依托機器人課程提升學生創新能力的案例分析

顧建新　曹新紅

摘要：人才作為國家長久發展的動力，教育是培養人才的主要手段。機器人教育在進入到高中課程體系之后，可以有效提升學生創新能力。本文在對機器人課程提升學生創新能力分析研究過程中，首先對機器人課程進行了解，然后對機器人課程應用案例進行分析，通過大量實際案例了解機器人課程優勢，希望可以為教育人員提供一定幫助。

關鍵詞：機器人課程；創新能力；青少年機器人組比賽

一、 前言

任何課程最終目的就是提高學生能力。機器人課程目前已經在高中課程體系應用了一段時間，按照現階段應用情況來說，機器人課程可以有效推動學生全面發展，尤其是對學生創新能力提升上，機器人課程優勢更加突出。

二、 機器人課程概述

（一） 機器人課程

機器人課程也可以稱之為教育機器人，是機器人教育開展媒介。機器人課程主要由四部分構成，分別為控制終端、傳感器、執行部件及動力系統，其中控制終端可以比喻為人體的大腦，承擔處理數據及傳達指令職責；傳感器就好像人體的五官，承擔著接受外部信息職責；執行部件主要承擔落實控制終端指令的職責；動力系統為機器人運動提供動力。之所以在高中課程體系中開展機器人課程，主要目的就是希望學生在學習及操作機器人過程中，提高高中教育效果，通過機器人平臺，在最短時間及資源情況之下，全面推動學生發展，進而獲取最佳教學效果，并且減少教師工作量。

（二） 基本類型

根據我國著名教育研究人員彭紹東所發表的《機器人教育》研究成果中，機器人課程主要可以分為五種類型，分別為機器人學科教學、機器人輔助教學、機器人管理教學、機器人代理事務、機器人主持教學。

（三） 特征

1. 教育性

通過機器人課程，學生可以學習到更多電子、計算機、物理等方面的知識，同時還可以在實際操作中，將理論知識轉變為實際技能，引導學生形成良好思維模式，加強學生人際交往能力，提升學生創新能力。

2. 娛樂性

高中開展機器人課程，主要目的就是提升學生創新能力，進而對機器人課程要求較低，主要是在真實環境之下，讓學生可以自主發現及解決問題，調動學生學習積極性，所設計出來的機器人作品和學生日常生活相貼近，具有較強娛樂性。

3. 游戲性

高中階段機器人課程在開展中，大部分課程都屬于實踐性課程，同時在實踐活動過程中，開展多樣化的游戲比賽，讓學生可以自主參與到機器人課程之中，全面推動學生發展。

4. 學科綜合性

機器人自身就包含多種學科內容，同時機器人所能夠應用的領域又十分廣泛，進而機器人課程具有十分顯著學科綜合性特征。

三、 基于機器人課程提升學生創新能力的案例分析

機器人課程作為高中技術教育重要組成部分，在提升學生信息素養、實踐能力、創新精神等方面具有重要作用。按照現階段機器人課程開展情況來說，機器人課程得到了學生高度關注，每年都會有很多學生參與到機器人課程中，但是由于受到場地、器材等因素限制，大部分機器人課程依舊采取小組形式開展活動。即便是這種教學模式，高中機器人課程依舊取得了良好成果，學生創新能力得到了顯著提升。機器人課程提升學生創新能力時，主要可以從以下幾方面開展：

（一） 創造條件，在實踐中提升

對于大部分高中信息技術教師而言，都具有一定時間工作經驗，但是引導學生開展機器人課程教學活動，讓學生自主參與到機器人設計及實踐中，對于信息技術教師來說都是一個挑戰。筆者認為，在現階段，機器人設計主要應用C語言進行編程，機器人編程相對簡單。因此，信息技術教師就可以為學生提供機器人編程的機會，增加教師和學生之間溝通交流，真正做到學以致用。

