信息技術引領下的機器人課堂

李萍

摘 ? 要：結合本次新課程改革的要求，關注新課程的學習目標，在通用技術課程中設置了《簡易機器人制作》（選修）的內容，有效地把現代化的科學概念引入到校園里，開拓青少年的科技視野，提高青少年在科技方面的想象力及創造力，培養學生綜合的視野及應用信息技術知識和技能解決問題的能力。本文就簡易機器人制作在高中通用技術課堂上運用信息技術教學的開展作了一番探究，同時對該課程實施中發現的一些問題產生了思考。

關鍵詞：科技創新教育;新課程;簡易機器人制作;信息技術

引言

在科技創新發展飛速的時代，傳統應試教育越來越凸顯出它的弊端，狹隘的教育模式阻礙了學生個性的發展，扼殺了孩子與生俱來的創造力，而創新教育是為了迎接即將到來的知識經濟時代而提出來的。它不僅是方法的改革或教育內容的增減，更是教育功能的重新定位，是帶有全局性、結構性的教育革新和教育發展的價值追求，是新的時代背景下教育發展的方向。當今世界新技術革命的挑戰和對新世紀人才的需求，使得各國紛紛把競爭的焦點放在教育改革上。而在世界性基礎教育課程改革的浪潮中，改革傳統的技術教育，設置富有時代特征的技術類課程，形成課程結構中學術性課程與技術（技能）性課程的均衡性和合理張力，使學生適應當代以技術進步為主導的社會發展的需要，成為眾多國家教育改革中的主流取向。

21世紀是機器人的時代，社會需要的將不只是知識的復制者，更需要的是創新人才。我們國家要從“中國制造”邁向“中國創造”，需要從小開始培養人才。因此，面對新的時代背景，為了適應時代的需要，與時俱進，時刻考慮學生的時代特征以及時代發展對學生的新要求，切實體現教育面向現代化、面向未來的精神，通用技術課程在《技術與設計1》和《技術與設計2》的基礎上開設了《簡易機器人制作》的選修模塊。

1 ? 《簡易機器人制作》的特點

簡易機器人涵蓋了計算機、傳感、智能信息處理、控制和機械等技術，體現了信息技術與機械技術的綜合，軟件技術與硬件技術的結合，體現了知識和技能的綜合運用，有利于拓展學生技術學習的視野，培養學生的創新精神，提高學生的實踐能力。簡易機器人制作這一模塊的設置具有其獨特的意義和價值。

2 ? “機器人設計和制作”走進通用技術課堂

2.1 ? 課程資源的準備

凡是有助于實現課程目標的一切因素都可以叫做課程資源。新課程改革中突破了原有“教材”概念的局限，從“教材”擴展為“課程資源”，教師在教學中同時重視課程資源的研究、開發和利用，能為優質教育的創造提供前提條件。

（1）條件性課程資源：（人力、財力、時間、場地、媒介、設備、設施、環境……）、

《簡易機器人制作》教學內容中學生設計、制作的活動較多，還有配套的器件，所以我們設立了“機器人制作”專用教室，配備了教學用的《簡易機器人制作》的套件和教學軟件為學生的動手設計和實踐操作創造了平臺。

（2）素材性課程資源：（知識、技能、原理、經驗、感受……）

《簡易機器人制作》涉及科學、工程、技術、設計和數學等多學科、多領域的知識。因此需要我們樹立資源意識，多渠道地開發和利用各種文本資源和人力資源，為學生設計活動的順利進行奠定更為堅實的基礎。

2.2 ? 課程的實施

簡易機器人制作本身有很強的實踐性、趣味性，學生感興趣的是最終制作出機器人的成品。而機器人本身涉及的知識較多，且對學生而言較難掌握，堆砌在一起，會顯得枯燥、冗長，講得太少又會給人“嚼不爛”的感覺。如何讓學生產生學習興趣，將知識的學習和能力的培養結合起來呢？

機器人的設計和制作從本質上講是一個設計的過程，因此我嘗試按照《技術與設計1》中所提出的“設計一般過程”來組織教學。下面我以自己開展的一堂機器人搭建課為例，進一步探討課程的實施過程。

（1）課件展示，確定機器人的設計目標和項目

發現和明確方向是解決問題的前提，機器人的設計和制作要取得成功，必須先確定能引起學生興趣，可以實現一定人機互動的機器人項目。因此，我首先將學生分為四人一組，將制作好的課件，通過計算機向學生提供幾個可供選擇的機器人搭建項目，由學生討論后，選擇1-2個搭建項目。學生在討論中曾經提出搭建可直立行走的機器人、打高爾夫的機器人、滅火機器人等。但是這些項目中有的受器材和環境的限制，有的難度超出了中學生現有的能力，不能順利實現。最后，我們共同探討確定了以投籃機器人項目進行搭建。

（2）收集信息，進行機器人搭建的構思

《技術與設計》中提到了幾種常見的構思方法，如模仿法、聯想法和奇特異構思法等，這些方法同樣適用于搭建機器人的構思中。

模仿是人類與生俱來的一種最基本的學習和構思能力，在對一件新事物的接觸和學習過程中適當的模仿必不可少。借助網絡平臺，學生們先是學習了解了基礎小車的拼裝結構，并將其作為投籃機器人的底盤，在此基礎上思考如何才能使其執行投籃動作。模仿法的特點在于“仿”，而聯想法的特點是在模仿的基礎上實現“移”。學生們聯想到既然電機可以驅動車輪前進和后退，那么如果再增加一個電機，控制其轉動的角度和功率，并輔以簡單的框架結構，就能將球拋出去了。如果再不斷調整電機的轉動角度和功率，則可以大大提高投籃的命中率了。

