VEX機(jī)器人教學(xué)校本課程開發(fā)探究

蒙慶華 韋勇寧 程曉琛 陳馳

摘? 要 隨著科技的發(fā)展，中小學(xué)機(jī)器人教育在全世界正如火如荼地展開，在美國、日本等發(fā)達(dá)國家，機(jī)器人教育已經(jīng)進(jìn)入中小學(xué)課堂。我國中小學(xué)機(jī)器人教育起步較晚，教育方式等方面還不夠完善。研究我國VEX機(jī)器人教育發(fā)展情況，對VEX機(jī)器人教學(xué)校本課程開發(fā)進(jìn)行實(shí)踐探究。

關(guān)鍵詞 VEX機(jī)器人;機(jī)器人教育;機(jī)器人競賽;中小學(xué);校本課程

中圖分類號：G642.3? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）07-0057-03

1 引言

VEX機(jī)器人教育是一門新興的學(xué)科，目前在全世界范圍內(nèi)正如火如荼地展開。這門學(xué)科主要運(yùn)用物理、數(shù)學(xué)等多種知識，對于提升學(xué)生多方面的知識水平有很大作用。而且VEX機(jī)器人教育很注重學(xué)生的實(shí)踐操作能力，可以在很大程度上提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而VEX機(jī)器人教育以參加VEX機(jī)器人競賽為主要目的，并且VEX機(jī)器人競賽一般是以團(tuán)隊(duì)的形式參賽，VEX機(jī)器人競賽不僅考驗(yàn)參賽者的知識和操作能力，還考驗(yàn)參賽者的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、領(lǐng)導(dǎo)能力等，這對參賽者未來的發(fā)展很有幫助。

2 VEX機(jī)器人教育及其背景

VEX機(jī)器人及VEX機(jī)器人大賽? VEX機(jī)器人誕生于美國，是美國太空總署等八部門大力支持的機(jī)器人項(xiàng)目。雖然VEX在知名度上比不上樂高，但是VEX不同于樂高，機(jī)器人僅是樂高的其中之一，而VEX-IQ的身份是專業(yè)教育機(jī)器人套裝。美國的很多“常春藤”大學(xué)進(jìn)行機(jī)器人教育開發(fā)時(shí)，主要選擇VEX系列套裝教材作為教學(xué)工具。

VEX機(jī)器人大賽的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)技術(shù)、數(shù)學(xué)以及工程等領(lǐng)域的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，是世界級的大賽。2006年，中國科協(xié)將此項(xiàng)目引進(jìn)國內(nèi)，每年的VEX機(jī)器人比賽在主題和比賽規(guī)則上都會做改變，因此，對于參賽者來說，每一年的比賽都是一個(gè)新的挑戰(zhàn)，從這里也可以看出比賽的公平性，這對激發(fā)參賽者的潛力有非常大的幫助[1]。

VEX機(jī)器人教育? 目前，VEX機(jī)器人教育主要以學(xué)校社團(tuán)的形式在各中小學(xué)中進(jìn)行，其主要目的是參加VEX機(jī)器人競賽。VEX機(jī)器人教育與傳統(tǒng)課堂教育有區(qū)別，不同于傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式主要是教師講、學(xué)生聽，VEX機(jī)器人教育更注重于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立自主的能力，讓學(xué)生自己在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，打破了傳統(tǒng)課堂中的枯燥無味，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而且，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)用所學(xué)知識進(jìn)行實(shí)踐操作，不但能提升操作能力，而且能鞏固物理、數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)理論知識。

國外中小學(xué)機(jī)器人教育現(xiàn)狀? 國外機(jī)器人教育由于發(fā)展比較早，且受到國家高度重視，美國、英國、法國、德國、日本等國家已經(jīng)將機(jī)器人教育納入中小學(xué)必學(xué)課程。例如：早在20世紀(jì)80年代末，英國就將機(jī)器人教育加入中學(xué)課程來傳授機(jī)器人知識;日本EK、榮光、ZMP和Learning Systems四公司于2002年7月25日聯(lián)合成立“機(jī)器人科學(xué)教育團(tuán)體”，該組織主要是開發(fā)機(jī)器人教育課程。由此可知，許多發(fā)達(dá)國家都非常重視中小學(xué)機(jī)器人教育[2]，這與國內(nèi)中小學(xué)機(jī)器人教育主要以課外活動的方式進(jìn)行有所不同。

