高中機器人課程實施現狀及問題研究

戴南

● 課程實施背景

當今時代，機器人已成為衡量現代科技水平的重要標準。美國、日本等經濟發達國家一直很重視機器人教育。在我國，北京和上海是國內最先開始進行機器人教育的地區。2000年，北京市景山學校在信息技術課程中加入了機器人課程模塊，之后便開始了機器人教學。緊隨其后，上海的幾所學校在2001年也開設了機器人校本課程。在2012年的高中信息技術課程標準討論稿中，各學段都增加了與機器人相關的教學模塊。機器人課程在我國的高中課堂就此展開，我國的機器人教育也步入了大眾化、普及化的新階段。

● 課程實施概況

以江蘇省為例，高中的機器人課程多以校本課程和課外社團形式開設，并未作為必修要求。因此，開設該課程的學校較少，僅限于幾所重點高中。開設對象主要針對高一學生，有些會擴展到高二。學生自愿報名，對學生之前是否學習過機器人知識不作要求。沒有全省統一教材，多為校本教材或教師自己編寫的講義。輔導機器人課程的教師學科背景復雜，既有信息技術教師、通用技術教師，也有物理教師、化學教師等。開設機器人教學的目的以參加各種機器人比賽獲得獎項為主。

● 課程實施意義

1.培養動手能力，提高思維品質

一個完整的機器人項目包括搭建和編程兩大部分。多數機器人的搭建是按照功能要求對現成塑料零件進行拼裝，還有一些是需要對原始鋼制材料進行切割打磨自制零件再組裝，才能完成。在拼裝機器人的過程中既要考慮到功能的實現，還要考慮到機器人整體的穩定性及牢固性。機器人搭建完成后，還需要對其編程來實現各種任務。在程序編制過程中，要考慮諸多因素，往往沒有統一的解決方案，即使是事先編制好的程序，到了比賽場地也要結合比賽場地的實際進行調整。機器人搭建與編程不僅能鍛煉學生的動手能力，而且有助于培養他們的縝密思維。

2.學習團隊協作，加強溝通能力

機器人項目較復雜，往往不是一個人就能夠順利完成的，既精于搭建又擅長編程的隊員是很罕見的。很多機器人比賽也是要求團隊參賽，團隊中有的擅長搭建，有的則主攻編程；有些需要去英語國家比賽的參賽團隊還需要英語口語非常好的隊員。筆者通過調查訪談發現，高中機器人社團等也都會組建相應的任務小組，很多機器人小組都是學生自我管理的，指導教師并不全程參與輔導，只是在學生需要時提供幫助。機器人小組的活動時間、內容、規則等往往是學生自己溝通制訂，小組成員在交流磨合的過程中能夠鍛煉表達能力和耐挫能力，這樣的培養模式極大地提高了學生的團隊協作能力。比賽成績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.體驗先進科技，增強科學素養

機器人技術是比較前端的科技，涉及數學、機械、仿生、材料、電子、軟件工程、人工智能等多種學科。學生在學習機器人時可以接觸到各種學科的前沿知識，也可以對各種學科的研究方法進行了解，這樣既有助于進一步增強對某一學科的研究興趣，有利于拓展視野、培養綜合科學素養，又有利于盡早確立自身的發展方向。

4.針對解決問題，促進主動學習

目前的機器人課程大多是以任務驅動方式來開展的。無論是準備相關比賽還是進行日常學習，往往都是先明確了一個要解決的問題，然后再思考如何制造一個機器人去解決。從比較基礎的搭建一個仿真的電動伸縮門到比較高端的制造一個投籃機器人，這些都屬于問題驅動的類型。與傳統課堂的學科學習不同，學生在機器人課程中不是按部就班地先學習理論再完成實踐，而是針對要解決的問題去學習所需要的相關學科知識以尋求解決辦法，在不斷試誤中尋求答案。這種學習方式極大地調動了學生的求知欲與主動性，學習也更加有效。

● 課程實施存在的問題及解決策略

筆者通過調查訪談發現，越來越多的學校準備開設機器人課程，教育管理部門正在逐漸重視機器人教育并加大對該課程的投入，社會各界也在從各方面支持機器人課程，盡力提高機器人課程的普及度。總體而言，機器人教育的發展趨勢還是樂觀的，但也存在一些問題。

