初中機(jī)器人教育困境及突圍方式探索

錢蓓華

摘 要：隨著智能機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，青少年對機(jī)器人也充滿了好奇與興趣，因此越來越多的中小學(xué)開始設(shè)立機(jī)器人課程。由于我國中小學(xué)校開設(shè)機(jī)器人教育課程的起步時(shí)間較晚，因此教育理念與時(shí)代的發(fā)展不能完全同步、專業(yè)性教育人才儲備不足、教育經(jīng)費(fèi)不夠充裕、教育裝備不完備，從而導(dǎo)致機(jī)器人教育面臨發(fā)展瓶頸。從闡述初中機(jī)器人教育的重要性入手，對機(jī)器人教育所面臨的困境進(jìn)行分析，并嘗試著通過實(shí)踐，探索出機(jī)器人教育的突圍方式，期望能對推動(dòng)機(jī)器人教育的深入開展，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人教學(xué)目標(biāo)有所幫助。

關(guān)鍵詞：初中；機(jī)器人教育；困境

一、初中機(jī)器人教育的重要性分析

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，機(jī)器人在中小學(xué)階段實(shí)施教育被鄭重提出，并在最近幾年里獲得了迅速實(shí)施。所謂的機(jī)器人教育，具體是指學(xué)生親自動(dòng)手對機(jī)器人進(jìn)行組裝、對相關(guān)的平臺進(jìn)行搭建，借此來激發(fā)學(xué)生對機(jī)器人知識和技能的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們的動(dòng)手操作能力、分析和解決問題的能力，為日后學(xué)習(xí)機(jī)器人更深層次的知識奠定基礎(chǔ)。機(jī)器人作為一種高科技產(chǎn)物，其中融合諸多先進(jìn)的技術(shù)，如機(jī)械工程技術(shù)、電子傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件、人工智能技術(shù)等。初中機(jī)器人教育的重要性具體體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：其一，有助于學(xué)生了解機(jī)器人的基礎(chǔ)知識。在初中開展機(jī)器人教育，能夠使學(xué)生對機(jī)器人的發(fā)展史及現(xiàn)階段的應(yīng)用現(xiàn)狀有一個(gè)大體的了解，從而對機(jī)器人的工作方式有進(jìn)一步的理解，隨著學(xué)生對機(jī)器人知識的掌握，可以為他們?nèi)蘸髮W(xué)習(xí)更深層次的機(jī)器人技術(shù)打下良好的基礎(chǔ)。其二，有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。在初中對學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人教育，可以使學(xué)生在親自動(dòng)手操作中，對機(jī)器人傳感器的功能有所了解，同時(shí)，還能學(xué)習(xí)到機(jī)器人程序編輯方面的內(nèi)容，在這一前提下，學(xué)生能夠?qū)ζ渲械膯栴}進(jìn)行分析，進(jìn)而探究解決問題的方法，使學(xué)生各方面的綜合能力得到顯著提升。其三，在機(jī)器人教學(xué)中，借助競賽和任務(wù)教學(xué)的方法，能夠使學(xué)生在搭建機(jī)器人平臺及編寫相關(guān)程序的過程中，獲得更多動(dòng)手實(shí)踐和協(xié)作的機(jī)會，有助于學(xué)生創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。其四，有利于學(xué)生主體地位的體現(xiàn)。初中機(jī)器人教育中，學(xué)生是整個(gè)教學(xué)過程的主體，教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)任務(wù)都是圍繞學(xué)生制定，而教師扮演著指導(dǎo)者的角色，通過對學(xué)生操作的指導(dǎo)，能夠培養(yǎng)他們的科學(xué)素養(yǎng)。

二、初中機(jī)器人教育困境分析

現(xiàn)階段，雖然越來越多的學(xué)校開始重視機(jī)器人教育，構(gòu)建了機(jī)器人課程體系，但是在教育實(shí)施過程中，卻面臨著諸多問題，未能達(dá)到機(jī)器人教育的預(yù)期效果。具體體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

（一）教學(xué)目標(biāo)的模糊

初中機(jī)器人教育缺乏準(zhǔn)確的目標(biāo)定位，著重于知識目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，而忽視了技能和情感態(tài)度目標(biāo)在教學(xué)活動(dòng)中的融入。在當(dāng)前的機(jī)器人教學(xué)中，學(xué)校以大量的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)、機(jī)械性模仿等教學(xué)活動(dòng)為主，一直沿用“示范—模仿”的教學(xué)模式，沒有關(guān)注機(jī)器人技術(shù)在社會上的廣泛應(yīng)用。甚至在部分學(xué)校的機(jī)器人教學(xué)中，其教學(xué)內(nèi)容只是對編程的講解以及對機(jī)器人的機(jī)械性重復(fù)操作，嚴(yán)重忽視了學(xué)生實(shí)踐技能和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，將技能目標(biāo)和情感態(tài)度目標(biāo)完全忽略。

