顧鐵軍

【摘要】隨著人工智能時(shí)代的到來(lái)，智能機(jī)器人已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，高素質(zhì)機(jī)器人專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)需從基礎(chǔ)教育開(kāi)始抓起。初中教育階段開(kāi)設(shè)機(jī)器人課程成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。當(dāng)前，學(xué)校機(jī)器人教學(xué)面臨諸多問(wèn)題。在信息技術(shù)課堂上，教師需在科學(xué)、合理的策略引領(lǐng)下，創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人課程的高效教學(xué)。

【關(guān)鍵詞】信息技術(shù);機(jī)器人教學(xué);高效

信息技術(shù)是一門(mén)具有較強(qiáng)實(shí)踐性的課程。機(jī)器人課程作為創(chuàng)新教育的重要載體，是提升學(xué)生信息技術(shù)綜合能力與素養(yǎng)的重要途徑。由于教師缺乏機(jī)器人教育的優(yōu)質(zhì)參考教材，也沒(méi)有系統(tǒng)了解機(jī)器人的知識(shí)體系，導(dǎo)致缺乏機(jī)器人教學(xué)的全局觀;面對(duì)沉重的升學(xué)壓力，學(xué)生對(duì)科技感十足的機(jī)器人課程并不十分熱情，學(xué)習(xí)效果也不佳，更無(wú)法通過(guò)機(jī)器人的學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新能力和程序設(shè)計(jì)思維的發(fā)展。因此，教師要借鑒傳統(tǒng)信息技術(shù)課堂的教育經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新課堂教學(xué)內(nèi)容，利用多元化的策略，提高機(jī)器人課程的教學(xué)效果。

一、精準(zhǔn)確立教育目標(biāo)，引領(lǐng)機(jī)器人教學(xué)

教育目標(biāo)既是教師展開(kāi)教育活動(dòng)的開(kāi)端，也是最終的教育歸宿，對(duì)教師進(jìn)行教育準(zhǔn)備和教育活動(dòng)的安排具有指導(dǎo)性的作用[1]。初中生學(xué)習(xí)信息技術(shù)的時(shí)間十分有限，要想按時(shí)、高質(zhì)量地完成機(jī)器人課程教學(xué)，必須實(shí)現(xiàn)高效地教與學(xué)。

首先，教師需提前規(guī)劃好初中階段機(jī)器人教學(xué)的時(shí)間和內(nèi)容，明確要達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)。各校可參考表1進(jìn)行教學(xué)安排。

其次，要提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效果，教師必須在吃透課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上，分析學(xué)生的原有基礎(chǔ)和認(rèn)知水平，以便設(shè)定出最契合學(xué)生發(fā)展需要的教學(xué)目標(biāo)。以“機(jī)器人行走”一課為例，可以制定如下三維目標(biāo)。

（一）知識(shí)與技能：引導(dǎo)學(xué)生初步學(xué)會(huì)對(duì)簡(jiǎn)單的任務(wù)進(jìn)行分析，并且掌握繪制流程圖的方法，學(xué)會(huì)“移動(dòng)”“延時(shí)”等模塊的使用;學(xué)會(huì)利用“執(zhí)行器模塊庫(kù)”中的“啟動(dòng)電機(jī)”模塊進(jìn)行程序的編寫(xiě)，完成對(duì)左右電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，以便掌握模塊參數(shù)的設(shè)置方法等;讓學(xué)生嘗試進(jìn)行機(jī)器人的搭建和程序的設(shè)計(jì)。

（二）過(guò)程和方法：引導(dǎo)學(xué)生掌握利用“移動(dòng)”“延時(shí)”等模塊來(lái)使機(jī)器人后退和轉(zhuǎn)向;使學(xué)生理解機(jī)器人行走的方向、左右電機(jī)轉(zhuǎn)速差異與機(jī)器人轉(zhuǎn)彎的關(guān)系等。

（三）情感態(tài)度和價(jià)值觀：強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人編程的興趣;讓學(xué)生在不斷調(diào)試機(jī)器人的過(guò)程中形成交流與合作精神。

教師依據(jù)上述目標(biāo)進(jìn)行課堂活動(dòng)的細(xì)致安排，通過(guò)精準(zhǔn)制定并落實(shí)目標(biāo)，提高課堂教學(xué)效率。

通過(guò)三維目標(biāo)的確立，教師不僅明確了機(jī)器人課程教學(xué)的方向，而且有利于更細(xì)致地安排機(jī)器人教學(xué)的活動(dòng)，以便在逐步實(shí)現(xiàn)教育目標(biāo)中奠定高效教學(xué)的基礎(chǔ)。

