“雙減”政策下，中小學生機器人競賽輔導方法和策略

賈曉昕 程昕

摘?要：在“雙減”政策下，貫徹執(zhí)行《全民科學素質(zhì)行動規(guī)劃綱要》精神，將科學精神融入課堂教學和課外實踐中去，積極開展科普活動，高效組織中小學生機器人競賽輔導，逐步提高全市中小學生科學素養(yǎng)，已成為當前教育新形勢、新任務、新要求。因此，本文主要闡述機器人競賽輔導的方法和策略，明確在人工智能形勢和“雙減”政策下，中小學機器人編程教育開展的重要意義，可以激發(fā)學生的學習熱情，培養(yǎng)學生學習興趣，引導學生形成耐心鉆研的態(tài)度，注重對學生邏輯思維能力的培養(yǎng)，增強學生的團隊意識。通過“組建教師團隊、選定比賽項目、選拔參賽隊員、制訂比賽方案、落實賽前訓練、賽后總結優(yōu)化”六個方面，具體探討當前中小學生機器人競賽輔導方法和策略，具體闡述了機器人競賽對中小學生科學素養(yǎng)培養(yǎng)的重要意義。

關鍵詞：機器人；機器人競賽；機器人編程教育；科學素養(yǎng)；創(chuàng)新能力

一、機器人競賽輔導的方法和策略

機器人競賽活動集知識性、趣味性、實踐性、探究性于一體，深受中小學生的喜愛。結合自己多年來輔導學生、帶隊參賽、執(zhí)行裁判的親身經(jīng)歷，闡述一下自己對機器人比賽輔導的心得和體會，談談組織機器人競賽輔導的方法和策略。

（一）組建教師團隊

組建一支“持之以恒、愛崗敬業(yè)、無私奉獻”的教師團隊，是機器人競賽的靈魂。機器人競賽是培養(yǎng)中小學生科學素養(yǎng)的重要表現(xiàn)形式，教師參與科研貫穿教學始終。在機器人比賽訓練過程中，教師充當“研究者”“指導者”和“實驗者”的角色；而參賽學生，要承擔“操作手”“指揮手”和“編程手”的任務。參賽隊員尤其是高中階段，一般都是高一新生，每年參賽隊員都不同，隊員的科學素養(yǎng)具有很大的不確定因素。因此，組建一支持之以恒、堅守在機器人教育崗位上穩(wěn)定的教師團隊，是機器人競賽的靈魂。

教師在開展輔導前，通過認真鉆研機器人比賽項目相關知識和比賽規(guī)則，明確任務要求，制訂切實可行的任務實現(xiàn)方案，認真準備好輔導計劃及其具體實施步驟。

（二）選定比賽項目

選定具有“連續(xù)性好、培養(yǎng)學生綜合素養(yǎng)強”的比賽項目，是機器人競賽的前提。目前國內(nèi)中小學生機器人比賽項目繁多，要結合自身具體情況，選擇適合學生發(fā)展，并且可持續(xù)發(fā)展的機器人項目，直接決定競賽輔導的技術目標，也影響著學生的素養(yǎng)的培養(yǎng)。

具體選擇要注意以下幾個因素：

1.仔細研究比賽規(guī)則，選購合適的器材

每年12月份前都會公布第二年的比賽項目和具體競賽規(guī)則，可以結合現(xiàn)有機器人情況和活動經(jīng)費的情況，選購訓練器材，確定來年參賽項目。

2.比賽項目的連續(xù)性

結合近幾年國家主管部門頒布的競賽活動項目名單，選擇比較成熟的項目參加。

3.對學生能力的培養(yǎng)

機器人比賽不僅僅要考驗參賽隊員編程能力，還要考驗參賽隊員靈活、快速地搭建機器人的能力。機器人搭建培養(yǎng)學生動手能力，機器人編程培養(yǎng)學生邏輯思維能力。學生要想在比賽中取得好的成績，超強的動手能力和縝密的邏輯思維能力是至關重要的，在選定比賽項目時，要重點考慮對學生動手能力和邏輯思維的培養(yǎng)。

4.比賽項目對機器人品牌的要求

機器人是機器人比賽的主體，有的賽制對機器人參數(shù)和品牌有特定的要求。有的機器人賽項今年可以參加比賽，明年比賽就取消了，這樣就會嚴重影響比賽的連續(xù)性。因此，比賽項目對機器人品牌的要求，也是選擇比賽項目的重要因素。

