依托机器人课程提升学生创新能力的案例分析

顾建新　曹新红

摘要：人才作为国家长久发展的动力，教育是培养人才的主要手段。机器人教育在进入到高中课程体系之后，可以有效提升学生创新能力。本文在对机器人课程提升学生创新能力分析研究过程中，首先对机器人课程进行了解，然后对机器人课程应用案例进行分析，通过大量实际案例了解机器人课程优势，希望可以为教育人员提供一定帮助。

关键词：机器人课程；创新能力；青少年机器人组比赛

一、 前言

任何课程最终目的就是提高学生能力。机器人课程目前已经在高中课程体系应用了一段时间，按照现阶段应用情况来说，机器人课程可以有效推动学生全面发展，尤其是对学生创新能力提升上，机器人课程优势更加突出。

二、 机器人课程概述

（一） 机器人课程

机器人课程也可以称之为教育机器人，是机器人教育开展媒介。机器人课程主要由四部分构成，分别为控制终端、传感器、执行部件及动力系统，其中控制终端可以比喻为人体的大脑，承担处理数据及传达指令职责；传感器就好像人体的五官，承担着接受外部信息职责；执行部件主要承担落实控制终端指令的职责；动力系统为机器人运动提供动力。之所以在高中课程体系中开展机器人课程，主要目的就是希望学生在学习及操作机器人过程中，提高高中教育效果，通过机器人平台，在最短时间及资源情况之下，全面推动学生发展，进而获取最佳教学效果，并且减少教师工作量。

（二） 基本类型

根据我国著名教育研究人员彭绍东所发表的《机器人教育》研究成果中，机器人课程主要可以分为五种类型，分别为机器人学科教学、机器人辅助教学、机器人管理教学、机器人代理事务、机器人主持教学。

（三） 特征

1. 教育性

通过机器人课程，学生可以学习到更多电子、计算机、物理等方面的知识，同时还可以在实际操作中，将理论知识转变为实际技能，引导学生形成良好思维模式，加强学生人际交往能力，提升学生创新能力。

2. 娱乐性

高中开展机器人课程，主要目的就是提升学生创新能力，进而对机器人课程要求较低，主要是在真实环境之下，让学生可以自主发现及解决问题，调动学生学习积极性，所设计出来的机器人作品和学生日常生活相贴近，具有较强娱乐性。

3. 游戏性

高中阶段机器人课程在开展中，大部分课程都属于实践性课程，同时在实践活动过程中，开展多样化的游戏比赛，让学生可以自主参与到机器人课程之中，全面推动学生发展。

4. 学科综合性

机器人自身就包含多种学科内容，同时机器人所能够应用的领域又十分广泛，进而机器人课程具有十分显著学科综合性特征。

三、 基于机器人课程提升学生创新能力的案例分析

机器人课程作为高中技术教育重要组成部分，在提升学生信息素养、实践能力、创新精神等方面具有重要作用。按照现阶段机器人课程开展情况来说，机器人课程得到了学生高度关注，每年都会有很多学生参与到机器人课程中，但是由于受到场地、器材等因素限制，大部分机器人课程依旧采取小组形式开展活动。即便是这种教学模式，高中机器人课程依旧取得了良好成果，学生创新能力得到了显著提升。机器人课程提升学生创新能力时，主要可以从以下几方面开展：

（一） 创造条件，在实践中提升

对于大部分高中信息技术教师而言，都具有一定时间工作经验，但是引导学生开展机器人课程教学活动，让学生自主参与到机器人设计及实践中，对于信息技术教师来说都是一个挑战。笔者认为，在现阶段，机器人设计主要应用C语言进行编程，机器人编程相对简单。因此，信息技术教师就可以为学生提供机器人编程的机会，增加教师和学生之间沟通交流，真正做到学以致用。

