巧設支架提高機器人常態化教學可行性

周玳珈

機器人教育在培養學生思維、動手、合作、創新等多方面能力的價值越來越得到廣大中小學教育者的認同，然而由于中小學機器人教育在國內正處于起步階段，要實現普及化、常態化還存在諸多困難。

2003年教育部頒布的普通高中新課程標準明確將機器人教學列入技術課程，但由于受到課程地位和課時的局限，學校或教師在機器人課程的內容設置上隨意性較強;與設備相關的資金與維護等問題也使得機器人教育成為“高端教育”而令人卻步;機器人課程中技術應用與實踐活動相對較多，課堂中教師常常要面對眾多學生可能出現或提出的各種問題，對教師的精力也提出一定的挑戰。受上述問題的制約，較多學校只是以參加競賽為目的，以培訓活動班的形式開展機器人教學，只有經過篩選的少數學生才能接受機器人教育。

2010年以來，筆者所在學校的技術學科組開展了《在高中階段技術領域開設智能機器人常態課的研究》的教研課題，在信息技術與通用技術兩門學科中開設機器人常態課，通過教師設計學生學習支架，解決機器人教學中常見的瓶頸問題，使得面向幾乎零起點的全體學生的機器人教學的可行性得以保證。

● 編設學案，提供直觀獲取概念與方法的認知框架，提高常態化教學的規范性和可操作性

由于機器人教育尚未真正實現普及，在任何階段開展機器人課程都可將教學對象基本視為全體零起點，并且沒有配套的機器人教材。因此，針對學校條件、教學計劃和學生特點編寫設計有針對性的學案，是保證機器人教學的規范性和可操作性的根本。面向基本零起點的教學對象，學案內容必須能提供可直觀獲得基本概念與方法的認知框架，使學生在知識習得或完成操練的過程中能隨時有一個基本支架，可學習、可參考、可查閱，在一定程度上也可培養學生主動的、科學的學習習慣。

學案的結構與內容應以課時進度、教學內容為依據，一般提供包括幫助回顧上節知識、呈現本節知識、引導本節任務、拓展學習與應用、引導本節評價和提供相關知識鏈接等的支架。筆者以《重復命令與重復結構》一課為例，該課學案編寫結構如圖1所示。

由于注重積累以及根據教學實際效果對學案進行及時跟進，目前筆者所在學科組已將學案進行匯總編冊，成為能針對教學環境和教學對象的機器人課程校本教材。

● 制設思維圖表，提供主動建構知識的思維工具，緩解常態化教學的教師課堂壓力

學生發現問題和解決問題的思維過程就是主動建構知識的過程，培養學生自主發現問題和解決問題的意識和能力正是機器人教育的一大特色和重要使命。在機器人的課堂教學中，學生會時常遇到各種各樣的問題，特別是在機器人編程、機器人組裝等操練或實踐活動過程中更為明顯。如果教師獨立承擔全班學生提出的各種問題，無疑提高了教師的教學壓力，并可能影響教學的進程和效果。因此，針對學習活動的任務、主題或要解決的問題提供貫穿并支持學生獨立完成整個學習活動的支架式思維工具，將能很好地培養學生的獨立探究問題、主動建構知識的能力，同時能夠緩解教師課堂教學的壓力。支架式思維工具通常可以是針對問題及思考、解決問題的過程設計的圖或表。

例如，在《機器人沿軌跡行走》一課中，筆者在學習初期就制設并提供給學生一張常見問題及對策表，引導學生在實踐活動過程中可根據該表進行問題檢查和處理（如下表）。

又如，在綜合活動《智能機器人競走比賽》中，學生需要小組合作布置機器人競走場地、設計競走策略、安裝傳感器、編寫程序并進行實地競走。在這個活動中，筆者為每個小組發放了一張活動流程及問題排查圖（如圖2），引導學生以該圖為活動線索和問題解決參考方案，進行合作探究、協同完成任務。

依據學習內容和任務主題設計的思維圖表使課堂上不再出現學生一遇問題不思考便舉手提問和教師疲于解答學生各種疑問的現象，而是形成了學生獨立思考和主動解決問題的良好學習氛圍。

● 創設簡易附件，提供發展綜合能力的硬件環境，實現常態化教學的更大效益

機器人硬件操作與實踐是機器人課程的重要內容，也是發展學生動手能力、創造能力、合作能力等綜合素養的重要教學活動形式。目前，由于機器人、機器人配件、機器人活動環境建設等需要較高的費用及場地成本，很多地區及學校在開展機器人教學時更多是在虛擬環境下進行，這在一定程度上削弱了機器人教學的效益。筆者認為，在具備一定的機器人基礎硬件條件的前提下，教師可動動腦筋，甚至親自動手，為課堂教學創設一些簡易附件，來補充暫時匱乏的硬件條件，甚至代替昂貴的硬件設備和環境。

例如，在《重復命令和重復結構》一課中，學生在虛擬環境中讓機器人“畫正多邊形”從而體驗重復命令和重復結構的使用，為了讓學生看到機器人“畫正多邊形”的真實效果，筆者準備了一些大張白紙和白板筆，同時將白板筆分別用鉛絲固定在學校已購買的幾臺機器人上，在實踐活動中讓學生分組設計機器人“畫正多邊形”程序，并將程序下載給帶著白板筆的機器人，然后在大白紙上啟動機器人、運行程序、行走出正多邊形路線圖，在這個活動中學生構想與設計的機器人行走的正五邊形、正六邊形、正圓……在白紙上真實地顯現出來，大大地提高了動手實踐的熱情和能力（如下頁圖3）。

又如，在《機器人沿軌跡行走》一課的實踐活動中，學生完成灰度傳感器安裝和編程后要讓機器人下地進行行走軌跡的調試。若使用購買的機器人行走軌跡圖紙，會存在圖紙容易弄臟需及時擦拭、圖紙中軌跡外觀固定不能發揮學生的創造性、圖紙占地大一定要在寬敞場地才能進行，以及人數多時必須利用多個課時分小組先后實踐等缺點。在實際課堂中筆者為學生準備了黑色膠布和剪刀，讓學生分組選擇在教室過道或講臺處或教室入口較寬敞處，自行設計機器人行走的軌跡并用黑膠布貼在地上實現出來，然后測試自己的機器人能否沿該軌跡行走（如圖4）。在這一活動中還鼓勵學生可以設計有難度的軌跡來測試自己設計的機器人的“智力”，不斷改良程序使機器人更“聰明”。在這個低成本的活動中學生的動手能力、創造能力和挑戰精神都得到了很好的發揮。

● 結語

搭建腳手架，萬丈高樓才能平地而起;巧設學習支架，面向零起點的廣大學生，機器人課程才能更規范和更低成本地開展，學生也才能更積極主動地獲得知識的建構和高級思維能力的發展。如今，機器人校本課程已成為筆者所在學校一項頗具特色的素質教育工程項目。