策略引領(lǐng)，讓初中機(jī)器人課程教學(xué)更高效

顧鐵軍

【摘要】隨著人工智能時代的到來，智能機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，高素質(zhì)機(jī)器人專業(yè)人才培養(yǎng)需從基礎(chǔ)教育開始抓起。初中教育階段開設(shè)機(jī)器人課程成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。當(dāng)前，學(xué)校機(jī)器人教學(xué)面臨諸多問題。在信息技術(shù)課堂上，教師需在科學(xué)、合理的策略引領(lǐng)下，創(chuàng)新實踐教學(xué)機(jī)制，實現(xiàn)機(jī)器人課程的高效教學(xué)。

【關(guān)鍵詞】信息技術(shù);機(jī)器人教學(xué);高效

信息技術(shù)是一門具有較強(qiáng)實踐性的課程。機(jī)器人課程作為創(chuàng)新教育的重要載體，是提升學(xué)生信息技術(shù)綜合能力與素養(yǎng)的重要途徑。由于教師缺乏機(jī)器人教育的優(yōu)質(zhì)參考教材，也沒有系統(tǒng)了解機(jī)器人的知識體系，導(dǎo)致缺乏機(jī)器人教學(xué)的全局觀;面對沉重的升學(xué)壓力，學(xué)生對科技感十足的機(jī)器人課程并不十分熱情，學(xué)習(xí)效果也不佳，更無法通過機(jī)器人的學(xué)習(xí)實現(xiàn)創(chuàng)新能力和程序設(shè)計思維的發(fā)展。因此，教師要借鑒傳統(tǒng)信息技術(shù)課堂的教育經(jīng)驗，創(chuàng)新課堂教學(xué)內(nèi)容，利用多元化的策略，提高機(jī)器人課程的教學(xué)效果。

一、精準(zhǔn)確立教育目標(biāo)，引領(lǐng)機(jī)器人教學(xué)

教育目標(biāo)既是教師展開教育活動的開端，也是最終的教育歸宿，對教師進(jìn)行教育準(zhǔn)備和教育活動的安排具有指導(dǎo)性的作用[1]。初中生學(xué)習(xí)信息技術(shù)的時間十分有限，要想按時、高質(zhì)量地完成機(jī)器人課程教學(xué)，必須實現(xiàn)高效地教與學(xué)。

首先，教師需提前規(guī)劃好初中階段機(jī)器人教學(xué)的時間和內(nèi)容，明確要達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)。各?？蓞⒖急?進(jìn)行教學(xué)安排。

其次，要提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效果，教師必須在吃透課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上，分析學(xué)生的原有基礎(chǔ)和認(rèn)知水平，以便設(shè)定出最契合學(xué)生發(fā)展需要的教學(xué)目標(biāo)。以“機(jī)器人行走”一課為例，可以制定如下三維目標(biāo)。

（一）知識與技能：引導(dǎo)學(xué)生初步學(xué)會對簡單的任務(wù)進(jìn)行分析，并且掌握繪制流程圖的方法，學(xué)會“移動”“延時”等模塊的使用;學(xué)會利用“執(zhí)行器模塊庫”中的“啟動電機(jī)”模塊進(jìn)行程序的編寫，完成對左右電機(jī)的驅(qū)動，以便掌握模塊參數(shù)的設(shè)置方法等;讓學(xué)生嘗試進(jìn)行機(jī)器人的搭建和程序的設(shè)計。

（二）過程和方法：引導(dǎo)學(xué)生掌握利用“移動”“延時”等模塊來使機(jī)器人后退和轉(zhuǎn)向;使學(xué)生理解機(jī)器人行走的方向、左右電機(jī)轉(zhuǎn)速差異與機(jī)器人轉(zhuǎn)彎的關(guān)系等。

（三）情感態(tài)度和價值觀：強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人編程的興趣;讓學(xué)生在不斷調(diào)試機(jī)器人的過程中形成交流與合作精神。

教師依據(jù)上述目標(biāo)進(jìn)行課堂活動的細(xì)致安排，通過精準(zhǔn)制定并落實目標(biāo)，提高課堂教學(xué)效率。

通過三維目標(biāo)的確立，教師不僅明確了機(jī)器人課程教學(xué)的方向，而且有利于更細(xì)致地安排機(jī)器人教學(xué)的活動，以便在逐步實現(xiàn)教育目標(biāo)中奠定高效教學(xué)的基礎(chǔ)。

