機器人課程進入信息技術課堂的實踐與研究

常偉

摘 要 智能機器人進入校園，不僅充實了信息技術課程內容，全面體現其應有的豐富內涵，而且讓人們對這類教育產生一種新的認識。智能機器人課程的開設，為學生開展研究性學習、綜合性創新等活動提供了有效載體，是一項有利于教學相長的藝術性實踐課題，應當引起高度重視和認真對待。

關鍵詞 初中信息技術；智能機器人；教育信息化；3D仿真虛擬機器人；智能校車

中圖分類號：G633.67 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）11-0084-02

1 前言

目前，全國許多省份先后把智能機器人教育作為教育信息化建設中一項重要內容納入基礎教育體系，并且快速掀起智能機器人的教學與研究熱潮。作為一項新興的科技教育活動，與計算機、網絡和多媒體等系統相比，智能機器人教學的投入是微不足道的，然而它對于教育領域跨越式發展起到無可比擬的促進作用，集中地體現在：

1）極大地豐富了學生的課余生活，讓學生充分地感受到實踐活動的樂趣和好處；

2）有效地改變了許多學生的休閑娛樂習慣，把他們從游戲廳和網吧中解救了出來；

3）成為培養學生動手能力、創新能力、自主學習能力和科技信息能力的重要載體[1]。

如何才能把智能機器人課程真正引入初中信息技術課堂教學之中呢？本文以3D仿真虛擬機器人應用為例，試對此做出簡要闡述。

2 簡析智能機器人課程在初中信息技術教學中的作用

智能機器人是目前現代信息技術發展中的最前沿領域，它具有高度而又綜合的滲透性、前瞻性和創新實踐性等方面的屬性特征。在學校教育中，作為信息技術學科的重要內容之一，智能機器人教學成為培養現代學生綜合能力與核心素養的先進智能平臺。就初中信息技術課程而言，智能機器人的教學作用主要體現在“四個有利于”。

1）通過智能機器人教學，有利于學生比較深入地了解它的發展和應用狀況，較好地獲取其概念和工作方式，有效破除對它的神秘感和迷信度，從而為學生進一步學習它的有關知識打下良好基礎，增強學習與操作活動的信念；

2）通過智能機器人教學，有利于學生掌握為某類智能機器人實施下載程序的方法，了解它的傳感器與驅動裝置的作用。通過理解與體會智能機器人的程序，了解與體會它的工作方式，學習其編寫程序，從中學習科學而高效的“思維”方式，進而讓學生在潛移默化和寓學于樂中不斷提升規劃能力，逐步提升分析問題和解決問題的實際能力。

3）通過智能機器人教學，有利于學生在完成相應的項目任務和賽事項目后，在為它擴充功能的實踐過程中，更好地學習數字電路方面的相關知識，在組裝過程中有效培養手腦互動能力、協同作戰能力和實踐創新能力。如在機器人成功地完成“插入骨橋”任務后，接著又遭遇了“如何快速踢球”的問題。對于此，學生通過它的行走方向，讓機器人反向扳動腿骨，從而讓塑料球“彈”入球門。如此反復地進行改進機器臂試驗，不僅取得了成功，而且成功率很高。這不僅激發了學生創新學習的興趣和信念，而且較好地提升了他們的創新素養水平[2]。

4）通過智能機器人教學，有利于學生在潛移默化中對電子和信息技術產生越發強烈的向往之情和探究之心。

3 初中信息技術課中引入智能機器人課程的實踐

“運用之妙，存乎一心。”3D機器人是在初二進入信息技術教學活動中的。本文以“智能校車”項目為例，主要從以下幾個方面，試對3D虛擬機器人如何進入課堂教學做出簡要闡述。

堅持在任務驅動下的分步實施教學原則 在“智能校車”3D虛擬機器人競賽項目中，其程序不僅涉及循環和選擇結構，而且涉及對傳感器的使用以及對應變量參數的設置等方面。無論對于教師還是學生來說，如此綜合而又復雜的教學內容很難一次性完成，這就要求通過“整體任務分解—完成各個子任務—綜合程序組合”來進行教學。在巡線轉彎教學中可作如下任務設計。

1）移動控制。學生通過修改速度v和時間t的變量參數，理解程序、變量與控制的關系，從中學習程序的編寫方法、動作模塊和變量設置等方面的知識。

2）轉彎控制，就是讓校車移動一定距離后轉動90°彎，前行一段距離后再重復轉彎，最終回到原來的起點位置。學生通過修改轉向角度、移動功率和延時參數值，對轉彎實施精準控制，從中學習轉彎模塊、延時模塊和循環結構等方面的知識。

3）簡單巡線，就是讓校車作巡線移動，并在發生偏離情形下自動校正。學生通過修改分支參數和校車行走情況，理解兩者之間的直接關系，從中學習分支結構、傳感器使用等方面的知識。

