VEX机器人教学校本课程开发探究

蒙庆华 韦勇宁 程晓琛 陈驰

摘  要 随着科技的发展，中小学机器人教育在全世界正如火如荼地展开，在美国、日本等发达国家，机器人教育已经进入中小学课堂。我国中小学机器人教育起步较晚，教育方式等方面还不够完善。研究我国VEX机器人教育发展情况，对VEX机器人教学校本课程开发进行实践探究。

关键词 VEX机器人;机器人教育;机器人竞赛;中小学;校本课程

中图分类号：G642.3    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2019）07-0057-03

1 引言

VEX机器人教育是一门新兴的学科，目前在全世界范围内正如火如荼地展开。这门学科主要运用物理、数学等多种知识，对于提升学生多方面的知识水平有很大作用。而且VEX机器人教育很注重学生的实践操作能力，可以在很大程度上提升学生的学习兴趣。而VEX机器人教育以参加VEX机器人竞赛为主要目的，并且VEX机器人竞赛一般是以团队的形式参赛，VEX机器人竞赛不仅考验参赛者的知识和操作能力，还考验参赛者的团队协作、领导能力等，这对参赛者未来的发展很有帮助。

2 VEX机器人教育及其背景

VEX机器人及VEX机器人大赛  VEX机器人诞生于美国，是美国太空总署等八部门大力支持的机器人项目。虽然VEX在知名度上比不上乐高，但是VEX不同于乐高，机器人仅是乐高的其中之一，而VEX-IQ的身份是专业教育机器人套装。美国的很多“常春藤”大学进行机器人教育开发时，主要选择VEX系列套装教材作为教学工具。

VEX机器人大赛的主要目的是培养学生对科学技术、数学以及工程等领域的兴趣，培养学生的创新能力以及团队协作精神，是世界级的大赛。2006年，中国科协将此项目引进国内，每年的VEX机器人比赛在主题和比赛规则上都会做改变，因此，对于参赛者来说，每一年的比赛都是一个新的挑战，从这里也可以看出比赛的公平性，这对激发参赛者的潜力有非常大的帮助[1]。

VEX机器人教育  目前，VEX机器人教育主要以学校社团的形式在各中小学中进行，其主要目的是参加VEX机器人竞赛。VEX机器人教育与传统课堂教育有区别，不同于传统课堂教学模式主要是教师讲、学生听，VEX机器人教育更注重于培养学生独立自主的能力，让学生自己在实践中学习，打破了传统课堂中的枯燥無味，更能激发学生的学习兴趣。而且，学生在学习过程中应用所学知识进行实践操作，不但能提升操作能力，而且能巩固物理、数学等基础理论知识。

国外中小学机器人教育现状  国外机器人教育由于发展比较早，且受到国家高度重视，美国、英国、法国、德国、日本等国家已经将机器人教育纳入中小学必学课程。例如：早在20世纪80年代末，英国就将机器人教育加入中学课程来传授机器人知识;日本EK、荣光、ZMP和Learning Systems四公司于2002年7月25日联合成立“机器人科学教育团体”，该组织主要是开发机器人教育课程。由此可知，许多发达国家都非常重视中小学机器人教育[2]，这与国内中小学机器人教育主要以课外活动的方式进行有所不同。

国内中小学机器人教育现状  我国第一所开展中小学机器人教育的学校是北京市景山学校，在2000年的时候，该校将机器人普及教育纳入信息技术课程，以科研课题的形式进行运作。从此，中小学机器人教育正式在我国拉开序幕，越来越多的中小学校加入机器人教育的行列[3-4]。近些年来，由于新课程改革的不断深入，我国机器人教育发展的步伐也不断加快，但是总体来说还是处于初始阶段，还有许多问题有待研究解决。

