淺談新課改對機器人活動的要求

蔣國一

備受關注的新課改已經在四川全省范圍內實施了。在新課改的實施中增加了一門新的課程——通用技術，而且明確指出機器人教育作為通用技術的一個主要模塊。這標志著以前只能以課外活動的方式讓學生參與的機器人活動正式走進了高中課堂。

通用技術課的基本理念是：關注全體學生的發展，著力提高學生的技術素養，注重學生創造潛能的開發，加強學生實踐能力的培養；立足科學、技術、社會的視野，加強人文素養的教育；緊密聯系學生的生活，努力反映先進技術和先進文化；豐富學生的學習過程，倡導學習方式的多元化。機器人活動非常注重學生的動手和實踐能力，是非常符合通用技術課程理念的一項活動。

機器人教育將使學生了解并關注智能機器人這個學術前沿領域的發展和應用，讓學生了解智能機器人的理念和工作方式，破除中小學生對智能機器人的困惑和神秘感，可以使學生掌握智能機器人程序的編制和下載方法，了解智能機器人各種傳感器和驅動裝置的作用，理解程序是智能機器人的靈魂，了解智能機器人是怎樣在人的指揮下進行工作的，提高學習計算機語言的興趣。在學習為智能機器人編寫程序的過程中，可以學到科學而高效的思維方式，提高邏輯思維能力、規劃能力，提高學生分析問題和解決問題的實際能力，并使計算機語言教學在現有基礎上有重大突破。通過完成任務和模擬項目，使學生掌握智能機器人擴充接口的方式方法，并在實踐過程中學習有關單片機和數字電路的知識。在組裝智能機器人的過程中培養學生的動手、協作和創造能力，使學生在懷著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。

石室中學開展機器人活動已經有四五個年頭了。隨著活動規模的擴大，參與人員越來越多，參加競賽的成績也越來越好，而且本校老師也編寫了機器人教學的校本教材。當今時代需要學生具備多種能力，而機器人課堂教學給學生綜合能力的培養搭建了一個平臺，成為培養學生綜合能力的一條有效途徑。

機器人技術具有科技含量高、創新性強的特點。在教學過程中，要引導學生進行富有創造性的各種機器人的搭建，鼓勵學生勇于探索，使用與眾不同的方法與思路；對學生有創意的想法或做法，教師要全力支持，這樣可以鍛煉學生的創新能力，培養和激發學生的創新精神，提高他們的綜合素質。

由于機器人的運行受時間、地點和環境等因素的影響，制作機器人時要考慮很多因素，特別是競賽機器人（如機器人足球、滅火機器人等）的制作，要求選手能夠根據場地的實際情況，現場搭建、編程、調試，完成規定的競賽項目，具備臨場應變能力和處理突發事件的能力，這就要求教師在平時訓練中注重培養學生的臨場應變能力。

一個成功團隊中的每個隊員還必須具有合作精神，機器人足球比賽正是培養學生團隊合作能力的最佳平臺——活動要求2臺機器人并肩作戰，共同對抗對方，只有這樣才有可能戰勝對方，取得勝利。

此外，如今的學生很多是獨生子女，做事情缺乏耐心和毅力，經不起失敗與挫折的打擊，而機器人設計不可能一次成功，要進行多次測試運行、修改才能達到目的，就像科研一樣有可能經歷許多次失敗。這就培養了學生的韌性、毅力與抗挫折能力，不為失敗而氣餒，既鍛煉了心智又喚起了追求成功的事業心，為以后的學習成才與成功創業奠定了基礎。

在新課改的指導下，機器人活動走進了高中課堂，既給教師帶來了機遇，也提出了新的要求。此前進行機器人活動是按照第二課堂或興趣小組的方式進行的，人數少、興趣高、能力水平較統一；現在要全班教學，人數多、水平參差不齊，所以無論是硬件設備還是教學方法，都對我們提出了更高的要求。教師具備什么樣的素質才能應對機器人教學呢？

首先，作為機器人教學的教師，教育觀念上要有所轉變，教師不再是以往教學中的灌輸者，而要作為學生學習的指導者、幫助者，充分挖掘學生的聰明才智，積極引導學生開展活動，開拓學生創新思維，獲取新的知識。其次，教師應該具有一定的程序設計基礎，具有電子技術、數字模擬電路等知識，具有一定的動手、自學能力，有較強觀察、分析問題的能力。不能滿足于已有的知識和技能，一定要有不斷學習、提高業務素養的思想。

