將智能機(jī)器人課程引入高中信息技術(shù)課堂的方法探究

張偉偉

摘 要 結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，針對如何將智能機(jī)器人課程引入中小學(xué)信息技術(shù)課堂，分三個(gè)階段進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞 智能機(jī)器人課程；信息技術(shù)課堂；校本課程

中圖分類號：G633.67 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號：1671-489X（2015）17-0040-02

近年來，機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)并逐漸進(jìn)入醫(yī)療輔助業(yè)以及家用服務(wù)業(yè)等與人們的學(xué)習(xí)、生活密切相關(guān)的領(lǐng)域，改變著人們的生活、生產(chǎn)方式，越來越受到人們的重視。智能機(jī)器人課程是一門集電子、自動(dòng)化、物理、計(jì)算機(jī)等學(xué)科于一體的新型綜合課程，具有知識(shí)性、實(shí)踐性和啟發(fā)性等特點(diǎn)。學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)充分鍛煉他們的邏輯思維和創(chuàng)新思維，培養(yǎng)動(dòng)手實(shí)踐能力，展示他們對知識(shí)的綜合應(yīng)用，有助于提高學(xué)生的整體素質(zhì)和信息素養(yǎng)，該課程越來越受到中小學(xué)校的重視。如何在信息技術(shù)課堂中引入該課程仍存在很多問題和爭議?，F(xiàn)就該問題結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，進(jìn)行以下幾個(gè)方面的探究。

1 依托社團(tuán)活動(dòng)，優(yōu)先開展電腦機(jī)器人社團(tuán)活動(dòng)

因?yàn)殡娔X機(jī)器人設(shè)計(jì)綜合了包括傳感器、編程技術(shù)、電子設(shè)計(jì)、物理線路及力學(xué)的多種知識(shí)[1]，因此對學(xué)生的綜合知識(shí)及動(dòng)手技能的要求較高，在高一年級，全體學(xué)生進(jìn)行信息技術(shù)必修課程的同時(shí)，可利用課外時(shí)間組織一部分對機(jī)器人興趣比較濃厚、同時(shí)綜合技能比較強(qiáng)的同學(xué)，參加由教師進(jìn)行統(tǒng)一輔導(dǎo)的機(jī)器人社團(tuán)。

該社團(tuán)主要是由競賽驅(qū)動(dòng)的。首先選擇2～3個(gè)適合的競賽項(xiàng)目，由學(xué)校提供資金支持，來統(tǒng)一配備機(jī)器人設(shè)備，然后社團(tuán)內(nèi)成員按照組間同質(zhì)、組內(nèi)異質(zhì)的原則進(jìn)行分組，每組3名成員，并設(shè)立1名組長，每個(gè)項(xiàng)目由三個(gè)獨(dú)立的小組承擔(dān)。組內(nèi)進(jìn)行明確的分工，同時(shí)又要共同合作，組間同樣要有分工合作。集體的智慧很重要，在機(jī)器人制作、比賽和訓(xùn)練過程中小組隊(duì)員的合作狀態(tài)直接影響比賽效果，有了良好的合作能力，對同一個(gè)項(xiàng)目進(jìn)程多層面、多角度的探究，才能消除個(gè)人的思維角度的狹隘性，在滿足學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)愿望的同時(shí)，能夠顯著增強(qiáng)學(xué)生的合作意識(shí)與團(tuán)隊(duì)精神。參賽之前，每個(gè)項(xiàng)目選擇一個(gè)最優(yōu)的小組參賽，這樣也可激發(fā)小組之間的競爭意識(shí)。

學(xué)生的綜合類知識(shí)得到鞏固和擴(kuò)充。智能機(jī)器人設(shè)計(jì)是一門集成了數(shù)學(xué)、物理、電子、計(jì)算機(jī)硬件和軟件、人工智能等眾多領(lǐng)域的科學(xué)與技術(shù)知識(shí)，是一種高度綜合的技術(shù)平臺(tái)。在機(jī)器人設(shè)計(jì)制作的過程中，每增加機(jī)器人的一種功能，都需要學(xué)生進(jìn)行主機(jī)控制器部件的擴(kuò)充，在擴(kuò)充接口的過程中需要不斷去擴(kuò)充學(xué)生自己有關(guān)數(shù)字電路方面的知識(shí)；機(jī)器人動(dòng)作的控制需要為機(jī)器人編寫圖形化程序或者是直接編寫代碼，這就要求學(xué)生自學(xué)計(jì)算機(jī)編程語言、算法的知識(shí)，通過反復(fù)的編程和調(diào)試程序可鍛煉科學(xué)而高效的思維方式、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬇袛嗄芰?。整個(gè)項(xiàng)目的完成都要經(jīng)過所有成員反復(fù)的設(shè)計(jì)—調(diào)試—修改，這對青少年的規(guī)劃能力以及設(shè)計(jì)能力都是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。在這一過程中，學(xué)生慢慢將機(jī)器人的神秘面紗揭去，使他們創(chuàng)造力、解決問題的能力，自信心、甚至空間思維能力、邏輯思維能力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)習(xí)慣等都得到了很好的鍛煉和提升，這無疑為學(xué)生健康成長提供了源動(dòng)力，讓我們的學(xué)生站到了一個(gè)更高、更廣闊的平臺(tái)上去自由發(fā)展[2]。

