对小学机器人教育的探索

王俊卿

“机器人教育要求学生要在对机器人的搭建和编程中学会创造性地思考问题，培养学生动手实践能力。”［1］我国的机器人教育在取得许多成绩的同时也存在一些问题，通过思考和分析，提出一些建议和解决策略，希望能为小学机器人教育的顺利开展提供帮助。

一、机器人教育中存在的问题

我国学校众多，机器人教育的发展参差不齐，存在的问题有:

第一，学校和社会对机器人比赛的重视度远远高于机器人教育本身。过分看重机器人比赛成绩，将比赛成绩看得高于一切。机器人比赛的初衷是通过举办机器人比赛激发学生的学习兴趣，调动学生的学习热情，从而锻炼动手能力，提高创新能力和培养创新精神。然而，当大家把比赛成绩看得高于一切时，机器人比赛也就失去了它本身的意义。赛场上精彩的较量应该是学生创新能力的体现，不能让学生成为比赛的工具，竞赛的目的在于培养学生的科学素养。

第二，大家对机器人教育比较关注，但是依然将学生的主科学习成绩看成重中之重。虽然部分学生家长已经意识到不能让学生死读书，意识到课外活动对于拓展学生视野的重要性，但是，当对学习与课外活动进行选择时，往往还是会选择前者。对学生进行机器人教育、训练的时间少之又少，学生不能参加实践，还谈什么创新能力的培养?

第三，机器人教育没有融入正规的教育体系。机器人教育需要大笔的资金投入，不是所有的学校都能给予财力支持。在师资方面，现在的小学里一般没有专职从事机器人教学的教师，教学内容、教法全靠教师自己钻研、探索。

二、对机器人教育的探讨

机器人教育给学生提供了一个充分发挥想象力和解决问题的空间，在培养学生的学习兴趣和创新能力方面展现出其独有的特性，有助于培养学生的动手实践能力、创新思维能力、综合应用能力和团结协作能力，为培养创新型人才、推进素质教育开辟了新途径。在开展机器人教育过程中应注意以下几点:

(一)提高认识，转变观念

虽然机器人教育在不少学校都已经展开，但是，很多学校都把机器人教育作为课外兴趣小组的活动内容，或者只为参赛而设立，实际上机器人教育并没有得到真正的普及。因此，机器人教育的发展需要教育主管部门和学校给予充分的关注、协调和引导。同时，教师要转变观念，要把机器人教育当成是常规课程，在具体研究机器人教学时，可以采用新课程评价标准的三维目标来确定机器人教育的价值和意义，让每个教师都认识到，机器人教育的引入，给学生带来更宽广的发展平台，这是其他课程无法替代的。

(二)加强场地建设和对兴趣小组的培养

为了推进机器人教育的发展，学校可以根据具体情况建立机器人实验室，或者直接利用现有的电脑室来开展机器人课程。学校要重视机器人教育的发展，配备相应的设备，为开展机器人教学提供条件。为了在全校范围内普及机器人教育，让更多的学生掌握机器人技术，除了开展正常的教学外，还可以开设校本课程，成立课外兴趣小组，通过多种途径，形成全校学生学习机器人的热潮，让每个学生对机器人不再陌生。选拔一批对机器人感兴趣、学习能力及动手能力强的学生，组成机器人培优班。通过开展机器人教育活动，激起学生对科技的兴趣，多动手、多动脑，培养他们的动手实践能力和科技创新能力，推动机器人教育的发展。

(三)优化教学内容，加强课程建设

机器人教育应该与当前的基础教育课程改革相结合，机器人教育在学校的开展离不开课程的支持。在已开展机器人教育的学校中，大部分学校都是为了参赛而开课，使用的教材也不够规范，没有全国统一的课程标准，缺少课程与教学专家的参与和指导，教学缺乏系统性和科学性。同时，很多学校的机器人教学根本无法保证课时数，有时候利用课外时间进行。因此，为了加快机器人教育发展，应开设机器人课程及机器人校本课程，让机器人教学与其他学科一样，安排一定的课时数，配备专门的教室和设备，使用统一的教材，拥有统一的课程标准，在教学内容上进行整合和优化，从而促进机器人课程建设。

开展形式。目前，绝大多数学校开展机器人教育多借助兴趣小组的形式，实行的是一种小班教学模式，优势在于辅导教师能够全面地照顾到参与学习的每一位学生。就目前学校条件而言，兴趣小组是最佳的教育形式，它能在保证师生充分交流的前提下，促进学生创造思维的发展。

