机器人课程进入信息技术课堂的实践与研究

常伟

摘 要 智能机器人进入校园，不仅充实了信息技术课程内容，全面体现其应有的丰富内涵，而且让人们对这类教育产生一种新的认识。智能机器人课程的开设，为学生开展研究性学习、综合性创新等活动提供了有效载体，是一项有利于教学相长的艺术性实践课题，应当引起高度重视和认真对待。

关键词 初中信息技术；智能机器人；教育信息化；3D仿真虚拟机器人；智能校车

中图分类号：G633.67 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2017）11-0084-02

1 前言

目前，全国许多省份先后把智能机器人教育作为教育信息化建设中一项重要内容纳入基础教育体系，并且快速掀起智能机器人的教学与研究热潮。作为一项新兴的科技教育活动，与计算机、网络和多媒体等系统相比，智能机器人教学的投入是微不足道的，然而它对于教育领域跨越式发展起到无可比拟的促进作用，集中地体现在：

1）极大地丰富了学生的课余生活，让学生充分地感受到实践活动的乐趣和好处；

2）有效地改变了许多学生的休闲娱乐习惯，把他们从游戏厅和网吧中解救了出来；

3）成为培养学生动手能力、创新能力、自主学習能力和科技信息能力的重要载体[1]。

如何才能把智能机器人课程真正引入初中信息技术课堂教学之中呢？本文以3D仿真虚拟机器人应用为例，试对此做出简要阐述。

2 简析智能机器人课程在初中信息技术教学中的作用

智能机器人是目前现代信息技术发展中的最前沿领域，它具有高度而又综合的渗透性、前瞻性和创新实践性等方面的属性特征。在学校教育中，作为信息技术学科的重要内容之一，智能机器人教学成为培养现代学生综合能力与核心素养的先进智能平台。就初中信息技术课程而言，智能机器人的教学作用主要体现在“四个有利于”。

1）通过智能机器人教学，有利于学生比较深入地了解它的发展和应用状况，较好地获取其概念和工作方式，有效破除对它的神秘感和迷信度，从而为学生进一步学习它的有关知识打下良好基础，增强学习与操作活动的信念；

2）通过智能机器人教学，有利于学生掌握为某类智能机器人实施下载程序的方法，了解它的传感器与驱动装置的作用。通过理解与体会智能机器人的程序，了解与体会它的工作方式，学习其编写程序，从中学习科学而高效的“思维”方式，进而让学生在潜移默化和寓学于乐中不断提升规划能力，逐步提升分析问题和解决问题的实际能力。

3）通过智能机器人教学，有利于学生在完成相应的项目任务和赛事项目后，在为它扩充功能的实践过程中，更好地学习数字电路方面的相关知识，在组装过程中有效培养手脑互动能力、协同作战能力和实践创新能力。如在机器人成功地完成“插入骨桥”任务后，接着又遭遇了“如何快速踢球”的问题。对于此，学生通过它的行走方向，让机器人反向扳动腿骨，从而让塑料球“弹”入球门。如此反复地进行改进机器臂试验，不仅取得了成功，而且成功率很高。这不仅激发了学生创新学习的兴趣和信念，而且较好地提升了他们的创新素养水平[2]。

4）通过智能机器人教学，有利于学生在潜移默化中对电子和信息技术产生越发强烈的向往之情和探究之心。

3 初中信息技术课中引入智能机器人课程的实践

“运用之妙，存乎一心。”3D机器人是在初二进入信息技术教学活动中的。本文以“智能校车”项目为例，主要从以下几个方面，试对3D虚拟机器人如何进入课堂教学做出简要阐述。

坚持在任务驱动下的分步实施教学原则 在“智能校车”3D虚拟机器人竞赛项目中，其程序不仅涉及循环和选择结构，而且涉及对传感器的使用以及对应变量参数的设置等方面。无论对于教师还是学生来说，如此综合而又复杂的教学内容很难一次性完成，这就要求通过“整体任务分解—完成各个子任务—综合程序组合”来进行教学。在巡线转弯教学中可作如下任务设计。

1）移动控制。学生通过修改速度v和时间t的变量参数，理解程序、变量与控制的关系，从中学习程序的编写方法、动作模块和变量设置等方面的知识。

2）转弯控制，就是让校车移动一定距离后转动90°弯，前行一段距离后再重复转弯，最终回到原来的起点位置。学生通过修改转向角度、移动功率和延时参数值，对转弯实施精准控制，从中学习转弯模块、延时模块和循环结构等方面的知识。

3）简单巡线，就是让校车作巡线移动，并在发生偏离情形下自动校正。学生通过修改分支参数和校车行走情况，理解两者之间的直接关系，从中学习分支结构、传感器使用等方面的知识。

