普通高中通用技術課開展機器人教育的實踐探究

余華芳

【摘要】永州市第一中學是湖南省示范性普通高中學校、湖南省科技活動優秀示范校以及創客教育示范學校。學校現有機器人資產35萬余元，每年參加湖南省中小學生機器人競賽和青少年機器人競賽的獲獎學生層出不窮。學校開展機器人活動，豐富了學生的課外活動內容，培養了同學們解決實際操作問題的能力、團隊協作能力和創新能力等素養。

【關鍵詞】普通高中;機器人教育;通用技術

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。機器人教育旨在培育學生的創新素養，為創新型人才的培養奠定基礎。它融合了工程設計、機械制造、程序設計、開源硬件、三維設計、圖像識別和人工智能等先進技術，走在現代高新技術發展的前沿。

在我國，北京和上海是最先開始進行機器人教育的地區[1]。2010年后，全國各地在高中階段的通用技術課程中都增加了與機器人相關的教學模塊。越來越多的學校開設了機器人課程，教育管理部門也重視機器人教育并加大對該課程的投入，社會各界也從各方面支持機器人課程，盡力提高機器人課程的普及度。

機器人課程在我國的高中課堂展開，我國的機器人教育步入了大眾化、普及化的新階段。我校作為湖南省示范性普通高中學校、湖南省科技活動優秀示范校、湖南省創客教育示范學校，自2015年起就在通用技術課程中融入了機器人教育，2016年建設了專門的機器人活動室，通過開展機器人教學，使通用技術課程具有一定的廣度和深度，提高了學生的學習興趣。本人結合這幾年的機器人教學實踐經驗，談一些做法與體會，希望能起到拋磚引玉的作用。

一、以賽促學

我校以參加各種競賽活動促進機器人課程教學和培訓活動的開展，通過競賽促進學生知識掌握、技能提升、技術交流，增強學生團結協作意識，培養學生動手能力和創新精神。

我校每年均會組織學生參加湖南省中小學生機器人競賽和湖南省青少年機器人競賽，學生大部分獲得湖南省一、二等獎。在比賽前期準備中，學生既需要精心設計訓練方案，充分挖掘培養與訓練創新能力方面的內容，循序漸進地提出恰當的機器人項目問題，還要著力解決比賽任務。在比賽過程中，學生們通過團隊協作，經歷了機器搭建、程序設計、實際驗證等一系列過程，自小就對科學產生興趣，獲得科普知識，同時也將激發他們的創新能力。

比賽中選手碰到的所有問題都要自己去解決，這樣一方面可以減輕青少年心理上的依賴性，另一方面在與本項目隊員溝通交流、解決問題的過程中，學生可以提高自身的實際處理問題能力，同時在一定程度上提升了學校的競爭力和知名度，更培養了學生的綜合能力。

二、營造互動課堂

營造互動課堂，就是要顛覆傳統課堂，課堂教學不再是學生聽、老師講，學生不再永遠是“聽眾”或“觀眾”的身份。

機器人教學與其他課程教學有明顯區別，機器人課堂的主要形式是活動。在課堂中，教師只是參與活動的一個成員，很多任務單憑教師一己的力量是無法完成的。因此，合作學習在機器人課堂中顯得尤為重要。

當學生的一些思路或得出的結論與教師預設的有所偏差時，我們要做的是，積極鼓勵學生大膽質疑，鼓勵他們堅持自己的觀點，給學生充分發表個人見解的機會，甚至可以與老師進行辯論。這樣的課堂才更有利于培養學生的合作創新意識。學生與學生之間的討論、交流同等重要，敢于提出自己的不同想法，并努力實驗論證，在相互思維的撞擊中，創新的靈感更易萌發[2]。

三、理論聯系實際

理論聯系實際，就是在教學中要以學生為主體，教學內容要與學生的日常生活實際緊密聯系起來，盡量營造出學生熟悉的生活化情境，激發他們的學習興趣。只有在這樣輕松、熟悉的情景下，學生原有的生活經驗與體驗才有可能被喚醒，繼而點燃他們認識生活、改變生活、創造生活的愿望，學生會倍感親切，學習的壓力也驟然減輕，教學目標不再是教師的預設目標，而會不知不覺轉變成學生自身作為生活主體的內在需要，引導學生更主動、積極地參與到教師設計的課堂活動中來，激發他們的創造力[3]。

在機器人教學中，很多教學活動項目的設計都是從學生生活情境中來的。比如機器人運送物資，機器人走迷宮等，這些活動都與學生的日常生活比較親近，將這些融入到教學實踐中，能夠讓學生的參與性、主動性更高。

