農村中學機器人教育課程的開發與實踐

奚向紅

摘 要 隨著我國基礎教育信息化的發展，機器人教育以其先進的教學理念和獨特的教學形式正越來越被人們所關注。機器人教育走進中、小學已成為一種必然的趨勢，大力開展集知識性、趣味性、娛樂性于一體的機器人教育皆在培養學生的動手、動腦和創新思維。

關鍵詞 機器人教育；教學做合一；課堂教學；創造

中圖分類號：G424.21，C19 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2018）11-0027-02

近年來，為落實教育部提出的“以信息化帶動教育現代化”的戰略部署，激發學生的創新精神和培養實踐能力，全面推進素質教育，我國相繼開展了各種各樣的科技競賽活動，而其中的智能機器人引起了學生的極大興趣。在中、小學開設機器人教育課程有利于培養學生的創新能力、設計能力、團隊協作能力、綜合應用能力。

目前，從國內來看，較多的學校只是以課外活動、各種興趣班、培訓班的形式開展機器人教學。一般的都是由學校購買若干套機器人器材，由信息技術課程老師或綜合實踐課程教師進行指導，組織學生進行機器人搭建、編程的實踐活動，然后參加一些相關的機器人競賽。只有極少數的地區和學校將機器人教學納入了正規課堂教學。

多年來我校始終堅持“面向全體抓基礎，培育個性展特長”的辦學宗旨，以“現代化、高質量、有特色”為奮斗目標，科學管理，奮斗進取，建和諧幸福校園，辦人民滿意教育。而機器人教育就是我校的一大特色教育。我校率先在江陰市開始了機器人教育的研究，起初我們僅僅局限于一些對智能機器人感興趣的學生進行培訓，參加各種比賽。從2006年起，我校正式將機器人教育納入課程表，先后建立了三個機器人實驗室（兩個用于平時上課，一個用于機器人競賽輔導），讓更多的農村中學的學生系統接觸、學習神秘的機器人。

一、組建“機器人實驗室”

機器人實驗室的組建主要包括機器人教學器材的選購和機器人調試場地的設計。

（一）器材選購

機器人教學器材的選購是相當重要的。不同品種的機器人器材，質量、價格相差很大，能完成的比賽項目不盡相同，器材使用的方便性、性能的可靠性也不一樣。目前市場上可供選擇的教學機器人有很多。綜合考慮各方面因素最終我們選擇了樂高機器人作為我校的教學機器人，原因有五：（1）樂高木塊式的零部件堅固耐用，耐磨損，不易變形，色彩鮮艷，能夠吸引學生們的注意力；（2）樂高積木有嚴格的計量單位，精度公差僅為5毫米。積木的搭建松緊適度；（3）可擴展、創意組合性強，2塊相同顏色的2*4的樂高積木共有17種搭建可能，8塊相同顏色的2*4樂高積木則有102981500種搭建可能，這對提高學生們的創新能力起到了很大的幫助作用；（4）樂高的核心，RCX微型電腦，有三個輸入端口和三個輸出端口，另有四個按鈕分別為開關鍵、查看端口鍵、選擇程序鍵、運行-停止鍵，簡單直觀，對于沒有電子電路基礎的初中學生來說比較容易上手，使用起來也相對方便；（5）編程環境使用形象直觀的圖標語言，這種改革使得過去只能在大學開設的，使用符號語言編程的專業課程，如今在中小學普及，讓學生在玩的過程中掌握一些基本的編程技巧。

（二）場地設計

作為一所農村中學，學校經費比較緊張，為了節省學校的開支，在機器人調試場地的問題上，我們主要采用以下幾種解決方案：（1）在教室內就地取材；（2）由學校的木工師傅制作簡單的調試場地；（3）標準的比賽場地（用于參賽培訓）請專門的機器人公司定制。總之，在機器人活動場地問題上，我們的經驗是“根據學校的實際情況，因地制宜，靈活實施”，從而以較低的代價取得滿意的課堂效果。

二、編寫校本教材

機器人教育是一門新興的學科，目前市場上有關于機器人教育方面的教材非常少，而各個機器人公司所提供的教材都類似于說明書，非常的簡單，不適用于課堂教學，于是我校從2006年起就著手編寫機器人教育校本教材。教材分為初級、中級、高級，在平時的教學過程中我們根據教材邊教邊修改邊完善，到2010年我們基本完成教材的編寫。

