機器人課堂教學模式的探索

葛艷英

摘 要：在機器人行業飛速發展的背景下，隨著素質教育的不斷深入，機器人走入學校走進課堂已經成為一個必定的趨勢，機器人教學已經成為大中小學教育領域里的新課程，并有其獨特的教學模式。

關鍵詞：機器人課堂教學；“4C”教學模式；引入；實施；意義

在機器人行業飛速發展的背景下，隨著素質教育的不斷深入，機器人走入學校走進課堂已經成為一個必定的趨勢，機器人教學已經成為大中小學教育領域里的新課程。由于機器人在開發學生智力、動手能力和創新能力上具有顯而易見的優越性，正越來越受到教育部門和學校的重視，所以機器人教育普及全國各地乃至全世界，這是一個好的趨勢。但是，在這好的趨勢中也出現了令人憂患的傾向，這就是：機器人教育越來越成為為進行機器人競賽而存在和發展。各種各樣的機器人比賽如火如荼地展開，機器人教學的狀況卻明顯滯后，只有極少數地區和學校將機器人教學納入了正規的課堂教學，較多的學校只是以課外活動、興趣小組、培訓班的形式開展機器人教學。有關機器人教育、機器人研究的相關文章偏少，研究者把主要的注意力集中在機器人的競賽上，缺乏對機器人教育理念的研究，缺乏對機器人課堂教學模式、教學方法的探究。2003年4月，《普通高中技術課程標準（實驗）》在“信息技術”科目中加入了“人工智能初步”的知識，同時針對人工智能重要應用領域中的機器人問題，明確指出將“簡易機器人制作”列為選修課程。既然作為一門課程，作為教師的我們就應該把這門課程開好，尋求或嘗試適合其的教學方法、教學模式。

一、“4C”教學模式的引入

機器人設計包括搭建、編程、調試、運行等一系列過程，每個過程都富有挑戰性、互動性、創新性，在課堂上能夠滿足各種層次學生的需求，不僅設計的主題有趣，而且解決問題的方案是開放性的，學生集思廣益，可以采用不同方法達到同一個目標，這樣既可以培養學生的動手實踐能力、創新能力、協作能力、進取精神、挑戰意識，又可以讓學生親身體驗抽象的理論如何在短時間內通過自己的設計變成觸手可及的答案呈現出來，讓機器人“動”起來。這種機器人教學使學生在學習時隨時都可能產生一個驚喜、一種成功、一個期待、一個新思路，所以學生對機器人設計特別“有癮”。學生對機器人十分感興趣，激情高，易于興奮，但是如何有效控制課堂、“動靜結合”提高課堂效率是值得探究的一個問題。于2011年7月由省教育廳推薦參加了教育部樂高“技術教育創新人才培養計劃”骨干教師集中培訓。通過澳大利亞昆士蘭法大學教授執教，接觸了樂高“玩中學”“做中學”先進的教育理念，學習了“4C”教學模式，即Connect（聯系）—Construct（建構）—Contemplate（反思）—Continue（延續），讓學生在“做中學”，在做的過程中快樂地掌握知識。經過兩年實踐，在課堂上不斷嘗試運用“4C”教學模式，取得了良好的課堂效果。

二、“4C”教學模式的實施

“4C”教學模式的實施過程借助一個案例進行說明。依據信息技術（教育科學出版社）必修一第三章第三節《信息的智能化加工》的內容要求，提升學生對人工智能的認識，揭開人工智能的神秘面紗，為此設計了一堂“簡易機器人設計”課。借助此案例說明“4C”教學模式的各個環節。

1.聯系Connect（把已有知識與真實世界聯系）

機器人在我們的社會中越來越普遍，在社會的各個領域扮演著重要的角色，如，工業、機械、空間探索等。比如火星機器人，為什么我們要輸送一個機器人去火星？世界博弈大賽中“更深的藍”戰勝了國際象棋大師卡斯帕羅夫，是不是機器人比人更聰明？機器人無所不能，甚至能控制人類嗎？機器人是不是確實比人更厲害？它的智能是由誰賦予的？要想知道答案就開始今天的設計挑戰吧！激發了學生強烈的求知愿望和進行挑戰的激情。

2.建構Construct（搭建、編程和評價）

分組合作搭建模型，根據任務編寫程序，分組比賽進行評價，反復調試完成任務。本節課任務設置分層進行，從易到難，首先呈現最簡單的任務——讓機器小車走直線，接著轉彎，然后走一段黑線，最后按照布置的軌跡行走，即軌跡小車。結果的評價不僅要求行走的準確性，還要求時間的長短性。根據比賽評價，分組調試。學生通過親歷設計過程，對機器人的工作方式有更深入的了解，對機器人不再感到特別陌生，從而可以很好地了解人工智能的本質。建構過程以小組形式進行，搭建模型可以提高學生的動手實踐操作能力，編寫、調試程序可以讓學生開動腦筋，提高分析問題、解決問題的能力，評價、比賽可以讓學生意識到分工合作的重要性、團隊力量的重要性。

3.反思Contemplate

讓學生對他們看到或建構的內容進行思考，對方案進行討論、反思并調整他們的看法。借助“（1）‘更深的藍是不是比國際象棋大師卡斯帕羅夫更厲害？（2）智能機器人會不會比人更聰明？（3）機器人的智能由誰賦予的，人工智能的本質是什么？（4）人工智能帶給我們的只有好處嗎？”等問題的思考，讓學生深刻認識到人工智能的本質。人工智能在許多方面給人類的生活帶來了方便，同時也有一定的局限性（比如對文化、道德、法律的沖擊），引導學生學會辯證地分析和看待事物。

4.延續Continue（略）

三、“4C”教學模式的意義

“4C”教學模式倡導在實踐中學習，在動手操作中學習。知識不是通過教師傳授得到的，而是學習者在一定的情境下，在獲取知識的過程中借助他人（教師或伙伴）的幫助，并利用必要的學習資料，在自我建構的方式中得到的。學生在“玩”“做”的過程中快樂地掌握知識。課堂中有實踐有反思有歸納，既讓學生動了手，又讓學生動了腦。既讓學生經歷了實踐，又讓學生經歷了思維，既可以培養學生的動手實踐能力，又可以提高學生分析問題、解決問題的能力，培養學生的創新精神和探索意識。這樣的課堂充滿歡樂，充分體現了“做中學”“玩中學”的教學理念。“4C”教學模式適合機器人設計這種比較活躍，充滿挑戰、充滿創新的課堂。

堅信只要我們努力，不斷探索和實踐，一定能把機器人的課堂教學活動開展得有聲有色，特別是“4C”教學模式的運用，會給我們帶來驚喜，帶來快樂！

（作者單位 山東省單縣第二中學）

？誗編輯 董慧紅