高中機器人教學中的創客教育探究

馬小麗

【內容摘要】進入二十一世紀，自動化、智能化科技成果逐步在社會各領域生根開花，其中，“機器人”一詞的熱搜量始終居高不下，在這一背景之下，機器人課程走進高中學生視野。為了讓更多的學生對機器人課程產生濃厚的學習興趣，教師圍繞學生的主觀意愿，以培養學生的創造創新能力以及自主探究能力為著眼點，將“創客教育”理念滲透到教學當中，進而為全面型人才的塑造奠定了堅實基礎。

【關鍵詞】高中 ?機器人教學 ?創客教育 ?教學方法

創客教育是培養學生的創新、創業意識所需的知識、視野、能力等方面的一種教育行為，也是高中機器人教學中一種全新的教育教學理念。眾所周知，我國屬于制造大國，但是，如何在制造領域提高科技含金量，而成為“智造”強國，是近年來教育教學領域普遍關注的焦點問題。因此，對于高中機器人教師來說，應當基于創客教育理念，通過豐富多樣的教學方法，激發學生的創造創新欲望，使學生成為未來科技興國、科技強國的踐行者。

一、音畫相融，興趣激發

在高中機器人教學中踐行創客教育理念的前提是激活學生的興趣點，使學生對機器人課程充滿好奇心，基于此，教師在開展教學活動之前，需要做好充足的課前準備工作，將所要講述的機器人課程內容制作成視頻教學課件，通過搜索和網羅各種信息資源，充實和豐富課堂教學內容，進而吸引學生的注意力，以此提高教學效率，構建一個高效的機器人教學課堂。

以《觸摸機器人》為例，在講述本單元知識點時，教師將預先收集和整理的社會各個領域應用機器人的案例，通過多媒體教學設備展示在學生面前，以引發學生的情感共鳴，調動學生的積極性。機器人在工業、農業、科研、醫療、航空航天等領域得到廣泛應用，教師可以將機器人在農業生產領域的實際應用成果以視頻影像的方式展示出來。比如德國農業專家利用計算機技術、全球定位系統研制開發出能夠準確施用除草劑進行除草作業的機器人。機器人在農作物種植人員的引領下能夠獨立在田間行走，當機器人的智控裝置與GPS接收器感知到雜草信息時，執行程序就會準確劃定雜草區域，進而繪制出坐標定位圖，種植人員只需要將這些數據信息輸入到拖拉機上面的計算機當中，便可以自動完成除草作業，大幅提升了作業生產效率①。此外，農業機器人還包括利用顏色差異搭配機械手臂的甜椒采摘機、能夠精確高效完成溫室內灌溉工作的灌溉機器人、智能完成溫室內噴灑農藥的噴霧機器人等。通過展示機器人在農業生產領域的應用案例，能夠引起學生的好奇心，激發學生的獵奇心理，使學生心中萌生創造與創新欲望。

二、靈活互動，思維拓展

構建一個集趣味、互動、高信息容量的機器人課堂是機器人教學中一種慣用的教學方法，這種方法將師生之間建立了一種橋梁紐帶關系，并通過課堂的一問一答與正確引領和提示，拉近師生間的距離，同時，也能夠增強學生的自主探究意識，使學生在機器人教學當中，學到真知，親身感受到高科技給人們的生活帶來的巨大改變。

以《認識機器人》的單元知識點為例，本單元主要講述了機器人的概念，機器人工作原理與內部結構組成等內容。由于學生剛剛接觸新課程，對機器人的概念比較模糊，因此，教師應將學生作為課堂教學核心，從學生的主觀意愿出發，遵循“循序漸近、逐層遞進”的原則，設置一些課堂互動問題，逐步引領學生進入到神奇的機器人世界。

比如第一個問題應當突出學生的集體力量，盡量設置一個大部分學生所共知的簡單問題。教師：“請同學們想一想，在現實生活中，大家發現哪一個領域有機器人的身影。”學生甲：“去銀行辦理業務時，有專門為儲戶服務的智能機器人，它可以模擬人類語言，與儲戶進行簡單的語言交流。”學生乙：“在汽車制造領域，機器人手臂已經取代了人工操作，它可以按照指定的程序進行精細化操作，制造出精度高、質量好的汽車元器件。”接下來，教師圍繞著單元內容，加大互動問題的難度。教師：“請同學們觀看機器人的內部構造，然后說一說，機器人的工作原理。”此時，為了幫助學生快速解決問題，教師可以圍繞三個方面作出提示，第一方面是電池提供動力、第二方面是芯片控制、第三方面是計算機程序控制。通過教師的引導與提示，問題也會迎刃而解。通過這種師生互動的方法，使學生的拓展思維逐步打開，視野得以開闊，對培養和增強學生的創造與創新意識也將起到推波助瀾的作用。