例如：在速度的计算活动中，教师应该将学生划分为多个小组，通过小组方式开展活动。速度的计算活动目标为：如何让机器人在有限体积情况下，在最短时间中通过直道，然后自动判断障碍物回归到起点。这样学生所需要解决的问题也就产生了，怎样制作速度最快的小车？教师在引导学生的过程中，仅仅需要对方法简单阐述，然后学生自行设计。当然，学生凭借自身生活经验，都会将机器人制作成为汽车形状，但是最终实验结果并不理想。教师并不给予引导，让学生自行对汽车分析观察。在下次实践训练过程中，学生更换了汽车轮胎，从四轮转变为独轮，这样汽车在直道中速度显著提升。学生在解决学习过程中，产生了多种解决思路，每一种方法都存在优缺点，但是目的都在于解决该道路问题。

通过上述教学活动，在资源有限情况下，学生可以积极参与到机器人课程活动中，让学生感受到机器人魅力，学生也可以将理论内容及实践相结合，提高学生创新能力。

（二） 合理规划，提升资金利用率

机器人课程教学活动在开展过程中，需要专门硬件设置保证。在课堂教学活动中，所应用到的窗簾必须具有良好的遮光效果，采取日常灯照明，同时为机器人软件程序编写配备计算机。学校可以为学生设置专门技术间，要是机器人活动场所需求较大，就必须对机器人课程活动合理规划，一个场地内开展多样活动，共同享用空间。这种空间规划方式，在提高空间利用率情况下，还可以培养学生整理习惯。当然，机器人程序编写及组装最好在同一个场地中实现，让学生可以及时协调机器人程序。

为了保证机器人课程活动顺利开展，机器人教学活动器材选购也十分关键。现阶段，机器人课程所应用到的教学器材类型较多，在应用方便、性能、价格、质量等方面存在较大差异。所以，机器人课程在采购器材时，必须按照学校机器人课程实际情况及需求，积极采集学校管理部门意见。笔者在经过实际应用认为，没有最佳机器人器材，只有最适合机器人课程的器材。

（三） 细心筛选，协调各方面关系

机器人课程属于综合性学科，其中包含多个学科内容，这就需要学生具有良好的数学及物理等方面知识，并且具有良好合作能力及动手实践能力。所以，机器人小组学生必须具有全面素质，同时具有良好的心理素质。笔者在分析之后认为，学校可以定期开展信息技术方面比赛，让学生对机器人程序及问题处理方法深入了解，然后提高对机器人硬件问题处理强度，学生及教师之间还应该深入沟通交流。我国教育部门正式确立了“初高中机器人教学组”，同时制定了《初高中机器人课程教学意见》，在全国范围内相互开展了机器人课程评价活动。这就表示，我国正在广泛开展机器人教育。endprint

例如，在我国所开展的机器人青少年组比赛，在搬运项目过程中，整个比赛并不具备任何规章制度，学生只需要按照图纸及器材完成比赛就可以。在这种教学模式之下，学校可以将学生划分为不同小组，每一个学校小组学生提出针对性计划，然后采集不同方案意见。学生分析不同方案的优劣，同时对每一个教学方案是否可以操作可能性分析，机器人设计之后是否具有现实意义。学生所提交方案内容涉及多个方面，大部分方案虽然表面看起来并不完善，部分方案甚至并不具备操作性，但是学生却在方案设计过程中提高了自身创新能力，部分学生所提出的方案还具有一定意义。如，在比赛中一个学生所提的方案为：应用两个光电搬运小车进而完成比赛任务。但是两个小车在线路规划上还存在一定不足，小车之间相互并不阻挡，怎样才可以保证小车良好效果，学生具有较高自主参与性，具有较强创新意识，最终所取得的效果也十分理想。该名学生在全面机器人青少年组比赛中获得了良好成绩。在比赛结束之后，裁判给予了热烈掌声，对学生给予了高度评价。

（四） 学生主体，教师辅导

学生作为机器人课程活动的主体，一直都是课程重点。例如，在我国所开展的任何类型机器人比赛中，教师都不允许进入到比赛场地中，学生需要自行解决自身所遇到的问题。所以，机器人课程教学活动在开展过程中，任何教学活动都必须以学生作为核心，让学生成为机器人搭建到调试整个流程，全部以学生自行主导，教师仅仅起到辅助性作用。学生自主参与到机器人制作中，这样学生才可以真正认识到机器人理论，同时按照实际要求完成机器人任务。

