中小學(xué)開展智能機(jī)器人教育的實(shí)踐研究

　　認(rèn)知心理學(xué)等研究表明：興趣、自學(xué)能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)造能力、協(xié)作能力、挑戰(zhàn)精神、信念、意志力等影響人一生成就的內(nèi)在素質(zhì)的最佳培養(yǎng)期是在小學(xué)和中學(xué)。智能機(jī)器人融合光電傳感技術(shù)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)原理、電子技術(shù)、電腦編程技術(shù)、單片微電腦技術(shù)、人工智能等最前沿技術(shù)于一體，無論在形式上、內(nèi)容上，還是方法以及手段上，都符合青少年的這個(gè)最佳發(fā)展期?，F(xiàn)今智能機(jī)器人大賽是繼航模、車模、四驅(qū)車、小電子制作、無線電測(cè)向運(yùn)動(dòng)后又一項(xiàng)適合青少年開展的高科技活動(dòng)項(xiàng)目，是青少年及發(fā)明愛好者掌握未來科技，加強(qiáng)動(dòng)手能力的活動(dòng)平
　　臺(tái)，也是學(xué)校進(jìn)行素質(zhì)教育、創(chuàng)新教育的方式。
　　
　　智能機(jī)器人課程開設(shè)的意義
　　
　　信息技術(shù)課堂教學(xué)改革特別強(qiáng)調(diào)注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的培養(yǎng)，注重學(xué)生體驗(yàn)、感悟和實(shí)踐的過程，注重學(xué)生個(gè)性的健康發(fā)展和對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力的培養(yǎng)。智能機(jī)器人教學(xué)非常有利于貫徹這一理念。
　　國(guó)外機(jī)器人教學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，機(jī)器人競(jìng)賽不僅活動(dòng)主題有趣，更重要的是其問題解決方案是開放性的，學(xué)生可以用不同的方法達(dá)到同一個(gè)目標(biāo)。因而智能機(jī)器人活動(dòng)能激發(fā)學(xué)生充分發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的開放性思維。在機(jī)器人教學(xué)中，學(xué)生通過動(dòng)手實(shí)踐獲取知識(shí)。他們就像真正的工程師一樣，針對(duì)項(xiàng)目主題進(jìn)行研究、策劃、設(shè)計(jì)、組裝和測(cè)試。他們以小組為單位，使用積木、傳感器、馬達(dá)及齒輪等組件設(shè)計(jì)自己的機(jī)器人，并為機(jī)器人編寫程序，讓它完成自己想讓它做的事情。孩子們通過主動(dòng)探索、動(dòng)手實(shí)踐，親身體驗(yàn)抽象的理論如何變成了觸手可及的答案，享受成功的興奮。在組裝智能機(jī)器人活動(dòng)過程中，學(xué)生不僅可以學(xué)到有關(guān)機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等技術(shù)知識(shí)，還可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、協(xié)作能力和創(chuàng)造能力，使學(xué)生在對(duì)智能機(jī)器人的極大興趣中不斷地探索、研究、實(shí)驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)自己的新創(chuàng)意、新設(shè)想、新設(shè)計(jì)。
　　
　　智能機(jī)器人課程與信息技術(shù)課程之間的關(guān)系
　　
　　智能機(jī)器人課程的內(nèi)容決定了它與信息技術(shù)課程的關(guān)系是比較緊密的。當(dāng)前我們的課程設(shè)置中沒有智能機(jī)器人課程計(jì)劃，怎么辦？可以把智能機(jī)器人課程包含在信息技術(shù)課程計(jì)劃中，通過壓縮信息技術(shù)課程課時(shí)，適當(dāng)刪減和調(diào)整信息技術(shù)課堂教學(xué)內(nèi)容，來完成一定量的智能機(jī)器人課堂教學(xué)。從近兩年的信息技術(shù)教學(xué)反饋來分析，在開設(shè)智能機(jī)器人課程前后，學(xué)生對(duì)常規(guī)信息技術(shù)知識(shí)的掌握沒有下降，應(yīng)用能力反而大大加強(qiáng)了，表現(xiàn)在對(duì)實(shí)際問題的分析與理解更準(zhǔn)確、深入。學(xué)生對(duì)信息技術(shù)課依然非常熱愛。
