浅谈mBot机器人在小学信息技术教学中的应用

王安

摘要：机器人技术作为一项重要技术，已经渗透到当今社会生产、生活的多个领域，将机器人技术引入小学信息技术课堂也成为学科建设的重要内容之一。但面对种类繁多的机器人平台，选择一个适合教学的机器人平台也是至关重要的。

关键词：mBot机器人；小学信息技术教学；应用

中图分类号：G424 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）15-0147-02

在我国积极推进“STEM教育”与“创新教育”的过程中，可编程机器人作为涉及机械、电子、计算机等多个学科的综合性项目，更加能够体现“STEM”与创客精神，因此，机器人也从专业竞赛场逐步走进中小学的课堂。2013年修订的《江苏省义务教育信息技术课程指导纲要》中明确将“机器人技术”作为拓展模块，分为构件与功能、算法与程序、设计与搭建三项内容。旨在借助适合学生学习的机器人实验平台，让学生动手与动脑相结合，初步认识电机、传感器与传动机构等方面的机器人技术。在“程序设计”模块的基础上，能够让学生将软件与硬件相结合，指导他们学会将想象转变为现实，逐步培养复合式人才。

然而在实际开展机器人教学的过程中，笔者遇到了一些问题，作为小学信息技术拓展模块，机器人器材并没有纳入统一配发的教学器材的范畴，因此选择何种机器人便成为开展机器人教学的首要问题。笔者从经济性、硬件搭建的可操作性和可拓展性、编程平台的易用性等几个方面综合考虑，最终选择了mBot机器人。并且在后续的教学过程中发现，它不仅非常适合小学的机器人教学，而且在小学信息技术程序设计模块和创客教育上也有很大的应用空间，现就其应用特点做如下几点阐述：

1 硬件设计合理，搭建方便，拓展性强

mBot机器人是创客工场（Makeblock）以Arduino开源平台为硬件基础研发的一款可编程机器人，使用者可以通过PC端的mBlock软件平台或移动端的APP为mBot机器人编制程序，从而实现相应的功能。首先，mBot机器人采用卡通外形设计，具有较强亲和力，充分了考虑了儿童的心理特点。mBot机器人采用积木化结构设计，互换性强。彩色硬质铝合金机身，强度高，主板上加装亚克力外壳，使得机器人坚固耐用。安装孔位设计合理，方便走线。传感器上采用不同的色标加以标记，方便学生区分，且传输接口均采用RJ-25水晶头，与杜邦线连接相比安装方便牢固，特别適合无电路技术基础的初学者使用。学生经过简单指导后就可以很快地将mCore主板、电机、车轮，电池及传感器等基本硬件设备组装起来完成机器人硬件搭建。通过这一过程不仅锻炼了学生的动手能力，同时也使学生熟悉并进一步理解机器人组成的基本原理，比如通过安装传感器并与mCore主板的连接的操作，教师可适时讲解传感器侦测值传回的过程，使学生有比较直观的感受，为后面进行机器人编程打下基础。

mBot机器人硬件基于Arduino平台，支持通过Arduino认证的硬件设备，这就使其硬件扩展和改装非常。创客工场为mBot机器人提供了多种拓展包可供选择，包含各种传感器和各型构件。如利用“动感小猫”拓展包可以实现跳舞机器人，探照灯，利用“六足机器人”拓展包可以实现多足行走，而“声光机器人”拓展包又可以实现追光、声控灯等项目。学生可以根据项目需要，选择更换不同的传感器等设备，来帮助他们将自己的创意转换为现实产品。

mBot机器人不仅可以作为一个整体使用，学生还可利用它的硬件搭建出各种创新产品，例如笔者在教学中，指导学生利用mCore主板，风扇模块，电位器等搭建出一个风力可调的电扇，满足了创客教育的需求。

