機(jī)器人(校本)課程開發(fā)與研究

夏 瑞

(天津市河西區(qū)上海道小學(xué) 天津 300204)

1 機(jī)器人課程開發(fā)背景

21世紀(jì)是一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)代，科技發(fā)展更是突飛猛進(jìn)。如何讓孩子們更早地接觸科技知識(shí)，激發(fā)他們對(duì)科學(xué)的興趣？如何幫助他們更好地面對(duì)未來社會(huì)激烈的競爭？面對(duì)這一切，河西區(qū)上海道小學(xué)選擇了最好的科技教育工具：機(jī)器人工作室，逐步引導(dǎo)學(xué)生迎接未來的科技挑戰(zhàn)，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。因此，上海道小學(xué)開展了把機(jī)器人課程引入課堂的可行性研究。在研究過程中，我們分析了在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力以及思維能力等方面的問題，同時(shí)根據(jù)我校 14年來開展機(jī)器人活動(dòng)的深厚底蘊(yùn)，明確了開設(shè)機(jī)器人(校本)課程的目的和意義。通過多方面的論證，認(rèn)為我校是有條件、有能力讓機(jī)器人課程進(jìn)入課堂的。

2 機(jī)器人課程開發(fā)基礎(chǔ)

在基礎(chǔ)教育階段，我國的學(xué)校缺少對(duì)學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力方面的培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力以及思維能力的最佳時(shí)期往往被忽略了。在教育改革不斷深入的今天，單一課程體系已不能滿足教育的需求，課程設(shè)置也呈現(xiàn)出多樣化。很多學(xué)校根據(jù)學(xué)校的特色以及師資能力等開設(shè)了校本課程，對(duì)課程進(jìn)行補(bǔ)充。

2.1 引入機(jī)器人課程的目的、意義

上海道小學(xué)的辦學(xué)理念是“求新綻活，自主發(fā)展”?；A(chǔ)教育是多維度的，除了傳授基本知識(shí)，還要教孩子學(xué)習(xí)如何感知和理解社會(huì)，如何與他人合作從而達(dá)到雙贏等。我校之所以選定智能機(jī)器人這一項(xiàng)目，是因?yàn)檫@項(xiàng)活動(dòng)的開展有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)，活動(dòng)內(nèi)容本身也具有較強(qiáng)的趣味性，易于學(xué)生積極參與，還能培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、實(shí)踐能力、臨場應(yīng)變能力和良好的心理素質(zhì)。

2.2 引入機(jī)器人課程的必要性

學(xué)校開展機(jī)器人活動(dòng)，更多地是立足于全體學(xué)生都能夠參與這項(xiàng)活動(dòng)，讓更多的學(xué)生通過活動(dòng)認(rèn)識(shí)機(jī)器人，培養(yǎng)他們的科學(xué)意識(shí)、合作意識(shí)。

2.2.1 培養(yǎng)學(xué)生的能力

學(xué)習(xí)機(jī)器人對(duì)學(xué)生來說是個(gè)很好的學(xué)習(xí)與鍛煉的機(jī)會(huì)，對(duì)于學(xué)生的逆向思維能力、邏輯思維能力、思維嚴(yán)密性能力以及動(dòng)手動(dòng)腦能力都有很大的提高，對(duì)學(xué)生以后的學(xué)習(xí)有著很微妙的啟發(fā)，可以提前為學(xué)生打好思維基礎(chǔ)。

2.2.2 培養(yǎng)學(xué)生良好的心理素質(zhì)

參加機(jī)器人競賽對(duì)學(xué)生的要求是很高的。教師與學(xué)生從賽前的機(jī)器人調(diào)試開始就已經(jīng)被隔離開，直到比賽結(jié)束，學(xué)生只有自己來完成比賽。參賽選手必須具有很高的水平，在極短的時(shí)間內(nèi)完成搭建機(jī)器人、編寫程序、機(jī)器人調(diào)試。因此，在平時(shí)的學(xué)習(xí)中，教師會(huì)不斷訓(xùn)練學(xué)生的抗壓能力，培養(yǎng)其過硬的心理素質(zhì)。

2.2.3 培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力

學(xué)生通過獨(dú)立思考拼裝機(jī)器人并編寫程序，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行反復(fù)調(diào)試。遇到解決不了的問題時(shí)，教師只進(jìn)行點(diǎn)撥。在完成任務(wù)的整個(gè)過程中，學(xué)生始終都處在主動(dòng)的位置，直面各類問題并不斷克服困難，最終取得成功。學(xué)生在過程中學(xué)習(xí)，既提高了分析問題解決問題的能力，又體驗(yàn)到成功的喜悅。

