中小學(xué)開展簡易機器人編程教育的實踐研究

吳麗香

摘? 要：2017年，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確指出：應(yīng)逐步開展全民智能教育項目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程、逐步推廣編程教育。開展有關(guān)中小學(xué)簡易機器人編程教育的實踐研究，努力探索出一條符合機器人教學(xué)與科學(xué)學(xué)科整合的教學(xué)捷徑，使得中小學(xué)簡易機器人編程教育得到有效的實施與推行，促進我國素質(zhì)教育的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：中小學(xué)? 簡易機器人編程? 實踐研究

中圖分類號：TP242 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）02（a）-0114-02

隨著中小學(xué)信息技術(shù)課程的普及，社會上一些青少年編程教育課程也逐漸活躍起來。2017年，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確指出：應(yīng)逐步開展全民智能教育項目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程、逐步推廣編程教育。簡易機器人編程教育中編程知識的學(xué)習(xí)范圍，受限于選擇的機器人，是以調(diào)用編程模塊指令讓機器動起來為目的。通常需要編程的模塊，是已經(jīng)寫好存儲在模塊里的，中小學(xué)生做的只是將模塊以不同的方式拼接起來。為了更好地推廣和實施機器人編程教育，展開了有關(guān)其實踐的探討。

1? 簡易機器人編程教育的意義

1.1 培養(yǎng)編程思維

編寫程序，最重要的是如何把老大難問題分割成一個個簡易的小問題并逐個擊破，化繁為簡。在過程中，中小學(xué)生必須學(xué)會思考：如何將代碼合理地安排在整個程序中，才能使得程序更加流暢地處理輸入—演算—輸出，整個過程將對中小學(xué)生的邏輯思維能力有著大大的鍛煉和提升。

1.2 培養(yǎng)學(xué)生的專注力和耐心

編程培養(yǎng)中小學(xué)生細心、專注和自我糾錯的能力，如果在編寫過程中錯了一個代碼，就會造成程序大亂。因此，編程不僅能培養(yǎng)中小學(xué)生嚴謹、認真的做事品質(zhì)，也能培養(yǎng)中小學(xué)生解決問題的能力，提高中小學(xué)生的探索創(chuàng)新能力及團隊合作能力。

1.3 敢于試錯的勇氣

犯錯是編程過程中總需要面對的，機器人編程教育鼓勵不斷試錯并最終找尋到解決問題的辦法和當前的應(yīng)試教育有著很大的區(qū)別，應(yīng)試教育的犯錯成本較高，因此，在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生對犯錯較為抵觸，同時在心理上也較為脆弱，在面對失敗和挫折時其心態(tài)還無法及時調(diào)整，但是機器人編程教育就是鼓勵試錯，使得學(xué)生在不斷試錯過程中，鍛煉了其面對失敗和挫折的勇氣，其自身的心態(tài)也是積極且向上的，因此進行機器人編程教育，可以幫助學(xué)生培養(yǎng)其良好的心理狀態(tài)，成為其終身受益的技能。

2? 中小學(xué)開展簡易機器人編程教育的有效途徑

2.1 大力開展簡易機器人編程校本課程

首先，進行初始課的講解，激發(fā)興趣。利用多媒體技術(shù)和信息化技術(shù)，向?qū)W生展現(xiàn)智能機器人世界，在此過程中會讓學(xué)生產(chǎn)生對智能科技的好奇與驚嘆，從而增強其對機器人相關(guān)技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣。其次，在興趣的基礎(chǔ)上，教師要向?qū)W生傳授機器人技術(shù)的相關(guān)知識，幫助其完整地認知到機器人編程在機器人技術(shù)中的重要性和關(guān)鍵性，利用實物以及教學(xué)課件等，對其機器人基本控制的方法以及控制程序進行介紹，了解其機器人的基本工作原理及重要組成部分。最后，進行仿真軟件的學(xué)習(xí)和操作，讓學(xué)生在操作過程中了解其程序設(shè)計方法。同時在開展教學(xué)活動時，要因材施教，以學(xué)生為主體，根據(jù)學(xué)生的接受能力，合理地安排其機器人編程培訓(xùn)內(nèi)容。

2.2 綜合多學(xué)科知識進行教學(xué)

將機器人編程技術(shù)和物理學(xué)科知識相結(jié)合。教師在教學(xué)中可以將復(fù)雜的物理知識和學(xué)生興趣濃厚的現(xiàn)代智能科學(xué)技術(shù)進行結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，將物理理論知識與科學(xué)技術(shù)實踐聯(lián)系起來。

機器人編程技術(shù)和數(shù)學(xué)學(xué)科知識相結(jié)合。數(shù)學(xué)知識是機器人技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，設(shè)計者通過編寫的運行程序來控制機器人的自動化操作。所以，教師在數(shù)學(xué)教學(xué)過程中，可以編寫一些小程序來實現(xiàn)機器人的自動運行，從而激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，讓學(xué)生了解計算機編程技術(shù)的同時主動學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)知識。