2 软件平台易学易用，学生学习效率高

mBot机器人的编程平台是笔者选择其作为教学机器人的一个重要因素。为硬件提供支持的编程平台叫做mBlock，是基于开源软件 Scratch 2.0 程序开发的图形化编程软件，它包含了来自Scratch2.0的所有指令模块，并且添加了机器人指令模块和Arduino驱动，能够运行Scratch编写的程序。而Scratch2.0程序也可以运行mBlock编写的除机器人模块指令外的所有指令。mBlock继承了Scratch软件简单、易学易用的特点，而小学信息技术程序设计模块教学正是以LOGO语言和Scratch为主要内容，当我们的学生在接触到mBlock时能很自然的实现知识的迁移，使他们能更快地掌握mBot机器人编程。相比其他机器人编程平台如“学生机器人平台”，乐高机器人的NXT平台来说，学生大大缩短了熟悉编程平台的时间。让学生将已经掌握的知识与新学知识重新建构自己的理解。以学生为中心，强调学生对知识的主动探索、主动发现，充分调动学生的学习兴趣与积极性，有利于学生思维的拓展。皮亚杰的认知发展理论中指出：“只有学生的心理积极作用于环境，其认知发展才能顺利进行。只有当学生对环境的刺激进行同化和顺应时，其认知结构的发展才能得到保障。”例如笔者在指导学生学习“机器人行走”一节时，采用分组自主探究的形式，因为学生有了Scratch编程基础，很快便利用mBlock为mBot机器人编写好了前进、后退、停止、左转、右转程序。从而提高了学生的自我效能感，激发了学生的学习兴趣。随着学习的深入，学生会利用更多的传感器，通过编程来实现，mBot机器人巡线、追光、避障，倒车入库等实例。

mBlock还可以和Scratch的S4A一样将硬件设备与角色结合在一起进行编程，实现交互式操作。例如笔者让学生通过mBlock编程，设计一个“接苹果”的小游戏，利用超声波传感器来控制小筐的左右移动，接住落下的苹果，使学生体验到传感器侦测值在编程中的运用。我们还可以在Scratch模块教学中借用mBot与mBlock来代替S4A程序完成相关教学内容，例如借助mCore主板上的板载光线传感器，实现“机灵的小老鼠”一课的教学。

mBlock不仅可以使用图形化积木进行编程，还可以实时转换代码，即将mBlock积木语句转换为Arduino 编码或调用Arduino IDE直接为机器人进行代码编写，这样既使初学者容易入门和掌握，也可以满足高阶用户的应用需求，学习者可以在使用积木模块的同时，看到相关Arduino编码是如何变化的，方便了他们进一步学习Arduino编码，并为学习更加复杂的程序语言如C、C++等打下了基础。

3 多种连接方式，满足不同需求

和教材上的“学生机器人平台”相比，mBlock提供了三种方式与机器人进行连接。一是通过USB线连接方式。二是2.4G无线通信连接方式，这种方式是在PC端通过2.4G无线串口模块一对一的控制机器人。三是蓝牙连接方式，可以利用手机、Pad安装App通过蓝牙模块连接mBot机器人。其中USB连接方式需要切换到“Arduino模式”下，将Arduino程序烧录入mCore主板，实现mBot脱离计算机自动执行编写好的程序，适用与参加竞赛或表演。而且使用2.4G与蓝牙连接方式能够实现图形化积木程序的实时修改，机器人实时执行程序。例如教师授课时采用2.4G无线连接方式后，就能够在编写或者修改好程序后，直接在PC端的mBlock上运行，机器人便能实时执行相应程序，演示效果极佳，非常适合课堂教学。学生机采用2.4G无线连接方式，相比教材示例三角形学生机器人“上传--调试——修改——上传”的方式，省去了上传程序的时间，方便学生对程序的运行、调试与修改，节约了宝贵的课堂时间，提高了课堂效率。

综上所述，mBot机器人在小学信息技术教学中具有很大的应用优势，可以将其应用与多个阶段的教学内容中，作为一款入门级的教育机器人，mBot虽然存在一些不足之处，但随着产品的不断改进，笔者认为其在小学信息技术教学中仍有较大的应用空间，还有待各位同仁去探索。

参考资料：

[1] 王丽君.用Scratch与mBlock玩转mBot智能机器人[M].人民教育出版社，2011.

[2] 张思宇，朱成科.美国STEM教育及其对我国小学教育改革的启示[J].教学与管理：小学版，2017（5）.

[3] 杜美珊，丁海伦.Arduino开源平台在中小学信息技术学科的应用[J].民营科技，2014（12）.

[4] 《=江苏省义务教育信息技术课程指导纲要[S]，2013.