基于學(xué)校機器人課程教學(xué)下的編程校本課程開發(fā)研究

宋鵬飛

摘 要：當代科學(xué)技術(shù)取得了巨大的發(fā)展，機器人與人工智能相結(jié)合，機器人已經(jīng)從工業(yè)的研究和應(yīng)用拓展到教育領(lǐng)域，開創(chuàng)了中小學(xué)綜合實踐課程與信息技術(shù)課程的創(chuàng)新教育平臺，推動了信息技術(shù)教育的發(fā)展。就虛擬機器人的校本課程開發(fā)和其給中小學(xué)教育帶來的影響做出了詳細的論述，并對此提出了一些建議和措施。

關(guān)鍵詞：學(xué)校;機器人;校本課程開發(fā)

一、機器人的概念[1]

目前，按價格從低到高可以找到的機器人有虛擬機器人、低成本實體機器人、高端實體機器人三種。低成本實體機器人比高端實體機器人的價格要低得多，但其仍處于發(fā)展初期，各種軟硬件并不完善。所以要想在促進機器人教育普及的同時降低學(xué)校的支出，學(xué)校最好是應(yīng)用虛擬機器人作為機器人的教育載體。虛擬機器人教學(xué)指的是在計算機上設(shè)計、搭建、制作機器人編程，并不需要機器人硬件，因此虛擬機器人的成本是相對較低的，有利于其推廣教育。

二、機器人課程教學(xué)和教育的主要形式[2]

第一，通過少科站、少年宮、學(xué)校等單位招攬機器人愛好者成立代表地區(qū)參加各類競賽活動的虛擬機器人小組。這個方法可以最為有效地在中小學(xué)教育中加入虛擬機器人教學(xué)。

第二，在綜合實踐活動課中加入虛擬機器人技術(shù)學(xué)習(xí)。

第三，在中小學(xué)信息技術(shù)教育課程中加入虛擬機器人，目前這種形式還處于形成期，一切都在起步階段，例如課程的常規(guī)性開設(shè)與教材的編寫。

第四，虛擬機器人教育以研究性課程的形式進入中小學(xué)，學(xué)生的創(chuàng)新能力在這種形式下會得到很好的鍛煉。

三、機器人課程教學(xué)對學(xué)校教育的影響

1.促進教育方式的變革

機器人教育課堂的中心是學(xué)生，教師在其中是引導(dǎo)者的角色，要為學(xué)生提供學(xué)習(xí)資料與建議，學(xué)習(xí)知識時需要學(xué)生自身的努力來構(gòu)建知識體系，提升創(chuàng)新思維能力與動手能力。

2.有效激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、動機

教育所追求的目標是“寓教于樂”，這也在一定程度上推動了教育游戲成為當前研究熱點，所以對于學(xué)生來說學(xué)習(xí)興趣至關(guān)重要[3]。通過機器人教育比賽使學(xué)生對學(xué)習(xí)機器人更加充滿興趣，學(xué)生在得到周圍環(huán)境的贊賞與認可后也會更加具備學(xué)習(xí)的熱情與斗志。

3.擴大知識面，轉(zhuǎn)換思維方式

培養(yǎng)大局意識與空間思維能力。學(xué)生在進行機器人的學(xué)習(xí)時解決了各種搭建機器人遇到的實際問題，由此學(xué)到了力學(xué)模擬、電路等方面的知識，在促進計算機學(xué)科、物理學(xué)科等教學(xué)的同時還擴展了學(xué)生的科學(xué)知識;在為機器人編寫程序的過程中，學(xué)生學(xué)到了算法、計算機編程語言等顯性知識，也學(xué)到了系統(tǒng)思維、邏輯判斷思維這些科學(xué)而高效的思維方式，這是隱性知識。通過虛擬機器人來將夢想完成的過程中一定會經(jīng)歷三個過程，即提出問題、分析問題與解決問題[4]，同時學(xué)生會不斷地進行自我反思，使自己觀察、思考問題更加全面、更加有高度。搭建機器人能夠在訓(xùn)練學(xué)生空間思維能力的同時培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力與大局觀。

4.培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作能力

機器人教育通常是以小組的形式進行，機器人的學(xué)習(xí)和競賽也是一個小組共同學(xué)習(xí)的過程。在這個過程中學(xué)習(xí)者要多進行科學(xué)有效的溝通，團結(jié)協(xié)作，包容他人的缺點與不同之處。相對于普通的教育方式而言，在這種實踐鍛煉活動中學(xué)習(xí)者能夠更好地提升自己的團隊協(xié)作能力。

