中小学开展智能机器人教育的实践研究

　　认知心理学等研究表明：兴趣、自学能力、动手能力、创造能力、协作能力、挑战精神、信念、意志力等影响人一生成就的内在素质的最佳培养期是在小学和中学。智能机器人融合光电传感技术、机械运动原理、电子技术、电脑编程技术、单片微电脑技术、人工智能等最前沿技术于一体，无论在形式上、内容上，还是方法以及手段上，都符合青少年的这个最佳发展期。现今智能机器人大赛是继航模、车模、四驱车、小电子制作、无线电测向运动后又一项适合青少年开展的高科技活动项目，是青少年及发明爱好者掌握未来科技，加强动手能力的活动平
　　台，也是学校进行素质教育、创新教育的方式。
　　
　　智能机器人课程开设的意义
　　
　　信息技术课堂教学改革特别强调注重对学生学习经验的培养，注重学生体验、感悟和实践的过程，注重学生个性的健康发展和对学生的创新精神、实践能力的培养。智能机器人教学非常有利于贯彻这一理念。
　　国外机器人教学实验证明，机器人竞赛不仅活动主题有趣，更重要的是其问题解决方案是开放性的，学生可以用不同的方法达到同一个目标。因而智能机器人活动能激发学生充分发挥想象力、创造力，有利于培养学生的开放性思维。在机器人教学中，学生通过动手实践获取知识。他们就像真正的工程师一样，针对项目主题进行研究、策划、设计、组装和测试。他们以小组为单位，使用积木、传感器、马达及齿轮等组件设计自己的机器人，并为机器人编写程序，让它完成自己想让它做的事情。孩子们通过主动探索、动手实践，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。在组装智能机器人活动过程中，学生不仅可以学到有关机械、电子、计算机等技术知识，还可以培养学生的动手能力、协作能力和创造能力，使学生在对智能机器人的极大兴趣中不断地探索、研究、实验，以实现自己的新创意、新设想、新设计。
　　
　　智能机器人课程与信息技术课程之间的关系
　　
　　智能机器人课程的内容决定了它与信息技术课程的关系是比较紧密的。当前我们的课程设置中没有智能机器人课程计划，怎么办？可以把智能机器人课程包含在信息技术课程计划中，通过压缩信息技术课程课时，适当删减和调整信息技术课堂教学内容，来完成一定量的智能机器人课堂教学。从近两年的信息技术教学反馈来分析，在开设智能机器人课程前后，学生对常规信息技术知识的掌握没有下降，应用能力反而大大加强了，表现在对实际问题的分析与理解更准确、深入。学生对信息技术课依然非常热爱。
　　当然，为了加强信息技术课的教学，我们也在考虑是否应改变这一做法，如是否可以把新课程标准下的“地方课程”拿出一部分来用于实施智能机器人教学，这样，就不用再占用信息技术课的教学时间。
　　
　　智能机器人的器材管理
　　
　　机器人课堂教学中除使用核心模块外，一般还要用到各种各样的零配件。以纳英特积木式智能机器人为例，除核心基础套件外，还有用于搭建的积木套件和各种传感器，学生在装配机器人、调整修改、欣赏学习、搬运等过程中容易出现零配件缺损。因此，器材管理到位是使教学正常进行的重要保障。
　　针对上述这些情况，我们建议各学校，制订《智能机器人操作手册》和《智能机器人活动手册》，并且可以以小组的方式发放，要求学生严格按照手册条例使用和管理器材。依据操作手册，我们对这两个小组的相关责任人员进行处理，这不但教育了学生，更促进了器材的规范管理。
　　《智能机器人操作手册》通过具体的规章制度来规范学生的课堂活动，以培养学生养成良好的操作习惯，并保障机器人器材的完好。其具体内容有：课堂活动分组要求；小组成员分工及相关职责；智能机器人活动步骤；智能机器人搭件、调试要求；智能机器人竞赛场地规格及使用要求；智能机器人器材出借要求；课堂表现奖励和惩罚机制；智能机器人器材保管责任条例；学员评价操作细则；“机器人小小工程师”评选规则等。