3 VEX机器人教育教学校本课程开发

VEX机器人教学校本课程开发意义  我国VEX机器人教育起步晚，机器人教学还是处于起步阶段，VEX机器人教育还是以参加比赛为目的，并没有统一的教学目标、教学方法以及教学评价等，而这些都会给VEX机器人教学的开展带来困扰。如对参加比赛的情况而言，由于每次比赛的项目不一样，学习的知识会有部分差别，有的学生学过了，而有的学生没有学过，会给教师的授课带来困扰，这也是VEX机器人教育没有能普及的原因之一。因此，有统一的教学标准是非常有必要的，它可以让教师很清楚地知道该教什么，以什么方式去教，让学生学习到什么样的知识等。

VEX机器人教育校本课程开发内容  VEX机器人教学的目标不仅是传授机器人技术的基本知识，更深层次的目标是培养学生的创新能力和实践能力。在VEX机器人教育开发过程时，首先要考虑VEX机器人教育的教学任务和教学目标。开展VEX机器人教育的主要目标是讲授VEX机器人的基础原理，进而培养学生的创新精神和发现问题并解决问题的能力。下面主要来探讨开发VEX机器人校本课程的几个关键性问题。

1）主要任务。在VEX机器人教育过程中，不能仅运用传统课堂中教师讲、学生听的模式，应该由教师引导学生接触并学习VEX机器人的相关知识，并学习简单的程序编写，然后以实践的方式让学生自主编程、运行教育机器人，培养学生实践和处理问题的能力，并培养他们的团队协作意识。知识传授只是教学过程中的一个方面，在VEX机器人校本课程开发中，教学设计的主要任务目标不是知识传授，而是针对培养学生团队协作意识、创新精神和综合实践能力的教学活动和教学组织形式的设计。

2）教学目标。目前新式课程的教学目标包括知识、技能、情感态度。但是，在传统教学中，中小学课程的教学目标主要是涉及知识这个维度目标，基本上很少涉及技能目标和情感态度目标的建立。目前，我国中小学教育还是主要看重考试成绩，基本上就是一个学生学习好坏的标准，这个教育评价方式存在偏颇，缺乏对学生创新精神等方面的培养，有可能使学生逐步变成一个“书呆子”。

因此，在教育模式的改进上，VEX机器人教育更应该关注中小学生技能和情感态度这两个维度目标的建立。学校的教育不应该仅是把知识教给学生，更应该教学生怎么才能自己去获取知识，在发现知识的过程中找出问题并去解决问题;同时让学生了解到团队的重要性，培养学生的团队协作意识。这些理念融入VEX机器人教学校本课程开发中，知识目标、技能目标、情感目标建立得相互交融、相互促进，才能达到更好的教学效果。知识目标、技能目标和情感态度目标的训练实践如下。

①知识目标是让学生了解VEX机器人的基本原理和工作的方式，为学习VEX机器人打好基础。机器人的基本概念主要涉及传感器、电动机和杠杆等基本知识。在基础阶段，只需要学生了解VEX机器人相关的基础概念，在这个年龄阶段吸收、理解这些基本概念。

②在VEX机器人教育中，技能目标也非常重要。为了培养学生的实践操作能力，在教育过程中主要是以学生实践的方式进行。学生通过为机器人编写程序和测试程序的过程，可以提升逻辑思维能力、发现问题并解决问题的能力等。而且编写程序会使用到电脑，可以提高学生的计算机应用能力，培养学生的信息素养。

③在机器人组装和编写程序过程中可以发挥学生的创造能力，并培养他们的创新意识和创新精神。而且由于VEX机器人教育需要用到价格比较贵的教育机器人，很难保证学生人手一套教育器材，因此可以通过分组的形式将学生分成几个小组，让小组成员自己分配任务，完成机器人的组装及程序编写，这样可以培养他们的协作能力，拉近学生之间的关系。另外，不定时地组织小组之间的比赛，培养学生的竞争意识。

3）教学方法。传统教学的讲授式是VEX机器人教学校本课程中的一种辅助方式。VEX机器人教学过程可以通过活动、项目、任务和比赛等丰富多彩的方式进行。如在认识机器人的课程中，可以带领学生到科技馆、研究所、高校参观交流互动，通过活动的方式让他们了解机器人的相关知识，激发学生的学习兴趣。

