以學生信息技術和科普活動為載體 培養學生創新意識和實踐能力

賈顯軍 丁忠芬

為培養學生信息素養和技術素養，增強動腦動手和實踐能力，哈爾濱市阿城區把“現代信息技術領先一步就領先一個時代”的觀念貫徹到教育教學實踐中，把智能機器人教育作為青少年能力和素質培養的智能平臺，為學生提供表現、思索、研究、創作的機會，成功地把人工智能與機器人教育引入中小學課堂，為學生的科技教育、素質教育和未來成長鋪就了新路。

加大投入和建設力度，筑牢人工智能和機器人教育基礎

1.增加投入，強化硬件建設

硬件設備配置的高低是能否開好人工智能與機器人教育的首要前提。2003年至今，阿城區累計投入資金近3000萬元，用于完善機器人教學設備和改善機器人教學條件，各中小學校至少擁有學生機器人課堂教學的微機室一個，機器人實驗室或展室一個，每校擁有機器人軟件點30個，機器人10～100臺不等。每年設立專項資金用于機器人教育教師的培訓、補助和參加各級競賽的費用。

2.層次培訓，強化師資隊伍建設

培養高素質的教師隊伍是人工智能與機器人教育順利開展的關鍵環節。我們的培訓采取以點帶面的方式，首先，創造一切機會選派機器人教育骨干教師“走出去”，參加各類國家級培訓。其次，我區與哈爾濱工業大學計算機學院機器人研發組簽署了長期幫扶的協議，每年組織兩批教師共計20余人到哈爾濱工業大學進行培訓學習。鼓勵推薦優秀的教師擔當市、省大賽的評委工作，讓他們在理念上提升，技術上進步，拓寬創新的思路，成為全區人工智能與機器人教育的領頭雁。通過阿城區校園科技輔導員協會的推動，再由骨干教師輻射全區教師，以集體備課、教研活動、月論壇、專題講座、QQ群教研等多種研修方式，全區智能機器人教師共同切磋，共同成長。同時，我們還采取“請進來”的方式，先后邀請全國中小學信息技術創新與實踐活動大賽機器人項目裁判長、黑龍江省機器人學會的常務理事長和秘書長等多次到我區，對人工智能與機器人教育給予培訓指導。再次，采取自學的方式，我們為教師提供充足的自學資源，全區建立了科普基地——機器人時空網，除含有豐富的機器人教學方面的知識外，同時還鏈接了中國機器人教育和機器人廠家各大網站。此外，我們還為教師訂閱了各種學習刊物，如《中國信息技術教育》、《電腦愛好者》等，要求教師利用業余時間進行學習。我區教師通過各種培訓和實踐逐漸成長起來，成為全區最具戰斗力、凝聚力的一支隊伍。

3.完善機制，強化科學管理

科學高效的管理體制為機器人教育的開展奠定了堅實的基礎。各學校均把信息技術工作列入“一把手”工程，并選拔業務、技術精湛，具有敬業精神的教師擔當信息技術教師，同時負責機器人教學的重點研究和機器人興趣小組的輔導工作。另外，我們還對機器人管理出臺了《軟件代碼的登記備案制度》、《機器人管理和保養制度》、《機器人場地的管理和維護制度》、《機器人教師獎勵制度》、《機器人教學課堂進度表》、《機器人配件登記表》等十余項制度及要求。要求各學校在評優晉級時，優先考慮人工智能與機器人教育教師。