4）巡線轉彎，就是如果校車在巡線中遇到十字路口，自動執行轉彎90°程序。學生學習程序結構中對多種任務的分解和組合，以有效提升結構化思維能力[3]。

堅持在教師主導下的學生主體教學原則 新課程理念鮮明地確立了“以教師為主導、以學生為主體”的新型教學關系，并積極倡導開展以認知為基礎、以能力為核心和以情感為靈魂的“三維目標”教學活動，這是學校及其廣大教師應當而且必須始終堅持的教育思想和施教原則。

在智能機器人課程活動中，程序教學經常會產生一些問題，若是學生在學習過程中能夠自己提出問題，則會更加激發他們深入探究的熱情和意愿。由于將3D虛擬機器人軟件引入物理引擎設計，它們在轉彎時的速度、時間、角度等對軌跡所產生的影響與日常生活的情形是完全一致的。學生在練習巡線轉彎過程中，其轉彎軌跡往往會出現一些不正常或者似是而非的情況，比如出現校車在移動中偏離了導航線巡線甚至撞向障礙物等一些現象。

對于由學生提出來的這些問題，作為教學活動中的施教者、主導者和合作者，教師既不可以完全拒絕，也不應大包承攬，而是不僅贊賞他們的質疑問難，而且要本著“不憤不啟、不悱不發”的原則，對他們給予適時適量的點撥、啟發與引導，促使他們在以合作探究為主的自主學習活動中解疑釋難，從而在潛移默化中逐步地實現“以學為主、以學促教”的教學目標[4]。

堅持基于最近區域的潛能激發教學原則 蘇聯教育家維果茨基提出“最近思維發展”的理論，啟發教育工作者尊重學生思維發展的客觀規律性，通過各類途徑和方法，對學習思維采取積極引導和有效拉動，以此不斷開發學生的內在潛能。就初中學生來說，他們還處于由形象思維轉向抽象思維的過渡時期，屬于以經驗性思維為主的發展階段。在實際教學過程中，要堅持從學生的具體經驗出發，充分借助形象性思維能力，幫助他們不斷向著較高思維水平轉化。

在信息技術課教學中引入3D虛擬機器人之后，學生對它的學習已經充滿好奇和向往。此時此刻，教師一定要考慮他們的最近發展區域，關注他們的學習情緒。比如在教學3D虛擬機器人避障時，有教師在地圖導航線中增加一個障礙物，之后啟動由學生編寫的巡線程序，當校車運行并直接撞上障礙物時，屏幕上快速地顯示出：“撞上了！扣20 000分！”而就在學生深感一片遺憾的時候，教師提出問題：“校車一旦遇到障礙，我們應該如何處理呢？”有了剛才那直觀形象的視覺沖擊和相應的感性認識，學生對于“如何處理”已經產生一定的想法，因此，他們都想嘗試編寫自己的程序。最終通過微課視頻，學生很快地學會超聲波傳感器的使用方法，切實解決了如何避障的問題，由此也激發了學習潛能。

堅持在人本關懷下的激勵評價教學原則 教師對學生及其學業情況做出評價，這不僅是課程活動體系中的有機組成，而且是促進學生自主性發展、可持續發展、個性化發展的重要措施。評價的功能不是為了甄別、選拔和區分學生，而是對教師“教”與學生“學”的一種督促和推進。在智能機器人課程教學過程中，教師要本著“人文性關懷、戰略性發展”的指導思想，積極開展以賞識為主的激勵性評價活動，讓每一位學生都能從中獲取不容忽視的正能量效應。

比如在3D虛擬機器人教學活動中，教師要把對于學生及其學習的評價投放到完成任務的過程中認真及時地進行。尤其對于那些科技意識薄弱、動手與思維能力不強、學習品質欠佳的“潛能生”群體，更要給予傾斜式的欣賞、鼓舞與褒揚，切不可“用一根尺子量人”。

值得強調的是，在實施評價這一環節，把“教師評學”與學生的“自我評價”“相互評價”相結合，把對學生的“個體評價”與“群體（小組）評價”相結合，把“過程性評價”與“終極性評價”相結合等，這樣才能更加顯示出評價手段的合理性和評價結果的客觀性。

4 結語

總之，機器人課程教學是一項集科學性、理論性、知識性、實踐性和探究性等為一體的藝術性實踐課題，應當引起人們的高度重視和深入探究。有理由堅信，在不久的將來，機器人教學必將獲得更為深廣的普及，并且充分發揮更加顯著的功效。

參考文獻

[1]張嘉志，李贊堅.中小學機器人教育中的均衡化發展問題及解決策略[J].教育信息技術，2014（2）：72-74.

[2]申杰利.以機器人競賽促進中學信息技術課程發展[J].科教新報：教育科研，2011（21）.

[3]谷海生.信息技術教育做引領 智能機器人顯特色[J].中小學信息技術教育，2011（2）：74-75.

[4]張國民.基于學生認知發展的中小學教育機器人功能設計分析[J].中國現代教育裝備，2010（2）：49-51.