　　當(dāng)然，為了加強(qiáng)信息技術(shù)課的教學(xué)，我們也在考慮是否應(yīng)改變這一做法，如是否可以把新課程標(biāo)準(zhǔn)下的“地方課程”拿出一部分來用于實(shí)施智能機(jī)器人教學(xué)，這樣，就不用再占用信息技術(shù)課的教學(xué)時(shí)間。
　　
　　智能機(jī)器人的器材管理
　　
　　機(jī)器人課堂教學(xué)中除使用核心模塊外，一般還要用到各種各樣的零配件。以納英特積木式智能機(jī)器人為例，除核心基礎(chǔ)套件外，還有用于搭建的積木套件和各種傳感器，學(xué)生在裝配機(jī)器人、調(diào)整修改、欣賞學(xué)習(xí)、搬運(yùn)等過程中容易出現(xiàn)零配件缺損。因此，器材管理到位是使教學(xué)正常進(jìn)行的重要保障。
　　針對(duì)上述這些情況，我們建議各學(xué)校，制訂《智能機(jī)器人操作手冊(cè)》和《智能機(jī)器人活動(dòng)手冊(cè)》，并且可以以小組的方式發(fā)放，要求學(xué)生嚴(yán)格按照手冊(cè)條例使用和管理器材。依據(jù)操作手冊(cè)，我們對(duì)這兩個(gè)小組的相關(guān)責(zé)任人員進(jìn)行處理，這不但教育了學(xué)生，更促進(jìn)了器材的規(guī)范管理。
　　《智能機(jī)器人操作手冊(cè)》通過具體的規(guī)章制度來規(guī)范學(xué)生的課堂活動(dòng)，以培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣，并保障機(jī)器人器材的完好。其具體內(nèi)容有：課堂活動(dòng)分組要求；小組成員分工及相關(guān)職責(zé)；智能機(jī)器人活動(dòng)步驟；智能機(jī)器人搭件、調(diào)試要求；智能機(jī)器人競(jìng)賽場(chǎng)地規(guī)格及使用要求；智能機(jī)器人器材出借要求；課堂表現(xiàn)獎(jiǎng)勵(lì)和懲罰機(jī)制；智能機(jī)器人器材保管責(zé)任條例；學(xué)員評(píng)價(jià)操作細(xì)則；“機(jī)器人小小工程師”評(píng)選規(guī)則等。
　　《智能機(jī)器人活動(dòng)手冊(cè)》用于記載每次活動(dòng)的情況，具體內(nèi)容有：活動(dòng)時(shí)間登記表；活動(dòng)過程記錄表；研究成果匯總表；總結(jié)評(píng)價(jià)表（自評(píng)、互評(píng)、師評(píng)）；附件清單（相關(guān)數(shù)據(jù)資料）；設(shè)備使用反饋單；特殊器材申領(lǐng)單等。要求學(xué)生每節(jié)課對(duì)有關(guān)項(xiàng)目都要及時(shí)記錄，并分析整理出經(jīng)驗(yàn)、體會(huì)，以培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。
　　
　　智能機(jī)器人教學(xué)場(chǎng)地的設(shè)計(jì)
　　
　　在機(jī)器人課堂教學(xué)初期，我們深為缺乏機(jī)器人活動(dòng)和比賽的場(chǎng)地發(fā)愁。在教學(xué)實(shí)踐中，我們探索出以下幾種解決方案。
　　1.在教室內(nèi)就地取材。例如機(jī)器人走迷宮，可以讓學(xué)生用自己的凳子隨意在地面上組合成一個(gè)迷宮。這不僅解決了場(chǎng)地問題，而且學(xué)生在組合迷宮的過程中，既要設(shè)計(jì)機(jī)器人行進(jìn)的路線，分析自己搭建的場(chǎng)地是否合理，又要反思自己的編程設(shè)計(jì)能否解決問題，這對(duì)學(xué)生提高分析能力、鞏固知識(shí)很有幫助。
