运用机器人进课堂 培养学生综合素质

张 毅，张忠钦

(1.山东省青州市海岱学校;2.山东省青州市教育局，山东 青州 262500)

按照国家中长期教育改革和发展规划纲要 (2010－2020年)对教育信息化建设和青少年科学养成教育的要求:在中小学进行普及机器人文化的探索，开发机器人文化所蕴涵的丰富的教育资源，发掘机器人文化的教育功能和教育价值，对促进教育的创新和发展，提高中小学生综合素质，加快创新型人才的培养，具有重要的现实意义和深远的历史意义。在课堂教学中，围绕素质教育的要求，让机器人走进课堂，通过机器人教学提高学生的综合素质方面进行探索和研究具有深远的意义。

一、让机器人课堂启迪学生思维与想象的空间

机器人教育是学校开展科技教育的有效途径。兴趣是创新探索的动力，每一个学生在学习探索上的差别，主要是个性和兴趣的差别。如果学生具有浓厚的学习兴趣，探求知识便会成为一种自觉的行为和乐趣。机器人项目是极富挑战性的新技术，对于好奇心强、具有强烈求知欲望的中小学生而言，通过机器人教学，学生会对机器人技术和文化产生浓厚的探索兴趣，而且会将这种兴趣逐步扩展到对其它科技知识的探索中去。

在机器人教学过程中，首先要注重培养学生对机器人的兴趣和爱好，让学生在学习中体验快乐。上课时，留给学生足够的想象空间，给他们提供开发思维的平台。例如:在教学“认识机器人零件”一课时，由于是第一次接触机器人，学生们表现出前所未有的兴奋，上课一开始，教室里已是一片欢呼吵闹声。学生们兴高采烈，跃跃欲试，纷纷开始“欣赏”机器人零件。面对这个局面，如果按照上课的常规，首先整顿课堂纪律，就会破坏了学生对机器人的好奇神秘感，而学生此时跃跃欲试的心情，正是培养他们机器人学习兴趣最好的时机。在这种高涨的情绪下学习，教学效果必然会大有提高。于是教师布置了第一个学习任务:“同学们这么喜欢机器人，首先让我们给它的每一个零件取个名字吧，把它写在纸上，看谁起得最多且最有创意。”任务布置以后，学生从无秩序的乱翻机器人零件，马上转变成有意识地为它们取恰如其分的名字了。一番议论之后，富有创意的零件名字就纷纷诞生了，如“条子、块子、轮子、牙齿、拉手”等，然后通过大家交流，统一意见，再结合机器人教材，同学们为机器人的零部件起了易懂易记的名字。接着又布置第二个学习任务:“根据刚才同学们起的名字，请你们为这些零件分类，看看每一类零件有什么异同之处。”学生们认真地整理杂乱无章的零件，仔细的区别和分类，互相讨论零件的种类和具有的特点。在总结时，让学生解决“谁能帮我找到四个乐高机器人的条子?”、“这两种插销除了颜色不一样，还会有什么不同之处，为什么要制造一样的零件?”等问题，课堂学习气氛异常热烈，学生在“玩”中玩出了精彩，掌握了知识，教学任务完成的非常顺利。学生张燕说:“在机器人教室，我觉得一直处于高度兴奋状态，而且发现课上得特别快，一节课不知不觉就过去了。”学生李志凯说:“我最喜欢上机器人课了，我们自己想、自己做，同学们都感觉到了巨大的快乐。”同学们常为自己取得的成功而欢呼，也为别人的进步而鼓掌，机器人教室成了求知、探索的课堂。

为了让学生能够持久地保持对机器人课程的热情，要特别注重激发学生自身的学习动力，让学生真正成为课堂学习的主人。采用任务驱动的方法，让学生明确学习任务，带着任务去看书、查阅资料、研究实物，最后自己找到方法和结论。一开始学生不习惯这种方法，总是等着老师把各种方法讲给他们听。教师把学习任务和目标交待给他们，让他们自己去探索和讨论。他们发现在机器人课上等答案是不可能的，只有自己发挥想象力去思考，动手去实践才是正确的选择。于是自主学习的习惯便在无形中养成了。当学生对于自己的思路不是很自信时，老师一般不会轻易否决他们的方案，而是让他们再想想、再试试。有一次布置了利用机器人爬楼梯的项目，老师没有介绍一共有多少种思路和方法，让学生自己去研究解决。同学们八仙过海，设计出了许多方法，有些方法教材上也没有，甚至连老师都没有想到。

