談中小學開設機器人普及課程的必要性

孫丹江

機器人教育現狀

近10年來，機器人競賽已成為我國青少年活動的一個品牌項目，機器人教育也隨之被學校、家長及社會認可和推崇，特別是在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和科學技術素養(yǎng)方面展現了它獨有的特性。但因為經費、教師、場地等緣故，目前僅有少數學校開展了機器人課程，但也僅限于幾個班或者少數年級，全面普及機器人教育的學校數量很少，絕大多數是以課外興趣小組、學科整合等方式存在，這樣就局限了機器人教育在中小學教育中所發(fā)揮的特性和價值。目前機器人教育主要有以下幾種形式：

（1）通過學校、少年宮、少科站等單位吸收機器人愛好者，組成智能機器人學習小組開展學習，并組織參加各類競賽活動。這種形式是機器人進入中小學最初、最多，也是最有效的方法。

（2）將智能機器人技術學習放入綜合實踐活動課或作為信息技術課的內容之一進入中小學課程教學。

（3）開設選修課，為機器人愛好及有特長的學生提供一個更深一步學習機器人技術的平臺。很多地區(qū)已經把機器人編進《通用技術》教材了。江蘇地區(qū)中小學信息技術中已設有機器人教學內容。

（4）機器人教育以研究性課程的形式進入中小學。由于研究性學習課程越來越受到重視，也由于機器人教育的長期性、個性化，決定了通過研究性學習形式推廣會更有利于對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

機器人課程開設的必要性

新課程改革下，要求教師的教學遵循以學生為主體、教師為引導者的教學理念。根據這一教學理念，我們的課堂教學方式采用“學習—動手—學習”的方式，將機器人基礎知識介紹、簡易機器人組裝及機器人程序教學3個環(huán)節(jié)用影像展示、實物演示的形式串接起來，讓學生更易懂易學，也體現了我校的教育理念——讓每一個孩子都快樂成長。機器人教育的意義主要體現在下列方面。

有利于智能機器人的發(fā)展

首先，讓學生較早地接觸機器人相關知識，使學生了解到智能機器人的發(fā)展與應用狀況，了解智能機器人的概念和工作方式，破除中小學生對智能機器人的神秘感，為進一步學習智能機器人有關知識打下良好的基礎。其次，在學習的過程中，學生會對智能機器人的研究深感興趣，為以后普及機器人的運用、提升機器人應用水平和研究的深入都大有裨益。相信長期堅持下去，中國機器人的發(fā)展一定會走在世界的前列。

有利于中小學生的發(fā)展

在中小學機器人教育活動中，學生必須自己親手設計與制作機器人，自己決定在組裝機器人的過程中需要用到哪些零部件。在計算機上設計相關程序，然后再不斷地進行試驗，不斷修改相關參數，實現最優(yōu)效果。在這個過程中，學生可以得到很多方面的鍛煉。

學生的知識得到鞏固與擴充。智能機器人是一種高度綜合的技術平臺，在學習的過程中，通過完成任務和模擬項目使學生在為機器人擴充接口的過程中學習有關數字電路方面的知識；通過為機器人編寫程序，不但學到了計算機編程語言、算法等顯性知識，更有意義的是通過為機器人編寫程序學到了科學而高效的思維方式、邏輯判斷思維、系統(tǒng)思維等隱性知識。此過程不但對物理學科、計算機學科的教學起到促進作用，同時也擴大和加深了學生的科學知識。

有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。創(chuàng)新精神是科學技術人員的重要素質。在教學中，以每一課時為單位，教師通過巧妙安排學習任務，驅動學生去觀察、研究、分解任務，并對新知識進行講解，讓學生經歷發(fā)現問題、分析問題、解決問題的完整過程。要求學生全程參與機器人的制作，重點引導學生的創(chuàng)新精神，避免制作作品的千篇一律。

學科整合，重視細節(jié)。機器人體驗課程本身就不是一個單獨的課程，它可以說是各類學科與信息技術的有效結合。例如，我們的一個機器人闖關項目，要求在完成任務的過程中必須涉及機械能、太陽能、電能、位能、重力、磁力及浮力，需要應用杠桿、滑輪等元件。在學習中要體現每個學生不同的創(chuàng)新意識，這就要求學生在生活中對各種細節(jié)問題進行仔細觀察，具有一顆善于發(fā)現問題的心，將實際與理論有效結合，才能創(chuàng)作出優(yōu)秀的作品。

