中小學開展智能機器人教育的實踐研究

　　認知心理學等研究表明：興趣、自學能力、動手能力、創造能力、協作能力、挑戰精神、信念、意志力等影響人一生成就的內在素質的最佳培養期是在小學和中學。智能機器人融合光電傳感技術、機械運動原理、電子技術、電腦編程技術、單片微電腦技術、人工智能等最前沿技術于一體，無論在形式上、內容上，還是方法以及手段上，都符合青少年的這個最佳發展期。現今智能機器人大賽是繼航模、車模、四驅車、小電子制作、無線電測向運動后又一項適合青少年開展的高科技活動項目，是青少年及發明愛好者掌握未來科技，加強動手能力的活動平
　　臺，也是學校進行素質教育、創新教育的方式。
　　
　　智能機器人課程開設的意義
　　
　　信息技術課堂教學改革特別強調注重對學生學習經驗的培養，注重學生體驗、感悟和實踐的過程，注重學生個性的健康發展和對學生的創新精神、實踐能力的培養。智能機器人教學非常有利于貫徹這一理念。
　　國外機器人教學實驗證明，機器人競賽不僅活動主題有趣，更重要的是其問題解決方案是開放性的，學生可以用不同的方法達到同一個目標。因而智能機器人活動能激發學生充分發揮想象力、創造力，有利于培養學生的開放性思維。在機器人教學中，學生通過動手實踐獲取知識。他們就像真正的工程師一樣，針對項目主題進行研究、策劃、設計、組裝和測試。他們以小組為單位，使用積木、傳感器、馬達及齒輪等組件設計自己的機器人，并為機器人編寫程序，讓它完成自己想讓它做的事情。孩子們通過主動探索、動手實踐，親身體驗抽象的理論如何變成了觸手可及的答案，享受成功的興奮。在組裝智能機器人活動過程中，學生不僅可以學到有關機械、電子、計算機等技術知識，還可以培養學生的動手能力、協作能力和創造能力，使學生在對智能機器人的極大興趣中不斷地探索、研究、實驗，以實現自己的新創意、新設想、新設計。
　　
　　智能機器人課程與信息技術課程之間的關系
　　
　　智能機器人課程的內容決定了它與信息技術課程的關系是比較緊密的。當前我們的課程設置中沒有智能機器人課程計劃，怎么辦？可以把智能機器人課程包含在信息技術課程計劃中，通過壓縮信息技術課程課時，適當刪減和調整信息技術課堂教學內容，來完成一定量的智能機器人課堂教學。從近兩年的信息技術教學反饋來分析，在開設智能機器人課程前后，學生對常規信息技術知識的掌握沒有下降，應用能力反而大大加強了，表現在對實際問題的分析與理解更準確、深入。學生對信息技術課依然非常熱愛。
　　當然，為了加強信息技術課的教學，我們也在考慮是否應改變這一做法，如是否可以把新課程標準下的“地方課程”拿出一部分來用于實施智能機器人教學，這樣，就不用再占用信息技術課的教學時間。
　　
　　智能機器人的器材管理
　　
　　機器人課堂教學中除使用核心模塊外，一般還要用到各種各樣的零配件。以納英特積木式智能機器人為例，除核心基礎套件外，還有用于搭建的積木套件和各種傳感器，學生在裝配機器人、調整修改、欣賞學習、搬運等過程中容易出現零配件缺損。因此，器材管理到位是使教學正常進行的重要保障。
　　針對上述這些情況，我們建議各學校，制訂《智能機器人操作手冊》和《智能機器人活動手冊》，并且可以以小組的方式發放，要求學生嚴格按照手冊條例使用和管理器材。依據操作手冊，我們對這兩個小組的相關責任人員進行處理，這不但教育了學生，更促進了器材的規范管理。
　　《智能機器人操作手冊》通過具體的規章制度來規范學生的課堂活動，以培養學生養成良好的操作習慣，并保障機器人器材的完好。其具體內容有：課堂活動分組要求；小組成員分工及相關職責；智能機器人活動步驟；智能機器人搭件、調試要求；智能機器人競賽場地規格及使用要求；智能機器人器材出借要求；課堂表現獎勵和懲罰機制；智能機器人器材保管責任條例；學員評價操作細則；“機器人小小工程師”評選規則等。
