機器人校本課程的研究與實踐

◆聶濤 張?zhí)鹛?/p>

機器人教育是培養(yǎng)中小學(xué)生綜合能力的優(yōu)質(zhì)平臺，開展機器人教育不但能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，也有助于學(xué)生邏輯思維、動手操作等諸多能力的發(fā)展。

校本課程是中小學(xué)新課程計劃中不可缺少的一部分，優(yōu)秀的校本課程可以為新課程的實施提供更寬敞的空間，提高課堂的實效性，并為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，全面實施素質(zhì)教育開辟一條捷徑。機器人教育是培養(yǎng)中小學(xué)生綜合能力的優(yōu)質(zhì)平臺，開展機器人教育不但能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，也有助于學(xué)生邏輯思維、動手操作等諸多能力的發(fā)展。筆者結(jié)合學(xué)校機器人校本課程的開設(shè)，談一下自己的認(rèn)識與做法。

1 影響機器人教育活動的因素

要開好機器人教育校本課程，機器人平臺的選擇很關(guān)鍵。學(xué)校應(yīng)結(jié)合自身的實際情況，選擇合適的機器人平臺開展機器人教育。

開展實物機器人活動需要購買機器人器材和活動場地等，這都需要數(shù)目不小的經(jīng)費，而且，參加機器人比賽的學(xué)校每年還要根據(jù)比賽的變化不斷地投入經(jīng)費，這對學(xué)校來說是一個不小的開支。另外，影響實物機器人活動開展的因素多而復(fù)雜，如場地、器材、活動環(huán)境等，這些都會對活動的開展和效果造成影響。實物機器人活動的開展對場地要求是十分苛刻的，活動和練習(xí)只能在符合要求的場地開展；不同廠商提供的機器人部件，性能存在著差異，搭建起來的機器人差別很大，會對活動的開展和比賽的結(jié)果造成影響；環(huán)境也會對實物機器人活動的開展造成影響，筆者曾帶領(lǐng)學(xué)生參加過第10屆全國NOC比賽活動，參加比賽的同學(xué)機器人搭建和程序編寫十分熟練，練習(xí)時，可以輕松地完成比賽任務(wù)，然而，在比賽現(xiàn)場卻因場地空氣濕度大，傳感器檢測遲鈍，對完成比賽增加了很大的難度，可見，實物機器人活動要注意諸如場地、氣候等多種因素的影響，防止不可預(yù)見的因素影響活動開展。

仿真虛擬機器人克服了實物機器人在經(jīng)費和場地方面的難題，虛擬機器人軟件能在相對公平的環(huán)境下，開展機器人活動和競技比賽，避免實物機器人的硬件故障和比賽環(huán)境等帶來的各種問題。虛擬機器人可以讓學(xué)生充分發(fā)揮想象力搭建機器人，通過圖形化的編程界面直觀地了解程序設(shè)計的思路和方法，使原本復(fù)雜的“算法”和“程序”變得直觀，讓學(xué)生更清楚地感受機器人是怎樣在程序的控制下活動的，降低了程序設(shè)計的難度。通過搭建機器人編寫和調(diào)試程序完成任務(wù)，學(xué)生的動手實踐、科學(xué)探究和創(chuàng)新思維等方面的能力將大幅度提升。

2 蘿卜圈3D網(wǎng)絡(luò)機器人環(huán)境下校本課程的實踐

筆者學(xué)校選擇了蘿卜圈3D網(wǎng)絡(luò)機器人作為開設(shè)機器人校本課程的平臺。根據(jù)該平臺的特點，筆者在校本課程開設(shè)時采取了下列做法。

創(chuàng)設(shè)教研氛圍，形成校本教材 目前，適合開設(shè)機器人校本課程的各類資源相對匱乏，為了更好地研究機器人教學(xué)平臺，保證機器人校本課程的順利開展，筆者采取了這些方法：與公司工程師交流經(jīng)驗，聘請他們到校對社團(tuán)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，通過觀摩學(xué)習(xí)，借鑒他們的思路，吸收先進(jìn)的科技理念；在全校范圍內(nèi)形成研究氛圍，集思廣益，取長補短不斷提高自身水平；積極參加各級各類比賽，與其他學(xué)校指導(dǎo)老師進(jìn)行交流，收集整理相關(guān)的實例和視頻，通過借鑒，開發(fā)適合本校的校本教材。

及時發(fā)現(xiàn)問題，解決學(xué)生困惑 搭建機器人并完成任務(wù)的過程是學(xué)生探究、解決問題的過程，面對學(xué)生在課堂中出現(xiàn)的問題，筆者認(rèn)為如果教師不及時點評和幫助，輕則使學(xué)生思想僵化，影響任務(wù)的完成，重則嚴(yán)重挫傷學(xué)習(xí)積極性，所以教師要抓住問題生成的時機，及時引導(dǎo)學(xué)生探究，解決他們的困惑，進(jìn)一步激發(fā)他們的求知欲望和探究熱情。

