以学生信息技术和科普活动为载体 培养学生创新意识和实践能力

贾显军 丁忠芬

为培养学生信息素养和技术素养，增强动脑动手和实践能力，哈尔滨市阿城区把“现代信息技术领先一步就领先一个时代”的观念贯彻到教育教学实践中，把智能机器人教育作为青少年能力和素质培养的智能平台，为学生提供表现、思索、研究、创作的机会，成功地把人工智能与机器人教育引入中小学课堂，为学生的科技教育、素质教育和未来成长铺就了新路。

加大投入和建设力度，筑牢人工智能和机器人教育基础

1.增加投入，强化硬件建设

硬件设备配置的高低是能否开好人工智能与机器人教育的首要前提。2003年至今，阿城区累计投入资金近3000万元，用于完善机器人教学设备和改善机器人教学条件，各中小学校至少拥有学生机器人课堂教学的微机室一个，机器人实验室或展室一个，每校拥有机器人软件点30个，机器人10～100台不等。每年设立专项资金用于机器人教育教师的培训、补助和参加各级竞赛的费用。

2.层次培训，强化师资队伍建设

培养高素质的教师队伍是人工智能与机器人教育顺利开展的关键环节。我们的培训采取以点带面的方式，首先，创造一切机会选派机器人教育骨干教师“走出去”，参加各类国家级培训。其次，我区与哈尔滨工业大学计算机学院机器人研发组签署了长期帮扶的协议，每年组织两批教师共计20余人到哈尔滨工业大学进行培训学习。鼓励推荐优秀的教师担当市、省大赛的评委工作，让他们在理念上提升，技术上进步，拓宽创新的思路，成为全区人工智能与机器人教育的领头雁。通过阿城区校园科技辅导员协会的推动，再由骨干教师辐射全区教师，以集体备课、教研活动、月论坛、专题讲座、QQ群教研等多种研修方式，全区智能机器人教师共同切磋，共同成长。同时，我们还采取“请进来”的方式，先后邀请全国中小学信息技术创新与实践活动大赛机器人项目裁判长、黑龙江省机器人学会的常务理事长和秘书长等多次到我区，对人工智能与机器人教育给予培训指导。再次，采取自学的方式，我们为教师提供充足的自学资源，全区建立了科普基地——机器人时空网，除含有丰富的机器人教学方面的知识外，同时还链接了中国机器人教育和机器人厂家各大网站。此外，我们还为教师订阅了各种学习刊物，如《中国信息技术教育》、《电脑爱好者》等，要求教师利用业余时间进行学习。我区教师通过各种培训和实践逐渐成长起来，成为全区最具战斗力、凝聚力的一支队伍。

3.完善机制，强化科学管理

科学高效的管理体制为机器人教育的开展奠定了坚实的基础。各学校均把信息技术工作列入“一把手”工程，并选拔业务、技术精湛，具有敬业精神的教师担当信息技术教师，同时负责机器人教学的重点研究和机器人兴趣小组的辅导工作。另外，我们还对机器人管理出台了《软件代码的登记备案制度》、《机器人管理和保养制度》、《机器人场地的管理和维护制度》、《机器人教师奖励制度》、《机器人教学课堂进度表》、《机器人配件登记表》等十余项制度及要求。要求各学校在评优晋级时，优先考虑人工智能与机器人教育教师。

