机器人教案范文篇1
关键词：Java教学实践平台；Robocode；Java课程教学；基于互联网的教学模型
1、Java课程的传统教学
目前，许多院校仍采用传统方式进行Java课程教学。传统教学方式通过概念与理论知识讲解来介绍Java程序编写案例，让学生进行Java程序编写练习，实施Java程序设计项目，通过该教学过程使学生掌握Java编程技术。但在实际教学中学生已不能适应这一教学过程，尤其是职业院校的学生，对Java概念和理论知识不理解，无法跟上Java编程案例教学进度，无法参与项目实践，学生失去兴趣，最终放弃Java程序设计课程。
基于学生的实际情况和课程特点及教学环境，改变传统教学方式，采用任务驱动教学，以学生为主体，提高教学实效。Java课程的传统教学改革势在必行。
2、基于互联网的Java课程教学模型
为体现以学生为主体的教学过程，笔者所在团队设计了基于互联网的Java课程教学模型，如图1所示。
该教学模型阐述教学过程的5个环节。（1）布置学习任务，通过互联网将学习任务向学生展示，提供相关参考资料和资料索引。（2）设计战车改进方案，学生根据任务书要求和参考资料通过Roboeode平台设计战车及改进方案。（3）实现改进方案，根据设计完成的改进方案，采用Roboeode平台提供的参数，编写Java代码实现设计方案。（4）检验、测试程序模型，通过Java代码编写，将制作完成的坦克模型程序在互联网上进行测试，检验战车模型的性能是否提高。（5）展示与讨论战车程序的改进效果。
3、Robocode平台介绍
Roboeode平台是2001年IBM公司在Web-AlphaWorks上的坦克机器人战斗仿真程序引擎，是MatNelson利用Java程序语言专为Java程序员设计的游戏半成品。与由键盘、鼠标控制的游戏不同，参赛者必须利用Java语言对机器人程序模型编程，通过编程设计实现智能操控。
Robocode平台成为从初学者到高级黑客程序开发者都可以参与的娱乐活动。初级Java程序员可学习基础程序语言，如调用API代码、阅读Javadoc、内部类、事件处理等。高级开发者可以在构建“最优品种”的软件机器人全球竞赛中提高其编程技巧。
Roboeode平台的教育特性被世界诸多从事Java程序教学的人员发掘利用，笔者在德国亲身体验了Java程序设计语言课程利用Robocode平台的教学方法。在网络上Robocode用户组、讨论列表、FAQ和Webring随处可见。Robocode为学生与Java工程师提供简便、有趣的游戏教学方式，释放他们的创造力。Robocode平台的出现给枯燥的Java编程学习注入了动力与激情，使学生在娱乐的同时提高Java技术。
我国Java-Robocode协会在湖南师范大学发起成立，2008年举办了湖南省Java-Robocode机器人大赛。我国高校教师逐渐开始采用Robocode平台进行Java课程教学，但为数不多。我国高校教师对Robocode平台的教学研究还远落后于国际水平。
4、Java课程的教学设计
通过Robocode平台学习Java，是非常有效的教学方法，该方法符合行动导向的教学理念，通过设计Java课程，介绍Java程序设计如何采用Robocode平台实施教学。
4.1课程任务与环境要求
课程任务目标是调动学生对该课程的兴趣，学生能够独立创建机器人，学会调用RobotEditor和compiler程序，通过编写Java程序语言移动机器人、炮和雷达，并能够处理机器人避障、雷达目标出现、击中目标、自身中弹等事件。
软件和硬件环境要求，PC网络系统，JavaVM（JDK1.3.x）、Robocode1.6.2、Intemet可链接RobocodeBattleonline。
4.2模型观摩与程序设计
