将智能机器人课程引入高中信息技术课堂的方法探究

张伟伟

摘 要 结合教学实践，针对如何将智能机器人课程引入中小学信息技术课堂，分三个阶段进行探究。

关键词 智能机器人课程；信息技术课堂；校本课程

中图分类号：G633.67 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2015）17-0040-02

近年来，机器人已广泛应用于机械制造业并逐渐进入医疗辅助业以及家用服务业等与人们的学习、生活密切相关的领域，改变着人们的生活、生产方式，越来越受到人们的重视。智能机器人课程是一门集电子、自动化、物理、计算机等学科于一体的新型综合课程，具有知识性、实践性和启发性等特点。学生通过课程的学习充分锻炼他们的逻辑思维和创新思维，培养动手实践能力，展示他们对知识的综合应用，有助于提高学生的整体素质和信息素养，该课程越来越受到中小学校的重视。如何在信息技术课堂中引入该课程仍存在很多问题和争议。现就该问题结合教学实践，进行以下几个方面的探究。

1 依托社团活动，优先开展电脑机器人社团活动

因为电脑机器人设计综合了包括传感器、编程技术、电子设计、物理线路及力学的多种知识[1]，因此对学生的综合知识及动手技能的要求较高，在高一年级，全体学生进行信息技术必修课程的同时，可利用课外时间组织一部分对机器人兴趣比较浓厚、同时综合技能比较强的同学，参加由教师进行统一辅导的机器人社团。

该社团主要是由竞赛驱动的。首先选择2～3个适合的竞赛项目，由学校提供资金支持，来统一配备机器人设备，然后社团内成员按照组间同质、组内异质的原则进行分组，每组3名成员，并设立1名组长，每个项目由三个独立的小组承担。组内进行明确的分工，同时又要共同合作，组间同样要有分工合作。集体的智慧很重要，在机器人制作、比赛和训练过程中小组队员的合作状态直接影响比赛效果，有了良好的合作能力，对同一个项目进程多层面、多角度的探究，才能消除个人的思维角度的狭隘性，在满足学生独立学习愿望的同时，能够显著增强学生的合作意识与团队精神。参赛之前，每个项目选择一个最优的小组参赛，这样也可激发小组之间的竞争意识。

学生的综合类知识得到巩固和扩充。智能机器人设计是一门集成了数学、物理、电子、计算机硬件和软件、人工智能等众多领域的科学与技术知识，是一种高度综合的技术平台。在机器人设计制作的过程中，每增加机器人的一种功能，都需要学生进行主机控制器部件的扩充，在扩充接口的过程中需要不断去扩充学生自己有关数字电路方面的知识；机器人动作的控制需要为机器人编写图形化程序或者是直接编写代码，这就要求学生自学计算机编程语言、算法的知识，通过反复的编程和调试程序可锻炼科学而高效的思维方式、严谨的逻辑判断能力。整个项目的完成都要经过所有成员反复的设计—调试—修改，这对青少年的规划能力以及设计能力都是一个不小的挑战。在这一过程中，学生慢慢将机器人的神秘面纱揭去，使他们创造力、解决问题的能力，自信心、甚至空间思维能力、逻辑思维能力、严谨的学习习惯等都得到了很好的锻炼和提升，这无疑为学生健康成长提供了源动力，让我们的学生站到了一个更高、更广阔的平台上去自由发展[2]。

2 师生共同构建智能机器人知识网络框架，开发校本课程

由于机器人学习资料比较有限，社团起步时，可以充分利用机器人厂家的活动指南和产品说明书，认识机器人每一部分的功能，它的设计原理和编程规则，以及常见问题的解决方案。整个备赛和参赛的过程中，学生的兴趣都很浓厚，积极性非常高，大家都主动参与、乐于探究；这个过程也充分地培养了学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力，教师和学生都有很大收获。

在整个活动过程中，教师和学生一起对每个环节的设计过程进行系统的总结，构建机器人知识框架，并不断进行知识的完善，师生一起开发适合学生的智能机器人设计校本课程。课程分为基础篇：走进机器人世界，对各类机器人进行简介；系统篇：按照整个机器人的组成分别描述机器人的传感器系统、控制器系统、动力系统；最后对我校参与的机器人比赛进行综合的分析评价，总结其优缺点。整个校本课程的开发需要教师与学生的共同参与，该课程可做第三个阶段学习的参考，并在阶段三的学习中进一步完善。

3 以一定主题的创意机器人设计为研究主线，将机器人教学引入信息技术课堂

创新人才培养模式是《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》中提出的一项重要任务。创新人才培养模式很重要的一个方面是开发动手实践课程、活动课程。强化学生的社会实践和科研活动环节，培养学生的动手实践能力。开展智能创意机器人的实践活动，可以有效提升青少年的信息素养和综合实践能力，培养创新精神[3]。

智能创意机器人设计可以依据学生的水平，因材施教。创意机器人不同于竞赛机器人，它的复杂性以及它的功能的实现的完整性，完全由师生依据计划共同制订。整个学期可以通过安排数十个由深到浅、循序渐进的实验活动，逐层深入地引导学生学习机器人设计、搭建、控制和运行的基本知识，掌握相关的概念、原理和方法，体验实践探究的过程，从而达到培养学生的学科思维和创新意识的目的。课程中可由第一阶段的社团成员作为骨干成员、教师指导，依据校本课程知识框架，全体学生均参与进来，进行主题机器人设计。

投入资金的限制一直是制约学校机器人教学发展的很大因素。创意机器人的设备可以循环利用，或者是废旧玩具的多次利用，可大大降低机器人的制作成本。由于目前的竞赛机器人多是由厂家驱动的，每年的竞赛规则都会做相应的调整，学校为了顺利参加比赛，不得不支付较高的费用去新引进机器人。而创意机器人，可使用淘汰的竞赛机器人主机，配合相应的传感器以及其他功能模块甚至是一些废旧玩具的部件，做出独居创意的新型机器人，如我校学生以“科技助力生活”为主题研发设计的滨海垃圾清洁分类机器人、智能输液机器人均属于该类机器人，制作完成之后参加了当年的省机器人创意大赛，均获得较好的成绩。

《全日制普通高中信息技术课程标准》指出高中信息技术要建设有特色的信息技术课程，强调学生在学习过程中的自主选择和自我设计；提倡通过课程内容的合理延伸或拓展，充分挖掘学生的潜力，实现学生个性化发展；在达到“课程标准”的前提下，鼓励因地制宜、特色发展。这种分阶段将智能机器人设计逐步引入信息技术课堂的方法，打破了传统的以教师为中心的教学模式，考虑了学生的特点，教学中注重激发学生的兴趣，培养学生的综合能力，强调在“做中学”，是符合学生的认知规律的，经教学实践证明是可行的，并取得了良好的效果。

参考文献

[1]祝智庭，李峰.面向学科思维的信息技术课程设计：以高中信息技术课程为例[J].课程与教学，2015（1）.

[2]雷静桃，刘亮，张海洪.“机器人学”课程改革与实践[J].实验室研究与探索，2013（5）.

[3]智能机器人创新设计教程[M].北京：人民教育出版社，

2011.