学习内容。目前，机器人项目主要包含FTC、BOTBALL、ROBORAVE、FLL 工程挑战赛、WRO、机器人搬运、机器人创意赛、多变彩虹灯、计时交通灯等，涉及到高中、初中、小学各个学段。小学阶段主要涵盖FLL工程挑战赛、机器人创意赛、多变彩虹灯等，其中创意机器人项目是普及类的机器人科技种类，其操作简易，成本相对较低，是适合各学校开展的种类。创意机器人项目可以提供丰富的材料，让学生来开发自己的创造性思维，完成所提供材料的组装。要注意的是该项目并不提供操作说明，这就意味着学生的组装成果会是多种多样的，只要按要求完成最终的操作任务即可。这类开放性较强的学习内容，更有益于培养学生的创造性思维。

(四)提升教师的专业化水平

“由于信息技术推陈出新，机器人教育也与时俱进，这就要求从事机器人教学的教师的教育观念和技术都要紧跟信息时代的节奏变化，充分挖掘学生的聪明才智，积极引导学生开展活动，开拓学生的创新思维来获取新的知识。”［2］机器人教育的发展离不开机器人教师的发展，要完成和实现机器人教育的教学目标，教机器人课的教师必须具有精深的专业知识，这是开展机器人教育的有力保障。但是，在很多学校，教机器人课的教师都是由信息技术或通用技术教师来兼任的，因此，提升教师的专业化水平成为当务之急。国家应该在师范院校设立相应的机器人教育专业，培养与中小学对口的机器人课程教师，才能更好地推动未来机器人教育的发展。目前的兼课教师可以通过参加各级组织的机器人课程培训、到其他学校参访等方式，提高自己的教学水平，积累经验。我校的做法是首先坚持集体备课，其次在教学时采取助教制，即由两个教师一起上课，一位在台上讲课，一位在下面协助教学，以便及时发现学生在学习中遇到的问题。特别是在搭建机器人的过程中，既能及时解决学生的困难，也能较好地管理机器人器材。同时，为了调动学生的学习积极性，我们精心设计每一节课的教学任务，让每一个学生都能参与到课堂中来，让他们都能够乐于动手，从而培养学生学习的兴趣，更好地推动了学校机器人教育的发展。

三、在机器人教育实践中培养创新能力

在小学阶段进行机器人教育，既满足了学生浓厚的兴趣，激发出学生的积极性，又拓展了课本知识，培养了学生的创造性思维。我们做了以下探索:

(一)激发兴趣，创新思维

兴趣是学生学习的首要因素，因此在机器人教育的初始阶段，教学的侧重点便放在了激发与培养兴趣方面。在选择学生时，应先将机器人创意赛的相关规则向学生讲解明白，然后把相关器材呈现在学生面前，让学生思考如下几个问题:看到这些器材，你的第一感觉如何?你对哪些器材最感兴趣?挑选出你最感兴趣的器材，说一说你打算用它们做什么?学生经过一系列的思考，在锻炼了创造思维能力的同时，教师也能从中了解学生的基本素养，以便进一步筛选，保证机器人教育的顺利进行。这样完全开放式的思维训练，诱发学生创造思维的养成，学生根据一堆凌乱的机器人零件，在根本没有组装说明书的情况下，自己去思考需要用到哪些零部件，每一个零部件用到哪个位置，怎样实现每一个零部件的作用，这样的思维过程对学生创造力的锻炼尤其有效。

(二)手脑结合，创新实践

对于小学生而言，过多的理论知识学习并没有太多的用处，反而会加重学习负担，学习效果当然也就不理想。机器人教育重在动手实践，注重学生动手能力的锻炼，让学生在自主操作过程中习得新知。在开展机器人教育的过程中，秉承手脑结合的原则，鼓励学生多思考，并把自己的想法借助双手表现出来。对于相关的器材，学生首先思考这样的器材能做什么，它可以跟哪一类器材搭配起来使用，还可以增加哪些自备的器材(比如主题是环保，那么自备的一些易拉罐能否用得上)。脑子想到，手就要去操作，去验证自己的想法是成功还是失败。手脑结合，不断地去思考、尝试、修改。这样一个思考、尝试、再思考、再尝试的过程，其实质就是一个培养创新思维的实践过程。

(三)合作探究，创新成果

在小学生机器人教育过程中，合作学习可以起到很好的效果。结合机器人教育本身的特点，一定要让所有的学生都参与到学习活动中去，学习的整个过程尽可能交给学生，使学生有充足的空间去发挥，为学生创设良好的合作学习环境。教师在这个过程中充当学习辅导者、组织者、学习伙伴，对学生的合作学习给予必要的引导。在创意机器人辅导过程中，笔者提前为学生营造了良好的合作学习环境，把学生按照个性特征分成两组，先由各组分别进行学习，然后两组学生各选一名代表阐述本组的创意之处，最后将两大组重新整合为一组，对之前的创意加以整合、完善，共同完成最终的学习成果。这样做的目的在于让每一位学生都参与活动，避免因小组中人数偏多造成合作学习效果的偏失。在制作机器人的过程中，每一位成员都积极思考，及时融入大家的创新之中，由此最终呈现出来的成果也必定集众人之所想、为众人所满意。在合作探究学习的环境下，学生顺利地完成了机器人制作，创造出可喜的成果。

