小学高段年级有效开展智能机器人教学的策略研究

俞文昌

摘 要：智能机器人作为信息技术教学的内容出现，会给信息技术教育带来新的内容、新的思考和新的活力。机器人活动不仅主题有趣，富有挑战性，更重要的是其问题解决方案是开放性的，学生可以用不同的方法达到同一个目标，可以让学生更广泛地接触计算机知识，为其以后学习其他高级语言奠定一定的基础。结合在信息技术课开展的智能机器人教学经验和参加市LOGO语言程序作图、市区智能机器比赛的训练经验，和大家共同探讨在小学高段年级有效开展智能机器人教学的方法和策略。

关键词：机器人；教学策略；敢学；善学；乐学

一、缘起

（一）素质教育的强烈要求

以往我们的信息技术课过多强调学生掌握了哪些技能，如，每分钟能打多少字等，结果把信息技术课变成计算机技能训练课。素质教育特别需要爱护学生的好奇心与求知欲，这是创造意识和创新精神的基础，也是主动学习精神的最初源泉，而这些是应试教育最容易忽略的。

（二）高段小学生思维的特点与机器人、LOGO语言的学习特点相吻合

概括地说，小学生的思维特点是以直觉形象思维为主。从具体的形象思维发展到抽象的逻辑思维的转折点一般在四年级，即11～12岁。LOGO语言的海龟绘图命令，一条命令对应屏幕上一个绘图效果，把抽象的语句和直观的形象图形对应起来，这正适合从直观形象思维向抽象逻辑思维过渡的小学生思维特点。

二、实施策略

机器人活动趣味性极强，但常常听到学生中有这样的想法，我能遥控机器人就好了。可见，虽然学生对机器人的学习表现出很浓厚的兴趣，但是一旦进入学习后，就发现机器人有时候并不是那么听话，也就发出了能不能遥控机器人的感叹，甚至最后产生厌学情绪。

因此，我们在平时教学中应该注意渗透和指导，并鼓励和帮助学生通过各种手段掌握正确的学习方法，使他们“敢学、善学、乐学”，学会学习，真正成为发现者、研究者、探索者。

（一）开展有效的教学提问，读懂学生的学习基础，让学生敢学

智能机器人技术融合了机械、电子、传感器和人工智能等众多先进技术，充分体现了当代信息技术多个领域的先进技术，是综合知识和技术的结晶。而往往就因为机器人技术综合性的特点，导致学生望而生畏。如果此时教师的提问超出学生已有的知识基础范围，可能就会进一步加剧他们的厌学心理。那么应该怎样设计教学提问呢？

【我的尝试】

1.抓住学生的兴趣点提问

教师在设计问题时应根据学生的心理因素、知识结构等特点，更要注重趣味性。很多时候兴趣是由问题的趣味性激发的，学生就像一池水，教师的提问便是投石激水，一些灵感的火花往往就是在这样的提问中产生的。

如，在完成了简单的左、右迷宫法则走迷宫后，我设计了这样的问题试图激发学生的探究欲望：哪种迷宫方案能更快地完成任务呢？同一种迷宫方案，哪些因素影响了机器人在迷宫中行走的速度？

我的思考：这样的提问，能促使学生在成功的基础之上，进一步激发探索的兴趣和欲望。学生都有一股不服输的精神——我一定要走得比你快！

2.问题的难度设置应该随着教学的深入有一个逐渐加深的过程

教师提问是围绕学生而展开的，需要学生的积极配合和参与才能有效完成。问题太肤浅，学生不思考就能脱口而出，不易发展学生的思维能力，对学生没有挑战性，学生容易产生厌倦情绪。反之，问题太深奥，学生望而却步，没有思考的兴趣，挫伤了其学习的积极性。难易度的把握，应当是经过教师的點拨，使学生“跳一跳能摘到桃子”为宜。

如，在教学机器人怎样走轨迹的环节，学生已有的知识是：机器人利用传感器接收外界信息，主机控制器接收到这些信息，发出指令控制马达，做出左转、右转、前进、后退的动作。我的问题是这样设计的：（1）告诉学生不同颜色有不同的灰度值，因此你认为灰度传感器是如何判断黑线的？（2）白色和黑色的灰度值不同，灰度传感器就能检测到黑线了，那么机器人要走轨迹需要几个传感器？（3）如何利用两个传感器走轨迹？（4）两个传感器的轨迹程序，碰到十字路口需要左、右转或是直走的时候能够成功吗？

