高中机器人课程实施现状及问题研究

戴南

● 课程实施背景

当今时代，机器人已成为衡量现代科技水平的重要标准。美国、日本等经济发达国家一直很重视机器人教育。在我国，北京和上海是国内最先开始进行机器人教育的地区。2000年，北京市景山学校在信息技术课程中加入了机器人课程模块，之后便开始了机器人教学。紧随其后，上海的几所学校在2001年也开设了机器人校本课程。在2012年的高中信息技术课程标准讨论稿中，各学段都增加了与机器人相关的教学模块。机器人课程在我国的高中课堂就此展开，我国的机器人教育也步入了大众化、普及化的新阶段。

● 课程实施概况

以江苏省为例，高中的机器人课程多以校本课程和课外社团形式开设，并未作为必修要求。因此，开设该课程的学校较少，仅限于几所重点高中。开设对象主要针对高一学生，有些会扩展到高二。学生自愿报名，对学生之前是否学习过机器人知识不作要求。没有全省统一教材，多为校本教材或教师自己编写的讲义。辅导机器人课程的教师学科背景复杂，既有信息技术教师、通用技术教师，也有物理教师、化学教师等。开设机器人教学的目的以参加各种机器人比赛获得奖项为主。

● 课程实施意义

1.培养动手能力，提高思维品质

一个完整的机器人项目包括搭建和编程两大部分。多数机器人的搭建是按照功能要求对现成塑料零件进行拼装，还有一些是需要对原始钢制材料进行切割打磨自制零件再组装，才能完成。在拼装机器人的过程中既要考虑到功能的实现，还要考虑到机器人整体的稳定性及牢固性。机器人搭建完成后，还需要对其编程来实现各种任务。在程序编制过程中，要考虑诸多因素，往往没有统一的解决方案，即使是事先编制好的程序，到了比赛场地也要结合比赛场地的实际进行调整。机器人搭建与编程不仅能锻炼学生的动手能力，而且有助于培养他们的缜密思维。

2.学习团队协作，加强沟通能力

机器人项目较复杂，往往不是一个人就能够顺利完成的，既精于搭建又擅长编程的队员是很罕见的。很多机器人比赛也是要求团队参赛，团队中有的擅长搭建，有的则主攻编程；有些需要去英语国家比赛的参赛团队还需要英语口语非常好的队员。笔者通过调查访谈发现，高中机器人社团等也都会组建相应的任务小组，很多机器人小组都是学生自我管理的，指导教师并不全程参与辅导，只是在学生需要时提供帮助。机器人小组的活动时间、内容、规则等往往是学生自己沟通制订，小组成员在交流磨合的过程中能够锻炼表达能力和耐挫能力，这样的培养模式极大地提高了学生的团队协作能力。比赛成绩好的小组往往都分工明确、配合默契，有着巨大的集体凝聚力。

3.体验先进科技，增强科学素养

机器人技术是比较前端的科技，涉及数学、机械、仿生、材料、电子、软件工程、人工智能等多种学科。学生在学习机器人时可以接触到各种学科的前沿知识，也可以对各种学科的研究方法进行了解，这样既有助于进一步增强对某一学科的研究兴趣，有利于拓展视野、培养综合科学素养，又有利于尽早确立自身的发展方向。

4.针对解决问题，促进主动学习

目前的机器人课程大多是以任务驱动方式来开展的。无论是准备相关比赛还是进行日常学习，往往都是先明确了一个要解决的问题，然后再思考如何制造一个机器人去解决。從比较基础的搭建一个仿真的电动伸缩门到比较高端的制造一个投篮机器人，这些都属于问题驱动的类型。与传统课堂的学科学习不同，学生在机器人课程中不是按部就班地先学习理论再完成实践，而是针对要解决的问题去学习所需要的相关学科知识以寻求解决办法，在不断试误中寻求答案。这种学习方式极大地调动了学生的求知欲与主动性，学习也更加有效。

● 课程实施存在的问题及解决策略

笔者通过调查访谈发现，越来越多的学校准备开设机器人课程，教育管理部门正在逐渐重视机器人教育并加大对该课程的投入，社会各界也在从各方面支持机器人课程，尽力提高机器人课程的普及度。总体而言，机器人教育的发展趋势还是乐观的，但也存在一些问题。