精心組織教學和開展活動，提高學生創新精神和實踐能力

1.以課堂為主陣地開展學校機器人教學活動

我們本著“一切為了學生”的教育理念，拓展人工智能與機器人教育的新思路。全區所有初中均開設了機器人必修課，以課堂為主陣地，全面開展機器人課程，為全面提高學生素質教育，全力挖掘學生創新潛力，提供了有力保障。我區小學一年級就開始開設信息技術課程，而全國性的信息技術教材的內容，遠遠不能滿足教學的需要，于是我們進行了教材重組，將原本單周兩節的信息技術課，用單周一節完成，抽出一節作為機器人教學，2008年，把人工智能與機器人引進了課堂。我們一邊實踐一邊探索機器人教學的有效途徑和方法，采取的是小學二年級開設入門課，開設Logo語言，讓學生了解機器人的簡單語言和指令。小學三年級開設仿真機器人課，利用伊耐特通用機器人的配套軟件，學生仿真學習機器人的工作及運行原理（伊耐特通用機器人的配套軟件用logo語言編程）。小學四年級開設實體機器人課，學生人手一臺諾寶機器人，從理論到實踐，學生對機器人進行全面的系統學習。五、六年級完成機器人創新課程，學生根據二至四年級學習打下的基礎，以小組合作、自主探究的方式，根據自己的構思，通過創意、搭建、編程、知識運用等，設計出自己的機器人，從而使機器人教學得到了升華。初中采取的是黑龍江省的統一標準，即初中二年級開設機器人課程。總之，我們把課堂交給了學生，通過生動、直觀、有趣的實際情境，激發學生的興趣和參與熱情，實現了課堂教學以學生為中心，以任務作驅動，促使學生主動探究，充分發揮學生的能動性和創造性。

2.以競賽項目推動學校機器人教學開展

有計劃地組織各種活動，是促進師生快速成長的最佳平臺。我們每年都組織一次人工智能與機器人教育的課堂教學大賽，包括教師機器人基本功展示等，教師在競賽的過程中互相學習，共同提高。另外，由于國家、省、市級比賽的人員有限定，不利于電腦智能機器人活動的廣泛開展。為了讓更多學生產生研究機器人的熱情，教育局積極為學生搭建活動展示的平臺，我們把每年的9月份定為全區的科技綜合比賽月。包含有：機器人足球賽、仿真機器人比賽、機器人競速、機器人巡線、FLL機器人競賽、車模比賽、小制作比賽、編程比賽等，活動難易程度不等，既給拔尖學生創造競賽的舞臺，又給機器人愛好者提供了一個展示和發展的機會，同時也有利于為參加高一級的競賽選拔優秀的選手。我們的實驗教師帶領學生，積極探索智能機器人在生產生活中的新用途，鼓勵學生利用智能機器人各個傳感器進行創新應用。學生作品“硬幣分類存儲器、智能飲水機、智能交警、福娃、環保船、電子信箱、和平超市”等新的發明創造，是我們機器人教學成果的集中展示，也成就了學生們在各類賽事中取得驕人成績。

3.以課題研究引領學校機器人教學開展

我們以課題為引領，有計劃、有目的地對工作中遇到的問題進行梳理總結，并對產生的新問題、新情況進行探究，通過組建機器人課題專題網記錄課題實施的全過程，逐步提煉形成“快樂式”、“任務驅動式”、“競賽激勵式”的教學方法和策略。一是快樂式，即讓學生能真正快樂地學習，教師要樹立快樂教育的理念，轉變原有的教學觀念，充分認識到實施快樂教學的必要性、迫切性及其事半功倍的實效性，讓學生身心輕松愉快地學習，讓學生樂學、愛學，學有所成。在教學中，保證學生感到學習機器人是一種樂趣和發自內心的一種愿望。保證學生在制作機器人的過程中“玩”出了樂趣，他們才會快樂地主動地去完成任務。當學生們看到自己設計制作的機器人能出色地完成一系列的動作和任務，自然會有一種成就感和自豪感。機器人課堂上寬松和諧的氛圍已成為各學校一道亮麗的風景。二是任務驅動式，即在平時的學習、訓練中，教師并沒有固定的課堂教學模式，而是把各個知識點分散到許多個難易不同的小任務中。學生任何時候都可以到學校的機器人教室來進行研究。遇到問題首先通過互相幫助、翻閱資料、網上檢索等方法解決，最后咨詢教師。通過完成各個任務，學生掌握了機器人的基本技能，從而完成原始知識的積累。有的學校師生共同建設了“走近機器人”網站，網站成為了學生自主學習的陣地和師生交流的平臺。三是競賽激勵式，即學生是需要激勵的，學生在活動中，掌握一定的技巧，通過各種競賽激發他們的斗志，激勵他們不斷探索、鉆研新的知識。在教學中，教師時常通過小組間的軌道競賽、走迷宮等活動激發學生，當學生有一點進步時及時表揚，給予肯定。

