应境设策让机器人教学走进高中课堂

周玳珈

【摘 要】本文分析了我国机器人教学的发展现状、存在问题及原因，并根据作者所在学校开展的一项课题研究《在高中阶段技术领域开设智能机器人常态课的研究》，提出了在高中阶段开展机器人常态课教学并保证其可行性，发挥其有效性的“四个结合”策略。

【关键词】机器人教学；高中；常态课；“四个结合”策略

【中图分类号】G40-057 【文献标识码】B

【论文编号】1671-7384（2013）07/08-0068-03

国内机器人教学基本情况分析

自21世纪初北京市景山学校在国内率先开展中小学机器人课程教学，以及中国科协举办首届中国青少年电脑机器人竞赛以来，智能机器人所具备的综合性、前瞻性、实践性和创新性，逐渐为广大学校和教育工作者认识、接受和欢迎，机器人活动正以多种形式迈入中小学校。

借助文献阅读与实地考察，可得知目前国内所开展的机器人教学活动一般有以下几种形式。

机器人竞赛。作为促进中小学机器人教育普及与发展的主要手段，机器人竞赛活动亦是目前学校开展机器人教学的一种主流形式，但参赛对象一般需经过筛选，缺乏普及性。

实验学校、实验班级。目前我国已有部分地区建立了机器人教学实验学校，一些学校设置了机器人教学实验班级，并开发与之相应的机器人校本课程，然而这些地区或学校大都条件较好或得到了相关部门政策与资金支持，机器人教育多成为“贵族教育”而缺乏公平性[1]。

高中技术课程选修模块。2003年颁布的《普通高中技术课程标准》将“人工智能初步”[2]及“简易机器人制作”[3]分别列入信息技术与通用技术课程选修内容，不过理论比重较大，实践活动较少，加之受技术课程地位的影响，使开展教学活动的效度和难度加大。

研究性学习活动。在研究性学习活动中以机器人为课题开展学习研究，也是很多师生乐意选择的形式，不过由于缺乏系统的教学与指导，其随意性较大，时间也难以保证。

分析以上几种形式，可得出机器人教学存在的问题及其原因：应试教育背景下技术类课程地位不高，机器人学科难以成为一门规范的、系统的及时间上有保证的课程；智能机器人及相关环境设施的采购、建设与维护的费用大，使许多地区、学校对其“望而却步”；大多数学校或教师对智能机器人的认识和利用存在误区，认为智能机器人作为一种高端产品仅适用于技能类的特长教育，而忽略了其在培养全体学生的逻辑思维、综合知识应用、协作交流、科学探究及实践创新诸多方面的价值，使机器人教学的效益不能得到最大发挥。这些问题的存在，制约了机器人教学的常态发展、普及发展和良性发展。[4]

依托课题与“四结合”，机器人进入常态课

2011年起，笔者所在学校的信息技术和通用技术学科组教师共同开展了教研课题《在高中阶段技术领域开设智能机器人常态课的研究》，作为一种对机器人常规教学的探索，这在省内尚属首例。针对制约机器人教学良性发展的环境、资金及观念等瓶颈问题，课题组在实践研究中采用了“四结合”策略，保证了机器人教学的可行性与有效性。

1. 信息技术与通用技术课程结合，保证机器人常态课的系统性

机器人学科领域涉及了机器人概况（概念、原理、历史与发展）、机器人编程、机器人硬件和机器人应用等多个知识模块，然而目前尚缺少接受完全规范培训的专职教师[5]。在这样的情况下，由信息技术、通用技术或物理等单一学科的教师来授课都是有局限性的，且各学科又都有自己的必修与选修课程任务，难以兼顾。因此，课题组将信息技术与通用技术学科局部整合，安排信息技术教师在高一的信息技术课上开设《机器人与编程》课程，安排通用技术教师在高二的通用技术课上开设《机器人硬件和实践》课程，共20个课时。同时，由信息技术与通用技术学科教师合编校本教材《智能机器人读本》和制作教学网站《机器人课题网站》辅助教学。机器人教学的系统性、学习的连续性以及基本的教学资源与平台得以保证（见表1）。

