機(jī)器人普及教育之我見

機(jī)器人教育正在全國中小學(xué)生中逐步開展起來。怎樣利用學(xué)校資源開展好機(jī)器人教育這個(gè)新課程，我校從2008年開始就一直在不斷探究。從競賽課程到選修課程到小學(xué)三年級特長課程，再到今年全校非畢業(yè)年級全部開展機(jī)器人普及課程，我們通過不斷地總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、探討教學(xué)計(jì)劃和內(nèi)容安排，力圖建立一套完整的科普教育教材，以促進(jìn)機(jī)器人教育在我校順利開展，推動我校信息技術(shù)教育的發(fā)展。

近年來，我國的機(jī)器人教育在全國中小學(xué)計(jì)算機(jī)教育研究中心及眾多知名專家的大力推動下，有了很大的發(fā)展。教育機(jī)器人逐步成為中小學(xué)技術(shù)課程和綜合實(shí)踐課程的良好載體，新的高中課程標(biāo)準(zhǔn)在“信息技術(shù)”科目中也加了“人工智能”的選修課，邁出了我國高中階段開展人工智能教育的第一步，這也意味著我國的人工智能教育在大眾化、普及化方面躍上了一個(gè)新的臺階。

智能機(jī)器人是近十年內(nèi)逐步發(fā)展起來的一個(gè)新興技術(shù)，集電子技術(shù)、信息技術(shù)、人工智能、自動控制和創(chuàng)新設(shè)計(jì)于一體。在進(jìn)行機(jī)器人設(shè)計(jì)、搭建、編程和調(diào)試的過程中，能夠讓學(xué)生手腦并用，鍛煉學(xué)生手與腦的靈活性和協(xié)調(diào)性，讓學(xué)生體驗(yàn)挑戰(zhàn)困難、超越自我的快樂，增強(qiáng)學(xué)生探求科學(xué)知識的自信心和創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生的動手實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維能力、空間想象能力、科學(xué)探究能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。最近幾年，智能機(jī)器人教育在全國乃至全世界范圍內(nèi)廣泛開展起來，越來越多的政府部門、教育主管部門已經(jīng)看到，智能機(jī)器人教育帶來的影響：讓學(xué)生在“玩”中找到了學(xué)習(xí)的樂趣，培養(yǎng)了學(xué)生樂于學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開發(fā)學(xué)生的智力潛能，提高青少年學(xué)生的科技創(chuàng)新能力。于是，越來越多的關(guān)于智能機(jī)器人的競賽也如雨后春筍般開展起來。

我校從2008年以來，在王禮維校長的領(lǐng)導(dǎo)下，率先引進(jìn)機(jī)器人課程，并在全校范圍內(nèi)廣泛開展機(jī)器人課程和科普知識宣傳。2012年9月，我校正式在小學(xué)3？6年級和初中1年級開展機(jī)器人普及教育，每兩周一次課，每次課2個(gè)課時(shí)。怎樣通過這兩個(gè)課時(shí)來開展好機(jī)器人普及教育，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，我有以下兩點(diǎn)看法。

教學(xué)課程的設(shè)置

我校開展機(jī)器人教育雖較早，但由于機(jī)器人硬件條件的限制和課程的局限性，在初期，機(jī)器人教育只針對興趣小組和參加各級各類競賽的學(xué)生，主要的培養(yǎng)目標(biāo)只有一個(gè)——競賽成績。這樣的培訓(xùn)太過目的化，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中思維并沒有得到開拓，多數(shù)停留在該項(xiàng)競賽固有的程序和結(jié)構(gòu)上，缺少了創(chuàng)新和探究能力的培養(yǎng)，也就沒有達(dá)到提高學(xué)生科技創(chuàng)新能力的目標(biāo)。因此，對于近年來開設(shè)的普及課程，我們初步擬定的整個(gè)機(jī)器人課程體系如上圖所示。

