機器人校本課程的研究與實踐

◆聶濤 張甜甜

機器人教育是培養中小學生綜合能力的優質平臺，開展機器人教育不但能激發學生的創造性思維，也有助于學生邏輯思維、動手操作等諸多能力的發展。

校本課程是中小學新課程計劃中不可缺少的一部分，優秀的校本課程可以為新課程的實施提供更寬敞的空間，提高課堂的實效性，并為培養學生的創新能力，全面實施素質教育開辟一條捷徑。機器人教育是培養中小學生綜合能力的優質平臺，開展機器人教育不但能激發學生的創造性思維，也有助于學生邏輯思維、動手操作等諸多能力的發展。筆者結合學校機器人校本課程的開設，談一下自己的認識與做法。

1 影響機器人教育活動的因素

要開好機器人教育校本課程，機器人平臺的選擇很關鍵。學校應結合自身的實際情況，選擇合適的機器人平臺開展機器人教育。

開展實物機器人活動需要購買機器人器材和活動場地等，這都需要數目不小的經費，而且，參加機器人比賽的學校每年還要根據比賽的變化不斷地投入經費，這對學校來說是一個不小的開支。另外，影響實物機器人活動開展的因素多而復雜，如場地、器材、活動環境等，這些都會對活動的開展和效果造成影響。實物機器人活動的開展對場地要求是十分苛刻的，活動和練習只能在符合要求的場地開展；不同廠商提供的機器人部件，性能存在著差異，搭建起來的機器人差別很大，會對活動的開展和比賽的結果造成影響；環境也會對實物機器人活動的開展造成影響，筆者曾帶領學生參加過第10屆全國NOC比賽活動，參加比賽的同學機器人搭建和程序編寫十分熟練，練習時，可以輕松地完成比賽任務，然而，在比賽現場卻因場地空氣濕度大，傳感器檢測遲鈍，對完成比賽增加了很大的難度，可見，實物機器人活動要注意諸如場地、氣候等多種因素的影響，防止不可預見的因素影響活動開展。

仿真虛擬機器人克服了實物機器人在經費和場地方面的難題，虛擬機器人軟件能在相對公平的環境下，開展機器人活動和競技比賽，避免實物機器人的硬件故障和比賽環境等帶來的各種問題。虛擬機器人可以讓學生充分發揮想象力搭建機器人，通過圖形化的編程界面直觀地了解程序設計的思路和方法，使原本復雜的“算法”和“程序”變得直觀，讓學生更清楚地感受機器人是怎樣在程序的控制下活動的，降低了程序設計的難度。通過搭建機器人編寫和調試程序完成任務，學生的動手實踐、科學探究和創新思維等方面的能力將大幅度提升。

2 蘿卜圈3D網絡機器人環境下校本課程的實踐

筆者學校選擇了蘿卜圈3D網絡機器人作為開設機器人校本課程的平臺。根據該平臺的特點，筆者在校本課程開設時采取了下列做法。

創設教研氛圍，形成校本教材 目前，適合開設機器人校本課程的各類資源相對匱乏，為了更好地研究機器人教學平臺，保證機器人校本課程的順利開展，筆者采取了這些方法：與公司工程師交流經驗，聘請他們到校對社團學生進行指導，通過觀摩學習，借鑒他們的思路，吸收先進的科技理念；在全校范圍內形成研究氛圍，集思廣益，取長補短不斷提高自身水平；積極參加各級各類比賽，與其他學校指導老師進行交流，收集整理相關的實例和視頻，通過借鑒，開發適合本校的校本教材。

及時發現問題，解決學生困惑 搭建機器人并完成任務的過程是學生探究、解決問題的過程，面對學生在課堂中出現的問題，筆者認為如果教師不及時點評和幫助，輕則使學生思想僵化，影響任務的完成，重則嚴重挫傷學習積極性，所以教師要抓住問題生成的時機，及時引導學生探究，解決他們的困惑，進一步激發他們的求知欲望和探究熱情。