（3）信息加工，裝配結構和編寫程序

初學者在機器人的裝配過程中，往往是邊構思邊裝配，你中有我我中有你。因此，借助搭建軟件，學生可將自己的構思先在電腦上進行嘗試和調整。程序的編寫也很重要，程序的不完善或不正確都會使裝配完成的機器人無法實現預先設定的功能;只有正確的程序可以使用同一個機器人實現我們所期望的功能。為了使學生更容易掌握編程的方法，提高編程的效率，同時減少錯誤的發生，我們采用了圖形化程序設計平臺，克服了以往學習計算機語言的教學“瓶頸”。

在機器人的搭建和編程過程中，學生們以小組為單位，合理分工，團結協作，不知不覺中融入技術世界。在這種課程環境中，學生手腦并用，創造欲望被激發，實踐能力得以發展，同時提高了人與人之間的交流和表達能力，體現了團體協作的精神。

（4）測試、評估及優化

剛搭建完成的機器人，無論在結構上還是在程序的編寫上，或多或少都會存在一些問題，需要不斷地進行技術測試并加以改進。“投籃機器人”需要利用光傳感器來讀取桌面的反射光，這在教室里測試多次都沒問題。但是，把機器人拿到戶外進行測試時，卻發現由于太陽光的干擾，當機器人背對太陽或正對太陽時，光傳感器讀取到的同一個點的反射光的強度值相差極大，這就意味著機器人無法對此作出正確的反應。

問題如何解決？學生之間展開了激烈討論。有的同學提出：問題是由于太陽光的照射對光傳感器造成了干擾產生的，那么，只要把這種干擾消除或盡可能減弱，問題就能夠得到解決。又有同學提出：我們如果用不透明的紙板將光傳感器周圍包起來，光傳感器的抗干擾能力不就提高了嗎？討論過程中，同學們又一次求助于網絡，進一步多渠道收集、分析、整理了相關信息。經過幾次的測試和改進，“投籃機器人”得到了優化，最終獲得了成功。

這一過程中，學生在不斷體會技術帶來的樂趣的同時，提升了技術素養，培養了綜合的視野及應用信息技術知識和技能解決問題的能力，增強了對先進技術的理解。

2.3 ? 課程開展存在的問題及思考

（1）“簡易機器人”專用教室的設立及教學器材配備的不足

本次課改將“簡易機器人”納入技術課程中尚處于起步階段，專用教室的建設以及教學器材配備標準尚不完善。有的地區或學校受客觀條件的限制，目前還沒有專用的技術試驗室，學校和老師要充分利用物理、化學、生物及信息技術等學科試驗室的場地、設施、工具、儀器等，為“簡易機器人”的活動創造條件;教學器材設備是簡易機器人教學實施的重要物質條件，它是教學最基本的平臺，學校應盡可能地配備，從而確保我們的學生有動手實踐的機會，有一個運用先進技術的機會。

（2）教師專業能力及學生知識結構需全面提高

機器人本身就滲透著多種技術，是一個綜合技術的載體。通用技術教師通常是由信息技術、物理或其他學科轉任而來，從知識、能力方面看，機器人制作對轉任教師來說也是嶄新的，需要我們去學習，這需要一定的過程和時間。教師可以通過培訓、教研活動、閱讀專業書籍、網絡等方式完善自己的知識結構，提高專業的技術素養，從而保證“機器人制作”能持續、穩定、更好的發展下去。

機器人本身涉及的知識較多，且對學生而言較難掌握。教師課前應充分了解學生的知識現狀，對學生知識、能力方面存在的一些不足要及時提出，并給予幫助;機器人制作是一個團隊協作的活動，教師在進行小組編排的時候，要根據學生不同的能力特點，進行合理搭配，取長補短，確保活動順利進行，同時培養學生的合作精神。

（3）學生設計、制作活動過程長，實踐教難掌控

機器人的制作是一個探究的過程，學生在掌握相關知識能力的前提下，仍然需要較長的時間進行機器人的建構和程序的編寫。最后還要進行反復地測試、改進，以達到期望的目標值。由于整個過程的順利與否不但與學生的技術能力有關，還受到許多不確定因素的影響，因此時間上難以掌控。為了使學生有更多探索的時間和發展創新的空間，機器人制作課程采用2節連排的方式能取的更好的教學效果。為了加深對課堂教學內容的理解，教師還可以指導學生進行課外實踐課，目的是讓學生在課外可以利用器材進一步自主探究，進一步培養學生的創新精神和創新能力，提高學生的技術修養。

結論

應該說，機器人制作納入高中通用技術課程是時代的需要，是國家和社會的需要。作為先行者之一，我們會盡自己最大的努力去貫徹新課改的理念，勇于實踐，克服困難，積累經驗，加強交流。相信有一天，我們能夠培養起一批批21世紀創新型的人才。