我的思考：这样的问题设计由浅入深，引导学生操作、探究，让学生经历科学研究的过程。在这个过程中学生受到启发，思维被激活，问题是随即动态产生的，学生的思维也在一个个问题的解决过程中得到了锻炼。

（二）巧用留白艺术，读懂学生的思维过程，让学生善学

“留白”一直是中国书画艺术中常用的“以少胜多”的表现手法，能取得“此时无声胜有声”的艺术效果。将“留白”运用到智能机器人教学中，有助于培养学生的自主学习和探索精神，将会收到显著的成效。“留白”这种机智的教学策略，给了学生更充裕的时间去实践与操作、思考与探究。

【我的尝试】

1.未成曲调先有情——在激趣导入中“留白”

俗话说：“良好的开端是成功的一半。”好的教学往往从导入就开始演绎精彩了。我们应抓住学生好奇心强的心理特点，把留白巧妙地运用到导课中，有意给教学内容蒙上一层神秘的“面纱”，激起他们强烈的求知欲，促使他们积极主动地参与学习，从而拉开学习的序幕。

如，在教学调试机器人走轨迹速度一环节时，先让学生观察两种不同参数设置的机器人在走S轨迹时在动作和速度上的差异，学生很容易就能观察到一个行走时左右抖动频繁，一个行走时快速流畅，然后问学生：“你们觉得这会是什么原因影响的呢？”从而自然而然地让教师接上话茬：“接下来我们就来研究如何让机器人流畅快速地走轨迹？”

我的思考：教师没有过多的语言，一彰显，一留白，激起了学生学习的兴趣，点燃了学生思考的烈焰，撞出了学生智慧的火花。

2.顺水推舟——在自主探究中“留白”

让学生学会学习，提高学习探究的能力，是对教师提出了更高的要求。要让学生自主探究势必在我们的教学中要“留白”。这样学生才会自主、独立地发现问题、提出问题；通过“留白”引导学生思考问题，也许学生会有“柳暗花明又一村”的顿悟。

如，在机器人孤单英雄项目中，有一个过雷区的任务。机器人过快很容易就撞倒“地雷”，而速度慢又会严重影响整个任务的完成时间。那么，有什么解决方案，可以做到鱼和熊掌皆得呢？几个学生讨论、分析后，立马给出了答案：“雷区内和雷区外给它们两个不同的前进速度。”我接着问：“那么这个前进速度都有轨迹子程序控制的，如何做到不同呢？”学生很快回答：“我们给雷区单独设一个轨迹子程序，在雷区里的路口左转、路口右转都调动这个轨迹子程序，这样既不影响雷区外的行走速度，也能保证机器人顺利通过雷区。”

我的思考：适时、知识迁移中的“留白”给学生的探究提供了广阔的天地，让学生能够真正自主解决问题，从而使得思维得到深入的锻炼。

3.激发研究兴趣——在质疑碰撞处“留白”

质疑是科学探究需要培养的一种精神品质。留白，有利于学生的发展创造。把发现的任务交给学生，让学生在发现中寻找，在寻找中质疑，在质疑中碰撞出智慧的火花，从而找到自己的答案。

如，在教学左迷宫走法时，要分别利用前方（9号）、左前方（8号）、左边（7号）三个方位的红外壁障传感器进行判断来完成迷宫任务。学生马上就写出了两个条件判断的左迷宫子程序，然后仿真场地上进行试验，结果却不尽如人意，机器人都撞上了障碍物，停止了。这时就有学生质疑：“老师我们都按照你的迷宫方案编写了程序，可是为什么機器人还是走不了迷宫呢？”此时，我并没有急于告诉他们答案，我对他们说：“你们为什么不现场做个试验呢？”“对，对，对，我们可以自己扮演传感器，让老师来扮演控制器，教室就是迷宫！”有学生很快提出了实验方案。通过实验学生很容易就发现当7号和9号红外传感器同时检查到障碍物时，如果优先判断9号传感器让机器人右转，这样就不会撞上障碍物了。

我的思考：通过这样的留白，让学生自己去发现问题、解决问题，思维能力也显著提升了。很多学生还兴奋地对我说：“老师，老师，右迷宫的程序我应该也会编了！”

