虛實(shí)結(jié)合的高中機(jī)器人教學(xué)實(shí)踐與相關(guān)研究

王健

隨著科技信息時(shí)代和教育改革的不斷發(fā)展和深入，在傳統(tǒng)教育越來(lái)越難以滿(mǎn)足當(dāng)今教育需求的情況下，機(jī)器人教學(xué)因其創(chuàng)新性、實(shí)踐性、趣味性和跨學(xué)科性，逐漸成為培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維能力的重要方式，提高了教學(xué)效果，同時(shí)也培養(yǎng)了一大批科技愛(ài)好者.近年來(lái)，許多學(xué)校結(jié)合自身信息化教學(xué)特色，利用虛擬機(jī)器人和實(shí)物機(jī)器人各自的特點(diǎn)，開(kāi)展了虛實(shí)結(jié)合的機(jī)器人教學(xué)實(shí)踐.

一、虛擬與實(shí)體教學(xué)機(jī)器人概念

實(shí)體教學(xué)機(jī)器人是指有實(shí)物的智能機(jī)器人，是依靠機(jī)器人的自身動(dòng)力和控制能力來(lái)實(shí)現(xiàn)特定教學(xué)功能的一種機(jī)器.“麻雀雖小五臟俱全”，實(shí)物機(jī)器人融合了計(jì)算機(jī)軟硬件、開(kāi)閉環(huán)系統(tǒng)反饋機(jī)理、機(jī)械建模、傳感器和人工智能等眾多先進(jìn)技術(shù).機(jī)器人的行動(dòng)通過(guò)程序指令導(dǎo)入到處理器中，由處理器指示各傳感器和執(zhí)行部件進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作.實(shí)物機(jī)器人教學(xué)可以加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際操作、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等能力，還能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.與之相對(duì)應(yīng)，虛擬教學(xué)機(jī)器人是指利用計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)，模擬相應(yīng)的空間環(huán)境，將實(shí)體機(jī)器人的各部件進(jìn)行虛擬和仿真，組裝成2D或3D機(jī)器人，再通過(guò)程序指令使得機(jī)器結(jié)構(gòu)在虛擬環(huán)境中完成給定的任務(wù)，也就是軟件機(jī)器人.虛擬機(jī)器人在實(shí)際教學(xué)中不需要機(jī)器人硬件，完全用軟件的方式在計(jì)算機(jī)上對(duì)機(jī)器人及其運(yùn)行的場(chǎng)景進(jìn)行模擬和仿真，不受現(xiàn)實(shí)空間限制，降低了學(xué)習(xí)機(jī)器人的成本，因而具有獨(dú)特的便捷性和經(jīng)濟(jì)性.

二、虛實(shí)結(jié)合的高中機(jī)器人教學(xué)實(shí)踐與探究

學(xué)校在實(shí)際教學(xué)中應(yīng)該結(jié)合實(shí)物機(jī)器人和虛擬機(jī)器人各自的特點(diǎn)，虛實(shí)結(jié)合，進(jìn)行互補(bǔ)性教學(xué).具體方式如下.

1.通過(guò)虛擬機(jī)器人學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握一定的機(jī)器人的基礎(chǔ)和知識(shí).學(xué)習(xí)虛擬機(jī)器人因?yàn)槊鎸?duì)的是計(jì)算機(jī)，與實(shí)體機(jī)器人相比，學(xué)生可能會(huì)覺(jué)得沉悶，所以在機(jī)器人教學(xué)中教師可設(shè)置一系列由易至難的任務(wù)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，增加其趣味性，激發(fā)學(xué)生的挑戰(zhàn)欲，讓學(xué)生在完成任務(wù)中獲得成就感.此外，教師還可組織開(kāi)展對(duì)抗賽，如跑道競(jìng)速等活動(dòng)，讓學(xué)生在競(jìng)技中激發(fā)興趣，學(xué)習(xí)知識(shí).

