关于中学机器人教育分层教学的研究

胡楚佳

摘 要 21世纪是信息技术高速发展的时代，国家正在推进信息化2.0的建设。机器人教育教学也作为信息化推进的产物，一直深受社会各界高度重视。国家新课程改革中，机器人教育教学也纳入信息技术课程，意在培养学生创新思维、编程思想和动手操作能力。文章以能力风暴积木机器人为例，将中学机器人教育进行分层教学，归纳了开展机器人教育分层教学所需的环境设施和课程体系，希望可以为其他学校开展机器人教育教学活动提供帮助。

关键词 中学机器人教育 分层教学 环境设施 课程体系

0前言

（1）教学背景。随着国家信息化2.0的到来，机器人教育教学成为教育领域新的发展趋势。全国各地积极开展机器人课程，家长愈来愈重视孩子的机器人教育。学校也应该积极响应国家政策，开展机器人教学等选修课程，培养学生创新创造能力、编程思想和动手能力。

（2）教学目标。机器人教育的产生能够使中小学生近距离的感受到科技的魅力，并奠定了学生科学研究的基础。学生能描述机器人的概念、发展和应用前景等，培养计算思维;了解机器人组装搭建和编程，能实践操作，学会信息化学习与创新;了解机器人未来发展趋势，通过机器人的智能化完成任务，能延伸到工业、服务、教育机器人等对社会生活带来的影响，提高信息意识、信息社会责任。

（3）教学理论支撑。

①学习金字塔理论：动手组装机器人、向同学讲授所学内容、合作探究任务方案。

②分层教学理论：机器人基础课程（全体学生）、机器人提升课程（机器人社团）、机器人竞赛课程（校队学生）。

1教学环境设施

1.1教学环境

学校应该提供专门开展机器人教学和集中训练的机器人活动室，提供基本的教学环境。另外，学校也需要提供专门的机器人指导室，用于教师对学生进行机器人专项辅导。

1.2教具设备

学校需要配备多套完整的能力风暴积木机器人高级套装和氪教育机器人套装，专门用于机器人教学;另额外购买配件若干，为后续带学生参加机器人竞赛提供设备保障。

1.3电教设备

机器人活动室和机器人指导室配有移动纳米黑板和笔记本电脑多台，为教师教学和学生实践操作提供设备保障。

1.4师资力量

指导老师应有丰富的教学经验，最好有指导学生参加各类机器人竞赛的经验，师资力量需要有所保证。

2课程教学模式

（1）问题-探究式：以学生为中心，通过教师演示、学生观看老师演示后，自主动手操作，锻炼学生动手操作能力，培养学生实操技能。

（2）示范-模仿式：在老师提出问题和任务要求后，学生能够自主探究、小组合作来解决问题，并教授他人所学知识，培养了自学能力、创新创造力、合作精神和解决问题的能力。

3课程教学体系

教材是教师教和学生学的主要凭借，是教师进行教学、搞好教书育人工作的具体依据。学校应该建设成熟的机器人课程体系，根据分层教学开展不同的课程内容。本人按照机器人基础普及、能力提升和竞赛集训分为《机器人基础课程》、《机器人编程与实操课程》和《机器人竞赛课程》共三大板块。

3.1机器人基础课程

3.1.1机器人基础概况

了解机器人的由来、发展历程和未来趋势等，普及机器人知识，提高学生学习兴趣。从机器人应用领域引导到教育机器人领域，从而过渡到对教育机器人的学习，为下一单元学习做好铺垫。

3.1.2氪教育机器人组装与编程

氪是能力风暴积木机器人中较为简单的教育机器人，其编程软件为图形化编程、机器人组件组装操作简易。学生学会自主组装机器人小车、编写程序控制小车行动，为下一单元学习教育机器人高级套装打下基础。

3.1.3机器人高级套装组件与任务套件介绍

机器人高级套装是WER積木机器人中较为复杂和成熟的机器人，本单元将学习该机器人的全部组件、任务套件组装，使学生充分熟悉该机器人套件全部组件，为下一板块课程奠定良好硬件基础。

