農(nóng)村中學(xué)機(jī)器人教育課程的開(kāi)發(fā)與實(shí)踐

奚向紅

摘 要 隨著我國(guó)基礎(chǔ)教育信息化的發(fā)展，機(jī)器人教育以其先進(jìn)的教學(xué)理念和獨(dú)特的教學(xué)形式正越來(lái)越被人們所關(guān)注。機(jī)器人教育走進(jìn)中、小學(xué)已成為一種必然的趨勢(shì)，大力開(kāi)展集知識(shí)性、趣味性、娛樂(lè)性于一體的機(jī)器人教育皆在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手、動(dòng)腦和創(chuàng)新思維。

關(guān)鍵詞 機(jī)器人教育；教學(xué)做合一；課堂教學(xué)；創(chuàng)造

中圖分類號(hào)：G424.21，C19 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2018）11-0027-02

近年來(lái)，為落實(shí)教育部提出的“以信息化帶動(dòng)教育現(xiàn)代化”的戰(zhàn)略部署，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神和培養(yǎng)實(shí)踐能力，全面推進(jìn)素質(zhì)教育，我國(guó)相繼開(kāi)展了各種各樣的科技競(jìng)賽活動(dòng)，而其中的智能機(jī)器人引起了學(xué)生的極大興趣。在中、小學(xué)開(kāi)設(shè)機(jī)器人教育課程有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、設(shè)計(jì)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、綜合應(yīng)用能力。

目前，從國(guó)內(nèi)來(lái)看，較多的學(xué)校只是以課外活動(dòng)、各種興趣班、培訓(xùn)班的形式開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)。一般的都是由學(xué)校購(gòu)買(mǎi)若干套機(jī)器人器材，由信息技術(shù)課程老師或綜合實(shí)踐課程教師進(jìn)行指導(dǎo)，組織學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人搭建、編程的實(shí)踐活動(dòng)，然后參加一些相關(guān)的機(jī)器人競(jìng)賽。只有極少數(shù)的地區(qū)和學(xué)校將機(jī)器人教學(xué)納入了正規(guī)課堂教學(xué)。

多年來(lái)我校始終堅(jiān)持“面向全體抓基礎(chǔ)，培育個(gè)性展特長(zhǎng)”的辦學(xué)宗旨，以“現(xiàn)代化、高質(zhì)量、有特色”為奮斗目標(biāo)，科學(xué)管理，奮斗進(jìn)取，建和諧幸福校園，辦人民滿意教育。而機(jī)器人教育就是我校的一大特色教育。我校率先在江陰市開(kāi)始了機(jī)器人教育的研究，起初我們僅僅局限于一些對(duì)智能機(jī)器人感興趣的學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn)，參加各種比賽。從2006年起，我校正式將機(jī)器人教育納入課程表，先后建立了三個(gè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室（兩個(gè)用于平時(shí)上課，一個(gè)用于機(jī)器人競(jìng)賽輔導(dǎo)），讓更多的農(nóng)村中學(xué)的學(xué)生系統(tǒng)接觸、學(xué)習(xí)神秘的機(jī)器人。

一、組建“機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室”

機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的組建主要包括機(jī)器人教學(xué)器材的選購(gòu)和機(jī)器人調(diào)試場(chǎng)地的設(shè)計(jì)。

（一）器材選購(gòu)

機(jī)器人教學(xué)器材的選購(gòu)是相當(dāng)重要的。不同品種的機(jī)器人器材，質(zhì)量、價(jià)格相差很大，能完成的比賽項(xiàng)目不盡相同，器材使用的方便性、性能的可靠性也不一樣。目前市場(chǎng)上可供選擇的教學(xué)機(jī)器人有很多。綜合考慮各方面因素最終我們選擇了樂(lè)高機(jī)器人作為我校的教學(xué)機(jī)器人，原因有五：（1）樂(lè)高木塊式的零部件堅(jiān)固耐用，耐磨損，不易變形，色彩鮮艷，能夠吸引學(xué)生們的注意力；（2）樂(lè)高積木有嚴(yán)格的計(jì)量單位，精度公差僅為5毫米。積木的搭建松緊適度；（3）可擴(kuò)展、創(chuàng)意組合性強(qiáng)，2塊相同顏色的2*4的樂(lè)高積木共有17種搭建可能，8塊相同顏色的2*4樂(lè)高積木則有102981500種搭建可能，這對(duì)提高學(xué)生們的創(chuàng)新能力起到了很大的幫助作用；（4）樂(lè)高的核心，RCX微型電腦，有三個(gè)輸入端口和三個(gè)輸出端口，另有四個(gè)按鈕分別為開(kāi)關(guān)鍵、查看端口鍵、選擇程序鍵、運(yùn)行-停止鍵，簡(jiǎn)單直觀，對(duì)于沒(méi)有電子電路基礎(chǔ)的初中學(xué)生來(lái)說(shuō)比較容易上手，使用起來(lái)也相對(duì)方便；（5）編程環(huán)境使用形象直觀的圖標(biāo)語(yǔ)言，這種改革使得過(guò)去只能在大學(xué)開(kāi)設(shè)的，使用符號(hào)語(yǔ)言編程的專業(yè)課程，如今在中小學(xué)普及，讓學(xué)生在玩的過(guò)程中掌握一些基本的編程技巧。