通過綜合分析，我們選擇“領航杯”江蘇省中小學生信息素養(yǎng)提升實踐活動中的“輪式或履帶式行走機器人比賽”作為我們學生競賽活動的主要項目。這個項目對機器人的要求比較靈活，一是“不限定機器人品牌、型號，鼓勵使用自制器材”，可以充分發(fā)揮學生的主觀能動性；二是比賽時要求帶散件進行比賽，對學生的搭建要求比較高，也是一個比較好的培養(yǎng)學生動手能力的比賽項目。

（三）選拔參賽隊員

選拔“綜合能力強、團隊意識好、應變能力強”的參賽隊員是機器人競賽的關鍵。

機器人競賽是對學生動手能力、分析能力、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題能力和臨場應變能力等各項能力的綜合考核。因此，對參賽隊員的選拔至關重要。

選拔隊員標準：學習能力強，動手能力強，團隊意識好，心理素質(zhì)好。能靜下心，切實有效地解決實際問題是衡量隊員動手能力強弱的一個重要標志。

具體選拔措施如下：

1.海選隊員

通過揚中市青少年科技夏令營、冬令營活動，為基地初步選拔隊員。

揚中市青少年機器人教育培訓基地，是揚中市科學技術協(xié)會和揚中市第二高級中學聯(lián)合舉辦的科技志愿服務驛站。每年暑假、寒假，由全市各中小學校推送一批優(yōu)秀學生到基地參加科技夏令營、冬令營活動。經(jīng)過科技營活動、培訓、考核，為基地選拔出一批優(yōu)秀的參賽隊員。

2.培養(yǎng)隊員

開展小組考核賽、班級爭霸賽、團隊追逐賽，分別選出組長、班長和隊長。

通過科技夏令營、冬令營選拔出的隊員組成新班級開展培訓、比賽訓練，實行分層分組教學模式，引入小組競爭機制，充分調(diào)動學生的積極性和主觀能動性，大大提高教學效果。通過小組考核賽、班級爭霸賽、團隊追逐賽，選拔組長、班長和隊長，以他們?yōu)楣歉山M成訓練、比賽的框架，以點帶面，各司其職，帶領全體隊員深入學習，有條不紊地開展教學工作。

★班長：負責班級教學一切事務。

☆組長：負責小組內(nèi)成員的訓練、方案、小組間比賽。

■隊長：負責班級外出比賽、賽場突發(fā)事件處理、賽場事務。

3.通過市賽選拔正式參賽隊員

隊員經(jīng)過一段時間培訓、訓練，參加地區(qū)選拔賽，獲勝的隊員參加省賽。

4.心理素質(zhì)和團隊意識是選拔參賽隊員的重要考核因素

競賽項目的完成是一個競賽團隊合作的結果，組隊隊員只有團結合作，才能充分發(fā)揮各自的水平，取得比賽的勝利；如果每個選手僅從自身角度去考慮，單打獨斗，你不服我，我不服你，往往會失去比賽。因此，建立一個團結合作的優(yōu)秀團隊，是競賽取勝的關鍵。

5.大手牽小手，培養(yǎng)小老師

分層分組教學，形成梯隊參賽?；仃爢T從小學、初中到高中，覆蓋全學段，在教學中注重培養(yǎng)、挖掘小老師，通過大手牽小手，實現(xiàn)學習共同進步。

（四）制訂比賽方案

制訂“萬無一失、簡單高效”的比賽方案，是機器人競賽的基石。

競賽項目確定后，分析比賽規(guī)則，明確任務要求，制訂具體解決方案：

1.實行組長負責機制

每個小組由組長負責，分組訓練，小組成員在組長的帶領下，制訂本組的方案和程序。要求在平時訓練過程中要做到“完美”二字。

2.引入小組競爭機制

通過小組比賽競爭，進一步選拔優(yōu)秀隊員和優(yōu)秀的解決方案，再由小組成員把自己優(yōu)秀方案進行推廣。

3.方案優(yōu)化整合機制

經(jīng)過一段時間的訓練，小組成員的方案和程序基本都比較成熟和完善，在教師的統(tǒng)一“指導”下，大家一起討論、交流，取長補短，最終形成一套“完美”的比賽方案，進行賽前集訓。

（五）落實賽前訓練

落實“刻苦鉆研、嚴謹認真”的賽前訓練，是機器人競賽的保障。

1.認真研究比賽規(guī)則

參賽隊員要熟悉比賽規(guī)則，掌握比賽流程、任務完成的要求和評分標準，要杜絕因違反比賽規(guī)則而被扣分現(xiàn)象的發(fā)生。訓練時，隊友間相互評分，熟悉評分原則和得分計算規(guī)則。

