機(jī)器人教學(xué)校本課程體系的建構(gòu)

張康英

一、引言

中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)基本上是利用計(jì)算機(jī)開(kāi)展的。隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，人工智能大量涌現(xiàn)，新一代機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，包括教育行業(yè)。在這個(gè)大趨勢(shì)下，2012年5月，中國(guó)教育技術(shù)協(xié)會(huì)信息技術(shù)教育專業(yè)委員會(huì)正式發(fā)布了《基礎(chǔ)教育信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2012版）》。其中強(qiáng)調(diào)了在中小學(xué)開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)的意義。自此，各校紛紛開(kāi)展相關(guān)實(shí)踐活動(dòng)和研究，但是如何在中小學(xué)階段開(kāi)設(shè)機(jī)器人常規(guī)課程，國(guó)內(nèi)外都在根據(jù)本國(guó)情況進(jìn)行積極探索。

二、機(jī)器人教學(xué)現(xiàn)狀分析

隨著全國(guó)各級(jí)各類機(jī)器人競(jìng)賽的開(kāi)展，機(jī)器人相關(guān)教學(xué)活動(dòng)也在中小學(xué)校得到大力支持。 筆者通過(guò)文獻(xiàn)查閱并對(duì)自身所處的地域開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)情況進(jìn)行綜合分析，發(fā)現(xiàn)我國(guó)中小學(xué)開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)層次不一，在不同的地域，開(kāi)展效果也不同。相比之下，城市比農(nóng)村地區(qū)開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)更普遍，投入的資金更大，師資力量相對(duì)更充足，教學(xué)效果較明顯。以下筆者從機(jī)器人教學(xué)的規(guī)模、課程體系、師資力量等方面進(jìn)行詳細(xì)分析。

（一）機(jī)器人教學(xué)規(guī)模小

根據(jù)文獻(xiàn)查閱以及對(duì)本區(qū)域開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)情況的分析，目前，我國(guó)大部分學(xué)校開(kāi)展了機(jī)器人教學(xué)，主要采取社團(tuán)活動(dòng)和競(jìng)賽兩種形式，受益面比較小，引入常規(guī)教學(xué)的案例并不多。

1.以社團(tuán)活動(dòng)為載體開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)

自教育部將人工智能基礎(chǔ)課程納入中小學(xué)選修課程后，智能機(jī)器人慢慢進(jìn)入中小學(xué)校教育。學(xué)校開(kāi)始依托教材開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)，但開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)，除了軟件外，還需要配套硬件設(shè)施。這需要耗費(fèi)學(xué)校的大量資金，維護(hù)這些設(shè)備也是一筆不小的費(fèi)用，學(xué)校很難在班級(jí)進(jìn)行常態(tài)化教學(xué)。因此，以社團(tuán)活動(dòng)為載體開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)，在小學(xué)尤其興盛，有興趣的學(xué)生加入社團(tuán)，信息技術(shù)或者科技老師擔(dān)任指導(dǎo)老師進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人的搭建和編程，在這一過(guò)程中培養(yǎng)其高階思維能力。國(guó)內(nèi)也有一些學(xué)者針對(duì)這些機(jī)器人社團(tuán)課開(kāi)展過(guò)相應(yīng)的研究，例如，田木蘭和秦鍵老師針對(duì)樂(lè)高機(jī)器人開(kāi)展基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的小學(xué)機(jī)器人教學(xué)實(shí)踐研究，但這類研究并不多。

2.以競(jìng)賽為導(dǎo)向開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)

機(jī)器人競(jìng)賽是目前國(guó)內(nèi)比較主流的比賽之一?？茖W(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)、電教館和各類機(jī)器人公司等，組織開(kāi)展各級(jí)各類機(jī)器人競(jìng)賽，比如青少年機(jī)器人創(chuàng)新大賽、MAKEX比賽、VEX比賽、FLL比賽等等。這些競(jìng)賽都有相應(yīng)的競(jìng)賽主題和競(jìng)賽規(guī)則，教師根據(jù)每年的競(jìng)賽主題和規(guī)則采購(gòu)相應(yīng)的器材和升級(jí)包，制定計(jì)劃，對(duì)學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)。基于競(jìng)賽主題進(jìn)行機(jī)器人競(jìng)賽輔導(dǎo)，目的性強(qiáng)，代入感足，能培養(yǎng)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。但是，這樣的競(jìng)賽教學(xué)需要有相應(yīng)的場(chǎng)地和器材，如果進(jìn)入常規(guī)教學(xué)，學(xué)校耗材太大，所以一般以競(jìng)賽小組的形式展開(kāi)較多。學(xué)校出于各種考慮，選擇一些優(yōu)秀的學(xué)生參加競(jìng)賽，這類機(jī)器人教學(xué)屬于競(jìng)賽類機(jī)器人輔導(dǎo)。

