關(guān)于中學(xué)機(jī)器人教育分層教學(xué)的研究

胡楚佳

摘 要 21世紀(jì)是信息技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，國家正在推進(jìn)信息化2.0的建設(shè)。機(jī)器人教育教學(xué)也作為信息化推進(jìn)的產(chǎn)物，一直深受社會各界高度重視。國家新課程改革中，機(jī)器人教育教學(xué)也納入信息技術(shù)課程，意在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、編程思想和動手操作能力。文章以能力風(fēng)暴積木機(jī)器人為例，將中學(xué)機(jī)器人教育進(jìn)行分層教學(xué)，歸納了開展機(jī)器人教育分層教學(xué)所需的環(huán)境設(shè)施和課程體系，希望可以為其他學(xué)校開展機(jī)器人教育教學(xué)活動提供幫助。

關(guān)鍵詞 中學(xué)機(jī)器人教育 分層教學(xué) 環(huán)境設(shè)施 課程體系

0前言

（1）教學(xué)背景。隨著國家信息化2.0的到來，機(jī)器人教育教學(xué)成為教育領(lǐng)域新的發(fā)展趨勢。全國各地積極開展機(jī)器人課程，家長愈來愈重視孩子的機(jī)器人教育。學(xué)校也應(yīng)該積極響應(yīng)國家政策，開展機(jī)器人教學(xué)等選修課程，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造能力、編程思想和動手能力。

（2）教學(xué)目標(biāo)。機(jī)器人教育的產(chǎn)生能夠使中小學(xué)生近距離的感受到科技的魅力，并奠定了學(xué)生科學(xué)研究的基礎(chǔ)。學(xué)生能描述機(jī)器人的概念、發(fā)展和應(yīng)用前景等，培養(yǎng)計(jì)算思維;了解機(jī)器人組裝搭建和編程，能實(shí)踐操作，學(xué)會信息化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新;了解機(jī)器人未來發(fā)展趨勢，通過機(jī)器人的智能化完成任務(wù)，能延伸到工業(yè)、服務(wù)、教育機(jī)器人等對社會生活帶來的影響，提高信息意識、信息社會責(zé)任。

（3）教學(xué)理論支撐。

①學(xué)習(xí)金字塔理論：動手組裝機(jī)器人、向同學(xué)講授所學(xué)內(nèi)容、合作探究任務(wù)方案。

②分層教學(xué)理論：機(jī)器人基礎(chǔ)課程（全體學(xué)生）、機(jī)器人提升課程（機(jī)器人社團(tuán)）、機(jī)器人競賽課程（校隊(duì)學(xué)生）。

1教學(xué)環(huán)境設(shè)施

1.1教學(xué)環(huán)境

學(xué)校應(yīng)該提供專門開展機(jī)器人教學(xué)和集中訓(xùn)練的機(jī)器人活動室，提供基本的教學(xué)環(huán)境。另外，學(xué)校也需要提供專門的機(jī)器人指導(dǎo)室，用于教師對學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人專項(xiàng)輔導(dǎo)。

1.2教具設(shè)備

學(xué)校需要配備多套完整的能力風(fēng)暴積木機(jī)器人高級套裝和氪教育機(jī)器人套裝，專門用于機(jī)器人教學(xué);另額外購買配件若干，為后續(xù)帶學(xué)生參加機(jī)器人競賽提供設(shè)備保障。

1.3電教設(shè)備

機(jī)器人活動室和機(jī)器人指導(dǎo)室配有移動納米黑板和筆記本電腦多臺，為教師教學(xué)和學(xué)生實(shí)踐操作提供設(shè)備保障。

1.4師資力量

指導(dǎo)老師應(yīng)有豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，最好有指導(dǎo)學(xué)生參加各類機(jī)器人競賽的經(jīng)驗(yàn)，師資力量需要有所保證。

2課程教學(xué)模式

（1）問題-探究式：以學(xué)生為中心，通過教師演示、學(xué)生觀看老師演示后，自主動手操作，鍛煉學(xué)生動手操作能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)操技能。