（二）教學(xué)資源的匱乏

教學(xué)資源的匱乏，表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是機(jī)器人產(chǎn)品的價(jià)格高、種類多、兼容性差，且管理維修比較繁雜，所以增加了機(jī)器人在初中教育中的普及難度；而且受應(yīng)試教育觀念根深蒂固的影響，大部分學(xué)校對機(jī)器人教育的重視程度不足，沒有建設(shè)專用的場地設(shè)施，因此造成了在教學(xué)上硬件資源的匱乏；另一方面，因?yàn)闄C(jī)器人的中小學(xué)教育作為一門新興學(xué)科，高等師范院校也尚未形成相應(yīng)學(xué)科，因此學(xué)校在開設(shè)的機(jī)器人課程中缺乏專業(yè)的教師，一般情況下都由信息課教師擔(dān)任，并且沒有理論與實(shí)用性較強(qiáng)的教材作為系統(tǒng)性的參考，導(dǎo)致機(jī)器人教學(xué)理論依據(jù)的匱乏。

（三）教學(xué)方法的不確定

現(xiàn)階段，大部分學(xué)校的機(jī)器人教育將模仿實(shí)驗(yàn)作為側(cè)重點(diǎn)，忽視了機(jī)器人的基礎(chǔ)應(yīng)用。大部分學(xué)校將機(jī)器人教育納入信息技術(shù)課程體系中，并且采用信息技術(shù)課程的教學(xué)方法開展教學(xué)活動(dòng)，如采用封閉式任務(wù)教學(xué)法、講練結(jié)合法、模擬實(shí)驗(yàn)法、模擬再現(xiàn)等教學(xué)方法。在上述教學(xué)方法中，教師會對教學(xué)步驟進(jìn)行細(xì)致講解，讓學(xué)生按照教師的指導(dǎo)完成任務(wù)，忽視了學(xué)生個(gè)性化發(fā)展和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，這充分暴露出初中機(jī)器人教育尚未形成符合本學(xué)科特色的教學(xué)方法體系。

三、教育困境突圍方式的分析

基于上述初中機(jī)器人教育存在的困境，學(xué)校應(yīng)結(jié)合自身辦學(xué)條件，找準(zhǔn)機(jī)器人教育的定位，積極探尋機(jī)器人教育深入推行的突圍方式，轉(zhuǎn)變機(jī)器人教學(xué)效果不佳的現(xiàn)狀。

（一）明確三維教學(xué)目標(biāo)

初中機(jī)器人教育要結(jié)合課程特點(diǎn)，明確三維教學(xué)目標(biāo)，確保三維教學(xué)目標(biāo)更加關(guān)注學(xué)生技能和情感態(tài)度培養(yǎng)，具體如下：

1.知識目標(biāo)

初中機(jī)器人教學(xué)的重點(diǎn)是讓學(xué)生對機(jī)器人的概念及具體的工作方式有所了解和掌握，為學(xué)生日后學(xué)習(xí)機(jī)器人有更深層次的知識奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在機(jī)器人的基本概念中，主要涉及如下內(nèi)容：傳感器、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械結(jié)構(gòu)等。因此，教師可按照具體的教學(xué)活動(dòng)，對知識目標(biāo)進(jìn)行合理制定。對于基礎(chǔ)階段的教學(xué)而言，使學(xué)生了解機(jī)器人的概念即可，并不需要進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)。所以，實(shí)際教學(xué)中，教師可對知識卡片進(jìn)行運(yùn)用，借此對相關(guān)的知識點(diǎn)進(jìn)行展現(xiàn)。

2.技能目標(biāo)

在初中機(jī)器人教學(xué)中，教師要注重學(xué)生動(dòng)手操作能力的培養(yǎng)。因此，應(yīng)當(dāng)合理制定技能目標(biāo)。教學(xué)過程中，可將動(dòng)手實(shí)踐作為主要的教學(xué)任務(wù)，讓學(xué)生體驗(yàn)操作的樂趣，通過程序編寫，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、增強(qiáng)他們分析和解決實(shí)際問題的能力，并提高學(xué)生對計(jì)算機(jī)的應(yīng)用能力。教師在對技能目標(biāo)進(jìn)行設(shè)定時(shí)，可細(xì)分為如下幾個(gè)層次：基礎(chǔ)知識的應(yīng)用能力、實(shí)踐操作的技能和拓展創(chuàng)新的能力，由此可使學(xué)生對機(jī)器人的應(yīng)用更加熟練。

3.情感態(tài)度目標(biāo)

在對機(jī)器人進(jìn)行搭建和編寫程序的過程中，學(xué)生的創(chuàng)造能力可以得到充分發(fā)揮，由此能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力。由于機(jī)器人既要完成搭建，又要完成編程和調(diào)試，如果由單個(gè)學(xué)生完成，則同一個(gè)課題需要配備相當(dāng)多的學(xué)時(shí)，所以，實(shí)際教學(xué)中要讓學(xué)生采用分組式學(xué)習(xí)的方式，每個(gè)小組里自己分配任務(wù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，其中既有分工，又有協(xié)作，讓學(xué)生以小組的形式展開合作學(xué)習(xí)，這樣除了可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神之外，還以互相學(xué)習(xí)，取長補(bǔ)短。