(四)运用网络，创新课堂

在教学活动中，课堂设计至关重要。我认为，优秀的课堂设计应该是课堂气氛活泼、内容丰富，能极大地吸引学生的注意力，开发学生的潜能，锻炼学生的交际能力并培养团队精神，而网络在这一过程中能起到极大的促进作用。具体做法是:

“用课本”而不照搬课本。在任何教学活动中，课本都是必不可少的。智能机器人教育作为小学教育的一个新兴载体，它不仅充实了传统课本教学的内容，也使我们对小学传统课本教学有了一个新的认识，使课本教学更全面地体现了信息技术的内涵。在设计网站时，我们充分利用传统课本的相关知识，通过对机器人的诠释和探究，扩展知识面，将课本的知识细化到课后的机器人制作和竞赛任务的完成过程中，细化到机器人制作过程的每一个原理中，让学生真正将理论和实践联系起来。

利用课本设计课堂任务。小学中高年级的学生具备了一定的电脑知识，他们已懂得思考，喜欢张扬自己的个性，而对获取网络资源的方法却不熟练。因此，我在设计网站时加入了现行游戏中的“闯关”环节，每一关都包含一个学习任务和学习内容以及闯关提示(即操作提示)，学生可以像玩游戏一样在“闯关”过程中学到新的知识。例如，在讲搭建机器人时将课本的练习要求，即搭建舞蹈机器人的任务分成了五个关卡。第一关为搭建机器人头部，第二关为搭建机器人手部和腿部，第三关为组建机器人，第四关为搭建机器人小车，第五关为选用和添加传感器。学习网站里，每一关的网页中都设置“本关任务”、“本关内容”、“闯关秘籍”以及“闯关记录”，最后的学习评价也由学生自评和互评组成。这样既充分调动了学生的学习兴趣，又让学生在游戏式的学习中发挥主动性和自主性，提高了课堂效率。通过这个活动学生不仅学会了机器人搭建的基本方法，而且通过学习网站了解了重心、平衡性等涉及到的科学知识，达到了多学科整合的目的。在动手动脑过程中，在网站中分享知识、交流经验的过程中，学生提高了机器人搭建的技能，享受了分享知识的快乐，培养了创新的意识，养成了分工合作的习惯，增强了团队的凝聚力。

及时指导和评价。在学生完成任务的过程中，因为空间较大，学生相隔较远，教师有时无法及时解答每个学生的问题，这在一定程度上会影响学生的积极性和自信心。为了能够及时、准确地指导学生，我专门在学习网站中设计了留言板，教师和学生可以在留言板中进行交流，指导学生解决问题。这样，教师可以同时和多个学生进行交流，一个学生提出的问题，其他学生看到后也可以思考并且可以提出自己的解决办法，有效地拓宽了学生的思路，增强了学生的学习交流能力。

(五)利用教法，创新管理

良好的课堂管理是上好一堂课的保证。很多教师都会有这样的感受:机器人课程不容易上，因为机器人课程与其他课程有明显的不同，它重在培养学生的动手操作能力、创新意识和创新能力。同时，机器人课堂的随意性也比较大，如机器人的搭建、程序的调试等都要求学生可以自由地走动，这就需要教师要有良好的课堂监控能力，需要学生的很好配合。通过实践和研究，我们认为“四步教学法”适合机器人课堂教学。第一步:学生自主学习，教师个别指导;第二步:学生提出疑惑，教师重点讲解;第三步:小组团结合作，教师巡回指导;第四步:师生总结回顾，进行任务拓展。对于基础较差的学生我们坚持个别辅导，而对于一般的学生我们充分发挥小组的作用，比如:小组长负责机器人器材的保管，每次上课都由小组长分发器材以及回收器材等，如发现问题及时报告老师，以便进行责任追究，还能起到互相监督的作用。而组内成员则通过团结协作来完成本课的任务，这样不仅让每个学生都参与到课堂中来，也加强了课堂的管理。同时，通过“小组合作”，让学生在教师的带动下主动地学习，自主地探究，并且通过讨论、交流等形式，加深每位学生对所学知识的理解，不仅培养了学生的合作学习能力，而且让学生在学习中享受到学习的快乐，同时也实现了良好的课堂管理。

机器人教育的开展有利于学生的全面发展，既巩固、拓展了学生的基本知识，有效地训练了学生的大脑思维，使学生发现问题、分析问题、解决问题的能力得到提升，又提高了学生的动手操作能力。尤其重要的是培养了学生的创新精神，提高了学生的思维创造性。

［1］ 飞丽娟，王跃，张攀峰，李嵬．4C教学法在小学机器人教育中的应用［J］．电子世界，2013(14)．

［2］ 曾庆斌，冯卫强．基于虚实结合的小学机器人教学评价［J］．教育信息技术，2014(9)．