初中机器人教育的思考

2019-04-22韩雨裘国永

科教导刊 2019年4期

韩雨裘国永

摘要随着智能机器人教育在世界范围内的兴起，我国的中小学机器人教育也顺应时代潮流得到了快速的发展，青少年机器人教育逐渐成为当前我国中小学科技教育的重要组成部分，在增强中小学生创新思维能力、动手实践能力以及提升青少年科学素质等方面发挥着重要作用。本文阐述了智能机器人教育概念、开展现状以及意义，通过具体智能机器人教育课程课堂实践，提出了智能机器人教育的教学经验。

关键词中学机器人教育

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.02.059

Thoughts on Junior High School Robot Education

HAN Yu， QIU Guoyong

（School of Computer Science， Shaanxi Normal University， Xi'an， Shaanxi 710119）

Abstract With the rise of robot education worldwide， China's primary and secondary school robot education has also developed greatly. Under the new situation， the education of robots has become an important part of science and technology education in primary and secondary schools in China. It plays an important role in enhancing the innovative thinking ability and practical ability of primary and secondary school students， and improving the scientific quality of primary and secondary school students. This paper expounds the concept， development status and significance of intelligent robot education. Through the practical practice of intelligent robot education curriculum， the teaching experience of intelligent robot education is put forward.

Keywords middle school； robot education

0 引言

随着信息社会的不断发展，国家对于义务教育阶段学生信息素养要求越来越高，然而初中信息技术基础教材的编制相较从前没有太大变化，内容过于简单。为了响应国家要求、与时俱进增强学生的信息素养，我2017-2018春季学期在学校的校本课程中首次开设了机器人教育课程。机器人教育是近几年来的一个热点，已经成为呼声很高的用于中小学创新教育的平台，正在大踏步地走向基础教育。然而教育机器人目前在国内还处在起步阶段，对于学校、教师、学生来说都是一门崭新的课程，通过一学期的机器人课程的课堂实践，以及对智能机器人教育目前在国内外、省市、地区的发展现状进行调研，笔者对智能机器人教育有了一些自己的直观感受。

1 综述

1.1 机器人教育

机器人教育是指学生通过组装、搭建、运行机器人，来了解机器人的硬件构造及软件开发，激发学生学习兴趣、培养学生综合能力。[1]机器人涉及到信息技术的多个领域，它融合了机械原理、计算机软硬件、电子传感器、及人工智能等多种先进技术，综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，引入教育机器人的教学将给中小学的信息技术课程增添新的活力，成为培养中小学生综合能力、信息素养的优秀平台。[2]

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

机器人教育目前在国内处在起步阶段，我国第八次基础教育改革中提出“培养学生兴趣爱好，将学生从智力培养转变为能力和兴趣的培养的教学改革”。[3]机器人教学被纳入中小学信息技术教学课程，通过教育机器人对学生进行科学和信息技术素养的培养。通过收集资料调研发现，我国中小学机器人教育的方式目前主要分为以下四种：

第一，通过学校接收一小部分对智能机器人有兴趣的学生，组成机器人兴趣小组，请专业的信息技术老师利用课余时间对学生进行培训，并代表学校参加地区、省市、国家的各类机器人竞赛活动。这种形式是机器人教育目前使用最广泛的方法，同时竞赛也大力推动了机器人教育的发展。

第二，把智能机器人教育作为校本课程纳入学校综合实践活动课中普及，由具有相关专业水平的信息技术老师开课，让相对多的对智能机器人感兴趣的学生可以选择，这也是目前我们学校在智能机器人教育的方面的实施方式。

第三，把智能机器人教育课程纳入中小学信息技术教育基础课程，这种形式无疑会为中小学信息技术学科教学带来新的活力。[4]但由于目前大部分学校基础设备、师资不足，没有专门的规范教材等原因，这种形式目前还处在起步阶段，没有被大范围普及。

第四，智能机器人教育作为研究性课题进入中学信息技术教育阶段。但是由于研究性课程课时不足，以及班额过大决定的组织难度，影响机器人教育的整体推进。

1.2.2 国外开设现状

在国外，智能机器人教育一直是一个研究热点。世界发达国家的基础教育和高等教育阶段已经全面引入机器人教育。日本、美国等一些发达国家高度重视机器人学科教育对高科技社会的作用和影响，已在信息技术课与课外科技活动全面开设了有关机器人的课程内容。[5]在美国基础教育学校阶段，学校都开始有内容丰富的技术应用和手工类课程，计算机课程是技术类课程的重要部分。[6]日本是世界上仅晚于美国的第二个开始进行青少年机器人教育的国家，机器人教育是日本中小学教学大纲中规定的课程。[7]作为亚洲发达国家的韩国，韩国政府于2004年在全国开展“Robot partners everywhere”活動，从此机器人在韩国进入快车道。[8]在欧洲发达国家，机器人教育已经深入课堂，欧洲各国积极在高校和中小学开设机器人相关课程，并且研发相应教育机器人的教科书、教材和配件。[9]

1.3 开设机器人教育的意义

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，[10]机器人教育的开设有助于学生了解机器人的发展和应用现状，理解机器人的概念和工作方式；学生在搭建机器人和编制程序的过程中培养动手能力、协作能力和创造能力；同时响应国家要求，培养学生的科学素养，与时俱进增强学生的信息素养。

2准备工作

（1）备设备：我区教仪站给学校配备了专门科创教室以及若干台机器人套装，由于是首次开设机器人教育课程，教师和学生的经验都不足，综合各方面条件考虑后选择了比较简单的“四能教育机器人”开始作为首次机器人教育学习机器。

