小學Arduino機器人課程的實踐探索

楊鳳

機器人學科作為一門集科學性、實踐性和創新性于一身的新興學科，近年來已逐漸走進了各個學校的課堂，成為青少年素質教育中不可或缺的重要力量。為了提高機器人學科教學的靈活性，使學生不僅會學習、能發展，而且會實踐、能創造。我校在機器人課堂教學中，以充分了解我校學生的學情為前提，通過選擇適合我校學生的教學內容、教學模式以及評價模式，從而探索學生創新實踐能力的培育方式。

一、我校機器人課程內容的確定

根據小學生自身發展規律，綜合各廠家機器人特點，我們學校選擇了上海DFROBOT公司的Arduino機器人作為課堂教學機器人，并把教學內容劃分為以下四個部分。

一是熟悉智能機器人的歷史發展和應用領域。涵蓋了機器人的基本概念、機器人的工作原理、機器人與人的交互、機器人與社會的聯系等內容。教學過程中著重培養學生對機器人的興趣，拓展學生在信息化上的知識面，感受學習、生活、工作和社會在信息技術與科技發展過程中的變化。

二是學習控制機器人的編程語言。圖形化編程是當前機器人教學中的一種嶄新的編程方式。這是一種可稱之為“所見即所得”的程序編寫方式，使得程序編寫顯得非常簡單。我們使用的是Arduino設計的一款圖形化編程軟件ArduBlock。使用ArduBlock編程時，只需要把積木面板中的積木模塊“拖”到編輯區，再寫入關鍵的參數來實現，這樣以免讓學生去學習枯燥的 C 語言等等，以達到讓同學們快速易懂地了解程序設計的基本思路，從而培養學生的邏輯思維能力。

三是學習并掌握智能機器人的基本運行原理。掌握常見傳感器及其機械傳動裝置的基礎知識和使用方法，學習機器人的硬件組成結構體系，重點掌握機械結構、控制系統、驅動系統、感覺系統、傳動系統的基本原理與組成結構的相關知識，并且學會機器人模塊化的組裝、控制及基本維護的方法。

四是機器人的搭建。學習使用各種組件、自選材料，組裝各種用途的機器人。在組裝的過程中培養學生的動手能力、合作能力。

二、我校機器人課堂教學的一般模式

我們依據小學生的身心發展規律，去不斷地探索、總結小學階段機器人課堂教學的基本模式。目前我們在教學實踐中已經嘗試并總結出以下四種有效的教學模式。

1.任務驅動模式

通過學生與教師共同參與，以掌握知識為目的，以問題為先導，以任務為核心的課堂教育模式。我們在課堂教學時，先講解硬件基礎知識，而后采取任務的形式開展教學。例如在講解神奇的濕度傳感器后，我便留下問題：利用濕度傳感器可以幫助你解決生活中的什么問題？可以和哪些傳感器結合？接著直接放手給同學們。很快有個小男生舉手：老師，我可以回教室拿盆植物嗎？這是要干什么？原來他們小組想到，有時候植物澆水太多容易死亡，那么我就將濕度傳感器插入泥土中，當植物缺水的時候紅色的LED燈便會亮起，為了防止設備沒電或其他一些意外事件的發生，在土壤濕度適中的時候，綠色LED燈便會一直亮，提示設備是正常工作的。任務驅動給了孩子開放思維的機會，讓他們經歷一件創意作品成長的過程，從想法的產生-作品的構思—想法的改良—作品的雛形—成功的作品，從真正意義上讓孩子參與到整個作品創作的過程中，而不再是老師帶著學生走，這樣，學生在遇到問題后也會樂此不疲地修改、完善。

2.情境再現模式

首先創設一定的情境。如針對《聲控燈》教學案例，在課的開始，以教學樓的樓道中只有普通的開關燈為背景，提出天黑時我們只能摸黑去找開關開燈這樣一種不安全的情境問題，以此來激發學生的學習興趣，讓學生思考如何來解決，尋找解決途徑。而后點評學生做法，進而圍繞教學內容順利開展教學。如針對開發新型能源項目，通過此項目，先向學生介紹我國目前的能源使用情況，從而直觀地讓學生感受到開發新型能源是刻不容緩的，以此來激發學生對新型能源開發的興趣，增強學生對地球現有能源的保護意識，倡導學生從我做起，保護我們的綠色家園。