2.合理使用比賽規(guī)則

確保參賽隊員在賽場上靈活應對、解決突發(fā)狀況，就要做到合理使用比賽規(guī)則，合情合理地實現(xiàn)任務的完成。要遵守一個原則：“凡是規(guī)則中沒有禁止的，都是允許的”。

3.認真落實模擬比賽

模擬比賽是正式比賽前重要的一個環(huán)節(jié)，在不同環(huán)境條件下進行模擬練習，可以適應各種不同的比賽環(huán)境；開展小組間對抗賽，及時查找可能突發(fā)出現(xiàn)的問題，尋找解決方案，做好比賽時發(fā)生各種突發(fā)情況的預案。只有“把訓練當比賽練”，才能做到“把比賽當訓練賽”，做到賽場上游刃有余。

4.靈活機動處理突發(fā)狀況

機器人比賽會受各種環(huán)境條件的限制，比如場地地面的問題、光線的問題等，隊長要能協(xié)同隊員及時處理好賽場突發(fā)狀況。尤其是比賽時指導老師不在現(xiàn)場，各種突發(fā)事件的靈活機動處理能力，是對一名合格的隊長的基本要求。因此，在平時訓練時，就要嚴陣以待，嚴謹認真，刻苦鉆研，把各種突發(fā)情況做到心中有數(shù)。

（六）賽后總結優(yōu)化

賽后總結，樹立正確的比賽觀、榮辱觀，優(yōu)化完善方案是機器人競賽的升華。

1.歸整比賽器材

比賽結束后，首先要做好比賽及輔助工具的收集整理，為今后的訓練做好準備。每次比賽、訓練后，都要求隊員把器材歸類整理好，養(yǎng)成一個良好的習慣，可以避免比賽器材的丟失。

2.總結經(jīng)驗教訓

每次比賽結束后，要及時總結經(jīng)驗、教訓。賽場上優(yōu)點繼續(xù)發(fā)揚光大，失誤和缺點在以后比賽中一定要避免；要學習、吸取比賽“對手”方案的優(yōu)點，并應用到自己方案優(yōu)化中去；結合本次比賽的得失，把自己方案進一步優(yōu)化、完善。如此這樣，才有助于逐步積累經(jīng)驗，不斷進步。

3.正確面對比賽結果

比賽的勝敗得失，是正常的事，要讓隊員能夠認識到參加機器人比賽，只是一個鍛煉各方面能力的機會，成功失敗都是次要的，主要是在參賽備戰(zhàn)過程中得到大量的鍛煉機會，綜合能力得到明顯提升，增長知識，開闊眼界。獲獎名次不重要，重要的是在比賽過程中學到了什么知識？養(yǎng)成了什么素養(yǎng)？培養(yǎng)了什么能力？

二、機器人競賽的意義

機器人競賽涉及科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學（Mathematics）等多個學科領域，學生參加機器人競賽，需要完成設計、制作、編程、調(diào)試、競賽等多個環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)需要學生運用多學科知識的融合，不僅能激發(fā)學生自主學習理論知識，更能培養(yǎng)學生的團隊合作、實踐能力，對學生具有很強的挑戰(zhàn)性，能極大地激發(fā)學生的興趣。這個環(huán)節(jié)所起到的作用是傳統(tǒng)教學達不到的，是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的關鍵階段。

（一）塑造參與意識，培養(yǎng)學習興趣，養(yǎng)成良好的學習習慣

1.塑造參與意識，培養(yǎng)學習興趣

機器人比賽過程是學生全程參與的過程，要求每一個隊員都要認真地對待自己面臨的比賽。為了提高成績要積極地準備，以極大的熱情來解讀機器人比賽規(guī)則，查閱各種資料，發(fā)動所有的創(chuàng)造力來設計比賽用的機器人，通過編程讓機器人實現(xiàn)一個又一個任務，克服一個又一個困難，鼓勵隊友，共同奮斗。通過參與，對機器人編程也會產(chǎn)生濃厚的興趣，在學習中，有了興趣的牽引會達到事半功倍的效果。

2.養(yǎng)成良好的學習習慣

機器人編程有“任務”的概念。每場比賽，都有時間的限制，通過機器人比賽，來培養(yǎng)學生在一定時間內(nèi)要完成一定任務的意識。久而久之，這樣的競賽時間觀念，讓學生養(yǎng)成了在規(guī)定的時間內(nèi)做好一件事的良好習慣。