　　2.采用簡(jiǎn)易材料制作小型活動(dòng)場(chǎng)地。例如杭州留下鎮(zhèn)中心小學(xué)“機(jī)器人小導(dǎo)游”項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)的情境是由機(jī)器人帶領(lǐng)游客瀏覽一到兩個(gè)景點(diǎn)。我們直接在地面上貼上三塊不同顏色的圓形貼紙，紙上寫著地名作為旅游景點(diǎn)。學(xué)生調(diào)整好的機(jī)器人在該場(chǎng)地上由第一個(gè)圓進(jìn)入到第二個(gè)圓，停頓數(shù)秒后再轉(zhuǎn)入第三個(gè)圓，效果非常好。同理，根據(jù)機(jī)器人任務(wù)的不同，我們可以相應(yīng)使用塑料、卡紙、瓶罐等材料，直接在紙上或地面上制作出簡(jiǎn)易的小型活動(dòng)場(chǎng)地，滿足課堂教學(xué)需要，實(shí)現(xiàn)低成本高效率。
　　3.標(biāo)準(zhǔn)比賽場(chǎng)地。由專業(yè)人員制作一些木制比賽場(chǎng)地，這些場(chǎng)地的材料較好，制作比較精細(xì)，可以用作課堂教學(xué)中的比賽及專業(yè)競(jìng)賽。可以制作一些國(guó)內(nèi)或省內(nèi)常規(guī)比賽必用的一些場(chǎng)地或典型項(xiàng)目的場(chǎng)地，如機(jī)器人迷宮場(chǎng)地、機(jī)器人滅火場(chǎng)地、機(jī)器人足球場(chǎng)地等，這些場(chǎng)地不僅可以用于教學(xué)，也可以作賽前調(diào)試用，實(shí)用價(jià)值比較大。
　　總之，在機(jī)器人活動(dòng)場(chǎng)地問題上，我們的經(jīng)驗(yàn)是“根據(jù)學(xué)校實(shí)際，逐步到位；老師和學(xué)生共同設(shè)計(jì)制作；因地制宜，靈活實(shí)施”，從而以較低的代價(jià)取得了滿意的課堂效果。
　　
　　學(xué)校開展智能機(jī)器人活動(dòng)的條件
　　
　　2003年浙江省教育廳教研室開展了機(jī)器人進(jìn)課堂的課題，參與的學(xué)校非常踴躍，在2004年6月進(jìn)行了結(jié)題報(bào)告會(huì)，不僅有學(xué)校的機(jī)器人公開課，也有課題參與老師的結(jié)題報(bào)告。在課題開展過程中，大家一致認(rèn)為機(jī)器人一定能進(jìn)入課堂，但實(shí)現(xiàn)起來也不是一件容易的事，需要教育行政部門及學(xué)校的努力。要使機(jī)器人盡早進(jìn)入課堂，還要取決于下列因素。
　　1.行政限制：機(jī)器人教學(xué)內(nèi)容有沒有在正式的教材中出現(xiàn)，上級(jí)教育行政部門有沒有把配備機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室作為一個(gè)學(xué)?，F(xiàn)代教育技術(shù)的配備標(biāo)準(zhǔn)來考核。
　　2.觀念遲滯：學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)有沒有認(rèn)識(shí)到機(jī)器人教學(xué)對(duì)中小學(xué)學(xué)生信息素養(yǎng)培養(yǎng)的巨大作用，有沒有看到機(jī)器人教學(xué)的巨大前景。
　　3.資金制約：機(jī)器人雖然能邁入學(xué)校、走進(jìn)課堂，但由于總體配置價(jià)格比較高，因此不可能作為一個(gè)兒童玩具一樣在學(xué)生中推廣開來。當(dāng)然，和學(xué)校投入現(xiàn)代教育技術(shù)上所花的錢相比，機(jī)器人教學(xué)的設(shè)備投入其實(shí)還是很小的。
　　智能機(jī)器人的出現(xiàn)，給中小學(xué)的信息技術(shù)教學(xué)帶來了一個(gè)更寬廣的領(lǐng)域，值得有條件的學(xué)校去發(fā)現(xiàn)、去挖掘。
　　我們深知當(dāng)今的教育是為今后經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展打基礎(chǔ)的，所以人才培養(yǎng)的滯后性時(shí)刻提醒我們要有超前意識(shí)，特別是在內(nèi)容的選擇上一定要有超前意識(shí)。我國(guó)的智能機(jī)器人教育剛剛起步，智能機(jī)器人教育的發(fā)展需要有膽識(shí)的教育決策者、教育領(lǐng)導(dǎo)者和教育工作者的共同關(guān)注，從未來社會(huì)對(duì)人才培養(yǎng)的需求出發(fā)，我們希望能夠抓住這一教育改革創(chuàng)新的先機(jī)，推進(jìn)我國(guó)素質(zhì)教育的可操作性實(shí)踐發(fā)展，使教育方法和教育手段更加符合高素質(zhì)人才培養(yǎng)的需要，讓我國(guó)智能機(jī)器人教育走在世界的前列。