　　《智能機器人活動手冊》用于記載每次活動的情況，具體內容有：活動時間登記表；活動過程記錄表；研究成果匯總表；總結評價表（自評、互評、師評）；附件清單（相關數據資料）；設備使用反饋單；特殊器材申領單等。要求學生每節課對有關項目都要及時記錄，并分析整理出經驗、體會，以培養學生分析問題、解決問題的能力。
　　
　　智能機器人教學場地的設計
　　
　　在機器人課堂教學初期，我們深為缺乏機器人活動和比賽的場地發愁。在教學實踐中，我們探索出以下幾種解決方案。
　　1.在教室內就地取材。例如機器人走迷宮，可以讓學生用自己的凳子隨意在地面上組合成一個迷宮。這不僅解決了場地問題，而且學生在組合迷宮的過程中，既要設計機器人行進的路線，分析自己搭建的場地是否合理，又要反思自己的編程設計能否解決問題，這對學生提高分析能力、鞏固知識很有幫助。
　　2.采用簡易材料制作小型活動場地。例如杭州留下鎮中心小學“機器人小導游”項目中，設計的情境是由機器人帶領游客瀏覽一到兩個景點。我們直接在地面上貼上三塊不同顏色的圓形貼紙，紙上寫著地名作為旅游景點。學生調整好的機器人在該場地上由第一個圓進入到第二個圓，停頓數秒后再轉入第三個圓，效果非常好。同理，根據機器人任務的不同，我們可以相應使用塑料、卡紙、瓶罐等材料，直接在紙上或地面上制作出簡易的小型活動場地，滿足課堂教學需要，實現低成本高效率。
　　3.標準比賽場地。由專業人員制作一些木制比賽場地，這些場地的材料較好，制作比較精細，可以用作課堂教學中的比賽及專業競賽。可以制作一些國內或省內常規比賽必用的一些場地或典型項目的場地，如機器人迷宮場地、機器人滅火場地、機器人足球場地等，這些場地不僅可以用于教學，也可以作賽前調試用，實用價值比較大。
　　總之，在機器人活動場地問題上，我們的經驗是“根據學校實際，逐步到位；老師和學生共同設計制作；因地制宜，靈活實施”，從而以較低的代價取得了滿意的課堂效果。
　　
　　學校開展智能機器人活動的條件
　　
　　2003年浙江省教育廳教研室開展了機器人進課堂的課題，參與的學校非常踴躍，在2004年6月進行了結題報告會，不僅有學校的機器人公開課，也有課題參與老師的結題報告。在課題開展過程中，大家一致認為機器人一定能進入課堂，但實現起來也不是一件容易的事，需要教育行政部門及學校的努力。要使機器人盡早進入課堂，還要取決于下列因素。
　　1.行政限制：機器人教學內容有沒有在正式的教材中出現，上級教育行政部門有沒有把配備機器人實驗室作為一個學校現代教育技術的配備標準來考核。
　　2.觀念遲滯：學校領導有沒有認識到機器人教學對中小學學生信息素養培養的巨大作用，有沒有看到機器人教學的巨大前景。
　　3.資金制約：機器人雖然能邁入學校、走進課堂，但由于總體配置價格比較高，因此不可能作為一個兒童玩具一樣在學生中推廣開來。當然，和學校投入現代教育技術上所花的錢相比，機器人教學的設備投入其實還是很小的。
　　智能機器人的出現，給中小學的信息技術教學帶來了一個更寬廣的領域，值得有條件的學校去發現、去挖掘。
　　我們深知當今的教育是為今后經濟和社會發展打基礎的，所以人才培養的滯后性時刻提醒我們要有超前意識，特別是在內容的選擇上一定要有超前意識。我國的智能機器人教育剛剛起步，智能機器人教育的發展需要有膽識的教育決策者、教育領導者和教育工作者的共同關注，從未來社會對人才培養的需求出發，我們希望能夠抓住這一教育改革創新的先機，推進我國素質教育的可操作性實踐發展，使教育方法和教育手段更加符合高素質人才培養的需要，讓我國智能機器人教育走在世界的前列。