在“野外生存第一季”任務(wù)中，起點至目的地有三條路線可供選擇，各路線的長度和沿途的得分物品也不相同，任務(wù)的判分規(guī)則為：任務(wù)得分=基礎(chǔ)分-完成時間+得到的物品分值，可見，要完成任務(wù)并獲得更高的分?jǐn)?shù)，這需要學(xué)生合理的選擇路線，在最短的時間內(nèi)完成任務(wù)并盡可能多的獲取得分物品。

筆者在指導(dǎo)學(xué)生活動時發(fā)現(xiàn)，起初，大多數(shù)同學(xué)選擇了距離最短、得分物品最少的“繩索”路線，究其原因，同學(xué)們認(rèn)為這條路線最短，并且對機器人的結(jié)構(gòu)和編程要求相對簡單，可以在最短的時間內(nèi)輕松完成任務(wù)。雖然同學(xué)們通過優(yōu)化機器人結(jié)構(gòu)和程序不斷提高任務(wù)得分，但由于該路線相對固定，只能得到路線上的物品，因此，得分主要取決于完成任務(wù)的時間，當(dāng)完成任務(wù)的速度接近極限時，成績便很難再有突破。就此問題，筆者引導(dǎo)學(xué)生思考：“繩索”路線的優(yōu)勢和劣勢是什么？通過分析，同學(xué)們意識到不能只追求完成任務(wù)的速度，而應(yīng)綜合考慮各種因素，選擇合適的路線，運用多種方法完成任務(wù)。

鼓勵探究創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生潛能 在開展機器人活動的過程中，要注意激發(fā)學(xué)生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力。學(xué)生的奇思妙想有時雖然不很成熟，但往往有拋磚引玉的作用，成為點燃大家靈感的火花，對于他們的獨創(chuàng)和奇特的想象，教師要特別注意保護(hù)，對于學(xué)生的靈感與智慧的“火花”，要及時進(jìn)行“助燃”。

蘿卜圈網(wǎng)絡(luò)機器人提供了物理引擎的支持，任務(wù)中的各種元素具有重量、體積、摩擦、能耗、力等物理屬性，十分貼近真實環(huán)境。平臺還提供了眾多形態(tài)功能各異的機器人組件和傳感器，使完成任務(wù)的方法靈活多樣，由于不同素材搭建的機器人結(jié)構(gòu)和重量不同，仿真時地形及道路復(fù)雜多變，任務(wù)的完成會受到很大影響，合理的搭建機器人顯得十分重要。在完成“野外生存第一季”任務(wù)的過程中，同學(xué)們進(jìn)行了大膽多樣的嘗試，為了提高速度，不斷完善機器人的結(jié)構(gòu)，根據(jù)地面材質(zhì)選擇不同的輪胎和馬達(dá)，并總結(jié)了機器人搭建的一些規(guī)律，如底盤重、重心低機器人運行更穩(wěn)定，軸距短，轉(zhuǎn)向更靈活等。為了獲取更多的任務(wù)物品，特別是位置較高的任務(wù)物品，有同學(xué)試著給機器人加裝手臂，筆者充分肯定了這個創(chuàng)意，同學(xué)們通過互相借鑒不斷優(yōu)化，改裝成可折疊的伸縮臂，不但保證了完成任務(wù)的速度，而且把原來認(rèn)為不可能得到的任務(wù)物品“收入囊中”?；顒又?，學(xué)生思維的閃光點展現(xiàn)得淋漓盡致，筆者及時的肯定和鼓勵，更激發(fā)了他們的創(chuàng)造熱情，培養(yǎng)和鍛煉了他們的創(chuàng)造潛能。

3 重視過程評價，增強學(xué)習(xí)動力

教學(xué)評價是任何教學(xué)活動取得成效的重要保障，恰當(dāng)?shù)脑u價既能了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，又可以進(jìn)一步增強學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。由于機器人教學(xué)的開放性很強，學(xué)生可以搭建不同結(jié)構(gòu)的機器人，編寫不同的控制程序來完成同一任務(wù)，因此，在評價時就不能以單一指標(biāo)來進(jìn)行評價，而應(yīng)采用有利于激發(fā)學(xué)生潛能、促進(jìn)個性發(fā)展和創(chuàng)造性思維的評價方式。因此，在評價時要注意過程性評價，不能以是否完成任務(wù)或者得分高低作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行終結(jié)性評價，評價要在學(xué)生的搭建、編程、仿真機器人的過程中及時進(jìn)行，分步完成，這更能激發(fā)他們探索的積極性。

智能機器是培養(yǎng)中小學(xué)生綜合能力、信息素養(yǎng)的優(yōu)秀平臺，教師應(yīng)在深入研究平臺應(yīng)用方法的基礎(chǔ)上，確定有效的教學(xué)策略，結(jié)合學(xué)生的身心發(fā)展特點，因材施教，努力做到讓學(xué)生在機器人的搭建、編程、測試、競技中學(xué)有所得，使學(xué)生的創(chuàng)新思維、科學(xué)探究、動手實踐和解決問題的能力得到真正的發(fā)展與提高。

[1]吳良輝,楊青.深圳市初中機器人課程的探索與實踐:兼談《標(biāo)準(zhǔn)》的學(xué)習(xí)體會[J].中國電化教育,2012(11).

[2]熊國全.仿真機器人課堂教學(xué)的實踐與探索[J].中國信息技術(shù)教育,2008(10).