整個(gè)體系主要分為4大部分，普及課程、選修課程、展示活動和競賽課程。普及課程主要是針對全校范圍內(nèi)（小學(xué)3年級至初中1年級）不同年級、不同學(xué)段開展的不同內(nèi)容的教學(xué)。普及課程重在基礎(chǔ)知識的講解，向?qū)W生講解一些生活中事物運(yùn)動、運(yùn)行的原理，激發(fā)學(xué)生將理論聯(lián)系實(shí)際，從實(shí)際問題出發(fā)來進(jìn)行創(chuàng)新。選修課程主要是普及課程與競賽課程的過渡，是針對少部分興趣班的孩子。在這里，他們可以選擇自己喜歡的項(xiàng)目進(jìn)行學(xué)習(xí)。教師教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)是從競賽出發(fā)。例如，在講解灰度傳感器時(shí)，不再是激發(fā)學(xué)生與實(shí)際聯(lián)系，思考灰度在現(xiàn)實(shí)生活中可以讓哪些更方便更快捷，而是聯(lián)系灰度模塊在軌跡賽中的應(yīng)用，為學(xué)生講解兩個(gè)灰度夾線走、3個(gè)灰度踏線走等原理和策略。展示活動是與選修課程同一階梯的培訓(xùn)。學(xué)生在機(jī)器人課程中不僅應(yīng)該增長動手、動腦的能力，還應(yīng)學(xué)會動口。學(xué)校每學(xué)期至少會安排一次機(jī)器人作品展示或體驗(yàn)活動，在這個(gè)活動中，學(xué)生是主體。展示什么，怎么展示，展示時(shí)怎樣介紹等，都是學(xué)生需要自己嚴(yán)謹(jǐn)策劃和大膽表達(dá)的。競賽課程主要是培養(yǎng)學(xué)生面對競賽的心理狀態(tài)。有的學(xué)生很優(yōu)秀，在競賽培訓(xùn)的時(shí)候也出類拔萃，在學(xué)校展示中也頭頭是道。但是，在具體的競賽中則表現(xiàn)出緊張、害怕得失、不能獨(dú)自面對突發(fā)問題，致使競賽失敗，心里承受能力低下。而競賽培訓(xùn)和競賽的參與則可以很好地鍛煉學(xué)生這個(gè)方面的能力。

整個(gè)課程循序漸進(jìn)，從大面積的“撒網(wǎng)”到小面積的“收尾”，每個(gè)階段各有側(cè)重點(diǎn)，這樣不僅保證了科普教育在全校范圍內(nèi)的開展，也保證了學(xué)校選拔學(xué)生參加競賽的優(yōu)秀率。

學(xué)生能力的培養(yǎng)

培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的邏輯思維能力

在學(xué)習(xí)機(jī)器人程序時(shí)，我總是先根據(jù)教學(xué)內(nèi)容給出學(xué)生本節(jié)課要完成的任務(wù)，然后按照學(xué)習(xí)任務(wù)利用流程圖分解任務(wù)，讓學(xué)生思考。在分解之后，哪些是我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了的，哪些是我們沒有學(xué)習(xí)的，這樣就提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性，也鍛煉了學(xué)生的邏輯思維能力。例如，我們在教學(xué)生利用兩個(gè)傳感器走迷宮的時(shí)候，學(xué)生需要考慮，兩個(gè)紅外傳感器將影響機(jī)器人有4種狀態(tài)：（以右手法則為例）如果前面有障礙右手沒有障礙；如果前面有障礙右手有障礙；如果前面沒有障礙右手有障礙；如果前面沒有障礙右手也沒有障礙。這4種狀態(tài)下機(jī)器人分別的運(yùn)行方式應(yīng)該是怎樣的？學(xué)生在思考這個(gè)問題時(shí)，用到了程序編寫中的流程圖繪制法，先將整個(gè)問題繪制成流程圖的形式，再利用盲人走迷宮的方法，順著墻壁走一圈，自然知道4種狀態(tài)下機(jī)器人的運(yùn)動方式。

