机器人教学在信息化教育中的应用和创新

王静

随着近年来机器人价格的不断下降和易用性的提高，使得学生能够有机会接触这个高科技产品。我国已逐步开始在中小学推广机器人教育，但尚未进入教学大纲中，还未形成统一的标准体系，有待于不断地探索、实践与完善。

一、机器人实验室的搭建

1. 为满足学生培养要求，实验室采用的教学机器人应具备以下特点：

（1）机器人平台应侧重培养学生实践动手能力：机电系统设计、制造、装配、调试，能力得到综合训练，这就要求机器人能方便学生拆装、调试而不仅是编程。

（2）机器人平台需要模块化设计，可支持学生创造性学习、实践。比如，倒水机器人、走迷宫机器人、简易人形机器及工业机械臂等机器人构型。这样才能更好的激发学生动手实践兴趣，实现从简单模仿到自我创新。

（3）机器人课程的教学难度要求由浅入深，以学生兴趣为引导，以掌握技能提高信息素养为目的。提供开放性平台。通过老师授课和学生实验让学生从系统整体角度认识掌握简单的机械构造、单片机的编程以及电路设计。前期实验难度不能过大，投入资金不能过多，但机器人平台必须开放方便扩展。能为深入學习及竞赛提供基础。

2. 根据以上特点构建机器人教学实验室。机器人实验室采取分区教学模式，包括教学主讲台、基础训练区、展示与竞赛区三部分，部分间既相互区分又相互联系。

（1）教学主讲台。机器人教室的最前面是教师主讲台，机器人组合套装是个结构件控制电路板繁多的套件，教师在这里给学生提前做好结构件和控制电路板的分配管理工作。教师主要在这里集中演示机器人各模块执行机构搭建、控制电路连接以及控制程序的设计编写。

（2）基础训练区。础训练区在教室的中间，共放12张可以移动的实验桌。教学时采用4人一组的方式，每4人一组，每4人一张实验桌，也可以根据学习实验两两组合。学生在这里可以根据教师的讲解组装机器人，亦可以完全按照自己的想法创新组装。

（3）展示竞赛区。在学生练习和比赛训练的时候会经常使用赛台和场地，如果把这些放在教学主讲台或基础训练区都会对平时的教学活动产生影响，而且不便于管理，因此展示竞赛区单独隔离出来的一块场地就比较合理，这里有专门的展台，比赛场地供学生展示机器人练习作品或者比赛练习。

（4）设备储物区。摆放储存机器人实验所需的设备：教育机器人组合套件，通用结构套件，控制电路套件，充电电池与充电器，机器人专用工具箱等。

二、项目教学法的尝试

1. 背景。由于本课是机器人教学，机器人教学有两大特点：（1）机器人系统的复杂性：任何机器人都包括传感、控制、执行三大子系统，相对一般的教学工具其复杂程度相当高。（2）教学时间长：机器人教学过程不同于一般的授课方式，从最开始的熟悉各模块操作到拼装结构件、再到部署电路、进行简单的编程控制、故障排除、到最后的展示，全过程往往需要近一学期的时间，如果想深入学习时间更长。根据以上特点，机器人教学适于用项目教学法，此方法也是许多高校教学创新的手段之一。

2. 项目教学法及其优点。项目教学法是通过实施一个完整的项目而进行的教学活动，其目的是在课堂教学中把理论与实践教学有机地结合起来，充分发掘学生的创造潜能，提高学生解决实际问题的综合能力。基于建构主义的项目教学法与传统的教学法相比，有很大的区别，主要表现在改变了传统的三个中心，由以教师为中心转变为以学生为中心，由以课本为中心转变为以“项目”为中心，由以课堂为中心转变为以实际经验为中心。所以，在运用项目教学法进行教学设计的时候，学生是认知的主体，是知识意义的主动建构者。

3. 项目教学法在本课的应用。由于项目教学法为新生事物，在过去的教学中未曾尝试，所以在机器人教学的初期讲授基本功能、组装和基本操作过程中采用传统教学方法，待学生掌握一定基础知识后运用项目教学法让学生自己管理整个项目。