（2）示范-模仿式：在老師提出問題和任務(wù)要求后，學(xué)生能夠自主探究、小組合作來解決問題，并教授他人所學(xué)知識，培養(yǎng)了自學(xué)能力、創(chuàng)新創(chuàng)造力、合作精神和解決問題的能力。

3課程教學(xué)體系

教材是教師教和學(xué)生學(xué)的主要憑借，是教師進(jìn)行教學(xué)、搞好教書育人工作的具體依據(jù)。學(xué)校應(yīng)該建設(shè)成熟的機(jī)器人課程體系，根據(jù)分層教學(xué)開展不同的課程內(nèi)容。本人按照機(jī)器人基礎(chǔ)普及、能力提升和競賽集訓(xùn)分為《機(jī)器人基礎(chǔ)課程》、《機(jī)器人編程與實(shí)操課程》和《機(jī)器人競賽課程》共三大板塊。

3.1機(jī)器人基礎(chǔ)課程

3.1.1機(jī)器人基礎(chǔ)概況

了解機(jī)器人的由來、發(fā)展歷程和未來趨勢等，普及機(jī)器人知識，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。從機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域引導(dǎo)到教育機(jī)器人領(lǐng)域，從而過渡到對教育機(jī)器人的學(xué)習(xí)，為下一單元學(xué)習(xí)做好鋪墊。

3.1.2氪教育機(jī)器人組裝與編程

氪是能力風(fēng)暴積木機(jī)器人中較為簡單的教育機(jī)器人，其編程軟件為圖形化編程、機(jī)器人組件組裝操作簡易。學(xué)生學(xué)會自主組裝機(jī)器人小車、編寫程序控制小車行動，為下一單元學(xué)習(xí)教育機(jī)器人高級套裝打下基礎(chǔ)。

3.1.3機(jī)器人高級套裝組件與任務(wù)套件介紹

機(jī)器人高級套裝是WER積木機(jī)器人中較為復(fù)雜和成熟的機(jī)器人，本單元將學(xué)習(xí)該機(jī)器人的全部組件、任務(wù)套件組裝，使學(xué)生充分熟悉該機(jī)器人套件全部組件，為下一板塊課程奠定良好硬件基礎(chǔ)。

3.2機(jī)器人編程與實(shí)操課程

3.2.1機(jī)器人控制器介紹

通過學(xué)習(xí)機(jī)器人控制器的使用，對控制器的硬件參數(shù)、電源與開關(guān)機(jī)、主界面、程序界面、端口界面等功能有整體的了解，也是后續(xù)進(jìn)行編程和實(shí)操的基礎(chǔ)。

3.2.2機(jī)器人巡線小車組裝

機(jī)器人巡線小車組裝，是后續(xù)編程和機(jī)器人尋線、完成任務(wù)等的基礎(chǔ)硬件建設(shè)。學(xué)生通過自己動手操作，組裝小車，對車的結(jié)構(gòu)可以更加熟悉，后續(xù)出問題都可以自己進(jìn)行排查。

3.2.3機(jī)器人編程軟件介紹

機(jī)器人編程軟件分為圖形化編程和C語言代碼編程兩種形式，在學(xué)習(xí)了氪機(jī)器人編程基礎(chǔ)上，再學(xué)習(xí)該軟件的圖形化編程完全沒問題，也足夠使用。

3.2.4機(jī)器人巡線小車工作原理

機(jī)器人巡線小車是通過灰度傳感器測黑線來執(zhí)行程序的，通過講解工作原理，使學(xué)生對傳感器及其工作原理有所認(rèn)識。

3.2.5機(jī)器人機(jī)械臂組裝

在認(rèn)識和熟悉了機(jī)器人控制器、編程和小車尋線原理后，學(xué)生開始學(xué)習(xí)機(jī)械臂組裝，通過組裝的機(jī)械臂去完成任務(wù)模型。