培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力

機(jī)器人的制作不是一個(gè)人的事情。機(jī)器人不僅需要機(jī)械部件的搭建，也需要嚴(yán)密程序的控制和無數(shù)次程序的測試和調(diào)試才能成功。因此，我在上課期間要求，學(xué)生分組完成任務(wù)，強(qiáng)調(diào)組中的每個(gè)成員都將影響整個(gè)組的得分。在每節(jié)課安排任務(wù)時(shí)，組長必須填寫學(xué)生學(xué)習(xí)卡，表示每個(gè)組員在本節(jié)課中的工作是什么。這樣安排的結(jié)果，在每個(gè)月的小組競賽或者參加其他各類競賽時(shí)，就能看出同學(xué)之間團(tuán)結(jié)的力量。例如，在FLL競賽中，由于賽臺是放置在桌面上的，整個(gè)競賽中要完成更多的任務(wù)才能保證成績的優(yōu)勝，因此，要求學(xué)生在更換機(jī)器人裝置和清理現(xiàn)場時(shí)組內(nèi)學(xué)生必須搭檔配合才能更好地完成任務(wù)。

培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新的能力

機(jī)器人制作如果僅限于配置一些傳感器或者搭積木，那就不能達(dá)到開展這門課程的目的。機(jī)器人教育的目的是讓學(xué)生認(rèn)識科技、了解科技、走近科技創(chuàng)新，重在創(chuàng)新。因此，我們在進(jìn)行知識講解時(shí)，注意將理論與生活中的實(shí)際相聯(lián)系。例如，我們在講解馬達(dá)運(yùn)動狀態(tài)時(shí)，學(xué)生可能只知道動力系統(tǒng)就像汽車的馬達(dá)一樣，可以帶動車子運(yùn)動，卻并沒有想到，在生活中很多東西都只是由一個(gè)簡單的動力系統(tǒng)控制的。例如風(fēng)扇、模型飛機(jī)螺旋槳、割草機(jī)等。經(jīng)過引導(dǎo)，學(xué)生可以想象出利用馬達(dá)可以制作出自動叉車、升降機(jī)、攪拌機(jī)、廚房小助手等。

培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科整合的能力

很多家長和老師都認(rèn)為，機(jī)器人就是學(xué)生的一個(gè)高級玩具而已。學(xué)生去學(xué)習(xí)機(jī)器人，浪費(fèi)時(shí)間，也會影響學(xué)生學(xué)習(xí)的成績。來看看我們在講解機(jī)器人時(shí)遇到的一些事情：在普及課程中我們學(xué)到機(jī)器人小車的幾種狀態(tài)：前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎。當(dāng)我問學(xué)生，為什么機(jī)器人能轉(zhuǎn)彎，或者機(jī)器人怎樣才能轉(zhuǎn)彎時(shí)，沒有一個(gè)學(xué)生能回答。在生活中，汽車的轉(zhuǎn)彎只是轉(zhuǎn)動一下方向盤，遙控車的轉(zhuǎn)彎只是按動一下按鈕而已。然而，轉(zhuǎn)彎的基本原理其實(shí)是在我們數(shù)學(xué)中早就學(xué)習(xí)過的圓的形成。機(jī)器人轉(zhuǎn)彎就是要求機(jī)器人左右2個(gè)馬達(dá)運(yùn)動的狀態(tài)或速度不一時(shí)，即可達(dá)到不同要求的轉(zhuǎn)彎（前進(jìn)轉(zhuǎn)彎、后退轉(zhuǎn)彎、原地轉(zhuǎn)彎和原地急轉(zhuǎn)彎等）；而轉(zhuǎn)彎的應(yīng)用，在足球機(jī)器人中則是另一種更深的探究：電教館4輪足球機(jī)器人進(jìn)攻中，總會遇到怎樣讓你的機(jī)器人“完美”地避免烏龍球的問題，因此物理知識中的線速度與角速度的關(guān)系、角速度與機(jī)器人馬達(dá)轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系，則勢必要體現(xiàn)出來。

在機(jī)器人校園展示活動中或者在面向校外學(xué)生開展的機(jī)器人體驗(yàn)活動中，學(xué)生不僅需要良好的基礎(chǔ)知識，還需要良好的表達(dá)能力，如何將自己腦海中存在的原理、策略一一講解出來，這也不失是對學(xué)生另一方面能力的培養(yǎng)。

結(jié)束語

機(jī)器人教育在我省還處于起步階段，如何開好這門課程，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，不讓機(jī)器人課程成為“耍耍課”或者“競賽課程”，還需要我們在教學(xué)中進(jìn)行不斷的探究和改進(jìn)。