人学”等。

    (2)配有专业教师。

    (3)每周按课表开展一系列的有关机器人的课堂教与学活动。

    (4)有课程评估考核要求。

    北京东四九条小学的机器人学科教学工作开展得有声有色，已取得较为成功的经验。他们于2000年初将原来的计算机课改成“机器人编程课”，并自编了《青少年机器人初级教程——太空穿梭机LOGO、QBASIC语言编程》教材。该教材以“太空穿梭机”这种较简单的履带式教学用编程机器人为主要教具，共安排了20课内容，包括：机器人的定义、分类；“太空穿梭机”的结构、组装、运行环境、随机软件；LOGO、QBASIC语言编程与对“太空穿梭机”的运行控制；机器人的发光、发声、探测等实用程序的编写；未来机器人展望等。该校还建立了“机器人语言与机器人教学”网站(http：www.student.gov.cnrobot)。

    天津职业技术师范学院于1996年开始引进日本的机器人教育经验，结合国情，在“电类”专业中增开了“小型机器人设计与制作”职业技能课程。学生们从中学习了机器人结构设计、制作、调试、模块软件编程等内容。该校还以“小型机器人设计与制作”为课题，组织自控、机械、电子、计算机、工业设计等专业的教师组成跨学科的指导教师小组，指导以上专业的大学生进行毕业设计。学生们在制作多台不同结构和功能的教学用智能机器人的基础上，按照低成本、模块化、系统集成的设计思想，研制了多种通用机器人设计和制作的标准化模块及多种传感器模块。学科整合模式是指将机器人教学内容整合到其他课程的教学中，以其他课程的形式开展机器人学科教学。例如，在自然、劳技、物理、语文、信息技术、人工智能等课程中，都可安排一定的章节，介绍机器人的某一方面的知识与技术。

    华东师大陶增乐教授在全国高等师范计算机教育研究会举办的“2001全国中小学信息技术教育研讨会”上，作了题为《对信息技术课程建设的思考(提纲)》的报告。他在报告中提出中小学信息技术课程应以“信息科技素养”为宗旨，在小学、初中、高中的教学中贯穿四条主线：“网络通信基础知识的学习和应用”；“算法与程序设计能力的培养”；“常用软件工具的使用”；“技术与课程的整合”。其中的“算法与程序设计能力的培养”中，要求学生能编制简单的机器人程序。

    我们在编写高中《研究性学习》课程教材(湖南教育出版社，2002年1月出版)中，将“机器人科学”与“研究性学习”融为一体，安排了题为《机器人，机焉?人焉?》的单元内容，使学生在研究中了解机器人的概念、种类、用途、原理，在思考中探讨机器人与程序设计、哲学、经济、社会、生活、教育的关系，激发科学热情，培养思维品质。我们在该单元教材中安排以下3种“研究拓展”模块内容，供学生参考。

    拓展实践1：自制能说会听的教学机器人

    如果你的学习条件较好，拥有一台带声卡、话筒、音箱的多媒体电脑，你不妨在电脑上安装语音识别与合成系统，让电脑学会听懂你的语言，并能说话与唱歌。然后命令电脑进行各种以前你必须用键盘和鼠标才能完成的工作。例如，让电脑充当你的秘书，记录你口述的文章，或让电脑充当钢琴演奏家，自动弹奏美妙的歌曲，还可以安装英语学习软件，让电脑充当老师，自动纠正英语发音练习中的错误。

    此外，在电脑上安装摄像头和图像识别系统，使电脑能识别人的头像，理解人的喜怒哀乐等情感。

    拓展实践2：寻找“智能代理”机器人

    目前，智能代理(Agent)技术在计算机中已有广泛的应用。如“Office助手”中的“大眼夹”，瑞星杀毒软件中的“安全助手”黄毛狮等。它们可以跟踪检测软件运行状态，智能推测帮助主题，自动采取杀毒行动。比一比：看谁找到的这种“智能代理型”机器人的种类最多，看谁能讲清楚其设置与使用方法，看谁能发现其源程序。

    拓展实践3：给“机器人”在网上安个家

    实践目标：

    (1)学习专题网站的设计、制作、使用方法。

    (2)综合本研究性学习单元的研究活动成果。

    (3)培养基于网络的学习与研究能力。实践过程：建立机器人专题网站的过程，可分为    6个基本步骤。(略)

    4.机器人学科教学的方法

    机器人学科教学的方法很多，各种基本教学方法与综合性教学方法几乎都可用于机器人学科教学。某一方法的具体选用中，应考虑教学目标的要求、教材内容的难度、教学对象的学习基础与教学条件的差异。其中，机器人基本理论知识的教学可采用讲授法；机器人编程的教学可采用实验法、任务驱动法；机器人哲学内容的教学可采用讨论法；机器人应用内容的教学可采用参观法、演示法；机器人设计、制作的教学可采用竞赛指导法、自主探索法等。