探索乐高机器人对中学生信息素养的培养

2013-10-29刘欣

机器人技术与应用 2013年4期

刘欣

（重庆市29中学,重庆，400010）

“科技发展是第一生产力”，中国的近代史告诉我们“落后就要挨打”这一真理，所以，身为教师应注重对学生的科技教育，“只有少年强，才使国家强”。为此，我们学校开展了各式各样的科普教育和智能机器人教学活动，利用乐高智能机器人培养青少年对科学的兴趣和爱好,提高学生的信息素养，在全市和全国比赛中也获得了较满意的成绩。

一、信息素养的基本内涵

信息素养的本质是全球信息化需要人们具备的一种基本能力，信息素养这一概念是信息产业协会主席保罗·泽考斯基于1974年在美国提出的，它包括能够判断什么时候需要信息，并且懂得如何去获取信息，如何去评价和有效利用所需的信息。随着时代的发展进步，信息素养是现代社会人们所必须具备的基本素质，越来越受到社会的关注和重视。

高中新课改提出教学总体目标就是要提高学生的信息素养，乐高智能机器人教学活动，以其在培养学生动手、动脑、协作能力、激发学生开放式思维等方面的优势，让学生在轻松愉快的学习环境中提高信息素养，在培养学生的信息素养中处在重要的地位。在智能机器人教学中, 信息素养培养的内容可概括为四个方面, 见图1。

图1 信息素养内容

二、乐高机器人教学

智能机器人引入课堂教学，不仅有利于教育教学的发展，有利于我们探索教育改革和人才培养的新途径、新方法，还为我们实施信息素养提供了一个可操作性的实践平台。我校根据素质教育和国家教育的总体要求，从2007年开始，陆续引进100套乐高智能机器人，对中学生开展了机器人教育活动，取得了良好的效果。在近五年的教学实践和探索中，笔者逐渐对机器人课堂教学积累了一定的经验和认识。

(一)在教学过程中体现出“以人为本”理念

新课程的核心理念是“一切为了每一位学生的发展”，机器人教学过程成为学生一种愉悦的情绪行为和积极的情感体验，实现了孔子“知之者莫如好之者，好之者莫如乐之者”的“人本主义”教育理念。

1. 充分利用青少年爱玩的特性

爱玩是青少年的天性，更是青少年成长过程中的一大特点。根据国外先进的教学理念，积木式的结构是最能启发和吸引青少年的工具之一。我校的乐高机器人教学充分给学生提供无限的创意空间，让学生在学学做做和玩玩乐乐中，不知不觉地受到熏陶和感染。这样，通过“玩”的形式，教师多方位地综合运用已有的知识培养学生的特性能力。机器人积木见图2、图3。

图2 机器人积木

2. 充分利用青少年的好奇心

爱因斯坦曾说：“人类的发展和进步，就是源于好奇心”。好奇心是每个青少年与生俱来的天性，对好奇心的不同处理方式体现了人的差异性。

在机器人教学活动中，教师总是不断增加新的亮点以拓展学生的科学素质，同时为了鼓励学生的好奇心和探索愿望，教师以指导者的身份出现，引导学生自己找出答案，若是告诉他们答案，也应当同时告诉他们“为什么”。如果在告诉学生答案和讲道理的过程中，学生不是只点头，而是不服气地不停地问“为什么”，那就更好了，表明机器人教学充分调动了学生的好奇心。机器人教学平台见图4。

图3 积木搭出的六脚机器人

图4 广泛的教学平台

3. 充分利用青少年的好胜心

在机器人教学活动中，一般采用以活动引导教学的模式，教师经常向学生提出明确的活动目标，让他们经过自己努力去达到。这个目标不能太高，必须是经过自己一番努力能够达到的。然后，让学生自己动手，直到做好为止。当学生完成任务，达到了目标后，就及时予以表扬，让他们获得成功体验；同时，激励学生解决新问题，敢于竞争，争取优胜成绩，激励不甘心落后于人的好胜心。在教学过程中完成一项任务会失败、犯错误，这是允许的，这对解除学生面对失败的恐惧心理、培养好胜心是极为有利的。

(二)培养学生信息素养的教学模式

1. 以任务为驱动的教学模式

任务驱动模式就是在教学中,学生知识和技能的获取以完成“任务” 为主，考虑学生在学习能力上的个体差异,通过任务的完成, 培养学生学会从多角度提出问题、解决问题的能力。

在教学环节中，老师主要采用以任务为驱动的教学方式，设计形式多样的任务，让学生在做中学，通过一系列任务的解决来进行学习。例如，设计《智能汽车》的主题，因为交通事故而造成人员伤亡和经济损失：全国1992年共发生道路交通事故77万多起，造成109381人死亡，56万多人受伤，直接经济损失超过33亿元，学生对于这些数字惊叹不已。于是老师问：“目前随着社会的进步、汽车的普及，交通事故的发生将会更加频繁。同学们，假如现在让你来设计汽车，你会做哪些改进？”不少同学都建议说：“如果在汽车前方加上红外线检测装置，当检测到前方有物体时就自动减速或者刹车，这样就可以减少甚至避免交通事故的发生。”于是这节课的任务就是在老师的引导下，学生以小组为单位进行问题的分析与讨论，确定出一套完整的解决方案，改进红外装置并编程实现汽车的自动减速或自动刹车功能。这样，在设计、搭建、编程和调试等一系列过程中，学生不但能够学到很多知识，还能勇于挑战困难、增强自信心和创造力。任务驱动模式流程图见图5，图6是同学们在做中学。

图5 任务驱动模式流程图

图6 “做中学” 教学图

2. 培养团队合作的模式

团队合作模式主要是在科技试验活动中, 在小组之间、班与班之间来开展，其目的是提高学生组织能力和管理能力、落实能力。

乐高机器人教学，符合当前现代的研究性、创新性教育理念，采用分组分工合作的形式展开机器人课堂教学，学生学习主要采用合作学习的方式。在小组研究讨论之后，学生从教师处领取机器人，分工开始拼装、编程、下载、调试。

在机器人教学中减少对学生学习过程的干预和控制，让学生自主设计、自我控制，将教学以教师为中心转变为以学生为中心，师生之间、生生之间真心诚意地进行交往与交流，在融洽和谐的气氛中合作完成教学任务。如当学生的思维活动和结论超出教师所设计的轨道时，教师要善于鼓励学生大胆质疑，这有利于培养学生合作意识。例如《灭火机器人》主题，有学生提出了与教师截然不同的见解，认为灭火机器人刚开始行走误差较小，启动这段路可采用“直冲”。老师没有简单地否定，而是引导学生在灭火场地上演示可能出现的不同细节，最终学生得出结论：其方案可行但失误概率较大，这样学生的认知水平会收到良好的效果，既保护了学生学习的积极性，促其创新思维处于活跃状态，又帮助学生树立了合作的意识和信心。团队合作及模式流程图见图7、图8。

3. 培养潜能激发学生创新模式

培养具有创新能力的人，是时代赋予教育的职责。事实证明，机器人教学是培养学生的创新能力的一个优秀载体，通过教学提问、评价和总结，引导学生积极思考，提出解决问题的新方法，从而提升学生创新能力。

在教学中的具体做法是：