課堂開放，注重實踐。機器人課程的教學本身就要求課堂開放、活潑，不能要求學生的作品拘泥于一個固定的模式。如在制作power-tech創(chuàng)意機器人的時候，我們要制作一個萬壽之王的形象，由于學生在生活中對萬壽之王的認識不一樣，對其了解的層面不一樣，平時動手能力也不一樣，每個學生制作的作品都會是不一樣的。我們應該要求學生將生活中的認識有效運用到課程中。往往在實驗室中的學習不能滿足學生創(chuàng)作的需要，我們需要引導學生有效利用身邊的資源進行創(chuàng)作。同時，在教學之余，可以帶領學生外出，學習其他學校教學或者競賽中的優(yōu)秀作品，吸取別人的經驗，有利于激發(fā)學生的創(chuàng)新意識。

學生分析問題的能力得到了提升。在參加機器人比賽的過程中，調試是非常重要的環(huán)節(jié)。由于中小學生正處于思維（智力水平）迅速發(fā)展的階段，還不能夠較全面地分析問題。在比賽項目完成的過程中，肯定會出現很多失誤，這就要求學生能夠根據現實情況分析、檢查程序或機器人機構的不合理之處，從而進一步修改完善，直到滿足比賽的要求。在為機器人編寫適當的程序過程中形成高效的思維方式，提高了學生的規(guī)劃能力和分析問題的能力。

提高學生思維創(chuàng)造性和動手能力。在機器人比賽的過程中，學生分析問題的能力會得到不斷的提升。同時，在好奇心的驅使下，學生往往會產生一些出人意料的想法。由此可見，機器人教育是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的有效途徑，它不僅能提高學生科技創(chuàng)新的興趣，而且能夠增強學生科技創(chuàng)新的意識，能夠培養(yǎng)學生科技創(chuàng)新的能力。在組裝機器人的過程中，學生不斷地通過嘗試完成心中所想的機器人，此間學生的動手能力得到了提升。

有利于培養(yǎng)學生的手腦結合能力。在做中學，通過鼓勵孩子們主動探索、動手實踐，讓他們親身體驗抽象的理論如何變成了觸手可及的答案，享受成功的興奮。在活動中，學生不僅可以學到有關機械、電子、計算機等技術知識，更可幫助他們培養(yǎng)良好的生活習慣、掌握技能、與人的溝通與合作、對他人的尊重、毅力與自信心及合理分配與利用時間的習慣等，知道自己的興趣所在，為將來走上社會，面對新的挑戰(zhàn)做好充分的準備。

開設機器人課程面臨的困難

課時

目前大部分學校無法安排機器人課程進入學校的常規(guī)課表中，而機器人課程由于自身的課程特點，一般要求至少2節(jié)連堂，2周至少1次課程。因為2個課時才能確保學生完成1個作品的制作。學生根據任務要求，需要分析問題、解決問題、小組討論等，引起認知沖突，以便引入新知教授。

師資

機器人指導教師的專業(yè)素質直接影響中小學機器人教育的發(fā)展。開設機器人課程必然需要一批能夠勝任機器人教學的優(yōu)秀教師。機器人本身是高科技的產物，所涉及學科的相關知識和技能較為復雜，對機器人教學教師的要求相對較高。目前機器人教育師資隊伍比較薄弱，大多數機器人教師沒有接受過正規(guī)的機器人教育，專業(yè)的機器人教師匱乏在一定程度上制約著機器人教育的發(fā)展。

資金

機器人的價格比較昂貴，便宜的一般也要2000多元1套，一個班以40人計算，同時上課至少分10個小組，這樣1個教室至少需要10套器材和10臺計算機，投入至少在6萬元以上，如果要普及的話，至少要有2個教室，這還不包括日常的耗損和損壞。因此，經費限制了機器人教育的進一步發(fā)展。學校可以采用虛擬機器人和實體機器人結合教學的方法，虛擬機器人是純軟件環(huán)境，價格低，網上還有一些免費開源的虛擬仿真機器人平臺可供使用，對于資金有限、實體機器人數量不足的學校來說不失為一種策略。使用虛擬機器人教學不但可以解決學校經費的問題，還可以提高學生調試程序的效率，降低錯誤程序對實物機器人的損害。但是，與實體機器人相比，虛擬軟件在提高學生的動手能力及發(fā)展能力方面略有不足。

沒有規(guī)范統(tǒng)一的教材

機器人教育尚處于初級階段，教學目標、內容體系和實踐經驗研究相對薄弱，沒有形成規(guī)范的課程體系。合適的教材是開展機器人教育的重要載體，但是目前出版的中小學機器人教材甚少，大部分停留在產品說明書的水平。盡管近年有幾種機器人教材出版，但是由于不同型號的教育機器人所使用的編程語言不同，各個學校在教學過程中所使用的機器人類型也不同，紙質教材遠不能滿足現代機器人教育的需要。