北京景山学校机器人普及性教学的发展脉络

编者按：在科技发展日新月异的今天，信息技术教学已经远离了开、关机还需要反复讲解的时代，三岁孩童熟练地摆弄着iPad已非奇事。自策划了“Scratch来了”这一专题之后，编辑深刻感受到研究程序语言的老师的可爱，他们的执着、他们的探索，使得程序教学不再那么枯燥，焕发出勃勃生机。因此，杂志特别策划了这一专栏，将陆续刊发一些程序教学领域有代表性的教学实践。也期待更多老师投身到程序教学中去，通过自身的践行，推动程序教学的复兴。

机器人教学基本上可以分为程序设计和结构搭建两部分，因此机器人是程序教学的一个有效的教学载体。所以，本文将以景山学校十余年的教学研究为切入点，从一个侧面反映程序教学在机器人普及教学中的发展历程。

2000年5月，学校率先派教师参加了智能机器人的培训，随后开始在学生中开展智能机器人的科技活动，我们就将机器人作为信息技术理想的教学工具来使用。由于信息技术包含感测和控制技术，但是传统的计算机并不能涵盖感测与控制技术的学习内容，因此机器人的出现，有力地填补了这方面的空白。机器人可以是很好的程序教学的平台，在景山学校，机器人的教学一直是以大班教学为主，课外活动为辅，图1是2002年的机器人大班授课的场景。

总的来说，景山学校的机器人普及课程经历了普及实验、课程探索、深化教学、模式创生四个阶段，现在重新梳理这几个阶段，或许对今后政策的制定具有一定的借鉴意义。

● 普及实验

2000年开始，沙有威老师开始在学校的计算机爱好者协会中创办机器人协会，并且开展了一系列的机器人教学的普及实验（见下页表1）。

2003年10月，学校经过三年的实验完成了《在中小学校开展智能机器人的普及教育》的课题实验，为实现“从北京景山学校毕业的学生都要接受过智能机器人教育”的实验目标打下了坚实的基础，经过近三年的实践和研究，在2003年结题时基本上完成了预期的研究目标，在有些问题的研究上还超出了预期的目标，取得了卓越的研究成果。

结题报告指出要以前瞻性理念看待信息技术教育的发展、要处理好信息技术教育与智能机器人课程的关系，今后应该将普及智能机器人的教育纳入学校教育实验，将智能机器人普及教育实践作为主要的研究内容，在学生科技活动、课程的教材、市区级的研究课等多个平台推动机器人教育教学的发展。后文的参考文献列出了这期间北京景山学校教师撰写的智能机器人教育论文，阐述了彼时对中小学智能机器人教育的基本观点和认识。在完成了第一阶段教学实验之后，2003年新学期一开始，我们的研究进入到了新的阶段——教材探索。

● 课程探索

沿着以校本研究促进课程建设的思路，在完成《在中小学校开展智能机器人的普及教育》课题之后，我们开始了《信息技术教育中的智能机器人课程的研究与实验》项目，试图将信息技术中应用信息技术教学的课程模式和教材资源做细做实（见表2）。

2008年，我们通过教学实验完成了小学高年级、初中和高中的机器人普及教材的课程建设，两本教材正式出版，其中清华大学出版社出版的初中三年级下册教材，选用VJC仿真版作为教学软件，以仿真机器人完成模拟的走迷宫、灭火任务为核心内容，结合了当时机器人比赛的教学需求，这个讲法，成为这一阶段主要的机器人普及课程的授课模式，在全国信息技术教学比赛和各种公开课中都曾多次出现。接下来，我们围绕着高中研究性学习和人工智能模块，展开了对机器人教学的深入方式的研究，既然学生在小学和初中已经接受了机器人的基础知识的学习，到了高中，机器人的教学就应该是深化。从2007年7月到2012年2月，我们以高中人工智能模块课程的建设为突破口，探索了机器人深化教学的多种模式。这种模式的核心是用机器人作为提升学生编程水平和培养算法思维的思路。

● 课程深化

从2007年开始，吴俊杰老师逐步接手机器人课程。吴老师是北京较早讲授高中人工智能选修模块的教师，加之其物理学的背景，更使其教学侧重于机器人的原理和算法层次的讲解，试图藉由人工智能的教学来深化高中机器人教学。

在算法层面上，我们立足于地图出版社的人工智能教材，将其中的搜索、递归、模式识别的算法和机器人课程结合起来，李卓老师的公开课《人工智能初步》和吴俊杰老师的公开课《蚁群算法在路径规划中的应用》在当时人工智能教学界都产生了较大的影响。

此外，将机器人作为科学实验的仪器也是这个阶段的一个亮点。自沙有威老师2000年接触机器人教育之始，沙老师就注意到国外有机器人用于科学实验的教学案例，如测定一个单摆的周期等实验。从2009年开始，我们在六年级开设了数字科学课程，将机器人作为感测设备来研究科学问题。