3.2机器人编程与实操课程

3.2.1机器人控制器介绍

通过学习机器人控制器的使用，对控制器的硬件参数、电源与开关机、主界面、程序界面、端口界面等功能有整体的了解，也是后续进行编程和实操的基础。

3.2.2机器人巡线小车组装

机器人巡线小车组装，是后续编程和机器人寻线、完成任务等的基础硬件建设。学生通过自己动手操作，组装小车，对车的结构可以更加熟悉，后续出问题都可以自己进行排查。

3.2.3机器人编程软件介绍

机器人编程软件分为图形化编程和C语言代码编程两种形式，在学习了氪机器人编程基础上，再学习该软件的图形化编程完全没问题，也足够使用。

3.2.4机器人巡线小车工作原理

机器人巡线小车是通过灰度传感器测黑线来执行程序的，通过讲解工作原理，使学生对传感器及其工作原理有所认识。

3.2.5机器人机械臂组装

在认识和熟悉了机器人控制器、编程和小车寻线原理后，学生开始学习机械臂组装，通过组装的机械臂去完成任务模型。

3.3 机器人竞赛课程

3.3.1世界教育机器人大赛概况

世界教育机器人大赛是一项全球性比赛。通过介绍大赛情况，学生对比赛有所熟悉，比赛的规则形式等有所了解，为后续针对性训练奠定基础。

3.3.2基础能力综合训练

主要是针对程序编写、小车组装等进行综合性训练。

3.3.3任务方案设计与实现

根据任务套件和小车，组装完成任务的系列机械臂，实现一臂多用和少换机械臂等，以及设计做任务的路线程序编写。

3.3.4熟练换机械臂与编程

提高学生动手操作效率和编写程序能力，能在规定时间内完成机械臂组装和程序编写。

3.3.5模拟比赛

模拟比赛是在完成上面全部环节后，营造一个竞赛氛围，按照正规比赛流程和标准进行模拟竞赛，并在竞赛中发现问题和解决问题。

4中学机器人教育具体教学应用

4.1校本选修课

面向全体学生开设了校本选修课，普及机器人相关知识，学会组装机器人和初步接触编程思想。

4.2社团活动课

面向机器人社团学生开设编程实操课，培养学生创新思维、编程思想、动手能力。

4.3竞赛集训课

面向机器人校队开设竞赛课程，培养学生合作精神、探究精神、应变能力、编程水平和竞技水平。

5中学机器人教育教学效果

5.1实现深度学习

学生做到自主学习、合作探究、创新实践，成为课堂主角，老师作为引领作用，充分发挥学生的主体作用，实现深度学习的教学方法。

5.2培养可贵品质

通过实际操作，培养创新意识和能力，能够逐渐的转变中小学生思维，使其明白团队协作的意义，更好的适应时代的发展，学到了在第一课堂中难以习得的可贵品质。

5.3实现分层教学

依据不同层次的授课对象，课程分基础课程、提升课程、竞赛课程三部分，内容逐层提升，分层教学明显。

5.4响应政策要求

响应国家政策，通过机器人课程教学，实现人工智能、编程思想等相关课程教学，并普及机器人知识。

5.5具备竞赛水平

学生依托学校的机器人社团活动和机器人竞赛辅导的学习平台，具备能力参加各种比赛。

6结束语

本人开展机器人教学将近三年了，从课程开发建设到教学过程，每次都有不同的收获。在教学中，学生都能在老师引领下自主学习、合作探究、动手实操。为了让学生深度学习，课堂上安排了教学任务，给学生提供了教具、设备，通过自主探究、团队合作和创新创造去完成任务，效果明顯。因此，在教学中，我们应该以学生为主体，老师作为引领者，学生能够通过自身能力去完成教学中的任务，相信学生，总能达到意想不到的结果。

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