將智能機器人課程引入高中信息技術課堂的方法探究

張偉偉

摘 要 結合教學實踐，針對如何將智能機器人課程引入中小學信息技術課堂，分三個階段進行探究。

關鍵詞 智能機器人課程；信息技術課堂；校本課程

中圖分類號：G633.67 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2015）17-0040-02

近年來，機器人已廣泛應用于機械制造業并逐漸進入醫療輔助業以及家用服務業等與人們的學習、生活密切相關的領域，改變著人們的生活、生產方式，越來越受到人們的重視。智能機器人課程是一門集電子、自動化、物理、計算機等學科于一體的新型綜合課程，具有知識性、實踐性和啟發性等特點。學生通過課程的學習充分鍛煉他們的邏輯思維和創新思維，培養動手實踐能力，展示他們對知識的綜合應用，有助于提高學生的整體素質和信息素養，該課程越來越受到中小學校的重視。如何在信息技術課堂中引入該課程仍存在很多問題和爭議。現就該問題結合教學實踐，進行以下幾個方面的探究。

1 依托社團活動，優先開展電腦機器人社團活動

因為電腦機器人設計綜合了包括傳感器、編程技術、電子設計、物理線路及力學的多種知識[1]，因此對學生的綜合知識及動手技能的要求較高，在高一年級，全體學生進行信息技術必修課程的同時，可利用課外時間組織一部分對機器人興趣比較濃厚、同時綜合技能比較強的同學，參加由教師進行統一輔導的機器人社團。

該社團主要是由競賽驅動的。首先選擇2～3個適合的競賽項目，由學校提供資金支持，來統一配備機器人設備，然后社團內成員按照組間同質、組內異質的原則進行分組，每組3名成員，并設立1名組長，每個項目由三個獨立的小組承擔。組內進行明確的分工，同時又要共同合作，組間同樣要有分工合作。集體的智慧很重要，在機器人制作、比賽和訓練過程中小組隊員的合作狀態直接影響比賽效果，有了良好的合作能力，對同一個項目進程多層面、多角度的探究，才能消除個人的思維角度的狹隘性，在滿足學生獨立學習愿望的同時，能夠顯著增強學生的合作意識與團隊精神。參賽之前，每個項目選擇一個最優的小組參賽，這樣也可激發小組之間的競爭意識。

學生的綜合類知識得到鞏固和擴充。智能機器人設計是一門集成了數學、物理、電子、計算機硬件和軟件、人工智能等眾多領域的科學與技術知識，是一種高度綜合的技術平臺。在機器人設計制作的過程中，每增加機器人的一種功能，都需要學生進行主機控制器部件的擴充，在擴充接口的過程中需要不斷去擴充學生自己有關數字電路方面的知識；機器人動作的控制需要為機器人編寫圖形化程序或者是直接編寫代碼，這就要求學生自學計算機編程語言、算法的知識，通過反復的編程和調試程序可鍛煉科學而高效的思維方式、嚴謹的邏輯判斷能力。整個項目的完成都要經過所有成員反復的設計—調試—修改，這對青少年的規劃能力以及設計能力都是一個不小的挑戰。在這一過程中，學生慢慢將機器人的神秘面紗揭去，使他們創造力、解決問題的能力，自信心、甚至空間思維能力、邏輯思維能力、嚴謹的學習習慣等都得到了很好的鍛煉和提升，這無疑為學生健康成長提供了源動力，讓我們的學生站到了一個更高、更廣闊的平臺上去自由發展[2]。

2 師生共同構建智能機器人知識網絡框架，開發校本課程

由于機器人學習資料比較有限，社團起步時，可以充分利用機器人廠家的活動指南和產品說明書，認識機器人每一部分的功能，它的設計原理和編程規則，以及常見問題的解決方案。整個備賽和參賽的過程中，學生的興趣都很濃厚，積極性非常高，大家都主動參與、樂于探究；這個過程也充分地培養了學生搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力，教師和學生都有很大收獲。

在整個活動過程中，教師和學生一起對每個環節的設計過程進行系統的總結，構建機器人知識框架，并不斷進行知識的完善，師生一起開發適合學生的智能機器人設計校本課程。課程分為基礎篇：走進機器人世界，對各類機器人進行簡介；系統篇：按照整個機器人的組成分別描述機器人的傳感器系統、控制器系統、動力系統；最后對我校參與的機器人比賽進行綜合的分析評價，總結其優缺點。整個校本課程的開發需要教師與學生的共同參與，該課程可做第三個階段學習的參考，并在階段三的學習中進一步完善。

3 以一定主題的創意機器人設計為研究主線，將機器人教學引入信息技術課堂

創新人才培養模式是《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》中提出的一項重要任務。創新人才培養模式很重要的一個方面是開發動手實踐課程、活動課程。強化學生的社會實踐和科研活動環節，培養學生的動手實踐能力。開展智能創意機器人的實踐活動，可以有效提升青少年的信息素養和綜合實踐能力，培養創新精神[3]。

智能創意機器人設計可以依據學生的水平，因材施教。創意機器人不同于競賽機器人，它的復雜性以及它的功能的實現的完整性，完全由師生依據計劃共同制訂。整個學期可以通過安排數十個由深到淺、循序漸進的實驗活動，逐層深入地引導學生學習機器人設計、搭建、控制和運行的基本知識，掌握相關的概念、原理和方法，體驗實踐探究的過程，從而達到培養學生的學科思維和創新意識的目的。課程中可由第一階段的社團成員作為骨干成員、教師指導，依據校本課程知識框架，全體學生均參與進來，進行主題機器人設計。

投入資金的限制一直是制約學校機器人教學發展的很大因素。創意機器人的設備可以循環利用，或者是廢舊玩具的多次利用，可大大降低機器人的制作成本。由于目前的競賽機器人多是由廠家驅動的，每年的競賽規則都會做相應的調整，學校為了順利參加比賽，不得不支付較高的費用去新引進機器人。而創意機器人，可使用淘汰的競賽機器人主機，配合相應的傳感器以及其他功能模塊甚至是一些廢舊玩具的部件，做出獨居創意的新型機器人，如我校學生以“科技助力生活”為主題研發設計的濱海垃圾清潔分類機器人、智能輸液機器人均屬于該類機器人，制作完成之后參加了當年的省機器人創意大賽，均獲得較好的成績。

《全日制普通高中信息技術課程標準》指出高中信息技術要建設有特色的信息技術課程，強調學生在學習過程中的自主選擇和自我設計；提倡通過課程內容的合理延伸或拓展，充分挖掘學生的潛力，實現學生個性化發展；在達到“課程標準”的前提下，鼓勵因地制宜、特色發展。這種分階段將智能機器人設計逐步引入信息技術課堂的方法，打破了傳統的以教師為中心的教學模式，考慮了學生的特點，教學中注重激發學生的興趣，培養學生的綜合能力，強調在“做中學”，是符合學生的認知規律的，經教學實踐證明是可行的，并取得了良好的效果。

參考文獻

[1]祝智庭，李峰.面向學科思維的信息技術課程設計：以高中信息技術課程為例[J].課程與教學，2015（1）.

[2]雷靜桃，劉亮，張海洪.“機器人學”課程改革與實踐[J].實驗室研究與探索，2013（5）.

[3]智能機器人創新設計教程[M].北京：人民教育出版社，

2011.