中学阶段开展智能机器人教学的实践研究

唐上观

摘要：智能机器人是现代技术特别是信息技术发展的综合体现，是中小学技术课程和综合实践课程的良好载体，本文分析了中学阶段开展机器人教学的现状，并阐述了肇庆市××中学开展智能机器人教学的实践案例，总结了实践经验。

关键词：智能；智能机器人；机器人教学

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2017）22-0074-04

● 前言

随着信息社会的发展、义务教育课程的改革，机器人教育在中小学信息技术课程中越来越受到重视。目前，我国中小学开展机器人教学的形式有课外兴趣小组、选修课、综合实践活动课、信息技术课等。在中学阶段开展智能机器人教学，不仅丰富了信息技术课程的内容，使原本平淡的课堂变得生动有趣，更让学生接触到了最前沿的知识，跟上了时代的脚步，有利于培养学生全面的信息素养，培养科技创新型人材，为我国机器人发展提供坚实的后备力量。

● 中学阶段开展智能机器人教学现状分析

智能机器人教育是一个良好的创新教育平台，综观我国机器人教育的现状，机器人教育虽然已经在很多省市的基础教育领域大面积开展，但是还存在着诸多的问题，也面临着不少困难。

①教育主管部门重视不够，投入的资金短缺。很多地方注重应试教育，对学生的素质教育还停留在文件上，第二课堂和课外活动的开展也很少。特别是机器人教育，由于要投入很多人力、物力、财力，成绩又不是立竿见影，所以很多学校就算有兴趣也是暂时的。

②智能机器人教育教学研究经验欠缺，教学活动随意性强。由于开展智能机器人教育的学校不多，深入研究的教师更少，对于某个地区来讲智能机器人学科教师一般都是孤军作战，缺乏交流。

③师资力量薄弱。机器人教育一般需要教师具有过硬的物理知识和编程技术，而物理教师或者计算机教师往往不能两者兼具。另外，高校也没有设置机器人教育学科教师培养的专业。

● 肇庆市××中学开展智能机器人教学的实践研究

1.面向全体学生，大面积开展智能机器人校本课程

肇庆市××学校面向七年级、八年级学生全面开设《肇庆市××中学智能机器人简易教程》校本课程，具体实施方法如下：

首先，进行初始课的讲解，激发兴趣。教师利用信息技术的优势，使用多种媒体手段带领学生走进奇妙的机器人世界，吸引学生的注意力，充分激发他们的学习兴趣。

其次，系统地讲解智能机器人的基础知识，利用实物和教学课件讲解机器人的工作原理及组成，并了解机器人的基本控制原理和控制方法及传感器的应用。

最后，让学生初步接触机器人仿真软件，学习简单的程序设计方法。为了便于让学生接受，教学时做到由简到难，如先让学生完成机器人走直线，再走正方形。

在开展智能机器人教学的实践中，教师针对学生的接受能力，分三个层次进行培养。第一个层次，在课堂上，传授机器人的基本知识，以开阔视野为目的；第二层次，组织对机器人知识有兴趣的学生开设机器人第二课堂，让学生进一步深入学习机器人知识，锻炼其动手能力；第三个层次，帮助有潜力的学生深入学习，提高其创新能力，参加竞赛。这三个层次即“普及─提高─创新”三步走。

2.开设第二课堂，提高学生的科技创新能力

学校采取自愿报名与选拔相结合的方式，选拔了50名对学习智能机器人有浓厚兴趣的学生，利用节假日或自习课的时间对他们开设第二课堂活动。

（1）深入讲解机器人构造和工作原理

信息技术是指对信息进行收集、存储、处理等的技术。收集到的信息越全面、真实、准确、可靠，得到的结果就越接近客观事实，越能更有效地解决问题。对于机器人来说，也是如此，机器人负责收集信息的是传感器，这也是教学中最复杂的部分，所以要给学生讲解清楚传感器的原理。

（2）利用实物展示授课，学生积极动手参与

学校的机器人实验室有16台计算机和30台机器人，配有制作机器人所需的各类工具、材料，如电烙铁、焊枪、铝板、铁板、电线、电池、线路板等各种必备工具，还有学生收集到的各种可回收利用的材料。利用已有材料，教师边给学生深入讲解智能机器人的相关知识，边让学生亲自动手制作。这样不仅可以让学生对机器人有一个感性的了解和认识，更能使学生牢固地掌握所学知识，领悟机器人原理，学生的动手制作能力也得到了极大的提高。

（3）机器人教学中综合多学科知识进行教学

在开展第二课堂教学时，教师根据学生的心理、年龄特点以及接受能力，選择与机器人相关的学科内容进行拓展教学。很多学生之前并没有接触过这些知识，因此需要将学科知识前移，把学生以前没有学过的知识，甚至是将来在大学阶段才可能学习到的知识在现阶段做深入浅出的讲解。

（4）展示前沿资料，开阔眼界、启迪思路

根据课堂教学的需要，教师除了自己动手制作课件，方便学生领会教学难点外，还将精彩之处录制下来，做成课堂实例，便于日后的经验总结和反思。另外，在参加国家以及省级的各类级别机器人技术培训时，教师收集大量图片、文字及视频资料，上课时展示给学生，让他们能接触到国际及国内前沿的机器人发展动态。

3.分组合作，开发科技创新项目，参加机器人竞赛

第二阶段的学习，给学生打下了较为牢固的基础，学生对机器人的硬件及软件都有了较深刻的认识，能够自行编写、调试程序，让机器人完成既定任务。接下来，就可以做以下工作，提高学生的科技创新能力。