2.3 培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

程序的編寫，可以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)、嚴謹?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度。在編寫程序時，學(xué)生需要做到對程序結(jié)構(gòu)的正確選擇以及對程序結(jié)構(gòu)的時間把控，如設(shè)置條件控制和循環(huán)結(jié)構(gòu)控制，這些都需要在合適的時間內(nèi)執(zhí)行。編寫的過程中就需要反復(fù)地進行調(diào)試，以期達到最優(yōu)參數(shù)值。因此，在調(diào)試和試錯的過程中，教師需要觀察學(xué)生執(zhí)行的動態(tài)，而不是直接將最優(yōu)參數(shù)值告知，這樣可以讓學(xué)生增強受挫承受能力，鍛煉其意志，經(jīng)過反復(fù)的失敗，最后總結(jié)經(jīng)驗和教訓(xùn)，體會到成功的喜悅和滿足，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。此外，在進行機器人編程技術(shù)教學(xué)時，教師還需要不斷地啟發(fā)學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生進行自我思考，提出創(chuàng)意，并對其創(chuàng)意進行開發(fā)設(shè)計，通過編寫程序和親手制作，培養(yǎng)學(xué)生在此過程中的主動思考和解決問題的能力。

2.4 分組合作，開發(fā)科技創(chuàng)新項目

開展創(chuàng)意機器人比賽，進行分組合作，開發(fā)科技創(chuàng)新項目。教師應(yīng)該鼓勵學(xué)生多做調(diào)研，在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)問題，提出創(chuàng)新項目，同時對于學(xué)生提出的創(chuàng)意性項目，教師要給予積極的評價，首先展開有關(guān)項目的分析、論證和討論，將學(xué)生和教師的意見結(jié)合起來進行觀看，然后對項目的可行性進行分析，同時對項目方案的實施提出意見和形成一個完整的項目實施方案。接著研究的項目進行立項，進行專題研究討論，確定項目實施過程中所需的硬件、軟件以及控制方法等相關(guān)問題。在具體執(zhí)行過程中教師可以根據(jù)學(xué)生的特點進行分組合作、制訂出研究計劃和進度，培養(yǎng)他們進行科研的基本素質(zhì)。學(xué)生在根據(jù)研究的需要和教師的要求，自主完成對機器人的外觀設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及重要的程序編寫等。比如以感光原理為基礎(chǔ)，制作智能臺燈、鬧鐘等。通過教師的幫助，學(xué)生開展動手嘗試，從生活中發(fā)現(xiàn)機器人編程技術(shù)的實際運用，不斷地開拓其創(chuàng)新思維，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

2.5 鼓勵學(xué)生積極參加競賽

鼓勵學(xué)生積極參加市、省、國家級的各類機器人比賽。以學(xué)生的個人愛好和專長為出發(fā)點，為學(xué)生選取適合他們的機器人項目，充分發(fā)揮學(xué)生的所長，例如機器人滅火項目、機器人足球等。在參加競賽前，教師需要對機器人競賽的規(guī)則進行講解，并且為學(xué)生培訓(xùn)一些比賽過程中所需要的必備知識，如C語言編程基礎(chǔ)知識等，讓學(xué)生了解其編程的基本思想和原理，鍛煉其邏輯思維能力。然后，為了提高學(xué)生編寫程序的效率和準確性，將C語言編程與VJC機器人軟件相結(jié)合，使學(xué)生在模擬中得到鍛煉。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生獨立自主的編寫完成相應(yīng)的項目程序，然后進行調(diào)試。最后，教師提出機器人項目在實際運行中可能存在的問題和意外情況，學(xué)生在此基礎(chǔ)上針對問題不斷地進行嘗試和調(diào)試，對其程序進行完善和優(yōu)化。通過這樣的學(xué)習(xí)和實踐培訓(xùn)，學(xué)生的實際操作能力和機器人編程能力就得到了一定的鍛煉，然后學(xué)生再選擇其參賽的具體項目，經(jīng)過實戰(zhàn)，提高其編程能力。

3? 結(jié)語

機器人技術(shù)是當前世界科技發(fā)展的重點，在當前及未來應(yīng)用前景極為廣闊，是時代發(fā)展的重點。機器人編程技術(shù)是機器人技術(shù)中的基礎(chǔ)部分，在機器人技術(shù)的學(xué)習(xí)中具有重要作用。中小學(xué)生對于機器人編程的學(xué)習(xí)，不僅可以提高其科學(xué)素養(yǎng)，同時，對吃苦耐勞精神的培養(yǎng)，以及學(xué)生的專業(yè)技能的培養(yǎng)都是至關(guān)重要的。因此，教師必須努力更新教育觀念，努力探索一條符合機器人教學(xué)與科學(xué)學(xué)科整合的教學(xué)捷徑，大力開發(fā)簡易機器人編程校本課程、綜合多學(xué)科知識進行教學(xué)、培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)以及鼓勵學(xué)生積極參加機器人競賽等，使得中小學(xué)簡易機器人編程教育得到有效的實施與推行，促進我國素質(zhì)教育的發(fā)展。

參考文獻

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