1.存在的问题

（1）学习对象小众化，普及力度不够

由于高考的压力，参与机器人课程的高中学生以高一学生为主，由于学生普遍认为机器人课程比较高端很难学习，所以参与的人数普遍较少，经常不及年级总人数的三成。学生一般都是自愿选择，而且参加学习的男生人数远多于女生。参加学习的学生中原有机器人知识水平参差不齐，但是多数都为零起点，学校方面大多会提前动员，对学生的已有水平也不怎么做要求。学生大多认为参加机器人学习就是为了参加比赛获得奖项以提高升入大学的几率，因此在参加学习的学生中也不乏以拿证书为目的的。加之机器人器材较为昂贵、占用时间较多且不固定、比赛不容易出成绩等因素导致支持学生学习的家长也很少。

（2）课程目标不统一，培养方向偏差

目前，大多数高中在教学时参照的是2003年颁布的《普通高中技术领域课程标准（实验稿）》，该标准在“信息技术”部分设立的选修模块“算法与程序设计”和“人工智能初步”都与智能机器人相关，“通用技术”部分还设置了“简易机器人制作”的选修模块，课标对学生的要求虽然比较低，却为机器人课程的大众化奠定了基础。2012年，专家委员会对信息技术的课程标准进行了调整，将智能机器人课程正式列入教学内容并提前到义务教育阶段以拓展模块开展。机器人课程进入课标是顺应时代科技进步的变化，应该仍然以着重培养学生良好的信息素养为目的，但是目前许多高中的机器人课程都是以比赛获奖为主要目的，教学开展与学生选拔都是以比赛为中心，学生对机器人的认识也仅限于知道几种比赛机器人的名称。这样的培养目标未免太功利化。

（3）开展情况不均衡，师资力量缺乏

由于机器人相关器材比较昂贵、技术较为高端，有条件开展的学校不多。尽管有的学校购买了器材，但是由于缺乏师资，器材成了摆设。目前，大多数培养师范生的高校都没有相应课程开设，新手教师在这方面的知识几乎为零，在职教师中也难有“全才”。某高中负责机器人培训的教师由信息技术教师、通用技术教师和物理教师组成，有的擅长编程，有的擅长搭建。培训教材也没有统一的规范，有的学校甚至只用厂家说明书进行教学。由于师资缺乏，很多学校存在教练员与裁判员由一人兼任的现象。

2.解决策略

（1）加大宣传力度，提高认识水平

机器人项目包含多种学科技术，是贴近科学技术前沿的高端项目。大众对它的了解还很有限，也很片面。目前很多有关机器人课程的宣传无非是展示学生作品及参赛获奖情况，这样的宣传给人的感觉就是机器人课程很高端、很复杂，不好学。因此，学校、相关学术机构及管理部门应利用多种渠道宣讲机器人课程的开设意义，要让学校、学生及家长了解机器人课程是一门综合性的课程，既适合男生也适合女生，能全方位地锻炼学生的多种能力。

（2）争取多方投入，降低开设成本

机器人器材价格昂贵一直是机器人课程开设的瓶颈。以FLL器材为例，完整的一套器材包括配件价格大概在五千元至六千元。但是机器人器材品种繁多，不同比赛使用的器材也不相同，要参加不同的比赛，就必须购买多套器材。面对经费问题，学校可以考虑多种解决渠道，如课题经费、学生自购、校友捐赠、厂家赞助、校区共享等。当然，更要强调做好器材的保护及管理工作，以保证器材的循环使用，对器材的分类管理本身也能培养学生的资源管理能力。

（3）加强师资培训，建立统一标准

机器人课程是新兴课程，师资力量严重不足，相关部门应结合各方力量重视对师资力量的建设。首先，专家应对机器人的教学内容进行科学合理地分析，做好教学设计，制定规范的教学标准与要求，给师范生开设相关课程，提早普及。其次，中学管理层在重视机器人课程时要切实重视教学质量，积极关注教师的培训，加强与师范院校的联系，加强校际交流与合作，促进相关教师的成长。最后，尽早制订科学系统的机器人教练员及裁判员考核评价机制，规范培养师资力量，做到持证上岗。

● 结语

机器人课程虽然不是高中的主流课程，但是其对创新人才的培养、国家科学技术力量的增强意义非凡。尽管目前机器人课程的发展受到了诸多条件的限制，但我们不能放弃普及。当今创客运动的热潮正刺激着机器人课程向着更高的平台发展。因此，各级各类学校应联合起来，统一认识，共同促进机器人课程的蓬勃、健康发展。