機(jī)器人課堂教學(xué)模式的探索

葛艷英

摘 要：在機(jī)器人行業(yè)飛速發(fā)展的背景下，隨著素質(zhì)教育的不斷深入，機(jī)器人走入學(xué)校走進(jìn)課堂已經(jīng)成為一個(gè)必定的趨勢，機(jī)器人教學(xué)已經(jīng)成為大中小學(xué)教育領(lǐng)域里的新課程，并有其獨(dú)特的教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人課堂教學(xué)；“4C”教學(xué)模式；引入；實(shí)施；意義

在機(jī)器人行業(yè)飛速發(fā)展的背景下，隨著素質(zhì)教育的不斷深入，機(jī)器人走入學(xué)校走進(jìn)課堂已經(jīng)成為一個(gè)必定的趨勢，機(jī)器人教學(xué)已經(jīng)成為大中小學(xué)教育領(lǐng)域里的新課程。由于機(jī)器人在開發(fā)學(xué)生智力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力上具有顯而易見的優(yōu)越性，正越來越受到教育部門和學(xué)校的重視，所以機(jī)器人教育普及全國各地乃至全世界，這是一個(gè)好的趨勢。但是，在這好的趨勢中也出現(xiàn)了令人憂患的傾向，這就是：機(jī)器人教育越來越成為為進(jìn)行機(jī)器人競賽而存在和發(fā)展。各種各樣的機(jī)器人比賽如火如荼地展開，機(jī)器人教學(xué)的狀況卻明顯滯后，只有極少數(shù)地區(qū)和學(xué)校將機(jī)器人教學(xué)納入了正規(guī)的課堂教學(xué)，較多的學(xué)校只是以課外活動(dòng)、興趣小組、培訓(xùn)班的形式開展機(jī)器人教學(xué)。有關(guān)機(jī)器人教育、機(jī)器人研究的相關(guān)文章偏少，研究者把主要的注意力集中在機(jī)器人的競賽上，缺乏對機(jī)器人教育理念的研究，缺乏對機(jī)器人課堂教學(xué)模式、教學(xué)方法的探究。2003年4月，《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》在“信息技術(shù)”科目中加入了“人工智能初步”的知識(shí)，同時(shí)針對人工智能重要應(yīng)用領(lǐng)域中的機(jī)器人問題，明確指出將“簡易機(jī)器人制作”列為選修課程。既然作為一門課程，作為教師的我們就應(yīng)該把這門課程開好，尋求或嘗試適合其的教學(xué)方法、教學(xué)模式。

一、“4C”教學(xué)模式的引入

機(jī)器人設(shè)計(jì)包括搭建、編程、調(diào)試、運(yùn)行等一系列過程，每個(gè)過程都富有挑戰(zhàn)性、互動(dòng)性、創(chuàng)新性，在課堂上能夠滿足各種層次學(xué)生的需求，不僅設(shè)計(jì)的主題有趣，而且解決問題的方案是開放性的，學(xué)生集思廣益，可以采用不同方法達(dá)到同一個(gè)目標(biāo)，這樣既可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、協(xié)作能力、進(jìn)取精神、挑戰(zhàn)意識(shí)，又可以讓學(xué)生親身體驗(yàn)抽象的理論如何在短時(shí)間內(nèi)通過自己的設(shè)計(jì)變成觸手可及的答案呈現(xiàn)出來，讓機(jī)器人“動(dòng)”起來。這種機(jī)器人教學(xué)使學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)隨時(shí)都可能產(chǎn)生一個(gè)驚喜、一種成功、一個(gè)期待、一個(gè)新思路，所以學(xué)生對機(jī)器人設(shè)計(jì)特別“有癮”。學(xué)生對機(jī)器人十分感興趣，激情高，易于興奮，但是如何有效控制課堂、“動(dòng)靜結(jié)合”提高課堂效率是值得探究的一個(gè)問題。于2011年7月由省教育廳推薦參加了教育部樂高“技術(shù)教育創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃”骨干教師集中培訓(xùn)。通過澳大利亞昆士蘭法大學(xué)教授執(zhí)教，接觸了樂高“玩中學(xué)”“做中學(xué)”先進(jìn)的教育理念，學(xué)習(xí)了“4C”教學(xué)模式，即Connect（聯(lián)系）—Construct（建構(gòu)）—Contemplate（反思）—Continue（延續(xù)），讓學(xué)生在“做中學(xué)”，在做的過程中快樂地掌握知識(shí)。經(jīng)過兩年實(shí)踐，在課堂上不斷嘗試運(yùn)用“4C”教學(xué)模式，取得了良好的課堂效果。