二、組建互動合作團(tuán)隊，合力研究機(jī)器人

機(jī)器人課程綜合性較強(qiáng)，教學(xué)內(nèi)容涉及范圍非常廣泛，涵蓋了科學(xué)、機(jī)械、工程、數(shù)學(xué)等各學(xué)科知識，且對學(xué)生的設(shè)計和計算思維要求較高。倘若教師把相關(guān)任務(wù)讓學(xué)生自主完成，由于學(xué)生個人知識和能力十分有限，許多學(xué)生都無法依靠自身的能力完成機(jī)器人的設(shè)計與編程，還會耗費很多時間;學(xué)生在課堂上的收獲甚微，無法獲得成就感。為了提高課堂效率，降低學(xué)生活動時的難度，教師可結(jié)合學(xué)生的實際情況，為學(xué)生創(chuàng)建合作學(xué)習(xí)小組，讓學(xué)生發(fā)揮集體的智慧，共同完成機(jī)器人的制作任務(wù)。

合作團(tuán)隊的組建要科學(xué)合理，這對提升隊員互動質(zhì)量和提高小組學(xué)習(xí)效率至關(guān)重要。為了更好地發(fā)揮小組成員的專長，高效完成合作任務(wù)，開學(xué)后，我們利用專業(yè)問卷平臺，對學(xué)生的綜合素質(zhì)能力進(jìn)行考查，分別從信息學(xué)、科學(xué)、工程機(jī)械、藝術(shù)、數(shù)學(xué)、程序思維六個維度進(jìn)行測試并做出評價。最后根據(jù)測評結(jié)果和學(xué)生特點，按照優(yōu)勢互補(bǔ)、能力互補(bǔ)和素質(zhì)互補(bǔ)的原則，每3～4人為一組，確保各學(xué)習(xí)小組“組內(nèi)異質(zhì)、組間同質(zhì)”。

三、適當(dāng)給予選擇權(quán)利，自主創(chuàng)造機(jī)器人

隨著學(xué)生對機(jī)器人的認(rèn)識不斷深入，學(xué)生已不再滿足于教師所教的機(jī)器人知識，對于機(jī)器人有了很多自己的想法，創(chuàng)新意識逐漸萌發(fā)。然而，傳統(tǒng)“一刀切”的教育方式始終占據(jù)著課堂，學(xué)生無法根據(jù)個人喜好設(shè)計、制作自己感興趣的機(jī)器人。為了激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，讓學(xué)生更加主動地進(jìn)行機(jī)器人知識的建構(gòu)，教師可在八年級適時安排自選課程;聯(lián)系生活，引導(dǎo)學(xué)生制作不同功能的機(jī)器人，解決實際生活中遇到的問題，給學(xué)生提供施展才華、放飛個性的機(jī)會，滿足學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的需要。

課堂中，教師可以借助媒體技術(shù)給學(xué)生介紹不同種類的機(jī)器人，如家用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人和教學(xué)機(jī)器人等。之后，教師將學(xué)習(xí)的主動權(quán)交給學(xué)生，讓學(xué)生以小組為單位確定要挑戰(zhàn)的機(jī)器人類別及要實現(xiàn)的功能。隊員按照任務(wù)分工，利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息檢索，對機(jī)器人的工作原理、結(jié)構(gòu)特點以及使用的傳感器等問題進(jìn)行查詢，填補(bǔ)個人的知識空白。最后，各小組利用虛擬機(jī)器人平臺完成搭建與程序的編寫。社團(tuán)學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)，則更具挑戰(zhàn)性;一般采用“項目式學(xué)習(xí)”的創(chuàng)客教育模式，任務(wù)更復(fù)雜，要求更高。在這種開放式課堂上，沒有預(yù)設(shè)，沒有接受，只有主動學(xué)習(xí)與生成。

