運用機器人進課堂 培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)

張 毅，張忠欽

(1.山東省青州市海岱學(xué)校;2.山東省青州市教育局，山東 青州 262500)

按照國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要 (2010－2020年)對教育信息化建設(shè)和青少年科學(xué)養(yǎng)成教育的要求:在中小學(xué)進行普及機器人文化的探索，開發(fā)機器人文化所蘊涵的豐富的教育資源，發(fā)掘機器人文化的教育功能和教育價值，對促進教育的創(chuàng)新和發(fā)展，提高中小學(xué)生綜合素質(zhì)，加快創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)，具有重要的現(xiàn)實意義和深遠的歷史意義。在課堂教學(xué)中，圍繞素質(zhì)教育的要求，讓機器人走進課堂，通過機器人教學(xué)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)方面進行探索和研究具有深遠的意義。

一、讓機器人課堂啟迪學(xué)生思維與想象的空間

機器人教育是學(xué)校開展科技教育的有效途徑。興趣是創(chuàng)新探索的動力，每一個學(xué)生在學(xué)習(xí)探索上的差別，主要是個性和興趣的差別。如果學(xué)生具有濃厚的學(xué)習(xí)興趣，探求知識便會成為一種自覺的行為和樂趣。機器人項目是極富挑戰(zhàn)性的新技術(shù)，對于好奇心強、具有強烈求知欲望的中小學(xué)生而言，通過機器人教學(xué)，學(xué)生會對機器人技術(shù)和文化產(chǎn)生濃厚的探索興趣，而且會將這種興趣逐步擴展到對其它科技知識的探索中去。

在機器人教學(xué)過程中，首先要注重培養(yǎng)學(xué)生對機器人的興趣和愛好，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中體驗快樂。上課時，留給學(xué)生足夠的想象空間，給他們提供開發(fā)思維的平臺。例如:在教學(xué)“認識機器人零件”一課時，由于是第一次接觸機器人，學(xué)生們表現(xiàn)出前所未有的興奮，上課一開始，教室里已是一片歡呼吵鬧聲。學(xué)生們興高采烈，躍躍欲試，紛紛開始“欣賞”機器人零件。面對這個局面，如果按照上課的常規(guī)，首先整頓課堂紀律，就會破壞了學(xué)生對機器人的好奇神秘感，而學(xué)生此時躍躍欲試的心情，正是培養(yǎng)他們機器人學(xué)習(xí)興趣最好的時機。在這種高漲的情緒下學(xué)習(xí)，教學(xué)效果必然會大有提高。于是教師布置了第一個學(xué)習(xí)任務(wù):“同學(xué)們這么喜歡機器人，首先讓我們給它的每一個零件取個名字吧，把它寫在紙上，看誰起得最多且最有創(chuàng)意?！比蝿?wù)布置以后，學(xué)生從無秩序的亂翻機器人零件，馬上轉(zhuǎn)變成有意識地為它們?nèi)∏∪缙浞值拿至?。一番議論之后，富有創(chuàng)意的零件名字就紛紛誕生了，如“條子、塊子、輪子、牙齒、拉手”等，然后通過大家交流，統(tǒng)一意見，再結(jié)合機器人教材，同學(xué)們?yōu)闄C器人的零部件起了易懂易記的名字。接著又布置第二個學(xué)習(xí)任務(wù):“根據(jù)剛才同學(xué)們起的名字，請你們?yōu)檫@些零件分類，看看每一類零件有什么異同之處?！睂W(xué)生們認真地整理雜亂無章的零件，仔細的區(qū)別和分類，互相討論零件的種類和具有的特點。在總結(jié)時，讓學(xué)生解決“誰能幫我找到四個樂高機器人的條子?”、“這兩種插銷除了顏色不一樣，還會有什么不同之處，為什么要制造一樣的零件?”等問題，課堂學(xué)習(xí)氣氛異常熱烈，學(xué)生在“玩”中玩出了精彩，掌握了知識，教學(xué)任務(wù)完成的非常順利。學(xué)生張燕說:“在機器人教室，我覺得一直處于高度興奮狀態(tài)，而且發(fā)現(xiàn)課上得特別快，一節(jié)課不知不覺就過去了?！睂W(xué)生李志凱說:“我最喜歡上機器人課了，我們自己想、自己做，同學(xué)們都感覺到了巨大的快樂?！蓖瑢W(xué)們常為自己取得的成功而歡呼，也為別人的進步而鼓掌，機器人教室成了求知、探索的課堂。

為了讓學(xué)生能夠持久地保持對機器人課程的熱情，要特別注重激發(fā)學(xué)生自身的學(xué)習(xí)動力，讓學(xué)生真正成為課堂學(xué)習(xí)的主人。采用任務(wù)驅(qū)動的方法，讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)任務(wù)，帶著任務(wù)去看書、查閱資料、研究實物，最后自己找到方法和結(jié)論。一開始學(xué)生不習(xí)慣這種方法，總是等著老師把各種方法講給他們聽。教師把學(xué)習(xí)任務(wù)和目標交待給他們，讓他們自己去探索和討論。他們發(fā)現(xiàn)在機器人課上等答案是不可能的，只有自己發(fā)揮想象力去思考，動手去實踐才是正確的選擇。于是自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣便在無形中養(yǎng)成了。當學(xué)生對于自己的思路不是很自信時，老師一般不會輕易否決他們的方案，而是讓他們再想想、再試試。有一次布置了利用機器人爬樓梯的項目，老師沒有介紹一共有多少種思路和方法，讓學(xué)生自己去研究解決。同學(xué)們八仙過海，設(shè)計出了許多方法，有些方法教材上也沒有，甚至連老師都沒有想到。