最后，在教授机器人的过程中，我们已经不满足于使用某家机器人公司的产品，而开始与机器人公司合作开发适合于信息技术教学的机器人硬件。2008年7月，学校与北京博雅创世科技有限公司开发的VB带线机器人获得全国科技创新大赛辅导员发明项目一等奖，接下来我们陆续和教育部教学仪器研究所、上海未来伙伴机器人有限公司、美国国家仪器（NI）有限公司、乐高公司建立了硬件测试与研发的项目，让研究型教师的创造性劳动深入到机器人产品的开发和教程制作的过程中来，借公司的力量推动学校的课程和教学理念。

这个阶段结束于吴俊杰老师于2011年1月至2012年2月在《教学仪器与实验》发表的乐动Scratch互动教学平台应用于研究的系列文章，这些文章确定了智能机器人设备作为感测与控制技术实验仪器的基本思路，确定了机器人普及教学课程深化的主要方向。

● 模式创生

从2012年3月开始，信息技术教研组开展了新一轮的机器人课程实验，依托教研组的校本课题《基于工程艺术和研究的技术学习的理论和课程研究》，我们将机器人课程定位为程序课程的教学辅助装置、感测与控制技术的教学仪器，创意艺术类课程的辅助工具，STEM综合课程的有力载体，将机器人渗透到信息技术教学的各个方面，期望能够形成覆盖信息技术全学段的机器人作为一种教学仪器出现的课程体系。

1.机器人与程序教学

学校是国内较早开展Scratch语言教学的学校，Scratch支持的wedo马达和传感器板都是比较好的程序教学的辅助装置。

2.感测与控制技术

机器人是感测与控制技术的主要教学仪器，感测与控制技术的基本课程结构，是通过感测技术掌握信息技术的基本概念和程序编写的一般思路，通过多种应用情境来学习控制技术（见表3）。在感测与控制技术当中，机器人被当作重要的教学仪器。

在这一课程中，第一单元前4课针对编程零起点的学生补充了程序设计的基本知识，随后的内容采用信息技术实验的思路，分三个单元将感测技术、一个单元将控制技术及机器人作为教学仪器使用，我们还为此专门研发了带马达的Scratch传感器板——乐动板，用于普及教学，考虑到部分地区使用硬件教学的成本问题和学生回家完成作业的问题，我们还开发了乐动板的仿真环境（如图2），相关课程将会在教育创客上开源。目前，计算机已经进入了普及阶段，不但学校中有机房，大部分学生家中也有计算机，在这种情况下，如何推动机器人课程的深入开展，学校做了大量的工作，这种工作将会以“数字景山网络联盟”等多种形式向全国辐射。

回顾学校机器人课程开展的历程，我们发现，作为“三个面向”的发源地，中国最早开设计算机课程的学校——北京景山学校信息技术教研组的全体教师从一线教学出发，从机器人的普及课程的教材、课程、教法等多个角度做了十余年踏踏实实的工作。前人栽树、后人乘凉，作为中国最早的一批在中学讲授机器人的老师，沙有威老师于2012年又开始了自驾游义务推广机器人的支教行动，可谓老骥伏枥，志在千里。而作为信息技术类课程的桥头堡，机器人课程的研究还需要深入，需从感测与控制技术的角度将机器人课程体系化，进而提升信息技术学科的学科地位。

参考文献：

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[3]智能机器人课程与程序设计教学[EB/OL].[2002-03-17].http：//blog.sina.com.cn/s/blog_3efe52770100b18x.

[4]中小学信息技术教育的新载体——智能机器人[EB/OL].[2002-06-25].http：//blog.sina.com.cn/s/blog_3efe52770100b18z.html

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[6]北京景山学校开展智能机器人普及教育试验的建议[EB/OL].[2001-04].http：//www.bjjsschool.net/xxyd/JQR/lunwen/05lunwen.html.

[7]初中机器人教学系统设计纲要[EB/OL].[2003-02].http：//blog.sina.com.cn/s/blog_3efe52770100b19v.html.

[8]初中机器人学习园地[EB/OL].[2003-02-05].http：//www.bjjsschool.net/xxyd/JQR/CHZHJC/chzhjc-index.html.

[9]机器人研究性学习的教学系统设计纲要[EB/OL].[2003-09].http：//blog.sina.com.cn/s/blog_3efe52770100b19v.html.

[10]边学边做智能机器人学习园地[EB/OL].[2003-09].http：//www.bjjsschool.net/xxyd/JQR/XMJJ/bxbz-index.html.

[11]在中小学校开展智能机器人的普及教育[EB/OL].[2003-10].http：//www.bjjsschool.net/xxyd/JQR/lunwen/10lunwen.html .

[12]数字景山网络联盟[EB/OL].http：//wm.szjs.org/

[13]教育创客[EB/OL].http：//www.edumaker.org