初中機器人教育的思考

韓雨 裘國永

摘 要 隨著智能機器人教育在世界范圍內的興起，我國的中小學機器人教育也順應時代潮流得到了快速的發(fā)展，青少年機器人教育逐漸成為當前我國中小學科技教育的重要組成部分，在增強中小學生創(chuàng)新思維能力、動手實踐能力以及提升青少年科學素質等方面發(fā)揮著重要作用。本文闡述了智能機器人教育概念、開展現狀以及意義，通過具體智能機器人教育課程課堂實踐，提出了智能機器人教育的教學經驗。

關鍵詞 中學 機器人教育

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.02.059

Thoughts on Junior High School Robot Education

HAN Yu， QIU Guoyong

（School of Computer Science， Shaanxi Normal University， Xi'an， Shaanxi 710119）

Abstract With the rise of robot education worldwide， China's primary and secondary school robot education has also developed greatly. Under the new situation， the education of robots has become an important part of science and technology education in primary and secondary schools in China. It plays an important role in enhancing the innovative thinking ability and practical ability of primary and secondary school students， and improving the scientific quality of primary and secondary school students. This paper expounds the concept， development status and significance of intelligent robot education. Through the practical practice of intelligent robot education curriculum， the teaching experience of intelligent robot education is put forward.

Keywords middle school； robot education

0 引言

隨著信息社會的不斷發(fā)展，國家對于義務教育階段學生信息素養(yǎng)要求越來越高，然而初中信息技術基礎教材的編制相較從前沒有太大變化，內容過于簡單。為了響應國家要求、與時俱進增強學生的信息素養(yǎng)，我2017-2018春季學期在學校的校本課程中首次開設了機器人教育課程。機器人教育是近幾年來的一個熱點，已經成為呼聲很高的用于中小學創(chuàng)新教育的平臺，正在大踏步地走向基礎教育。然而教育機器人目前在國內還處在起步階段，對于學校、教師、學生來說都是一門嶄新的課程，通過一學期的機器人課程的課堂實踐，以及對智能機器人教育目前在國內外、省市、地區(qū)的發(fā)展現狀進行調研，筆者對智能機器人教育有了一些自己的直觀感受。

1 綜述

1.1 機器人教育

機器人教育是指學生通過組裝、搭建、運行機器人，來了解機器人的硬件構造及軟件開發(fā)，激發(fā)學生學習興趣、培養(yǎng)學生綜合能力。[1]機器人涉及到信息技術的多個領域，它融合了機械原理、計算機軟硬件、電子傳感器、及人工智能等多種先進技術，綜合了多學科的發(fā)展成果，代表了高技術的發(fā)展前沿，引入教育機器人的教學將給中小學的信息技術課程增添新的活力，成為培養(yǎng)中小學生綜合能力、信息素養(yǎng)的優(yōu)秀平臺。[2]

1.2 國內外研究現狀

1.2.1 國內研究現狀

機器人教育目前在國內處在起步階段，我國第八次基礎教育改革中提出“培養(yǎng)學生興趣愛好，將學生從智力培養(yǎng)轉變?yōu)槟芰团d趣的培養(yǎng)的教學改革”。[3]機器人教學被納入中小學信息技術教學課程，通過教育機器人對學生進行科學和信息技術素養(yǎng)的培養(yǎng)。通過收集資料調研發(fā)現，我國中小學機器人教育的方式目前主要分為以下四種：

第一，通過學校接收一小部分對智能機器人有興趣的學生，組成機器人興趣小組，請專業(yè)的信息技術老師利用課余時間對學生進行培訓，并代表學校參加地區(qū)、省市、國家的各類機器人競賽活動。這種形式是機器人教育目前使用最廣泛的方法，同時競賽也大力推動了機器人教育的發(fā)展。

第二，把智能機器人教育作為校本課程納入學校綜合實踐活動課中普及，由具有相關專業(yè)水平的信息技術老師開課，讓相對多的對智能機器人感興趣的學生可以選擇，這也是目前我們學校在智能機器人教育的方面的實施方式。

第三，把智能機器人教育課程納入中小學信息技術教育基礎課程，這種形式無疑會為中小學信息技術學科教學帶來新的活力。[4]但由于目前大部分學?；A設備、師資不足，沒有專門的規(guī)范教材等原因，這種形式目前還處在起步階段，沒有被大范圍普及。