（二）塑造競爭意識，培養(yǎng)團隊精神，養(yǎng)成良好的性格

1.塑造競爭意識

機器人競賽不僅是一種編程教育的形式，也是一種競技比賽的形式。有比賽就有勝負，有比賽就有競爭，通過競爭找到差距、不足，促進不斷學習，逐漸提高自己，追趕超越自己的“對手”，逐步培養(yǎng)學生的競爭意識。

2.培養(yǎng)團隊精神

機器人比賽，往往不是一個人的事情，一般都要求由多名隊員組成一個參賽隊。在比賽過程中，要求多名隊員密切合作，才能取得優(yōu)異的成績。有時比賽過程中，不僅僅要考慮自己隊的比賽，還要考慮自己學校的整體隊伍比賽情況，這對培養(yǎng)學生們的團結合作精神有非常大的益處。

3.養(yǎng)成良好的性格

機器人編程教育對于學生的性格培養(yǎng)也有很大的幫助。學生通過一次又一次調(diào)試方案，一次又一次失敗，使他的忍耐力、抗挫折能力、合作能力都會有很大的提高。通過失敗的過程，學生會寬了容度、包容。學生在平時做訓練，編寫程序，拼裝外設，設計方案，除了自主思考和探索的同時，還要善于與其他同學進行交流和分享，討論改進方法。在討論、分享、爭論的學習氛圍中，良好的性格逐步走向成熟。

（三）激發(fā)好奇心、求知欲，培養(yǎng)觀察力、專注力，養(yǎng)成獨立解決問題的能力

1.激發(fā)學生的好奇心和求知欲

好奇心是小學生的天性，機器人編程最能激發(fā)學生的好奇心，也最能讓學生的好奇心得到認證。有不懂的問題，親自動手搭建一下，調(diào)試一下，結果一目了然。學生在調(diào)試機器人的過程中，一邊思考，一邊嘗試，靠自己思維去理解世界，在這個過程中，不自覺地提高學生對外界的感知，加深對外界的印象，促使自己的求知欲越來越強。

一旦學生有了自主行動力，學習就不再是一項任務，而是一種“玩?！??！皩W中玩，玩中學”逐步培養(yǎng)學生的學習能力，這種能力才是相伴一生的財富。

2.觀察力和專注力的培養(yǎng)

學生在搭建機器、外設的時候，在開動腦筋的同時，精力都非常集中。搭建完成后，再去編寫程序，調(diào)試任務，不斷修改，從而達到最佳效果。

動手搭建，并與現(xiàn)實進行對照，再去探究原因，學生的觀察力也就提升了，同時也提升了學生的創(chuàng)造力和問題解決的能力。

在機器人搭建的過程中，學生們還會經(jīng)歷許許多多的失敗。當他們經(jīng)歷這些失敗時，會獨立思考并解決問題。會更加集中精力，專注研究，尋找完美方案。

在每次備賽、參賽過程中，學生們都會對每一個任務、搭建、程序進行反復推敲、修改，直到找到完美的解決方案，在一遍又一遍的修改中，逐步培養(yǎng)出專注和耐心。

3.獨立解決問題的培養(yǎng)

機器人編程教育是通過搭建—編程—調(diào)試—糾錯多次反復的過程，在這個過程中，充分調(diào)動學生的想象力、創(chuàng)造力和構建能力。通過體驗式學習，讓學生自己解決搭建過程中出現(xiàn)的問題，從多種創(chuàng)意方案中尋找最終解決方法，培養(yǎng)出獨立解決問題的能力對學生終身受益。

（四）塑造思維方式，培養(yǎng)動手能力，養(yǎng)成創(chuàng)新素養(yǎng)

1.塑造思維方式，培養(yǎng)動手能力

機器人編程包括程序編寫和機器人搭建兩部分。機器人比賽時，任務完成的先后順序、路線規(guī)劃、方案的選擇，需要有超強的編程思維和邏輯思維；機器人的搭建，需要不斷地拼裝搭建各類器材，不斷地熟悉各個零件的功能和結構，這就提高了學生的動手能力、空間想象力、結構理解力，使得學生手腦并用、同步開發(fā)。

學生在思考機器人編程的過程中，它的思維需要在虛和實空間中進行靈活的轉(zhuǎn)換，這樣就能夠鍛煉他們的空間想象能力的，即抽象的思維能力。在不斷的試錯—修改—再試—再改的過程，本身就是在增長知識和能力，讓學生在不知不覺中得到鍛煉和提高，磨煉出驚人的理性思維能力和動手能力。

