小學(xué)機器人教育活動開展策略研究

周佳燕

【摘? 要】隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，我國的機器人技術(shù)也迅速發(fā)展起來。機器人教學(xué)也在逐步滲透到中小學(xué)教學(xué)中，在小學(xué)階段，通過機器人教學(xué)，可以讓小學(xué)生們對科技有更多的認(rèn)知，并產(chǎn)生濃厚的探索興趣，為將來工作打下堅實的基礎(chǔ)?；诖耍疚闹饕攀鰴C器人， 分析小學(xué)機器人教育活動開展策略，目的在于不斷深化小學(xué)機器人教育成效，提升小學(xué)生對機器人的思想認(rèn)知水平和實踐應(yīng)用水平。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)；機器人；教育活動；策略

近幾年，我國教育信息化進(jìn)程不斷加速，國家印發(fā)出臺《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出要在中小學(xué)實施人工智能課程，大力推進(jìn)計算機輔助教學(xué)，目前已有不少中小學(xué)開始實施“機器人”教學(xué)。積極組織科普、文體、藝術(shù)、勞動、閱讀、興趣小組、社團(tuán)等。許多學(xué)校都打算在課外活動中組織與機器人教學(xué)有關(guān)的活動，以促進(jìn)學(xué)生身心的全面發(fā)展。

一、機器人教育概述

作為一個集計算機、機械、電子等多方面知識于一體的現(xiàn)代信息技術(shù)，智能機器人是一門綜合性、前瞻未來、創(chuàng)新實踐性的學(xué)科，蘊藏著極為豐富的教育資源。目前，隨著智能機器人的興起，越來越多的機器人課程開始進(jìn)入校園，如何開展機器人教學(xué)，是所有教師都關(guān)心的問題。機器人運動要回歸到它的教育本質(zhì)，它有獨特的教育魅力才能得到家長的認(rèn)同，得到社會的認(rèn)同。機器人教學(xué)的關(guān)鍵在于將人工智能技術(shù)運用到教學(xué)中，使其具有技術(shù)化、個性化、智能化等特點，人工智能則是在信息技術(shù)基礎(chǔ)上新的飛躍，其發(fā)展方向必然是機器人教學(xué)的中心。機器人教育是一種以程序設(shè)計、造型設(shè)計、實踐操作、調(diào)試測試和物理知識為主要內(nèi)容的教學(xué)方法。機器人教學(xué)是提高小學(xué)生解決實際問題的實踐能力、創(chuàng)新能力的重要途徑、載體，是加強小學(xué)生解決真實問題的實踐創(chuàng)新水平、提升青少年科學(xué)素養(yǎng)的重要舉措。與其他科目相比，機器人教學(xué)可以充分利用想象，利用各種方法組裝機器人，并利用各種運算程序，讓學(xué)生在思維中感受、體悟、探索。類似于搬運比賽這樣的問題，有很多種解決辦法：是先搬東西，還是把障礙移開？給了學(xué)生思考和實踐的空間。機器人教學(xué)把學(xué)生從“吸收、儲存、再現(xiàn)”轉(zhuǎn)變?yōu)樘剿?、研討、?chuàng)造，再到發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題。在解決問題的過程中學(xué)生的學(xué)習(xí)動機、學(xué)會合作學(xué)習(xí)等方面，都獲得了其他課程所不能比擬的效果。

二、小學(xué)機器人教育活動開展策略

（一）優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

機器人教學(xué)是一種很好的學(xué)習(xí)方式，但是由于目前在學(xué)校中還沒有普及，所以它并沒有得到充分的關(guān)注。為此，必須提高教師對機器人教學(xué)的重視，使其更多地投入到相關(guān)知識的學(xué)習(xí)中去，提高他們的創(chuàng)造力。比如，在進(jìn)行機器人知識教學(xué)時，可以把課堂分成三大塊，逐步提高學(xué)生注意力。第一節(jié)是關(guān)于基本知識的研究。在進(jìn)行相關(guān)教學(xué)時，教師可以利用PPT演示有關(guān)的錄像、圖片，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；第二節(jié)是對圖形編程的簡易教學(xué)。在教學(xué)過程中，教師必須重視教學(xué)的基本功，在教學(xué)中要做到循序漸進(jìn)，注意學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，在課堂上進(jìn)行討論和學(xué)習(xí)，及時發(fā)現(xiàn)問題，使學(xué)生在掌握基本知識的同時，也愛上了機器人的學(xué)習(xí)；第三節(jié)是自由寫作。在此階段，教師可以安排一些簡單的問題，讓學(xué)生自己去做，從而提高他們的創(chuàng)造力。在教學(xué)過程中，教師要盡量鼓勵同學(xué)們進(jìn)行交流，把自己的制作經(jīng)驗告訴他們，以增進(jìn)他們的參與感，并使他們更加熱愛機器人。教師在一旁幫助學(xué)生解決問題，在任何時候都要進(jìn)行激勵，使他們從內(nèi)心深處激發(fā)學(xué)習(xí)的動力。

