小学Arduino机器人课程的实践探索

杨凤

机器人学科作为一门集科学性、实践性和创新性于一身的新兴学科，近年来已逐渐走进了各个学校的课堂，成为青少年素质教育中不可或缺的重要力量。为了提高机器人学科教学的灵活性，使学生不仅会学习、能发展，而且会实践、能创造。我校在机器人课堂教学中，以充分了解我校学生的学情为前提，通过选择适合我校学生的教学内容、教学模式以及评价模式，从而探索学生创新实践能力的培育方式。

一、我校机器人课程内容的确定

根据小学生自身发展规律，综合各厂家机器人特点，我们学校选择了上海DFROBOT公司的Arduino机器人作为课堂教学机器人，并把教学内容划分为以下四个部分。

一是熟悉智能机器人的历史发展和应用领域。涵盖了机器人的基本概念、机器人的工作原理、机器人与人的交互、机器人与社会的联系等内容。教学过程中着重培养学生对机器人的兴趣，拓展学生在信息化上的知识面，感受学习、生活、工作和社会在信息技术与科技发展过程中的变化。

二是学习控制机器人的编程语言。图形化编程是当前机器人教学中的一种崭新的编程方式。这是一种可称之为“所见即所得”的程序编写方式，使得程序编写显得非常简单。我们使用的是Arduino设计的一款图形化编程软件ArduBlock。使用ArduBlock编程时，只需要把积木面板中的积木模块“拖”到编辑区，再写入关键的参数来实现，这样以免让学生去学习枯燥的 C 语言等等，以达到让同学们快速易懂地了解程序设计的基本思路，从而培养学生的逻辑思维能力。

三是学习并掌握智能机器人的基本运行原理。掌握常见传感器及其机械传动装置的基础知识和使用方法，学习机器人的硬件组成结构体系，重点掌握机械结构、控制系统、驱动系统、感觉系统、传动系统的基本原理与组成结构的相关知识，并且学会机器人模块化的组装、控制及基本维护的方法。

四是机器人的搭建。学习使用各种组件、自选材料，组装各种用途的机器人。在组装的过程中培养学生的动手能力、合作能力。

二、我校机器人课堂教学的一般模式

我们依据小学生的身心发展规律，去不断地探索、总结小学阶段机器人课堂教学的基本模式。目前我们在教学实践中已经尝试并总结出以下四种有效的教学模式。

1.任务驱动模式

通过学生与教师共同参与，以掌握知识为目的，以问题为先导，以任务为核心的课堂教育模式。我们在课堂教学时，先讲解硬件基础知识，而后采取任务的形式开展教学。例如在讲解神奇的湿度传感器后，我便留下问题：利用湿度传感器可以帮助你解决生活中的什么问题？可以和哪些传感器结合？接着直接放手给同学们。很快有个小男生举手：老师，我可以回教室拿盆植物吗？这是要干什么？原来他们小组想到，有时候植物浇水太多容易死亡，那么我就将湿度传感器插入泥土中，当植物缺水的时候红色的LED灯便会亮起，为了防止设备没电或其他一些意外事件的发生，在土壤湿度适中的时候，绿色LED灯便会一直亮，提示设备是正常工作的。任务驱动给了孩子开放思维的机会，让他们经历一件创意作品成长的过程，从想法的产生-作品的构思—想法的改良—作品的雏形—成功的作品，从真正意义上让孩子参与到整个作品创作的过程中，而不再是老师带着学生走，这样，学生在遇到问题后也会乐此不疲地修改、完善。

2.情境再现模式

首先创设一定的情境。如针对《声控灯》教学案例，在课的开始，以教学楼的楼道中只有普通的开关灯为背景，提出天黑时我们只能摸黑去找开关开灯这样一种不安全的情境问题，以此来激发学生的学习兴趣，让学生思考如何来解决，寻找解决途径。而后点评学生做法，进而围绕教学内容顺利开展教学。如针对开发新型能源项目，通过此项目，先向学生介绍我国目前的能源使用情况，从而直观地让学生感受到开发新型能源是刻不容缓的，以此来激发学生对新型能源开发的兴趣，增强学生对地球现有能源的保护意识，倡导学生从我做起，保护我们的绿色家园。

