中小學(xué)機(jī)器人課程的開發(fā)與實(shí)踐探究

石淑曉 常利亞 王淑娟

摘 要：近年來，伴隨著科技和技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)器人教學(xué)逐漸走入了中小學(xué)的課堂之中，機(jī)器人在中小學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用是教學(xué)模式的一大創(chuàng)新，同時也是國家進(jìn)行機(jī)器人技術(shù)人才培養(yǎng)的一項重要舉措?；诖?，本文將就中小學(xué)機(jī)器人課程的開發(fā)與實(shí)踐進(jìn)行探究和討論。

關(guān)鍵詞：中小學(xué)教育;機(jī)器人;課程開發(fā)

當(dāng)前，推進(jìn)機(jī)器人教學(xué)在中小學(xué)教育中的普及已經(jīng)成為了時代發(fā)展下的必然趨勢，通過學(xué)習(xí)、利用機(jī)器人這一新型科技產(chǎn)物，可以更好地為國家培養(yǎng)相關(guān)的技術(shù)人才，除此之外，做好機(jī)器人教學(xué)的開發(fā)與研究還有利于促進(jìn)我國教育事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

一、課程性質(zhì)

中小學(xué)階段的機(jī)器人教育在很大程度上和大學(xué)階段的機(jī)器人教育有所不同。這種不同具體表現(xiàn)在大學(xué)階段的機(jī)器人教育被包含在了自動化以及人工智能等方面的專業(yè)課程之中。在大學(xué)階段，機(jī)器人學(xué)被當(dāng)做是一門設(shè)計內(nèi)容廣泛的學(xué)科，包括機(jī)器人學(xué)概況、運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、數(shù)理基礎(chǔ)、程序設(shè)計、高層規(guī)劃、傳感器等諸多內(nèi)容[1]。而中小學(xué)階段的機(jī)器人教育課程則是以智能技術(shù)為核心的，其外延通常涉及到機(jī)械制造、生物仿真以及電子通訊等技術(shù)。就信息技術(shù)而言，主要包含了程序設(shè)計以及傳感技術(shù)等方面的內(nèi)容。

二、課程目標(biāo)

中小學(xué)階段的機(jī)器人教育，是為了更好地培養(yǎng)學(xué)生們的創(chuàng)新精神，同時也是為了提升同學(xué)們的信息素養(yǎng)和實(shí)踐能力。同時，以一種綜合的、具有探究性和實(shí)踐性的方式來培養(yǎng)學(xué)生們的邏輯思維。除此之外，在中小學(xué)階段的機(jī)器人教育主要是為了培養(yǎng)學(xué)生們認(rèn)識和學(xué)習(xí)機(jī)器人的興趣，從而使其能夠做到以機(jī)器人為載體來更好地學(xué)習(xí)各種信息技術(shù)以及通用技術(shù)的基本技能和相關(guān)知識，進(jìn)而認(rèn)識到技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展對人類科技發(fā)展和日常生活的巨大影響作用。還要通過機(jī)器人教育來開闊學(xué)生們的視野，并且?guī)椭渑囵B(yǎng)交流協(xié)作以及更好地處理和解決各種實(shí)際問題的能力。

三、教學(xué)對象

中小學(xué)階段的機(jī)器人教育主要是針對對機(jī)器人的制作具有濃厚興趣的小學(xué)四年級以上的學(xué)生和初中生。在實(shí)際教學(xué)環(huán)節(jié)中，由于處于不同的學(xué)習(xí)階段，學(xué)生們的認(rèn)知水平并不相同。因此，如果想要更好地開展中小學(xué)機(jī)器人教育，就必須正確把握不同階段的學(xué)生的認(rèn)知水平及發(fā)展規(guī)律。通常情況下，小學(xué)四年級開始，學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了一定的高度，在這個階段開設(shè)機(jī)器人的教育課程是合乎其認(rèn)知水平的。除此之外，在教學(xué)對象方面，機(jī)器人教育并不是針對那些智力超乎同齡人的學(xué)生的，凡是對機(jī)器人有興趣的學(xué)生，都可以參與進(jìn)來，學(xué)校不應(yīng)以學(xué)習(xí)成績?yōu)橄拗茥l件。學(xué)習(xí)的成績高低只會對學(xué)習(xí)速度的快慢和課程內(nèi)容造成影響，但是并不會對學(xué)習(xí)這一行為的發(fā)生以及最終結(jié)果造成影響。