二、“4C”教學(xué)模式的實(shí)施

“4C”教學(xué)模式的實(shí)施過程借助一個(gè)案例進(jìn)行說明。依據(jù)信息技術(shù)（教育科學(xué)出版社）必修一第三章第三節(jié)《信息的智能化加工》的內(nèi)容要求，提升學(xué)生對人工智能的認(rèn)識(shí)，揭開人工智能的神秘面紗，為此設(shè)計(jì)了一堂“簡易機(jī)器人設(shè)計(jì)”課。借助此案例說明“4C”教學(xué)模式的各個(gè)環(huán)節(jié)。

1.聯(lián)系Connect（把已有知識(shí)與真實(shí)世界聯(lián)系）

機(jī)器人在我們的社會(huì)中越來越普遍，在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域扮演著重要的角色，如，工業(yè)、機(jī)械、空間探索等。比如火星機(jī)器人，為什么我們要輸送一個(gè)機(jī)器人去火星？世界博弈大賽中“更深的藍(lán)”戰(zhàn)勝了國際象棋大師卡斯帕羅夫，是不是機(jī)器人比人更聰明？機(jī)器人無所不能，甚至能控制人類嗎？機(jī)器人是不是確實(shí)比人更厲害？它的智能是由誰賦予的？要想知道答案就開始今天的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)吧！激發(fā)了學(xué)生強(qiáng)烈的求知愿望和進(jìn)行挑戰(zhàn)的激情。

2.建構(gòu)Construct（搭建、編程和評價(jià)）

分組合作搭建模型，根據(jù)任務(wù)編寫程序，分組比賽進(jìn)行評價(jià)，反復(fù)調(diào)試完成任務(wù)。本節(jié)課任務(wù)設(shè)置分層進(jìn)行，從易到難，首先呈現(xiàn)最簡單的任務(wù)——讓機(jī)器小車走直線，接著轉(zhuǎn)彎，然后走一段黑線，最后按照布置的軌跡行走，即軌跡小車。結(jié)果的評價(jià)不僅要求行走的準(zhǔn)確性，還要求時(shí)間的長短性。根據(jù)比賽評價(jià)，分組調(diào)試。學(xué)生通過親歷設(shè)計(jì)過程，對機(jī)器人的工作方式有更深入的了解，對機(jī)器人不再感到特別陌生，從而可以很好地了解人工智能的本質(zhì)。建構(gòu)過程以小組形式進(jìn)行，搭建模型可以提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐操作能力，編寫、調(diào)試程序可以讓學(xué)生開動(dòng)腦筋，提高分析問題、解決問題的能力，評價(jià)、比賽可以讓學(xué)生意識(shí)到分工合作的重要性、團(tuán)隊(duì)力量的重要性。

3.反思Contemplate

讓學(xué)生對他們看到或建構(gòu)的內(nèi)容進(jìn)行思考，對方案進(jìn)行討論、反思并調(diào)整他們的看法。借助“（1）‘更深的藍(lán)是不是比國際象棋大師卡斯帕羅夫更厲害？（2）智能機(jī)器人會(huì)不會(huì)比人更聰明？（3）機(jī)器人的智能由誰賦予的，人工智能的本質(zhì)是什么？（4）人工智能帶給我們的只有好處嗎？”等問題的思考，讓學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)到人工智能的本質(zhì)。人工智能在許多方面給人類的生活帶來了方便，同時(shí)也有一定的局限性（比如對文化、道德、法律的沖擊），引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)辯證地分析和看待事物。

4.延續(xù)Continue（略）

三、“4C”教學(xué)模式的意義

“4C”教學(xué)模式倡導(dǎo)在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，在動(dòng)手操作中學(xué)習(xí)。知識(shí)不是通過教師傳授得到的，而是學(xué)習(xí)者在一定的情境下，在獲取知識(shí)的過程中借助他人（教師或伙伴）的幫助，并利用必要的學(xué)習(xí)資料，在自我建構(gòu)的方式中得到的。學(xué)生在“玩”“做”的過程中快樂地掌握知識(shí)。課堂中有實(shí)踐有反思有歸納，既讓學(xué)生動(dòng)了手，又讓學(xué)生動(dòng)了腦。既讓學(xué)生經(jīng)歷了實(shí)踐，又讓學(xué)生經(jīng)歷了思維，既可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，又可以提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和探索意識(shí)。這樣的課堂充滿歡樂，充分體現(xiàn)了“做中學(xué)”“玩中學(xué)”的教學(xué)理念?！?C”教學(xué)模式適合機(jī)器人設(shè)計(jì)這種比較活躍，充滿挑戰(zhàn)、充滿創(chuàng)新的課堂。

堅(jiān)信只要我們努力，不斷探索和實(shí)踐，一定能把機(jī)器人的課堂教學(xué)活動(dòng)開展得有聲有色，特別是“4C”教學(xué)模式的運(yùn)用，會(huì)給我們帶來驚喜，帶來快樂！

（作者單位 山東省單縣第二中學(xué)）

？誗編輯 董慧紅