普通高中通用技術(shù)課開(kāi)展機(jī)器人教育的實(shí)踐探究

余華芳

【摘要】永州市第一中學(xué)是湖南省示范性普通高中學(xué)校、湖南省科技活動(dòng)優(yōu)秀示范校以及創(chuàng)客教育示范學(xué)校。學(xué)?，F(xiàn)有機(jī)器人資產(chǎn)35萬(wàn)余元，每年參加湖南省中小學(xué)生機(jī)器人競(jìng)賽和青少年機(jī)器人競(jìng)賽的獲獎(jiǎng)學(xué)生層出不窮。學(xué)校開(kāi)展機(jī)器人活動(dòng)，豐富了學(xué)生的課外活動(dòng)內(nèi)容，培養(yǎng)了同學(xué)們解決實(shí)際操作問(wèn)題的能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力等素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】普通高中;機(jī)器人教育;通用技術(shù)

當(dāng)今時(shí)代，機(jī)器人已成為衡量現(xiàn)代科技水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)、日本等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家一直很重視機(jī)器人教育。機(jī)器人教育旨在培育學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)，為創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。它融合了工程設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、程序設(shè)計(jì)、開(kāi)源硬件、三維設(shè)計(jì)、圖像識(shí)別和人工智能等先進(jìn)技術(shù)，走在現(xiàn)代高新技術(shù)發(fā)展的前沿。

在我國(guó)，北京和上海是最先開(kāi)始進(jìn)行機(jī)器人教育的地區(qū)[1]。2010年后，全國(guó)各地在高中階段的通用技術(shù)課程中都增加了與機(jī)器人相關(guān)的教學(xué)模塊。越來(lái)越多的學(xué)校開(kāi)設(shè)了機(jī)器人課程，教育管理部門也重視機(jī)器人教育并加大對(duì)該課程的投入，社會(huì)各界也從各方面支持機(jī)器人課程，盡力提高機(jī)器人課程的普及度。

機(jī)器人課程在我國(guó)的高中課堂展開(kāi)，我國(guó)的機(jī)器人教育步入了大眾化、普及化的新階段。我校作為湖南省示范性普通高中學(xué)校、湖南省科技活動(dòng)優(yōu)秀示范校、湖南省創(chuàng)客教育示范學(xué)校，自2015年起就在通用技術(shù)課程中融入了機(jī)器人教育，2016年建設(shè)了專門的機(jī)器人活動(dòng)室，通過(guò)開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)，使通用技術(shù)課程具有一定的廣度和深度，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。本人結(jié)合這幾年的機(jī)器人教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，談一些做法與體會(huì)，希望能起到拋磚引玉的作用。

一、以賽促學(xué)

我校以參加各種競(jìng)賽活動(dòng)促進(jìn)機(jī)器人課程教學(xué)和培訓(xùn)活動(dòng)的開(kāi)展，通過(guò)競(jìng)賽促進(jìn)學(xué)生知識(shí)掌握、技能提升、技術(shù)交流，增強(qiáng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神。

我校每年均會(huì)組織學(xué)生參加湖南省中小學(xué)生機(jī)器人競(jìng)賽和湖南省青少年機(jī)器人競(jìng)賽，學(xué)生大部分獲得湖南省一、二等獎(jiǎng)。在比賽前期準(zhǔn)備中，學(xué)生既需要精心設(shè)計(jì)訓(xùn)練方案，充分挖掘培養(yǎng)與訓(xùn)練創(chuàng)新能力方面的內(nèi)容，循序漸進(jìn)地提出恰當(dāng)?shù)臋C(jī)器人項(xiàng)目問(wèn)題，還要著力解決比賽任務(wù)。在比賽過(guò)程中，學(xué)生們通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，經(jīng)歷了機(jī)器搭建、程序設(shè)計(jì)、實(shí)際驗(yàn)證等一系列過(guò)程，自小就對(duì)科學(xué)產(chǎn)生興趣，獲得科普知識(shí)，同時(shí)也將激發(fā)他們的創(chuàng)新能力。

比賽中選手碰到的所有問(wèn)題都要自己去解決，這樣一方面可以減輕青少年心理上的依賴性，另一方面在與本項(xiàng)目隊(duì)員溝通交流、解決問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生可以提高自身的實(shí)際處理問(wèn)題能力，同時(shí)在一定程度上提升了學(xué)校的競(jìng)爭(zhēng)力和知名度，更培養(yǎng)了學(xué)生的綜合能力。

二、營(yíng)造互動(dòng)課堂

營(yíng)造互動(dòng)課堂，就是要顛覆傳統(tǒng)課堂，課堂教學(xué)不再是學(xué)生聽(tīng)、老師講，學(xué)生不再永遠(yuǎn)是“聽(tīng)眾”或“觀眾”的身份。

機(jī)器人教學(xué)與其他課程教學(xué)有明顯區(qū)別，機(jī)器人課堂的主要形式是活動(dòng)。在課堂中，教師只是參與活動(dòng)的一個(gè)成員，很多任務(wù)單憑教師一己的力量是無(wú)法完成的。因此，合作學(xué)習(xí)在機(jī)器人課堂中顯得尤為重要。