4）巡线转弯，就是如果校车在巡线中遇到十字路口，自动执行转弯90°程序。学生学习程序结构中对多种任务的分解和组合，以有效提升结构化思维能力[3]。

坚持在教师主导下的学生主体教学原则 新课程理念鲜明地确立了“以教师为主导、以学生为主体”的新型教学关系，并积极倡导开展以认知为基础、以能力为核心和以情感为灵魂的“三维目标”教学活动，这是学校及其广大教师应当而且必须始终坚持的教育思想和施教原则。

在智能机器人课程活动中，程序教学经常会产生一些问题，若是学生在学习过程中能够自己提出问题，则会更加激发他们深入探究的热情和意愿。由于将3D虚拟机器人软件引入物理引擎设计，它们在转弯时的速度、时间、角度等对轨迹所产生的影响与日常生活的情形是完全一致的。学生在练习巡线转弯过程中，其转弯轨迹往往会出现一些不正常或者似是而非的情况，比如出现校车在移动中偏离了导航线巡线甚至撞向障碍物等一些现象。

对于由学生提出来的这些问题，作为教学活动中的施教者、主导者和合作者，教师既不可以完全拒绝，也不应大包承揽，而是不仅赞赏他们的质疑问难，而且要本着“不愤不启、不悱不发”的原则，对他们给予适时适量的点拨、启发与引导，促使他们在以合作探究为主的自主学习活动中解疑释难，从而在潜移默化中逐步地实现“以学为主、以学促教”的教学目标[4]。

坚持基于最近区域的潜能激发教学原则 苏联教育家维果茨基提出“最近思维发展”的理论，启发教育工作者尊重学生思维发展的客观规律性，通过各类途径和方法，对学习思维采取积极引导和有效拉动，以此不断开发学生的内在潜能。就初中学生来说，他们还处于由形象思维转向抽象思维的过渡时期，属于以经验性思维为主的发展阶段。在实际教学过程中，要坚持从学生的具体经验出发，充分借助形象性思维能力，帮助他们不断向着较高思维水平转化。

在信息技术课教学中引入3D虚拟机器人之后，学生对它的学习已经充满好奇和向往。此时此刻，教师一定要考虑他们的最近发展区域，关注他们的学习情绪。比如在教学3D虚拟机器人避障时，有教师在地图导航线中增加一个障碍物，之后启动由学生编写的巡线程序，当校车运行并直接撞上障碍物时，屏幕上快速地显示出：“撞上了！扣20 000分！”而就在学生深感一片遗憾的时候，教师提出问题：“校车一旦遇到障碍，我们应该如何处理呢？”有了刚才那直观形象的视觉冲击和相应的感性认识，学生对于“如何处理”已经产生一定的想法，因此，他们都想尝试编写自己的程序。最终通过微课视频，学生很快地学会超声波传感器的使用方法，切实解决了如何避障的问题，由此也激发了学习潜能。

坚持在人本关怀下的激励评价教学原则 教师对学生及其学业情况做出评价，这不仅是课程活动体系中的有机组成，而且是促进学生自主性发展、可持续发展、个性化发展的重要措施。评价的功能不是为了甄别、选拔和区分学生，而是对教师“教”与学生“学”的一种督促和推进。在智能机器人课程教学过程中，教师要本着“人文性关怀、战略性发展”的指导思想，积极开展以赏识为主的激励性评价活动，让每一位学生都能从中获取不容忽视的正能量效应。

比如在3D虚拟机器人教学活动中，教师要把对于学生及其学习的评价投放到完成任务的过程中认真及时地进行。尤其对于那些科技意识薄弱、动手与思维能力不强、学习品质欠佳的“潜能生”群体，更要给予倾斜式的欣赏、鼓舞与褒扬，切不可“用一根尺子量人”。

值得强调的是，在实施评价这一环节，把“教师评学”与学生的“自我评价”“相互评价”相结合，把对学生的“个体评价”与“群体（小组）评价”相结合，把“过程性评价”与“终极性评价”相结合等，这样才能更加显示出评价手段的合理性和评价结果的客观性。

4 结语

总之，机器人课程教学是一项集科学性、理论性、知识性、实践性和探究性等为一体的艺术性实践课题，应当引起人们的高度重视和深入探究。有理由坚信，在不久的将来，机器人教学必将获得更为深广的普及，并且充分发挥更加显著的功效。

参考文献

[1]张嘉志，李赞坚.中小学机器人教育中的均衡化发展问题及解决策略[J].教育信息技術，2014（2）：72-74.

[2]申杰利.以机器人竞赛促进中学信息技术课程发展[J].科教新报：教育科研，2011（21）.

[3]谷海生.信息技术教育做引领 智能机器人显特色[J].中小学信息技术教育，2011（2）：74-75.

[4]张国民.基于学生认知发展的中小学教育机器人功能设计分析[J].中国现代教育装备，2010（2）：49-51.