教學機器人在初中物理教學中的應用研究

周游

摘 要：筆者在本文中首先闡述教學機器人在物理教學中的意義，然后具體分析了教學機器人在初中物理教學中的應用，說明機器人在物理課堂教學中的使用可以讓學生在學習知識的時候體會到學習的樂趣，同時也促進了教學目標的高效實現。

關鍵詞：機器人；課堂教學；初中物理

中圖分類號：G632 文獻標識碼：B 文章編號：1002-7661（2014）21-255-01

隨著科學信息技術的普及，很多機器人競賽逐漸在青少年中展，其中以機器人作為教育內容的第二課堂和其他競賽輔導形式也發展迅速。機器人與物理學科之間有著不可分割的聯系，不管是機器人的電子原件還是結構上，都能從物理學中找到相應的理論知識，因此，教學機器人在物理學科教學中得到有效應用。

一、教學機器人對于初中物理教學的意義簡析

教學機器人既不是一門學科也不是一門課程，它只是隨著科學技術的發展融入我國課程改革過程中的內容之一。在初中物理教學中，教學機器人已經在課程中滲入得越來越多，成為這門課程的重要組成部分。筆者總結了教學機器人的特點，主要有三：

1、教學創新性

教學機器人在初中物理教學中的應用其主要的目的之一就是讓學生的創新精神得到培養，教學活動與教學機器人的結合可以讓其設計、活動模式及教學方法和評價模式都具有創新性，學生在創新的教學活動中，其創新思維能力也能得到良好的培養。

2、內容綜合性

教學機器人是材料、機械制造原理、能源轉換、信息技術等方面的集成，具有很強的綜合性，而將其融入到物理教學中，也將讓教學內容富于綜合性，有利于培養學生的綜合能力。

3、資源開放性

物理學科中教學機器人的應用是一種開放性的資源，它突破了傳統教學課堂的封閉性，拓寬了課堂內外、書本內外的界限，能將各種教學資源與物理學科進行整合，從而高效的實現物理學科的教學目標。

二、教學機器人在應用于《杠桿》教學中

杠桿作為初中物理中的重點內容，也是較難掌握的內容，雖然在教學過程中有相關的探究性試驗可以讓學生對相應的知識進行理解，但是杠桿原理知識靈活性較大，能夠供學生進行實驗的例子卻比較少，所以即便學生掌握了牢固的理論知識，但是要運用起來仍然比較困難。但是杠桿原理在機器人科學領域卻運用得十分廣泛，機器人的結構、運動系統及能量的轉換傳輸等都與杠桿作用有著莫大的聯系。學生在進行機器人構建的過程中一定會應用到杠桿知識，很多時候，為了能夠更好的讓機器人的功用發揮，他們不得不對杠桿原理作出深入研究。這種從實踐需要而產生的學習知識欲望遠比書本上的文字知識來得主動和深刻，學生學習的興趣與積極性都得到很好的激發。

比如，怎么樣讓機器人的機械臂更好的去抓住物體是一個讓學生頗費腦筋的問題，筆者在利用教學機器人模型運用到這一知識點的教學中。首先對學生提出相關的問題：機器人的抓臂是什么類型的杠桿？（費力杠桿）它所具有的特點適合抓拿住什么類型的東西？機器人的手臂是具有什么特點的杠桿，它在抓取物體的過程中應該注意什么？機器人的機械臂的幅度應該如何控制才不至于出現損壞問題，它們的優點和缺點各是什么？我們應該如何改進？學生一邊運用機器人進行抓取物體的操作，一邊積極討論杠桿原理知識，教學所需要傳授的知識就在學生的問題探究活動中印入學生腦海。這個教學過程不是填鴨式的說教，也沒有“典型例題”的講解，更多的是讓學生主動去探索，去學習，主動汲取需要的知識。

三、教學機器人在應用于《摩擦力》教學中

機器人的運動方式大致分為腿和輪胎兩種。輪胎這種方式靈活性大、組織起來也較為方便，因而被廣泛使用。但是在不同的任務中，輪胎的選擇頗為重要。筆者在此以樂高教學機器人為例：在基本的套裝內有多種供學生在不同場地選擇的輪胎，而學生選擇輪胎的知識點就是摩擦力知識，傳統教學中，摩擦力是一個非常抽象且不容易理解的內容。引入教學機器人之后很多知識點就有了具體的例證，這部分的學習也就化抽象為具體。筆者帶領學生參加青少年機器人足球比賽的活動中，由于比賽場地太光滑，導致機器人出現打滑的現象，學生在中場休息時間中，用隨身配備的簡易工具在輪胎上劃刻出一些紋路，打滑的問題得到了很好的緩解。比賽之后學生很自豪的向筆者匯報道：“老師，其實我們就是利用了物理學習里面的摩擦力知識，增加機器人輪胎與地面的摩擦力，就解決了打滑的問題”，由此可見，機器人對于學生物理知識的學習和運用有著很好的效果。

四、教學機器人在應用于《電動機和發動機》教學中

“電動機和發電機”這一內容在進行教學時，細心的學生經過比較就會發現二者的有完全一樣的內部結構，不同的在于外界提供電源時線圈在磁場中運動，而外界提供傳動力時線圈中出現感應電流。那么，若是電動機的線圈先轉動會不會讓發電機發電呢？筆者拿出兩個一樣的電動機并將二者連接，先將其中一個電動機帶動產生旋轉，學生可以很快的發現另外的一個電動機可開始運轉。這就足以說明電動機與發動機的構造是相同的，其不同的地方在于能量的轉化方向不一樣。筆者在教學中為學生演示這一實驗，看到學生驚訝的表情便知道這一知識點已被他們記住，且留下了深刻的印象。由此可見，物理科學知識與教學機器人的結合對于課堂教學是事半功倍的。

將初中物理教學與教學機器人有效的結合在一起，教學效率得到很大的提高。學生在積極主動地探究過程中輕松了掌握了需要掌握知識，原本抽象枯燥的物理學知識變得有趣、形象直觀，其創新能力也得到培養，這也是物理教學的目的。

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