高中機(jī)器人教學(xué)中的創(chuàng)客教育探究

馬小麗

【內(nèi)容摘要】進(jìn)入二十一世紀(jì)，自動(dòng)化、智能化科技成果逐步在社會(huì)各領(lǐng)域生根開(kāi)花，其中，“機(jī)器人”一詞的熱搜量始終居高不下，在這一背景之下，機(jī)器人課程走進(jìn)高中學(xué)生視野。為了讓更多的學(xué)生對(duì)機(jī)器人課程產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，教師圍繞學(xué)生的主觀意愿，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造創(chuàng)新能力以及自主探究能力為著眼點(diǎn)，將“創(chuàng)客教育”理念滲透到教學(xué)當(dāng)中，進(jìn)而為全面型人才的塑造奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】高中 ?機(jī)器人教學(xué) ?創(chuàng)客教育 ?教學(xué)方法

創(chuàng)客教育是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)意識(shí)所需的知識(shí)、視野、能力等方面的一種教育行為，也是高中機(jī)器人教學(xué)中一種全新的教育教學(xué)理念。眾所周知，我國(guó)屬于制造大國(guó)，但是，如何在制造領(lǐng)域提高科技含金量，而成為“智造”強(qiáng)國(guó)，是近年來(lái)教育教學(xué)領(lǐng)域普遍關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。因此，對(duì)于高中機(jī)器人教師來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)基于創(chuàng)客教育理念，通過(guò)豐富多樣的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造創(chuàng)新欲望，使學(xué)生成為未來(lái)科技興國(guó)、科技強(qiáng)國(guó)的踐行者。

一、音畫(huà)相融，興趣激發(fā)

在高中機(jī)器人教學(xué)中踐行創(chuàng)客教育理念的前提是激活學(xué)生的興趣點(diǎn)，使學(xué)生對(duì)機(jī)器人課程充滿好奇心，基于此，教師在開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)之前，需要做好充足的課前準(zhǔn)備工作，將所要講述的機(jī)器人課程內(nèi)容制作成視頻教學(xué)課件，通過(guò)搜索和網(wǎng)羅各種信息資源，充實(shí)和豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)而吸引學(xué)生的注意力，以此提高教學(xué)效率，構(gòu)建一個(gè)高效的機(jī)器人教學(xué)課堂。

以《觸摸機(jī)器人》為例，在講述本單元知識(shí)點(diǎn)時(shí)，教師將預(yù)先收集和整理的社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用機(jī)器人的案例，通過(guò)多媒體教學(xué)設(shè)備展示在學(xué)生面前，以引發(fā)學(xué)生的情感共鳴，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。機(jī)器人在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科研、醫(yī)療、航空航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，教師可以將機(jī)器人在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用成果以視頻影像的方式展示出來(lái)。比如德國(guó)農(nóng)業(yè)專家利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、全球定位系統(tǒng)研制開(kāi)發(fā)出能夠準(zhǔn)確施用除草劑進(jìn)行除草作業(yè)的機(jī)器人。機(jī)器人在農(nóng)作物種植人員的引領(lǐng)下能夠獨(dú)立在田間行走，當(dāng)機(jī)器人的智控裝置與GPS接收器感知到雜草信息時(shí)，執(zhí)行程序就會(huì)準(zhǔn)確劃定雜草區(qū)域，進(jìn)而繪制出坐標(biāo)定位圖，種植人員只需要將這些數(shù)據(jù)信息輸入到拖拉機(jī)上面的計(jì)算機(jī)當(dāng)中，便可以自動(dòng)完成除草作業(yè)，大幅提升了作業(yè)生產(chǎn)效率①。此外，農(nóng)業(yè)機(jī)器人還包括利用顏色差異搭配機(jī)械手臂的甜椒采摘機(jī)、能夠精確高效完成溫室內(nèi)灌溉工作的灌溉機(jī)器人、智能完成溫室內(nèi)噴灑農(nóng)藥的噴霧機(jī)器人等。通過(guò)展示機(jī)器人在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用案例，能夠引起學(xué)生的好奇心，激發(fā)學(xué)生的獵奇心理，使學(xué)生心中萌生創(chuàng)造與創(chuàng)新欲望。

二、靈活互動(dòng)，思維拓展

構(gòu)建一個(gè)集趣味、互動(dòng)、高信息容量的機(jī)器人課堂是機(jī)器人教學(xué)中一種慣用的教學(xué)方法，這種方法將師生之間建立了一種橋梁紐帶關(guān)系，并通過(guò)課堂的一問(wèn)一答與正確引領(lǐng)和提示，拉近師生間的距離，同時(shí)，也能夠增強(qiáng)學(xué)生的自主探究意識(shí)，使學(xué)生在機(jī)器人教學(xué)當(dāng)中，學(xué)到真知，親身感受到高科技給人們的生活帶來(lái)的巨大改變。

