入境生情，开启中学机器人教学“情”模式

方少芹 魏烁佳

前不久，被誉为“90后马云”的“礼物说”CEO温城辉返回高中母校与全校师生分享他创业成长的体验，在演讲中，温城辉提到高中时代参与机器人活动大大提升了自己的创新能力。温城辉的成长让我们想起许多学生，他们在中小学阶段因参与机器人活动，与机器人结缘，从此有了不一样的人生轨迹。细数起来，本地区开展机器人教育活动已有十一年的光阴，追踪在机器人活动中成长起来的孩子，他们的成长比同龄人更有优势。究竟是什么让参加机器人活动的孩子更加优秀？如何让参与活动的孩子获得更大的发展呢？当我们叩问这两个问题时，“不忘初衷，方得始终”这句话漫上心头。的确，“不忘初衷”的教育情怀让机器人教育不仅关注孩子们在机器人技术上习得的情况和动手能力的培养，更关注孩子们面对困难的态度、应对问题的策略、与人合作的能力、创新品质的培养、科学素养的提升以及运用技术解决问题的世界观。基于这样的认识，我们的机器人教育发乎于情，形成了“入境生情—获取新知—探究创作—分享反思”的教学模式，践行了机器人教育的初衷，取得了较好的育人效果。

● 入境生情

2016年3月15日，谷歌围棋人工智能程序AlphaGo以高超的运算能力和缜密的逻辑判断，4：1击败世界围棋的顶尖高手李世石，让世人对新一代人工智能刮目相看。AlphaGo的胜利，再一次激发了机器人教育工作者的使命感。因此，对机器人教育工作者来说，今天对机器人爱好者情感态度与价值观的引领比以往任何时候都重要。那么，我们在开展机器人教学时应如何培养学生的情感态度与价值观呢？

1.精心选取教学载体

用于引入教学情境的教学载体应具备三方面功用：一是明确学习内容，激发学习兴趣；二是引发学生对机器人与人类生活联系的思考；三是打开学生创造的思维。

在教学中，我们发现对同龄人的优秀作品，学生最感兴趣，而大师级的优秀作品，对拓展学生的创造思路和提升作品的质量最有裨益。需要强调的是，作为教学引入的情境，必须与学生的生活相关，即来自真实的情境，这样才能在最短的时间内唤起学生的共情，激发学生的社会责任感，让学生愿意专注于所学的内容。例如，智能垃圾分类收集、五水共治等机器人项目能够引发学生对利用智能机器人开展环境保护与治理的设想；汽车总动员、智能快递等项目能够让学生畅想未来无人驾驶高智能交通工具给生活带来的美好与便利；等等。这些环节是为学生种下类似“友善的超人工智能价值观”的情怀的合适时机。

引入新课之后，教师呈现的第二份教学载体是本课学生需要完成的任务。机器人教学中交给学生完成的任务应当是开放性的，每位学生都可以拥有自己的想法和解决问题的方法。例如，让学生设计一个让机器人对垃圾进行分类收集的方案，学生有的想把所有的垃圾收集到回收站再逐一分类，有的则想让机器人将垃圾一边进行分类，一边收集。又如，机器人巡线行走，学生可以根据地图环境自行选择距离传感器、灰度传感器、指南针等配件设计单边或双边巡线的程序算法。像这样开放性的任务，有利于保持学生思维的灵活与开阔。

2.精心运用教学语言

学生思想的高度、深度与开阔程度，取决于教师对学生的期许以及教师个人的审美，而教师对学生的期许以及教师个人的审美往往通过教学语言来达成，因此，教师在情境导向中一定要重视教学语言的提炼，以便让学生在简洁易懂、温暖美好、开阔畅达的语境中学习。特别是在创作引导上，教学语言的指引尤为重要，学生学习的信心及创造性思维的灵活度将由此生发。

例如，在教学《机器人走迷宫》时，我们这样引入新课：“同学们，今天我们将设计一款机器人，帮助视力残疾人士方便而安全地在室内行走。”接着指引学生思考：“想象一下，假设教室未摆放桌椅，蒙上眼睛，你能从前门准确地走到后门吗？”在问题的导引下，学生很快由生活常识用手摸着墙壁行走得出利用红外距离传感器引导机器人贴着墙壁走的策略。教师接着问：“再想想，一只手摸着墙壁走，有没有可能撞上墙壁？另一只手能否也来辅助？来，比一比如何辅助。”教师拓展性的问题带来的结果是学生主动进阶思考当出现90度拐角时，如何用正前方避障法防止机器人“碰壁”。当师生的对话催生出学生解决问题的策略后，教师提出期望：“技术与智慧的结合能让我们做许多有意义的事情。老师希望同学们能在今天所掌握的知识的基础上，设计出能识别更复杂环境的机器人，让机器人在室外也能为视力残疾人士导航。”

● 获取知识

学生明确学习任务后，接下来要做的事情就是对自己的知识结构进行分析，已经掌握的知识与技能是否能解决问题，如果不能，是听老师讲解还是与伙伴进行研讨以获取问题解决所需的知识与技能。这个环节教师要准备好多种学习资源，以支撑学生的自主建构。对于学生自己摸索耗时较多的知识点，教师应作适当的讲解。对部分掌握知识点较迟缓的学生，教师可以提供微课、文档等资源供学生自主学习。对少数自主学习有困难的学生，教师可通过同伴互助或亲自指导的方式，让学生能掌握解决问题应具备的知识与技能。