三、課堂教學

陶行知先生倡導的“六大解放”思想，我認為歸根結底是要解放學生的頭腦，開啟他們的心智，使他們在一個寬松、和諧、民主、開放、平等的氛圍中學習和創造，唯有如此，才能充分激發學生的創造潛能。

（一）創設情景，激發學生學習興趣

學生的學習動機和學習興趣是學習取得成功的重要因素。機器人實際上是一個具有初步人工智能的高級玩具，孩子們對于玩具的喜愛可以說是天性，他們好奇于每一個新鮮的事物，因此我們在教學中根據大多數學生的實際能力設計一些有趣的項目或任務。例如，我們在機器人穿越隧道這一課中，首先我們創設情景，假設每一位學生都是司機，即將駕車穿越一個又長又黑的隧道，你會怎么做？然后讓學生開動腦筋，暢所欲言，發表自己的見解。這樣，學生的興趣自然而然就被激發起來了，然后引出本堂課要完成的任務，模擬汽車穿越隧道這個過程，設計并搭建一輛用RCX控制、具有光電傳感器、觸動傳感器、使用馬達驅動的車。啟動后，車向前行駛；當光電傳感器檢測到黑暗時，需要打開燈，并減速行駛；當車穿過隧道時，就關掉燈；繼續向前加速行駛，到達終點（即：碰到墻）就停止。

（二）以學生為中心

我校薛少軍校長曾這樣說：“讓學生學習、操作機器人，參加各種比賽，只是一種手段，目的在于培養學生的動手、動腦和創新思維的能力，而能力的發展離不開教學活動中學生的動手實踐和積極思考。”因此，在教學活動中我們堅持以學生為中心，每堂課學生根據老師提出的任務，都要做出自己的解決方案，然后根據方案再去設計、構建機器人。因為只有學生親自去設計、構建，才會完全了解機器人的特性，調試的時候也能如魚得水，出現故障的時候也能很快的找到原因，以此來培養學生的綜合能力。

（三）強調團結協作

一堂課的時間有限，學生一個人不可能完成整個任務（一個簡單的任務基本包括四個步驟：搭建機器人、編程、下載程序、運行和調試），因此在教學中我們將學生分成若干個小組，每個小組兩名學生。在完成任務過程中學生可以相互討論，分工合作，共同完成任務，在這個過程中，由于學生之間的水平或者思維方式的不同，剛開始難免會出現意見分歧的現象，都認為自己的方案是最佳的，常常導致一堂課結束的時候任務還沒有完成，而看到其他小組紛紛把自己的作品拿出來展示，心理又感到很失落，而作為老師的我就讓他們分析沒有完成任務的原因。然后要求他們加強彼此之間的交流與溝通，彼此包容個體之間的差異，找到解決問題的最佳方法，迫使學生養成團結協助的習慣。

（四）鼓勵自主探究學習

機器人教學與傳統的教學有很大的區別，傳統的教學習慣往往是一堂新課，由老師一層一層的講解、剖析，直到最后水到渠成，自然的揭示出主題，這樣學生就不知不覺的在老師的講解中度過了一堂課，學生沒有動腦思考、動手實踐的機會。而機器人教學注重的是理論與實踐的相結合，因此在教學過程中我們提出任務之后，就讓學生自己先思考、動手實踐，遇到問題，小組與小組之間可以相互討論，也可以利用網絡，實在解決不了，再組織全班學生集思廣益找出問題的所在，對癥下藥，解決問題。每堂課的小結我們都是讓學生自己進行總結，在完成任務的過程中你遇到了哪些問題？你是如何解決的？你在本堂課中最大的收獲是什么？同學之間相互補充，取長補短，這樣不僅使他們能知其然，更知其所以然。只有這樣，將大部分的時間交給學生自己去動手實踐、相互交流，在實踐和交流的過程中去了解和認識機器人，進一步激發學生的求知欲望，發揮他們的主體能動性，培養他們主動學習的意識。

以上就是我校開展機器人教學以來的一些實踐與體會，總之，機器人教學是一門新興的課程，需要我們不斷地探索，在今后的教學過程中我們將繼續努力，爭取更大的突破。

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