这次教学，创设了学生质疑的情景，学生通过仿真试验产生质疑，此时教师不急于给出答案而是作适当的留白和引导，让学生在质疑中得到思维的历练，从而发现问题所在，提出问题解决方案，并有可能让问题解决方案在其他地方得到迁移应用。

（三）活跃讨论氛围，读懂学生的发言内涵，让学生乐学

现代教学不仅要求学生“学会”“会学”，而且要使学生“乐学”，如何才能达到“乐学”的效果呢？智能机器人是一个培养中小学生创新精神和综合实践能力，提高综合素质的智能平台，要求把传统单一的接受性学习转变为研究性学习、参与性学习、体验性学习和实践性学习，以此促进学生知识和技能、情感、态度与价值观的整体发展。

【我的尝试】

1.在问题的解决过程中培养乐于学习的意识

在教学中，我们应该让学生成为学习的主人。一些学生可能通过讨论能够解决的问题尽量都留给学生自己去解决。

如，在教学路口左转的子程序后，可以放手大胆让学生尝试编写路口右转的子程序，能独立完成的学生可以先做测试，不能完成的学生再组织起来进行讨论。从学生的讨论发言中可以看出这些学生缺乏一些空间思维，如果借助实物可能就容易接受了。于是，我们拿出实物机器人和越野跑道，通过实物机器人展示，了解机器人路口右转的整个过程。通过2～3次的演示，很多学生兴奋、高兴地说：“我懂了，我也要做测试啦！”

2.在“交往—探索—发展”的课堂教学模式中培养乐于学习的能力

机器人学习具有具体、形象、实践性强的特点，强调培养学生的观察力和想象力，便于创设愉快、轻松、趣味的学习环境。教学过程中，教师要重视引导学生开展自学、探究、讨论、评议等活动，使得程序设计课堂教学出现一种生动活泼、轻松愉快的气氛，使学生在这样的氛围中自主、积极主动的学习。

我的思考：教师站在学生角度，倾听学生的讨论，而不是一味地指责学生，急着帮助学生给出问题解决的方案。因此，把探究、讨论过程放心地交给学生，让他们成为学习的主人，这样的学习才是真正意义上的学习。

三、成效和体会

智能机器人是一门综合实践活动课程，它蕴含着学生对科技的兴趣、持久研究的能力和团队合作的能力等综合能力的积淀和养成，研究能力和创新能力培养贯穿始终。就实施效果来看，学生参与面广，参与热情高，且研究成果多，全面、有效地提升了我校高段学生的观察力和想象力以及信息素养。

（一）有效提高了教师的教科研素养，有力地推动了机器人教学的开展

教师在执教中摸索培养学生创新能力的有效模式，以学生创新能力培养作为远景目标，不断推进创新教育的深化和拓展，实现创新教育的远景目标，创造创新教育的无限空间。辅导老师在与学生的活动中同样获益匪浅，拉近了师生间距离，有效促进了师生的内在交流与合作；增强了师生的探究乐趣，拓展了教师的思考空间。

（二）有效调动了学生的程序设计兴趣，激活机器人竞赛的热情

以动手实践操作为主，学生初步学会了用程序设计的思想去思考和解决实际问题。在丰富的教学氛围中激发学生的程序设计兴趣，迸发出创新想象空间，激励学生的思考和创新思维。机器人教学的有效开展，使学生的各项比赛成果显著。

高段学生对信息技术课兴趣明显得到增强，课堂气氛变得活跃而富有生气，课堂学习气氛更具研究味。学生基本上学会了独立分析问题，他们的动手能力在实践中得到了充分锻炼，思维能力在问题的解决中得到了升华。

总之，机器人教学特别注重学生体验、感悟和实践的过程，注重学生个性的健康发展和对学生的创新精神、实践能力的培养。日本、美国等一些发达国家，高度重视机器人教育对高科技社会的作用和影响。只要我们在教学中怀着一种不断思考、不断探索的精神，以学生的现实发展和长远发展为目标，学生就能真正从敢学变为善学，最后乐学，学会学习，乃至为他们的终身学习打下夯实的基础。

参考文献：

[1]袁运成.“虚拟—实体—创新”机器人教学策略探究[J].中国教育信息化，2009（2）.

[2]张兴华.基于机器人的青少年活动的教育价值研究[D].东北师范大学，2007.