第四，智能機器人教育作為研究性課題進入中學信息技術教育階段。但是由于研究性課程課時不足，以及班額過大決定的組織難度，影響機器人教育的整體推進。

1.2.2 國外開設現狀

在國外，智能機器人教育一直是一個研究熱點。世界發(fā)達國家的基礎教育和高等教育階段已經全面引入機器人教育。日本、美國等一些發(fā)達國家高度重視機器人學科教育對高科技社會的作用和影響，已在信息技術課與課外科技活動全面開設了有關機器人的課程內容。[5]在美國基礎教育學校階段，學校都開始有內容豐富的技術應用和手工類課程，計算機課程是技術類課程的重要部分。[6]日本是世界上僅晚于美國的第二個開始進行青少年機器人教育的國家，機器人教育是日本中小學教學大綱中規(guī)定的課程。[7]作為亞洲發(fā)達國家的韓國，韓國政府于2004年在全國開展“Robot partners everywhere”活動，從此機器人在韓國進入快車道。[8]在歐洲發(fā)達國家，機器人教育已經深入課堂，歐洲各國積極在高校和中小學開設機器人相關課程，并且研發(fā)相應教育機器人的教科書、教材和配件。[9]

1.3 開設機器人教育的意義

機器人技術融合了機械原理、電子傳感器、計算機軟硬件及人工智能等眾多先進技術，[10]機器人教育的開設有助于學生了解機器人的發(fā)展和應用現狀，理解機器人的概念和工作方式；學生在搭建機器人和編制程序的過程中培養(yǎng)動手能力、協(xié)作能力和創(chuàng)造能力；同時響應國家要求，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，與時俱進增強學生的信息素養(yǎng)。

2準備工作

（1）備設備：我區(qū)教儀站給學校配備了專門科創(chuàng)教室以及若干臺機器人套裝，由于是首次開設機器人教育課程，教師和學生的經驗都不足，綜合各方面條件考慮后選擇了比較簡單的“四能教育機器人”開始作為首次機器人教育學習機器。

（2）備教師：開課之前教師主要通過兩個渠道進行課程準備：一個是研究設備自帶的說明書，不斷自學摸索；另一個是參加區(qū)里和市上的組織的各類機器人教育培訓，對機器人教育的目標、過程、方法等都有了比較科學的認識，同時也修正了教師自身摸索過程中的錯誤與不足。

（3）備學生：由于學?；A設施還不完善，目前的師資力量、機器設備等都處在起步摸索階段，因此首年沒有全年級的開課，而是把智能機器人學習放入學校的綜合實踐活動課中，開設了“鄉(xiāng)村旅游機器人”這門校本課程選修課。選課時對學生進行了簡單篩選，選擇了一些對機器人感興趣并有軟件編程基礎的學生。

3教學內容

學期校本課程一共是11課時，每課時40分鐘，參考培訓時講師對課程內容設置的建議，綜合考慮學校課程安排時長、學生基礎水平等，我們將完成“機器人鄉(xiāng)村旅游”項目為最終學習目標，劃分課程內容為11課時。

第一節(jié)是興趣引入課程。通過放映機器人系列短片、引入機器人概念、分類、用途等，引發(fā)學生學習機器人的興趣，使學生對機器人有一個比較清晰直觀的認識。

第二、三節(jié)是機器人硬件的認識和組裝課程。組裝主要包括傳感器組裝、馬達組裝、整體組裝三個部分。

第四、五節(jié)開始進入編程階段。通過兩個課時完成聲控傳感器、灰度傳感器、馬達的測試編程，達到測試不同聲音分貝值、不同顏色灰度值、分別控制左右馬達以及馬達的正轉、反轉、不轉的效果。

