高中機(jī)器人課程實(shí)施現(xiàn)狀及問題研究

戴南

● 課程實(shí)施背景

當(dāng)今時(shí)代，機(jī)器人已成為衡量現(xiàn)代科技水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)、日本等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家一直很重視機(jī)器人教育。在我國(guó)，北京和上海是國(guó)內(nèi)最先開始進(jìn)行機(jī)器人教育的地區(qū)。2000年，北京市景山學(xué)校在信息技術(shù)課程中加入了機(jī)器人課程模塊，之后便開始了機(jī)器人教學(xué)。緊隨其后，上海的幾所學(xué)校在2001年也開設(shè)了機(jī)器人校本課程。在2012年的高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)討論稿中，各學(xué)段都增加了與機(jī)器人相關(guān)的教學(xué)模塊。機(jī)器人課程在我國(guó)的高中課堂就此展開，我國(guó)的機(jī)器人教育也步入了大眾化、普及化的新階段。

● 課程實(shí)施概況

以江蘇省為例，高中的機(jī)器人課程多以校本課程和課外社團(tuán)形式開設(shè)，并未作為必修要求。因此，開設(shè)該課程的學(xué)校較少，僅限于幾所重點(diǎn)高中。開設(shè)對(duì)象主要針對(duì)高一學(xué)生，有些會(huì)擴(kuò)展到高二。學(xué)生自愿報(bào)名，對(duì)學(xué)生之前是否學(xué)習(xí)過機(jī)器人知識(shí)不作要求。沒有全省統(tǒng)一教材，多為校本教材或教師自己編寫的講義。輔導(dǎo)機(jī)器人課程的教師學(xué)科背景復(fù)雜，既有信息技術(shù)教師、通用技術(shù)教師，也有物理教師、化學(xué)教師等。開設(shè)機(jī)器人教學(xué)的目的以參加各種機(jī)器人比賽獲得獎(jiǎng)項(xiàng)為主。

● 課程實(shí)施意義

1.培養(yǎng)動(dòng)手能力，提高思維品質(zhì)

一個(gè)完整的機(jī)器人項(xiàng)目包括搭建和編程兩大部分。多數(shù)機(jī)器人的搭建是按照功能要求對(duì)現(xiàn)成塑料零件進(jìn)行拼裝，還有一些是需要對(duì)原始鋼制材料進(jìn)行切割打磨自制零件再組裝，才能完成。在拼裝機(jī)器人的過程中既要考慮到功能的實(shí)現(xiàn)，還要考慮到機(jī)器人整體的穩(wěn)定性及牢固性。機(jī)器人搭建完成后，還需要對(duì)其編程來實(shí)現(xiàn)各種任務(wù)。在程序編制過程中，要考慮諸多因素，往往沒有統(tǒng)一的解決方案，即使是事先編制好的程序，到了比賽場(chǎng)地也要結(jié)合比賽場(chǎng)地的實(shí)際進(jìn)行調(diào)整。機(jī)器人搭建與編程不僅能鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，而且有助于培養(yǎng)他們的縝密思維。

2.學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，加強(qiáng)溝通能力

機(jī)器人項(xiàng)目較復(fù)雜，往往不是一個(gè)人就能夠順利完成的，既精于搭建又擅長(zhǎng)編程的隊(duì)員是很罕見的。很多機(jī)器人比賽也是要求團(tuán)隊(duì)參賽，團(tuán)隊(duì)中有的擅長(zhǎng)搭建，有的則主攻編程；有些需要去英語(yǔ)國(guó)家比賽的參賽團(tuán)隊(duì)還需要英語(yǔ)口語(yǔ)非常好的隊(duì)員。筆者通過調(diào)查訪談發(fā)現(xiàn)，高中機(jī)器人社團(tuán)等也都會(huì)組建相應(yīng)的任務(wù)小組，很多機(jī)器人小組都是學(xué)生自我管理的，指導(dǎo)教師并不全程參與輔導(dǎo)，只是在學(xué)生需要時(shí)提供幫助。機(jī)器人小組的活動(dòng)時(shí)間、內(nèi)容、規(guī)則等往往是學(xué)生自己溝通制訂，小組成員在交流磨合的過程中能夠鍛煉表達(dá)能力和耐挫能力，這樣的培養(yǎng)模式極大地提高了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。比賽成績(jī)好的小組往往都分工明確、配合默契，有著巨大的集體凝聚力。

3.體驗(yàn)先進(jìn)科技，增強(qiáng)科學(xué)素養(yǎng)

