谈智能机器人教学在中学的开展1

1/5谈智能机器人教学在中学的开展【摘要】随着教育改革的推进,机器人已经从科学家神秘的实验室走进了学校的课堂。中小学机器人活动的开展，是实现新课程改革的要求，也是开展素质教育的一大新举措。探索如何在中小学开展机器人教学将是我们信息技术教师面临的重要课题。本文主要对中小学机器人教学开设的背景及现状、培养目标、以及机器人课堂教学的开展进行了一些思考，以期获得各专家和同行的帮助和赐教。【关键词】中小学机器人机器人教学一、中小学机器人教学活动开展的历史背景和现状。教育部于2003年4月正式颁布《普通高中技术课程(实验)标准》（以下简称《标准》）,首次在“通用技术”科目中设立了“简易机器人制作”模块,它是基于计算机技术的学习平台、将机械传动与单片机的应用有机组合的一个选修课程模块。该模块为学生提供了运用当代先进技术和先进思想方法进行设计、制作,以解决实际问题的机会。与此同时,新的高中课程标准在“信息技术”科目中也设立了“人工智能初步”选修模块,迈出了我国高中阶段开展人工智能教育的第一步。《标准》的颁布充分表明我国教育行政部门高瞻远瞩的教育超前意识，同时也是适应未来科技社会对人才培养和与国际接轨的需要。机器人教学活动的开展将为青少年能力培养、素质提升搭建了一个鲜活的平台。机器人集合了计算机、光、电、声、材料、电子、人工智能与自动控制等多领域的高新科技知识。目前没有一种技术平台比机器人更为综合。由此可见机器人教学的开展必将为其他学科的学习提供动力支持，同时将极大激发学生学习热情与兴趣，培养学生敏锐的思维能力和动手能力、团队合作精神、创造力和锐意进取精神。日本“机器人之父”加藤一郎曾说，在经历了个人用电脑时代以后，接下来应该是个人用机器人时代。目前各地中小学机器人教育主要有以下几种形式:一,由科协、电教馆（站）等单位组织通过学校吸纳机器人爱好者,一般是由学校出资购买机器人器材，指导老师对学生培训一段时间后，代表学校或地区参加各种竞赛。目前由于教学条件的限制,大多数学校还处于这个阶段。二,把机器人作为中小学信息技术课程内容的一部分,为此学科注入新的活力，培养学生的创造性思维和动手实践能力。三,机器人教育以综合实践课程的方式进入中小学课堂,新课改下综合实践课程越来越受到重视,更由于机器人教育能从多方位多角度培养2/5学生能力,决定了如果通过综合实践课程形式推广,将使机器人教育更具顽强的生命力。二、中小学机器人的教学目的。通过开展机器人教学实践活动，开发学生的科学创新思维，培养和提高学生接触社会贴近生活的动手能力,总之借助机器人融合了多个领域、多种技术知识培养青少年综合素养，重点从以下几个方面入手：1、了解机器人基本概况，揭开机器人的神秘面纱。让学生了解机器人的基本概念、结构体系、工作原理、机器人发展历史和它在现实生活中的应用实例。搜集整理历届全国或国际机器人大赛的视频，激发学生的学习兴趣；了解实物机器人的规划、设计、搭建过程，根据任务需求编写程序并下载到机器人主控器，根据机器人运行情况对其及其程序做出必要的调试和修改。让学生理解程序是指挥机器人的灵魂，掌握顺序、循环、选择三种基本程序结构及子程序的创建和调用。通过程序的编写和反复调试机器人，培养学生全面考虑问题的缜密逻辑思维素养，提高学生的分析问题和解决问题的实际应用能力。2、加强能力素质综合发展，培养社会需求的复合型人才。激烈竞争的今天呼吁未来接班人应具备多种能力，机器人学科是一门交叉性极强的综合性学科，它的兴起为学生搭建了一个综合能力培养的平台，成为培养学生们综合能力的一条有效途径。（1）培养学生的创新能力。社会的进步需要改革、创新，需要推陈出新。机器人实践活动强调学生富有创造性的搭建各种机器人以适应快速高效地完成任务，鼓励学生点燃智慧的火花、多角度多方位发散思维设计出与众不同的方案，从而锻炼学生的创新能力，激发和培养学生的创新精神，以提高他们的综合素质。请看机器人教学活动培养学生创新能力的案例：活动名称为“机器人过障碍”，规则是机器人每找到一个障碍物可以得2分，而找到障碍物后，需学生为机器人设计一个“动作”，表示机器人发现了障碍物。“动作”具体表现由学生自行设计，可叫、可转、可唱、也可舞蹈，规则不作要求。设计的“动作”越符合障碍物所在地实际场景，越有创意，得分越高。这项设计的分值可在2～10分之间。这是个开放题，需要考察学生的观察力、想象力、应变能力，还有编程知识、动手能力等。从分值设置看，明显是在鼓励学生进行创新。（2）培养学生的小组合作能力。3/5机器人活动牵涉到的内容广、工作量大，需要小组成员集思广益、互相交流探讨，对搭建过程中的问题进行充分论证以获得最佳方案。活动中各学生表现出来的学识水平、思维方式以及立场不同对问题的看法不同，这就需要相互之间加强沟通与交流来包容彼此间的个体差异。