人工智能背景下小學(xué)機(jī)器人校本課程的開(kāi)發(fā)研究

李洪濤

摘 要：在當(dāng)今人工智能大力發(fā)展的背景下，機(jī)器人智能編程教育進(jìn)入中小學(xué)課程教育已經(jīng)成為大勢(shì)所趨。《機(jī)器人快樂(lè)學(xué)》是開(kāi)封市第二師范附屬小學(xué)開(kāi)發(fā)的一套基于樂(lè)高9898機(jī)器人套裝的機(jī)器人校本課程，教學(xué)內(nèi)容涵蓋4～6年級(jí)，課題組通過(guò)近兩年的開(kāi)發(fā)實(shí)施，取得了預(yù)期的效果。

關(guān)鍵詞：人工智能;機(jī)器人;校本課程

20世紀(jì)以來(lái)，伴隨著人工智能的大熱潮，機(jī)器人教育受到了全世界國(guó)家的重視。中國(guó)也在不斷出臺(tái)政策，推動(dòng)機(jī)器人教育的發(fā)展和普及。2017年7月20日，國(guó)務(wù)院發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，規(guī)劃中明確指出了人工智能已成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的新焦點(diǎn)，應(yīng)逐步開(kāi)展全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程、逐步推廣編程教育、建設(shè)人工智能科學(xué)，培育復(fù)合型人才，形成我國(guó)人工智能的人才高地。開(kāi)封市第二師范附屬小學(xué)自2013年開(kāi)始開(kāi)發(fā)實(shí)施機(jī)器人校本課程，隨著機(jī)器人套裝的升級(jí)換代，我校開(kāi)發(fā)實(shí)施新一代機(jī)器人校本課程提上日程。我們成立了機(jī)器人校本課程開(kāi)發(fā)實(shí)施課題小組，通過(guò)兩年來(lái)的開(kāi)發(fā)實(shí)施，取得了較好的效果。

一、編寫實(shí)施了《機(jī)器人校本課程綱要》和《機(jī)器人科學(xué)》校本課程

兩年來(lái)，課題組通過(guò)多次的研討研究，編寫完成了《二師附小機(jī)器人校本課程綱要》和《機(jī)器人科學(xué)》校本課程6本，并在學(xué)校四、五、六年級(jí)同時(shí)開(kāi)課實(shí)施，學(xué)校新建專業(yè)機(jī)器人教室1個(gè)，配備9898教學(xué)機(jī)器人共32套，采用每周一課時(shí)進(jìn)行教學(xué)。

二、通過(guò)機(jī)器人課程實(shí)施，探索出適合小學(xué)生的機(jī)器人教學(xué)和評(píng)價(jià)模式

通過(guò)一年多的機(jī)器人課程實(shí)施研究，我們探究出了適用于機(jī)器人教學(xué)的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式，即：任務(wù)設(shè)計(jì)、任務(wù)分析、自主探究、反饋評(píng)價(jià)。

第一環(huán)節(jié)是任務(wù)設(shè)計(jì)。任務(wù)設(shè)計(jì)即根據(jù)機(jī)器人的特點(diǎn)設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)任務(wù)。任務(wù)的設(shè)計(jì)應(yīng)注意學(xué)生知識(shí)和能力結(jié)構(gòu)的層次連貫性、任務(wù)完成的難易度、指向性等。

第二環(huán)節(jié)為任務(wù)分析。任務(wù)分析是教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)。每次教學(xué)時(shí)，任務(wù)都要被分解成軟硬件設(shè)計(jì)、拼裝及測(cè)試步驟，規(guī)劃解決任務(wù)的步驟和軟硬件設(shè)計(jì)，以方便學(xué)生更好地完成任務(wù)。

第三環(huán)節(jié)為自主探究。在自主探究的過(guò)程中，學(xué)生按照事先的規(guī)劃進(jìn)行機(jī)器人軟硬件的拼裝和編程，嘗試完成任務(wù)，如果在任務(wù)完成過(guò)程中遇到問(wèn)題，學(xué)生還要嘗試找到問(wèn)題的原因并解決遇到的問(wèn)題。