（二）提升競賽機制

任何一門課程的教學(xué)都不能完全依賴于課堂，必須建立一種競爭機制，以增強學(xué)生對這門課程的興趣。所以，在課堂之外，可以通過設(shè)立競賽和獎勵機制來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。但是，在設(shè)計競賽主題時，必須把握好學(xué)生的心態(tài)，在不知不覺中改變學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度。在每個學(xué)期的中段設(shè)立了“科技節(jié)”，并在“科技節(jié)”上設(shè)立了“機器人比賽”，包括“設(shè)計與解說”“創(chuàng)作展示”“相關(guān)知識演講”等。在活動現(xiàn)場的設(shè)計和講解中，可以在活動前安排一些靈活的主題，動員同學(xué)們在活動之前積極參加，并設(shè)立一些物質(zhì)獎勵，鼓勵他們參加，在競賽期間，允許學(xué)生們自由發(fā)揮，讓每位同學(xué)在一個小時內(nèi)完成作品，然后邀請他們發(fā)表自己的想法和看法。然后由現(xiàn)場的領(lǐng)導(dǎo)們進(jìn)行點評，并由同學(xué)們投票選出自己喜歡的作品。另外，還可以組織學(xué)生們參加，將自己的作品分享給同學(xué)們，讓學(xué)生把自己的作品擺在展臺上，讓同學(xué)們進(jìn)行分組討論和欣賞，同時還會有教師給他們講解，讓學(xué)生更好地了解機器人。在科技節(jié)結(jié)束后，教師仍然可以組織優(yōu)秀的學(xué)生進(jìn)行交流，讓學(xué)生們對競賽中的知識有更多的了解。

（三）合作學(xué)習(xí)

在課堂上，教師要求同學(xué)們采取團(tuán)隊協(xié)作的方式，以項目經(jīng)理、工程師、程序員和演說家四個人為一組。項目經(jīng)理要對項目整體工作進(jìn)行統(tǒng)籌，并能靈活地分配有效的資源；工程師負(fù)責(zé)產(chǎn)品的外觀和結(jié)構(gòu)設(shè)計，并與編程人員進(jìn)行有效的交流；編程人員必須清楚地了解項目的工作目標(biāo)，并能順利地完成線路的構(gòu)造、程序的調(diào)試，并與工程師一起進(jìn)行整個項目的開發(fā)；演講人的工作主要是收集過程圖片、攝影、錄像、制作 PPT，以文字、視頻等方式，闡述該計劃的設(shè)計意圖、實施過程及解決辦法。當(dāng)然，在實際教學(xué)中，小組成員并非一成不變，以二人為單位進(jìn)行基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，以使每位同學(xué)都能親身體會到各自的工作責(zé)任，并掌握基本的傳統(tǒng)技能。四個人的團(tuán)隊協(xié)作，完成了單位的工作。學(xué)生能夠在較短的時間內(nèi)完成自己的作品，既可以提升團(tuán)隊的工作效率，又可以彌補個體的不足。其次，在探究式學(xué)習(xí)之前，教師要對教學(xué)目標(biāo)有一個清晰的認(rèn)識，為學(xué)生提出“從哪兒來”“如何做”“到哪兒去”等具體的操作方法。在探究過程中，要讓學(xué)生“犯錯誤”，因為在學(xué)習(xí)過程中的“錯誤”，會讓他們獲得更多的收獲，從而獲得更多的經(jīng)驗，獲得更多的知識和更大的成就感。同時，教師要善于利用學(xué)生在實驗過程中的失誤，組織學(xué)生公開討論并給予正確指導(dǎo)，防止其因反復(fù)失誤而失去探究的興趣。以蘇教版機器人教育為例，在“認(rèn)識機器人” 教學(xué)中，可嘗試引用《變形金剛》中的視頻內(nèi)容， 向?qū)W生們介紹機器人及其特點，創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生們對機器人的發(fā)展歷史、特性等內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)概括。將學(xué)生分成合作小組，組織小組內(nèi)成員進(jìn)行互動討論，教師和學(xué)生之間進(jìn)行互動交流，在這個過程中，通過對比發(fā)現(xiàn)學(xué)生的認(rèn)知差異，進(jìn)行知識遷移。接下來對機器人發(fā)展、分類進(jìn)行講解，組織學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)收集素材資料，具體包含文字資料、圖片資料、視頻資料等，再以小組形式進(jìn)行成果分享，按照順序依次介紹第一代機器人、第二代機器人、第三代機器人等，按照功能對機器人進(jìn)行分類。結(jié)合合作學(xué)習(xí)成果展示，教師提出具體修改意見，指導(dǎo)學(xué)生及時修正自身錯誤。再比如在“機器人傳動”教學(xué)中， 學(xué)習(xí)識別機器人傳動的三種方式，學(xué)會正確區(qū)分皮帶、齒輪、鏈條傳動。在本節(jié)課教學(xué)中，組織開展趣味實驗活動，比如使用礦泉水瓶蓋、牛皮筋等進(jìn)行產(chǎn)品制作，完成皮帶傳動實驗。觀察實驗現(xiàn)象，對與之相關(guān)的問題展開討論與研究， 比如“為什么有一個蓋子在動？”“能夠?qū)崿F(xiàn)兩個蓋子朝著不同的方向轉(zhuǎn)動的結(jié)果嗎？”“皮帶在傳動中，其中一個蓋子變小，會出現(xiàn)哪些新的變化？”在動手實驗過程中，有些學(xué)生會出現(xiàn)部分操作失誤問題，此時教師要充分給予學(xué)生“試錯”的機會，在一次又一次的試錯中積累經(jīng)驗，學(xué)習(xí)正確的實踐方法。