國內(nèi)中小學(xué)機(jī)器人教育現(xiàn)狀? 我國第一所開展中小學(xué)機(jī)器人教育的學(xué)校是北京市景山學(xué)校，在2000年的時(shí)候，該校將機(jī)器人普及教育納入信息技術(shù)課程，以科研課題的形式進(jìn)行運(yùn)作。從此，中小學(xué)機(jī)器人教育正式在我國拉開序幕，越來越多的中小學(xué)校加入機(jī)器人教育的行列[3-4]。近些年來，由于新課程改革的不斷深入，我國機(jī)器人教育發(fā)展的步伐也不斷加快，但是總體來說還是處于初始階段，還有許多問題有待研究解決。

3 VEX機(jī)器人教育教學(xué)校本課程開發(fā)

VEX機(jī)器人教學(xué)校本課程開發(fā)意義? 我國VEX機(jī)器人教育起步晚，機(jī)器人教學(xué)還是處于起步階段，VEX機(jī)器人教育還是以參加比賽為目的，并沒有統(tǒng)一的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法以及教學(xué)評價(jià)等，而這些都會給VEX機(jī)器人教學(xué)的開展帶來困擾。如對參加比賽的情況而言，由于每次比賽的項(xiàng)目不一樣，學(xué)習(xí)的知識會有部分差別，有的學(xué)生學(xué)過了，而有的學(xué)生沒有學(xué)過，會給教師的授課帶來困擾，這也是VEX機(jī)器人教育沒有能普及的原因之一。因此，有統(tǒng)一的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)是非常有必要的，它可以讓教師很清楚地知道該教什么，以什么方式去教，讓學(xué)生學(xué)習(xí)到什么樣的知識等。

VEX機(jī)器人教育校本課程開發(fā)內(nèi)容? VEX機(jī)器人教學(xué)的目標(biāo)不僅是傳授機(jī)器人技術(shù)的基本知識，更深層次的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。在VEX機(jī)器人教育開發(fā)過程時(shí)，首先要考慮VEX機(jī)器人教育的教學(xué)任務(wù)和教學(xué)目標(biāo)。開展VEX機(jī)器人教育的主要目標(biāo)是講授VEX機(jī)器人的基礎(chǔ)原理，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的能力。下面主要來探討開發(fā)VEX機(jī)器人校本課程的幾個(gè)關(guān)鍵性問題。

1）主要任務(wù)。在VEX機(jī)器人教育過程中，不能僅運(yùn)用傳統(tǒng)課堂中教師講、學(xué)生聽的模式，應(yīng)該由教師引導(dǎo)學(xué)生接觸并學(xué)習(xí)VEX機(jī)器人的相關(guān)知識，并學(xué)習(xí)簡單的程序編寫，然后以實(shí)踐的方式讓學(xué)生自主編程、運(yùn)行教育機(jī)器人，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和處理問題的能力，并培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識。知識傳授只是教學(xué)過程中的一個(gè)方面，在VEX機(jī)器人校本課程開發(fā)中，教學(xué)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)目標(biāo)不是知識傳授，而是針對培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識、創(chuàng)新精神和綜合實(shí)踐能力的教學(xué)活動和教學(xué)組織形式的設(shè)計(jì)。

2）教學(xué)目標(biāo)。目前新式課程的教學(xué)目標(biāo)包括知識、技能、情感態(tài)度。但是，在傳統(tǒng)教學(xué)中，中小學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)主要是涉及知識這個(gè)維度目標(biāo)，基本上很少涉及技能目標(biāo)和情感態(tài)度目標(biāo)的建立。目前，我國中小學(xué)教育還是主要看重考試成績，基本上就是一個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)好壞的標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)教育評價(jià)方式存在偏頗，缺乏對學(xué)生創(chuàng)新精神等方面的培養(yǎng)，有可能使學(xué)生逐步變成一個(gè)“書呆子”。

