用智能機器人培養合作創新能力

陳浩

摘要：隨著科學技術的快速發展，智能機器人已經從科學家的實驗室走進了中小學校的課堂。如何開展機器人教育活動，作者結合自己多年開展機器人教學與活動的經驗與體會，從教學方式的選擇、教學活動的開展和學生能力的培養等方面進行論述，為探索智能機器人進入小學生課堂培養創新能力提供了經驗。

關鍵詞：小學;智能機器人;教學;活動

國際人工智能與教育大會今年5月16日在北京召開。國家主席習近平向大會致賀信。習近平指出，把握全球人工智能發展態勢，找準突破口和主攻方向，培養大批具有創新能力和合作精神的人工智能高端人才，是教育的重要使命。

一、智能機器人教學目前在學校的狀況及存在問題

隨著科技的發展，教育觀念的轉變，教育機器人正以快步跑的方式進人學校的課堂。在基礎教育領域開展智能機器人教育，具有實踐性強、探索性強和綜合性強的特點，不但有利于學生迅速接觸前沿研究，提高學生的創新能力和科學素養，更使開展機器人教育的老師獲益匪淺。

如何在現有條件狀況下把智能機器人教學工作扎扎實實地開展下去，使學生喜愛機器人、了解機器人、駕馭機器人，在教學活動中培養合作與創新是每一個信息技術教師都要進行探究的問題與使命。

目前各學校開展智能機器人教育主要有兩種形式：一是依據上級教育行政主管部門設置的課時教學計劃開設信息技術課，在信息技術課中完成教材涉及機器人部分內容的教學任務。二是具有前瞻性的學校領導看到未來發展的形勢，以興趣小組活動的形式開展智能機器人教育活動，重在普及機器人知識、發展學生的興趣、培養創新人才。

二、信息技術課堂教學重在普及知識、增強能力

我校采用電子工業出版社出版的小學信息技術教材，機器人知識在第8冊第3單元“我的機器人朋友”，只有5課時的教學任務。主要對機器人的相關知識作簡要的介紹，通過學習使學生初步了解機器人的結構原理和應用特點，體驗機器人的硬件搭建和編程控制過程。

為了達到和完成教學目標，一方面我把收集到的與機器人相關的照片與視頻制成PPT專題，并及時補充機器人最新發展的新聞圖片與視頻，在課堂教學時播放展示，擴大學生的知識面，激發學生的學習興趣。另一方面，用現有實物拆解展示或演示各種機器人和傳感器的形狀、功能與應用，讓學生有實實在在的感知、了解機器人主控的芯片與傳感器的作用并應用所學知識分析出家用掃地機器人選用了什么樣的傳感器，還能說出為什么這樣選擇。在介紹機器人的搭建時盡量做到易實現，讓學生在較短的時間內體驗到搭建和控制機器人的樂趣。

根據學?，F有條件，我有機地選擇和改造教學示例和教學任務，精心設計教學方法，根據實情創設情境，讓學生在和諧、激進的情緒下學習機器人知識，以利于學生發現問題，解決問題，使每個學生都有成功的體驗。

如，教學“我制作的機器人”，我創設了這樣一個情境：出示一段機器人創意比賽的視頻，讓學生欣賞并思考哪些我們能辦到，激發學生探索機器人奧秘的欲望。接著觀看教師用智能機器人演示跟人走，并思考兩個問題：（1）機器人要實現此功能，必須安裝哪種傳感器？（2）跟人走的程序要解決哪些問題？

同學們通過討論得出：我們要讓機器人陪我散步，必須要讓機器人能夠看見我，這就要用到紅外傳感器或超聲波傳感器，它就相當于機器人的眼睛。在機器人搭建環節，有的小組還搭建出非常有創造性的機器人結構出來。在編寫程序環節，重點是培養學生分析問題與解決問題的思路，教師采用問題引導，小組合作，在學生充分思考與討論的基礎上教師才用課件展示、講解合理的程序設計流程并共同把程序編寫好。當某小組在下載程序演示失敗，我會指導學生，但不幫助學生分析找原因，通過學生自我分析、相互討論找出問題并解決，讓學生在失敗中得出經驗，學生的各種能力也在解決失敗問題的過程中提高。

三、興趣小組活動是培養合作精神和創新人才的重地

我校機器人興趣小組，學生自主報名，利用課余時間進行學習、操作、探究等活動，每次活動結束要求學生嚴格按規定填寫活動記錄總結得失，發現好的苗子重點培養參加各級機器人競賽。一名參賽選手必須經過系統訓練，過了“三關”：“編程關”、“動手關”、“設計關”并不斷相互競爭才能具有參賽資格。參加機器人比賽不是目的，重要的讓學生在機器人活動中信息素養及各種能力得以提高，形成以競賽促進學生學習機器人活動這樣一個“以賽促學”的良性循環模式。

機器人是現代科技最前沿的東西，在學生中開展機器人活動是要把機械、電子、集成電路、程序設計等多方面綜合知識結合小學生的特點變成有趣的一個個小任務讓學生來操作、探究完成，使學生的動手操作能力、邏輯思維能力、想像創新能力都得到提高，這種提高是其它方式所無法相比的，可以說是跨越式的提高。

由于我校機器人都是廣茂達（現未來伙伴）公司的產品。我首先從廣茂達VJC1.5仿真版入手，教會學生在仿真環境下編寫程序使機器人動起來，等有了一定的基礎后再用真實的機器人對學生編寫的控制程序進行驗證調試。由于頻繁地在計算機上編程→下載運行機器人→發現問題再在計算機上修改程序，學生發現如此盲目地反復調試既花費時間有時還找不到原因，遠不如先在VJC1.5仿真版上編程調試，等成功了再下載到機器人上，只要簡單調試一兩次就會成功完成任務。高宇同學就是在VJC1.5仿真版上用他自己創造的“走弧線法”成功快速地完成我交待的任務而受到同學們的追崇，學生們趣稱這種走法為“高宇法”。宣欣巖同學在“高宇法”的基礎上進一步探索實驗寫出小論文“用單探頭實現機器人沿墻走”。

經過興趣班學習的很多學生，思維方式與其他學生明顯不同，到中學階段各科學習成績都很突出，并順利考上理想大學，甚至影響到部分學生在大學選擇的還是與人工智能、機器人相關的科系。

常說“一分耕耘，一分收獲”，付出的汗水終能得到回報，國家的政策導向清楚地顯示人工智能、智能機器人進人課堂是勢在必行?！疤鞎r、地利、人和”，在今日這么好的時代，我們更應加倍努力為完成教育使命、培養智能高端人才貢獻力量。

參考文獻：

[1]國家主席習近平向國際人工智能與教育大會致賀信.

[2]電子工業出版社小學信息技術教材和教師用書.