例如，在机器人集装箱搬运项目中，一般机器人具有多种设计方法，机器人为了完成某一任务，最终所设计的形态存在较大差异。任何教师都不会说自身的设计是最好的，同理教师也不应该将这种想法教给学生，一旦学生在教师思想约束之下，也无法提升自身创新能力。机器人集装箱搬运项目对高中阶段的学生来说，设计难度较高。学生在参与项目过程中，都需要自主设计一个机器人，该机器人按照轨道行驶，在绕过障碍物之后，搬起一个集装箱重新回到起点。整个运动都必须沿着轨道行驶，不允许脱离轨道。学生在解决机器人轨道行驶问题之后，就需要解决机器人搬运集装箱问题。由于比赛条件约束，学生已经应用了两个马达作为驱动力，怎样让马达转动，然后将集装箱搬回来。学生自行反复思考到3天之后，教师可以适当进行辅导，假装做成了一个夹子。机器人集装箱搬运问题在解决之后，学生学会了解决问题，进而解决项目问题。

（五） 分工合作

大部分机器人课程活动在开展过程中，基本上都是以单元作为划分单位，几个学生划分为一个学习小组。例如，在机器人足球比赛活动中，学生就可以分为两组，分别为防守机器人及进攻机器人，学生分别承担搭建机器人及程序编写作用。学生在完成整个机器人足球比赛任务之后，小组内学生应该合理配合及分工，可以有效提高学生合作意识。实际上，机器人小组是一个整体，并不是一个学生就可以参加，需要小组中学生一同努力，大家相互沟通交流，这样才可以保证机器人课程最终教学效果。

（六） 利用网络，获得帮助

在互联网快速发展过程中，学生在实际学习过程中，可以通过网络寻找自身机器人设计所需要的资料，这样才可以创新机器人，有效解决学生在机器人制作过程中所遇到的问题。例如，学生在对某机器人了解时，可以通过微博及QQ和机器人生产厂家沟通交流，厂家中的专业人员解答学生在机器人理解上所遇到的问题，并且专业人员也可以给予学生专业指导。

（七） 任务驱动，由易到难

机器人课程教学活动在开展过程中，都应该从简单到难过渡。教师在实际教学过程中，应该合理划分学生任务，遵循由易到难准则，逐渐完成机器人课程教学任务。

例如，从棒球小子到家庭中央控制系统。学生在刚开始学习过程中，可以选对棒球机械小子项目进行设计，了解机器人中机械手设计方式，教师引导学生对机械人问题深入思考，细致划分问题，借助多样化问题凝聚学生思维。首先，教师可以先问学生：机械手在家庭中应用的优势？学生在深入分析之后认为：机械手可以抓住公文包，然后通过密码开关控制。学生在深入对机器人理论学习之后，教师可以通过组合创造法问学生：智能控制及机械手，房间是否可以智能化转变。在教师引领之下，学生在传统基础之上，基本上完成了智能化房间设计任务。

（八） 做好准备工作

现阶段，机器人所存在的主要问题体现在灵敏度及精度上面。在我国机器人保龄球比赛中，部分机器人由于受到电池及场地光线等因素影响，造成机器人无法顺利完成比赛任务，中途退出比赛。任何机器人活动在结束之后，教师及学生都应该对活动整个过程思考，认识到机器人活动所存在的问题，进而总结自身在机器人制作上面的经验。学生所积累的经验，可以提升学生技术水平，同时还可以提升学生心理素质。

四、 结论

按照上文分析可知，机器人课程想要提升学生创新能力，笔者认为可以从以下几方面入手：（1）为学生创造条件，只有在具有条件之后，才可以说提升学生创新能力；（2）合理規划，提高机器人课程教学资源利用率；（3）合理筛选机器人知识，协调各种知识之间关联；（4）让学生成为机器人课程主体，教师仅仅起到辅导作用；（5）合理划分学生制作内容，提高学生合作意义；（6）通过互联网获取更多资源，解决学生在机器人课程学习上所遇到的问题；（7）通过任务驱动，由易到难开展教学活动，根据一定顺序落实机器人课程。

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作者简介：

顾建新，江苏省泰兴市教师发展中心；

曹新红，江苏省泰兴市第四高级中学。endprint