教师通过Java编程指挥机器人的动作，让学生看到采用Java编程控制机器人并不难。通过编程演示创建战车的操作，使学生认识到自己可以通过Java编程创建战车并改变其战斗力，增强学生对Java编程的信心。
让学生设计自己的战车并能够初步战斗，包括行进、寻找目标、旋转火炮、射击、避障等。创建机器人，启动RobotEditor选择File-New-Robot，系统提示输入机器人名称，该名称将成为Java类名，可在提示符处输入KKStraight。下一步系统提示输入数据包前缀，它是Java文件的数据包名称，可在该提示符处输入KK。此时RobotEditor会显示机器人程序模型需要编写的Java程序代码。学生使用run、while语句，参照程序范例修改机器人程序代码、参数或采用程序代码缺省值，最后在RobotEditor菜单上选择Compiler-Compile对代码进行编译。
4.3检验程序模型
测试创建完成的机器人程序模型。切换到主程序，选择程序菜单上的Battle-New，将机器人KKStraight添加到平台中，观察该模型的战斗过程。
通过Java程序代码tumRight（doubledegree）和tumLeft（doubledegree）移动机器人，使机器人转过指定角度。ahead（doubledistance）和back（doubledistance）使机器人移动到指定的像素点距离，以上方法在机器人遇到障碍物时即告完成。
转动炮和雷达，通过程序代码atrnGunRight（doubledegree）和tumGtmLe（doubledegree）使炮可以独立于坦克车的方向转动。ttmiRadarRight（doubledegree）和tumRadarLeff（double’degree）使雷达独立转动。
射击，fire（doublepower）和fireBuilet（doublepower）用来发射指定能量的炮弹。调用fireBulletO程序返回RobocodeBullet对象，程序提取一个引用，该引用可以用于高级机器人。
获取关于机器人的信息，getXO和getYO可以捕捉到机器人当前的坐标。getHeadingO、getGunHeadingO和getRadarHeadingO可以得出坦克车、炮或雷达当前的方向，该方向以角度表示。getBattleFieldWidtla0和getBattleFieldHeightO可以得到当前这一回合的战场尺寸。
至此，实现了Java程序代码的功能，形成战车程序模型，随着编程能力的不断提高，学生会逐渐提高战车程序模型的战斗力。
4.4改进程序模型
处理机器人遇到障碍物、雷达目标出现、击中目标、自身中弹等事件；是改进模型最常见的方法。
当机器人在移动或转动时，雷达一直处于激活状态，如果雷达检测到有机器人在其范围内，就会触发事件。基本的Robot类中包括了所有这些事件的缺省处理程序。下面是一些较为常用的事件程序代码：
当雷达检测到机器人时，调用Scanned-RobotBvent通过覆盖onScarmed.Robot（）进行处理。当机器人被炮弹击中时，调用HitByBulletEvent通过覆盖onHitByBuUe（）进行处理。当机器人击中其他机器人时，调用HitRobotEvent通过覆盖onHitRobotO进行处理。当机器人遇到障碍，调用HitWallEvent通过覆盖onHitWall（）进行处理；所有这些事件、方法均通过Java编程对机器人的动作进行控制，学生熟练掌握Java程序代码的功能作用，提高自身Java编程技能。
4.5展示与评价
教师审核学生的成果，通过鼓励与评价引导学生，让有进步的学生展示他们的战车程序模型，讲解他们采用的编程方法、程序模型改进与设计思路，让大家分享其成果，彼此交流。
机器人教案范文
关键词：机器人；教学策略；敢学；善学；乐学
一、缘起
（一）素质教育的强烈要求