第四環(huán)節(jié)是反饋評(píng)價(jià)。學(xué)生完成任務(wù)后，要對(duì)任務(wù)完成過(guò)程、效果做出反饋評(píng)價(jià)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到自身的不足，調(diào)整自己的行為，改變學(xué)習(xí)策略，改進(jìn)學(xué)習(xí)方法，主動(dòng)參與達(dá)成任務(wù)，矯正不良的心理狀態(tài)。

三、機(jī)器人校本課程實(shí)施有助于學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的培養(yǎng)

創(chuàng)新素養(yǎng)是指一個(gè)人平日里創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的養(yǎng)成和修養(yǎng)，即學(xué)生在日常學(xué)習(xí)和生活中養(yǎng)成的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。機(jī)器人課程的實(shí)施，可以發(fā)現(xiàn)機(jī)器人課程能有效提升學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的各個(gè)維度。

1.機(jī)器人課程有利于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)

創(chuàng)新意識(shí)是創(chuàng)造的前提和關(guān)鍵。我們?cè)跈C(jī)器人課程的實(shí)施過(guò)程中發(fā)現(xiàn)機(jī)器人的教學(xué)與制作過(guò)程，是鍛煉學(xué)生意志、培養(yǎng)和增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的過(guò)程。在機(jī)器人教學(xué)中，學(xué)生必須自己親手設(shè)計(jì)與制作機(jī)器人，自己決定在組裝機(jī)器人的過(guò)程中需要用到哪些零部件。在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)相關(guān)程序，然后再不斷地進(jìn)行試驗(yàn)，不斷修改相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)效果。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)得到了很好的鍛煉和培養(yǎng)。

2.機(jī)器人課程有利于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)

我們開(kāi)發(fā)的機(jī)器人教育課程采用模塊化設(shè)計(jì)，可以依據(jù)學(xué)生的創(chuàng)意設(shè)計(jì)搭建不同的作品，擁有無(wú)窮的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。學(xué)生在機(jī)器人的設(shè)計(jì)、搭建、編程時(shí)，往往不止一種答案，孩子們?cè)谡n堂上多角度思考問(wèn)題，從不同角度設(shè)計(jì)機(jī)器人完成任務(wù)。往往在一節(jié)課上，孩子們可以搭建十余種不同外觀的作品，抑可以用不同的方法完成任務(wù)，學(xué)生的創(chuàng)新思維能很好地得到發(fā)展。

3.機(jī)器人課程有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

在機(jī)器人課程的實(shí)施過(guò)程中，從機(jī)器人的設(shè)計(jì)從方案制定到具體實(shí)施，全部過(guò)程由學(xué)生獨(dú)立完成，使學(xué)生的學(xué)習(xí)從被動(dòng)轉(zhuǎn)向主動(dòng)，獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，學(xué)生通過(guò)研究分析，可以用各種方式設(shè)計(jì)機(jī)器人，極大地發(fā)揮個(gè)人潛能。另外，在機(jī)器人課堂教學(xué)中，通過(guò)搭建可以很好地鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，空間想象與再現(xiàn)能力等，通過(guò)機(jī)器人大腦程序的編制，可以提高學(xué)生的抽象思維能力、邏輯思維能力和分析解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，提升了學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)水平。

通過(guò)本課題的研究和機(jī)器人課程在小學(xué)四、五、六年級(jí)的教學(xué)實(shí)施，為機(jī)器人進(jìn)課堂提供了可借鑒的案例和經(jīng)驗(yàn)。本課題研究證明，機(jī)器人課程在學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的培養(yǎng)中起到了十分重要的作用，通過(guò)機(jī)器人課程的開(kāi)發(fā)實(shí)施，學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)水平有了顯著提升。機(jī)器人教育對(duì)于培養(yǎng)和提高學(xué)生的信息素養(yǎng)、綜合能力、創(chuàng)新素養(yǎng)具有較好的效果，本課題的研究成果具有良好的推廣應(yīng)用前景和價(jià)值。

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