VEX機器人教學校本課程開發探究

蒙慶華 韋勇寧 程曉琛 陳馳

摘? 要 隨著科技的發展，中小學機器人教育在全世界正如火如荼地展開，在美國、日本等發達國家，機器人教育已經進入中小學課堂。我國中小學機器人教育起步較晚，教育方式等方面還不夠完善。研究我國VEX機器人教育發展情況，對VEX機器人教學校本課程開發進行實踐探究。

關鍵詞 VEX機器人;機器人教育;機器人競賽;中小學;校本課程

中圖分類號：G642.3? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）07-0057-03

1 引言

VEX機器人教育是一門新興的學科，目前在全世界范圍內正如火如荼地展開。這門學科主要運用物理、數學等多種知識，對于提升學生多方面的知識水平有很大作用。而且VEX機器人教育很注重學生的實踐操作能力，可以在很大程度上提升學生的學習興趣。而VEX機器人教育以參加VEX機器人競賽為主要目的，并且VEX機器人競賽一般是以團隊的形式參賽，VEX機器人競賽不僅考驗參賽者的知識和操作能力，還考驗參賽者的團隊協作、領導能力等，這對參賽者未來的發展很有幫助。

2 VEX機器人教育及其背景

VEX機器人及VEX機器人大賽? VEX機器人誕生于美國，是美國太空總署等八部門大力支持的機器人項目。雖然VEX在知名度上比不上樂高，但是VEX不同于樂高，機器人僅是樂高的其中之一，而VEX-IQ的身份是專業教育機器人套裝。美國的很多“常春藤”大學進行機器人教育開發時，主要選擇VEX系列套裝教材作為教學工具。

VEX機器人大賽的主要目的是培養學生對科學技術、數學以及工程等領域的興趣，培養學生的創新能力以及團隊協作精神，是世界級的大賽。2006年，中國科協將此項目引進國內，每年的VEX機器人比賽在主題和比賽規則上都會做改變，因此，對于參賽者來說，每一年的比賽都是一個新的挑戰，從這里也可以看出比賽的公平性，這對激發參賽者的潛力有非常大的幫助[1]。

VEX機器人教育? 目前，VEX機器人教育主要以學校社團的形式在各中小學中進行，其主要目的是參加VEX機器人競賽。VEX機器人教育與傳統課堂教育有區別，不同于傳統課堂教學模式主要是教師講、學生聽，VEX機器人教育更注重于培養學生獨立自主的能力，讓學生自己在實踐中學習，打破了傳統課堂中的枯燥無味，更能激發學生的學習興趣。而且，學生在學習過程中應用所學知識進行實踐操作，不但能提升操作能力，而且能鞏固物理、數學等基礎理論知識。

國外中小學機器人教育現狀? 國外機器人教育由于發展比較早，且受到國家高度重視，美國、英國、法國、德國、日本等國家已經將機器人教育納入中小學必學課程。例如：早在20世紀80年代末，英國就將機器人教育加入中學課程來傳授機器人知識;日本EK、榮光、ZMP和Learning Systems四公司于2002年7月25日聯合成立“機器人科學教育團體”，該組織主要是開發機器人教育課程。由此可知，許多發達國家都非常重視中小學機器人教育[2]，這與國內中小學機器人教育主要以課外活動的方式進行有所不同。

國內中小學機器人教育現狀? 我國第一所開展中小學機器人教育的學校是北京市景山學校，在2000年的時候，該校將機器人普及教育納入信息技術課程，以科研課題的形式進行運作。從此，中小學機器人教育正式在我國拉開序幕，越來越多的中小學校加入機器人教育的行列[3-4]。近些年來，由于新課程改革的不斷深入，我國機器人教育發展的步伐也不斷加快，但是總體來說還是處于初始階段，還有許多問題有待研究解決。

3 VEX機器人教育教學校本課程開發

VEX機器人教學校本課程開發意義? 我國VEX機器人教育起步晚，機器人教學還是處于起步階段，VEX機器人教育還是以參加比賽為目的，并沒有統一的教學目標、教學方法以及教學評價等，而這些都會給VEX機器人教學的開展帶來困擾。如對參加比賽的情況而言，由于每次比賽的項目不一樣，學習的知識會有部分差別，有的學生學過了，而有的學生沒有學過，會給教師的授課帶來困擾，這也是VEX機器人教育沒有能普及的原因之一。因此，有統一的教學標準是非常有必要的，它可以讓教師很清楚地知道該教什么，以什么方式去教，讓學生學習到什么樣的知識等。