例如：在速度的計算活動中，教師應該將學生劃分為多個小組，通過小組方式開展活動。速度的計算活動目標為：如何讓機器人在有限體積情況下，在最短時間中通過直道，然后自動判斷障礙物回歸到起點。這樣學生所需要解決的問題也就產生了，怎樣制作速度最快的小車？教師在引導學生的過程中，僅僅需要對方法簡單闡述，然后學生自行設計。當然，學生憑借自身生活經驗，都會將機器人制作成為汽車形狀，但是最終實驗結果并不理想。教師并不給予引導，讓學生自行對汽車分析觀察。在下次實踐訓練過程中，學生更換了汽車輪胎，從四輪轉變為獨輪，這樣汽車在直道中速度顯著提升。學生在解決學習過程中，產生了多種解決思路，每一種方法都存在優缺點，但是目的都在于解決該道路問題。

通過上述教學活動，在資源有限情況下，學生可以積極參與到機器人課程活動中，讓學生感受到機器人魅力，學生也可以將理論內容及實踐相結合，提高學生創新能力。

（二） 合理規劃，提升資金利用率

機器人課程教學活動在開展過程中，需要專門硬件設置保證。在課堂教學活動中，所應用到的窗簾必須具有良好的遮光效果，采取日常燈照明，同時為機器人軟件程序編寫配備計算機。學?？梢詾閷W生設置專門技術間，要是機器人活動場所需求較大，就必須對機器人課程活動合理規劃，一個場地內開展多樣活動，共同享用空間。這種空間規劃方式，在提高空間利用率情況下，還可以培養學生整理習慣。當然，機器人程序編寫及組裝最好在同一個場地中實現，讓學生可以及時協調機器人程序。

為了保證機器人課程活動順利開展，機器人教學活動器材選購也十分關鍵?，F階段，機器人課程所應用到的教學器材類型較多，在應用方便、性能、價格、質量等方面存在較大差異。所以，機器人課程在采購器材時，必須按照學校機器人課程實際情況及需求，積極采集學校管理部門意見。筆者在經過實際應用認為，沒有最佳機器人器材，只有最適合機器人課程的器材。

（三） 細心篩選，協調各方面關系

機器人課程屬于綜合性學科，其中包含多個學科內容，這就需要學生具有良好的數學及物理等方面知識，并且具有良好合作能力及動手實踐能力。所以，機器人小組學生必須具有全面素質，同時具有良好的心理素質。筆者在分析之后認為，學?？梢远ㄆ陂_展信息技術方面比賽，讓學生對機器人程序及問題處理方法深入了解，然后提高對機器人硬件問題處理強度，學生及教師之間還應該深入溝通交流。我國教育部門正式確立了“初高中機器人教學組”，同時制定了《初高中機器人課程教學意見》，在全國范圍內相互開展了機器人課程評價活動。這就表示，我國正在廣泛開展機器人教育。endprint

例如，在我國所開展的機器人青少年組比賽，在搬運項目過程中，整個比賽并不具備任何規章制度，學生只需要按照圖紙及器材完成比賽就可以。在這種教學模式之下，學?？梢詫W生劃分為不同小組，每一個學校小組學生提出針對性計劃，然后采集不同方案意見。學生分析不同方案的優劣，同時對每一個教學方案是否可以操作可能性分析，機器人設計之后是否具有現實意義。學生所提交方案內容涉及多個方面，大部分方案雖然表面看起來并不完善，部分方案甚至并不具備操作性，但是學生卻在方案設計過程中提高了自身創新能力，部分學生所提出的方案還具有一定意義。如，在比賽中一個學生所提的方案為：應用兩個光電搬運小車進而完成比賽任務。但是兩個小車在線路規劃上還存在一定不足，小車之間相互并不阻擋，怎樣才可以保證小車良好效果，學生具有較高自主參與性，具有較強創新意識，最終所取得的效果也十分理想。該名學生在全面機器人青少年組比賽中獲得了良好成績。在比賽結束之后，裁判給予了熱烈掌聲，對學生給予了高度評價。

（四） 學生主體，教師輔導

學生作為機器人課程活動的主體，一直都是課程重點。例如，在我國所開展的任何類型機器人比賽中，教師都不允許進入到比賽場地中，學生需要自行解決自身所遇到的問題。所以，機器人課程教學活動在開展過程中，任何教學活動都必須以學生作為核心，讓學生成為機器人搭建到調試整個流程，全部以學生自行主導，教師僅僅起到輔助性作用。學生自主參與到機器人制作中，這樣學生才可以真正認識到機器人理論，同時按照實際要求完成機器人任務。

