DOBOT机器人在高中信息技术课堂中的应用

山东省日照黄海高级中学 孙欢欢

高中信息技术新课标要求对学生培养计算思维能力，进行人工智能教育，如何将人工智能落实到信息技术课堂是现阶段高中信息技术教育亟需解决的重要问题。DOBOT机器人对解决高中信息技术课堂中的人工智能教育有重大作用，通过项目式学习，为学生打造人工智能的场景，让学生参与其中动手设计，培养学生的创新思维，提升学生的信息素养。

高中信息技术教科版新教材一开篇就说“未来已来”，在科技日新月异的今天，全面提升学生的信息素养是高中信息技术的主要任务。人工智能是学生信息素养的重要组成部分，是未来学生走进社会的重要竞争力，如何将人工智能落实到信息技术课堂是现阶段高中信息技术教育亟需解决的重要问题。

1 DOBOT机器人适合高中课堂

人工智能教育必将成为未来信息技术教育的趋势，高中信息技术课堂已经不在满足于“一台计算机走天下”的模式。人工智能在学生的日常生活中已经不陌生了，甚至可以说随处可见，比如商场的人工智能导购、银行的智能服务机器人、智能手机等。那么，这些人工智能是如何运作的将会成为学生在信息技术课堂中最感兴趣的点。

DOBOT机器人不仅是硬件，其技术已经发展到K12人工智能教育领域。在课程体系方面，DOBOT机器人已经发展成以人工智能为核心的系统化的知识体系，其教学模式主要是项目式学习（Project-Based Learning，简称PBL）。DOBOT机器人在教学过程中引导学生思考解决现实生活中的问题，将人工智能应用到实际的生活场景中，模拟搭建人工智能场景让学生在探究中学习，构建知识体系，提升动手能力。高中信息技术新课标倡导项目式教学，设计符合生活实际的人工智能应用场景，引导学生思考解决现实问题，从而实现新课标所提出的培养目标。

在软硬件体系方面，DOBOT机器人推出了DOBOT Magician Lite及配套的DobotLab人工智能教学平台。在这个平台中具备了班级管理、实验、教学功能模块，方便学校开设人工智能课程的教学。在资源方面，DOBOT机器人提供教学参考书籍及数据资源、人工智能教室建设、班级管理系统等服务，并且提供教师人工智能教学培训，这些都使普通高中学校开展人工智能课程变为可能。

2 DOBOT机器人在高中信息技术课堂的应用实例

本课程案例的从社会生活的真实需求出发，通过创造具体的情景、引导学生分析问题、设计解决方案并动手实践，逐步培养学生的计算思维能力与创新应用能力。下面以“智能货仓”为例详细说明。

2.1 教学目标

（1）综合应用Python知识和机器人平台，实现智能货仓的入库、查询、出库等任务。

（2）引导学生解决实际问题，培养创新思维。

2.2 教学重点与难点

综合应用Python知识和机器人平台，实现智能货仓的入库、查询、出库等任务。

2.3 教学材料

（1）计算机网络教室环境；（2）电脑；（3）VS Code编辑器；（4）机器人套件；（5）智能货仓配件包。

2.4 教学过程

2.4.1 场景导入

（1）师提问：同学们说一说在你们的印象中货仓是什么样的？

教学说明：同学们可能会描述传统的货仓。

（2）师提问：货仓中哪些工作可以用机器人来代替呢？

教学说明：老师请同学回答，并引出这节课智能货仓的主题。

（3）师讲述：智能货仓是智能制造生产系统的重要组成部分，相比较于传统的仓库，它大大地减少了人工成本，提高了货物运输的效率，减少了管理成本。智能货仓日常工作的重要内容是为物流与供应链系统服务，主要由货物存储、货物出库和搬运、货物管理三大部分组成。本章将要完成一个简易智能货仓的项目设计。

教学说明：老师在PPT上展示传统货仓与智能货仓的图片、视频。

2.4.2 项目内容

完成一个简易智能货仓的项目设计，主要由设计入库，出库和查询三个部分组成，分别实现智能货仓中货物存储、货物出库和货物管理，并使用机器人完成项目中所有的搬运任务，构建一个完整的智能货仓系统。