二、組建互動(dòng)合作團(tuán)隊(duì)，合力研究機(jī)器人

機(jī)器人課程綜合性較強(qiáng)，教學(xué)內(nèi)容涉及范圍非常廣泛，涵蓋了科學(xué)、機(jī)械、工程、數(shù)學(xué)等各學(xué)科知識(shí)，且對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)和計(jì)算思維要求較高。倘若教師把相關(guān)任務(wù)讓學(xué)生自主完成，由于學(xué)生個(gè)人知識(shí)和能力十分有限，許多學(xué)生都無(wú)法依靠自身的能力完成機(jī)器人的設(shè)計(jì)與編程，還會(huì)耗費(fèi)很多時(shí)間;學(xué)生在課堂上的收獲甚微，無(wú)法獲得成就感。為了提高課堂效率，降低學(xué)生活動(dòng)時(shí)的難度，教師可結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，為學(xué)生創(chuàng)建合作學(xué)習(xí)小組，讓學(xué)生發(fā)揮集體的智慧，共同完成機(jī)器人的制作任務(wù)。

合作團(tuán)隊(duì)的組建要科學(xué)合理，這對(duì)提升隊(duì)員互動(dòng)質(zhì)量和提高小組學(xué)習(xí)效率至關(guān)重要。為了更好地發(fā)揮小組成員的專(zhuān)長(zhǎng)，高效完成合作任務(wù)，開(kāi)學(xué)后，我們利用專(zhuān)業(yè)問(wèn)卷平臺(tái)，對(duì)學(xué)生的綜合素質(zhì)能力進(jìn)行考查，分別從信息學(xué)、科學(xué)、工程機(jī)械、藝術(shù)、數(shù)學(xué)、程序思維六個(gè)維度進(jìn)行測(cè)試并做出評(píng)價(jià)。最后根據(jù)測(cè)評(píng)結(jié)果和學(xué)生特點(diǎn)，按照優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、能力互補(bǔ)和素質(zhì)互補(bǔ)的原則，每3～4人為一組，確保各學(xué)習(xí)小組“組內(nèi)異質(zhì)、組間同質(zhì)”。

三、適當(dāng)給予選擇權(quán)利，自主創(chuàng)造機(jī)器人

隨著學(xué)生對(duì)機(jī)器人的認(rèn)識(shí)不斷深入，學(xué)生已不再滿足于教師所教的機(jī)器人知識(shí)，對(duì)于機(jī)器人有了很多自己的想法，創(chuàng)新意識(shí)逐漸萌發(fā)。然而，傳統(tǒng)“一刀切”的教育方式始終占據(jù)著課堂，學(xué)生無(wú)法根據(jù)個(gè)人喜好設(shè)計(jì)、制作自己感興趣的機(jī)器人。為了激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，讓學(xué)生更加主動(dòng)地進(jìn)行機(jī)器人知識(shí)的建構(gòu)，教師可在八年級(jí)適時(shí)安排自選課程;聯(lián)系生活，引導(dǎo)學(xué)生制作不同功能的機(jī)器人，解決實(shí)際生活中遇到的問(wèn)題，給學(xué)生提供施展才華、放飛個(gè)性的機(jī)會(huì)，滿足學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的需要。

課堂中，教師可以借助媒體技術(shù)給學(xué)生介紹不同種類(lèi)的機(jī)器人，如家用機(jī)器人、農(nóng)業(yè)機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人和教學(xué)機(jī)器人等。之后，教師將學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，讓學(xué)生以小組為單位確定要挑戰(zhàn)的機(jī)器人類(lèi)別及要實(shí)現(xiàn)的功能。隊(duì)員按照任務(wù)分工，利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息檢索，對(duì)機(jī)器人的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及使用的傳感器等問(wèn)題進(jìn)行查詢，填補(bǔ)個(gè)人的知識(shí)空白。最后，各小組利用虛擬機(jī)器人平臺(tái)完成搭建與程序的編寫(xiě)。社團(tuán)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)，則更具挑戰(zhàn)性;一般采用“項(xiàng)目式學(xué)習(xí)”的創(chuàng)客教育模式，任務(wù)更復(fù)雜，要求更高。在這種開(kāi)放式課堂上，沒(méi)有預(yù)設(shè)，沒(méi)有接受，只有主動(dòng)學(xué)習(xí)與生成。