四、小學(xué)階段的教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)內(nèi)容

1.教學(xué)目標(biāo)。關(guān)于小學(xué)階段的機(jī)器人教育教學(xué)目標(biāo)，首先，是讓學(xué)生們了解機(jī)器人的相關(guān)應(yīng)用，同時可以進(jìn)行一些較為簡單、容易上手的機(jī)器人組裝，從而激發(fā)其學(xué)習(xí)機(jī)器人知識的興趣。其次，是讓學(xué)生們對機(jī)器人工作的一些基本原理有所了解，可以讓同學(xué)們多了解一些機(jī)械傳動的裝置以及掌握一些常見的通訊方式、傳感器等方面的基礎(chǔ)知識。同時還要讓同學(xué)們掌握一些與機(jī)器人運(yùn)動相關(guān)的知識，例如角度的分類及其測量等數(shù)學(xué)知識，通過這些知識的學(xué)習(xí)，還可以更好地拓展學(xué)生們的直覺思維以及形象思維。再次，還需要讓同學(xué)們對一些圖形化的編程語言有一定的掌握?？梢宰屍鋵W(xué)習(xí)并自行編寫一些簡單的算法，通過這些算法來指揮機(jī)器人的某些特定動作，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生們的邏輯思維能力。最后，學(xué)生們在對智能機(jī)器人的各種相關(guān)知識進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)踐的過程中，要不斷加強(qiáng)與其他同學(xué)的相互合作，從而進(jìn)一步提升學(xué)生們的協(xié)作能力和組織能力。

2.教學(xué)內(nèi)容。小學(xué)階段的機(jī)器人教學(xué)主要教學(xué)內(nèi)容可以包括在信息技術(shù)課程之中，或者是包括在綜合實(shí)踐課程之中，通常情況下，需要30個學(xué)時左右，教學(xué)中需要包括組裝模塊、運(yùn)動模塊、傳感器模塊、聲音傳感器模塊、觸碰傳感器模塊、邏輯判斷模塊、角度傳感器模塊、藍(lán)牙通訊模塊、對象塊模塊，每個模塊在3個學(xué)時左右[2]。

五、初中階段的教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)內(nèi)容

1.教學(xué)目標(biāo)。關(guān)于中學(xué)階段的機(jī)器人教育教學(xué)目標(biāo)，首先，要讓學(xué)生們了解現(xiàn)下機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r以及其對人們?nèi)粘９ぷ鞯挠绊?。其次，要讓學(xué)生們對機(jī)械的傳動裝置以及一些比較常見的通訊方式和傳感器有所掌握，并且理解其中涉及到的一系列的協(xié)同工作方法，進(jìn)而對機(jī)器人的多機(jī)協(xié)同原理有一個初步的把握。再次，要讓學(xué)生們做到綜合運(yùn)用機(jī)器人工作有關(guān)的各種物理學(xué)知識，例如，力學(xué)知識、杠桿原理、速度和距離等等。最后，要讓學(xué)生們對Java、C++、C等一些較為常用的辦成語言有一個初步的掌握，要使其學(xué)會編寫一些簡單的程序指令，此外，還要讓學(xué)生們在以上一系列知識的學(xué)習(xí)和掌握過程中增強(qiáng)協(xié)作、配合能力、

2.教學(xué)內(nèi)容。中學(xué)階段的機(jī)器人教學(xué)主要教學(xué)內(nèi)容同樣可以包括在信息技術(shù)課程之中，或者是包括在綜合實(shí)踐課程之中，通常情況下，需要30個學(xué)時左右，教學(xué)中需要包括基礎(chǔ)運(yùn)動模塊、超聲波傳感器模塊、顏色傳感器模塊、屏幕顯示模塊、聲音模塊、文件讀寫模塊、藍(lán)牙通訊模塊、高級運(yùn)動模塊、模式編程模塊，每個模塊在3個學(xué)時左右。

中小學(xué)機(jī)器人課程的開展是步入現(xiàn)代化社會的必然趨勢，對機(jī)器人課程的開發(fā)與實(shí)踐承載著我國中小學(xué)的信息教育的諸多重要價值，同時也是對學(xué)生信息素質(zhì)進(jìn)行綜合培養(yǎng)和創(chuàng)新提升的良好途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]蒙慶華，藍(lán)日海，戴海清.機(jī)器人教育校本課程開發(fā)探究[J].教學(xué)與管理，2019（15）：90-92.

[2]張爽. 創(chuàng)客教育視域下中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)活動設(shè)計研究[D].江南大學(xué)，2017.

注：基金項目：本文系河南省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃一般課題《中小學(xué)機(jī)器人課程開發(fā)與實(shí)踐研究》（編號：〔2019〕-JKGHYB-1469）研究成果。