以《認(rèn)識(shí)機(jī)器人》的單元知識(shí)點(diǎn)為例，本單元主要講述了機(jī)器人的概念，機(jī)器人工作原理與內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成等內(nèi)容。由于學(xué)生剛剛接觸新課程，對(duì)機(jī)器人的概念比較模糊，因此，教師應(yīng)將學(xué)生作為課堂教學(xué)核心，從學(xué)生的主觀意愿出發(fā)，遵循“循序漸近、逐層遞進(jìn)”的原則，設(shè)置一些課堂互動(dòng)問(wèn)題，逐步引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入到神奇的機(jī)器人世界。

比如第一個(gè)問(wèn)題應(yīng)當(dāng)突出學(xué)生的集體力量，盡量設(shè)置一個(gè)大部分學(xué)生所共知的簡(jiǎn)單問(wèn)題。教師：“請(qǐng)同學(xué)們想一想，在現(xiàn)實(shí)生活中，大家發(fā)現(xiàn)哪一個(gè)領(lǐng)域有機(jī)器人的身影?！睂W(xué)生甲：“去銀行辦理業(yè)務(wù)時(shí)，有專門為儲(chǔ)戶服務(wù)的智能機(jī)器人，它可以模擬人類語(yǔ)言，與儲(chǔ)戶進(jìn)行簡(jiǎn)單的語(yǔ)言交流?！睂W(xué)生乙：“在汽車制造領(lǐng)域，機(jī)器人手臂已經(jīng)取代了人工操作，它可以按照指定的程序進(jìn)行精細(xì)化操作，制造出精度高、質(zhì)量好的汽車元器件?！苯酉聛?lái)，教師圍繞著單元內(nèi)容，加大互動(dòng)問(wèn)題的難度。教師：“請(qǐng)同學(xué)們觀看機(jī)器人的內(nèi)部構(gòu)造，然后說(shuō)一說(shuō)，機(jī)器人的工作原理?！贝藭r(shí)，為了幫助學(xué)生快速解決問(wèn)題，教師可以圍繞三個(gè)方面作出提示，第一方面是電池提供動(dòng)力、第二方面是芯片控制、第三方面是計(jì)算機(jī)程序控制。通過(guò)教師的引導(dǎo)與提示，問(wèn)題也會(huì)迎刃而解。通過(guò)這種師生互動(dòng)的方法，使學(xué)生的拓展思維逐步打開(kāi)，視野得以開(kāi)闊，對(duì)培養(yǎng)和增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)造與創(chuàng)新意識(shí)也將起到推波助瀾的作用。

三、實(shí)踐體驗(yàn)，自主探究

體驗(yàn)教學(xué)是機(jī)器人課堂的一種特色教學(xué)方法，也是創(chuàng)客教育理念的一個(gè)重要分支。在教學(xué)過(guò)程中，如果教師一味的采取理論灌輸式的教學(xué)方法，無(wú)益于學(xué)生吸收和掌握機(jī)器人的一些常識(shí)性問(wèn)題，對(duì)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造與創(chuàng)新熱情毫無(wú)幫助。因此，教師應(yīng)當(dāng)及時(shí)轉(zhuǎn)變思想觀念，將課堂主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，給學(xué)生預(yù)留出足夠的課堂實(shí)踐時(shí)間，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，幫助學(xué)生在科學(xué)探索的路途中欣賞到更多美麗的風(fēng)景，使個(gè)人潛質(zhì)與風(fēng)采逐步浮出水面。

以《有“手臂”的投籃機(jī)器人》為例，本單元教學(xué)目標(biāo)是學(xué)生能夠根據(jù)投籃機(jī)器人的結(jié)構(gòu)分解圖，完成機(jī)器人作品的搭建，同時(shí)，使機(jī)器人能夠展示投籃功能。在學(xué)生進(jìn)入到實(shí)踐體驗(yàn)環(huán)節(jié)之前，首先準(zhǔn)備好拼裝和搭建機(jī)器人的工具與材料，主要包括：機(jī)器人結(jié)構(gòu)分解圖、樂(lè)高積木、RCX（可編程積木）、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。為了體現(xiàn)學(xué)生的主觀創(chuàng)造能力，教師應(yīng)當(dāng)扮演輔助指導(dǎo)角色，讓學(xué)生參照結(jié)構(gòu)分解圖自行搭建與拼裝機(jī)器人，如果在操作過(guò)程中遇到困難，教師應(yīng)及時(shí)進(jìn)行指點(diǎn)與糾正，以保證學(xué)生順利完成拼裝任務(wù)。

