興趣驅動的機器人科學實踐活動探索與實施

王玲玲+富立+何力洋+楊文靜

【摘要】針對當前國內中學生機器人教育呈現(xiàn)的普實程度低、創(chuàng)新能力不足等問題，在分析國內中小學機器人教育現(xiàn)狀基礎上，本活動以發(fā)現(xiàn)興趣-激發(fā)興趣-培養(yǎng)興趣-勇于創(chuàng)新為主線，開發(fā)了面向中學生的大-中聯(lián)動實用機器人教學平臺，設計了系列緊密結合生產(chǎn)生活實際情境的機器人科學實踐活動趣味性項目，并面向北航實驗學校中學部不同年級學生的多次開課，取得了較好的實施效果。

【關鍵詞】興趣驅動 開放科學實踐 機器人實驗 中學生

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）23-0254-01

為了提高優(yōu)質綜合教育資源的普及度，激發(fā)并提升學生的創(chuàng)新能力[1]，北京市教育委員會提倡開展中學生開放性科學實踐活動，作為北京市深化教育領域綜合改革的重大措施。北京航空航天大學自動化與電氣教學研究實驗中心響應號召，利用機器人開展相關活動，成為“北京市中小學生實驗實踐活動基地”。

一、中國中小學階段機器人教育現(xiàn)狀分析

機器人教育2003年才納入中小學基礎教學選修內容。目前中小學機器人教育多數(shù)采取競賽為核心的教育模式[2-3]，加強對學生創(chuàng)新能力、科學及工程素養(yǎng)的培養(yǎng)。但這種小群體競賽的機器人教育模式在教育普實性層面存在一定弊端。美國卡耐基梅隆大學機器人學院Robin Shoop教授指出，這種學習過程忽視了機器人學本應有的關鍵教學環(huán)節(jié)，導致學生失去更多學習的機會，造成機器人教育發(fā)展方向出現(xiàn)上述本質偏移[4]。

此外，教育機器人教學設施規(guī)范化以及專業(yè)性教學人員的缺乏也給機器人教育的普及增加了難度。采用何種機器人教學工具開展面向廣大學生的趣味活動也成為機器人教育普實前行循環(huán)軌道上亟待解決的問題之一。

二、“大-中聯(lián)動型”的教學機器人平臺

愛因斯坦說過“興趣是最好的老師”。結合學生興趣點開發(fā)的機器人實踐教學平臺硬件主體包括：北航-羅克韋爾聯(lián)合實驗室提供的羅克韋爾自動化控制系統(tǒng)以及Delta機器人本體。基于該平臺開設了系列集趣味性和可操控性于一體的、面向不同年級學生的機器人多任務實踐項目，有效捕捉并激發(fā)中學生的興趣點，在興趣驅動下鼓勵中學生融入創(chuàng)新想法完成多種任務。

三、實踐活動目的與思路

在分析中學生認知及其現(xiàn)有知識結構基礎上，結合真實現(xiàn)實世界的生活生產(chǎn)內容，為不同中學生群體開設具有樂趣性的多類型、多任務機器人實踐項目，讓學生在活動過程中發(fā)現(xiàn)自己的興趣點，激發(fā)學生的求知欲望，逐步培養(yǎng)學生的學習興趣，并在活動中增長知識，開闊眼界，提高創(chuàng)新能力。

四、活動內容及教學方法

結合機器人的現(xiàn)實應用逐步引導理論學習，使學生逐漸領悟到所學知識的實質與用途，設置易于不同年級學生接受和實踐的活動內容，滿足中學生的好奇心與求知欲。

根據(jù)學生的認知學習規(guī)律明確將活動內容劃分為“觀察-學習-實踐-探究”四個環(huán)節(jié)。在觀察環(huán)節(jié)利用視聽結合的多媒體引導學生了解機器人基礎知識；在學習環(huán)節(jié)依托“大-中聯(lián)動型”機器人教學平臺學習機器人多方面的基礎知識；在實踐環(huán)節(jié)依據(jù)學生的接受程度開發(fā)了形式多樣的可執(zhí)行項目，認知與感悟科學、技術、工程、數(shù)學融合的魅力；探究階段主要發(fā)揮學生無限的想象空間。每個環(huán)節(jié)內容循序漸進地開展，激發(fā)學生學習興趣并提高效率。

采用“學-思-做”互融實踐活動教學方法，通過學中思、思中做、做中學互融式教學閉環(huán)回路，引導學生走向成功。

五、機器人科學實踐活動實施與分析

按照上述教學思路和方法，面向北航實驗學校中學部初中學生開設活動如圖1所示。

活動中讓學生按照自己的任務意圖，利用形象圖形化編程語言，設計不同任務進程，自行下載到控制系統(tǒng)中，觀察并分析機器人運行情況。對于實踐活動的趣味性與綜合性看法，85.37%的學生認為該活動具有較強的趣味性，多數(shù)體現(xiàn)在男孩子看法上；只有1/3的女生對機器人活動感興趣?？梢姡擃惢顒痈菀滓l(fā)男孩心中“好奇”。此外，所有學生認為該活動涉及了多學科知識點，具有很強的綜合性，讓孩子們深刻意識到學習時要均衡發(fā)展全面開花。

六、結論

機器人開放實踐活動實現(xiàn)了面向多數(shù)學生開設，提高機器人教育普實性的目的。活動過程提倡興趣的驅動創(chuàng)新，教師密切關注并激發(fā)學生的興趣點，引導學生將所遇問題抽象為新的解決方法?；顒又薪?jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題各個階段，使學生形成良好的科學、工程、數(shù)學養(yǎng)和技術素養(yǎng)。

參考文獻：

[1]王建華.重啟高等教育改革的理論思考[J].高等教育研究，2014，（05）：1-10.

[2]張秀杰.中小學機器人教育課堂教學設計研究[D].沈陽師范大學，2013.

[3]張國民，張劍平.我國基礎教育中機器人教育的現(xiàn)狀與對策研究[J].現(xiàn)代教育技術，2008，（05）：92-94.

[4]舒慧東.我國中小學機器人教育研究評述[J]. 中國教育信息化，2007，（08）：29-32.