因此，在教育模式的改進(jìn)上，VEX機(jī)器人教育更應(yīng)該關(guān)注中小學(xué)生技能和情感態(tài)度這兩個(gè)維度目標(biāo)的建立。學(xué)校的教育不應(yīng)該僅是把知識教給學(xué)生，更應(yīng)該教學(xué)生怎么才能自己去獲取知識，在發(fā)現(xiàn)知識的過程中找出問題并去解決問題;同時(shí)讓學(xué)生了解到團(tuán)隊(duì)的重要性，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識。這些理念融入VEX機(jī)器人教學(xué)校本課程開發(fā)中，知識目標(biāo)、技能目標(biāo)、情感目標(biāo)建立得相互交融、相互促進(jìn)，才能達(dá)到更好的教學(xué)效果。知識目標(biāo)、技能目標(biāo)和情感態(tài)度目標(biāo)的訓(xùn)練實(shí)踐如下。

①知識目標(biāo)是讓學(xué)生了解VEX機(jī)器人的基本原理和工作的方式，為學(xué)習(xí)VEX機(jī)器人打好基礎(chǔ)。機(jī)器人的基本概念主要涉及傳感器、電動機(jī)和杠桿等基本知識。在基礎(chǔ)階段，只需要學(xué)生了解VEX機(jī)器人相關(guān)的基礎(chǔ)概念，在這個(gè)年齡階段吸收、理解這些基本概念。

②在VEX機(jī)器人教育中，技能目標(biāo)也非常重要。為了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力，在教育過程中主要是以學(xué)生實(shí)踐的方式進(jìn)行。學(xué)生通過為機(jī)器人編寫程序和測試程序的過程，可以提升邏輯思維能力、發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的能力等。而且編寫程序會使用到電腦，可以提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)。

③在機(jī)器人組裝和編寫程序過程中可以發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造能力，并培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神。而且由于VEX機(jī)器人教育需要用到價(jià)格比較貴的教育機(jī)器人，很難保證學(xué)生人手一套教育器材，因此可以通過分組的形式將學(xué)生分成幾個(gè)小組，讓小組成員自己分配任務(wù)，完成機(jī)器人的組裝及程序編寫，這樣可以培養(yǎng)他們的協(xié)作能力，拉近學(xué)生之間的關(guān)系。另外，不定時(shí)地組織小組之間的比賽，培養(yǎng)學(xué)生的競爭意識。

3）教學(xué)方法。傳統(tǒng)教學(xué)的講授式是VEX機(jī)器人教學(xué)校本課程中的一種輔助方式。VEX機(jī)器人教學(xué)過程可以通過活動、項(xiàng)目、任務(wù)和比賽等豐富多彩的方式進(jìn)行。如在認(rèn)識機(jī)器人的課程中，可以帶領(lǐng)學(xué)生到科技館、研究所、高校參觀交流互動，通過活動的方式讓他們了解機(jī)器人的相關(guān)知識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4）教學(xué)評價(jià)。在教學(xué)評價(jià)中，不僅要考慮學(xué)生是否已經(jīng)完成作品，更應(yīng)該關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的情況。如有的學(xué)生雖然沒有很好地完成自己的作品，但是在學(xué)習(xí)過程中有求知的欲望，經(jīng)常向教師討教知識，并積極地與其他學(xué)生進(jìn)行交流學(xué)習(xí)。在評價(jià)中，教師可以選擇將學(xué)生學(xué)習(xí)的過程記錄在冊。在每次實(shí)驗(yàn)過后，要求每組學(xué)生寫一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，主要記錄每位組員的參與情況，并記錄每位組員在這次實(shí)驗(yàn)中的學(xué)習(xí)心得與收獲等，再綜合學(xué)生作品的完成情況，對學(xué)生進(jìn)行一個(gè)總的評價(jià)。

課程案例：機(jī)器人走直線? 機(jī)器人走直線是機(jī)器人教育最簡單的一個(gè)內(nèi)容，主要內(nèi)容是組裝機(jī)器人以及編寫能讓教育機(jī)器人實(shí)現(xiàn)走直線這個(gè)功能的程序。現(xiàn)在就VEX機(jī)器人教學(xué)校本課程的開發(fā)內(nèi)容，簡單地設(shè)計(jì)機(jī)器人走直線這個(gè)知識點(diǎn)的教學(xué)過程。

