浅谈小学如何开展机器人技术课程

 浅谈小学如何开展机器人技术课程
 江苏省江阴市华士实验小学    张春雷    
 【内容摘要】机器人技术已走进我国大部分的省市中小学信息技术课程，机器人竞赛也已成为我国青少年活动的第一品牌，机器人教育也随之被学校、家长以及社会认可和推崇，特别是在培养学生的创新能力和科学技术素养方面展现了它独有的特性。但因为经费、教师、场地等缘故，目前仅有少数学校开展了电脑机器人课程，但也仅限于几个班或者少数年级，全面普及机器人教育的学校数量很少，绝大多数是以课外兴趣小组、学科整合等方式存在，这样就局限了机器人教育在中小学教育中所发挥的特性和价值。
 【关 键 词】科技  智能 机器人  科学素养
 
 “科技创新是一个民族、一个国家自立于世界的灵魂”。机器人集成了数学、力学、机械、电子、自动控制、传感器、通信、计算机、人工智能，是众多领域的高科技的综合。随着信息技术的发展，机器人这一信息技术的前沿领域也得到飞速发展，有专家预言，本世纪第一个十年将是机器人时代。在学生中进行机器人教学，不仅可以普及信息技术提高学生科学素养，同时也可培养开发学生的动手能力、创新意识、综合能力、协作能力和进取精神等。
  笔者参加中国青少年机器人竞赛至今已十年整，从一名普通教师到机器人教练员，由教练员到省市级机器人竞赛的重要组织者之一，现就小学如何开展机器人教育课程说说自己的看法。
 一、我国小学机器人教育现状。
 近十年来，机器人竞赛已成为我国青少年活动的第一品牌，机器人教育也随之被学校、家长以及社会认可和推崇，特别是在培养学生的创新能力和科学技术素养方面展现了它独有的特性。但因为经费、教师、场地等缘故，目前仅有少数学校开展了电脑机器人课程，但也仅限于几个班或者少数年级，全面普及机器人教育的学校数量很少，绝大多数是以课外兴趣小组、学科整合等方式存在，这样就局限了机器人教育在中小学教育中所发挥的特性和价值。目前机器人教育存在的形式主要有以下几种形式:
 第一，通过学校、少年宫、少科站等单位吸收机器人爱好者，组成智能机器人学习小组开展学习，并组织参加各类竞赛活动。这种形式是机器人进入中小学最初、最多、也是最有效的方法。
　  第二，将智能机器人技术学习放入综合实践活动课或作为信息技术课的内容之一进入中小学课程教学。
 第三，开设选修课，为机器人爱好以及有特长的学生提供一个更深一步血迹机器人的平台。很多地区已经把机器人通用技术编进教材了。江苏地区中小学信息技术中已设有机器人教学内容。
 第四，机器人教育以研究性课程的形式进入中小学。由于研究性学习课程越来越受到重视，也由于机器人教育长期性、个性化，决定了通过研究性学习形式推广会更有利于对学生创新能力的培养。
    二、开展机器人教育的意义。
  机器人学习和制作是个综合实践的过程在小学开设机器人课程，具有明显的综合性和实践性，学生不仅能接触机器人，体验成功机器人制作的愉悦，更能提升他们的综合素质，对小学生的全面发展有着重要的意义。
 1、有利于培养学生的创新精神。创新精神是指人么在分析和处理问题时所表现出的不因循守旧的思想和工作作为，也是科学技术人员的重要素质。
 如《帆的设计》这一课，主要是通过学生设计各种各样的船帆来培养学生的创新意识。帆的形状通常情况下是三角形直板装的样子，可这堂开展下来，真是让我大开眼界，40个学生设计的帆尽不相同，有的三角形的、圆形的、还有立体锥形的，特别是有的设计成蛤蟆形的，我被孩子们五花八门的设计深深的震撼了，谁说帆就一定要是三角形的，谁说帆就一定要是直板装的。把想象张开翅膀，让创新起航，机器人教学，把课堂交给学生自己。
 2、有利于培养学生统筹学习的能力。通过机器人的教学，学生能够正确地、规范地、有计划地设计并完成任务。
 如在FLL竞赛项目中，要求机器人要在两分半内完成10个左右的任务，这对学生的统筹能力要求很高，先完成哪个任务，或者先完成哪些任务，如何布置路线图，发生意外怎么处理，有什么方案等等。在完成这样的项目的同时也培养了学生正确、规范、有计划地设计和完成任务的能力。课中，学生分小组，小组再分工，统筹安排工作，大家一起挑战任务。充分的锻炼了学生的团结协作精神和小组探究学习的学习氛围。
 3、有利于养成学生的独立思维能力。学生个体根据任务挑战能够根据自己掌握的知识技能分析问题，并且提出有效方案解决问题，这样一次次下来，学生在潜移默化中养成了独立思维的习惯。
 4、有利于培养学生的手闹结合能力。在做中学，通过鼓励孩子们主动探索、动手实践，让他们亲身体验抽象的理论如何变成了触手可及的答案，享受成功的兴奋。在活动中，学生不仅可以学到有关机械、电子、计算机等技术知识，更可帮助他们培养良好的生活习惯、掌握技能：与人的沟通与合作、对他人的尊重、毅力与自信心的树立及时间的合理分配、利用等，知道自己的兴趣所在，为将来走上社会，面对新的挑战做好充分的准备。
 三、小学机器人课程特点。
 机器人教学主要特点是：创新性、开放性、综合性和探究性。