2.進(jìn)行實(shí)物機(jī)器人教學(xué)，全面提高學(xué)生能力.經(jīng)過(guò)虛機(jī)器人的任務(wù)式學(xué)習(xí)，在學(xué)生掌握一定知識(shí)、基礎(chǔ)和技能后，再進(jìn)行實(shí)物機(jī)器人教學(xué)，全面提高學(xué)生能力.讓學(xué)生在學(xué)習(xí)虛擬機(jī)器人時(shí)產(chǎn)生的想法和創(chuàng)意體現(xiàn)在實(shí)體機(jī)器人身上.機(jī)器人教學(xué)的意義和價(jià)值是通過(guò)課程的開(kāi)發(fā)和教學(xué)實(shí)踐來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，機(jī)器人課程，必須通過(guò)教師創(chuàng)造性的勞動(dòng)來(lái)開(kāi)發(fā).這也就要求教師在高中機(jī)器人教學(xué)過(guò)程中要不斷加強(qiáng)自身的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造能力.

3.通過(guò)診斷性評(píng)價(jià)了解學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)效果，在實(shí)際機(jī)器人教學(xué)中不斷改進(jìn)教學(xué)方式.對(duì)與學(xué)生機(jī)器人課堂學(xué)習(xí)的診斷性評(píng)價(jià)主要分為三個(gè)步驟：課前，教師通過(guò)診斷性評(píng)價(jià)了解學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)信心等內(nèi)容，做針對(duì)性備課；課堂上，教師通過(guò)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和存在困惑，及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)側(cè)重點(diǎn)，有效提高課堂效率；課后，教師通過(guò)對(duì)學(xué)生的總結(jié)性評(píng)價(jià)，反思自身教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量.

三、以小組形式進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作教學(xué)

團(tuán)隊(duì)合作培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作能力.機(jī)器人教學(xué)大多以小組形式出現(xiàn)，機(jī)器人的學(xué)習(xí)、競(jìng)賽實(shí)際上是一個(gè)團(tuán)體學(xué)習(xí)的過(guò)程，它需要參與者團(tuán)結(jié)協(xié)作、合理分工.在小組合作過(guò)程中，每個(gè)隊(duì)員發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)，包容其他成員的短處與不足，學(xué)會(huì)與他人進(jìn)行有效的溝通與交流.

四、通過(guò)激勵(lì)式和評(píng)價(jià)式教學(xué)對(duì)學(xué)生進(jìn)行激勵(lì)

通過(guò)對(duì)學(xué)生進(jìn)行激勵(lì)式教學(xué)和肯定的評(píng)價(jià)，讓學(xué)生體驗(yàn)成功的樂(lè)趣.在高中機(jī)器人課堂教學(xué)中，要全方位、多角度地看待每一個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的激勵(lì)和肯定，激發(fā)學(xué)生的興趣，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí).在高中機(jī)器人教學(xué)中的評(píng)價(jià)，不僅要關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，更要關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程.通過(guò)關(guān)注學(xué)生在機(jī)器人課堂學(xué)習(xí)和相關(guān)實(shí)踐活動(dòng)中所表現(xiàn)出來(lái)的情感與態(tài)度，對(duì)于學(xué)生進(jìn)行鼓舞和激勵(lì)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中不斷建立信心.為此，教師對(duì)學(xué)生的每一點(diǎn)進(jìn)步與成功都應(yīng)及時(shí)給予表?yè)P(yáng)和鼓勵(lì)，隨時(shí)讓學(xué)生有成就感和自豪感，讓他們?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)程中始終感受著成功的喜悅，以此激勵(lì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情.

由于時(shí)代的不斷發(fā)展以及信息技術(shù)推陳出新，機(jī)器人教學(xué)也應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)，其內(nèi)容和形式也應(yīng)不斷進(jìn)行革新和完善.因此，在高中機(jī)器人的實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，教師也應(yīng)不斷加強(qiáng)學(xué)習(xí)自身學(xué)習(xí)，及時(shí)轉(zhuǎn)變教育觀念，要緊跟信息時(shí)代的節(jié)奏變化，在教學(xué)過(guò)程力求充分挖掘?qū)W生的聰明才智，積極引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和獲取新的知識(shí).