探析機(jī)器人研學(xué)活動(dòng)在職業(yè)教育中的開展

葛書榮 荊榮麗

[摘要]研學(xué)旅行是研究性學(xué)習(xí)和旅行體驗(yàn)相結(jié)合的校外教育活動(dòng)，是學(xué)校教育和校外教育銜接的創(chuàng)新形式。機(jī)器人教學(xué)是人工智能的啟蒙課，機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)可以激發(fā)學(xué)生的想象力，提高其動(dòng)手能力，為教學(xué)提供素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育相結(jié)合的生動(dòng)形式。高職院校在有機(jī)器人專業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)室科普基地的條件下，可以開展一系列機(jī)器人科技活動(dòng)，通過機(jī)器人研學(xué)活動(dòng)可培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

[關(guān)鍵詞]研學(xué)活動(dòng) 機(jī)器人 教育 科學(xué)素養(yǎng)

引言

隨著時(shí)代的變遷，以及各種條件的限制，各學(xué)校以往每學(xué)期的春游、秋游活動(dòng)基本銷聲匿跡，而以前的春游、秋游活動(dòng)基本都是野炊或爬山等郊游活動(dòng)，形式單一，學(xué)生的興趣不大。近年來，多地教育部門興起了研學(xué)旅行。研學(xué)旅行是學(xué)生在教師或輔導(dǎo)員的帶領(lǐng)下，確定主題，以課程為目標(biāo)，通過旅行中的集體住宿、集體體驗(yàn)、集體感受，以動(dòng)手做、做中學(xué)的探究形式，以提出問題、猜想預(yù)測(cè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行觀察、尋求實(shí)證、搜集數(shù)據(jù)、整理分析、得出結(jié)論、交流表達(dá)、集體討論、記錄過程等探究步驟，在教師的幫助下書寫研學(xué)日志，形成總結(jié)報(bào)告，并嘗試提出新的問題。

研學(xué)旅行又稱修學(xué)旅行、游學(xué)、教育旅游等，是以一個(gè)專題為目標(biāo)，以在校學(xué)生為主體，以教師等其他人員為補(bǔ)充，以增長(zhǎng)技藝、增長(zhǎng)見識(shí)為目的的一種專項(xiàng)游學(xué)活動(dòng)。研學(xué)旅行突出一個(gè)“學(xué)”字，在旅行過程中要行有所學(xué)，學(xué)有所獲。開展研學(xué)旅行，有利于全面推動(dòng)素質(zhì)教育，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)，促進(jìn)書本知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)的深度融合;有利于有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究意識(shí)。

研學(xué)的宗旨就是在教師和學(xué)生共同組成的學(xué)習(xí)環(huán)境中，以學(xué)生為中心，讓學(xué)生主動(dòng)探究、主動(dòng)學(xué)習(xí)，即“做中學(xué)”，就是讓學(xué)生在動(dòng)手、動(dòng)腦的實(shí)踐中利用所學(xué)的知識(shí)去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。探究式學(xué)習(xí)既是學(xué)習(xí)的目的，又是學(xué)習(xí)的理念、方法和模式，是“素質(zhì)教育”的根本出路。

開展機(jī)器人技術(shù)教育的重要意義

人工智能技術(shù)已經(jīng)是世界領(lǐng)域研究的具有前瞻性的現(xiàn)代高新技術(shù)。國(guó)務(wù)院于2017年7月8日印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出：“鼓勵(lì)社會(huì)力量參與寓教于樂的編程教學(xué)軟件、游戲的開發(fā)和推廣。建設(shè)和完善人工智能科普基礎(chǔ)設(shè)施，充分發(fā)揮各類人工智能創(chuàng)新基地平臺(tái)等的科普作用，鼓勵(lì)人工智能企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)搭建開源平臺(tái)，面向公眾開放人工智能研發(fā)平臺(tái)、生產(chǎn)設(shè)施或展館等?！边@為人工智能教育賦予了新的目標(biāo)、任務(wù)和使命。機(jī)器人技術(shù)教育是人工智能的啟蒙課，而現(xiàn)階段由于機(jī)器人實(shí)訓(xùn)室建設(shè)不完善、師資力量嚴(yán)重匱乏等原因，在所有學(xué)校實(shí)施該課程還有一些困難，全面普及機(jī)器人技術(shù)教育的高職院校數(shù)量很少，這樣就局限了機(jī)器人技術(shù)教育在高職教育中應(yīng)發(fā)揮的特質(zhì)和價(jià)值。

