如何在中小學開展機器人普及課程

孫丹江

● 開設機器人普及課程的必要性

智能機器人技術是一門跨學科的綜合性的科學技術。它涉及自動控制、計算機和網絡技術、傳感器、人工智能、微電子技術和機械工程等多個學科領域。智能機器人技術的發展水平已經成為一個國家科技發展水平的重要標志。面對未來的科技發展的外部競爭和現實的創新人才的培養，在大力實施中小學信息技術教育戰略的進程中，抓住時機，在中小學引入智能機器人教育，提升學生對現代科技和信息技術的全面認識和理解，激發他們對創意和創新的興趣，并作為一種培養創意思維和創新人才的新載體，是十分必要、迫切和切實可行的。

● 開設機器人普及課程的實踐

智能機器人教育作為創新人才培養的新模式，在目前的教育教學實踐中，應該說還僅處在“活動”層面，智能機器人教育大多是以課外活動和各種興趣班、培訓班的模式開展的。也的確有相當數量的中小學校能夠積極組織學生參加各類智能機器人的活動或競賽，但作為課程引入到教學中的卻少之又少。為了讓更多的學生能夠接觸機器人，培養學生的創新意識和動手能力以及團隊合作意識，我校在2008年組建了機器人俱樂部，從2011年秋季學期開始嘗試著普及機器人課程。

1.課程實施

（1）從2011年秋季學期開始，我校在小學三年級開展機器人普及課程。上學期主要學習中鳴實體機器人制作及程序編寫，下學期主要學習創意機器人制作。

（2）從2012年秋季學期開始，我校在嘗試一年普及課程的基礎上，在小學部三至六年級，初中一年級開設普及課程，課程安排兩周一次，每次兩節連堂，真正做到科普教育遍地開花，全校普及。通過機器人普及教學，讓全校參加學習的學生都能認識機器人，都會制作機器人，了解科技創新的奧秘，體驗到智能化帶給我們生活的便利。通過在全校各年級開展科技普及課程，真正做到將我校建設成為科創校園、科普基地。

（3）從2012到2013學年開始的這段時間內，我校組織組內教師、優秀機器人俱樂部成員，成立校本課程研究小組，探討機器人科普教學內容，撰寫機器人科普教學校本課程，補充和完善各類教學內容、教學設計，逐漸形成了特有的教學方式。

2.教學方法

根據本課程的特點，我們將俱樂部機器人普及課程教學的方法統一為：任務驅動、新知教授、實踐應用。

（1）任務驅動。教師根據每節課的學習內容，合理地設計教學任務。課時安排為每周兩節課，兩個課時已經足夠學生完成一個作品的制作。學生根據任務要求，進行問題分析、問題解決、小組討論等環節，讓學生發現問題，引起認知沖突，以便引入新知。

（2）新知教授。學生將任務進行仔細剖析，并填寫學生工程冊（學習工程冊是學生學習的一個憑證，也是學生進行任務分解、問題解決過程的記錄）后，教師就可以根據學生反映的問題，引出本節課的教學內容。由于機器人普及課程的特殊化，我們可以將每個新知（一般的傳感器的應用）分為“是什么、有什么作用、怎么使用、應用了哪些學科知識”幾個部分。學生通過以上幾個部分可以較為深入地認識每一個固件，也可以擴展學生思維，促進學生進行創作。由淺入深、理論聯系實際，讓學生能更多地將學習貼近生活，將生活的問題搬進學習中來。

（3）實踐應用。在一段時間的教學內，積極組織學生進行小組競賽。教師應設計與生活相關的主題，讓學生將生活與學習有效聯系起來，達到培養學生體會生活、觀察生活的目的，激發學生熱愛科學、探索科學的精神。

3.評價方式

（1）評價主體多維化：改變單一評價主體的現狀，指導學生自評、互評。由于作品要求體現各個小組的創新性及與實際生活的相聯系性，因此我們還可以請學科以外的教師、學生甚至家長對作品進行評價。

（2）評價內容多元化：不僅評價課內所學，還要評價課外的實踐；不僅評價學生對課堂內容的理解掌握情況，還應著重考查學生對生活中細節的把握程度和將理論與實際相聯系的能力。

（3）評價過程動態化：評價不僅僅關心的是學生制作了多少作品、制作的作品創新性有多高，更應注重學生發展的過程。在學習中建立機器人普及課程的學生學習工程冊，將學生分解問題、問題解決建議、提出和學生作品展示記錄下來，讓學生能力的提高建立在存量基礎之上，遵循循序漸進的發展過程。

（4）評價形式多樣化：除了在課堂上進行評價之外，還應該組織學生進行作品展示、參加競賽。讓學生通過成績的獲得，感受到成功的喜悅。

● 反思

新課程改革下，要求教師的教學要遵循以學生為主體、教師為主導的教學理念。根據這一教學理念，我們的課堂教學方式采用“學習—動手—學習”的方式，將機器人基礎知識介紹、簡易機器人組裝及機器人程序教學三個環節用影像展示、實物演示的形式串接起來，讓學生更易懂易學，也體現了我校的教育理念——讓每一個孩子都快樂成長。

1.積極參與，鍛煉動手

在教學中，教師以每一次課時為單位，通過巧妙安排學習任務，驅動學生去觀察、研究、分解任務，并融合對新知識的教授，讓學生經歷問題發現、問題分析、問題解決等過程。要求學生全程參與機器人的制作，重點引導學生的創新精神，避免制作的作品千篇一律。

2.學科整合，重視細節

機器人體驗課程本身就不是一個單獨的課程，它可以說是一個各類學科與信息技術的有效結合體。例如，我們的一個機關王機器人制作，其中競賽要求在完成任務的過程中必須涉及機械能、太陽能、電能、位能、重力及浮力等知識點，需要應用杠桿、滑輪等器材。怎樣在學習中體現學生不同的創新意識，這就需要學生在生活中對各種細節問題進行仔細觀察，具有一顆善于發現問題的心靈，將實際與理論有效聯系，才能創作出優秀的作品。

3.課堂開放，注重實踐

機器人普及課程本身就要求其具有開放性、活潑性，不能要求學生的作品拘泥于一個固定的模式。例如，在制作Power-tech創意機器人的時候，我們要制作一個萬壽之王的形象，由于學生在生活中對萬壽之王的認識不一樣，加之動手能力也有差異，制作出來的作品就會不一樣。我們應該要求學生將生活中的認識有效利用到課程中來，況且實驗室中的學習已經不能夠滿足學生創作的需要，我們需要引導學生有效利用身邊的資源進行創作。同時，在教學之余，教師可以帶領學生外出，學習其他學校教學或者競賽中的優秀作品，吸取別人的優秀經驗，有利于激發學生的創新意識。

4.提高認知，創設條件

很多老師認為，機器人只是學生的一個高級玩具而已。學生去學習機器人，浪費時間，也會影響學生的學習成績。機器人的學習，涉及的不僅僅只是單純的手工制作，還涉及物理學、信息技術、傳感器技術以及創新思維等。作為教師應該多給學生創造機會，激發學生學科學、愛科學的興趣，培養他們動腦動手和獨立思考、解決問題的能力，讓越來越多的學生參與其中，盡享“機器人王國”帶來的知識與快樂。