2. 实体与虚拟机器人结合，降低资金与设备的耗费问题

目前，教学机器人价格虚高是一个被普遍认同的现象。一个简单配置的教学机器人可被卖到几百元到上千元不等。大量购买无疑加重了学校的经济负担，加之如果使用范围是大数量学生的话，其损耗率的增高也大大加重了教师的维护工作。这些，无疑严重阻碍了机器人教学的普及。

课题组在课堂教学中采用了实体与虚拟机器人结合（见图1～图3）。其中，“实体”为2010年我校建成的机器人活动室，配备智能机器人基础设备（车体、电池、驱动模块、下载线、充电器）62台，升级设备（红外测障、灰度测地等不同功能传感器）各62块，足球及灭火场地各一个，及其他配套设施（如电脑、机器人储存充电柜等）若干。“虚拟”则是采用仿真平台“快畅教学机器人软件”学习LOGO语言及程序设计，利用3D仿真系统“NSTRSS”模拟搭建机器人及机器人比赛场地。

如在上《让机器人行走规定路线》一课时，我们首先让全体学生在电脑室里通过集体学习认识传感器、理解算法并运行“快畅教学机器人软件”设计控制程序，再到机器人活动室组成学习小组，借助活动室中的学生电脑调试程序、下载程序到实体机器人中、让实体机器人下地行走。使用虚拟机器人进行集体学习和使用实体机器人进行分组实践的做法既实现了教学目标，又大大降低了设备的使用率和损耗率，也使得教师可以对故障设备做到课上及时更换、课下及时维护。

3. 基础学习与拓展探究结合，实现面向全体的教学目标

由于机器人教学尚未真正实现普及，无论在哪个学段开展机器人教学，所面向的学生基本上都是零起点的。另外，同样作为技术课程，机器人教学与信息技术课程一样，由于家庭条件、技术经验、兴趣爱好等的差异，教学对象也具有明显的能力分层特点。再者，本课题的对象为高中生，大部分已具备主动思考与探究学习的意识和能力。因此，为使机器人教学实现真正面向全体学生的目标，我们在每个教学单元中设置难度分级的学习内容与任务，既涵盖了机器人的基础知识与技能，又提供了拓展探究的学习机会，使得不同能力与兴趣的学生都能满足学习的需求。以《重复命令与重复结构》一课为例，我们就设置了三级学习内容与任务，见表2。

4. 量化评价与质性评价结合，发挥机器人教学的最大效益

机器人教学的魅力不仅在于它能普及机器人这一信息时代高科技产物的知识与技能，更在于它能培养青少年一代的开放思维能力、实践创新能力、团队协作精神和科学学习兴趣[6]。因此，在机器人教学中不仅应关注学生对知识技能的掌握，更应关注其学习过程中意识、能力的形成。可采用量化评价与质性评价相结合的手段，对学习进行诊断的同时实现激励与促进。

如在《机器人行走迷宫》一课中，教师制定学习评价表，利用“量规自评”对学生的学习成果进行量化评价，利用“教师点评”对学生的学习过程给予质性反馈（见表3）。

机器人教学未来展望

目前，《在高中阶段技术领域开设智能机器人常态课的研究》已接近结题，但我们对于机器人常态教学的探索仍会继续，因为在机器人教学的课堂上，学生们专注的求知目光与快乐实践的身影总是深深地感染着我们每一个人，我们看到了机器人教学在素质教育中实实在在的价值。

因为适应教育信息化的大背景和符合倡导素质教育的时代要求，机器人教学的优势日益突出，在广大中小学普及机器人教学的曙光初现，愿本文能抛砖引玉，让更多的教育工作者为机器人教学的普及和良性发展共享经验与策略，使机器人教学成为下一项熠熠生辉的素质教育工程。

（作者单位：广东汕头华侨中学）

参考文献

周德炎.中学机器人教学问题探析[J].中国教育信息化，2012.

技术课程标准研制组.普通高中技术课程标准（实验）解读[M].武汉：湖北教育出版社，2004.

廖伯琴，张大昌.普通高中物理课程标准（实验）解读[M].湖北：湖北教育出版社，2004.

[6]刘志军，王振群.浅析中小学机器人教学[J].教学研究，2012.

张国民，张剑平.我国基础教育中机器人教育的现状与对策研究[J].现代教育技术，2008.