4）教学评价。在教学评价中，不仅要考虑学生是否已经完成作品，更应该关注学生在学习过程中的情况。如有的学生虽然没有很好地完成自己的作品，但是在学习过程中有求知的欲望，经常向教师讨教知识，并积极地与其他学生进行交流学习。在评价中，教师可以选择将学生学习的过程记录在册。在每次实验过后，要求每组学生写一份实验报告，主要记录每位组员的参与情况，并记录每位组员在这次实验中的学习心得与收获等，再综合学生作品的完成情况，对学生进行一个总的评价。

课程案例：机器人走直线  机器人走直线是机器人教育最简单的一个内容，主要内容是组装机器人以及编写能让教育机器人实现走直线这个功能的程序。现在就VEX機器人教学校本课程的开发内容，简单地设计机器人走直线这个知识点的教学过程。

本次课程运用的教具有VEX-IQ教育机器人和电脑，需要学生对VEX-IQ教育机器人的结构和程序编写有一定认识。首先将学生分成若干个小组，每组四个学生，并选定一名学生担任本组组长，负责本组的统筹工作。

1）课程主题：机器人走直线。

2）教学目标：表1。

3）课程流程。

①新课引入。首先由教师通过视频向学生展示机器人在大型工厂的应用情况，让学生直观地了解机器人，激发学生的学习兴趣，引入新课。

②教师授课。由于学习需要用到VEX-IQ教育机器人，学生需学会组装教育机器人。目前VEX机器人都是用C语言程序进行编程，学生需要了解C语言程序的编写环境以及编译方法。这部分授课的主要内容是教师引导学生组装教育机器人以及C语言程序的编写环境和编译方法，并对机器人走直线这个动作的程序进行重点教学。

在完成以上任务后，教师发布任务，由学生小组自行组装VEX-IQ教育机器人并编写能使教育机器人实现走直线这个功能的程序，时间限定为30分钟以内。在能实现功能的情况下，越快越好。

③学生活动。学生在收到任务后，自行组织小组成员组装机器人并编写程序。如某个小组有关于组装机器人以及程序编写的问题，可以向教师寻求帮助，教师可以解答，但是会根据小组提问题的情况在最后的评价中相应扣分。

④任务评价。本次任务评价结合完成时间排名、机器人组装情况和程序是否能实现功能等情况来评定，将所得分数记录到表2中。

对完成时间排名，第一和第二名记20分，第三到第五名记17分，第六至最后一名记15分，未按规定时间完成记10分。对机器人组装情况，组装正确，记30分;组装不正确，由教师在20～29分内酌情给分。对程序是否实现功能，若能实现功能，记50分;若未能实现功能，则根据程序错误情况，在20～49分内酌情给分。对是否求助，若有求助，则根据求助情况扣1～5分。当然也不是不认可学生的求助行为，还是鼓励学生应善于提问。最后的总分为前三项之和减去最后一项。

⑤小结。由表现得最好的小组上台演示他们的作品，并分享他们小组完成作品过程中的分工合作情况。最后由教师对各组情况进行点评并总结。

4 结语

本文对VEX机器人教育课程开发中的内容作了论述，对VEX机器人教育校本课程的主要任务、教学目标、教学方法及教学评价进行了相关讨论，教学的主要任务是培养学生的创新精神和综合实践能力。目前，我国VEX机器人教育也取得不小的成绩，但与美日等发达国家还有差距，教育工作者仍需不断改进教学方法、教学模式。在国家的逐渐重视下，相信在不久的将来，我国的VEX机器人教育定会更上一层楼！■

参考文献

[1]裘国永，李玉红.中学VEX机器人教育的PBL教学模式探索及影响分析[J].现代中小学教育，2017，33（7）：70-75.

[2]王海芳，李锋，任友群.关于中小学机器人教育的思考与分析[J].全球教育展望，2009，38（4）：81-84.

[3]张新，秦志强.小学教育本科专业开设机器人课程的探索[J].当代教育理论与实践，2010，2（4）：1-3.

[4]胡兵华，何少莎，王小根.中小学机器人教育的校本课程开发探讨[J].中国教育信息化：基础教育，2009（1）：15-17.