以往我们的信息技术课过多强调学生掌握了哪些技能，如，每分钟能打多少字等，结果把信息技术课变成计算机技能训练课。素质教育特别需要爱护学生的好奇心与求知欲，这是创造意识和创新精神的基础，也是主动学习精神的最初源泉，而这些是应试教育最容易忽略的。
（二）高段小学生思维的特点与机器人、LOGO语言的学习特点相吻合
概括地说，小学生的思维特点是以直觉形象思维为主。从具体的形象思维发展到抽象的逻辑思维的转折点一般在四年级，即11～12岁。LOGO语言的海龟绘图命令，一条命令对应屏幕上一个绘图效果，把抽象的语句和直观的形象图形对应起来，这正适合从直观形象思维向抽象逻辑思维过渡的小学生思维特点。
二、实施策略
机器人活动趣味性极强，但常常听到学生中有这样的想法，我能遥控机器人就好了。可见，虽然学生对机器人的学习表现出很浓厚的兴趣，但是一旦进入学习后，就发现机器人有时候并不是那么听话，也就发出了能不能遥控机器人的感叹，甚至最后产生厌学情绪。
因此，我们在平时教学中应该注意渗透和指导，并鼓励和帮助学生通过各种手段掌握正确的学习方法，使他们“敢学、善学、乐学”，学会学习，真正成为发现者、研究者、探索者。
（一）开展有效的教学提问，读懂学生的学习基础，让学生敢学
智能机器人技术融合了机械、电子、传感器和人工智能等众多先进技术，充分体现了当代信息技术多个领域的先进技术，是综合知识和技术的结晶。而往往就因为机器人技术综合性的特点，导致学生望而生畏。如果此时教师的提问超出学生已有的知识基础范围，可能就会进一步加剧他们的厌学心理。那么应该怎样设计教学提问呢？
【我的尝试】
1.抓住学生的兴趣点提问
教师在设计问题时应根据学生的心理因素、知识结构等特点，更要注重趣味性。很多时候兴趣是由问题的趣味性激发的，学生就像一池水，教师的提问便是投石激水，一些灵感的火花往往就是在这样的提问中产生的。
如，在完成了简单的左、右迷宫法则走迷宫后，我设计了这样的问题试图激发学生的探究欲望：哪种迷宫方案能更快地完成任务呢？同一种迷宫方案，哪些因素影响了机器人在迷宫中行走的速度？
我的思考：这样的提问，能促使学生在成功的基础之上，进一步激发探索的兴趣和欲望。学生都有一股不服输的精神――我一定要走得比你快！
2.问题的难度设置应该随着教学的深入有一个逐渐加深的过程
教师提问是围绕学生而展开的，需要学生的积极配合和参与才能有效完成。问题太肤浅，学生不思考就能脱口而出，不易发展学生的思维能力，对学生没有挑战性，学生容易产生厌倦情绪。反之，问题太深奥，学生望而却步，没有思考的兴趣，挫伤了其学习的积极性。难易度的把握，应当是经过教师的c拨，使学生“跳一跳能摘到桃子”为宜。
如，在教学机器人怎样走轨迹的环节，学生已有的知识是：机器人利用传感器接收外界信息，主机控制器接收到这些信息，发出指令控制马达，做出左转、右转、前进、后退的动作。我的问题是这样设计的：（1）告诉学生不同颜色有不同的灰度值，因此你认为灰度传感器是如何判断黑线的？（2）白色和黑色的灰度值不同，灰度传感器就能检测到黑线了，那么机器人要走轨迹需要几个传感器？（3）如何利用两个传感器走轨迹？（4）两个传感器的轨迹程序，碰到十字路口需要左、右转或是直走的时候能够成功吗？
我的思考：这样的问题设计由浅入深，引导学生操作、探究，让学生经历科学研究的过程。在这个过程中学生受到启发，思维被激活，问题是随即动态产生的，学生的思维也在一个个问题的解决过程中得到了锻炼。
（二）巧用留白艺术，读懂学生的思维过程，让学生善学
“留白”一直是中国书画艺术中常用的“以少胜多”的表现手法，能取得“此时无声胜有声”的艺术效果。将“留白”运用到智能机器人教学中，有助于培养学生的自主学习和探索精神，将会收到显著的成效。“留白”这种机智的教学策略，给了学生更充裕的时间去实践与操作、思考与探究。
【我的尝试】
1.未成曲调先有情――在激趣导入中“留白”