VEX機器人教育校本課程開發內容? VEX機器人教學的目標不僅是傳授機器人技術的基本知識，更深層次的目標是培養學生的創新能力和實踐能力。在VEX機器人教育開發過程時，首先要考慮VEX機器人教育的教學任務和教學目標。開展VEX機器人教育的主要目標是講授VEX機器人的基礎原理，進而培養學生的創新精神和發現問題并解決問題的能力。下面主要來探討開發VEX機器人校本課程的幾個關鍵性問題。

1）主要任務。在VEX機器人教育過程中，不能僅運用傳統課堂中教師講、學生聽的模式，應該由教師引導學生接觸并學習VEX機器人的相關知識，并學習簡單的程序編寫，然后以實踐的方式讓學生自主編程、運行教育機器人，培養學生實踐和處理問題的能力，并培養他們的團隊協作意識。知識傳授只是教學過程中的一個方面，在VEX機器人校本課程開發中，教學設計的主要任務目標不是知識傳授，而是針對培養學生團隊協作意識、創新精神和綜合實踐能力的教學活動和教學組織形式的設計。

2）教學目標。目前新式課程的教學目標包括知識、技能、情感態度。但是，在傳統教學中，中小學課程的教學目標主要是涉及知識這個維度目標，基本上很少涉及技能目標和情感態度目標的建立。目前，我國中小學教育還是主要看重考試成績，基本上就是一個學生學習好壞的標準，這個教育評價方式存在偏頗，缺乏對學生創新精神等方面的培養，有可能使學生逐步變成一個“書呆子”。

因此，在教育模式的改進上，VEX機器人教育更應該關注中小學生技能和情感態度這兩個維度目標的建立。學校的教育不應該僅是把知識教給學生，更應該教學生怎么才能自己去獲取知識，在發現知識的過程中找出問題并去解決問題;同時讓學生了解到團隊的重要性，培養學生的團隊協作意識。這些理念融入VEX機器人教學校本課程開發中，知識目標、技能目標、情感目標建立得相互交融、相互促進，才能達到更好的教學效果。知識目標、技能目標和情感態度目標的訓練實踐如下。

①知識目標是讓學生了解VEX機器人的基本原理和工作的方式，為學習VEX機器人打好基礎。機器人的基本概念主要涉及傳感器、電動機和杠桿等基本知識。在基礎階段，只需要學生了解VEX機器人相關的基礎概念，在這個年齡階段吸收、理解這些基本概念。

②在VEX機器人教育中，技能目標也非常重要。為了培養學生的實踐操作能力，在教育過程中主要是以學生實踐的方式進行。學生通過為機器人編寫程序和測試程序的過程，可以提升邏輯思維能力、發現問題并解決問題的能力等。而且編寫程序會使用到電腦，可以提高學生的計算機應用能力，培養學生的信息素養。

③在機器人組裝和編寫程序過程中可以發揮學生的創造能力，并培養他們的創新意識和創新精神。而且由于VEX機器人教育需要用到價格比較貴的教育機器人，很難保證學生人手一套教育器材，因此可以通過分組的形式將學生分成幾個小組，讓小組成員自己分配任務，完成機器人的組裝及程序編寫，這樣可以培養他們的協作能力，拉近學生之間的關系。另外，不定時地組織小組之間的比賽，培養學生的競爭意識。

3）教學方法。傳統教學的講授式是VEX機器人教學校本課程中的一種輔助方式。VEX機器人教學過程可以通過活動、項目、任務和比賽等豐富多彩的方式進行。如在認識機器人的課程中，可以帶領學生到科技館、研究所、高校參觀交流互動，通過活動的方式讓他們了解機器人的相關知識，激發學生的學習興趣。