本次課程運(yùn)用的教具有VEX-IQ教育機(jī)器人和電腦，需要學(xué)生對VEX-IQ教育機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和程序編寫有一定認(rèn)識。首先將學(xué)生分成若干個(gè)小組，每組四個(gè)學(xué)生，并選定一名學(xué)生擔(dān)任本組組長，負(fù)責(zé)本組的統(tǒng)籌工作。

1）課程主題：機(jī)器人走直線。

2）教學(xué)目標(biāo)：表1。

3）課程流程。

①新課引入。首先由教師通過視頻向?qū)W生展示機(jī)器人在大型工廠的應(yīng)用情況，讓學(xué)生直觀地了解機(jī)器人，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引入新課。

②教師授課。由于學(xué)習(xí)需要用到VEX-IQ教育機(jī)器人，學(xué)生需學(xué)會組裝教育機(jī)器人。目前VEX機(jī)器人都是用C語言程序進(jìn)行編程，學(xué)生需要了解C語言程序的編寫環(huán)境以及編譯方法。這部分授課的主要內(nèi)容是教師引導(dǎo)學(xué)生組裝教育機(jī)器人以及C語言程序的編寫環(huán)境和編譯方法，并對機(jī)器人走直線這個(gè)動作的程序進(jìn)行重點(diǎn)教學(xué)。

在完成以上任務(wù)后，教師發(fā)布任務(wù)，由學(xué)生小組自行組裝VEX-IQ教育機(jī)器人并編寫能使教育機(jī)器人實(shí)現(xiàn)走直線這個(gè)功能的程序，時(shí)間限定為30分鐘以內(nèi)。在能實(shí)現(xiàn)功能的情況下，越快越好。

③學(xué)生活動。學(xué)生在收到任務(wù)后，自行組織小組成員組裝機(jī)器人并編寫程序。如某個(gè)小組有關(guān)于組裝機(jī)器人以及程序編寫的問題，可以向教師尋求幫助，教師可以解答，但是會根據(jù)小組提問題的情況在最后的評價(jià)中相應(yīng)扣分。

④任務(wù)評價(jià)。本次任務(wù)評價(jià)結(jié)合完成時(shí)間排名、機(jī)器人組裝情況和程序是否能實(shí)現(xiàn)功能等情況來評定，將所得分?jǐn)?shù)記錄到表2中。

對完成時(shí)間排名，第一和第二名記20分，第三到第五名記17分，第六至最后一名記15分，未按規(guī)定時(shí)間完成記10分。對機(jī)器人組裝情況，組裝正確，記30分;組裝不正確，由教師在20～29分內(nèi)酌情給分。對程序是否實(shí)現(xiàn)功能，若能實(shí)現(xiàn)功能，記50分;若未能實(shí)現(xiàn)功能，則根據(jù)程序錯誤情況，在20～49分內(nèi)酌情給分。對是否求助，若有求助，則根據(jù)求助情況扣1～5分。當(dāng)然也不是不認(rèn)可學(xué)生的求助行為，還是鼓勵學(xué)生應(yīng)善于提問。最后的總分為前三項(xiàng)之和減去最后一項(xiàng)。

⑤小結(jié)。由表現(xiàn)得最好的小組上臺演示他們的作品，并分享他們小組完成作品過程中的分工合作情況。最后由教師對各組情況進(jìn)行點(diǎn)評并總結(jié)。

4 結(jié)語

本文對VEX機(jī)器人教育課程開發(fā)中的內(nèi)容作了論述，對VEX機(jī)器人教育校本課程的主要任務(wù)、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法及教學(xué)評價(jià)進(jìn)行了相關(guān)討論，教學(xué)的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和綜合實(shí)踐能力。目前，我國VEX機(jī)器人教育也取得不小的成績，但與美日等發(fā)達(dá)國家還有差距，教育工作者仍需不斷改進(jìn)教學(xué)方法、教學(xué)模式。在國家的逐漸重視下，相信在不久的將來，我國的VEX機(jī)器人教育定會更上一層樓！■

參考文獻(xiàn)

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