5.培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

在當今社會中唯有創(chuàng)新，方能進步，虛擬機器人技術(shù)恰恰具備創(chuàng)新性強、科技含量高的特點。在開發(fā)虛擬機器人校本課程，學(xué)生可以依照個人想法盡情地拼裝心中所想的機器人模型，教師對學(xué)生按照個人的想法去拼裝機器人的過程要注意對學(xué)生多加鼓勵，思考與眾不同的方法，培養(yǎng)他們的探索意識，對學(xué)生具備創(chuàng)意的想法和做法給予大力支持，培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新精神與創(chuàng)新能力，提升他們的綜合能力。

四、組織學(xué)生學(xué)習(xí)校本課程的建議和措施

1.培養(yǎng)學(xué)生的主體性[5]

在對編程進行調(diào)試的過程當中，必須保證每位學(xué)生都參與到活動當中，要重視學(xué)生的參與性，讓學(xué)生在活動中進行自我發(fā)現(xiàn)、自我探究，培養(yǎng)學(xué)生的主動性。與此同時，老師要注重學(xué)生體驗、實踐和感悟的過程，重視學(xué)生的個性、探索能力、實踐能力、研究能力的培養(yǎng)。

2.發(fā)揮教師的主導(dǎo)性

相關(guān)老師在進行機器人教學(xué)的過程當中，因為本身課程具有很高的靈活性，并且操作過程比較困難，所以老師在課程當中必須起到主導(dǎo)作用。將復(fù)雜的問題通俗易懂化，將理論方面的指導(dǎo)變成相應(yīng)的程序設(shè)計，最后通過引導(dǎo)的方式讓學(xué)生自己進行實踐，并將實驗的結(jié)果進行展示。在教學(xué)的過程當中，要求老師要做好充分的課前準備。

3.培養(yǎng)團隊精神，注重小組合作

學(xué)生在學(xué)習(xí)機器人的課程當中，因為每個學(xué)生的編程能力以及動手能力都是不同的，所以老師在教學(xué)的過程當中除了要兼顧學(xué)習(xí)好的學(xué)生之外，還要充分幫助學(xué)習(xí)有困難的學(xué)生，讓他們更深入地進行學(xué)習(xí)。一般來說，老師需要將學(xué)生分成若干個小組，通過組建固定的學(xué)習(xí)團隊來進行學(xué)習(xí)和研究。

4.使用靈活多樣的教學(xué)方法

老師在教學(xué)的過程當中，需要根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容，采用不同的教學(xué)方法，一般包括項目引導(dǎo)、直觀展示、小組討論以及靈活選取講義等方法，通過這種方式來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

5.完善課堂評價方式，讓學(xué)生體驗成功的樂趣

老師在進行教學(xué)的過程當中，對每一位學(xué)生都要采取同樣的態(tài)度，多方位地重視學(xué)生的學(xué)習(xí)，減少對結(jié)果的重視。與此同時，當學(xué)生學(xué)習(xí)出現(xiàn)進步或者實踐成功的時候，老師都必須給予一定的表揚和鼓勵，通過這種方式來讓學(xué)生充分感受到成功的快樂。這種快樂的心情會激發(fā)他們學(xué)習(xí)的主動性，讓他們更主動地去學(xué)習(xí)。

6.借力IRobotQ3D，打造校本課程

自從IRobotQ3D軟件被開發(fā)出來之后，逐漸實現(xiàn)了校本課程的愿望。對于IRobotQ3D軟件來說，除了可以提供豐富真實的場景之外，還可以提供更多的機器人圖鑒，很大程度上可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互動模式。對于一個老師來講，通過該軟件不僅可以讓學(xué)生更真實地感受到機器人的組件，還可以通過設(shè)置場景來讓學(xué)生進行練習(xí)、比賽等，通過實踐的方式，學(xué)生有了更廣闊的創(chuàng)造空間以及發(fā)揮空間。與此同時，對于虛擬機器人的課程開發(fā)來說，一定意義上還可以延伸到學(xué)生的生活當中，不管學(xué)生在什么地方，只要可以上網(wǎng)，就能夠?qū)崿F(xiàn)課程練習(xí)。

五、機器人編程校本課程開發(fā)實例

1.中小學(xué)機器人課程的研發(fā)