四、創(chuàng)新競(jìng)賽模式，激發(fā)持久學(xué)習(xí)動(dòng)力

通過(guò)學(xué)科競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，通過(guò)教師教學(xué)指導(dǎo)和面對(duì)實(shí)際問(wèn)題促進(jìn)學(xué)生自我學(xué)習(xí)，將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)習(xí)與學(xué)科競(jìng)賽相結(jié)合，學(xué)以致用?！耙再惔賹W(xué)”是為了讓學(xué)生始終保持學(xué)習(xí)機(jī)器人的動(dòng)力。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套機(jī)器人教育競(jìng)賽方案（如圖1），即利用3D仿真機(jī)器人軟件實(shí)現(xiàn)全校機(jī)器人普及教育，培養(yǎng)學(xué)生的編程思維，提高信息素養(yǎng)。經(jīng)過(guò)普選，各班勝出者可進(jìn)入年級(jí)機(jī)器人社團(tuán)，進(jìn)行拓展學(xué)習(xí)，重在提升學(xué)生在工程設(shè)計(jì)、數(shù)學(xué)分析及邏輯思維等方面的能力。經(jīng)過(guò)兩輪比賽和學(xué)習(xí)，選出在機(jī)器人方面具有真正潛力和造詣的尖子生組成學(xué)校精英團(tuán)隊(duì)，為參加校外各級(jí)各類(lèi)機(jī)器人大賽打好基礎(chǔ)。對(duì)在各級(jí)比賽活動(dòng)中表現(xiàn)突出的學(xué)生，學(xué)校將授予相應(yīng)段位和等級(jí)，并頒發(fā)獎(jiǎng)?wù)拢唧w段位等級(jí)設(shè)置如表2。

競(jìng)賽活動(dòng)的實(shí)施，激活了學(xué)生的好勝心和求知欲，也在不斷塑造學(xué)生的規(guī)則和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。無(wú)論是普及組還是精英組，學(xué)校均給學(xué)生提供發(fā)揮所長(zhǎng)的機(jī)會(huì)和平臺(tái)。為了不斷提升自己的段位和等級(jí)，絕大多數(shù)學(xué)生都能堅(jiān)持不斷學(xué)習(xí)，精誠(chéng)合作。

五、搭建展示平臺(tái)，創(chuàng)新機(jī)器人評(píng)價(jià)方式

現(xiàn)階段，我國(guó)中小學(xué)機(jī)器人教育的評(píng)價(jià)方式大多以競(jìng)賽獲獎(jiǎng)等級(jí)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。這種評(píng)價(jià)法更像是搞面子工程，難免有些片面，但也能夠理解。機(jī)器人教育的經(jīng)費(fèi)投入都比較多，如果沒(méi)有拿下一個(gè)省級(jí)或國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)，感覺(jué)都無(wú)法向?qū)W校交代。然而，能夠代表學(xué)校參加校外比賽的學(xué)生畢竟是少數(shù)，級(jí)別越高，參加的學(xué)生數(shù)量越少。對(duì)于普及機(jī)器人教育的學(xué)校來(lái)說(shuō)，應(yīng)建立更加多元的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)全面、客觀、公正的學(xué)生評(píng)價(jià)體系不僅能夠及時(shí)、有效地讓教師準(zhǔn)確掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，提升教學(xué)質(zhì)量，而且能夠幫助學(xué)生形成自我認(rèn)知，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。

無(wú)論是虛擬機(jī)器人的學(xué)習(xí)還是實(shí)物機(jī)器人的制作，最終都會(huì)變成一個(gè)作品，這個(gè)作品就是學(xué)生對(duì)機(jī)器人知識(shí)的學(xué)習(xí)反饋。為了提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果，幫助學(xué)生形成自我認(rèn)知，每節(jié)課教師可組織學(xué)生將制作的機(jī)器人進(jìn)行展示，使其傾聽(tīng)同伴和教師的點(diǎn)評(píng)，穩(wěn)固自身信心的同時(shí)，認(rèn)識(shí)到作品的不足，后期不斷地進(jìn)行調(diào)整與完善。

在完成了機(jī)器人課程的學(xué)習(xí)后，學(xué)生可自由設(shè)計(jì)并制作一些富有創(chuàng)意的作品。這時(shí)，教師可以為學(xué)生創(chuàng)辦專(zhuān)題展覽，讓學(xué)生的優(yōu)秀作品以機(jī)器人設(shè)計(jì)圖片和實(shí)物方式呈現(xiàn)在學(xué)校櫥窗，并配文介紹小組的創(chuàng)作過(guò)程，以及機(jī)器人使用的器件、特點(diǎn)、功能等情況，接受其他同學(xué)和教師審視的同時(shí)，也讓每個(gè)學(xué)生從這些作品中獲得滋養(yǎng)與靈感，為后續(xù)機(jī)器人的高效學(xué)習(xí)埋下伏筆。

這些年，機(jī)器人教育發(fā)展迅速，盡管許多學(xué)校都開(kāi)展了機(jī)器人課程，但面臨著多重困難。我們堅(jiān)信，負(fù)重前行，方能致遠(yuǎn)。作為機(jī)器人教育工作者，應(yīng)結(jié)合本校實(shí)際情況，高效、穩(wěn)步地推進(jìn)機(jī)器人課程教學(xué)，不斷探索高效的教育方法和教學(xué)模式，讓機(jī)器人課程的未來(lái)變得更加絢麗多彩。

【參考文獻(xiàn)】

薛靜.初中信息技術(shù)課程“機(jī)器人+”項(xiàng)目創(chuàng)新教育研究[J].中小學(xué)電教（下半月），2018（11）：38-39.