在機器人課堂中，把研究和探索的空間留給學(xué)生，讓學(xué)生自己去判斷對與錯，不同的學(xué)生探索問題與解決問題的過程和方法盡管不同，但恰恰是這些不同培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。機器人走進課堂，教師扮演了引領(lǐng)者的角色，引導(dǎo)學(xué)生的思維與想象，充分發(fā)揮學(xué)生參與的主動性與積極性，不僅能使學(xué)生對機器人產(chǎn)生濃厚的興趣，而且激發(fā)了學(xué)生對科技知識的探求欲望，對學(xué)生以后的學(xué)習(xí)志向會起到潛移默化的作用。

二、讓機器人課堂成為培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新能力的平臺

智能機器人是一門具有綜合性、前瞻性、創(chuàng)新性和實踐性的信息技術(shù)學(xué)科，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的前沿。運用機器人教學(xué)，通過充分的自主體驗，可以培養(yǎng)和提高學(xué)生的手腦協(xié)調(diào)能力、思維創(chuàng)造能力、團體協(xié)作能力。

按照機器人課程的要求，創(chuàng)造性地組織學(xué)生在機器人課堂上進行自主實踐體驗，是開展機器人課堂教學(xué)的關(guān)鍵。為此，應(yīng)設(shè)計靈活多樣的機器人教學(xué)形式，根據(jù)機器人教學(xué)內(nèi)容，選擇不同的地點上課。例如在機器人實驗室、計算機機房、室外走廊、學(xué)校操場等地方，進行滅火、足球、創(chuàng)意、障礙賽等各種機器人教學(xué)和比賽。由于機器人課不再局限于教室，而是穿梭在走廊、實驗室、機房等地方，開放式的機器人教學(xué)帶來了意想不到的效果。驚喜的笑聲、熱烈的討論、專心的思考、反復(fù)的探索，整個機器人課堂活了。與此同時，筆者專門開展了智能機器人研究性學(xué)習(xí)活動。從各個班中挑選思維能力和創(chuàng)新能力強的學(xué)生，組成機器人研究學(xué)習(xí)小組，利用課余、周末、假期等時間，開展深層次的機器人學(xué)習(xí)和課題研究。同學(xué)們在反復(fù)調(diào)試的過程中，更加熟悉了機器人的性能和結(jié)構(gòu)，摸索出了編程解決問題的實用技巧。

靈活多樣的機器人教學(xué)形式，讓學(xué)生在愉快的環(huán)境中既掌握了知識，又養(yǎng)成了科技探索的能力，機器人走進課堂成為學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有效載體。

目前機器人技術(shù)已融入到社會生活的各個角落，學(xué)生在學(xué)習(xí)和生活中會不同程度地接觸到機器人技術(shù)。讓學(xué)生充分體會到機器人技術(shù)與社會進步發(fā)展的重要關(guān)系，培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，是機器人教學(xué)的一項重要任務(wù)。在學(xué)生基本掌握機器人的性能之后，教師適當布置了一些學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生觀察學(xué)校、家庭、社會各個場所的機器人應(yīng)用技術(shù)，并寫出觀察記錄和研究報告。對于能力強并有條件的學(xué)生，讓他們在自己家里用電腦獨立編程，回學(xué)校后再調(diào)試。同學(xué)們通過認真的觀察，上網(wǎng)搜尋資料，認識到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們的衣食住行中都應(yīng)用了大量的機器人技術(shù)，許多同學(xué)認真寫出了調(diào)查報告。馬永剛同學(xué)通過觀察探索，自己組建了一個可以跳舞的機器人，參加了濰坊市中小學(xué)生科技節(jié)和機器人創(chuàng)意大賽，獲得了最佳創(chuàng)意獎。很多學(xué)生設(shè)計了很好的機器人創(chuàng)意，參加了縣市組織的科技創(chuàng)新大賽。機器人為學(xué)生們提供了這樣一個平臺，他們的創(chuàng)造思維和科學(xué)素養(yǎng)得到了充分發(fā)展和提高。

三、讓機器人課堂培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度

機器人課不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力，而且在不斷的體驗中培養(yǎng)了學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度。

在機器人教室，筆者經(jīng)常與同學(xué)們一起蹲在地上探討有關(guān)機器人的具體問題，各抒己見，氣氛非?；钴S，有時會爭論的臉紅脖子粗。一次在討論機器人為什么不能走直線的問題時，同學(xué)們對問題是出在機械搭建還是馬達功率的問題上分歧很大。機器人走直線是完成其他任務(wù)的基礎(chǔ)，只有走直線，機器人才會在可預(yù)料的情況下運行。我覺得這些問題只有讓事實說話，答案才最可信，于是說:“問題到底是出在哪里呢?是機械搭建還是馬達輸出功率?讓我們一起來實踐和討論吧?！睂W(xué)生分成了兩組，針對問題進行研究。經(jīng)過試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個因素對機器人走直線都會產(chǎn)生影響。諸如此類的問題，同學(xué)們在不斷地爭論、不斷地實踐、不斷地被事實驗證的過程中，形成了一種細心、求實、一絲不茍的科學(xué)態(tài)度。

[1]國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要 (2010－2020年)[Z].[2012－10－14].http://www.gov.cn/jrzg/2010－07/29/content_1667143.htm.

[2]畢樹生，宗光華.微操作機器人系統(tǒng)的研究開發(fā)[J].中國機械工程，1999，(9).

[3]智能機器人學(xué)習(xí)在信息技術(shù)教學(xué)中的實踐與探索[EB/OL].[2012－07 －12].http://www.hsyz.org.cn/xxzx/article.php?id=55.