三、實踐體驗，自主探究

體驗教學是機器人課堂的一種特色教學方法，也是創客教育理念的一個重要分支。在教學過程中，如果教師一味的采取理論灌輸式的教學方法，無益于學生吸收和掌握機器人的一些常識性問題，對激發學生的創造與創新熱情毫無幫助。因此，教師應當及時轉變思想觀念，將課堂主動權交給學生，給學生預留出足夠的課堂實踐時間，充分發揮學生的主觀能動性，幫助學生在科學探索的路途中欣賞到更多美麗的風景，使個人潛質與風采逐步浮出水面。

以《有“手臂”的投籃機器人》為例，本單元教學目標是學生能夠根據投籃機器人的結構分解圖，完成機器人作品的搭建，同時，使機器人能夠展示投籃功能。在學生進入到實踐體驗環節之前，首先準備好拼裝和搭建機器人的工具與材料，主要包括：機器人結構分解圖、樂高積木、RCX（可編程積木）、兩個驅動馬達。為了體現學生的主觀創造能力，教師應當扮演輔助指導角色，讓學生參照結構分解圖自行搭建與拼裝機器人，如果在操作過程中遇到困難，教師應及時進行指點與糾正，以保證學生順利完成拼裝任務。

比如事先準備的道具材料當中有兩個馬達，部分學生對兩個馬達的作用模棱兩可，當遇到這一問題時，教師應當及時予以講解。指出一個馬克專門用于驅動車子運動，而一個馬達則用于完成投籃動作。在教師的提示下，學生能夠加快拼裝速度，進而完成一個完整的投籃機器人作品。通過這種實踐體驗的方法，使學生對機器人課程產生濃厚的學習興趣，另外，也可以借助這一環節，為后續的實踐課程做好鋪墊，學生也可以利用課余時間，充分發揮想象力與創造力，拼裝出多種功能的實用型機器人②。

四、主題設計，參與實戰

基于創客教育理念，教師應當充分發揮學生的動手實踐能力，除了在教學課堂開展實踐活動外，也可以將實踐課堂延伸至課堂之外。比如學生在熟練掌握了機器人概念與工作原理后，可以通過視頻教學的方法，讓學生多看、多聽、多觀察、多想象，借助于各個領域的機器人制作實例，激發學生的創造意識，然后結合學生的知識運用能力與個人學習能力，為學生量身定制一個機器人設計主題，讓學生利用課余時間多動手、多動腦，在完成主題設計的同時，能夠產生更多的新創意、新點子。教師根據學生的作品，選擇優秀的學生代表參加本地區、國家乃至世界范圍內的機器人大賽，使學生能夠在各種賽事當中漸漸成長，漸漸成熟，漸漸成功，將個人創造力與創新力發揮的極致。

比如近年來比較有名的機器人賽事包括VEX（亞洲機器人聯盟）挑戰賽、FRC（國際9-12年級中學生機器人對戰賽）、FLL（FIRST機構與樂高集團組織的機器人挑戰賽）、國內青少年機器人競賽等，通過各種賽事的鍛煉，教師可以發現一些優秀人才，并為這些人才訂制專門的機器人課程，以進一步提高學生的自主創造與創新能力，為培養國家需要的專業型人才打好基礎。

結束語

目前，機器人課程在高中學生群體當中受眾度較高，倍受學生喜愛，因此，教師應當深入挖掘學生的個人潛質，在創客教育理念的引領下，逐步開拓學生的視野、增強學生的創造創新意識、提高學生的動腦動手能力，在為個人發展做好精心籌劃的同時，成為國家未來高科技領域的佼佼者。

【注釋】

① 毛蕾. 高中信息技術課程機器人創客教學設計研究[J]. 科普童話·新課堂（上），2019（10）：120.

② 賈金元、武小龍、武國偉. 面向創客教育的高中機器人教學與實踐研究[J]. 基礎教育參考，2017（22）.

（作者單位：山東省東營市第二中學）