4）教學評價。在教學評價中，不僅要考慮學生是否已經完成作品，更應該關注學生在學習過程中的情況。如有的學生雖然沒有很好地完成自己的作品，但是在學習過程中有求知的欲望，經常向教師討教知識，并積極地與其他學生進行交流學習。在評價中，教師可以選擇將學生學習的過程記錄在冊。在每次實驗過后，要求每組學生寫一份實驗報告，主要記錄每位組員的參與情況，并記錄每位組員在這次實驗中的學習心得與收獲等，再綜合學生作品的完成情況，對學生進行一個總的評價。

課程案例：機器人走直線? 機器人走直線是機器人教育最簡單的一個內容，主要內容是組裝機器人以及編寫能讓教育機器人實現走直線這個功能的程序。現在就VEX機器人教學校本課程的開發內容，簡單地設計機器人走直線這個知識點的教學過程。

本次課程運用的教具有VEX-IQ教育機器人和電腦，需要學生對VEX-IQ教育機器人的結構和程序編寫有一定認識。首先將學生分成若干個小組，每組四個學生，并選定一名學生擔任本組組長，負責本組的統籌工作。

1）課程主題：機器人走直線。

2）教學目標：表1。

3）課程流程。

①新課引入。首先由教師通過視頻向學生展示機器人在大型工廠的應用情況，讓學生直觀地了解機器人，激發學生的學習興趣，引入新課。

②教師授課。由于學習需要用到VEX-IQ教育機器人，學生需學會組裝教育機器人。目前VEX機器人都是用C語言程序進行編程，學生需要了解C語言程序的編寫環境以及編譯方法。這部分授課的主要內容是教師引導學生組裝教育機器人以及C語言程序的編寫環境和編譯方法，并對機器人走直線這個動作的程序進行重點教學。

在完成以上任務后，教師發布任務，由學生小組自行組裝VEX-IQ教育機器人并編寫能使教育機器人實現走直線這個功能的程序，時間限定為30分鐘以內。在能實現功能的情況下，越快越好。

③學生活動。學生在收到任務后，自行組織小組成員組裝機器人并編寫程序。如某個小組有關于組裝機器人以及程序編寫的問題，可以向教師尋求幫助，教師可以解答，但是會根據小組提問題的情況在最后的評價中相應扣分。

④任務評價。本次任務評價結合完成時間排名、機器人組裝情況和程序是否能實現功能等情況來評定，將所得分數記錄到表2中。

對完成時間排名，第一和第二名記20分，第三到第五名記17分，第六至最后一名記15分，未按規定時間完成記10分。對機器人組裝情況，組裝正確，記30分;組裝不正確，由教師在20～29分內酌情給分。對程序是否實現功能，若能實現功能，記50分;若未能實現功能，則根據程序錯誤情況，在20～49分內酌情給分。對是否求助，若有求助，則根據求助情況扣1～5分。當然也不是不認可學生的求助行為，還是鼓勵學生應善于提問。最后的總分為前三項之和減去最后一項。

⑤小結。由表現得最好的小組上臺演示他們的作品，并分享他們小組完成作品過程中的分工合作情況。最后由教師對各組情況進行點評并總結。

4 結語

本文對VEX機器人教育課程開發中的內容作了論述，對VEX機器人教育校本課程的主要任務、教學目標、教學方法及教學評價進行了相關討論，教學的主要任務是培養學生的創新精神和綜合實踐能力。目前，我國VEX機器人教育也取得不小的成績，但與美日等發達國家還有差距，教育工作者仍需不斷改進教學方法、教學模式。在國家的逐漸重視下，相信在不久的將來，我國的VEX機器人教育定會更上一層樓！■

參考文獻

[1]裘國永，李玉紅.中學VEX機器人教育的PBL教學模式探索及影響分析[J].現代中小學教育，2017，33（7）：70-75.

[2]王海芳，李鋒，任友群.關于中小學機器人教育的思考與分析[J].全球教育展望，2009，38（4）：81-84.

[3]張新，秦志強.小學教育本科專業開設機器人課程的探索[J].當代教育理論與實踐，2010，2（4）：1-3.

[4]胡兵華，何少莎，王小根.中小學機器人教育的校本課程開發探討[J].中國教育信息化：基礎教育，2009（1）：15-17.