在“野外生存第一季”任務中，起點至目的地有三條路線可供選擇，各路線的長度和沿途的得分物品也不相同，任務的判分規則為：任務得分=基礎分-完成時間+得到的物品分值，可見，要完成任務并獲得更高的分數，這需要學生合理的選擇路線，在最短的時間內完成任務并盡可能多的獲取得分物品。

筆者在指導學生活動時發現，起初，大多數同學選擇了距離最短、得分物品最少的“繩索”路線，究其原因，同學們認為這條路線最短，并且對機器人的結構和編程要求相對簡單，可以在最短的時間內輕松完成任務。雖然同學們通過優化機器人結構和程序不斷提高任務得分，但由于該路線相對固定，只能得到路線上的物品，因此，得分主要取決于完成任務的時間，當完成任務的速度接近極限時，成績便很難再有突破。就此問題，筆者引導學生思考：“繩索”路線的優勢和劣勢是什么？通過分析，同學們意識到不能只追求完成任務的速度，而應綜合考慮各種因素，選擇合適的路線，運用多種方法完成任務。

鼓勵探究創新，激發學生潛能 在開展機器人活動的過程中，要注意激發學生的潛能，培養學生的創新意識和能力。學生的奇思妙想有時雖然不很成熟，但往往有拋磚引玉的作用，成為點燃大家靈感的火花，對于他們的獨創和奇特的想象，教師要特別注意保護，對于學生的靈感與智慧的“火花”，要及時進行“助燃”。

蘿卜圈網絡機器人提供了物理引擎的支持，任務中的各種元素具有重量、體積、摩擦、能耗、力等物理屬性，十分貼近真實環境。平臺還提供了眾多形態功能各異的機器人組件和傳感器，使完成任務的方法靈活多樣，由于不同素材搭建的機器人結構和重量不同，仿真時地形及道路復雜多變，任務的完成會受到很大影響，合理的搭建機器人顯得十分重要。在完成“野外生存第一季”任務的過程中，同學們進行了大膽多樣的嘗試，為了提高速度，不斷完善機器人的結構，根據地面材質選擇不同的輪胎和馬達，并總結了機器人搭建的一些規律，如底盤重、重心低機器人運行更穩定，軸距短，轉向更靈活等。為了獲取更多的任務物品，特別是位置較高的任務物品，有同學試著給機器人加裝手臂，筆者充分肯定了這個創意，同學們通過互相借鑒不斷優化，改裝成可折疊的伸縮臂，不但保證了完成任務的速度，而且把原來認為不可能得到的任務物品“收入囊中”。活動中，學生思維的閃光點展現得淋漓盡致，筆者及時的肯定和鼓勵，更激發了他們的創造熱情，培養和鍛煉了他們的創造潛能。

3 重視過程評價，增強學習動力

教學評價是任何教學活動取得成效的重要保障，恰當的評價既能了解學生的學習狀況，又可以進一步增強學生的學習動力。由于機器人教學的開放性很強，學生可以搭建不同結構的機器人，編寫不同的控制程序來完成同一任務，因此，在評價時就不能以單一指標來進行評價，而應采用有利于激發學生潛能、促進個性發展和創造性思維的評價方式。因此，在評價時要注意過程性評價，不能以是否完成任務或者得分高低作為標準進行終結性評價，評價要在學生的搭建、編程、仿真機器人的過程中及時進行，分步完成，這更能激發他們探索的積極性。

智能機器是培養中小學生綜合能力、信息素養的優秀平臺，教師應在深入研究平臺應用方法的基礎上，確定有效的教學策略，結合學生的身心發展特點，因材施教，努力做到讓學生在機器人的搭建、編程、測試、競技中學有所得，使學生的創新思維、科學探究、動手實踐和解決問題的能力得到真正的發展與提高。

[1]吳良輝,楊青.深圳市初中機器人課程的探索與實踐:兼談《標準》的學習體會[J].中國電化教育,2012(11).

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