　　《智能机器人活动手册》用于记载每次活动的情况，具体内容有：活动时间登记表；活动过程记录表；研究成果汇总表；总结评价表（自评、互评、师评）；附件清单（相关数据资料）；设备使用反馈单；特殊器材申领单等。要求学生每节课对有关项目都要及时记录，并分析整理出经验、体会，以培养学生分析问题、解决问题的能力。
　　
　　智能机器人教学场地的设计
　　
　　在机器人课堂教学初期，我们深为缺乏机器人活动和比赛的场地发愁。在教学实践中，我们探索出以下几种解决方案。
　　1.在教室内就地取材。例如机器人走迷宫，可以让学生用自己的凳子随意在地面上组合成一个迷宫。这不仅解决了场地问题，而且学生在组合迷宫的过程中，既要设计机器人行进的路线，分析自己搭建的场地是否合理，又要反思自己的编程设计能否解决问题，这对学生提高分析能力、巩固知识很有帮助。
　　2.采用简易材料制作小型活动场地。例如杭州留下镇中心小学“机器人小导游”项目中，设计的情境是由机器人带领游客浏览一到两个景点。我们直接在地面上贴上三块不同颜色的圆形贴纸，纸上写着地名作为旅游景点。学生调整好的机器人在该场地上由第一个圆进入到第二个圆，停顿数秒后再转入第三个圆，效果非常好。同理，根据机器人任务的不同，我们可以相应使用塑料、卡纸、瓶罐等材料，直接在纸上或地面上制作出简易的小型活动场地，满足课堂教学需要，实现低成本高效率。
　　3.标准比赛场地。由专业人员制作一些木制比赛场地，这些场地的材料较好，制作比较精细，可以用作课堂教学中的比赛及专业竞赛。可以制作一些国内或省内常规比赛必用的一些场地或典型项目的场地，如机器人迷宫场地、机器人灭火场地、机器人足球场地等，这些场地不仅可以用于教学，也可以作赛前调试用，实用价值比较大。
　　总之，在机器人活动场地问题上，我们的经验是“根据学校实际，逐步到位；老师和学生共同设计制作；因地制宜，灵活实施”，从而以较低的代价取得了满意的课堂效果。
　　
　　学校开展智能机器人活动的条件
　　
　　2003年浙江省教育厅教研室开展了机器人进课堂的课题，参与的学校非常踊跃，在2004年6月进行了结题报告会，不仅有学校的机器人公开课，也有课题参与老师的结题报告。在课题开展过程中，大家一致认为机器人一定能进入课堂，但实现起来也不是一件容易的事，需要教育行政部门及学校的努力。要使机器人尽早进入课堂，还要取决于下列因素。
　　1.行政限制：机器人教学内容有没有在正式的教材中出现，上级教育行政部门有没有把配备机器人实验室作为一个学校现代教育技术的配备标准来考核。
　　2.观念迟滞：学校领导有没有认识到机器人教学对中小学学生信息素养培养的巨大作用，有没有看到机器人教学的巨大前景。
　　3.资金制约：机器人虽然能迈入学校、走进课堂，但由于总体配置价格比较高，因此不可能作为一个儿童玩具一样在学生中推广开来。当然，和学校投入现代教育技术上所花的钱相比，机器人教学的设备投入其实还是很小的。
　　智能机器人的出现，给中小学的信息技术教学带来了一个更宽广的领域，值得有条件的学校去发现、去挖掘。
　　我们深知当今的教育是为今后经济和社会发展打基础的，所以人才培养的滞后性时刻提醒我们要有超前意识，特别是在内容的选择上一定要有超前意识。我国的智能机器人教育刚刚起步，智能机器人教育的发展需要有胆识的教育决策者、教育领导者和教育工作者的共同关注，从未来社会对人才培养的需求出发，我们希望能够抓住这一教育改革创新的先机，推进我国素质教育的可操作性实践发展，使教育方法和教育手段更加符合高素质人才培养的需要，让我国智能机器人教育走在世界的前列。