2.2.4 培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)

學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神是可以通過教學(xué)活動(dòng)逐步培養(yǎng)的，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)合作學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，提高學(xué)生個(gè)體與學(xué)生群體間的交往能力，通過合理分組、正確引導(dǎo)、精心設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的自我意識(shí)、合作意識(shí)；使學(xué)生通過“機(jī)器人制作小組”的團(tuán)隊(duì)活動(dòng)，不僅提高自身的科學(xué)素養(yǎng)、培養(yǎng)創(chuàng)新精神，還能在尊重他人中懂得自尊，在合作交往中懂得自信，在學(xué)習(xí)機(jī)器人技術(shù)的過程中享受到團(tuán)隊(duì)合作的樂趣。

2.3 引入機(jī)器人課程的相關(guān)工作

2.3.1 師資情況

我校從事機(jī)器人教學(xué)的教師在機(jī)器人軟、硬中方面都具有較強(qiáng)的業(yè)務(wù)能力，同時(shí)注重學(xué)生能力的培養(yǎng)。如在 2006年 7月的全國機(jī)器人比賽中，裁判組對(duì)基本技能項(xiàng)目比賽的任務(wù)進(jìn)行了變更，把黑線變成了白線，這給部分學(xué)生完成任務(wù)帶來了困難。而由于我校教師平時(shí)注意培養(yǎng)學(xué)生的編程能力，結(jié)果在這一屆全國比賽中脫穎而出，取得銀牌的好成績。由于所輔導(dǎo)的學(xué)生競賽成績突出，有兩位教師多次獲得天津市及全國優(yōu)秀機(jī)器人教練員稱號(hào)。

2.3.2 學(xué)生情況

我校自 1999年 8月開始開展機(jī)器人項(xiàng)目，每年有一千多名學(xué)生參加機(jī)器人課程學(xué)習(xí)，使“機(jī)器人”項(xiàng)目成為我校的一個(gè)亮點(diǎn)。為了給學(xué)生一個(gè)良好的學(xué)習(xí)、活動(dòng)環(huán)境，我校在 2004年成立了天津市第一個(gè)機(jī)器人工作室——上海道小學(xué)小海帆機(jī)器人工作室。每年，天津市青少年機(jī)器人競賽中我校獲得一等獎(jiǎng)人數(shù)居全市前列。在全國、世界青少年機(jī)器人競賽中多次獲得冠軍，有多名學(xué)生次獲得天津市、全國科技創(chuàng)新獎(jiǎng)。

2.3.3 學(xué)生家長的大力支持

我校大部分學(xué)生家長受過高等教育，對(duì)學(xué)校開展這項(xiàng)活動(dòng)的目的、意義都很了解，非常支持孩子們參加活動(dòng)。對(duì)學(xué)生在參加活動(dòng)中遇到的困難都能給予積極的幫助。

2.3.4 學(xué)校的實(shí)力

學(xué)校每年都下?lián)芤欢ǖ馁Y金，支持機(jī)器人工作室的活動(dòng)。如：機(jī)器人專用教室布置、購買機(jī)器人零件和配件、比賽專用場地、外出比賽經(jīng)費(fèi)等等。

3 研究過程

3.1 成立“做中學(xué)”工作室

許多原理單純從理論上講，學(xué)生是很不容易領(lǐng)悟的，通過動(dòng)手做，搭建簡單的機(jī)械模型，學(xué)生就能很容易體會(huì)機(jī)械結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)原理，了解結(jié)構(gòu)的奧妙，享受模型機(jī)械化的樂趣。“做中學(xué)”工作室符合目前教育部提出的“動(dòng)手做”理念，并使用合適的教育工具，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)與技術(shù)的綜合能力培養(yǎng)。

3.2 構(gòu)建機(jī)器人校本課程

3.2.1 編寫校本課程教材

本教材的編寫旨在幫助孩子們通過親手操作，掌握簡單機(jī)械及動(dòng)力機(jī)械的原理。此教材分為循序漸進(jìn)的 6個(gè)單元：結(jié)構(gòu)和力、杠桿、輪和軸、齒輪、傳動(dòng)帶、其他機(jī)械。