精心组织教学和开展活动，提高学生创新精神和实践能力

1.以课堂为主阵地开展学校机器人教学活动

我们本着“一切为了学生”的教育理念，拓展人工智能与机器人教育的新思路。全区所有初中均开设了机器人必修课，以课堂为主阵地，全面开展机器人课程，为全面提高学生素质教育，全力挖掘学生创新潜力，提供了有力保障。我区小学一年级就开始开设信息技术课程，而全国性的信息技术教材的内容，远远不能满足教学的需要，于是我们进行了教材重组，将原本单周两节的信息技术课，用单周一节完成，抽出一节作为机器人教学，2008年，把人工智能与机器人引进了课堂。我们一边实践一边探索机器人教学的有效途径和方法，采取的是小学二年级开设入门课，开设Logo语言，让学生了解机器人的简单语言和指令。小学三年级开设仿真机器人课，利用伊耐特通用机器人的配套软件，学生仿真学习机器人的工作及运行原理（伊耐特通用机器人的配套软件用logo语言编程）。小学四年级开设实体机器人课，学生人手一台诺宝机器人，从理论到实践，学生对机器人进行全面的系统学习。五、六年级完成机器人创新课程，学生根据二至四年级学习打下的基础，以小组合作、自主探究的方式，根据自己的构思，通过创意、搭建、编程、知识运用等，设计出自己的机器人，从而使机器人教学得到了升华。初中采取的是黑龙江省的统一标准，即初中二年级开设机器人课程。总之，我们把课堂交给了学生，通过生动、直观、有趣的实际情境，激发学生的兴趣和参与热情，实现了课堂教学以学生为中心，以任务作驱动，促使学生主动探究，充分发挥学生的能动性和创造性。

2.以竞赛项目推动学校机器人教学开展

有计划地组织各种活动，是促进师生快速成长的最佳平台。我们每年都组织一次人工智能与机器人教育的课堂教学大赛，包括教师机器人基本功展示等，教师在竞赛的过程中互相学习，共同提高。另外，由于国家、省、市级比赛的人员有限定，不利于电脑智能机器人活动的广泛开展。为了让更多学生产生研究机器人的热情，教育局积极为学生搭建活动展示的平台，我们把每年的9月份定为全区的科技综合比赛月。包含有：机器人足球赛、仿真机器人比赛、机器人竞速、机器人巡线、FLL机器人竞赛、车模比赛、小制作比赛、编程比赛等，活动难易程度不等，既给拔尖学生创造竞赛的舞台，又给机器人爱好者提供了一个展示和发展的机会，同时也有利于为参加高一级的竞赛选拔优秀的选手。我们的实验教师带领学生，积极探索智能机器人在生产生活中的新用途，鼓励学生利用智能机器人各个传感器进行创新应用。学生作品“硬币分类存储器、智能饮水机、智能交警、福娃、环保船、电子信箱、和平超市”等新的发明创造，是我们机器人教学成果的集中展示，也成就了学生们在各类赛事中取得骄人成绩。

3.以课题研究引领学校机器人教学开展

我们以课题为引领，有计划、有目的地对工作中遇到的问题进行梳理总结，并对产生的新问题、新情况进行探究，通过组建机器人课题专题网记录课题实施的全过程，逐步提炼形成“快乐式”、“任务驱动式”、“竞赛激励式”的教学方法和策略。一是快乐式，即让学生能真正快乐地学习，教师要树立快乐教育的理念，转变原有的教学观念，充分认识到实施快乐教学的必要性、迫切性及其事半功倍的实效性，让学生身心轻松愉快地学习，让学生乐学、爱学，学有所成。在教学中，保证学生感到学习机器人是一种乐趣和发自内心的一种愿望。保证学生在制作机器人的过程中“玩”出了乐趣，他们才会快乐地主动地去完成任务。当学生们看到自己设计制作的机器人能出色地完成一系列的动作和任务，自然会有一种成就感和自豪感。机器人课堂上宽松和谐的氛围已成为各学校一道亮丽的风景。二是任务驱动式，即在平时的学习、训练中，教师并没有固定的课堂教学模式，而是把各个知识点分散到许多个难易不同的小任务中。学生任何时候都可以到学校的机器人教室来进行研究。遇到问题首先通过互相帮助、翻阅资料、网上检索等方法解决，最后咨询教师。通过完成各个任务，学生掌握了机器人的基本技能，从而完成原始知识的积累。有的学校师生共同建设了“走近机器人”网站，网站成为了学生自主学习的阵地和师生交流的平台。三是竞赛激励式，即学生是需要激励的，学生在活动中，掌握一定的技巧，通过各种竞赛激发他们的斗志，激励他们不断探索、钻研新的知识。在教学中，教师时常通过小组间的轨道竞赛、走迷宫等活动激发学生，当学生有一点进步时及时表扬，给予肯定。

