巧设支架提高机器人常态化教学可行性

周玳珈

机器人教育在培养学生思维、动手、合作、创新等多方面能力的价值越来越得到广大中小学教育者的认同，然而由于中小学机器人教育在国内正处于起步阶段，要实现普及化、常态化还存在诸多困难。

2003年教育部颁布的普通高中新课程标准明确将机器人教学列入技术课程，但由于受到课程地位和课时的局限，学校或教师在机器人课程的内容设置上随意性较强;与设备相关的资金与维护等问题也使得机器人教育成为“高端教育”而令人却步;机器人课程中技术应用与实践活动相对较多，课堂中教师常常要面对众多学生可能出现或提出的各种问题，对教师的精力也提出一定的挑战。受上述问题的制约，较多学校只是以参加竞赛为目的，以培训活动班的形式开展机器人教学，只有经过筛选的少数学生才能接受机器人教育。

2010年以来，笔者所在学校的技术学科组开展了《在高中阶段技术领域开设智能机器人常态课的研究》的教研课题，在信息技术与通用技术两门学科中开设机器人常态课，通过教师设计学生学习支架，解决机器人教学中常见的瓶颈问题，使得面向几乎零起点的全体学生的机器人教学的可行性得以保证。

● 编设学案，提供直观获取概念与方法的认知框架，提高常态化教学的规范性和可操作性

由于机器人教育尚未真正实现普及，在任何阶段开展机器人课程都可将教学对象基本视为全体零起点，并且没有配套的机器人教材。因此，针对学校条件、教学计划和学生特点编写设计有针对性的学案，是保证机器人教学的规范性和可操作性的根本。面向基本零起点的教学对象，学案内容必须能提供可直观获得基本概念与方法的认知框架，使学生在知识习得或完成操练的过程中能随时有一个基本支架，可学习、可参考、可查阅，在一定程度上也可培养学生主动的、科学的学习习惯。

学案的结构与内容应以课时进度、教学内容为依据，一般提供包括帮助回顾上节知识、呈现本节知识、引导本节任务、拓展学习与应用、引导本节评价和提供相关知识链接等的支架。笔者以《重复命令与重复结构》一课为例，该课学案编写结构如图1所示。

由于注重积累以及根据教学实际效果对学案进行及时跟进，目前笔者所在学科组已将学案进行汇总编册，成为能针对教学环境和教学对象的机器人课程校本教材。

● 制设思维图表，提供主动建构知识的思维工具，缓解常态化教学的教师课堂压力

学生发现问题和解决问题的思维过程就是主动建构知识的过程，培养学生自主发现问题和解决问题的意识和能力正是机器人教育的一大特色和重要使命。在机器人的课堂教学中，学生会时常遇到各种各样的问题，特别是在机器人编程、机器人组装等操练或实践活动过程中更为明显。如果教师独立承担全班学生提出的各种问题，无疑提高了教师的教学压力，并可能影响教学的进程和效果。因此，针对学习活动的任务、主题或要解决的问题提供贯穿并支持学生独立完成整个学习活动的支架式思维工具，将能很好地培养学生的独立探究问题、主动建构知识的能力，同时能够缓解教师课堂教学的压力。支架式思维工具通常可以是针对问题及思考、解决问题的过程设计的图或表。

例如，在《机器人沿轨迹行走》一课中，笔者在学习初期就制设并提供给学生一张常见问题及对策表，引导学生在实践活动过程中可根据该表进行问题检查和处理（如下表）。

又如，在综合活动《智能机器人竞走比赛》中，学生需要小组合作布置机器人竞走场地、设计竞走策略、安装传感器、编写程序并进行实地竞走。在这个活动中，笔者为每个小组发放了一张活动流程及问题排查图（如图2），引导学生以该图为活动线索和问题解决参考方案，进行合作探究、协同完成任务。

依据学习内容和任务主题设计的思维图表使课堂上不再出现学生一遇问题不思考便举手提问和教师疲于解答学生各种疑问的现象，而是形成了学生独立思考和主动解决问题的良好学习氛围。

● 创设简易附件，提供发展综合能力的硬件环境，实现常态化教学的更大效益

机器人硬件操作与实践是机器人课程的重要内容，也是发展学生动手能力、创造能力、合作能力等综合素养的重要教学活动形式。目前，由于机器人、机器人配件、机器人活动环境建设等需要较高的费用及场地成本，很多地区及学校在开展机器人教学时更多是在虚拟环境下进行，这在一定程度上削弱了机器人教学的效益。笔者认为，在具备一定的机器人基础硬件条件的前提下，教师可动动脑筋，甚至亲自动手，为课堂教学创设一些简易附件，来补充暂时匮乏的硬件条件，甚至代替昂贵的硬件设备和环境。

例如，在《重复命令和重复结构》一课中，学生在虚拟环境中让机器人“画正多边形”从而体验重复命令和重复结构的使用，为了让学生看到机器人“画正多边形”的真实效果，笔者准备了一些大张白纸和白板笔，同时将白板笔分别用铅丝固定在学校已购买的几台机器人上，在实践活动中让学生分组设计机器人“画正多边形”程序，并将程序下载给带着白板笔的机器人，然后在大白纸上启动机器人、运行程序、行走出正多边形路线图，在这个活动中学生构想与设计的机器人行走的正五边形、正六边形、正圆……在白纸上真实地显现出来，大大地提高了动手实践的热情和能力（如下页图3）。

又如，在《机器人沿轨迹行走》一课的实践活动中，学生完成灰度传感器安装和编程后要让机器人下地进行行走轨迹的调试。若使用购买的机器人行走轨迹图纸，会存在图纸容易弄脏需及时擦拭、图纸中轨迹外观固定不能发挥学生的创造性、图纸占地大一定要在宽敞场地才能进行，以及人数多时必须利用多个课时分小组先后实践等缺点。在实际课堂中笔者为学生准备了黑色胶布和剪刀，让学生分组选择在教室过道或讲台处或教室入口较宽敞处，自行设计机器人行走的轨迹并用黑胶布贴在地上实现出来，然后测试自己的机器人能否沿该轨迹行走（如图4）。在这一活动中还鼓励学生可以设计有难度的轨迹来测试自己设计的机器人的“智力”，不断改良程序使机器人更“聪明”。在这个低成本的活动中学生的动手能力、创造能力和挑战精神都得到了很好的发挥。

● 结语

搭建脚手架，万丈高楼才能平地而起;巧设学习支架，面向零起点的广大学生，机器人课程才能更规范和更低成本地开展，学生也才能更积极主动地获得知识的建构和高级思维能力的发展。如今，机器人校本课程已成为笔者所在学校一项颇具特色的素质教育工程项目。