機(jī)器人技術(shù)教育集成了數(shù)學(xué)、力學(xué)、機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、傳感器、通信、計(jì)算機(jī)、人工智能，綜合了眾多領(lǐng)域的高科技，具有實(shí)踐性強(qiáng)、探索性強(qiáng)和綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，有利于學(xué)生迅速接觸前沿研究，不斷激發(fā)探究興趣，提高創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)。機(jī)器人技術(shù)作為一門研究性課程可培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力，在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生應(yīng)學(xué)會(huì)在海量的信息前能自主判斷、選擇、獲取和應(yīng)用有效資源，這就要求學(xué)生必須具有綜合運(yùn)用各門學(xué)科知識(shí)分析問題、解決問題的能力。

在機(jī)器人學(xué)習(xí)和制作的過程中，學(xué)生不僅能夠接觸機(jī)器人，還能體驗(yàn)成功制作機(jī)器人的愉悅，提升他們的綜合素質(zhì)，充分彌補(bǔ)其在課堂學(xué)習(xí)中缺乏實(shí)踐的缺陷，強(qiáng)有力地鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力。在高職學(xué)生研學(xué)中開展機(jī)器人項(xiàng)目教學(xué)，可以普及信息技術(shù)，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)并激發(fā)學(xué)生的動(dòng)手能力、綜合能力、創(chuàng)新意識(shí)、協(xié)作能力和進(jìn)取精神。

當(dāng)前，職業(yè)院校教育教學(xué)改革的重心是積極探索創(chuàng)新人才的培養(yǎng)模式，由此確立機(jī)器人技術(shù)為高職院校開放型研學(xué)課程。高職院校應(yīng)不拘泥于專業(yè)限制，多方訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，為在校學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)能激發(fā)興趣、產(chǎn)生好奇心的環(huán)境，使他們能通過機(jī)器人活動(dòng)點(diǎn)燃智慧的火種，因而，將機(jī)器人作為科技研學(xué)中的一個(gè)項(xiàng)目是非常有意義的。

機(jī)器人研學(xué)活動(dòng)在職業(yè)院校中的開展路徑

1.組建研學(xué)團(tuán)隊(duì)

高職院校應(yīng)多加宣傳，營(yíng)造科技教育的氛圍，形成教師與學(xué)生樂于參與的良好態(tài)勢(shì)，堅(jiān)持多樣性與開放性原則，搭建學(xué)生科技活動(dòng)平臺(tái)。機(jī)器人技術(shù)課程不能僅讓工科專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)，還應(yīng)讓其他專業(yè)學(xué)生一起參與。要在參加科技研學(xué)的學(xué)生中招納、吸收一批熱愛發(fā)明、對(duì)人工智能感興趣的積極分子，促使其開展機(jī)器人研學(xué)活動(dòng)。高職院校應(yīng)為此配備指導(dǎo)教師、開發(fā)實(shí)驗(yàn)室使該活動(dòng)常態(tài)化，通過校企合作，產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合的方式協(xié)助學(xué)生實(shí)現(xiàn)科技成果的轉(zhuǎn)化。學(xué)校應(yīng)多次舉辦或組織學(xué)生參加大學(xué)生科技創(chuàng)新比賽或機(jī)器人大賽，激勵(lì)學(xué)生的積極性。

2.初期認(rèn)識(shí)階段

在研學(xué)活動(dòng)初期，要引發(fā)學(xué)生對(duì)機(jī)器人的好奇心和求知欲，對(duì)學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人科普教育，如機(jī)器人發(fā)展史、機(jī)器人的工作場(chǎng)景，炫酷的科技場(chǎng)景為學(xué)生提供了一個(gè)真實(shí)、生動(dòng)、有趣的學(xué)習(xí)環(huán)境。可通過展示現(xiàn)代科技信息，激發(fā)學(xué)生的好奇心和想象力，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)新科技的興趣，鼓勵(lì)他們熱愛科技，嘗試創(chuàng)新。