俗话说：“良好的开端是成功的一半。”好的教学往往从导入就开始演绎精彩了。我们应抓住学生好奇心强的心理特点，把留白巧妙地运用到导课中，有意给教学内容蒙上一层神秘的“面纱”，激起他们强烈的求知欲，促使他们积极主动地参与学习，从而拉开学习的序幕。
如，在教学调试机器人走轨迹速度一环节时，先让学生观察两种不同参数设置的机器人在走S轨迹时在动作和速度上的差异，学生很容易就能观察到一个行走时左右抖动频繁，一个行走时快速流畅，然后问学生：“你们觉得这会是什么原因影响的呢？”从而自然而然地让教师接上话茬：“接下来我们就来研究如何让机器人流畅快速地走轨迹？”
我的思考：教师没有过多的语言，一彰显，一留白，激起了学生学习的兴趣，点燃了学生思考的烈焰，撞出了学生智慧的火花。
2.顺水推舟――在自主探究中“留白”
让学生学会学习，提高学习探究的能力，是对教师提出了更高的要求。要让学生自主探究势必在我们的教学中要“留白”。这样学生才会自主、独立地发现问题、提出问题；通过“留白”引导学生思考问题，也许学生会有“柳暗花明又一村”的顿悟。
如，在机器人孤单英雄项目中，有一个过雷区的任务。机器人过快很容易就撞倒“地雷”，而速度慢又会严重影响整个任务的完成时间。那么，有什么解决方案，可以做到鱼和熊掌皆得呢？几个学生讨论、分析后，立马给出了答案：“雷区内和雷区外给它们两个不同的前进速度。”我接着问：“那么这个前进速度都有轨迹子程序控制的，如何做到不同呢？”学生很快回答：“我们给雷区单独设一个轨迹子程序，在雷区里的路口左转、路口右转都调动这个轨迹子程序，这样既不影响雷区外的行走速度，也能保证机器人顺利通过雷区。”
我的思考：适时、知识迁移中的“留白”给学生的探究提供了广阔的天地，让学生能够真正自主解决问题，从而使得思维得到深入的锻炼。
3.激发研究兴趣――在质疑碰撞处“留白”
质疑是科学探究需要培养的一种精神品质。留白，有利于学生的发展创造。把发现的任务交给学生，让学生在发现中寻找，在寻找中质疑，在质疑中碰撞出智慧的火花，从而找到自己的答案。
如，在教学左迷宫走法时，要分别利用前方（9号）、左前方（8号）、左边（7号）三个方位的红外壁障传感器进行判断来完成迷宫任务。学生马上就写出了两个条件判断的左迷宫子程序，然后仿真场地上进行试验，结果却不尽如人意，机器人都撞上了障碍物，停止了。这时就有学生质疑：“老师我们都按照你的迷宫方案编写了程序，可是为什么C器人还是走不了迷宫呢？”此时，我并没有急于告诉他们答案，我对他们说：“你们为什么不现场做个试验呢？”“对，对，对，我们可以自己扮演传感器，让老师来扮演控制器，教室就是迷宫！”有学生很快提出了实验方案。通过实验学生很容易就发现当7号和9号红外传感器同时检查到障碍物时，如果优先判断9号传感器让机器人右转，这样就不会撞上障碍物了。
我的思考：通过这样的留白，让学生自己去发现问题、解决问题，思维能力也显著提升了。很多学生还兴奋地对我说：“老师，老师，右迷宫的程序我应该也会编了！”
这次教学，创设了学生质疑的情景，学生通过仿真试验产生质疑，此时教师不急于给出答案而是作适当的留白和引导，让学生在质疑中得到思维的历练，从而发现问题所在，提出问题解决方案，并有可能让问题解决方案在其他地方得到迁移应用。
（三）活跃讨论氛围，读懂学生的发言内涵，让学生乐学
现代教学不仅要求学生“学会”“会学”，而且要使学生“乐学”，如何才能达到“乐学”的效果呢？智能机器人是一个培养中小学生创新精神和综合实践能力，提高综合素质的智能平台，要求把传统单一的接受性学习转变为研究性学习、参与性学习、体验性学习和实践性学习，以此促进学生知识和技能、情感、态度与价值观的整体发展。
【我的尝试】
1.在问题的解决过程中培养乐于学习的意识
在教学中，我们应该让学生成为学习的主人。一些学生可能通过讨论能够解决的问题尽量都留给学生自己去解决。