课例片段：从生活情境出发，用任务单来解决问题。

师：老师发现我们学校的楼梯、走廊仍然还只是普通的开关电灯，稍微晚点离开学校下楼梯的时候，只能摸黑走，去找开关，这样非常不安全。有什么好办法可以来解决呢？

生：可以做一个用声音来控制亮灭的灯。

师：为了大家的安全，那今天我们就一起为学校来制作一个声控灯吧！

教师：如果想请你们做一个声控灯，你们会怎么设计？说说你设计的理由。你又会选用哪些传感器呢？

任务單

⑴你们组准备设计一个怎样的声控灯？并且说说你这样设计的理由是什么？（可以从它的用途等一些方面进行阐述。）

⑵你们的设计中准备选用哪些传感器？

3.作品展示模式

通常我们在完成一个基础项目以后，会请同学们来展示自己的作品效果是如何通过程序编写来实现的，从而引导学生学会互相赏识，激发兴趣、挖掘潜能的同时，也使差异资源充分利用。这样的课堂给予学生更多的说话权，并且让学生的思维火花不断地碰撞，形成积极的课堂效应。学生在编写程序和搭建机器人模型时，由老师布置好任务，放手让学生自己制作，在完成任务后，同样让学生一起参与评审。同学们自主申请上台展示自己的编程思路和搭建机器人的想法，而后在座的同学便会对发言同学的设计思路和想法点点赞，提提建议。这样不仅锻炼了学生的动手能力、语言表达能力，而且学生的奇思妙想是我们很难想到的。这为我们提供了许多设计思路，也是一种优势互补。

4.小组争霸模式

在机器人课堂教学过程中，我发现学生的竞争意识非常强，喜欢比赛。例如我在课堂布置一个学习任务以后，我只要说：看看哪一个小组能最先完成，成为我们今天这节课的霸主呢？话音还未落，他们就已经进入了学习状态。在比赛的期间，我还会故意刺激他们：“我看某一小组快要完成喽！”他们的士气会更加高涨。整个过程激烈而紧张，而且教学效率也很高。利用这样的争霸模式还可以磨炼学生的竞赛心理素质。现在机器人竞赛活动比比皆是，参赛人员的心理素养有时甚至决定了比赛的结果。在平常的教学中，学生只有不断地体会胜败，才能以平常心对待比赛结果，从而不断提升。

通过以上课堂教学模式的探索，学生学习的兴趣得到了激发，同时学生的创新意识和实践操作能力也得到很好的培养。

三、我校机器人课堂教学评价方式

教学评价是对学生学习结果的一种评价。机器人教学评价与其他学科评价的不同之处在于，其他教学可以采用测验等一些特定的形式，而机器人教学却无法用特定的形式去进行合理的评价。机器人的教学内容与教学形式就决定了该课程评价的开放性和多样性。教学评价时，我主要采用形成性评价（课堂过程性评价）和总结性评价（任务总结性评价）两种方式。

课堂过程性评价方面，以学生课堂表现评价为主。主要关注学生是否上课认真听讲、勇于发言、主动参与、认真完成老师给予的任务。在布置任务的时候还要给学生规定一定的时间，鼓励学生在规定的时间内尽可能地去完成任务，鼓励每个孩子积极参与。

任务总结性评价，是在完成一个教学任务之后所进行的评价。可以小组互评的方式，根据组员的分工不同，分别从问题的分析解决、机器人硬件的搭建、程序的编写以及调试运行直到完成任务这几个方面进行评价;可以探讨在完成任务过程中遇到过哪些问题，解决方案又是什么，是否有更完美的创意和想法等;可以进行自我评价，每个人可根据自己在整个项目中的完成情况进行自评：表现是否积极，想法是否合理新颖，碰到哪些问题，并如何进行解决的，在面对任务成功或失败有哪些感受，等。

通过这样的教学评价方式，让学生切实融入每一节课，每一个任务中来，并在不断的自我反思之中逐步成长。

机器人的教学评价机制只有像这样从全面培养学生的科学素养出发，完善评价主体多元、评价内容全面、评价方式多样的评价体系，才能促进学生的发展和教师教学水平的提高，有效地改进教学模式，从而保证机器人课程顺利有效地实施。

四、目前本校机器人教学的研究成果

我校开展机器人活动是从2016年开始，在校领导的支持下，在教师和学生努力下，我校机器人队伍在省内、市及全国比赛中都获得良好成绩。机器人社团也在逐年壮大，参加的人数也愈来愈多，但是机器人活动始终局限于校机器人社团，没有大面积普及开来。进入2017 年，机器人教学逐步开始普及，进入大家的课堂。目前六年级有4个班开展了机器人课堂教学试点，取得了良好的教学效果和社会效果。在2017年11月份开展了机器人教学的区级展示，受到了大家的一致好评。2018年2月份，在全国中小学生电脑制作活动区级选拔中，获得一等奖一名、二等奖两名。2018年6月份，在常州市第四届中小学生创客大赛中，获得一等奖两名、二等奖两名、三等奖两名，本人获得“优秀指导老师”称号。

机器人教学课程的开设，为学生营造了一个自主、协作与创新的平台。通过学习编程和操作实践，学生的逻辑思维能力和判断能力有效地得到了提高。不仅充分地培养了学生的学习兴趣，而且轻松掌握了课外知识，在编程中体会到了学习的乐趣。以寓教于乐的方式，机器人教学不僅传播了知识，同时使学生的创新能力得到发掘，创造发明的天性和潜能得到激发。总之，机器人教学在小学生创新教育活动中起到了十分重要的作用，迎合了素质教育的要求，对于培养和提高学生的信息素养、综合能力、创新素质具有重大的意义。

【作者单位：常州市兰陵小学  江苏】