一個制作好的機器人是由很多傳感器、控制器、電池和結構件組成的。在開發和運轉時需要學生做很多準備工作。例如，機器人綜合技能比賽，要求學生在規定的時間內搭建好機器人，編寫好程序，在規定的場地中完成規定任務，誰完成的任務多，用的時間少，就獲勝。由此可以看出，在機器人活動中應該充分發揮學生的想象力和分析問題、解決問題的能力。在機器人教學中，我們應該轉變傳統教學模式，在高中課堂中以學生為中心，教師幫助學生掌握基礎知識，盡量讓學生構建、完善自己的知識體系和結構；學生要考慮到機器人活動目的、在教師的指導下思考如何針對不同任務、不同場地設計不同的機器人結構，并解決傳感器的控制、程序編寫等具體問題，還要考慮如何完成具體任務。無論是設計一個產品，還是設計一個執行標準或者任務計劃，學生都將確定和分析需求，設定框架，尋找合作伙伴和解決問題的方法，達到讓學生自主設計、開發、解決問題的目標，從而讓學生學習與應用到各種知識，并具備發現問題、思考問題和解決問題的各種能力。

在傳統教學過程中，人們更看重和強調老師要教得好，往往忽視了學生怎樣學的一面。這就將教師的主導作用絕對化，把教師可能在某些方面、某些階段起的主導作用擴大為整個教學過程中的主導作用，在教育學理論體系中這是與認知學習理論相矛盾的。新課程中最主要的改革就是倡導學生學習方式的變革。所以在新課改機器人教學中，教師應該給學生留下充足的自主探索時間和空間，鼓勵學生自主地從學習中提出質疑與解決問題的方法，培養學生探索、主動思考的良好習慣。學生樂于接受創新的學習手段，創設有思考空間的問題情境可以讓學生大膽地進行創新學習；創設實踐活動性問題情境可以讓學生善于創新學習；創設競爭性問題情境可以讓學生致力于創新學習；創設競爭性問題情境可以激勵學生開展創新學習；創設開放性問題情境可以延伸學生的創新能力。

對于教師來說，通用技術課程還是一個新課程，而機器人活動也是一個極富挑戰性的內容，需要教師具有較強的創新意識。我們要結合教學自然規律與學生特點，不斷更新教學模式，創造性地使用新教材，才能真正達到新教材培養創新能力的育人宗旨，真正體現新課改的新意。新課改通用技術中明確地對知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三維目標提出了具體要求，在具體教學中，教師應該圍繞這3個中心思想具體思考、操作和反思。

在建立正確的機器人教學理論的基礎上，搞好機器人教學，還需要相應的硬件設備。現有的信息技術教學環境已經不能適應機器人教學的要求，建設機器人教學環境是機器人教學的前提。我們需要從組建機器人實驗室、開發相應的教學資源、提升信息技術教師自身的業務水平等方面著手，加強機器人教學環境的建設，為機器人教學提供一個良好的平臺。針對教學條件中機器人數量的不足，實踐時可讓學生先利用仿真系統模擬機器人的運行效果。很多機器人廠家都為自己的機器人設計了仿真系統，如“未來伙伴”的VJC仿真軟件、“納英特”的NSTRSS 3D仿真系統等。這些仿真系統能直觀地檢驗程序的效果，比較容易分析程序設計中出現的問題。首先通過仿真軟件發現問題，修改完善，然后再到機器人上實際運行，可以緩解教學機器人資源不足的問題，而且通過仿真系統有時候比利用實際機器人的效果還要好。

機器人教育受科技發展的影響，其創新性、實踐性和發展性非常強，對學生的技能培育、科技的社會化都具有重要意義。機器人教學不但順應了新課改的要求，還可以提高學生自身綜合素質，更能促進我國的科技發展。隨著新課改的實施、機器人競賽的開展和機器人教材的完善，機器人教學從課外走進課堂，我們即將迎來機器人教學發展的新時期，智能機器人教學探索也將逐漸深入下去！