課例片段：從生活情境出發，用任務單來解決問題。

師：老師發現我們學校的樓梯、走廊仍然還只是普通的開關電燈，稍微晚點離開學校下樓梯的時候，只能摸黑走，去找開關，這樣非常不安全。有什么好辦法可以來解決呢？

生：可以做一個用聲音來控制亮滅的燈。

師：為了大家的安全，那今天我們就一起為學校來制作一個聲控燈吧！

教師：如果想請你們做一個聲控燈，你們會怎么設計？說說你設計的理由。你又會選用哪些傳感器呢？

任務單

⑴你們組準備設計一個怎樣的聲控燈？并且說說你這樣設計的理由是什么？（可以從它的用途等一些方面進行闡述。）

⑵你們的設計中準備選用哪些傳感器？

3.作品展示模式

通常我們在完成一個基礎項目以后，會請同學們來展示自己的作品效果是如何通過程序編寫來實現的，從而引導學生學會互相賞識，激發興趣、挖掘潛能的同時，也使差異資源充分利用。這樣的課堂給予學生更多的說話權，并且讓學生的思維火花不斷地碰撞，形成積極的課堂效應。學生在編寫程序和搭建機器人模型時，由老師布置好任務，放手讓學生自己制作，在完成任務后，同樣讓學生一起參與評審。同學們自主申請上臺展示自己的編程思路和搭建機器人的想法，而后在座的同學便會對發言同學的設計思路和想法點點贊，提提建議。這樣不僅鍛煉了學生的動手能力、語言表達能力，而且學生的奇思妙想是我們很難想到的。這為我們提供了許多設計思路，也是一種優勢互補。

4.小組爭霸模式

在機器人課堂教學過程中，我發現學生的競爭意識非常強，喜歡比賽。例如我在課堂布置一個學習任務以后，我只要說：看看哪一個小組能最先完成，成為我們今天這節課的霸主呢？話音還未落，他們就已經進入了學習狀態。在比賽的期間，我還會故意刺激他們：“我看某一小組快要完成嘍！”他們的士氣會更加高漲。整個過程激烈而緊張，而且教學效率也很高。利用這樣的爭霸模式還可以磨煉學生的競賽心理素質。現在機器人競賽活動比比皆是，參賽人員的心理素養有時甚至決定了比賽的結果。在平常的教學中，學生只有不斷地體會勝敗，才能以平常心對待比賽結果，從而不斷提升。

通過以上課堂教學模式的探索，學生學習的興趣得到了激發，同時學生的創新意識和實踐操作能力也得到很好的培養。

三、我校機器人課堂教學評價方式

教學評價是對學生學習結果的一種評價。機器人教學評價與其他學科評價的不同之處在于，其他教學可以采用測驗等一些特定的形式，而機器人教學卻無法用特定的形式去進行合理的評價。機器人的教學內容與教學形式就決定了該課程評價的開放性和多樣性。教學評價時，我主要采用形成性評價（課堂過程性評價）和總結性評價（任務總結性評價）兩種方式。

課堂過程性評價方面，以學生課堂表現評價為主。主要關注學生是否上課認真聽講、勇于發言、主動參與、認真完成老師給予的任務。在布置任務的時候還要給學生規定一定的時間，鼓勵學生在規定的時間內盡可能地去完成任務，鼓勵每個孩子積極參與。

任務總結性評價，是在完成一個教學任務之后所進行的評價。可以小組互評的方式，根據組員的分工不同，分別從問題的分析解決、機器人硬件的搭建、程序的編寫以及調試運行直到完成任務這幾個方面進行評價；可以探討在完成任務過程中遇到過哪些問題，解決方案又是什么，是否有更完美的創意和想法等；可以進行自我評價，每個人可根據自己在整個項目中的完成情況進行自評：表現是否積極，想法是否合理新穎，碰到哪些問題，并如何進行解決的，在面對任務成功或失敗有哪些感受，等。

通過這樣的教學評價方式，讓學生切實融入每一節課，每一個任務中來，并在不斷的自我反思之中逐步成長。

機器人的教學評價機制只有像這樣從全面培養學生的科學素養出發，完善評價主體多元、評價內容全面、評價方式多樣的評價體系，才能促進學生的發展和教師教學水平的提高，有效地改進教學模式，從而保證機器人課程順利有效地實施。

四、目前本校機器人教學的研究成果

我校開展機器人活動是從2016年開始，在校領導的支持下，在教師和學生努力下，我校機器人隊伍在省內、市及全國比賽中都獲得良好成績。機器人社團也在逐年壯大，參加的人數也愈來愈多，但是機器人活動始終局限于校機器人社團，沒有大面積普及開來。進入2017 年，機器人教學逐步開始普及，進入大家的課堂。目前六年級有4個班開展了機器人課堂教學試點，取得了良好的教學效果和社會效果。在2017年11月份開展了機器人教學的區級展示，受到了大家的一致好評。2018年2月份，在全國中小學生電腦制作活動區級選拔中，獲得一等獎一名、二等獎兩名。2018年6月份，在常州市第四屆中小學生創客大賽中，獲得一等獎兩名、二等獎兩名、三等獎兩名，本人獲得“優秀指導老師”稱號。

機器人教學課程的開設，為學生營造了一個自主、協作與創新的平臺。通過學習編程和操作實踐，學生的邏輯思維能力和判斷能力有效地得到了提高。不僅充分地培養了學生的學習興趣，而且輕松掌握了課外知識，在編程中體會到了學習的樂趣。以寓教于樂的方式，機器人教學不僅傳播了知識，同時使學生的創新能力得到發掘，創造發明的天性和潛能得到激發。總之，機器人教學在小學生創新教育活動中起到了十分重要的作用，迎合了素質教育的要求，對于培養和提高學生的信息素養、綜合能力、創新素質具有重大的意義。

【作者單位：常州市蘭陵小學 江蘇】