 在教学内容的设计方面要考虑到实际情况，如学生人多机房地方小时应因地制宜,设计的教学任务可在小范围内实施，例如在课桌上、教室后面等也可安排在座位就近的场地，也可根据设计项目改变地面颜色,添加标志,添加障碍物等。例如利用桌面完成《动力小车》的教学任务时，可以利用通道作为小车的跑道，或者把课桌并起来做跑道都可，又如在《轨迹小车》中可以在桌面、讲台、地板上用黑胶布贴出轨迹进行光感的训练等。
 在每节课中，我们向小组成员提出了挑战任务，给他能够创造出自己解决方案的工具，学生们亲自动手制作与日常生活密切相关的模型，通过这种方法，初步建立对相关基础知识和原理的认识和理解，让学生真正体验到实践成功后喜悦和兴奋。通过解决问题的过程延伸到培养他们创造力、合作能力、交流能力和获取新知识的能力等。
 我们相信，同学们能够在这样一个开放式的教育平台上通过实践、体验、探究、创新，不断地挑战自我、享受合作过程的乐趣，为启蒙学生的创新意识、发展创新思维等打下坚实的基础。
　　四、机器人教材内容的设定。
 根据多年的经验以及小学生自身发展规律，小学低年级机器人教学应以动手搭建一些物品、家具、简单的结构；中年级可选择些简单的机械、动力机械并简单的学习机器人编程；高年级通过机器人编程的学习可适当选择项目挑战，如FLL,或者设定一些任务挑战等。根据多年机器人教学经验以及我校校本教材开设的情况建议如下：
 1、机器人技术之物体结构。一、二年级学生虽然已经具有一定的抽象概括能力，并且掌握了一些概念，能够初步进行判断和推理，但思维水平总的来说仍是非常低的。教材设定主要目标是让学生有个物体结构有个概念，比如：制作简单家具、了解物体重心、三角形稳定性、小结构组合等。
 2、机器人技术之简单机械。从三年级开始，学生进入少年期，此时会出现一种强烈要求独立和摆脱控制的欲望，学习需要拿出真本事。教材设置的目标是研究简单机械组合，介绍齿轮、滑轮、轴应用原理和技巧。
 3、机器人技术之动力机械。四年级孩子处于儿童期的后期阶段，大脑发育正好处于内部结构和功能完善的关键期，是培养孩子学习能力、情绪能力、意志能力和学习习惯的最佳时期。通过简单的机械组合以及马达、私服马达等动力结构的学习既巩固了前期的基础又为以后学习复杂的机器人技术做好铺垫。
 4、机器人编程入门。经过前期的学习，学生的机器人基础比较扎实了，在五、六年级阶段，我们就可以揭开机器人智能秘密的神秘面纱——机器人程序编写。信息技术中QB、Pascal等语言的学习显得非常枯燥，如果将这些语言的学习和机器人编程结合起来，学生不光学的有兴趣而且学的很轻松。比如：《智能小车》、《碰碰车》、《轨迹小车》等等，调试碰撞距离参数、走轨迹的光值等，学生一遍一遍的修改程序，一遍遍调试，真是乐此不疲。机器人编程的学习不光提高学生的编程水平，而且还可以培养学生对自动化、智能化的兴趣。
 另外，也可以将机器人竞赛项目列为教学内容。如FLL,VEX，机器人足球等，这样一边学习，一边可以参加各级的青少年机器人竞赛活动。
 五、机器人教育课程发展的阶段及具体做法。
 第一阶段是课程筹备阶段。这个阶段的工作重点是调查了解周围以及国内一些中小学机器人活动开展现状，建设机器人教育实验室，购置器材、设备。同时派出教师先后到周边省市等学校参加学习交流，以便做好师资准备。
 第二阶段主要是制定教学计划，落实教学内容，开展教学工作。同时备战各级机器人大赛。
 第三阶段是课程发展阶段。这个阶段的主要工作是完成好教学任务，把教学目标落到实处，完善学生的机器人教育成长的档案袋。选拔机器人兴趣小组，梯队组建机器人竞赛队。同时对机器人的性能和参数进行改良。这个阶段是课程发展、研究的重要阶段。
 第四阶段是课程的延伸阶段。这个阶段主要工作是对课程的目标达成进行定位，即通过着门课程的开设，使大多数学生通过学习机器人教育，来达到人人认识和喜欢机器人，制作机器人和优化机器人。并且形成全校浓厚的机器人氛围，普及中组建兴趣小组，兴趣小组中选拔竞赛梯队，让机器人教育在校园中象美丽的花朵，灿烂开放。
 六、保障措施。
 1、采取政府扶持和企业资助相结合的运作方式，筹集学校机器人各项活动经费。
 2、制定培训计划，分解培训目标，加强师资培训。
 3、以机器人实验研究为切入点，促进教师队伍教研水平和机器人开发能力的全面提高。
 4、将机器人实验校的教学与应用研究工作纳入每年的检查评估。
 5、每年开展一次机器人教学实践优秀课例的评选活动，并对获奖教师给予一定的奖励。
 6、对在省、市及全国机器人竞赛中获奖的辅导教师，分别给予不同奖励。
 综上，小学开展机器人教育课程乃是大势所趋、势在必行，我们需要探寻更好的方式促进机器人教育在中小学教育中的应用，以校本课程的形式开展机器人教育在目前能较好地符合课程结构与机器人教育的要求，学校可以根据自身的特点开展富有个性的机器人教育教学，来提高小学生的信息素养和科学技术素养。

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