四、創(chuàng)新競賽模式，激發(fā)持久學(xué)習(xí)動力

通過學(xué)科競賽驅(qū)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)，通過教師教學(xué)指導(dǎo)和面對實際問題促進(jìn)學(xué)生自我學(xué)習(xí)，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)習(xí)與學(xué)科競賽相結(jié)合，學(xué)以致用?！耙再惔賹W(xué)”是為了讓學(xué)生始終保持學(xué)習(xí)機(jī)器人的動力。為此，我們設(shè)計了一套機(jī)器人教育競賽方案（如圖1），即利用3D仿真機(jī)器人軟件實現(xiàn)全校機(jī)器人普及教育，培養(yǎng)學(xué)生的編程思維，提高信息素養(yǎng)。經(jīng)過普選，各班勝出者可進(jìn)入年級機(jī)器人社團(tuán)，進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)，重在提升學(xué)生在工程設(shè)計、數(shù)學(xué)分析及邏輯思維等方面的能力。經(jīng)過兩輪比賽和學(xué)習(xí)，選出在機(jī)器人方面具有真正潛力和造詣的尖子生組成學(xué)校精英團(tuán)隊，為參加校外各級各類機(jī)器人大賽打好基礎(chǔ)。對在各級比賽活動中表現(xiàn)突出的學(xué)生，學(xué)校將授予相應(yīng)段位和等級，并頒發(fā)獎?wù)?，具體段位等級設(shè)置如表2。

競賽活動的實施，激活了學(xué)生的好勝心和求知欲，也在不斷塑造學(xué)生的規(guī)則和競爭意識。無論是普及組還是精英組，學(xué)校均給學(xué)生提供發(fā)揮所長的機(jī)會和平臺。為了不斷提升自己的段位和等級，絕大多數(shù)學(xué)生都能堅持不斷學(xué)習(xí)，精誠合作。

五、搭建展示平臺，創(chuàng)新機(jī)器人評價方式

現(xiàn)階段，我國中小學(xué)機(jī)器人教育的評價方式大多以競賽獲獎等級作為評價標(biāo)準(zhǔn)。這種評價法更像是搞面子工程，難免有些片面，但也能夠理解。機(jī)器人教育的經(jīng)費投入都比較多，如果沒有拿下一個省級或國家級獎，感覺都無法向?qū)W校交代。然而，能夠代表學(xué)校參加校外比賽的學(xué)生畢竟是少數(shù)，級別越高，參加的學(xué)生數(shù)量越少。對于普及機(jī)器人教育的學(xué)校來說，應(yīng)建立更加多元的評價標(biāo)準(zhǔn)。一個全面、客觀、公正的學(xué)生評價體系不僅能夠及時、有效地讓教師準(zhǔn)確掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，提升教學(xué)質(zhì)量，而且能夠幫助學(xué)生形成自我認(rèn)知，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

無論是虛擬機(jī)器人的學(xué)習(xí)還是實物機(jī)器人的制作，最終都會變成一個作品，這個作品就是學(xué)生對機(jī)器人知識的學(xué)習(xí)反饋。為了提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果，幫助學(xué)生形成自我認(rèn)知，每節(jié)課教師可組織學(xué)生將制作的機(jī)器人進(jìn)行展示，使其傾聽同伴和教師的點評，穩(wěn)固自身信心的同時，認(rèn)識到作品的不足，后期不斷地進(jìn)行調(diào)整與完善。

在完成了機(jī)器人課程的學(xué)習(xí)后，學(xué)生可自由設(shè)計并制作一些富有創(chuàng)意的作品。這時，教師可以為學(xué)生創(chuàng)辦專題展覽，讓學(xué)生的優(yōu)秀作品以機(jī)器人設(shè)計圖片和實物方式呈現(xiàn)在學(xué)校櫥窗，并配文介紹小組的創(chuàng)作過程，以及機(jī)器人使用的器件、特點、功能等情況，接受其他同學(xué)和教師審視的同時，也讓每個學(xué)生從這些作品中獲得滋養(yǎng)與靈感，為后續(xù)機(jī)器人的高效學(xué)習(xí)埋下伏筆。

這些年，機(jī)器人教育發(fā)展迅速，盡管許多學(xué)校都開展了機(jī)器人課程，但面臨著多重困難。我們堅信，負(fù)重前行，方能致遠(yuǎn)。作為機(jī)器人教育工作者，應(yīng)結(jié)合本校實際情況，高效、穩(wěn)步地推進(jìn)機(jī)器人課程教學(xué)，不斷探索高效的教育方法和教學(xué)模式，讓機(jī)器人課程的未來變得更加絢麗多彩。

【參考文獻(xiàn)】

薛靜.初中信息技術(shù)課程“機(jī)器人+”項目創(chuàng)新教育研究[J].中小學(xué)電教（下半月），2018（11）：38-39.