（2）备教师：开课之前教师主要通过两个渠道进行课程准备：一个是研究设备自带的说明书，不断自学摸索；另一个是参加区里和市上的组织的各类机器人教育培训，对机器人教育的目标、过程、方法等都有了比较科学的认识，同时也修正了教师自身摸索过程中的错误与不足。

（3）备学生：由于学校基础设施还不完善，目前的师资力量、机器设备等都处在起步摸索阶段，因此首年没有全年级的开课，而是把智能机器人学习放入学校的综合实践活动课中，开设了“乡村旅游机器人”这门校本课程选修课。选课时对学生进行了简单筛选，选择了一些对机器人感兴趣并有软件编程基础的学生。

3教学内容

学期校本课程一共是11课时，每课时40分钟，参考培训时讲师对课程内容设置的建议，综合考虑学校课程安排时长、学生基础水平等，我们将完成“机器人乡村旅游”项目为最终学习目标，划分课程内容为11课时。

第一节是兴趣引入课程。通过放映机器人系列短片、引入机器人概念、分类、用途等，引发学生学习机器人的兴趣，使学生对机器人有一个比较清晰直观的认识。

第二、三节是机器人硬件的认识和组装课程。组装主要包括传感器组装、马达组装、整体组装三个部分。

第四、五节开始进入编程阶段。通过两个课时完成声控传感器、灰度传感器、马达的测试编程，达到测试不同声音分贝值、不同颜色灰度值、分别控制左右马达以及马达的正转、反转、不转的效果。

第六节是声音控制机器人行走编程。通过给定一个一定分贝的声音，启动机器人行走。

第七节是运用灰度传感器控制机器人直行、转弯编程。通过几个灰度传感器相互配合，使机器人根据比赛路线直行、左转、右转，达到巡线的目的。

第八节是如何让机器人能够更准确地寻找到比赛的线路。

第九节是如何让机器人在准确巡线的同时，跑的又快来节约比赛时间。

第十节是学生探究课程。小组成员齐心协力发现问题、解决问题，完善、调试自己的程序。

第十一节是效果展示课程。通过开展小比赛，看哪一组的机器人跑的既快又好。

4课程感悟

在11个课时的智能机器人教育的课实践中，笔者有了自己的一些体会和经验。

4.1 激发学生兴趣非常重要

兴趣是影响学生学习效果的第一因素，有了兴趣才会有学习探究的动力，如何激发学生学习兴趣是每个教师值得关注的问题。因此在具体的教学开始时，我们需要让学生了解到到底什么是机器人、机器人分类和用途有什么、目前的发展现状是怎么样的、未来的发展趋势是什么，让学生对机器人有一个更全面、更科学的认识，而不是只停留在动画片、电影里的“变形金刚”，同时为进一步学习机器人技术的有关知识打下基础。

4.2 课程设置要循序渐进

由于学生是第一次接触到机器人这一新鲜的事物，对硬件和软件都很陌生，有些同学甚至没有编程基础。考虑到合作学习的接收能力大于单个接收，我们首先对学生进行了分组，每2个同学为一个小组。这样既可以提高学生接收知识的程度，又可以培养他们的小组协作能力。其次，教学内容设置要循序渐进，不能急于求成。硬件的组装让学生了解机器人的构造，传感器和马达的测试让学生接触简单编程、了解传感器的使用方法，马达的直行和转弯让学生学会传感器如何配合、传感器巡线让学生发现问题、解决问题，跑的更好更快。每一步的學习都是一个循序渐进的过程，每一次学习都能使学生有所收获，但又不至于太难无法接受使学生失去学习的兴趣。

4.3 课程注重差异、因材施教

每个学生接收知识的水平是不一样的，在课堂上也会出现了有些组很快完成，而有些组学生没有完成的情况。如果一味讲下去，未完成的学生越来越完不成，慢慢失去了学习的兴趣；而如果停下来等全部学生完成，那最先完成的学生就会没有事情做。因此我们在设置课程进度的时候充分考虑到这个情况，设置的内容可以大部分同学可以在课堂内完成，并且在每节课内容讲完后都有关于下一节课的拓展探究。对于接收力较快的小组，可以开始探究下一节内容，对于较慢的小组，也可以有时间去完成。我们在大课堂时间就开放了微机室，以便没有完成的学生可以在这个时间段把上节课未完成的内容完成，尽量让同学们在学习的过程中不要掉队。

5 结束语

在人工智能飞速发展的今天，在中小学引入智能教育机器人的教学将给中小学的信息技术课程增添新的活力，智能机器人教育也将成为培养中小学生综合能力、信息素养的优秀平台。[11]我们每一位信息技术教师都应该顺应时代潮流，积极接受新兴事物，努力提高自己的综合水平，为培养学生综合能力和信息素养不懈努力。

参考文献

[1] 谢新琼.机器人教育在培养青少年健康人格中的作用[J].实验教学与仪器，2015.32（12）：59-61.

[2] 李貌.中小学开展机器人教学的若干思考[J].教育现代化，2017.4（44）：389-390.

[3] 李宝军.中学生机器人兴趣小组教学课程设计[J].求知导刊，2015（4）：65.

[4] 徐爱平.让智能机器人教育进入中小学[J].机器人技术与应用，2004（01）：14-16.

[5] 卢春芳.机械人走进初中信息技术课堂的实践与研究[J].科学导报，2014（8）.

[6] 冯驰.浅谈机器人教学走进信息技术课堂[J].中小学电教月刊，2014（7）：15-15.

[7] 王玉珏.我国高校工科机器人教育发展现状及对策研究[D].兰州大学，2013.

[8] 王镓垠.迎接机器人时代[J].装备制造，2015（4）.

[9] 杨建磊.国外机器人教育的发展及启示[J].艺术科技，2013.26（6）：296.