例如，讲授《认识机器人的感觉器官——传感器》一课时，可以让学生将亮度传感器置于手电筒光源下、室内、室外等光线强度不同的环境中，记录返回的数值范围，掌握改变外部环境因素检测传感器的通用方法。然后提供微课资源，让学生分组自行探究学习灰度、距离、声音、指南针等传感器的使用。最后各组汇报交流实验结果。

在习得新的知识与技能之后，教师应引导学生思考问题解决的策略，分析其中隐含着的思想方法。如在“九宫乐园”项目的学习中，教师可引导学生通过体味优秀范例程序或自主尝试，小组讨论得出其中所隐藏的策略，让学生总结出“快、稳、准”三种程序设计策略：巡线和灭火求“快”，否则时间可能不够；伐木环节应“稳”，此区域线路细且模糊，稳定是关键，速度是其次；计数辨路环节贵在“准”，用好碰撞侦测准确计数是辨路的前提。在机器人学习过程中，策略既是智慧的外显，又是经验的整合；既强调实现目标方法的多元，又强调能根据实际情况灵活调整行动方案。因此，教师应重视培养学生掌握解决问题的策略。

学生在形成解决问题的初步策略的同时，还要判断自己所拥有的资源是否满足创作需求。若未满足，继续寻找；若已经满足，则可以进入机器人制作与程序设计的创作阶段。

● 探究创作

在探究创作阶段，学生的主要行动是规划问题解决方案和实施方案解决问题。规划问题解决方案是承上启下的，学生在自主规划问题解决方案前，对问题大抵已经有了应对的策略，当下要做的就是将思想策略转化为可落实的方案并运用所学的知识与技能将其实现。如前文提到九宫乐园计数辨路策略的实现，如果学生习惯性用碰撞感应器进行简单碰撞记录，他们将会遇到出现障碍物被撞开前有多次碰撞记录的情况，必须从替换其他传感器或程序算法修改的角度去完善。这是一个将想法变成现实的创造过程，学生在这一过程中将得到多方面的锻炼。

在学生努力实现方案时，教师应特别关注学生面对困难的情绪、与同伴合作的融洽程度以及创新度。这是因为在机器人的学习过程中问题总是层出不穷，这些问题可能出现在程序设计过程中，也可能出现在调试过程中。调试过程中的问题往往在学生的意料之外，因为机器人对周围环境的要求较高，光、磁场、场地的平滑度等都会影响机器人的行为，学生必须自己耐心地找出问题的所在，然后再想办法来应对。这个过程需要不断修改机器人程序的参数，然后实验……这样的调试过程常常要重复几十到几百次。一直重复同一件事情难免会产生负面情绪，如厌倦、烦躁、抱怨等。这时，教师及时的鼓励与点拨非常重要。学生只要多经历几次这样的柳暗花明，直面困难与挑战的信心就会增加，而这种品质是可以直接迁移到其他学科的学习和生活中去的。

另外，在学习机器人的过程中，同伴的合作尤为重要，许多机器人项目都是需要两人或两人以上合作完成的，在合作的过程中，互帮互学、共同成长。对于大部分是独生子女的学生而言，合作并非易事，大部分学生需要许多次磨合才能达到融洽。在学生合作的过程中，教师要用心感受学生情绪的变化，在学生各执己见矛盾激化时，要引导学生用包容的心态去审视对方的想法，学会吸纳对方的长处，从而形成更有利于解决问题的方案。

富有创新精神的学生，其解决问题的方案自有特别之处，但学生自己可能并不知道。在学生实施方案解决问题时，教师要及时发现方案的优势，通过点评或点赞的方式，让学生感受到创新的价值，从而让创新成为学生的自觉追求。

● 分享反思

问题得到解决，方案尘埃落定，接下来学生要做的事情是分享学习成果，接受同伴及教师评价，并根据评价反思、优化作品。

评价环节最有利于培养学生的综合素质。从介绍成果的语言表达，到评价过程中对审美和创新的把握，再到反思不足，确定优化方向，对投入其中的学生，这不啻一次成长蜕变的过程。这个过程也是教师雕塑学生美好情怀的契机，学生对机器人的态度以及运用技术设计生活的情怀将在这里启程。近几年，随着RTEC创意闯关项目和创意机器人项目的兴起，我们留意到，善于分享与反思的学生往往能自信且到位地展现他们作品的独到之处，面对老师的提问也能从容且有条理地陈述从设想到实现项目的漫长过程。学生此时的表现就离不开平时学习机器人的过程中所养成的展示、分享的态度和习惯。

● 结语

自2006年与机器人结缘，11年的经历让我们看到了机器人活动对学生的长久影响。从直接收获来看，学生在学习机器人的过程中动手能力和解决问题的能力得到了提升，面对问题的态度和团队合作能力得到了改善，这对数理学科的后续学习帮助很大；从长远来看，学生经过机器人学习的磨练，其思维方式、抗挫能力、创新精神及创新能力明显优于同龄人。最早参加机器人活动的那批学生，他们的学业和事业都同样出色。今年正好是人工智能诞生60周年，站在承接历史、展望未来的门槛，我们愿尽自己的微薄之力，继续让机器人融入中小学生的学习之旅。