機器人活動——給小學生創造更廣闊的發展空間

王 軍

(天津師范大學第二附屬小學 天津 300211)

目前，機器人實踐活動在國內外作為一種教育工具和手段已經得到了廣泛的應用。這項活動集成了數學、物理、生物、機械、電子、仿生、能源、傳感器、人工智能等眾多領域的先進科學與技術知識，旨在為學生創設良好的科技平臺，使學生接觸到較為前沿的知識，培養其創新能力和創意意識，進一步促進學生綜合素質的提高，使學生將來能從容面對新技術的挑戰。

1 優選教學器材，導入科學知識

在教學之初，首先為學生提供各個領域的機器人圖片，使學生在了解其功能和應用之前，對機器人的外部結構產生直觀的認識，打破學生對機器人的傳統認知模式，為他們充分大膽地發揮自身想象力提供更為廣闊的空間。

目前可以應用到中小學機器人教學中的器材主要有國外的樂高，國內的中鳴、未來伙伴、納英特等。這些廠商提供的機器人器材一般都是獨立的模塊，如紅外傳感器、馬達、超聲波傳感器、伺服電機等，通常需要將這些零散的部件搭建起來，組成一個整體。機器人的搭建是工程學的一部分，涉及很多內容，如杠桿、齒輪配比、輪子和輪軸、梁、摩擦力、重心等。

中小學生往往對搭建知識一知半解。剛開始讓學生接觸機器人的時候，教師可先讓學生搭建一些小車，然后介紹一些簡單的杠桿、齒輪、摩擦力和重心等知識。接著在教學中積極引導學生觀察、思考和創新，在已知搭建知識的基礎上進一步改進，搭建一些他們感興趣的東西。這樣既能使學生保持對機器人持久的好奇心和興趣，又能激發學生的創新思維。

筆者在每周四下午的社團活動中，根據小學生的年齡特點，首選了“樂高 NXT機器人器材”。以小組為單位開展活動，每組兩名學生，其中 1名學生攜帶筆記本電腦編程，另1名學生以結構設計搭建為主，自愿結合。這樣的兩人小組便于學生在活動中充分發表個人觀點，也有利于同伴間優勢互補，共同解決制作機器人過程中遇到的各種問題。

2 由簡到難逐步引導，開展創意設計等活動

學生的學習興趣來源于實際生活，因此教師在教學方案的設置上，以小學生的生活經歷為基礎，結合年齡特點，設計了一系列由簡到難的活動任務，讓學生置身于充滿趣味、刺激和挑戰的氛圍中，主動探求知識。

例如，讓機器人按照黑線行駛的方案就源于為空巢老人排遣寂寞而制作電子寵物的設想。該方案需要將搭建好的小車做成模擬電子寵物，安裝光電傳感器充當眼睛，根據光線的黑白變化選擇路線。在輪胎的選擇上，學生根據實踐經驗，選擇較寬的沙地輪增加機器人行走中的摩擦力，有效防止了感應器在尋找軌跡時發生脫離黑線的情況。有的學生還改進了電子寵物，為其安裝左右兩個光電傳感器，不僅提高了行走速度，還大大減小了單個感應器在探測過程中左右搖擺糾偏的幅度，使電子寵物行走起來更加穩定。

除創意設計外，機器人舞蹈項目也是先讓學生根據自身生活實踐構思創意，設計可行方案，并經過和家長的充分交流，共同投票推舉出最佳方案。例如，設計一輛有機發光二極管嵌入的街舞機器人，由于比賽要求設計者和機器人在舞臺上互動表演，所以對機器人動作時間和移動位置的準確性要求很高。為了豐富交互的舞蹈動作，在教師的引導和啟發下，學生想到了 3種轉彎的方式，分別是一邊輪子轉速快，一邊輪子轉速慢，則機器人以較慢的一邊向內旋轉；一邊輪子不轉，一邊輪子轉，則機器人同樣向不轉的一側以兩個輪子間的軸距為半徑旋轉；一個輪子正轉，一個輪子反轉則是以軸距為直徑旋轉，且速度最快。結合 3種轉彎帶來的速度和位置的差異，配合程序讓發光二極管有規律地跟隨音樂閃動，制造動感十足的效果。這樣的構思與實踐極大地激勵了學生學習、探究科技的興趣。

在FLL工程挑戰賽項目中，教師則以任務分塊、逐步求精的方式進行指導。先要求學生搭建1輛可以從基地出發、并用時間或者軌跡控制的車型機器人，然后要求該機器人可以連續多次借助場地中的輔助線行駛到達同一個地方，并能準確轉彎。在這個過程中，學生需要不斷改進結構搭建，在反復嘗試和改進中，不同學生可以創作出不同的驅動結構車型。經過仔細觀察和反復實踐，再加上圖形化的編程，降低了學生編寫和修改參數的難度。學生克服了對程序設計的恐懼，提升了對學習的興趣。

3 讓機器人活動走進課堂，為學生綜合發展提供更廣闊的平臺

過去，機器人活動的開展都是輔導教師精心選拔具有較強動手操作能力和創新能力的學生，在每周固定的興趣組活動時間完成一些任務和設計。隨著機器人活動的日趨成熟，將下一個發展目標定位在課堂教學，不僅能讓更多學生掌握機械、計算機、工程學等新知識，還能為相關領域特長生的培養提供平臺。

實施課堂教學后，學生能夠更系統地了解機器人設計的搭建和程序以及后期調試的諸多步驟，使所學內容更加條理化。例如，在中低年級的雙語班，我們結合樂高器材的“簡單機械”套裝，開設了“輪軸”、“齒輪”、“杠桿”、“滑輪”4部分的教學內容。這些內容都屬于智能機器人的前期階段，學生雖然不能像正式比賽一樣用程序進行獨立控制，但可以利用手中的器材和所學的簡單原理發揮自己的想象力和創造力。

在每個單元的教學安排上，教師都預先圍繞知識技能的重點與難點設定一些任務來引導學生理解和加深記憶。例如，在介紹輪子的由來時，教師先展示古人用滾動的木頭來移動笨重的石料搭建金字塔的圖片，使大家了解滾輪可以減少石頭和地面的摩擦，節省力氣，然后鼓勵學生利用手中的小輪子進行模仿。有的學生領會得很快，把幾個輪子縱向排列，并用軸固定在兩個長梁上，形成了今天生活中類似傳送帶的裝置。在學生完成規定任務之后，教師引導大家復述其中的原理，及時對知識進行鞏固。對于低年級學生來說，這樣的一節課所學到的不僅僅是簡單的機械常識，而是培養了觀察、實驗、表達、動手等綜合能力。

4 結 語

綜上所述，在國內外機器人項目蓬勃發展的時期，信息技術教師或科學教師更應該走在信息的最前沿，做教學路上的有心人，這樣才能和學生一起步入更廣闊的發展空間，幫助每一位學生追尋、實現自己的夢想。■

［1］張樵.關于機器人教育與學生自主創新能力培養的思考[J].科技信息，2007(28)：45.

［2］黃修峰.在機器人教學中培養學生的創新與實踐能力[J].中國信息技術教育，2014(14)：65.

［3］楊豐秋.機器人教學中的點滴記錄與思考[J].中國教育技術裝備，2015(1)：42-45.