中小学开展简易机器人编程教育的实践研究

吴丽香

摘  要：2017年，国务院印发《新一代人工智能发展规划》，明确指出：应逐步开展全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程、逐步推广编程教育。开展有关中小学简易机器人编程教育的实践研究，努力探索出一条符合机器人教学与科学学科整合的教学捷径，使得中小学简易机器人编程教育得到有效的实施与推行，促进我国素质教育的发展。

关键词：中小学  简易机器人编程  实践研究

中图分类号：TP242    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）02（a）-0114-02

随着中小学信息技术课程的普及，社会上一些青少年编程教育课程也逐渐活跃起来。2017年，国务院印发《新一代人工智能发展规划》，明确指出：应逐步开展全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程、逐步推广编程教育。简易机器人编程教育中编程知识的学习范围，受限于选择的机器人，是以调用编程模块指令让机器动起来为目的。通常需要编程的模块，是已经写好存储在模块里的，中小學生做的只是将模块以不同的方式拼接起来。为了更好地推广和实施机器人编程教育，展开了有关其实践的探讨。

1  简易机器人编程教育的意义

1.1 培养编程思维

编写程序，最重要的是如何把老大难问题分割成一个个简易的小问题并逐个击破，化繁为简。在过程中，中小学生必须学会思考：如何将代码合理地安排在整个程序中，才能使得程序更加流畅地处理输入—演算—输出，整个过程将对中小学生的逻辑思维能力有着大大的锻炼和提升。

1.2 培养学生的专注力和耐心

编程培养中小学生细心、专注和自我纠错的能力，如果在编写过程中错了一个代码，就会造成程序大乱。因此，编程不仅能培养中小学生严谨、认真的做事品质，也能培养中小学生解决问题的能力，提高中小学生的探索创新能力及团队合作能力。

1.3 敢于试错的勇气

犯错是编程过程中总需要面对的，机器人编程教育鼓励不断试错并最终找寻到解决问题的办法和当前的应试教育有着很大的区别，应试教育的犯错成本较高，因此，在学习过程中学生对犯错较为抵触，同时在心理上也较为脆弱，在面对失败和挫折时其心态还无法及时调整，但是机器人编程教育就是鼓励试错，使得学生在不断试错过程中，锻炼了其面对失败和挫折的勇气，其自身的心态也是积极且向上的，因此进行机器人编程教育，可以帮助学生培养其良好的心理状态，成为其终身受益的技能。

2  中小学开展简易机器人编程教育的有效途径

2.1 大力开展简易机器人编程校本课程

首先，进行初始课的讲解，激发兴趣。利用多媒体技术和信息化技术，向学生展现智能机器人世界，在此过程中会让学生产生对智能科技的好奇与惊叹，从而增强其对机器人相关技术的学习兴趣。其次，在兴趣的基础上，教师要向学生传授机器人技术的相关知识，帮助其完整地认知到机器人编程在机器人技术中的重要性和关键性，利用实物以及教学课件等，对其机器人基本控制的方法以及控制程序进行介绍，了解其机器人的基本工作原理及重要组成部分。最后，进行仿真软件的学习和操作，让学生在操作过程中了解其程序设计方法。同时在开展教学活动时，要因材施教，以学生为主体，根据学生的接受能力，合理地安排其机器人编程培训内容。

2.2 综合多学科知识进行教学

将机器人编程技术和物理学科知识相结合。教师在教学中可以将复杂的物理知识和学生兴趣浓厚的现代智能科学技术进行结合，激发学生学习的热情，将物理理论知识与科学技术实践联系起来。

机器人编程技术和数学学科知识相结合。数学知识是机器人技术发展的基础，设计者通过编写的运行程序来控制机器人的自动化操作。所以，教师在数学教学过程中，可以编写一些小程序来实现机器人的自动运行，从而激起学生学习的兴趣，让学生了解计算机编程技术的同时主动学习数学知识。

2.3 培养学生科学素养

程序的编写，可以培养学生科学、严谨的学习态度。在编写程序时，学生需要做到对程序结构的正确选择以及对程序结构的时间把控，如设置条件控制和循环结构控制，这些都需要在合适的时间内执行。编写的过程中就需要反复地进行调试，以期达到最优参数值。因此，在调试和试错的过程中，教师需要观察学生执行的动态，而不是直接将最优参数值告知，这样可以让学生增强受挫承受能力，锻炼其意志，经过反复的失败，最后总结经验和教训，体会到成功的喜悦和满足，培养学生的科学素养。此外，在进行机器人编程技术教学时，教师还需要不断地启发学生，引导学生进行自我思考，提出创意，并对其创意进行开发设计，通过编写程序和亲手制作，培养学生在此过程中的主动思考和解决问题的能力。

2.4 分组合作，开发科技创新项目

开展创意机器人比赛，进行分组合作，开发科技创新项目。教师应该鼓励学生多做调研，在调研中发现问题，提出创新项目，同时对于学生提出的创意性项目，教师要给予积极的评价，首先展开有关项目的分析、论证和讨论，将学生和教师的意见结合起来进行观看，然后对项目的可行性进行分析，同时对项目方案的实施提出意见和形成一个完整的项目实施方案。接着研究的项目进行立项，进行专题研究讨论，确定项目实施过程中所需的硬件、软件以及控制方法等相关问题。在具体执行过程中教师可以根据学生的特点进行分组合作、制订出研究计划和进度，培养他们进行科研的基本素质。学生在根据研究的需要和教师的要求，自主完成对机器人的外观设计、结构设计以及重要的程序编写等。比如以感光原理为基础，制作智能台灯、闹钟等。通过教师的帮助，学生开展动手尝试，从生活中发现机器人编程技术的实际运用，不断地开拓其创新思维，提高学生分析问题、解决问题的能力。

2.5 鼓励学生积极参加竞赛

鼓励学生积极参加市、省、国家级的各类机器人比赛。以学生的个人爱好和专长为出发点，为学生选取适合他们的机器人项目，充分发挥学生的所长，例如机器人灭火项目、机器人足球等。在参加竞赛前，教师需要对机器人竞赛的规则进行讲解，并且为学生培训一些比赛过程中所需要的必备知识，如C语言编程基础知识等，让学生了解其编程的基本思想和原理，锻炼其逻辑思维能力。然后，为了提高学生编写程序的效率和准确性，将C语言编程与VJC机器人软件相结合，使学生在模拟中得到锻炼。在教师的引导下，学生独立自主的编写完成相应的项目程序，然后进行调试。最后，教师提出机器人项目在实际运行中可能存在的问题和意外情况，学生在此基础上针对问题不断地进行尝试和调试，对其程序进行完善和优化。通过这样的学习和实践培训，学生的实际操作能力和机器人编程能力就得到了一定的锻炼，然后学生再选择其参赛的具体项目，经过实战，提高其编程能力。

3  结语

机器人技术是当前世界科技发展的重点，在当前及未来应用前景极为广阔，是时代发展的重点。机器人编程技术是机器人技术中的基础部分，在机器人技术的学习中具有重要作用。中小学生对于机器人编程的学习，不仅可以提高其科学素养，同时，对吃苦耐劳精神的培养，以及学生的专业技能的培养都是至关重要的。因此，教师必须努力更新教育观念，努力探索一条符合机器人教学与科学学科整合的教学捷径，大力开发简易机器人编程校本课程、综合多学科知识进行教学、培养学生的科学素养以及鼓励学生积极参加机器人竞赛等，使得中小学简易机器人编程教育得到有效的实施与推行，促进我国素质教育的发展。

参考文献

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