（二）機(jī)器人教學(xué)課程體系不完整

《基礎(chǔ)教育信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2012）》對(duì)機(jī)器人入門(mén)這一模塊的課程標(biāo)準(zhǔn)制定并不詳細(xì)，因此，大部分學(xué)校目前都是依據(jù)本校的機(jī)器人社團(tuán)或者競(jìng)賽項(xiàng)目開(kāi)展相應(yīng)的課程，教師根據(jù)每個(gè)公司提供的機(jī)器人器材說(shuō)明書(shū)進(jìn)行設(shè)計(jì)，缺乏完整的教學(xué)設(shè)計(jì)流程，也沒(méi)有配套的學(xué)生教材，與常態(tài)化的信息技術(shù)課堂有很大的差異性。

（三）機(jī)器人教學(xué)師資力量不足

目前，大部分地區(qū)、大部分學(xué)校都配備了一至兩種機(jī)器人器材，用于學(xué)校開(kāi)設(shè)社團(tuán)活動(dòng)或者進(jìn)行競(jìng)賽，硬件設(shè)備到位了，師資力量卻不足。擔(dān)任機(jī)器人教學(xué)的老師一般是信息技術(shù)老師或者科技老師，他們基本上是兼任這個(gè)任務(wù)，初期接觸機(jī)器人項(xiàng)目，還沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，主要靠自學(xué)摸索。機(jī)器人老師既要上好本職課程，又要負(fù)責(zé)機(jī)器人教學(xué)，任務(wù)重，責(zé)任大。機(jī)器人課程涉及科學(xué)、技術(shù)、藝術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等多門(mén)學(xué)科知識(shí)，對(duì)輔導(dǎo)老師的綜合素質(zhì)要求較高，因此，學(xué)校配套的師資力量不足，也影響學(xué)校機(jī)器人課程的常態(tài)化開(kāi)展。

基于上述情況，筆者認(rèn)為，機(jī)器人教學(xué)在中小學(xué)生中受歡迎程度非常高，因此，可以在小學(xué)常規(guī)課堂中，嵌入機(jī)器人教學(xué)，后期可以以競(jìng)賽項(xiàng)目為主題，開(kāi)展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。這樣，不僅會(huì)提高學(xué)生的參與度，更能帶動(dòng)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，活躍課堂氣氛，課堂教學(xué)效果較好。學(xué)校首先自編校本教材，老師根據(jù)校本教材進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，使之可以在教學(xué)時(shí)有理論依據(jù)，從而形成一套完整的機(jī)器人教學(xué)體系。

三、機(jī)器人教學(xué)校本課程體系的建構(gòu)

機(jī)器人因其自身的受歡迎性以及國(guó)家對(duì)人工智能的重視性，使其在中小學(xué)校頗受支持。將機(jī)器人教學(xué)引入常規(guī)信息技術(shù)課堂，對(duì)學(xué)生理解人工智能具有重要意義。筆者通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，并結(jié)合自己這一兩年的機(jī)器人社團(tuán)教學(xué)及競(jìng)賽輔導(dǎo)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建了小學(xué)機(jī)器人校本課堂體系結(jié)構(gòu)。整個(gè)結(jié)構(gòu)包括前期準(zhǔn)備、日常教學(xué)、以競(jìng)賽為主題的項(xiàng)目化教學(xué)、成果展示四個(gè)部分（如圖1所示）。位于底層的是前期準(zhǔn)備工作，它是校本課堂開(kāi)始的基礎(chǔ)，只有做好前期準(zhǔn)備工作，才能開(kāi)展教學(xué)。第二層是日常教學(xué)，日常教學(xué)是校本課堂的核心，也是學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)。第三層是在第二層的基礎(chǔ)上引入的以競(jìng)賽為主題的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，學(xué)生通過(guò)這個(gè)層次的學(xué)習(xí)，可以增強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)力。最頂層是成果展示環(huán)節(jié)，它是對(duì)整個(gè)課程體系的一個(gè)總結(jié)、升華，優(yōu)勝者可以代表學(xué)校參加競(jìng)賽，獲得榮譽(yù)。