3.3 機(jī)器人競賽課程

3.3.1世界教育機(jī)器人大賽概況

世界教育機(jī)器人大賽是一項(xiàng)全球性比賽。通過介紹大賽情況，學(xué)生對比賽有所熟悉，比賽的規(guī)則形式等有所了解，為后續(xù)針對性訓(xùn)練奠定基礎(chǔ)。

3.3.2基礎(chǔ)能力綜合訓(xùn)練

主要是針對程序編寫、小車組裝等進(jìn)行綜合性訓(xùn)練。

3.3.3任務(wù)方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)任務(wù)套件和小車，組裝完成任務(wù)的系列機(jī)械臂，實(shí)現(xiàn)一臂多用和少換機(jī)械臂等，以及設(shè)計(jì)做任務(wù)的路線程序編寫。

3.3.4熟練換機(jī)械臂與編程

提高學(xué)生動手操作效率和編寫程序能力，能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成機(jī)械臂組裝和程序編寫。

3.3.5模擬比賽

模擬比賽是在完成上面全部環(huán)節(jié)后，營造一個競賽氛圍，按照正規(guī)比賽流程和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行模擬競賽，并在競賽中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。

4中學(xué)機(jī)器人教育具體教學(xué)應(yīng)用

4.1校本選修課

面向全體學(xué)生開設(shè)了校本選修課，普及機(jī)器人相關(guān)知識，學(xué)會組裝機(jī)器人和初步接觸編程思想。

4.2社團(tuán)活動課

面向機(jī)器人社團(tuán)學(xué)生開設(shè)編程實(shí)操課，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、編程思想、動手能力。

4.3競賽集訓(xùn)課

面向機(jī)器人校隊(duì)開設(shè)競賽課程，培養(yǎng)學(xué)生合作精神、探究精神、應(yīng)變能力、編程水平和競技水平。

5中學(xué)機(jī)器人教育教學(xué)效果

5.1實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)

學(xué)生做到自主學(xué)習(xí)、合作探究、創(chuàng)新實(shí)踐，成為課堂主角，老師作為引領(lǐng)作用，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的教學(xué)方法。

5.2培養(yǎng)可貴品質(zhì)

通過實(shí)際操作，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和能力，能夠逐漸的轉(zhuǎn)變中小學(xué)生思維，使其明白團(tuán)隊(duì)協(xié)作的意義，更好的適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，學(xué)到了在第一課堂中難以習(xí)得的可貴品質(zhì)。

5.3實(shí)現(xiàn)分層教學(xué)

依據(jù)不同層次的授課對象，課程分基礎(chǔ)課程、提升課程、競賽課程三部分，內(nèi)容逐層提升，分層教學(xué)明顯。

5.4響應(yīng)政策要求

響應(yīng)國家政策，通過機(jī)器人課程教學(xué)，實(shí)現(xiàn)人工智能、編程思想等相關(guān)課程教學(xué)，并普及機(jī)器人知識。

5.5具備競賽水平

學(xué)生依托學(xué)校的機(jī)器人社團(tuán)活動和機(jī)器人競賽輔導(dǎo)的學(xué)習(xí)平臺，具備能力參加各種比賽。

6結(jié)束語

本人開展機(jī)器人教學(xué)將近三年了，從課程開發(fā)建設(shè)到教學(xué)過程，每次都有不同的收獲。在教學(xué)中，學(xué)生都能在老師引領(lǐng)下自主學(xué)習(xí)、合作探究、動手實(shí)操。為了讓學(xué)生深度學(xué)習(xí)，課堂上安排了教學(xué)任務(wù)，給學(xué)生提供了教具、設(shè)備，通過自主探究、團(tuán)隊(duì)合作和創(chuàng)新創(chuàng)造去完成任務(wù)，效果明顯。因此，在教學(xué)中，我們應(yīng)該以學(xué)生為主體，老師作為引領(lǐng)者，學(xué)生能夠通過自身能力去完成教學(xué)中的任務(wù)，相信學(xué)生，總能達(dá)到意想不到的結(jié)果。

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