比如事先準(zhǔn)備的道具材料當(dāng)中有兩個(gè)馬達(dá)，部分學(xué)生對(duì)兩個(gè)馬達(dá)的作用模棱兩可，當(dāng)遇到這一問(wèn)題時(shí)，教師應(yīng)當(dāng)及時(shí)予以講解。指出一個(gè)馬克專門用于驅(qū)動(dòng)車子運(yùn)動(dòng)，而一個(gè)馬達(dá)則用于完成投籃動(dòng)作。在教師的提示下，學(xué)生能夠加快拼裝速度，進(jìn)而完成一個(gè)完整的投籃機(jī)器人作品。通過(guò)這種實(shí)踐體驗(yàn)的方法，使學(xué)生對(duì)機(jī)器人課程產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，另外，也可以借助這一環(huán)節(jié)，為后續(xù)的實(shí)踐課程做好鋪墊，學(xué)生也可以利用課余時(shí)間，充分發(fā)揮想象力與創(chuàng)造力，拼裝出多種功能的實(shí)用型機(jī)器人②。

四、主題設(shè)計(jì)，參與實(shí)戰(zhàn)

基于創(chuàng)客教育理念，教師應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，除了在教學(xué)課堂開(kāi)展實(shí)踐活動(dòng)外，也可以將實(shí)踐課堂延伸至課堂之外。比如學(xué)生在熟練掌握了機(jī)器人概念與工作原理后，可以通過(guò)視頻教學(xué)的方法，讓學(xué)生多看、多聽(tīng)、多觀察、多想象，借助于各個(gè)領(lǐng)域的機(jī)器人制作實(shí)例，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造意識(shí)，然后結(jié)合學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用能力與個(gè)人學(xué)習(xí)能力，為學(xué)生量身定制一個(gè)機(jī)器人設(shè)計(jì)主題，讓學(xué)生利用課余時(shí)間多動(dòng)手、多動(dòng)腦，在完成主題設(shè)計(jì)的同時(shí)，能夠產(chǎn)生更多的新創(chuàng)意、新點(diǎn)子。教師根據(jù)學(xué)生的作品，選擇優(yōu)秀的學(xué)生代表參加本地區(qū)、國(guó)家乃至世界范圍內(nèi)的機(jī)器人大賽，使學(xué)生能夠在各種賽事當(dāng)中漸漸成長(zhǎng)，漸漸成熟，漸漸成功，將個(gè)人創(chuàng)造力與創(chuàng)新力發(fā)揮的極致。

比如近年來(lái)比較有名的機(jī)器人賽事包括VEX（亞洲機(jī)器人聯(lián)盟）挑戰(zhàn)賽、FRC（國(guó)際9-12年級(jí)中學(xué)生機(jī)器人對(duì)戰(zhàn)賽）、FLL（FIRST機(jī)構(gòu)與樂(lè)高集團(tuán)組織的機(jī)器人挑戰(zhàn)賽）、國(guó)內(nèi)青少年機(jī)器人競(jìng)賽等，通過(guò)各種賽事的鍛煉，教師可以發(fā)現(xiàn)一些優(yōu)秀人才，并為這些人才訂制專門的機(jī)器人課程，以進(jìn)一步提高學(xué)生的自主創(chuàng)造與創(chuàng)新能力，為培養(yǎng)國(guó)家需要的專業(yè)型人才打好基礎(chǔ)。

結(jié)束語(yǔ)

目前，機(jī)器人課程在高中學(xué)生群體當(dāng)中受眾度較高，倍受學(xué)生喜愛(ài)，因此，教師應(yīng)當(dāng)深入挖掘?qū)W生的個(gè)人潛質(zhì)，在創(chuàng)客教育理念的引領(lǐng)下，逐步開(kāi)拓學(xué)生的視野、增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)造創(chuàng)新意識(shí)、提高學(xué)生的動(dòng)腦動(dòng)手能力，在為個(gè)人發(fā)展做好精心籌劃的同時(shí)，成為國(guó)家未來(lái)高科技領(lǐng)域的佼佼者。

【注釋】

① 毛蕾. 高中信息技術(shù)課程機(jī)器人創(chuàng)客教學(xué)設(shè)計(jì)研究[J]. 科普童話·新課堂（上），2019（10）：120.

② 賈金元、武小龍、武國(guó)偉. 面向創(chuàng)客教育的高中機(jī)器人教學(xué)與實(shí)踐研究[J]. 基礎(chǔ)教育參考，2017（22）.

（作者單位：山東省東營(yíng)市第二中學(xué)）