2 師生共同構(gòu)建智能機(jī)器人知識(shí)網(wǎng)絡(luò)框架，開發(fā)校本課程

由于機(jī)器人學(xué)習(xí)資料比較有限，社團(tuán)起步時(shí)，可以充分利用機(jī)器人廠家的活動(dòng)指南和產(chǎn)品說明書，認(rèn)識(shí)機(jī)器人每一部分的功能，它的設(shè)計(jì)原理和編程規(guī)則，以及常見問題的解決方案。整個(gè)備賽和參賽的過程中，學(xué)生的興趣都很濃厚，積極性非常高，大家都主動(dòng)參與、樂于探究；這個(gè)過程也充分地培養(yǎng)了學(xué)生搜集和處理信息的能力、獲取新知識(shí)的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力，教師和學(xué)生都有很大收獲。

在整個(gè)活動(dòng)過程中，教師和學(xué)生一起對每個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)過程進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)，構(gòu)建機(jī)器人知識(shí)框架，并不斷進(jìn)行知識(shí)的完善，師生一起開發(fā)適合學(xué)生的智能機(jī)器人設(shè)計(jì)校本課程。課程分為基礎(chǔ)篇：走進(jìn)機(jī)器人世界，對各類機(jī)器人進(jìn)行簡介；系統(tǒng)篇：按照整個(gè)機(jī)器人的組成分別描述機(jī)器人的傳感器系統(tǒng)、控制器系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)；最后對我校參與的機(jī)器人比賽進(jìn)行綜合的分析評價(jià)，總結(jié)其優(yōu)缺點(diǎn)。整個(gè)校本課程的開發(fā)需要教師與學(xué)生的共同參與，該課程可做第三個(gè)階段學(xué)習(xí)的參考，并在階段三的學(xué)習(xí)中進(jìn)一步完善。

3 以一定主題的創(chuàng)意機(jī)器人設(shè)計(jì)為研究主線，將機(jī)器人教學(xué)引入信息技術(shù)課堂

創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式是《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》中提出的一項(xiàng)重要任務(wù)。創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式很重要的一個(gè)方面是開發(fā)動(dòng)手實(shí)踐課程、活動(dòng)課程。強(qiáng)化學(xué)生的社會(huì)實(shí)踐和科研活動(dòng)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。開展智能創(chuàng)意機(jī)器人的實(shí)踐活動(dòng)，可以有效提升青少年的信息素養(yǎng)和綜合實(shí)踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神[3]。

智能創(chuàng)意機(jī)器人設(shè)計(jì)可以依據(jù)學(xué)生的水平，因材施教。創(chuàng)意機(jī)器人不同于競賽機(jī)器人，它的復(fù)雜性以及它的功能的實(shí)現(xiàn)的完整性，完全由師生依據(jù)計(jì)劃共同制訂。整個(gè)學(xué)期可以通過安排數(shù)十個(gè)由深到淺、循序漸進(jìn)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，逐層深入地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人設(shè)計(jì)、搭建、控制和運(yùn)行的基本知識(shí)，掌握相關(guān)的概念、原理和方法，體驗(yàn)實(shí)踐探究的過程，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科思維和創(chuàng)新意識(shí)的目的。課程中可由第一階段的社團(tuán)成員作為骨干成員、教師指導(dǎo)，依據(jù)校本課程知識(shí)框架，全體學(xué)生均參與進(jìn)來，進(jìn)行主題機(jī)器人設(shè)計(jì)。

投入資金的限制一直是制約學(xué)校機(jī)器人教學(xué)發(fā)展的很大因素。創(chuàng)意機(jī)器人的設(shè)備可以循環(huán)利用，或者是廢舊玩具的多次利用，可大大降低機(jī)器人的制作成本。由于目前的競賽機(jī)器人多是由廠家驅(qū)動(dòng)的，每年的競賽規(guī)則都會(huì)做相應(yīng)的調(diào)整，學(xué)校為了順利參加比賽，不得不支付較高的費(fèi)用去新引進(jìn)機(jī)器人。而創(chuàng)意機(jī)器人，可使用淘汰的競賽機(jī)器人主機(jī)，配合相應(yīng)的傳感器以及其他功能模塊甚至是一些廢舊玩具的部件，做出獨(dú)居創(chuàng)意的新型機(jī)器人，如我校學(xué)生以“科技助力生活”為主題研發(fā)設(shè)計(jì)的濱海垃圾清潔分類機(jī)器人、智能輸液機(jī)器人均屬于該類機(jī)器人，制作完成之后參加了當(dāng)年的省機(jī)器人創(chuàng)意大賽，均獲得較好的成績。

《全日制普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出高中信息技術(shù)要建設(shè)有特色的信息技術(shù)課程，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的自主選擇和自我設(shè)計(jì)；提倡通過課程內(nèi)容的合理延伸或拓展，充分挖掘?qū)W生的潛力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生個(gè)性化發(fā)展；在達(dá)到“課程標(biāo)準(zhǔn)”的前提下，鼓勵(lì)因地制宜、特色發(fā)展。這種分階段將智能機(jī)器人設(shè)計(jì)逐步引入信息技術(shù)課堂的方法，打破了傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)模式，考慮了學(xué)生的特點(diǎn)，教學(xué)中注重激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，強(qiáng)調(diào)在“做中學(xué)”，是符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律的，經(jīng)教學(xué)實(shí)踐證明是可行的，并取得了良好的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]祝智庭，李峰.面向?qū)W科思維的信息技術(shù)課程設(shè)計(jì)：以高中信息技術(shù)課程為例[J].課程與教學(xué)，2015（1）.

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[3]智能機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計(jì)教程[M].北京：人民教育出版社，

2011.