例如，在機器人集裝箱搬運項目中，一般機器人具有多種設計方法，機器人為了完成某一任務，最終所設計的形態存在較大差異。任何教師都不會說自身的設計是最好的，同理教師也不應該將這種想法教給學生，一旦學生在教師思想約束之下，也無法提升自身創新能力。機器人集裝箱搬運項目對高中階段的學生來說，設計難度較高。學生在參與項目過程中，都需要自主設計一個機器人，該機器人按照軌道行駛，在繞過障礙物之后，搬起一個集裝箱重新回到起點。整個運動都必須沿著軌道行駛，不允許脫離軌道。學生在解決機器人軌道行駛問題之后，就需要解決機器人搬運集裝箱問題。由于比賽條件約束，學生已經應用了兩個馬達作為驅動力，怎樣讓馬達轉動，然后將集裝箱搬回來。學生自行反復思考到3天之后，教師可以適當進行輔導，假裝做成了一個夾子。機器人集裝箱搬運問題在解決之后，學生學會了解決問題，進而解決項目問題。

（五） 分工合作

大部分機器人課程活動在開展過程中，基本上都是以單元作為劃分單位，幾個學生劃分為一個學習小組。例如，在機器人足球比賽活動中，學生就可以分為兩組，分別為防守機器人及進攻機器人，學生分別承擔搭建機器人及程序編寫作用。學生在完成整個機器人足球比賽任務之后，小組內學生應該合理配合及分工，可以有效提高學生合作意識。實際上，機器人小組是一個整體，并不是一個學生就可以參加，需要小組中學生一同努力，大家相互溝通交流，這樣才可以保證機器人課程最終教學效果。

（六） 利用網絡，獲得幫助

在互聯網快速發展過程中，學生在實際學習過程中，可以通過網絡尋找自身機器人設計所需要的資料，這樣才可以創新機器人，有效解決學生在機器人制作過程中所遇到的問題。例如，學生在對某機器人了解時，可以通過微博及QQ和機器人生產廠家溝通交流，廠家中的專業人員解答學生在機器人理解上所遇到的問題，并且專業人員也可以給予學生專業指導。

（七） 任務驅動，由易到難

機器人課程教學活動在開展過程中，都應該從簡單到難過渡。教師在實際教學過程中，應該合理劃分學生任務，遵循由易到難準則，逐漸完成機器人課程教學任務。

例如，從棒球小子到家庭中央控制系統。學生在剛開始學習過程中，可以選對棒球機械小子項目進行設計，了解機器人中機械手設計方式，教師引導學生對機械人問題深入思考，細致劃分問題，借助多樣化問題凝聚學生思維。首先，教師可以先問學生：機械手在家庭中應用的優勢？學生在深入分析之后認為：機械手可以抓住公文包，然后通過密碼開關控制。學生在深入對機器人理論學習之后，教師可以通過組合創造法問學生：智能控制及機械手，房間是否可以智能化轉變。在教師引領之下，學生在傳統基礎之上，基本上完成了智能化房間設計任務。

（八） 做好準備工作

現階段，機器人所存在的主要問題體現在靈敏度及精度上面。在我國機器人保齡球比賽中，部分機器人由于受到電池及場地光線等因素影響，造成機器人無法順利完成比賽任務，中途退出比賽。任何機器人活動在結束之后，教師及學生都應該對活動整個過程思考，認識到機器人活動所存在的問題，進而總結自身在機器人制作上面的經驗。學生所積累的經驗，可以提升學生技術水平，同時還可以提升學生心理素質。

四、 結論

按照上文分析可知，機器人課程想要提升學生創新能力，筆者認為可以從以下幾方面入手：（1）為學生創造條件，只有在具有條件之后，才可以說提升學生創新能力；（2）合理規劃，提高機器人課程教學資源利用率；（3）合理篩選機器人知識，協調各種知識之間關聯；（4）讓學生成為機器人課程主體，教師僅僅起到輔導作用；（5）合理劃分學生制作內容，提高學生合作意義；（6）通過互聯網獲取更多資源，解決學生在機器人課程學習上所遇到的問題；（7）通過任務驅動，由易到難開展教學活動，根據一定順序落實機器人課程。

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作者簡介：

顧建新，江蘇省泰興市教師發展中心；

曹新紅，江蘇省泰興市第四高級中學。endprint