四、開展主題探究

我們提倡在機器人課堂中更為廣泛地開展相關主題的探究活動，營造有效的問題情境，鼓勵學生大膽質疑，積極發現問題，提出問題，思考問題，對任何問題都敢問“為什么”，并努力搞清“為什么”，提高學生學習的主動性、自主性、創造性。

例如，在機器人搭建活動中，學生在組裝自己的機器人之前會主動提出很多問題：我想要設計一個什么樣的機器人？能夠派上什么用場？機器人怎樣完成任務？什么樣的設計才能出彩？然后他們會主動思考，查閱資料，一步步解決這些問題。在組裝過程中遇到了實際性的難題怎樣去解決，組裝完成后通過實驗可能又會發現設計缺陷，再改進，最后終于秀出自己滿意的作品。這樣一個主題活動的開展與完成，不僅需要學生掌握相關的知識和技能，而且需要不懈地探索與研究，才能達成滿意的目標。

五、鼓勵創新思維

科技迅猛發展，機器人變得復雜多變是必然的，依靠傳統的“記憶式”學習法肯定不能解決問題。只有鼓勵學生在實踐探索中尋求規律，獲得自身的體驗和經驗，才能掌握操作技巧。在機器人活動中，學生會為了實現某個計劃方案，反反復復在場地中不斷調試，不斷改進機器人的搭建，不斷進行優化設置，哪怕不斷失敗，也不輕易放棄，從而終獲成功的喜悅。這樣的過程，不僅能夠幫助學生積累操作經驗，而且能培養學生的創新能力，提高他們的綜合能力。

六、激發學生學習興趣

興趣是學生最好的老師，學生的學習動機和興趣是學習取得成功的重要因素[4]。機器人從某種意義上說是一個具有低級人工智能的高級玩具，學生對于玩具的喜愛可以說是天性，他們好奇于每一個新事物。因此，教師在教學中應該根據大多數學生的實際能力設計一些有趣的項目或任務讓學生去完成。讓學生學習操作機器人、參加比賽，只是一種手段，目的是提升學生各方面的能力，而能力的發展離不開活動中學生的積極參與和思考。學生有了學習興趣后，學習的主動性大大增強，學習效果明顯提高。

七、培養團隊意識

機器人競賽項目較復雜，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。機器人比賽本身就是要求團隊參賽，團隊中有的擅長搭建，有的則善于編程，有些比賽還需要答辯，則需要有善于表達和陳述的隊員。目前我校的機器人活動都是采取組建相應的任務小組，這些機器人小組基本都是學生自我管理，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定，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，交流和溝通通暢，有著巨大的集體凝聚力[4]。

八、爭取多方投入，降低學校開設成本

機器人器材價格昂貴一直是機器人課程開設的瓶頸。以WER器材為例，完整的一套器材包括配件價格大概在一萬元。同時，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，每年購買競賽地圖和任務模型就要投入幾萬元。面對經費問題，學校可以考慮多種解決渠道，如課題經費、上級專項資金資助、學生自購、校友捐贈、廠家贊助等。同時，更要強調做好器材的保護及日常管理工作，以保證器材的循環使用。每次學生要使用機器人套件都是從老師處租借，簽好協議，歸還時對器材要歸類和復位好，這本身也能培養學生的主人翁精神和綜合素養。

九、結語

由于高考的壓力，參與機器人課程的以高一學生為主，由于學生普遍認為參與機器人課程會影響文化課的學習，所以參與的人數較少，而且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。大多數學生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。加之機器人活動訓練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。因此目前機器人學習對象小眾化，普及力度不夠。同時，目前我校通用技術課程中關于機器人教學缺乏完整的課程方案和教學模式、教學評價等。機器人教學的教材編寫、教學設計以及評價方法都是由機器人產品制造商提供參考，使得機器人教育理念與實踐的視野還不夠寬廣，機器人教育的氛圍不夠濃厚，在教學模式的探索創新方面還缺乏建樹，有待教師在以后的教學中不斷探索和完善。

【參考文獻】

[1]賈金元，武小龍，武國偉.面向創客教育的高中機器人教學與實踐研究[J].基礎教育參考，2017（22）：41-44.

[2]戴南.高中機器人課程實施現狀及問題研究[J].中國信息技術教育，2017（06）：21-23.

[3]徐麗娜.基于創新教育理念的高中機器人教學方法探究[J].內蒙古教育，2017（12）：71-72.

[4]劉俊杰.開展高中機器人教學活動的實踐與探索[J].教育信息技術，2013（01）：126-127.