第六節(jié)是聲音控制機器人行走編程。通過給定一個一定分貝的聲音，啟動機器人行走。

第七節(jié)是運用灰度傳感器控制機器人直行、轉彎編程。通過幾個灰度傳感器相互配合，使機器人根據比賽路線直行、左轉、右轉，達到巡線的目的。

第八節(jié)是如何讓機器人能夠更準確地尋找到比賽的線路。

第九節(jié)是如何讓機器人在準確巡線的同時，跑的又快來節(jié)約比賽時間。

第十節(jié)是學生探究課程。小組成員齊心協(xié)力發(fā)現問題、解決問題，完善、調試自己的程序。

第十一節(jié)是效果展示課程。通過開展小比賽，看哪一組的機器人跑的既快又好。

4課程感悟

在11個課時的智能機器人教育的課實踐中，筆者有了自己的一些體會和經驗。

4.1 激發(fā)學生興趣非常重要

興趣是影響學生學習效果的第一因素，有了興趣才會有學習探究的動力，如何激發(fā)學生學習興趣是每個教師值得關注的問題。因此在具體的教學開始時，我們需要讓學生了解到到底什么是機器人、機器人分類和用途有什么、目前的發(fā)展現狀是怎么樣的、未來的發(fā)展趨勢是什么，讓學生對機器人有一個更全面、更科學的認識，而不是只停留在動畫片、電影里的“變形金剛”，同時為進一步學習機器人技術的有關知識打下基礎。

4.2 課程設置要循序漸進

由于學生是第一次接觸到機器人這一新鮮的事物，對硬件和軟件都很陌生，有些同學甚至沒有編程基礎?？紤]到合作學習的接收能力大于單個接收，我們首先對學生進行了分組，每2個同學為一個小組。這樣既可以提高學生接收知識的程度，又可以培養(yǎng)他們的小組協(xié)作能力。其次，教學內容設置要循序漸進，不能急于求成。硬件的組裝讓學生了解機器人的構造，傳感器和馬達的測試讓學生接觸簡單編程、了解傳感器的使用方法，馬達的直行和轉彎讓學生學會傳感器如何配合、傳感器巡線讓學生發(fā)現問題、解決問題，跑的更好更快。每一步的學習都是一個循序漸進的過程，每一次學習都能使學生有所收獲，但又不至于太難無法接受使學生失去學習的興趣。

4.3 課程注重差異、因材施教

每個學生接收知識的水平是不一樣的，在課堂上也會出現了有些組很快完成，而有些組學生沒有完成的情況。如果一味講下去，未完成的學生越來越完不成，慢慢失去了學習的興趣；而如果停下來等全部學生完成，那最先完成的學生就會沒有事情做。因此我們在設置課程進度的時候充分考慮到這個情況，設置的內容可以大部分同學可以在課堂內完成，并且在每節(jié)課內容講完后都有關于下一節(jié)課的拓展探究。對于接收力較快的小組，可以開始探究下一節(jié)內容，對于較慢的小組，也可以有時間去完成。我們在大課堂時間就開放了微機室，以便沒有完成的學生可以在這個時間段把上節(jié)課未完成的內容完成，盡量讓同學們在學習的過程中不要掉隊。

5 結束語

在人工智能飛速發(fā)展的今天，在中小學引入智能教育機器人的教學將給中小學的信息技術課程增添新的活力，智能機器人教育也將成為培養(yǎng)中小學生綜合能力、信息素養(yǎng)的優(yōu)秀平臺。[11]我們每一位信息技術教師都應該順應時代潮流，積極接受新興事物，努力提高自己的綜合水平，為培養(yǎng)學生綜合能力和信息素養(yǎng)不懈努力。

參考文獻

[1] 謝新瓊.機器人教育在培養(yǎng)青少年健康人格中的作用[J].實驗教學與儀器，2015.32（12）：59-61.

[2] 李貌.中小學開展機器人教學的若干思考[J].教育現代化，2017.4（44）：389-390.

[3] 李寶軍.中學生機器人興趣小組教學課程設計[J].求知導刊，2015（4）：65.

[4] 徐愛平.讓智能機器人教育進入中小學[J].機器人技術與應用，2004（01）：14-16.

[5] 盧春芳.機械人走進初中信息技術課堂的實踐與研究[J].科學導報，2014（8）.

[6] 馮馳.淺談機器人教學走進信息技術課堂[J].中小學電教月刊，2014（7）：15-15.

[7] 王玉玨.我國高校工科機器人教育發(fā)展現狀及對策研究[D].蘭州大學，2013.

[8] 王鎵垠.迎接機器人時代[J].裝備制造，2015（4）.

[9] 楊建磊.國外機器人教育的發(fā)展及啟示[J].藝術科技，2013.26（6）：296.

[10] 董冰雪.機器人教育，開啟探索科技之門[J].知識就是力量，2016（02）：30-31.

[11] 馮金玨.教育機器人的開發(fā)與教學實踐[D].上海交通大學，2012.