3.具體實(shí)踐階段

在實(shí)施階段，硬件平臺(tái)的選取已實(shí)現(xiàn)了多元化，可以選取“探索者”系列的螺絲零件式組裝或進(jìn)行樂高型積木式組裝。

（1）科普學(xué)習(xí)。實(shí)踐階段以“手腦結(jié)合”為主要學(xué)習(xí)方式，注重間接知識(shí)與直接知識(shí)的融合，給學(xué)生提供必要的基礎(chǔ)知識(shí)?？赏ㄟ^各種零件的組合設(shè)計(jì)一些實(shí)驗(yàn)、搭建一些實(shí)體模型，比如制作招財(cái)貓、攪拌機(jī)、唱片機(jī)、行走的小車等。應(yīng)根據(jù)學(xué)生程度的不同分別給予其不同的主題和任務(wù)，以學(xué)生自主探索為主，教師輔導(dǎo)為輔，鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手去做，并在做的過程中發(fā)揮學(xué)生的想象力，使其在有限的時(shí)間內(nèi)能夠完成項(xiàng)目，形成一個(gè)獨(dú)具特色的作品。

具體形式以小組為單位，將3至5名學(xué)生分為一個(gè)小組，讓學(xué)生嘗試合作學(xué)習(xí)，增強(qiáng)其團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。由于機(jī)器人制作不僅要搭建外型，還要編寫一些程序讓其動(dòng)起來，所以在創(chuàng)意、搭建、組裝、編程、調(diào)試的過程中，學(xué)生可互相交流和討論，各抒己見，選擇最優(yōu)方案，然后將組裝與編程進(jìn)行分工。通過交流和討論能加深學(xué)生對(duì)問題的理解，也能提高其語言表達(dá)能力。在組裝、調(diào)試過程中，學(xué)生會(huì)不斷進(jìn)行集體討論，積極改善方案，彌補(bǔ)不足，充分鍛煉了學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作精神和小組探究精神。

（2）綜合學(xué)習(xí)。在這一階段，學(xué)生已掌握了簡(jiǎn)單的機(jī)器人制作原理，有了編程的基本知識(shí)。在此基礎(chǔ)上，可以鼓勵(lì)學(xué)生自己發(fā)明創(chuàng)造，建議多個(gè)專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行組隊(duì)，這樣可以拓展大家的思維，比如團(tuán)隊(duì)中汽車專業(yè)的學(xué)生可能會(huì)考慮制作與車輛有關(guān)的作品;醫(yī)學(xué)專業(yè)的學(xué)生會(huì)考慮制作一個(gè)與醫(yī)學(xué)相關(guān)的小儀器等……建議每個(gè)團(tuán)隊(duì)中至少有一位計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生負(fù)責(zé)程序編寫與調(diào)試，這樣不僅能使設(shè)計(jì)方向多元化、作品多樣化，還能使調(diào)試階段少走彎路，提高效率。

4.成果展示階段

在這一階段，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生大膽解說自己團(tuán)隊(duì)的作品，闡述創(chuàng)作初心、設(shè)計(jì)理念，進(jìn)行作品展示，并組織學(xué)生一起討論存在的不足和后期如何改進(jìn)。在有條件的情況下，還可引導(dǎo)學(xué)生對(duì)作品再次優(yōu)化，并促使其寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師要鼓勵(lì)學(xué)生大膽嘗試，擴(kuò)展思維，將作品與生活相結(jié)合，應(yīng)提醒學(xué)生，在選擇創(chuàng)作材料時(shí)，除了教學(xué)提供的零件器材外，還能選生活中的某一物品。

在職業(yè)院?？萍佳袑W(xué)活動(dòng)中，可以將研學(xué)范圍再次擴(kuò)大，深入地方，為地方服務(wù)。高職院校的最終目的是為社會(huì)各領(lǐng)域培養(yǎng)急需的、具有較寬知識(shí)面及創(chuàng)新能力的通用型人才，所有實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，教材、教學(xué)方法的改進(jìn)都應(yīng)為這個(gè)目標(biāo)服務(wù)。