基于小學(xué)機(jī)器人教學(xué)校本課堂體系建構(gòu)圖，筆者細(xì)化了這四個(gè)環(huán)節(jié)。具體如圖2所示。

前期準(zhǔn)備階段是整個(gè)校本課堂的基礎(chǔ)。筆者根據(jù)中小學(xué)信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中提出的學(xué)科素養(yǎng)確定課程教學(xué)大綱，制定教學(xué)計(jì)劃，利用scratch軟件編寫(xiě)學(xué)生教材，準(zhǔn)備教學(xué)器材和教學(xué)環(huán)境，便于開(kāi)展日常教學(xué)活動(dòng)。教學(xué)環(huán)境即為機(jī)器人教室，包括計(jì)算機(jī)、機(jī)器人器材，學(xué)生兩兩組合，完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

常規(guī)教學(xué)階段，教師根據(jù)課程教學(xué)大綱設(shè)計(jì)教學(xué)流程，教學(xué)方法可以是任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、講授法、演示法等相結(jié)合的方法方式進(jìn)行授課。教師根據(jù)教材確定上課內(nèi)容，講授相關(guān)的重難點(diǎn)知識(shí)。學(xué)生小組通過(guò)完成任務(wù)達(dá)到理解重難點(diǎn)的目的。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的學(xué)習(xí)，學(xué)生基本上掌握了機(jī)器人的各種知識(shí)，日常教學(xué)目標(biāo)達(dá)到。

第三階段是以競(jìng)賽為主題的項(xiàng)目化教學(xué)，此階段是第二階段的延伸。在學(xué)生掌握基礎(chǔ)的機(jī)器人知識(shí)后，以競(jìng)賽項(xiàng)目為主題，開(kāi)展主體化教學(xué)，學(xué)生需靈活、綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)完成競(jìng)賽項(xiàng)目。通過(guò)項(xiàng)目化的學(xué)習(xí)，能夠整合所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，提高學(xué)生的高階思維能力。

第四階段為成果展示，是整個(gè)課程體系的升華。它的效果反映了學(xué)校對(duì)整個(gè)機(jī)器人教學(xué)校本課堂的實(shí)施情況?？梢哉宫F(xiàn)小組合作成果，或者展現(xiàn)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)情況。這樣，優(yōu)秀的學(xué)生可以代表學(xué)校參加各級(jí)各類競(jìng)賽，其他學(xué)生可以通過(guò)小組合作的形式對(duì)自己進(jìn)行評(píng)價(jià)。成果展示活動(dòng)，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況，自由設(shè)計(jì)主題，制定方案，明確分工，完成主題，展示作品。競(jìng)賽成果展示，學(xué)生可以陳列自己的比賽成績(jī)，或者準(zhǔn)備好機(jī)器人相關(guān)器材以及活動(dòng)場(chǎng)地，在活動(dòng)當(dāng)天演示給所有觀眾觀看。

四、建議與反思

利用機(jī)器人打造小學(xué)校本課堂，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)具有重要意義，對(duì)學(xué)校來(lái)說(shuō)，也是一個(gè)特色課堂。

（一）有利于提高信息技術(shù)課堂教學(xué)效率

不同于傳統(tǒng)的信息技術(shù)課程，小學(xué)機(jī)器人教學(xué)校本課堂是一個(gè)注重操作、實(shí)踐、可視化的教學(xué)，以機(jī)器人硬件為載體，硬件與軟件結(jié)合，讓學(xué)生在做中學(xué)，充分感受信息技術(shù)的魅力。設(shè)計(jì)的程序、搭建的結(jié)構(gòu)一旦有問(wèn)題，能立馬反饋給學(xué)生，學(xué)生及時(shí)接收到反饋信息，做出改進(jìn)，這樣更能鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

（二）學(xué)生對(duì)自我的評(píng)價(jià)更客觀

在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生可以通過(guò)機(jī)器人發(fā)現(xiàn)自己的優(yōu)缺點(diǎn)，并有意識(shí)地發(fā)揮自己的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)自己的缺點(diǎn)，教師也可以更加有針對(duì)性地對(duì)學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo)。

（三）可以鍛煉學(xué)生的抗挫折能力，培養(yǎng)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)

打造小學(xué)機(jī)器人校本課程體系，開(kāi)展常規(guī)化的機(jī)器人課堂教學(xué)，可以充分發(fā)揮學(xué)生的動(dòng)手動(dòng)腦能力。學(xué)生在完成平常任務(wù)或者競(jìng)賽項(xiàng)目中，尋找成就感，鍛煉自己的抗挫折能力。通過(guò)競(jìng)賽項(xiàng)目的有意識(shí)鍛煉，培養(yǎng)學(xué)生的合作和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，促進(jìn)他們的身心健康。