（二）場(chǎng)地設(shè)計(jì)

作為一所農(nóng)村中學(xué)，學(xué)校經(jīng)費(fèi)比較緊張，為了節(jié)省學(xué)校的開(kāi)支，在機(jī)器人調(diào)試場(chǎng)地的問(wèn)題上，我們主要采用以下幾種解決方案：（1）在教室內(nèi)就地取材；（2）由學(xué)校的木工師傅制作簡(jiǎn)單的調(diào)試場(chǎng)地；（3）標(biāo)準(zhǔn)的比賽場(chǎng)地（用于參賽培訓(xùn)）請(qǐng)專門(mén)的機(jī)器人公司定制。總之，在機(jī)器人活動(dòng)場(chǎng)地問(wèn)題上，我們的經(jīng)驗(yàn)是“根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況，因地制宜，靈活實(shí)施”，從而以較低的代價(jià)取得滿意的課堂效果。

二、編寫(xiě)校本教材

機(jī)器人教育是一門(mén)新興的學(xué)科，目前市場(chǎng)上有關(guān)于機(jī)器人教育方面的教材非常少，而各個(gè)機(jī)器人公司所提供的教材都類似于說(shuō)明書(shū)，非常的簡(jiǎn)單，不適用于課堂教學(xué)，于是我校從2006年起就著手編寫(xiě)機(jī)器人教育校本教材。教材分為初級(jí)、中級(jí)、高級(jí)，在平時(shí)的教學(xué)過(guò)程中我們根據(jù)教材邊教邊修改邊完善，到2010年我們基本完成教材的編寫(xiě)。

三、課堂教學(xué)

陶行知先生倡導(dǎo)的“六大解放”思想，我認(rèn)為歸根結(jié)底是要解放學(xué)生的頭腦，開(kāi)啟他們的心智，使他們?cè)谝粋€(gè)寬松、和諧、民主、開(kāi)放、平等的氛圍中學(xué)習(xí)和創(chuàng)造，唯有如此，才能充分激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能。

（一）創(chuàng)設(shè)情景，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和學(xué)習(xí)興趣是學(xué)習(xí)取得成功的重要因素。機(jī)器人實(shí)際上是一個(gè)具有初步人工智能的高級(jí)玩具，孩子們對(duì)于玩具的喜愛(ài)可以說(shuō)是天性，他們好奇于每一個(gè)新鮮的事物，因此我們?cè)诮虒W(xué)中根據(jù)大多數(shù)學(xué)生的實(shí)際能力設(shè)計(jì)一些有趣的項(xiàng)目或任務(wù)。例如，我們?cè)跈C(jī)器人穿越隧道這一課中，首先我們創(chuàng)設(shè)情景，假設(shè)每一位學(xué)生都是司機(jī)，即將駕車(chē)穿越一個(gè)又長(zhǎng)又黑的隧道，你會(huì)怎么做？然后讓學(xué)生開(kāi)動(dòng)腦筋，暢所欲言，發(fā)表自己的見(jiàn)解。這樣，學(xué)生的興趣自然而然就被激發(fā)起來(lái)了，然后引出本堂課要完成的任務(wù)，模擬汽車(chē)穿越隧道這個(gè)過(guò)程，設(shè)計(jì)并搭建一輛用RCX控制、具有光電傳感器、觸動(dòng)傳感器、使用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的車(chē)。啟動(dòng)后，車(chē)向前行駛；當(dāng)光電傳感器檢測(cè)到黑暗時(shí)，需要打開(kāi)燈，并減速行駛；當(dāng)車(chē)穿過(guò)隧道時(shí)，就關(guān)掉燈；繼續(xù)向前加速行駛，到達(dá)終點(diǎn)（即：碰到墻）就停止。