4.以課外活動為牽動推動學校機器人活動開展

阿城區教育局還出臺文件，要求各小學成立機器人課外活動小組，并利用每周三下午3點至4點的時間進行活動，將課堂知識進行延伸和拓展。近幾年來，各學校參加智能機器人活動的學生逐年增加，小組成員分布在三至六年級，每周六的上午各學校小組成員分批次到區青少年科普基地進行集中的無償輔導。這些學生按參加項目的不同分成了機器人足球、機器人滅火、機器人創意、機器人FLL挑戰等不同小組，每個小組由4名學生組成。各小組可以按學習任務的不同自行選擇學習時間，完成學習任務。在操作中遇到問題，先自己研究，無法解決再小組討論，還不行再找教師指導，這種開放式教學能給每個學生提供更多的參與機會，讓每個學生在參與中都能得到發展。由于學習機器人的時間有先后、能力有差異，所以我們倡導“師徒結對”的教學組織形式，對參與活動的學生進行分組時，每組有一至兩名經驗豐富的老隊員當師傅，下面帶三名徒弟。平時，對這些小組布置同樣的任務，看哪個小組完成得又快又好。有時，也讓幾個小組分別完成一個大型任務的不同部分，然后進行組合。這樣既可以促進學生的競爭意識，又培養了團隊協作能力，還能訓練學生的組織協調能力。每年都組織小組中的同學參加市級、省級和國家級機器人競賽，每一次比賽對學生都是一種鍛煉，賽后我們與學生一起分析在比賽中搜集的資料，尋找我們與別人的差距，思考減少差距的根源并在不斷提高自身水平的基礎上強大自己，這些高級別的競賽活動既能鍛煉學生的競技水平，讓學生充分運用學到的知識和技能解決實際問題，同時使他們有機會參與其中，發揮想象力和創造力，對學生的應變能力、心理素質、團隊合作精神、體驗挑戰自我、克服困難等綜合能力進行鍛煉和培養。

載譽而歸，鞭策和激勵我們不斷超越自我，創造新的奇跡

幾年來，全區以智能機器人為代表的信息技術教育已經呈現出了良好的發展態勢，推動了全區素質教育的新跨越。師生在這個載體空間里盡情發揮自己的想象力和創造力，展示聰明智慧，學生形成了良好的學習創新和參與實踐的習慣。通過多年的不懈努力，我區從事機器人教學的師生們在不斷成長，相繼有2名教師的錄像課在“全國人工智能與機器人”優秀教學案例評選中獲獎。有10余名教師的論文獲省級、國家級獎勵。在實驗中，學生創作了“硬幣分類存儲器、智能交警、智能垃圾車、自動飲水機、自動晾谷場、自動灌溉系統、自動控溫大篷”等40多件作品，這些作品曾在國家、省、市級現場會上進行了10余次展示，為阿城區的教育爭得了榮譽。2004年我區第一次登上全國中小學信息技術創新與實踐活動的賽場，便在西安摘取了全國機器人足球項目小學組冠軍，此成績的取得振奮了全區師生的精神、為其樹立了信心、增加了斗志。在此后的幾年里，先后有1000余人次分別在全國中小學信息技術創新與實踐活動大賽、全國青少年科技創新大賽、中國青少年機器人大賽、中國計算機表演賽、全國中小學生電腦制作大賽中獲獎，其中8次獲全國冠軍，20次獲全國一等獎。我區以勝利小學為代表的機器人創新作品曾應邀參加了北京科技周巡展活動。中央電視臺一套《新聞聯播》、中央電視臺少兒頻道、新浪網、新華社、重慶日報、江蘇電視臺等20多家媒體相繼報道了我區的機器人教育成果，這些都鞭策和激勵著我們不斷地超越自我，創造新的奇跡。