如，在教学路口左转的子程序后，可以放手大胆让学生尝试编写路口右转的子程序，能独立完成的学生可以先做测试，不能完成的学生再组织起来进行讨论。从学生的讨论发言中可以看出这些学生缺乏一些空间思维，如果借助实物可能就容易接受了。于是，我们拿出实物机器人和越野跑道，通过实物机器人展示，了解机器人路口右转的整个过程。通过2～3次的演示，很多学生兴奋、高兴地说：“我懂了，我也要做测试啦！”
2.在“交往―探索―发展”的课堂教学模式中培养乐于学习的能力
机器人学习具有具体、形象、实践性强的特点，强调培养学生的观察力和想象力，便于创设愉快、轻松、趣味的学习环境。教学过程中，教师要重视引导学生开展自学、探究、讨论、评议等活动，使得程序设计课堂教学出现一种生动活泼、轻松愉快的气氛，使学生在这样的氛围中自主、积极主动的学习。
我的思考：教师站在学生角度，倾听学生的讨论，而不是一味地指责学生，急着帮助学生给出问题解决的方案。因此，把探究、讨论过程放心地交给学生，让他们成为学习的主人，这样的学习才是真正意义上的学习。
三、成效和体会
智能机器人是一门综合实践活动课程，它蕴含着学生对科技的兴趣、持久研究的能力和团队合作的能力等综合能力的积淀和养成，研究能力和创新能力培养贯穿始终。就实施效果来看，学生参与面广，参与热情高，且研究成果多，全面、有效地提升了我校高段学生的观察力和想象力以及信息素养。
（一）有效提高了教师的教科研素养，有力地推动了机器人教学的开展
教师在执教中摸索培养学生创新能力的有效模式，以学生创新能力培养作为远景目标，不断推进创新教育的深化和拓展，实现创新教育的远景目标，创造创新教育的无限空间。辅导老师在与学生的活动中同样获益匪浅，拉近了师生间距离，有效促进了师生的内在交流与合作；增强了师生的探究乐趣，拓展了教师的思考空间。
（二）有效调动了学生的程序设计兴趣，激活机器人竞赛的热情
以动手实践操作为主，学生初步学会了用程序设计的思想去思考和解决实际问题。在丰富的教学氛围中激发学生的程序设计兴趣，迸发出创新想象空间，激励学生的思考和创新思维。机器人教学的有效开展，使学生的各项比赛成果显著。
高段学生对信息技术课兴趣明显得到增强，课堂气氛变得活跃而富有生气，课堂学习气氛更具研究味。学生基本上学会了独立分析问题，他们的动手能力在实践中得到了充分锻炼，思维能力在问题的解决中得到了升华。
总之，机器人教学特别注重学生体验、感悟和实践的过程，注重学生个性的健康发展和对学生的创新精神、实践能力的培养。日本、美国等一些发达国家，高度重视机器人教育对高科技社会的作用和影响。只要我们在教学中怀着一种不断思考、不断探索的精神，以学生的现实发展和长远发展为目标，学生就能真正从敢学变为善学，最后乐学，学会学习，乃至为他们的终身学习打下夯实的基础。
参考文献：
机器人教案范文
基于信息技术课堂的机器人教学现状分析
1.主流教材设置情况
根据《中小学信息技术课程指导纲要（试行）》的相关规定，当前各省都采用了自己省辖范围内的省编教材为信息技术课的指定用书。其中多个省份的中小学信息技术教材中，均有“机器人基础”单元的内容。例如，北京地区采用的清华大学出版社出版的信息技术教材，其中六年级的第二学期安排了《机器人单元》教学内容；江苏省采用的是江苏科技出版社编写的信息技术教材，其中在小学六年级及初中九年级，分别设置了一个学期的有关机器人的学习内容。这说明在中小学教材体系中，已经逐渐将机器人学习纳入到常规的信息技术教学内容中。
2.实施教学的可行性分析
机器人教学进入中小学课堂，重点面临的是师资问题，能否建立一支具有合格水平的教师队伍，是机器人教学的关键。以笔者所在的江苏省为例，江苏省的省编教材自2008年引入实体机器人教学内容后，随即于2009年建立了26所省级机器人实验学校，并号召各地级市均挑选一所中学和一所小学加入省级机器人试验学校中。期间每年都组织相应的教师培训课程，进而培养出一批具有较高教学水平的骨干教师。除实验学校外，也有很多学校加入到实体机器人的教学中去，江苏省教研室也积极进行项目推进，组织了多次相关的教师赛事。