機(jī)器人技術(shù)是比較前端的科技，涉及數(shù)學(xué)、機(jī)械、仿生、材料、電子、軟件工程、人工智能等多種學(xué)科。學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)器人時(shí)可以接觸到各種學(xué)科的前沿知識(shí)，也可以對(duì)各種學(xué)科的研究方法進(jìn)行了解，這樣既有助于進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)某一學(xué)科的研究興趣，有利于拓展視野、培養(yǎng)綜合科學(xué)素養(yǎng)，又有利于盡早確立自身的發(fā)展方向。

4.針對(duì)解決問題，促進(jìn)主動(dòng)學(xué)習(xí)

目前的機(jī)器人課程大多是以任務(wù)驅(qū)動(dòng)方式來開展的。無(wú)論是準(zhǔn)備相關(guān)比賽還是進(jìn)行日常學(xué)習(xí)，往往都是先明確了一個(gè)要解決的問題，然后再思考如何制造一個(gè)機(jī)器人去解決。從比較基礎(chǔ)的搭建一個(gè)仿真的電動(dòng)伸縮門到比較高端的制造一個(gè)投籃機(jī)器人，這些都屬于問題驅(qū)動(dòng)的類型。與傳統(tǒng)課堂的學(xué)科學(xué)習(xí)不同，學(xué)生在機(jī)器人課程中不是按部就班地先學(xué)習(xí)理論再完成實(shí)踐，而是針對(duì)要解決的問題去學(xué)習(xí)所需要的相關(guān)學(xué)科知識(shí)以尋求解決辦法，在不斷試誤中尋求答案。這種學(xué)習(xí)方式極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的求知欲與主動(dòng)性，學(xué)習(xí)也更加有效。

● 課程實(shí)施存在的問題及解決策略

筆者通過調(diào)查訪談發(fā)現(xiàn)，越來越多的學(xué)校準(zhǔn)備開設(shè)機(jī)器人課程，教育管理部門正在逐漸重視機(jī)器人教育并加大對(duì)該課程的投入，社會(huì)各界也在從各方面支持機(jī)器人課程，盡力提高機(jī)器人課程的普及度。總體而言，機(jī)器人教育的發(fā)展趨勢(shì)還是樂觀的，但也存在一些問題。

1.存在的問題

（1）學(xué)習(xí)對(duì)象小眾化，普及力度不夠

由于高考的壓力，參與機(jī)器人課程的高中學(xué)生以高一學(xué)生為主，由于學(xué)生普遍認(rèn)為機(jī)器人課程比較高端很難學(xué)習(xí)，所以參與的人數(shù)普遍較少，經(jīng)常不及年級(jí)總?cè)藬?shù)的三成。學(xué)生一般都是自愿選擇，而且參加學(xué)習(xí)的男生人數(shù)遠(yuǎn)多于女生。參加學(xué)習(xí)的學(xué)生中原有機(jī)器人知識(shí)水平參差不齊，但是多數(shù)都為零起點(diǎn)，學(xué)校方面大多會(huì)提前動(dòng)員，對(duì)學(xué)生的已有水平也不怎么做要求。學(xué)生大多認(rèn)為參加機(jī)器人學(xué)習(xí)就是為了參加比賽獲得獎(jiǎng)項(xiàng)以提高升入大學(xué)的幾率，因此在參加學(xué)習(xí)的學(xué)生中也不乏以拿證書為目的的。加之機(jī)器人器材較為昂貴、占用時(shí)間較多且不固定、比賽不容易出成績(jī)等因素導(dǎo)致支持學(xué)生學(xué)習(xí)的家長(zhǎng)也很少。

（2）課程目標(biāo)不統(tǒng)一，培養(yǎng)方向偏差

目前，大多數(shù)高中在教學(xué)時(shí)參照的是2003年頒布的《普通高中技術(shù)領(lǐng)域課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）》，該標(biāo)準(zhǔn)在“信息技術(shù)”部分設(shè)立的選修模塊“算法與程序設(shè)計(jì)”和“人工智能初步”都與智能機(jī)器人相關(guān)，“通用技術(shù)”部分還設(shè)置了“簡(jiǎn)易機(jī)器人制作”的選修模塊，課標(biāo)對(duì)學(xué)生的要求雖然比較低，卻為機(jī)器人課程的大眾化奠定了基礎(chǔ)。2012年，專家委員會(huì)對(duì)信息技術(shù)的課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了調(diào)整，將智能機(jī)器人課程正式列入教學(xué)內(nèi)容并提前到義務(wù)教育階段以拓展模塊開展。機(jī)器人課程進(jìn)入課標(biāo)是順應(yīng)時(shí)代科技進(jìn)步的變化，應(yīng)該仍然以著重培養(yǎng)學(xué)生良好的信息素養(yǎng)為目的，但是目前許多高中的機(jī)器人課程都是以比賽獲獎(jiǎng)為主要目的，教學(xué)開展與學(xué)生選拔都是以比賽為中心，學(xué)生對(duì)機(jī)器人的認(rèn)識(shí)也僅限于知道幾種比賽機(jī)器人的名稱。這樣的培養(yǎng)目標(biāo)未免太功利化。