（1）中小學(xué)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點

本篇文章針對沈陽大學(xué)附屬實驗學(xué)校的在校學(xué)生以及校外學(xué)生特點進行了研究，為編輯適合學(xué)生自身特點的機器人教材提供了依據(jù)。與此同時，還調(diào)研了中學(xué)生的文化課程，并且將英語、數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科知識加入到了教程當中，通過這種方式讓相關(guān)教材變得更通俗易懂，學(xué)生更能理解接受。并且，我們采用自編的教程，為沈陽大學(xué)附屬實驗學(xué)校的在校學(xué)生創(chuàng)辦了機器人的教本課程，再結(jié)合相應(yīng)的教學(xué)經(jīng)驗，對實踐的結(jié)果進行評價。我們通過評價和總結(jié)的經(jīng)驗，對課程存在的問題提出了相應(yīng)的解決策略，希望為以后的教學(xué)活動可以提供參考。

本篇文章通過了大量的研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，隨著科技的快速發(fā)展，機器人教育在很大程度上可以開發(fā)孩子的智力，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。我們以沈陽大學(xué)附屬實踐基地作為依據(jù)，研發(fā)了中小學(xué)機器人的校本課程，一定程度上可以促進其他相關(guān)信息技術(shù)課程的發(fā)展，從而更好地和國際接軌。對于沈陽大學(xué)附屬實驗學(xué)校來說，本身就是一個很好的實踐平臺，擁有齊全的硬件設(shè)施和軟件設(shè)施，并且擁有進行授課的機器人教室，4套樂高機器人以及4臺電腦。為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了良好的環(huán)境。

（2）中小學(xué)機器人課程的研發(fā)內(nèi)容

我們對機器人的教學(xué)課程以及教學(xué)實踐進行了大量的研究，收獲了大量的教學(xué)經(jīng)驗以及研究成果，并且我們正在嘗試將其他學(xué)科的知識融入機器人教學(xué)當中，并且提出了學(xué)科機器人的理念，編寫了《學(xué)科機器人教程》。相關(guān)老師在教學(xué)的過程中，通過融合數(shù)學(xué)、物理、英語等課程，很大程度上可以幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)。例如，采用機器人教學(xué)的方式來為學(xué)生展示力、速度、功率以及能量之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，并且機器人教學(xué)可以讓學(xué)生更加了解輸入輸出端的設(shè)備、編程以及控制，除此之外，還可以讓學(xué)生有充分思考空間和實踐空間。對于機器人課堂來說，主要受到西方教育的啟發(fā)，加大了對學(xué)生動手操作機會的重視。在課堂當中，老師起到的是指導(dǎo)作用，學(xué)生才是課堂的主體，通過教師的有效引導(dǎo)，可以培養(yǎng)學(xué)生探索知識的能力。因此，我們將沈陽大學(xué)附屬實驗學(xué)校作為基地，開設(shè)了機器人的校本課程，同時在機器人教育課程當中融合了物理、數(shù)學(xué)以及英語等課程的知識，很大程度上提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

除以上所述之外，我們也經(jīng)生活中的一些常識、現(xiàn)象加入到了機器人的教學(xué)過程當中，例如蝌蚪是通過什么樣的方式變成青蛙的;植物是通過什么方式授粉的等，并且，我們也將物理當中抽象的概念加入到了機器人的教學(xué)當中，例如什么是速度;什么又是力等等，通過這種方式充分刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生進行自主的學(xué)習(xí)，提高動手操作的能力，從而幫助學(xué)生提高自身的素質(zhì)。

參考文獻：

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[2]王超.高職院校工業(yè)機器人課程開發(fā)與教學(xué)任務(wù)設(shè)計[J].北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2017，16（1）：104-108.

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[4]戴玉梅，彭青青，王健潼，等.依托高校資源開發(fā)基礎(chǔ)教育學(xué)校創(chuàng)客課程研究[J].中國教育信息化（基礎(chǔ)教育），2017（5）：57-59.

[5]常曦，薛建新，張世明，等.虛擬儀器在智能機器人實踐課程中的應(yīng)用[J].計算機教育，2017（10）：91-93.

注：本文系蘭州市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2018年度規(guī)劃課題《基于學(xué)校機器人課程教學(xué)下的編程校本課程開發(fā)研究》（課題立項號：LZ[2018]GH670）的研究成果。