教学说明：老师介绍完智能货仓后，给学生发布任务：由学生自己设计一个智能货仓系统，要画出系统框图，并基于机器人平台完成整个系统的设计。给学生70min的时间，完成的同学进行展示并将资料提交给老师。

教学说明：学生展示环节，老师针对学生的作品，评价其做得好的地方和还需要进一步改进的地方。最后一节课的时间老师展示一个智能货仓的案例。

2.4.3 项目分析

用不同的编号来表示入库、查询、出库这三个操作。如果用户输入的是入库操作的编号，然后再输入货物名称，系统会将货物搬运至仓库对应的位置，并更新它的库存数量；如果用户输入的是查询操作的编号，系统会给出对应货物的库存数量；如果用户输入出库操作的编号，然后输入货物名称，系统会将对应的货物从仓库中移出，并更新它的库存数量。

2.4.4 功能实现

（1）实验场景图。根据实验任务，设计对应的场景示意图，并按照场景示意图摆放机器人和相关器材，然后在老师的指导下连接设备。

（2）系统分析。通过对项目的分析，给出智能货仓程序流程图，如图1所示。

图1 智能货仓流程图Fig.1 Flow chart of smart warehouse

（3）编写程序的思路。

第一步：导入库文件。

第二步：初始设置。

根据前面学习的机器人控制指令初始化机器人的状态，然后用字典保存仓库中货物的位置坐标和货物的库存量。

第三步：用“1”“2”“3”分别代表智能货仓入库、出库、查询三种操作。智能货仓需要随时等待用户的输入指令，我们可以使用无限循环 while(True)来实现这个功能。当系统接收了用户输入的编号之后，还需要根据编号选择对应的操作。

第四步：完善入库操作。

＜1＞获取入库货物的名称。输入入库操作编号后，需要获取入库货物的名称，判断输入的货物名称是否是指定的四种货物之一，如果是，进入下一步操作，当名称不对应，提示“输入错误，请输入正确的货物名称”，然后重新输入货物名称，直到货物名称正确。

＜2＞控制机器人的末端移到出入库的位置，吸取待入库的货物，并延时0.5s，确保机器人成功吸取到货物。

＜3＞机器人将待入库的货物移至仓库对应的位置，然后松开吸盘，机器人末端回到初始位置。程序示例如下所示：

inp2=input("请输入货物名称（咖啡、牛奶、可乐、矿泉水）：")

if inp2 in stock.keys()：

dobotEdu.m_lite.set_ptpcmd(port_name， 0， 305， 6， -50， 0， True， True) #机器人末端移至出入库位置

dobotEdu.m_lite.set_endeffector_suctioncup(port_name， True， True， True) #吸盘吸取货物

time.sleep(0.5) #延时0.5s确保吸盘吸住货物

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

(coordinate[inp2][1])， (coordinate[inp2][2])， 0， True， True) #机器人移到货物对应的仓库位置

dobotEdu.m_lite.set_endeffector_suctioncup(port_name， True， False， True) #吸盘放开货物

stock[inp2]+=1 #对应的货物库存数量加一

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

break

第五步：完善查询操作。

查询操作的程序流程图如图2所示。教学说明：老师让同学们根据程序流程图，自主合作完成智能货仓查询操作的这部分程序。

图2 查询操作流程图Fig.2 Query operation flow chart

第六步：完善出库操作。

出库操作的程序流程图如图3所示。教学说明：老师让同学们根据程序流程图，自主合作完成智能货仓出库操作这部分程序。

图3 出库操作流程图Fig.3 Flow chart of outbound operation

2.5 教学效果

在本课例中，教学模式采用了项目式教学，设计了一个简易的智能分拣货仓场景，引导学生在现实人工智能生活场景中分析问题，提高学生人工智能的意识。学生在本课例中要具体设计搭建智能仓库场景，动手选择、组装DOBOT机器人配件，编写程序，构建一个完整的智能货仓系统，在这个过程中培养学生工程思维、计算思维、问题解决能力与动手实践能力。

3 结论

高中生信息素养的提升重要体现就是人工智能教育。人工智能教育不能只局限于认识阶段，更重要的是计算思维的培养。DOBOT机器人满足人工智能教育的硬件与软件的结合，开发了完整的课程体系，建设智能教室，提供师资培训，帮助学校、老师和学生实现人工智能教学，切实解决了人工智能教育进高中信息技术课堂的问题。