（3）開展情況不均衡，師資力量缺乏

由于機(jī)器人相關(guān)器材比較昂貴、技術(shù)較為高端，有條件開展的學(xué)校不多。盡管有的學(xué)校購(gòu)買了器材，但是由于缺乏師資，器材成了擺設(shè)。目前，大多數(shù)培養(yǎng)師范生的高校都沒有相應(yīng)課程開設(shè)，新手教師在這方面的知識(shí)幾乎為零，在職教師中也難有“全才”。某高中負(fù)責(zé)機(jī)器人培訓(xùn)的教師由信息技術(shù)教師、通用技術(shù)教師和物理教師組成，有的擅長(zhǎng)編程，有的擅長(zhǎng)搭建。培訓(xùn)教材也沒有統(tǒng)一的規(guī)范，有的學(xué)校甚至只用廠家說明書進(jìn)行教學(xué)。由于師資缺乏，很多學(xué)校存在教練員與裁判員由一人兼任的現(xiàn)象。

2.解決策略

（1）加大宣傳力度，提高認(rèn)識(shí)水平

機(jī)器人項(xiàng)目包含多種學(xué)科技術(shù)，是貼近科學(xué)技術(shù)前沿的高端項(xiàng)目。大眾對(duì)它的了解還很有限，也很片面。目前很多有關(guān)機(jī)器人課程的宣傳無(wú)非是展示學(xué)生作品及參賽獲獎(jiǎng)情況，這樣的宣傳給人的感覺就是機(jī)器人課程很高端、很復(fù)雜，不好學(xué)。因此，學(xué)校、相關(guān)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)及管理部門應(yīng)利用多種渠道宣講機(jī)器人課程的開設(shè)意義，要讓學(xué)校、學(xué)生及家長(zhǎng)了解機(jī)器人課程是一門綜合性的課程，既適合男生也適合女生，能全方位地鍛煉學(xué)生的多種能力。

（2）爭(zhēng)取多方投入，降低開設(shè)成本

機(jī)器人器材價(jià)格昂貴一直是機(jī)器人課程開設(shè)的瓶頸。以FLL器材為例，完整的一套器材包括配件價(jià)格大概在五千元至六千元。但是機(jī)器人器材品種繁多，不同比賽使用的器材也不相同，要參加不同的比賽，就必須購(gòu)買多套器材。面對(duì)經(jīng)費(fèi)問題，學(xué)校可以考慮多種解決渠道，如課題經(jīng)費(fèi)、學(xué)生自購(gòu)、校友捐贈(zèng)、廠家贊助、校區(qū)共享等。當(dāng)然，更要強(qiáng)調(diào)做好器材的保護(hù)及管理工作，以保證器材的循環(huán)使用，對(duì)器材的分類管理本身也能培養(yǎng)學(xué)生的資源管理能力。

（3）加強(qiáng)師資培訓(xùn)，建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

機(jī)器人課程是新興課程，師資力量嚴(yán)重不足，相關(guān)部門應(yīng)結(jié)合各方力量重視對(duì)師資力量的建設(shè)。首先，專家應(yīng)對(duì)機(jī)器人的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)合理地分析，做好教學(xué)設(shè)計(jì)，制定規(guī)范的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)與要求，給師范生開設(shè)相關(guān)課程，提早普及。其次，中學(xué)管理層在重視機(jī)器人課程時(shí)要切實(shí)重視教學(xué)質(zhì)量，積極關(guān)注教師的培訓(xùn)，加強(qiáng)與師范院校的聯(lián)系，加強(qiáng)校際交流與合作，促進(jìn)相關(guān)教師的成長(zhǎng)。最后，盡早制訂科學(xué)系統(tǒng)的機(jī)器人教練員及裁判員考核評(píng)價(jià)機(jī)制，規(guī)范培養(yǎng)師資力量，做到持證上崗。

● 結(jié)語(yǔ)

機(jī)器人課程雖然不是高中的主流課程，但是其對(duì)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)、國(guó)家科學(xué)技術(shù)力量的增強(qiáng)意義非凡。盡管目前機(jī)器人課程的發(fā)展受到了諸多條件的限制，但我們不能放棄普及。當(dāng)今創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)的熱潮正刺激著機(jī)器人課程向著更高的平臺(tái)發(fā)展。因此，各級(jí)各類學(xué)校應(yīng)聯(lián)合起來，統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，共同促進(jìn)機(jī)器人課程的蓬勃、健康發(fā)展。