在机器人课堂中，把研究和探索的空间留给学生，让学生自己去判断对与错，不同的学生探索问题与解决问题的过程和方法尽管不同，但恰恰是这些不同培养了学生的创新能力。机器人走进课堂，教师扮演了引领者的角色，引导学生的思维与想象，充分发挥学生参与的主动性与积极性，不仅能使学生对机器人产生浓厚的兴趣，而且激发了学生对科技知识的探求欲望，对学生以后的学习志向会起到潜移默化的作用。

二、让机器人课堂成为培养学生科技创新能力的平台

智能机器人是一门具有综合性、前瞻性、创新性和实践性的信息技术学科，是科学技术发展的前沿。运用机器人教学，通过充分的自主体验，可以培养和提高学生的手脑协调能力、思维创造能力、团体协作能力。

按照机器人课程的要求，创造性地组织学生在机器人课堂上进行自主实践体验，是开展机器人课堂教学的关键。为此，应设计灵活多样的机器人教学形式，根据机器人教学内容，选择不同的地点上课。例如在机器人实验室、计算机机房、室外走廊、学校操场等地方，进行灭火、足球、创意、障碍赛等各种机器人教学和比赛。由于机器人课不再局限于教室，而是穿梭在走廊、实验室、机房等地方，开放式的机器人教学带来了意想不到的效果。惊喜的笑声、热烈的讨论、专心的思考、反复的探索，整个机器人课堂活了。与此同时，笔者专门开展了智能机器人研究性学习活动。从各个班中挑选思维能力和创新能力强的学生，组成机器人研究学习小组，利用课余、周末、假期等时间，开展深层次的机器人学习和课题研究。同学们在反复调试的过程中，更加熟悉了机器人的性能和结构，摸索出了编程解决问题的实用技巧。

灵活多样的机器人教学形式，让学生在愉快的环境中既掌握了知识，又养成了科技探索的能力，机器人走进课堂成为学生创新能力培养的有效载体。

目前机器人技术已融入到社会生活的各个角落，学生在学习和生活中会不同程度地接触到机器人技术。让学生充分体会到机器人技术与社会进步发展的重要关系，培养和提高学生的科学素养，是机器人教学的一项重要任务。在学生基本掌握机器人的性能之后，教师适当布置了一些学习任务，让学生观察学校、家庭、社会各个场所的机器人应用技术，并写出观察记录和研究报告。对于能力强并有条件的学生，让他们在自己家里用电脑独立编程，回学校后再调试。同学们通过认真的观察，上网搜寻资料，认识到工农业生产和人们的衣食住行中都应用了大量的机器人技术，许多同学认真写出了调查报告。马永刚同学通过观察探索，自己组建了一个可以跳舞的机器人，参加了潍坊市中小学生科技节和机器人创意大赛，获得了最佳创意奖。很多学生设计了很好的机器人创意，参加了县市组织的科技创新大赛。机器人为学生们提供了这样一个平台，他们的创造思维和科学素养得到了充分发展和提高。

三、让机器人课堂培养学生实事求是的科学态度

机器人课不仅能够培养学生的科技创新能力，而且在不断的体验中培养了学生实事求是的科学态度。

在机器人教室，笔者经常与同学们一起蹲在地上探讨有关机器人的具体问题，各抒己见，气氛非常活跃，有时会争论的脸红脖子粗。一次在讨论机器人为什么不能走直线的问题时，同学们对问题是出在机械搭建还是马达功率的问题上分歧很大。机器人走直线是完成其他任务的基础，只有走直线，机器人才会在可预料的情况下运行。我觉得这些问题只有让事实说话，答案才最可信，于是说:“问题到底是出在哪里呢?是机械搭建还是马达输出功率?让我们一起来实践和讨论吧。”学生分成了两组，针对问题进行研究。经过试验，结果发现两个因素对机器人走直线都会产生影响。诸如此类的问题，同学们在不断地争论、不断地实践、不断地被事实验证的过程中，形成了一种细心、求实、一丝不苟的科学态度。

[1]国家中长期教育改革和发展规划纲要 (2010－2020年)[Z].[2012－10－14].http://www.gov.cn/jrzg/2010－07/29/content_1667143.htm.

[2]毕树生，宗光华.微操作机器人系统的研究开发[J].中国机械工程，1999，(9).

[3]智能机器人学习在信息技术教学中的实践与探索[EB/OL].[2012－07 －12].http://www.hsyz.org.cn/xxzx/article.php?id=55.