基于创客教育的机器人教学实践——以“分类运输机器车”的教学为例

苏州大学实验学校（215131）叶 红 赵锡娟

近几年，机器人教育逐渐成为中小学信息技术课程必不可少的内容。很多中小学信息技术教师在不断探索将机器人教育融入学生学习生活中的策略，从而增强学生的动手能力、编程能力、创造能力和团队意识，使学生在积极的探索和研究中落实自己的新创意、新设想和新设计。

创客教育是近年来新兴的一种教育理念，基础教育中的创客教育提倡培养学生发现问题并创造性地解决问题的能力。创客教育的出现为机器人教学提供了一种新的教学模式。以提倡“实践、创新、分享”的创客教育指导课堂教学，可有效培养学生发现问题和解决问题的能力，锻炼学生的动手能力和团队协作能力，发展学生的创造性思维。

本文以创客教育为理论指导，以“分类运输机器车”的教学为例，探讨着重培养学生动手能力和创新思维的机器人教学。

一、学情分析

课前，教师应分析学生的学情和学习目标。本次教学的对象是初一社团学生。初一学生活泼好动，充满强烈的求知欲望，而机器人课程对他们来说十分新鲜，他们非常感兴趣。初一学生竞争意识强，喜欢挑战，通过制作机器人并完成指定任务以及展示作品，可以增强他们的成就感及自信心。每个学生的能力和兴趣不同，有的擅长文字表达，有的喜欢动手实践，有的编程能力较强。因此，教师应让学生根据自己的特长自由组队。

在上本节课之前，学生已经掌握了颜色传感器、巡线传感器、表情面板等硬件的使用方法，还学会了编写相关硬件所对应的程序。

二、教学目标

通过对“分类运输机器车”的学习，能够了解分类运输机器车的搭建技巧，并总结分类运输机器车的搭建原则与方法；能够综合运用相关的传感器完成指定任务；能够编写程序实现指定任务，并通过作品展示，培养分享和创新意识。

三、教学准备

机器人教学中，教师如果把课前做好的机器人作品展示给学生，将会固化学生的思维，使学生不自觉地模仿这一作品。为了充分拓展学生的思维，激发学生的想象力，教师可在课前准备与教学内容相关的视频资源。本次课，笔者在课前拍摄了一段“分类运输机器车”的模拟运输场景视频（利用机械臂代替大型起重机，用木块代替物品，用颜色区分物品类别），另外还拍摄了一段能够识别不同颜色物品的机器车将物品运输到指定地点的模拟场景视频（如图1-1和图1-2）。

图1-1 模拟运输场景视频截图

图1-2 模拟运输场景视频截图

为了培养学生提出问题和解决问题的能力，将学生的思维过程可视化，笔者设计了一张任务设计解决表（如表1）。

表1 任务设计解决表

四、教学实施

（一）规划设计，讨论原则

明确学生的学习任务是保证课堂教学顺利开展的前提，对此教师需对学习任务进行清晰阐述，让学生能够明确要做的事情。规划是解决问题中的重要步骤，好的规划等于成功的一半。通过填写任务设计解决表，学生体会到了规划的重要性，很好地培养了规划思维。本次课中，笔者在学生明确了学习任务后，安排学生小组讨论，形成初步的解决方案，并将其呈现在任务设计解决表中。

学生在小组讨论的过程中会总结归纳出相关知识规律，而这些知识规律远比教师讲解的知识规律让学生印象深刻。比如学生在讨论分类运输机器车的搭建的过程中总结出了分类运输机器车的搭建原则。一是分类运输机器车的车筐一定要能够容纳物品；二是在原车的基础上安装零件时必须考虑车子的稳定性和平衡性。这些是搭建分类运输机器车时必须要遵守的原则，违背任何一个原则机器车都不算搭建成功。

（二）利用流程图讲解程序

机器人教学中最重要的环节是编写程序，编写程序是培养学生逻辑思维的重要途径。机器人教学中，每个小组用到的传感器可能不同，要搭建的车子可能不同，因而需要编写的程序也可能不同，但解决问题的核心思想是一致的。在教学中，教师可利用流程图来帮助学生厘清分类运输机器车运行程序的编写思路。本次课中，分类运输机器车运行程序的编写思路如图2 所示，首先车子要从起点处开到目的地（这段程序是简单的巡线程序）；其次车子要在目的地等待搬运物体，此时只要让车子等待即可；最后需要判断被搬运物体的颜色，并将相应物体运输至目的地。该程序可以分三段来编写，第一段是从起点到目的地的巡线程序；第二段是小车等待程序；第三段是判断程序，判断物体颜色并将相应物体运输至目的地。每一段程序的编写都会应用到以前讲解过的知识。本次课注重让学生综合运用所学知识。利用流程图来讲解程序编写思路，有利于培养学生的逻辑思维。

图2 分类运输机器车运行程序编写流程图

（三）动手实践，分享交流

创客教育提倡“实践、创新、分享”。在本次课中，待学生分析完问题后，笔者引导他们动手实践，解决问题。小组成员根据分工，将分类运输机器车搭建出来，编写程序调试机器车运行，并在解决问题的过程中不断完善任务设计解决表，待问题解决之后展示本组作品。展示与交流是机器人教学中的一个重要环节，一方面可以锻炼学生的沟通表达能力，增强学生的学习信心；另一方面可以让学生接受他人意见和建议，改进自己作品。创新不是闷头实践就能实现的，创新是一个厚积薄发的过程，它是在学习、借鉴、模仿的基础上实现的。以下是展示小组1和小组2的作品（如图3和图4），以及他们分别对作品所做的介绍。

图3 小组1搭建的机器车

图4 小组2搭建的机器车

小组1：我们小组在基础小车前面装了一个围栏，通过调试程序，让车子停在目的地，当物体落在围栏内时，颜色传感器会识别它们的颜色，并通过后面的表情面板来显示字符。

小组2：我们小组在基础小车的前面装了个框子，框子有一定的夹角防止物体掉落。车子在等待搬运物体时，若物体掉落就可以将其放到框中，然后进行颜色检验，并运输至目的地。在表情面板后面加上零件，一是为了让车子看起来炫酷，二是为了保持车体前后的平衡稳定。

五、教学反思

本次课中，学生分享、展示的作品都很不错。有些学生使用了表情面板上的字符来表示不同颜色；有些学生有效利用了主控板上的颜色；有些学生选择将物体放到车上，所以搭建了一个车架；有些学生选择推拉物体，所以搭建了一个可以围住物体的框子。学生还将程序编写了出来。由于一节课的时间较短，学生虽然对自己的作品进行了改进，但是还没能使它完美无瑕。

本次课采用的是任务驱动教学方式，通过引导学生完成任务，培养学生的问题解决能力和创新思维。在创客教育的引领下，教师的角色真正实现了由讲解者到辅助者的转变，学生也从听讲者变成了课堂的主人。通过教师的辅助，学生能在实践中学习，在分享中学习，在合作中进步。