2.養(yǎng)成創(chuàng)新素養(yǎng)

機器人競賽是將知識轉(zhuǎn)化為實踐的過程，在這個過程中，學生通過深入研究相關知識，激發(fā)了科學研究的興趣；在具體的制作過程中，通過機器人搭建等環(huán)節(jié)，增強了動手能力；在進行調(diào)試的過程中，提升了學生不斷發(fā)現(xiàn)問題、獨立解決問題的能力；在具體地完成任務的過程中，需要團隊成員之間的不斷配合，促使學生的團隊協(xié)調(diào)能力得到穩(wěn)步提升。這些都在潛移默化地培養(yǎng)學生們的創(chuàng)新素養(yǎng)。

（五）塑造挫折意識，培養(yǎng)比賽觀、榮辱觀，養(yǎng)成鼓勵、分享優(yōu)良品質(zhì)

1.機器人競賽是挫折教育的最好方法

比賽本身就有高低之分，在比賽活動中，因各種原因?qū)е卤荣惓煽兊牟町?，是非常正常的事，我們要能夠正確看待自己的失敗。對學生適當進行挫折教育，能夠很好地幫助學生們成長，以后再遇到不如意的時候也可以很好地對待。因此，要激勵學生面對失敗后，重新再來，鍛煉學生不屈不撓的精神。

2.培養(yǎng)正確的比賽觀、榮辱觀

大型賽事活動要與全省乃至全國范圍內(nèi)同領域的高手較量，賽場的勝敗得失，非常正常。要讓隊員能夠認識到參加機器人比賽，只是一個鍛煉各方面能力的機會，成功失敗都是次要的，主要是在參賽備戰(zhàn)過程中得到大量的鍛煉機會，綜合能力得到明顯提升，增長知識，開闊眼界。如果自己成功了，會大大增加自己的自信心；即使失敗了，比賽過程也可以磨煉心性，也可以意識到有能力的人很多。

3.學會欣賞，排除妒忌心理

比賽過程中，優(yōu)秀的“對手”是值得我們學習和尊重的，要讓學生學會欣賞，懂得欣賞。技不如人是可以的，但不要嫉妒，不要內(nèi)心有失落感。培養(yǎng)出學生健康的心性、寬廣的胸懷，長大后成為一個大度、善解人意的人。

4.鼓勵與分享，塑造自信的成就感

比賽的結果就是對學生的肯定與鼓勵。分享榮譽，會讓學生有一定成就感，成就感的產(chǎn)生，就是自信心產(chǎn)生的開始。自信心，是學生成長中必須具備和保持的一種積極的心態(tài)。

（六）以賽促教，可以做到教賽結合、校校聯(lián)合、激勵教育

1.以賽促教，教賽結合

通過競賽，來檢驗和促進各個學校開展科技教育和學科課程相結合；綜合實踐課程和研究性學習、校本課程、社團活動、研學活動相結合，更好地把科技競賽融入課堂教學和課外實踐中去。

2.以賽促教，校校聯(lián)合

通過競賽，可以促進區(qū)域、各校之間開展一些綜合實踐科技活動，各個學校之間有一種競爭激勵機制，可以充分調(diào)動師生參與的積極性、主動性。

3.以賽促教，激勵教育

通過競賽，逐步提升我市中小學生信息技術應用能力和廣大師生科學素養(yǎng)，助力“雙減”政策落地見效，促進學生全面發(fā)展。

4.為特殊招生升學增加籌碼

學生參加賽事獲得獎項，可以拓寬升學路徑。清華、北大、中科大等少年班項目都更青睞在某些領域有學科特長、有競賽獎項的學生。高三參加強基計劃、綜合評價等特殊招生時可以增加籌碼，提高錄取率。

結語

習近平總書記強調(diào)：“科技創(chuàng)新、科學普及是實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的兩翼，要把科學普及放在與科技創(chuàng)新同等重要的位置?！睘樯钊胴瀼芈鋵嵙暯娇倳涥P于科普工作的重要指示精神，科普活動和機器人競賽活動越來越豐富多彩，每位輔導員老師對競賽輔導工作都有自己獨到的見解，確信在國家政策的指引下，在廣大同仁的共同努力下，中小學生機器人競賽輔導工作一定會勝任培養(yǎng)中小學生科學素養(yǎng)的歷史重任。

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相關課題：機器人競賽對提升中小學信息素養(yǎng)的研究，課題批準號：JKY11919

作者簡介：賈曉昕（1970—?），男，漢族，本科，中學一級，研究方向：機器人和人工智能。