以机器人教学为依托，开展“乐之”教育

【摘 要】机器人技术融合了机械原理、电子传感器、计算机软硬件及人工智能等众多先进技术，为学生能力、素质的培养承载着新的使命。本文从虚拟情境创设、动手实践、团队协作与竞技、创新发明等几个方面阐述机器人教学过程中的“乐之”教育。

【关键词】乐之;虚拟仿真;实践;协作;创新

【中图分类号】G633.67 【文献标识码】A 【文章编号】1005-6009（2015）22-0064-02

【作者简介】薄志国，江苏省句容高级中学（江苏句容，212400）教师。

孔子把学习分为三种境界：“知之”“好之”“乐之”，用“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”对这三种境界的关系进行高度概括，此处的“之”，泛指学问、事业、技艺等。无独有偶，伟大的科学家爱因斯坦也说过，“兴趣是最好的老师”。只有做自己感兴趣的事情才能乐此不疲，但是，兴趣不是天生的，也不是固定不变的。兴趣的产生需要外部条件的引导。古人云“启其蒙而引其趣”就是这个道理。

在当前应试教育占主导地位的教育体系下，学生很难感受到兴趣，更谈不上“乐之”。而我校的机器人创新教育课程在这方面进行了近3年的探索，取得了显著的成绩。

关于机器人课程，发达国家早把它作为培养学生创新能力的重要课程，而在我省现行的中小学课程体系中，还没有正式作为一门学科纳入进来。我校于2012年被确定为江苏省机器人创新教育课程基地，当年9月开始面向全体学生开设机器人课程。在这样一个全新的领域，我校教师大胆创新，以激发学生兴趣、培养动手能力、创新意识为目标，开创性地开设了一系列有着本校特色的机器人课程，使得我校走在了地区乃至全省普通高中机器人教学探索的前列。

一、“乐”在虚拟仿真、情境学习

1.享受浸润感。

依托虚拟平台，面向高一年级开设虚拟机器人课程。我校应用的是IROBOTQ3D虚拟机器人平台，平台通过虚拟现实技术，将机器人教育和设计的各个应用细节进行高度的三维仿真，实现三维世界里的任务场景设计、机器人构建、行为设计、运动模拟和组织评价等功能，为学生创设了逼真的学习情境、类似游戏的操作界面，让学生产生强烈的兴趣。而环境当中各种与生活实际有紧密联系的常用的传感器、控制器、驱动器，能模拟出不同的物理环境和参数，同时表现出真实环境下的运动状态，激发了学生的学习兴趣。图像化流程图式的编程环境降低了编程门槛，让学生很容易就可以完成基本创意，体验到成功的喜悦，这种成就感进一步激发学生“乐”在其中。

2.享受挑战与创意。

虚拟机器人教学从易到难，由简到繁。可以用不同的设计去完成同一个任务。例如在跑道竞速这个任务中，可以模仿汽车、摩托车、火车等来完成任务。这样多变而又充满创意的开放式任务，激励学生不断挑战自我，不断创新去实现自己的目标。野外生存是一个综合性的项目，需要认真分析场景的每一个细节来决定用什么策略完成任务。学生通过灵活应用所学，将所学知识通过这个综合任务连成一串。学生在看到自己制作的机器人按照自己设计的想法运行在虚拟的情境当中，那种成功的喜悦只有身在其中才能体会。

二、“乐”在体验与实践

高一开设虚拟机器人课程，依托虚拟机器人平台可以为高二更好地学习实体机器人打好基础。因为虚拟平台上的各个部件及传感器、控制器和实体机器人相似度很高，甚至在虚拟机器人上也需要模仿实体机器人对各传感器、驱动器等设置端口进行连线，这些都让学生在以后学习实体机器人时对各部件、传感器等都不会感到陌生。

高二年级的开源机器人课程，我们借助了arduino这个开源平台。在这个平台上，理论都是可以体验的，实践的结果是可以马上验证的，最重要的是最终的成果是实实在在的机器人。学生开始在这样的动手实践中找到了快乐，他们看着自己完成的作品爱不释手，甚至下课还不愿离开，主动利用课后时间来完善自己的作品。学生为了解决一个问题，向老师、同学询问，上网查资料，不停修改测试。而最重要的是让这些从小几乎从来没有独立动手的孩子在自己的劳动成果中感到了快乐。从开始的不敢拿电烙铁到最后从容地将各部件焊接在一起，他们在成长中感到快乐。

三、“乐”在团队协作与竞技中

1.享受竞技中的成就感。

在虚拟平台上，学生要自己动手搭建机器人、编写程序然后去完成相应的任务。平台上预置了很多任务，这些任务可以自己完成，也可以和同学一起比赛完成。例如，跑道竞速这个任务就是可以多人同时在同一场景中比赛完成任务。正是有了同场竞技这样的场景设计，学生们经常是早早地来到教室跟其他同学一决高下。在这样“打游戏”式的寓教于乐的学习过程中，自然而然地就掌握了所必需的知识技能。基于这样的平台我们连续三年在校科技文化艺术节上设置了虚拟机器人比赛项目，每一年都吸引了许多学生参加。

2.享受团结协作的快乐。

在开源机器人后半学期的课程中主要是完成一个创意作品，这就需要同一小组成员之间协作完成。例如在循迹小车的制作过程中需要打孔和焊接等操作，这些工作都需要团队成员的配合来完成。除校内的比赛外，每年我校还参加省里的各项机器人比赛。在这样的比赛中更突显团队合作的重要性。像在VEX项目的前期搭建过程中，经常是搭了拆、拆了搭。在拆建过程中需要大家一起想办法找到最合理的一种结构。在灭火比赛项目中，也是多人的闪光点结合在程序中。足球和篮球的比赛则是需要团队之间的完美配合……所以正是在机器人教学活动中有着众多竞争和协作才使得学生感觉到学习其乐无穷。

四、“乐”在灵感与创新

在教学过程中，出现了一批机器人迷，他们不再满足于课堂教学，自发组织起来，组建成机器人科技创新社团，开始用所学的知识去完成他们独特的创意。

项目一：家庭花卉自动浇灌机。利用湿度传感器探测土壤的湿度，达到一定的设定值自动开关小马达抽水灌溉。这个创意解决了家庭外出旅游、植物长时间没有人照看、缺水干死的问题。

项目二：人工湖水质自动检测器。学生看到学校人工湖水变质发臭，综合利用各种传感器，制作了校园水质监测器来提醒校总务部门何时该为人工湖清淤。

项目三：定时开关自动门。我校课程基地位于新盖的艺华楼，而艺华楼一楼大门是自动门，为安全起见，学校每天派人按时开关电源，可是这样既浪费了人力，也给出入大门的老师和学生带来不便，机器人社团活动小组就以此为课题研制了自动门定时开关系统。

项目四：机器小黄人。项目小组从动漫电影《卑鄙的我》中获得灵感，以小黄人为原型，制作了具有帮助盲人了解时间、温度、前方是否有障碍等功能的机器小黄人，此作品参加了江苏省青少年科技创新大赛并成功入围决赛。

这样的例子不胜枚举。学生发现生活中可以用所学知识解决的问题，同时以百折不挠的精神去实现自己的想法，他们就这样“乐”在灵感与创新中，这正是机器人课程的魅力所在。

随着教学机器人的迅猛发展和其性价比的大幅度提高，机器人教育在各地中小学正逐步推广，相信有更多的人会投身到这个领域，让机器人教育真正成为创新教育、素质教育、技术教育的有效载体，基础教育的新内容，创新人才培养的新方式、新途径。