机器人课堂教学模式的探索

葛艳英

摘 要：在机器人行业飞速发展的背景下，随着素质教育的不断深入，机器人走入学校走进课堂已经成为一个必定的趋势，机器人教学已经成为大中小学教育领域里的新课程，并有其独特的教学模式。

关键词：机器人课堂教学；“4C”教学模式；引入；实施；意义

在机器人行业飞速发展的背景下，随着素质教育的不断深入，机器人走入学校走进课堂已经成为一个必定的趋势，机器人教学已经成为大中小学教育领域里的新课程。由于机器人在开发学生智力、动手能力和创新能力上具有显而易见的优越性，正越来越受到教育部门和学校的重视，所以机器人教育普及全国各地乃至全世界，这是一个好的趋势。但是，在这好的趋势中也出现了令人忧患的倾向，这就是：机器人教育越来越成为为进行机器人竞赛而存在和发展。各种各样的机器人比赛如火如荼地展开，机器人教学的状况却明显滞后，只有极少数地区和学校将机器人教学纳入了正规的课堂教学，较多的学校只是以课外活动、兴趣小组、培训班的形式开展机器人教学。有关机器人教育、机器人研究的相关文章偏少，研究者把主要的注意力集中在机器人的竞赛上，缺乏对机器人教育理念的研究，缺乏对机器人课堂教学模式、教学方法的探究。2003年4月，《普通高中技术课程标准（实验）》在“信息技术”科目中加入了“人工智能初步”的知识，同时针对人工智能重要应用领域中的机器人问题，明确指出将“简易机器人制作”列为选修课程。既然作为一门课程，作为教师的我们就应该把这门课程开好，寻求或尝试适合其的教学方法、教学模式。

一、“4C”教学模式的引入

机器人设计包括搭建、编程、调试、运行等一系列过程，每个过程都富有挑战性、互动性、创新性，在课堂上能够满足各种层次学生的需求，不仅设计的主题有趣，而且解决问题的方案是开放性的，学生集思广益，可以采用不同方法达到同一个目标，这样既可以培养学生的动手实践能力、创新能力、协作能力、进取精神、挑战意识，又可以让学生亲身体验抽象的理论如何在短时间内通过自己的设计变成触手可及的答案呈现出来，让机器人“动”起来。这种机器人教学使学生在学习时随时都可能产生一个惊喜、一种成功、一个期待、一个新思路，所以学生对机器人设计特别“有瘾”。学生对机器人十分感兴趣，激情高，易于兴奋，但是如何有效控制课堂、“动静结合”提高课堂效率是值得探究的一个问题。于2011年7月由省教育厅推荐参加了教育部乐高“技术教育创新人才培养计划”骨干教师集中培训。通过澳大利亚昆士兰法大学教授执教，接触了乐高“玩中学”“做中学”先进的教育理念，学习了“4C”教学模式，即Connect（联系）—Construct（建构）—Contemplate（反思）—Continue（延续），让学生在“做中学”，在做的过程中快乐地掌握知识。经过两年实践，在课堂上不断尝试运用“4C”教学模式，取得了良好的课堂效果。

二、“4C”教学模式的实施

“4C”教学模式的实施过程借助一个案例进行说明。依据信息技术（教育科学出版社）必修一第三章第三节《信息的智能化加工》的内容要求，提升学生对人工智能的认识，揭开人工智能的神秘面纱，为此设计了一堂“简易机器人设计”课。借助此案例说明“4C”教学模式的各个环节。

1.联系Connect（把已有知识与真实世界联系）

机器人在我们的社会中越来越普遍，在社会的各个领域扮演着重要的角色，如，工业、机械、空间探索等。比如火星机器人，为什么我们要输送一个机器人去火星？世界博弈大赛中“更深的蓝”战胜了国际象棋大师卡斯帕罗夫，是不是机器人比人更聪明？机器人无所不能，甚至能控制人类吗？机器人是不是确实比人更厉害？它的智能是由谁赋予的？要想知道答案就开始今天的设计挑战吧！激发了学生强烈的求知愿望和进行挑战的激情。

2.建构Construct（搭建、编程和评价）

分组合作搭建模型，根据任务编写程序，分组比赛进行评价，反复调试完成任务。本节课任务设置分层进行，从易到难，首先呈现最简单的任务——让机器小车走直线，接着转弯，然后走一段黑线，最后按照布置的轨迹行走，即轨迹小车。结果的评价不仅要求行走的准确性，还要求时间的长短性。根据比赛评价，分组调试。学生通过亲历设计过程，对机器人的工作方式有更深入的了解，对机器人不再感到特别陌生，从而可以很好地了解人工智能的本质。建构过程以小组形式进行，搭建模型可以提高学生的动手实践操作能力，编写、调试程序可以让学生开动脑筋，提高分析问题、解决问题的能力，评价、比赛可以让学生意识到分工合作的重要性、团队力量的重要性。

3.反思Contemplate

让学生对他们看到或建构的内容进行思考，对方案进行讨论、反思并调整他们的看法。借助“（1）‘更深的蓝是不是比国际象棋大师卡斯帕罗夫更厉害？（2）智能机器人会不会比人更聪明？（3）机器人的智能由谁赋予的，人工智能的本质是什么？（4）人工智能带给我们的只有好处吗？”等问题的思考，让学生深刻认识到人工智能的本质。人工智能在许多方面给人类的生活带来了方便，同时也有一定的局限性（比如对文化、道德、法律的冲击），引导学生学会辩证地分析和看待事物。

4.延续Continue（略）

三、“4C”教学模式的意义

“4C”教学模式倡导在实践中学习，在动手操作中学习。知识不是通过教师传授得到的，而是学习者在一定的情境下，在获取知识的过程中借助他人（教师或伙伴）的帮助，并利用必要的学习资料，在自我建构的方式中得到的。学生在“玩”“做”的过程中快乐地掌握知识。课堂中有实践有反思有归纳，既让学生动了手，又让学生动了脑。既让学生经历了实践，又让学生经历了思维，既可以培养学生的动手实践能力，又可以提高学生分析问题、解决问题的能力，培养学生的创新精神和探索意识。这样的课堂充满欢乐，充分体现了“做中学”“玩中学”的教学理念。“4C”教学模式适合机器人设计这种比较活跃，充满挑战、充满创新的课堂。

坚信只要我们努力，不断探索和实践，一定能把机器人的课堂教学活动开展得有声有色，特别是“4C”教学模式的运用，会给我们带来惊喜，带来快乐！

（作者单位 山东省单县第二中学）

？誗编辑 董慧红