當(dāng)學(xué)生的一些思路或得出的結(jié)論與教師預(yù)設(shè)的有所偏差時(shí)，我們要做的是，積極鼓勵(lì)學(xué)生大膽質(zhì)疑，鼓勵(lì)他們堅(jiān)持自己的觀點(diǎn)，給學(xué)生充分發(fā)表個(gè)人見(jiàn)解的機(jī)會(huì)，甚至可以與老師進(jìn)行辯論。這樣的課堂才更有利于培養(yǎng)學(xué)生的合作創(chuàng)新意識(shí)。學(xué)生與學(xué)生之間的討論、交流同等重要，敢于提出自己的不同想法，并努力實(shí)驗(yàn)論證，在相互思維的撞擊中，創(chuàng)新的靈感更易萌發(fā)[2]。

三、理論聯(lián)系實(shí)際

理論聯(lián)系實(shí)際，就是在教學(xué)中要以學(xué)生為主體，教學(xué)內(nèi)容要與學(xué)生的日常生活實(shí)際緊密聯(lián)系起來(lái)，盡量營(yíng)造出學(xué)生熟悉的生活化情境，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。只有在這樣輕松、熟悉的情景下，學(xué)生原有的生活經(jīng)驗(yàn)與體驗(yàn)才有可能被喚醒，繼而點(diǎn)燃他們認(rèn)識(shí)生活、改變生活、創(chuàng)造生活的愿望，學(xué)生會(huì)倍感親切，學(xué)習(xí)的壓力也驟然減輕，教學(xué)目標(biāo)不再是教師的預(yù)設(shè)目標(biāo)，而會(huì)不知不覺(jué)轉(zhuǎn)變成學(xué)生自身作為生活主體的內(nèi)在需要，引導(dǎo)學(xué)生更主動(dòng)、積極地參與到教師設(shè)計(jì)的課堂活動(dòng)中來(lái)，激發(fā)他們的創(chuàng)造力[3]。

在機(jī)器人教學(xué)中，很多教學(xué)活動(dòng)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)都是從學(xué)生生活情境中來(lái)的。比如機(jī)器人運(yùn)送物資，機(jī)器人走迷宮等，這些活動(dòng)都與學(xué)生的日常生活比較親近，將這些融入到教學(xué)實(shí)踐中，能夠讓學(xué)生的參與性、主動(dòng)性更高。

四、開(kāi)展主題探究

我們提倡在機(jī)器人課堂中更為廣泛地開(kāi)展相關(guān)主題的探究活動(dòng)，營(yíng)造有效的問(wèn)題情境，鼓勵(lì)學(xué)生大膽質(zhì)疑，積極發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題，思考問(wèn)題，對(duì)任何問(wèn)題都敢問(wèn)“為什么”，并努力搞清“為什么”，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、自主性、創(chuàng)造性。

例如，在機(jī)器人搭建活動(dòng)中，學(xué)生在組裝自己的機(jī)器人之前會(huì)主動(dòng)提出很多問(wèn)題：我想要設(shè)計(jì)一個(gè)什么樣的機(jī)器人？能夠派上什么用場(chǎng)？機(jī)器人怎樣完成任務(wù)？什么樣的設(shè)計(jì)才能出彩？然后他們會(huì)主動(dòng)思考，查閱資料，一步步解決這些問(wèn)題。在組裝過(guò)程中遇到了實(shí)際性的難題怎樣去解決，組裝完成后通過(guò)實(shí)驗(yàn)可能又會(huì)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，再改進(jìn)，最后終于秀出自己滿意的作品。這樣一個(gè)主題活動(dòng)的開(kāi)展與完成，不僅需要學(xué)生掌握相關(guān)的知識(shí)和技能，而且需要不懈地探索與研究，才能達(dá)成滿意的目標(biāo)。

五、鼓勵(lì)創(chuàng)新思維

科技迅猛發(fā)展，機(jī)器人變得復(fù)雜多變是必然的，依靠傳統(tǒng)的“記憶式”學(xué)習(xí)法肯定不能解決問(wèn)題。只有鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)踐探索中尋求規(guī)律，獲得自身的體驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)，才能掌握操作技巧。在機(jī)器人活動(dòng)中，學(xué)生會(huì)為了實(shí)現(xiàn)某個(gè)計(jì)劃方案，反反復(fù)復(fù)在場(chǎng)地中不斷調(diào)試，不斷改進(jìn)機(jī)器人的搭建，不斷進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，哪怕不斷失敗，也不輕易放棄，從而終獲成功的喜悅。這樣的過(guò)程，不僅能夠幫助學(xué)生積累操作經(jīng)驗(yàn)，而且能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高他們的綜合能力。

