DOBOT機器人在高中信息技術課堂中的應用

山東省日照黃海高級中學 孫歡歡

高中信息技術新課標要求對學生培養計算思維能力，進行人工智能教育，如何將人工智能落實到信息技術課堂是現階段高中信息技術教育亟需解決的重要問題。DOBOT機器人對解決高中信息技術課堂中的人工智能教育有重大作用，通過項目式學習，為學生打造人工智能的場景，讓學生參與其中動手設計，培養學生的創新思維，提升學生的信息素養。

高中信息技術教科版新教材一開篇就說“未來已來”，在科技日新月異的今天，全面提升學生的信息素養是高中信息技術的主要任務。人工智能是學生信息素養的重要組成部分，是未來學生走進社會的重要競爭力，如何將人工智能落實到信息技術課堂是現階段高中信息技術教育亟需解決的重要問題。

1 DOBOT機器人適合高中課堂

人工智能教育必將成為未來信息技術教育的趨勢，高中信息技術課堂已經不在滿足于“一臺計算機走天下”的模式。人工智能在學生的日常生活中已經不陌生了，甚至可以說隨處可見，比如商場的人工智能導購、銀行的智能服務機器人、智能手機等。那么，這些人工智能是如何運作的將會成為學生在信息技術課堂中最感興趣的點。

DOBOT機器人不僅是硬件，其技術已經發展到K12人工智能教育領域。在課程體系方面，DOBOT機器人已經發展成以人工智能為核心的系統化的知識體系，其教學模式主要是項目式學習（Project-Based Learning，簡稱PBL）。DOBOT機器人在教學過程中引導學生思考解決現實生活中的問題，將人工智能應用到實際的生活場景中，模擬搭建人工智能場景讓學生在探究中學習，構建知識體系，提升動手能力。高中信息技術新課標倡導項目式教學，設計符合生活實際的人工智能應用場景，引導學生思考解決現實問題，從而實現新課標所提出的培養目標。

在軟硬件體系方面，DOBOT機器人推出了DOBOT Magician Lite及配套的DobotLab人工智能教學平臺。在這個平臺中具備了班級管理、實驗、教學功能模塊，方便學校開設人工智能課程的教學。在資源方面，DOBOT機器人提供教學參考書籍及數據資源、人工智能教室建設、班級管理系統等服務，并且提供教師人工智能教學培訓，這些都使普通高中學校開展人工智能課程變為可能。

2 DOBOT機器人在高中信息技術課堂的應用實例

本課程案例的從社會生活的真實需求出發，通過創造具體的情景、引導學生分析問題、設計解決方案并動手實踐，逐步培養學生的計算思維能力與創新應用能力。下面以“智能貨倉”為例詳細說明。

2.1 教學目標

（1）綜合應用Python知識和機器人平臺，實現智能貨倉的入庫、查詢、出庫等任務。

（2）引導學生解決實際問題，培養創新思維。

2.2 教學重點與難點

綜合應用Python知識和機器人平臺，實現智能貨倉的入庫、查詢、出庫等任務。

2.3 教學材料

（1）計算機網絡教室環境；（2）電腦；（3）VS Code編輯器；（4）機器人套件；（5）智能貨倉配件包。

2.4 教學過程

2.4.1 場景導入

（1）師提問：同學們說一說在你們的印象中貨倉是什么樣的？

教學說明：同學們可能會描述傳統的貨倉。

（2）師提問：貨倉中哪些工作可以用機器人來代替呢？

教學說明：老師請同學回答，并引出這節課智能貨倉的主題。

（3）師講述：智能貨倉是智能制造生產系統的重要組成部分，相比較于傳統的倉庫，它大大地減少了人工成本，提高了貨物運輸的效率，減少了管理成本。智能貨倉日常工作的重要內容是為物流與供應鏈系統服務，主要由貨物存儲、貨物出庫和搬運、貨物管理三大部分組成。本章將要完成一個簡易智能貨倉的項目設計。

教學說明：老師在PPT上展示傳統貨倉與智能貨倉的圖片、視頻。

2.4.2 項目內容

完成一個簡易智能貨倉的項目設計，主要由設計入庫，出庫和查詢三個部分組成，分別實現智能貨倉中貨物存儲、貨物出庫和貨物管理，并使用機器人完成項目中所有的搬運任務，構建一個完整的智能貨倉系統。

教學說明：老師介紹完智能貨倉后，給學生發布任務：由學生自己設計一個智能貨倉系統，要畫出系統框圖，并基于機器人平臺完成整個系統的設計。給學生70min的時間，完成的同學進行展示并將資料提交給老師。