（四）機器人教育與社會生活相結(jié)合

在機器人教學(xué)中，利用機器人進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生們在課堂上進(jìn)行思維和團(tuán)隊協(xié)作，并能用自己的雙手來解決學(xué)習(xí)和生活中遇到的問題。在艱難的條件下，培養(yǎng)自己的自信和求知欲。機器人教學(xué)不僅可以幫助學(xué)生理解和掌握復(fù)雜的信息技術(shù)，還可以幫助他們更好地了解機器人。在教學(xué)中，教師要使學(xué)生認(rèn)識到機器人的用途及類型，并使其與日常生活緊密聯(lián)系，激發(fā)其探索的興趣。教師給小學(xué)生布置一項簡單的作業(yè)，讓學(xué)生在課堂上收集材料，了解其在生產(chǎn)和社會生活中的作用，并提供一道開放式的問題，讓學(xué)生大膽地猜測和思考：“如果你有這個能力，以后你希望把機器人用于哪個行業(yè)，它有什么作用？”在學(xué)習(xí)過程中，同學(xué)們會根據(jù)自己的實際情況和經(jīng)驗，進(jìn)行思考和探索，創(chuàng)作出一幅屬于自己的機器人設(shè)計藍(lán)圖。在完成作業(yè)的過程中，還可以通過實踐來提高信息檢索的能力，從而達(dá)到信息技術(shù)教學(xué)的目的。

（五）組織開展興趣團(tuán)體活動

利用仿真系統(tǒng)、信息技術(shù)課等，對所有的學(xué)生進(jìn)行機器人教學(xué)。但模擬系統(tǒng)還只是剛剛開始，無法真正了解到機械人的本質(zhì)。然而，受限于場地、設(shè)備、師資等因素，要對數(shù)以千計的小學(xué)生進(jìn)行實體機器人的教學(xué)，是一件非常困難的事情。由于個人興趣和知識水平，一些學(xué)生對機械人的興趣不能持久，甚至不感興趣。首先，對所有的學(xué)生進(jìn)行了創(chuàng)意編程、機器人模擬等教學(xué)活動，然后根據(jù)學(xué)生的喜好，將愿意學(xué)習(xí)的和喜歡學(xué)習(xí)的同學(xué)編成學(xué)校的興趣小組，以興趣小組的形式開展機器人教學(xué)。針對“面向全體”與“個人專長”的矛盾，在課堂上積極地進(jìn)行機器人知識教育，使所有的學(xué)生都能對其有所認(rèn)識。在興趣團(tuán)體活動中，要充分調(diào)動學(xué)生的積極性，確保有興趣的學(xué)生能通過團(tuán)體活動，培養(yǎng)興趣，挖掘興趣，保持興趣。

三、建議

制定機器人教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，對有關(guān)的詞匯進(jìn)行規(guī)范，為其設(shè)計出最起碼的技術(shù)要求和功能要求，并要注意避免“一刀切”，要有足夠的靈活性，提倡廠家之間的良性競爭，推動機器人教育的發(fā)展。并對教學(xué)管理平臺、產(chǎn)品應(yīng)用服務(wù)等產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行深入的研究，根據(jù)一線學(xué)校機器人教育教師的指導(dǎo)建議，將機器人教育的硬件設(shè)計制造、平臺開發(fā)、應(yīng)用服務(wù)聯(lián)合，使其能夠在開展機器人教育活動、學(xué)生自主學(xué)習(xí)方面發(fā)揮重要作用。此外，機器人教育需要與3D打印技術(shù)、開源軟件、開放源碼硬件等技術(shù)關(guān)聯(lián)，拓寬學(xué)生的認(rèn)知面，讓他們充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造性，促進(jìn)教育資源、實踐經(jīng)驗的交流，促進(jìn)機器人教育健康、規(guī)范、可持續(xù)發(fā)展。

四、結(jié)束語

在小學(xué)課堂進(jìn)行機器人教學(xué)，并不是為了學(xué)習(xí)機械原理、電子電路、軟體等專門的知識，而是為了讓學(xué)生掌握一種運用電腦解決問題的思維方式和解決生活中問題的方法，也就是具備計算思維和創(chuàng)造性的思維，這是一種面對未來變化、適應(yīng)社會發(fā)展的必要技能。隨著國家對科創(chuàng)教育的關(guān)注和對學(xué)生的培養(yǎng)取向的改變，必將有越來越多的學(xué)者、學(xué)校、教師和社會教育組織投入到小學(xué)的機器人教學(xué)中去，從而促進(jìn)我國的科創(chuàng)教育的發(fā)展。

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