3.2.2 校本課程評(píng)價(jià)的設(shè)定

①科學(xué)性原則，對(duì)課程的評(píng)價(jià)要運(yùn)用科學(xué)的評(píng)價(jià)方法，提高評(píng)價(jià)的效度和信度。②可操作性原則，評(píng)價(jià)方法要簡單可行，操作性強(qiáng)。③素質(zhì)培養(yǎng)的原則，對(duì)課程的評(píng)價(jià)要注重考查提高學(xué)生各方面的素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。④參與性原則，對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)注重校本課程的參與情況，作為學(xué)生學(xué)分考核的依據(jù)。⑤全面性原則，對(duì)教師的評(píng)價(jià)既要考慮到教師課程目標(biāo)的實(shí)施情況，學(xué)生能力的提高情況，又要考慮到教材的編寫質(zhì)量。

3.2.3 未來的講授效果及預(yù)期

針對(duì)學(xué)生年齡特點(diǎn)，我們采用最佳的教學(xué)方法，珍惜孩子們的好奇心和創(chuàng)造欲望，以解決問題為基礎(chǔ)，讓他們?cè)谠O(shè)計(jì)和搭建機(jī)械、能源和機(jī)器人模型的過程中學(xué)習(xí)物理、數(shù)學(xué)、電子、傳感器等多學(xué)科科技知識(shí)，鍛煉交流和團(tuán)體合作技巧，培養(yǎng)他們解決問題的能力。

4 成果展示

機(jī)器人課程為我們提供了一個(gè)教育創(chuàng)新的平臺(tái)，開發(fā)機(jī)器人文化的教育功能和發(fā)掘機(jī)器人的教育價(jià)值，對(duì)推進(jìn)教育創(chuàng)新，促進(jìn)教育改革和教育現(xiàn)代化，提高學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義。也正因?yàn)槿绱?，?dāng)前機(jī)器人教育已經(jīng)走進(jìn)中小學(xué)課堂。

4.1 機(jī)器人課程使學(xué)習(xí)成為學(xué)生喜愛的一門課程

能夠挑戰(zhàn)個(gè)人能力極限是激動(dòng)人心、充滿樂趣的。在這一過程中，學(xué)生會(huì)獲得豐富的經(jīng)驗(yàn)，學(xué)到新的知識(shí)。機(jī)器人教育正是以其充滿趣味性、挑戰(zhàn)性、團(tuán)隊(duì)合作性的獨(dú)特的魅力吸引著眾多學(xué)生積極參與。

4.2 機(jī)器人課程創(chuàng)造出最佳的學(xué)習(xí)方式——“做中學(xué)”

我們都知道，獲取知識(shí)的最佳途徑是讓學(xué)生置身于充滿趣味性、刺激性、挑戰(zhàn)性的活動(dòng)中，主動(dòng)去探究知識(shí)的奧秘。學(xué)生積極制作機(jī)器人的過程，也是知識(shí)在他們腦中建構(gòu)的過程。在機(jī)器人教學(xué)中，教師設(shè)計(jì)的每一個(gè)主題任務(wù)不僅僅是有趣，更重要的是其問題解決方案是開放性的，學(xué)生可以用不同的方法設(shè)計(jì)不同的機(jī)器人來達(dá)到同一個(gè)目標(biāo)。在這種創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生對(duì)學(xué)到的知識(shí)也會(huì)有更深刻的認(rèn)識(shí)，這就是“做中學(xué)”。

4.3 機(jī)器人課程將成為教育創(chuàng)新的載體

機(jī)器人課程是學(xué)生親自動(dòng)手參與的創(chuàng)造實(shí)踐活動(dòng)，面對(duì)的是現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際問題，不再是教師預(yù)先假設(shè)的情景，在這種環(huán)境中能夠最大限度激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)造沖動(dòng)。同時(shí)，機(jī)器人教學(xué)是一個(gè)團(tuán)隊(duì)協(xié)作的過程，學(xué)生通過協(xié)作促進(jìn)彼此的進(jìn)步，在互相討論中探究問題解決方法。在這個(gè)過程中，學(xué)生從心理和精神上經(jīng)歷了科學(xué)研究的歷程。也正是基于此，機(jī)器人教學(xué)必將成為教育創(chuàng)新的載體。

5 結(jié) 語

總之，機(jī)器人進(jìn)入課堂，會(huì)給教育創(chuàng)新帶來新的活力和新的天地。機(jī)器人課程會(huì)為學(xué)生創(chuàng)造一個(gè)能夠充分發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力的空間，讓學(xué)生自己去計(jì)劃未來、去選擇、去競爭、去鍛煉、去體驗(yàn)、去創(chuàng)造、去完成他們的夢(mèng)想。機(jī)器人課程的不斷發(fā)展對(duì)教育觀念的轉(zhuǎn)變，對(duì)推進(jìn)教育創(chuàng)新，對(duì)培育創(chuàng)新文化社會(huì)都將產(chǎn)生積極的促進(jìn)意義。