教學說明：學生展示環節，老師針對學生的作品，評價其做得好的地方和還需要進一步改進的地方。最后一節課的時間老師展示一個智能貨倉的案例。

2.4.3 項目分析

用不同的編號來表示入庫、查詢、出庫這三個操作。如果用戶輸入的是入庫操作的編號，然后再輸入貨物名稱，系統會將貨物搬運至倉庫對應的位置，并更新它的庫存數量；如果用戶輸入的是查詢操作的編號，系統會給出對應貨物的庫存數量；如果用戶輸入出庫操作的編號，然后輸入貨物名稱，系統會將對應的貨物從倉庫中移出，并更新它的庫存數量。

2.4.4 功能實現

（1）實驗場景圖。根據實驗任務，設計對應的場景示意圖，并按照場景示意圖擺放機器人和相關器材，然后在老師的指導下連接設備。

（2）系統分析。通過對項目的分析，給出智能貨倉程序流程圖，如圖1所示。

圖1 智能貨倉流程圖Fig.1 Flow chart of smart warehouse

（3）編寫程序的思路。

第一步：導入庫文件。

第二步：初始設置。

根據前面學習的機器人控制指令初始化機器人的狀態，然后用字典保存倉庫中貨物的位置坐標和貨物的庫存量。

第三步：用“1”“2”“3”分別代表智能貨倉入庫、出庫、查詢三種操作。智能貨倉需要隨時等待用戶的輸入指令，我們可以使用無限循環 while(True)來實現這個功能。當系統接收了用戶輸入的編號之后，還需要根據編號選擇對應的操作。

第四步：完善入庫操作。

＜1＞獲取入庫貨物的名稱。輸入入庫操作編號后，需要獲取入庫貨物的名稱，判斷輸入的貨物名稱是否是指定的四種貨物之一，如果是，進入下一步操作，當名稱不對應，提示“輸入錯誤，請輸入正確的貨物名稱”，然后重新輸入貨物名稱，直到貨物名稱正確。

＜2＞控制機器人的末端移到出入庫的位置，吸取待入庫的貨物，并延時0.5s，確保機器人成功吸取到貨物。

＜3＞機器人將待入庫的貨物移至倉庫對應的位置，然后松開吸盤，機器人末端回到初始位置。程序示例如下所示：

inp2=input("請輸入貨物名稱（咖啡、牛奶、可樂、礦泉水）：")

if inp2 in stock.keys()：

dobotEdu.m_lite.set_ptpcmd(port_name， 0， 305， 6， -50， 0， True， True) #機器人末端移至出入庫位置

dobotEdu.m_lite.set_endeffector_suctioncup(port_name， True， True， True) #吸盤吸取貨物

time.sleep(0.5) #延時0.5s確保吸盤吸住貨物

dobotEdu.m_lite.set_ptpcmd(port_name， 0， (coordinate[inp2][0])，

(coordinate[inp2][1])， (coordinate[inp2][2])， 0， True， True) #機器人移到貨物對應的倉庫位置

dobotEdu.m_lite.set_endeffector_suctioncup(port_name， True， False， True) #吸盤放開貨物

stock[inp2]+=1 #對應的貨物庫存數量加一

dobotEdu.m_lite.set_ptpcmd(port_name， 0， 250， 0， 50， 0， True， True) #機器人回到初始位置

break

第五步：完善查詢操作。

查詢操作的程序流程圖如圖2所示。教學說明：老師讓同學們根據程序流程圖，自主合作完成智能貨倉查詢操作的這部分程序。

圖2 查詢操作流程圖Fig.2 Query operation flow chart

第六步：完善出庫操作。

出庫操作的程序流程圖如圖3所示。教學說明：老師讓同學們根據程序流程圖，自主合作完成智能貨倉出庫操作這部分程序。

圖3 出庫操作流程圖Fig.3 Flow chart of outbound operation

2.5 教學效果

在本課例中，教學模式采用了項目式教學，設計了一個簡易的智能分揀貨倉場景，引導學生在現實人工智能生活場景中分析問題，提高學生人工智能的意識。學生在本課例中要具體設計搭建智能倉庫場景，動手選擇、組裝DOBOT機器人配件，編寫程序，構建一個完整的智能貨倉系統，在這個過程中培養學生工程思維、計算思維、問題解決能力與動手實踐能力。

3 結論

高中生信息素養的提升重要體現就是人工智能教育。人工智能教育不能只局限于認識階段，更重要的是計算思維的培養。DOBOT機器人滿足人工智能教育的硬件與軟件的結合，開發了完整的課程體系，建設智能教室，提供師資培訓，幫助學校、老師和學生實現人工智能教學，切實解決了人工智能教育進高中信息技術課堂的問題。