（1）鼓励学生DIY机器人，给机器人换新装

创意机器人比赛中的一个环节是外观创意设计，这对具备一定科学素养，并对机器人软硬件开发有浓厚兴趣的学生，提出了更高的要求。教师鼓励他们对现实生活做调查研究，发现问题，提出创新项目。而对学生提出的每一个项目，由教师和学生共同分析、共同讨论、共同研究，对项目能否顺利实施、是否可行做多次论证，并各自提出修改意见，直至写出一个完整的可以实施的方案。通过论证后，开始立项，教师指定学生进行专题项目的研究，讨论项目开展所需的硬件、设计方法及程序控制等具体问题。endprint

教师根据学生的专长分组合作，制订出研究计划和进度，培养他们进行科研的基本素质。学生根据所学的知识，利用实验室提供的散件、自己寻找的材料，自主设计机器人的外观、结构，并编写程序，完成既定目标。例如，根据感光原理制作的智能台灯、能开启关闭的小夜灯、小闹钟、亮度感应器等。在教师的帮助下，学生积极动手实践，从生活中发现问题，提出解决问题的思路，确定研究方向、主题，有效地提高了分析问题、解决问题的能力。

（2）讲解机器人比赛规则，鼓励学生积极参加竞赛

鼓励学生积极参加市、省、国家级的各类机器人比赛。教师根据学生的爱好和专长，选择适合他们的机器人项目，如机器人灭火、机器人足球、机器人创意、机器人爬坡等。

赛前，教师首先引导学生研究比赛规则，并为其补充必需的C语言编程基础知识，使其了解程序设计基本思想，培养他们的逻辑思维能力。接着，将C语言编程与VJC机器人软件相结合，提高了编程效率，达到了很好的效果。学生在教师的引导下很快编写出了机器人避障、机器人灭火、机器人足球等程序，并调试成功。最后，教师考虑所有可能出现的情况及意外，一次次测试、修改，学生不断调整参数，改进并优化、完善程序，最终达到令人满意的效果。经过这样较为专业的学习和培训，学生再根据自己的实际情况选择参赛项目，经过实战，提高了能力，取得了好成绩。

● 经验总结

1.因材施教，让学生在做中学、学中乐，寓教于乐

在进行机器人教学时，教师要做到因材施教，把娱教的教学理念引入机器人教学中，让学生在做中学、做中乐。这样学生既能学习到机器人的知识，又能感受到成功的快乐。

2.深化信息技术的内容，锻炼学生的创新能力

机器人技术是一门综合性技术，几乎涉及了信息技术的所有内容。机器人技术体现了世界最新的科技发展水平。学生通过接触智能机器人技术，可以了解到科技发展的最新动态，认识到信息技术的全貌，这无疑是对信息技术课程有效的扩展和延伸。

3.开阔视野，前移知识，补充其他学科知识

智能机器人综合了多学科的技术。教学过程中，教师要适当补充相关学科知识，帮助学生完成相应的任务。例如，在进行红外测障时，需要补充关于红外线的光学知识，还可适当讲解高中生才会学到的光谱知识。

4.发挥学生主动性，引导学生自主探究解决问题

①鼓励学生团结互助，共同提高。在课堂教学时，教师要给学生充分的时间进行思考，并创造轻松、愉快的交流氛围。学生在思考和交流的过程中，能共同提高、共同进步。学生在帮助别人时，会发现一些从来没有遇到过的问题，通过共同探究，能加深自己对知识的理解，从而更牢固地掌握相关知识。本来完不成任务的学生，由于得到同学的帮助，也会信心倍增，最终完成任务。

②引导学生自主学习、自主探究。作为教师，要了解学生现有的知识水平，根据学生实际情况设定学习任务，先让学生自己探究尝试解决问题。当遇到困难实在无法解决时，教师再进行讲解。另外，教师要注意在设计任务时，要做到环环相扣，由简到难，让学生分步骤能达到不同层次的任务，进而达到最佳的学习效果。

5.培养学生科学素养，养成严谨、细致的科学研究态度

①程序的编写、调试，培养了学生科学、严谨的学习态度。编写程序时，学生会根据实际需要，选择正确的程序结构，如何时选择需要顺序结构，何时需要设定条件进行分支判断，何时选择利用循环结构控制循环次数。每当遇到问题，需要一次次修改、调试时，还要一遍遍地修改传感器、控制器及电机的各项参数。因此，在调整程序中的参数时，教师不要急于给出答案，要给学生机会和时间让他们自己去测试，而不是轻易放弃。通过反复尝试、一次次碰壁，学生会总结经验、教训，慢慢接近成功，最终体验到成功的快乐。

②培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。分析并提出问题是学生应具备的能力。但在当前应试教育體制下，学生普遍欠缺这样的能力。而通过动手性极强的智能机器人教学，则可以弥补这一不足。因此，教师要引导学生对机器人提出创意，并开发设计、编写程序、动手制作，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。

③培养学生的团队协作精神。一个比较复杂的机器人任务往往需要学生团队协作共同完成。每一个任务从设计到完成，既要有分工，又要有协作。每个组员要根据自己的特长和兴趣，承担部分任务，做到分工明确，职责清楚，并且在整个任务完成的过程中，互相帮助，最终把任务顺利地完成。

● 结束语

在中学阶段开展智能机器人教学研究的目的是提高中学生的科技创新能力、动手动脑能力、团结协作能力和全面的信息素养。笔者结合学校的实际情况，开展了相应的智能机器人教学实践，经验尚浅，今后将继续努力，为青少年的机器人教育尽一份力量。

参考文献：

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[2]李仙蕊.中小学机器人教育模式之构建——基于项目学习的研究[D].上海：华东师范大学，2008.

[3]王勇.基于问题的学习教学研究——以初中信息技术智能机器人教学为例[J].中国信息技术教育，2014（6）.endprint