六、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

興趣是學(xué)生最好的老師，學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和興趣是學(xué)習(xí)取得成功的重要因素[4]。機(jī)器人從某種意義上說(shuō)是一個(gè)具有低級(jí)人工智能的高級(jí)玩具，學(xué)生對(duì)于玩具的喜愛(ài)可以說(shuō)是天性，他們好奇于每一個(gè)新事物。因此，教師在教學(xué)中應(yīng)該根據(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)讓學(xué)生去完成。讓學(xué)生學(xué)習(xí)操作機(jī)器人、參加比賽，只是一種手段，目的是提升學(xué)生各方面的能力，而能力的發(fā)展離不開(kāi)活動(dòng)中學(xué)生的積極參與和思考。學(xué)生有了學(xué)習(xí)興趣后，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性大大增強(qiáng)，學(xué)習(xí)效果明顯提高。

七、培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)意識(shí)

機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目較復(fù)雜，不是一個(gè)人就能夠順利完成的，既精于搭建又擅長(zhǎng)編程的隊(duì)員是很罕見(jiàn)的。機(jī)器人比賽本身就是要求團(tuán)隊(duì)參賽，團(tuán)隊(duì)中有的擅長(zhǎng)搭建，有的則善于編程，有些比賽還需要答辯，則需要有善于表達(dá)和陳述的隊(duì)員。目前我校的機(jī)器人活動(dòng)都是采取組建相應(yīng)的任務(wù)小組，這些機(jī)器人小組基本都是學(xué)生自我管理，指導(dǎo)教師并不全程參與輔導(dǎo)，只是在學(xué)生需要時(shí)提供幫助。機(jī)器人小組的活動(dòng)時(shí)間、內(nèi)容、規(guī)則等往往是學(xué)生自己溝通制定，小組成員在交流磨合的過(guò)程中能夠鍛煉表達(dá)能力和耐挫能力，這樣的培養(yǎng)模式極大地提高了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。比賽成績(jī)好的小組往往都分工明確，配合默契，交流和溝通通暢，有著巨大的集體凝聚力[4]。

八、爭(zhēng)取多方投入，降低學(xué)校開(kāi)設(shè)成本

機(jī)器人器材價(jià)格昂貴一直是機(jī)器人課程開(kāi)設(shè)的瓶頸。以WER器材為例，完整的一套器材包括配件價(jià)格大概在一萬(wàn)元。同時(shí)，機(jī)器人器材品種繁多，不同比賽使用的器材也不相同，要參加不同的比賽，就必須購(gòu)買多套器材，每年購(gòu)買競(jìng)賽地圖和任務(wù)模型就要投入幾萬(wàn)元。面對(duì)經(jīng)費(fèi)問(wèn)題，學(xué)?？梢钥紤]多種解決渠道，如課題經(jīng)費(fèi)、上級(jí)專項(xiàng)資金資助、學(xué)生自購(gòu)、校友捐贈(zèng)、廠家贊助等。同時(shí)，更要強(qiáng)調(diào)做好器材的保護(hù)及日常管理工作，以保證器材的循環(huán)使用。每次學(xué)生要使用機(jī)器人套件都是從老師處租借，簽好協(xié)議，歸還時(shí)對(duì)器材要?dú)w類和復(fù)位好，這本身也能培養(yǎng)學(xué)生的主人翁精神和綜合素養(yǎng)。

九、結(jié)語(yǔ)

由于高考的壓力，參與機(jī)器人課程的以高一學(xué)生為主，由于學(xué)生普遍認(rèn)為參與機(jī)器人課程會(huì)影響文化課的學(xué)習(xí)，所以參與的人數(shù)較少，而且男生人數(shù)遠(yuǎn)多于女生。參加學(xué)習(xí)的學(xué)生中原有機(jī)器人知識(shí)水平參差不齊，但是多數(shù)都為零起點(diǎn)。大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為參加機(jī)器人學(xué)習(xí)就是為了參加比賽獲得獎(jiǎng)項(xiàng)，以提高升入大學(xué)的幾率，因此在參加學(xué)習(xí)的學(xué)生中也不乏以拿證書(shū)為目的的。加之機(jī)器人活動(dòng)訓(xùn)練占用時(shí)間較多且不固定，比賽不容易出成績(jī)等因素導(dǎo)致支持學(xué)生學(xué)習(xí)的家長(zhǎng)也很少。因此目前機(jī)器人學(xué)習(xí)對(duì)象小眾化，普及力度不夠。同時(shí)，目前我校通用技術(shù)課程中關(guān)于機(jī)器人教學(xué)缺乏完整的課程方案和教學(xué)模式、教學(xué)評(píng)價(jià)等。機(jī)器人教學(xué)的教材編寫、教學(xué)設(shè)計(jì)以及評(píng)價(jià)方法都是由機(jī)器人產(chǎn)品制造商提供參考，使得機(jī)器人教育理念與實(shí)踐的視野還不夠?qū)拸V，機(jī)器人教育的氛圍不夠濃厚，在教學(xué)模式的探索創(chuàng)新方面還缺乏建樹(shù)，有待教師在以后的教學(xué)中不斷探索和完善。

【參考文獻(xiàn)】

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