（二）以學(xué)生為中心

我校薛少軍校長(zhǎng)曾這樣說(shuō)：“讓學(xué)生學(xué)習(xí)、操作機(jī)器人，參加各種比賽，只是一種手段，目的在于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手、動(dòng)腦和創(chuàng)新思維的能力，而能力的發(fā)展離不開(kāi)教學(xué)活動(dòng)中學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐和積極思考?！币虼?，在教學(xué)活動(dòng)中我們堅(jiān)持以學(xué)生為中心，每堂課學(xué)生根據(jù)老師提出的任務(wù)，都要做出自己的解決方案，然后根據(jù)方案再去設(shè)計(jì)、構(gòu)建機(jī)器人。因?yàn)橹挥袑W(xué)生親自去設(shè)計(jì)、構(gòu)建，才會(huì)完全了解機(jī)器人的特性，調(diào)試的時(shí)候也能如魚(yú)得水，出現(xiàn)故障的時(shí)候也能很快的找到原因，以此來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

（三）強(qiáng)調(diào)團(tuán)結(jié)協(xié)作

一堂課的時(shí)間有限，學(xué)生一個(gè)人不可能完成整個(gè)任務(wù)（一個(gè)簡(jiǎn)單的任務(wù)基本包括四個(gè)步驟：搭建機(jī)器人、編程、下載程序、運(yùn)行和調(diào)試），因此在教學(xué)中我們將學(xué)生分成若干個(gè)小組，每個(gè)小組兩名學(xué)生。在完成任務(wù)過(guò)程中學(xué)生可以相互討論，分工合作，共同完成任務(wù)，在這個(gè)過(guò)程中，由于學(xué)生之間的水平或者思維方式的不同，剛開(kāi)始難免會(huì)出現(xiàn)意見(jiàn)分歧的現(xiàn)象，都認(rèn)為自己的方案是最佳的，常常導(dǎo)致一堂課結(jié)束的時(shí)候任務(wù)還沒(méi)有完成，而看到其他小組紛紛把自己的作品拿出來(lái)展示，心理又感到很失落，而作為老師的我就讓他們分析沒(méi)有完成任務(wù)的原因。然后要求他們加強(qiáng)彼此之間的交流與溝通，彼此包容個(gè)體之間的差異，找到解決問(wèn)題的最佳方法，迫使學(xué)生養(yǎng)成團(tuán)結(jié)協(xié)助的習(xí)慣。

（四）鼓勵(lì)自主探究學(xué)習(xí)

機(jī)器人教學(xué)與傳統(tǒng)的教學(xué)有很大的區(qū)別，傳統(tǒng)的教學(xué)習(xí)慣往往是一堂新課，由老師一層一層的講解、剖析，直到最后水到渠成，自然的揭示出主題，這樣學(xué)生就不知不覺(jué)的在老師的講解中度過(guò)了一堂課，學(xué)生沒(méi)有動(dòng)腦思考、動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)。而機(jī)器人教學(xué)注重的是理論與實(shí)踐的相結(jié)合，因此在教學(xué)過(guò)程中我們提出任務(wù)之后，就讓學(xué)生自己先思考、動(dòng)手實(shí)踐，遇到問(wèn)題，小組與小組之間可以相互討論，也可以利用網(wǎng)絡(luò)，實(shí)在解決不了，再組織全班學(xué)生集思廣益找出問(wèn)題的所在，對(duì)癥下藥，解決問(wèn)題。每堂課的小結(jié)我們都是讓學(xué)生自己進(jìn)行總結(jié)，在完成任務(wù)的過(guò)程中你遇到了哪些問(wèn)題？你是如何解決的？你在本堂課中最大的收獲是什么？同學(xué)之間相互補(bǔ)充，取長(zhǎng)補(bǔ)短，這樣不僅使他們能知其然，更知其所以然。只有這樣，將大部分的時(shí)間交給學(xué)生自己去動(dòng)手實(shí)踐、相互交流，在實(shí)踐和交流的過(guò)程中去了解和認(rèn)識(shí)機(jī)器人，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的求知欲望，發(fā)揮他們的主體能動(dòng)性，培養(yǎng)他們主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)。

以上就是我校開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)以來(lái)的一些實(shí)踐與體會(huì)，總之，機(jī)器人教學(xué)是一門(mén)新興的課程，需要我們不斷地探索，在今后的教學(xué)過(guò)程中我們將繼續(xù)努力，爭(zhēng)取更大的突破。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃利鋒.中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)資源網(wǎng)站推介[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育，2006（3）.

[2]彭紹東.論機(jī)器人教育[J].電化教育研究，2002（7）.

[3]西覓亞科技網(wǎng)站中心.關(guān)于樂(lè)高教育部[EB/OL].2004.

[4]孫媛媛.中小學(xué)機(jī)器人課程的研究與開(kāi)發(fā)[D].首都師范大學(xué)，2006.

[5]陶行知.陶行知全集一創(chuàng)造的教育[M].四川教育出版社，2005.