（二）適當(dāng)加入教學(xué)輔助手段

機(jī)器人是復(fù)合了多種技術(shù)的高科技產(chǎn)物，由此使其具備了開發(fā)難度大、價(jià)格昂貴、零件繁多、反復(fù)拆裝不易且容易損壞的特點(diǎn)，從而制約了機(jī)器人教育在初中的普及推廣。鑒于此，可在初中開展虛實(shí)結(jié)合的機(jī)器人教學(xué)。虛擬機(jī)器人的使用成本較低，其可用性與靈活性較高。同時(shí)，將機(jī)器人關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)模型與動(dòng)力及環(huán)境編輯工具有機(jī)地融入虛擬系統(tǒng)當(dāng)中，能夠使創(chuàng)作空間獲得進(jìn)一步擴(kuò)展。如，現(xiàn)在使用程度相對較高的樂高機(jī)器人，它就擁有一個(gè)較為強(qiáng)大的虛擬平臺：LEGO Digital Designer（簡稱“LDD”），它可以完成自由搭建和運(yùn)動(dòng)仿真，其最為突出的特點(diǎn)在于不受時(shí)空限制，能夠在沒有實(shí)物的前提下，隨時(shí)為教案的編寫提供相應(yīng)的工具；而且一旦做成電子教案，就可以在課堂中對學(xué)生進(jìn)行仿真搭建演示與動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)仿真演示。教師應(yīng)當(dāng)對虛擬與實(shí)體機(jī)器人兩者之間的關(guān)系進(jìn)行正確認(rèn)識，開發(fā)以實(shí)體為主、虛擬為輔的課程體系，幫助初中機(jī)器人教育走出現(xiàn)在“學(xué)生學(xué)得累、教師教得更累”的困境。

（三）多種教學(xué)方法齊頭并進(jìn)

教師可以嘗試對機(jī)器人的教學(xué)方法進(jìn)行多維度的探索：

1.試驗(yàn)?zāi)M型教學(xué)

教師可在初中機(jī)器人教學(xué)中，采用實(shí)驗(yàn)?zāi)M型教學(xué)方法，在教學(xué)內(nèi)容的選擇上，可以機(jī)器人相關(guān)技術(shù)為主，并將機(jī)器人作為學(xué)習(xí)對象，具體的教學(xué)過程如下：教師可按照任務(wù)的基本要求，讓學(xué)生利用機(jī)器人平臺，進(jìn)行智能裝置的搭建。然后再通過模擬的方式，對科技產(chǎn)品的工作過程進(jìn)行重現(xiàn)，以此來獲取與機(jī)器人有關(guān)的知識和技能。通過這種教學(xué)方法，能夠培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維能力。

2.科學(xué)探究型教學(xué)

教師可在機(jī)器人教學(xué)中，運(yùn)用科學(xué)探究型教學(xué)方法，將當(dāng)前熱點(diǎn)的科學(xué)問題作為教學(xué)導(dǎo)向，并以機(jī)器人作為研究答案的工具。實(shí)際教學(xué)中，教師可為學(xué)生選取一些與生活有關(guān)的科學(xué)問題，通過機(jī)器人建立相應(yīng)的模型，并編制出合理可行的研究方案，據(jù)此進(jìn)行科學(xué)探究，運(yùn)用程序設(shè)計(jì)等軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，讓學(xué)生了解與機(jī)器人本體有關(guān)的知識。在該教學(xué)模式下，學(xué)生的問題探究能力可獲得進(jìn)一步提升。

3.趣味交互型教學(xué)

教師在進(jìn)行機(jī)器人教學(xué)時(shí)，可對趣味交互型教學(xué)法進(jìn)行運(yùn)用，具體的教學(xué)任務(wù)是要求教師開發(fā)出具有趣味性特點(diǎn)的機(jī)器人交互系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)完全可以借助平板或手機(jī)來完成。如，借助JAVA語言，開發(fā)一款A(yù)PP有趣味性的游戲，然后與機(jī)器人進(jìn)行交互，在這種模式下，可以使學(xué)生對程序的設(shè)計(jì)和對機(jī)器人的控制有進(jìn)一步的了解和掌握。而這種教學(xué)方式，由于教師本身對這種技術(shù)駕馭能力的缺乏，目前在教學(xué)中廣泛開展存在一定的難度。

從以上的分析可見，我國初中機(jī)器人教育尚處于起步階段，困境重重，專業(yè)學(xué)者、學(xué)校、教師都在不斷地探尋符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)的教學(xué)方式與方法，這為機(jī)器人教育的可持續(xù)性推進(jìn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，與此同時(shí)也需要逐步建立和完善科學(xué)的機(jī)器人教育標(biāo)準(zhǔn)體系，為教師的教學(xué)工作提供理論支撐，促進(jìn)機(jī)器人教育的深入開展。

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編輯 張珍珍