1.存在的問題

（1）學習對象小眾化，普及力度不夠

由于高考的壓力，參與機器人課程的高中學生以高一學生為主，由于學生普遍認為機器人課程比較高端很難學習，所以參與的人數普遍較少，經常不及年級總人數的三成。學生一般都是自愿選擇，而且參加學習的男生人數遠多于女生。參加學習的學生中原有機器人知識水平參差不齊，但是多數都為零起點，學校方面大多會提前動員，對學生的已有水平也不怎么做要求。學生大多認為參加機器人學習就是為了參加比賽獲得獎項以提高升入大學的幾率，因此在參加學習的學生中也不乏以拿證書為目的的。加之機器人器材較為昂貴、占用時間較多且不固定、比賽不容易出成績等因素導致支持學生學習的家長也很少。

（2）課程目標不統一，培養方向偏差

目前，大多數高中在教學時參照的是2003年頒布的《普通高中技術領域課程標準（實驗稿）》，該標準在“信息技術”部分設立的選修模塊“算法與程序設計”和“人工智能初步”都與智能機器人相關，“通用技術”部分還設置了“簡易機器人制作”的選修模塊，課標對學生的要求雖然比較低，卻為機器人課程的大眾化奠定了基礎。2012年，專家委員會對信息技術的課程標準進行了調整，將智能機器人課程正式列入教學內容并提前到義務教育階段以拓展模塊開展。機器人課程進入課標是順應時代科技進步的變化，應該仍然以著重培養學生良好的信息素養為目的，但是目前許多高中的機器人課程都是以比賽獲獎為主要目的，教學開展與學生選拔都是以比賽為中心，學生對機器人的認識也僅限于知道幾種比賽機器人的名稱。這樣的培養目標未免太功利化。

（3）開展情況不均衡，師資力量缺乏

由于機器人相關器材比較昂貴、技術較為高端，有條件開展的學校不多。盡管有的學校購買了器材，但是由于缺乏師資，器材成了擺設。目前，大多數培養師范生的高校都沒有相應課程開設，新手教師在這方面的知識幾乎為零，在職教師中也難有“全才”。某高中負責機器人培訓的教師由信息技術教師、通用技術教師和物理教師組成，有的擅長編程，有的擅長搭建。培訓教材也沒有統一的規范，有的學校甚至只用廠家說明書進行教學。由于師資缺乏，很多學校存在教練員與裁判員由一人兼任的現象。

2.解決策略

（1）加大宣傳力度，提高認識水平

機器人項目包含多種學科技術，是貼近科學技術前沿的高端項目。大眾對它的了解還很有限，也很片面。目前很多有關機器人課程的宣傳無非是展示學生作品及參賽獲獎情況，這樣的宣傳給人的感覺就是機器人課程很高端、很復雜，不好學。因此，學校、相關學術機構及管理部門應利用多種渠道宣講機器人課程的開設意義，要讓學校、學生及家長了解機器人課程是一門綜合性的課程，既適合男生也適合女生，能全方位地鍛煉學生的多種能力。

（2）爭取多方投入，降低開設成本

機器人器材價格昂貴一直是機器人課程開設的瓶頸。以FLL器材為例，完整的一套器材包括配件價格大概在五千元至六千元。但是機器人器材品種繁多，不同比賽使用的器材也不相同，要參加不同的比賽，就必須購買多套器材。面對經費問題，學校可以考慮多種解決渠道，如課題經費、學生自購、校友捐贈、廠家贊助、校區共享等。當然，更要強調做好器材的保護及管理工作，以保證器材的循環使用，對器材的分類管理本身也能培養學生的資源管理能力。

（3）加強師資培訓，建立統一標準

機器人課程是新興課程，師資力量嚴重不足，相關部門應結合各方力量重視對師資力量的建設。首先，專家應對機器人的教學內容進行科學合理地分析，做好教學設計，制定規范的教學標準與要求，給師范生開設相關課程，提早普及。其次，中學管理層在重視機器人課程時要切實重視教學質量，積極關注教師的培訓，加強與師范院校的聯系，加強校際交流與合作，促進相關教師的成長。最后，盡早制訂科學系統的機器人教練員及裁判員考核評價機制，規范培養師資力量，做到持證上崗。

● 結語

機器人課程雖然不是高中的主流課程，但是其對創新人才的培養、國家科學技術力量的增強意義非凡。盡管目前機器人課程的發展受到了諸多條件的限制，但我們不能放棄普及。當今創客運動的熱潮正刺激著機器人課程向著更高的平臺發展。因此，各級各類學校應聯合起來，統一認識，共同促進機器人課程的蓬勃、健康發展。