基于創客教育的機器人教學實踐
——以“分類運輸機器車”的教學為例

蘇州大學實驗學校（215131）葉 紅 趙錫娟

近幾年，機器人教育逐漸成為中小學信息技術課程必不可少的內容。很多中小學信息技術教師在不斷探索將機器人教育融入學生學習生活中的策略，從而增強學生的動手能力、編程能力、創造能力和團隊意識，使學生在積極的探索和研究中落實自己的新創意、新設想和新設計。

創客教育是近年來新興的一種教育理念，基礎教育中的創客教育提倡培養學生發現問題并創造性地解決問題的能力。創客教育的出現為機器人教學提供了一種新的教學模式。以提倡“實踐、創新、分享”的創客教育指導課堂教學，可有效培養學生發現問題和解決問題的能力，鍛煉學生的動手能力和團隊協作能力，發展學生的創造性思維。

本文以創客教育為理論指導，以“分類運輸機器車”的教學為例，探討著重培養學生動手能力和創新思維的機器人教學。

一、學情分析

課前，教師應分析學生的學情和學習目標。本次教學的對象是初一社團學生。初一學生活潑好動，充滿強烈的求知欲望，而機器人課程對他們來說十分新鮮，他們非常感興趣。初一學生競爭意識強，喜歡挑戰，通過制作機器人并完成指定任務以及展示作品，可以增強他們的成就感及自信心。每個學生的能力和興趣不同，有的擅長文字表達，有的喜歡動手實踐，有的編程能力較強。因此，教師應讓學生根據自己的特長自由組隊。

在上本節課之前，學生已經掌握了顏色傳感器、巡線傳感器、表情面板等硬件的使用方法，還學會了編寫相關硬件所對應的程序。

二、教學目標

通過對“分類運輸機器車”的學習，能夠了解分類運輸機器車的搭建技巧，并總結分類運輸機器車的搭建原則與方法；能夠綜合運用相關的傳感器完成指定任務；能夠編寫程序實現指定任務，并通過作品展示，培養分享和創新意識。

三、教學準備

機器人教學中，教師如果把課前做好的機器人作品展示給學生，將會固化學生的思維，使學生不自覺地模仿這一作品。為了充分拓展學生的思維，激發學生的想象力，教師可在課前準備與教學內容相關的視頻資源。本次課，筆者在課前拍攝了一段“分類運輸機器車”的模擬運輸場景視頻（利用機械臂代替大型起重機，用木塊代替物品，用顏色區分物品類別），另外還拍攝了一段能夠識別不同顏色物品的機器車將物品運輸到指定地點的模擬場景視頻（如圖1-1和圖1-2）。

圖1-1 模擬運輸場景視頻截圖

圖1-2 模擬運輸場景視頻截圖

為了培養學生提出問題和解決問題的能力，將學生的思維過程可視化，筆者設計了一張任務設計解決表（如表1）。

表1 任務設計解決表

四、教學實施

（一）規劃設計，討論原則

明確學生的學習任務是保證課堂教學順利開展的前提，對此教師需對學習任務進行清晰闡述，讓學生能夠明確要做的事情。規劃是解決問題中的重要步驟，好的規劃等于成功的一半。通過填寫任務設計解決表，學生體會到了規劃的重要性，很好地培養了規劃思維。本次課中，筆者在學生明確了學習任務后，安排學生小組討論，形成初步的解決方案，并將其呈現在任務設計解決表中。

學生在小組討論的過程中會總結歸納出相關知識規律，而這些知識規律遠比教師講解的知識規律讓學生印象深刻。比如學生在討論分類運輸機器車的搭建的過程中總結出了分類運輸機器車的搭建原則。一是分類運輸機器車的車筐一定要能夠容納物品；二是在原車的基礎上安裝零件時必須考慮車子的穩定性和平衡性。這些是搭建分類運輸機器車時必須要遵守的原則，違背任何一個原則機器車都不算搭建成功。

（二）利用流程圖講解程序

機器人教學中最重要的環節是編寫程序，編寫程序是培養學生邏輯思維的重要途徑。機器人教學中，每個小組用到的傳感器可能不同，要搭建的車子可能不同，因而需要編寫的程序也可能不同，但解決問題的核心思想是一致的。在教學中，教師可利用流程圖來幫助學生厘清分類運輸機器車運行程序的編寫思路。本次課中，分類運輸機器車運行程序的編寫思路如圖2 所示，首先車子要從起點處開到目的地（這段程序是簡單的巡線程序）；其次車子要在目的地等待搬運物體，此時只要讓車子等待即可；最后需要判斷被搬運物體的顏色，并將相應物體運輸至目的地。該程序可以分三段來編寫，第一段是從起點到目的地的巡線程序；第二段是小車等待程序；第三段是判斷程序，判斷物體顏色并將相應物體運輸至目的地。每一段程序的編寫都會應用到以前講解過的知識。本次課注重讓學生綜合運用所學知識。利用流程圖來講解程序編寫思路，有利于培養學生的邏輯思維。

圖2 分類運輸機器車運行程序編寫流程圖

（三）動手實踐，分享交流

創客教育提倡“實踐、創新、分享”。在本次課中，待學生分析完問題后，筆者引導他們動手實踐，解決問題。小組成員根據分工，將分類運輸機器車搭建出來，編寫程序調試機器車運行，并在解決問題的過程中不斷完善任務設計解決表，待問題解決之后展示本組作品。展示與交流是機器人教學中的一個重要環節，一方面可以鍛煉學生的溝通表達能力，增強學生的學習信心；另一方面可以讓學生接受他人意見和建議，改進自己作品。創新不是悶頭實踐就能實現的，創新是一個厚積薄發的過程，它是在學習、借鑒、模仿的基礎上實現的。以下是展示小組1和小組2的作品（如圖3和圖4），以及他們分別對作品所做的介紹。

圖3 小組1搭建的機器車

圖4 小組2搭建的機器車

小組1：我們小組在基礎小車前面裝了一個圍欄，通過調試程序，讓車子停在目的地，當物體落在圍欄內時，顏色傳感器會識別它們的顏色，并通過后面的表情面板來顯示字符。

小組2：我們小組在基礎小車的前面裝了個框子，框子有一定的夾角防止物體掉落。車子在等待搬運物體時，若物體掉落就可以將其放到框中，然后進行顏色檢驗，并運輸至目的地。在表情面板后面加上零件，一是為了讓車子看起來炫酷，二是為了保持車體前后的平衡穩定。

五、教學反思

本次課中，學生分享、展示的作品都很不錯。有些學生使用了表情面板上的字符來表示不同顏色；有些學生有效利用了主控板上的顏色；有些學生選擇將物體放到車上，所以搭建了一個車架；有些學生選擇推拉物體，所以搭建了一個可以圍住物體的框子。學生還將程序編寫了出來。由于一節課的時間較短，學生雖然對自己的作品進行了改進，但是還沒能使它完美無瑕。

本次課采用的是任務驅動教學方式，通過引導學生完成任務，培養學生的問題解決能力和創新思維。在創客教育的引領下，教師的角色真正實現了由講解者到輔助者的轉變，學生也從聽講者變成了課堂的主人。通過教師的輔助，學生能在實踐中學習，在分享中學習，在合作中進步。