机器人竞赛活动中所需的团队协作能力和互相之间的包容之心，不仅需要老师的言传身教，更需这种真实体验，这比常规的教育方式更能震撼学生的心灵、更富有成效。（3）培养学生的应变能力、坚韧的毅力和情感体验。由于机器人的工作受设备性能、场地、接受信号等因素的影响，这就要求选手能临场应变，根据参赛现场的具体情况冷静、沉稳地搭建、编程、调试、修改以获最佳效果，指导老师在平时训练中要注重培养学生的临场应变能力和处理突发事件的能力。尽管如此，大多数学生参加比赛常以失败为结局。但看到他们失败后表现出的那种不服输的斗志和脸上写满那种还要重返赛场的神情，我们不得不承认机器人活动带给孩子心灵上的震荡是如此强烈！孩子这种迎难而上、坚忍不拔的毅力也需要老师平时要多加培养。而一旦获胜，在胜利的那一刻，学生会手摆“V”字，欢呼雀跃，兴奋不已，这种成就感、收获感或许是其他教学平台无法替代能给学生精神体验的上乘场所。三、机器人指导教师队伍的建设。机器人教学活动的开展对教师教学提出了新的更高要求。1、千百年教育实践经验证明，科学的教学理论可以使教师掌握教育的基本规律与方法，指导教师合理开展教学工作，加强工作的科学性和预见性，因此机器人指导教师须加强教育、心理学、教育法规、教师道德修养等理论学习以提升自我修养。2、机器人教师需扎实过硬的专业知识。首先教师要熟练掌握计算机的应用能力；机器人是靠程序来控制的，所以掌握计算机语言的编程能力成为教师专业能力的核心；其次机器人的基础知识，包括概念、工作原理、结构体系、发展史、应用领域等,还有开发机器人程序、机器人搭建、控制与维护,这些都需要指导教师熟练透彻地掌握。3、机器人指导教师应具有对当今社会信息瞬息万变的特殊敏锐性，这样才能很好地与学生沟通交流。21世纪，需要的是创新型人才，教师要转变观念，不能灌输与“填鸭”，要充分挖掘学生的智慧，积极引导学生开拓创新。机器人教育是一个很好创新教育平台。机器人从设计到搭建包括通过不同算法去编程要引导4/5学生自主完成,独立分析问题和解决问题,培养学生的设计能力、实践动手能力和创新能力。四、机器人课堂教学的开展。通过机器人课堂教学培养学生良好的创新精神、实践能力和综合素养。基于机器人项目的设计、制作具有综合性强、实践性强和探索性强等特点，因此它与其他学科的课堂教学方法会有所不同。1、建立学生为中心、任务驱动的开放式课堂。传统的教学方式大多是教授学生“是什么”而不是“为什么”，虽然他们也有机会接触实验设备，但基本上是“依葫芦画瓢”，机械式地将过程走完，这并不是真正的“做”实验，因为学生毫无自主、创新，没有以学生为中心，学生失去了“自由”。机器人活动以任务为驱动，学生进行的是开放性的挑战，方案的多样性让学生可以自由想象，充分发挥自己的想象力和创造力。在活动中，学生们可以自己设计机器人和反复修改程序以期达到满意的结果，遇到问题他们会想方设法去找老师、网上查阅资料、同学互相讨论。我们不一定要在乎结果，但在这过程当中其分析问题的能力、想象力、创造力及合作能力都会上一个新台阶。2、改革评价体系，促进学生体验成功的快乐。在机器人教学实践中，我们要改变以往的评价观，要站得高望得远从多个角度多层面看待学生，少在意些功利性与结果，多注重学生的学习过程中情感与价值观，对学生的点滴进步都要不惜教师的热情给予鼓励表扬，让他们随时收获成功的喜悦。有了这种成就感与愉悦的心情将反过来促进学生的自主探究自主学习的热情。案例：学生不懈努力之后，一旦获胜，那一刻，大家将手互相攥拳在一起高呼“一、二、三，加——油！”；甚至有的学生跳起来，兴奋不已，可谓是成功的体验对心灵撞击与涤荡的真实写照。此时，作为教育工作者，我们都需扪心自问：平时的教学中我们给过学生如此爽朗大笑的机会了吗？”3、建立“点、线、面”相结合与“三位一体”的教学模式。面向全体学生开设机器人必修课，将机器人教育渗透到信息技术课程之中，形成以必修课为面，以活动小组为线，以竞赛项目为点的“点、线、面”相结合的教学链条。机器人教育是一项新事物，社会、家长都很陌生，首先让社会各界了解我们素质教育的理念，争取社会的广泛支持。在取得社会、家长支持的基础上，结合学校实际，开展了丰富多彩的机器人教学与实践活动，逐步探索构建了“社会－家庭－学校三位一体”的教育管理模式。5/5总之，中小学机器人教育是一个综合创新的平台，为学生创新精神与创新能力的培养开辟了新的领域与空间，我们的教育工作者要借助这个教学平台和载体，为全面提高和培养学生综合能力而不懈努力。相信不久的将来一定会开创一个新局面。【参考文献】[1]彭绍东.论机器人教育(上)[J].电化教育研究,2002,6.[2]丁光明、陆李松．《中小学智能机器人教程》．人民教育出版社出版，2005.[3]中国青少年机器人教育在线，.[4]RobinR.M著，杜军平等译.人工智能机器人学导论[M].北京：电子工业出版社，2004.