信息技术课堂中进行机器人教学的环境支持
1.计算机教室的硬件支持
在多数小学无法提供专用机器人实验室的情况下，在计算机教室中实施机器人教学是较为常见的教学方式，而教室基本需要满足如表1所示的硬件要求。
2.机器人器材供给
当前小学机器人教学中，使用较多的器材分为“积木类”和“集件类”两种。“积木类”以乐高机器人为代表，采用积木原件为单位进行搭建；“集件类”以紫光三角机器人为代表，将大部分组件进行固化，形成一个较为完整的机器人小车，并在此之上进行简单的拓展搭建。两种机器人类型各有利弊，适合不同生源数的学校。简而言之，小班化教学适合搭建为主的“积木类”机器人，大班化教学适合编程为主的“集件类”机器人。两者互为补充，相得益彰。
机器人教学实施措施
1.教学设计架构
机器人教学有较强的实践应用特性，在教学设计中应注重层层递进的设计关系，保证教学过程以金字塔型的层次进行推进。
案例1：机器人技术起始课《初识机器人》。
在本课的设计中，包括认识机器人的原理、用途、分类等较为琐碎的内容，在普通线性结构的设计中，存在课时紧张的问题。因此，教师可以运用金字塔型的教学设计架构来达到提高教学效率的目的。如图1所示，架构一个认知金字塔，能够帮助学生清晰地了解机器人不同的分类，建立形象的知识框架，并帮助他们在有限的时间内完成知识架构。
2.开放型任务达成设计
机器人教学所要达成的目标与传统的信息技术教学有所不同，它不会有完全相同的作品呈现，而是展现出较为开放的任务达成情况。根据此类情况，教师可以将开放型的任务达成融入到教学设计，让教学评价的过程更加动态，具有弹性。
案例2：机器人实践课《机器人避障》。
教师可以突破传统任务的限制，将机器人的避障对象设置为可选择的内容（如图2），学生根据自己的情况，选择适合的背景对象，进而带来不同的任务达成结果，形成富有特色的行为结果。
3.反思型思维建构方式
触发学生思维、创作具有创新特征的作品是信息技术课程的培养目标之一。承载着创新思维的机器人教学也具有更加明确的思维需求。在思维建构的过程中，反思型特征的建构过程是设计过程中的重点内容之一。
案例3：机器人边缘课《认识传动》。
教师可以将多种传动具象化，并使其与生活实践经验关联，让学生理解何为必要的传动。接着，结合反思思维，引导学生创造具有自我特征的传动作品，从而达到机器人教学的创新设计目的（如表2）。
4.合作型课堂组织方式
机器人教学中，一般采用小组合作的学习方式，以3～4人为单位，共同完成一定的学习任务。在此基础上，教师可以构建合作型的课堂组织方式，突破传统的信息技术课堂教学的组织架构，给予学生更多的学习组织方式。
案例4：机器人小组结构图《认识传感器》。
认识传感器是机器人教学中的重点也是难点，繁多的传感器需要一定的实体机器人为载体。本课的教学设计中，教师可以以小组为基本单位，采用四步规则设置学习环节（如下页图3），让学生有更多的机会感受传感器的作用。
5.促发型学习激励方式
对于小学生而言，机器人的学习过程有着一定的难度，任务达成度的完整与否与教师提供的激励方式有着必然的联系。因此，教师要采用适合的形式促发学生，保证其具有较为丰富的学习动力。
案例5：机器人活动课《机器人行走》。
在讲授本课时，教师可以利用三种评价方式激励学生自主学习（如表3）。教师根据不同的任务难度，设置具有一定驱动力的激励方法，让学生始终保持学习兴趣，并提供实时的支持。
6.多维度学习效果评价方式
在机器人为主题的教学中，如何进行学习效果的评价是检验学习效果的重点内容之一。因而，教师要设计人本化的学习评价，并设计多维度的评价标准。