4.以课外活动为牵动推动学校机器人活动开展

阿城区教育局还出台文件，要求各小学成立机器人课外活动小组，并利用每周三下午3点至4点的时间进行活动，将课堂知识进行延伸和拓展。近几年来，各学校参加智能机器人活动的学生逐年增加，小组成员分布在三至六年级，每周六的上午各学校小组成员分批次到区青少年科普基地进行集中的无偿辅导。这些学生按参加项目的不同分成了机器人足球、机器人灭火、机器人创意、机器人FLL挑战等不同小组，每个小组由4名学生组成。各小组可以按学习任务的不同自行选择学习时间，完成学习任务。在操作中遇到问题，先自己研究，无法解决再小组讨论，还不行再找教师指导，这种开放式教学能给每个学生提供更多的参与机会，让每个学生在参与中都能得到发展。由于学习机器人的时间有先后、能力有差异，所以我们倡导“师徒结对”的教学组织形式，对参与活动的学生进行分组时，每组有一至两名经验丰富的老队员当师傅，下面带三名徒弟。平时，对这些小组布置同样的任务，看哪个小组完成得又快又好。有时，也让几个小组分别完成一个大型任务的不同部分，然后进行组合。这样既可以促进学生的竞争意识，又培养了团队协作能力，还能训练学生的组织协调能力。每年都组织小组中的同学参加市级、省级和国家级机器人竞赛，每一次比赛对学生都是一种锻炼，赛后我们与学生一起分析在比赛中搜集的资料，寻找我们与别人的差距，思考减少差距的根源并在不断提高自身水平的基础上强大自己，这些高级别的竞赛活动既能锻炼学生的竞技水平，让学生充分运用学到的知识和技能解决实际问题，同时使他们有机会参与其中，发挥想象力和创造力，对学生的应变能力、心理素质、团队合作精神、体验挑战自我、克服困难等综合能力进行锻炼和培养。

载誉而归，鞭策和激励我们不断超越自我，创造新的奇迹

几年来，全区以智能机器人为代表的信息技术教育已经呈现出了良好的发展态势，推动了全区素质教育的新跨越。师生在这个载体空间里尽情发挥自己的想象力和创造力，展示聪明智慧，学生形成了良好的学习创新和参与实践的习惯。通过多年的不懈努力，我区从事机器人教学的师生们在不断成长，相继有2名教师的录像课在“全国人工智能与机器人”优秀教学案例评选中获奖。有10余名教师的论文获省级、国家级奖励。在实验中，学生创作了“硬币分类存储器、智能交警、智能垃圾车、自动饮水机、自动晾谷场、自动灌溉系统、自动控温大篷”等40多件作品，这些作品曾在国家、省、市级现场会上进行了10余次展示，为阿城区的教育争得了荣誉。2004年我区第一次登上全国中小学信息技术创新与实践活动的赛场，便在西安摘取了全国机器人足球项目小学组冠军，此成绩的取得振奋了全区师生的精神、为其树立了信心、增加了斗志。在此后的几年里，先后有1000余人次分别在全国中小学信息技术创新与实践活动大赛、全国青少年科技创新大赛、中国青少年机器人大赛、中国计算机表演赛、全国中小学生电脑制作大赛中获奖，其中8次获全国冠军，20次获全国一等奖。我区以胜利小学为代表的机器人创新作品曾应邀参加了北京科技周巡展活动。中央电视台一套《新闻联播》、中央电视台少儿频道、新浪网、新华社、重庆日报、江苏电视台等20多家媒体相继报道了我区的机器人教育成果，这些都鞭策和激励着我们不断地超越自我，创造新的奇迹。