中小學開展簡易機器人編程教育的實踐研究

吳麗香

摘? 要：2017年，國務院印發《新一代人工智能發展規劃》，明確指出：應逐步開展全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程、逐步推廣編程教育。開展有關中小學簡易機器人編程教育的實踐研究，努力探索出一條符合機器人教學與科學學科整合的教學捷徑，使得中小學簡易機器人編程教育得到有效的實施與推行，促進我國素質教育的發展。

關鍵詞：中小學? 簡易機器人編程? 實踐研究

中圖分類號：TP242 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）02（a）-0114-02

隨著中小學信息技術課程的普及，社會上一些青少年編程教育課程也逐漸活躍起來。2017年，國務院印發《新一代人工智能發展規劃》，明確指出：應逐步開展全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程、逐步推廣編程教育。簡易機器人編程教育中編程知識的學習范圍，受限于選擇的機器人，是以調用編程模塊指令讓機器動起來為目的。通常需要編程的模塊，是已經寫好存儲在模塊里的，中小學生做的只是將模塊以不同的方式拼接起來。為了更好地推廣和實施機器人編程教育，展開了有關其實踐的探討。

1? 簡易機器人編程教育的意義

1.1 培養編程思維

編寫程序，最重要的是如何把老大難問題分割成一個個簡易的小問題并逐個擊破，化繁為簡。在過程中，中小學生必須學會思考：如何將代碼合理地安排在整個程序中，才能使得程序更加流暢地處理輸入—演算—輸出，整個過程將對中小學生的邏輯思維能力有著大大的鍛煉和提升。

1.2 培養學生的專注力和耐心

編程培養中小學生細心、專注和自我糾錯的能力，如果在編寫過程中錯了一個代碼，就會造成程序大亂。因此，編程不僅能培養中小學生嚴謹、認真的做事品質，也能培養中小學生解決問題的能力，提高中小學生的探索創新能力及團隊合作能力。

1.3 敢于試錯的勇氣

犯錯是編程過程中總需要面對的，機器人編程教育鼓勵不斷試錯并最終找尋到解決問題的辦法和當前的應試教育有著很大的區別，應試教育的犯錯成本較高，因此，在學習過程中學生對犯錯較為抵觸，同時在心理上也較為脆弱，在面對失敗和挫折時其心態還無法及時調整，但是機器人編程教育就是鼓勵試錯，使得學生在不斷試錯過程中，鍛煉了其面對失敗和挫折的勇氣，其自身的心態也是積極且向上的，因此進行機器人編程教育，可以幫助學生培養其良好的心理狀態，成為其終身受益的技能。

2? 中小學開展簡易機器人編程教育的有效途徑

2.1 大力開展簡易機器人編程校本課程

首先，進行初始課的講解，激發興趣。利用多媒體技術和信息化技術，向學生展現智能機器人世界，在此過程中會讓學生產生對智能科技的好奇與驚嘆，從而增強其對機器人相關技術的學習興趣。其次，在興趣的基礎上，教師要向學生傳授機器人技術的相關知識，幫助其完整地認知到機器人編程在機器人技術中的重要性和關鍵性，利用實物以及教學課件等，對其機器人基本控制的方法以及控制程序進行介紹，了解其機器人的基本工作原理及重要組成部分。最后，進行仿真軟件的學習和操作，讓學生在操作過程中了解其程序設計方法。同時在開展教學活動時，要因材施教，以學生為主體，根據學生的接受能力，合理地安排其機器人編程培訓內容。

2.2 綜合多學科知識進行教學

將機器人編程技術和物理學科知識相結合。教師在教學中可以將復雜的物理知識和學生興趣濃厚的現代智能科學技術進行結合，激發學生學習的熱情，將物理理論知識與科學技術實踐聯系起來。

機器人編程技術和數學學科知識相結合。數學知識是機器人技術發展的基礎，設計者通過編寫的運行程序來控制機器人的自動化操作。所以，教師在數學教學過程中，可以編寫一些小程序來實現機器人的自動運行，從而激起學生學習的興趣，讓學生了解計算機編程技術的同時主動學習數學知識。

2.3 培養學生科學素養

程序的編寫，可以培養學生科學、嚴謹的學習態度。在編寫程序時，學生需要做到對程序結構的正確選擇以及對程序結構的時間把控，如設置條件控制和循環結構控制，這些都需要在合適的時間內執行。編寫的過程中就需要反復地進行調試，以期達到最優參數值。因此，在調試和試錯的過程中，教師需要觀察學生執行的動態，而不是直接將最優參數值告知，這樣可以讓學生增強受挫承受能力，鍛煉其意志，經過反復的失敗，最后總結經驗和教訓，體會到成功的喜悅和滿足，培養學生的科學素養。此外，在進行機器人編程技術教學時，教師還需要不斷地啟發學生，引導學生進行自我思考，提出創意，并對其創意進行開發設計，通過編寫程序和親手制作，培養學生在此過程中的主動思考和解決問題的能力。

2.4 分組合作，開發科技創新項目

開展創意機器人比賽，進行分組合作，開發科技創新項目。教師應該鼓勵學生多做調研，在調研中發現問題，提出創新項目，同時對于學生提出的創意性項目，教師要給予積極的評價，首先展開有關項目的分析、論證和討論，將學生和教師的意見結合起來進行觀看，然后對項目的可行性進行分析，同時對項目方案的實施提出意見和形成一個完整的項目實施方案。接著研究的項目進行立項，進行專題研究討論，確定項目實施過程中所需的硬件、軟件以及控制方法等相關問題。在具體執行過程中教師可以根據學生的特點進行分組合作、制訂出研究計劃和進度，培養他們進行科研的基本素質。學生在根據研究的需要和教師的要求，自主完成對機器人的外觀設計、結構設計以及重要的程序編寫等。比如以感光原理為基礎，制作智能臺燈、鬧鐘等。通過教師的幫助，學生開展動手嘗試，從生活中發現機器人編程技術的實際運用，不斷地開拓其創新思維，提高學生分析問題、解決問題的能力。

2.5 鼓勵學生積極參加競賽

鼓勵學生積極參加市、省、國家級的各類機器人比賽。以學生的個人愛好和專長為出發點，為學生選取適合他們的機器人項目，充分發揮學生的所長，例如機器人滅火項目、機器人足球等。在參加競賽前，教師需要對機器人競賽的規則進行講解，并且為學生培訓一些比賽過程中所需要的必備知識，如C語言編程基礎知識等，讓學生了解其編程的基本思想和原理，鍛煉其邏輯思維能力。然后，為了提高學生編寫程序的效率和準確性，將C語言編程與VJC機器人軟件相結合，使學生在模擬中得到鍛煉。在教師的引導下，學生獨立自主的編寫完成相應的項目程序，然后進行調試。最后，教師提出機器人項目在實際運行中可能存在的問題和意外情況，學生在此基礎上針對問題不斷地進行嘗試和調試，對其程序進行完善和優化。通過這樣的學習和實踐培訓，學生的實際操作能力和機器人編程能力就得到了一定的鍛煉，然后學生再選擇其參賽的具體項目，經過實戰，提高其編程能力。

3? 結語

機器人技術是當前世界科技發展的重點，在當前及未來應用前景極為廣闊，是時代發展的重點。機器人編程技術是機器人技術中的基礎部分，在機器人技術的學習中具有重要作用。中小學生對于機器人編程的學習，不僅可以提高其科學素養，同時，對吃苦耐勞精神的培養，以及學生的專業技能的培養都是至關重要的。因此，教師必須努力更新教育觀念，努力探索一條符合機器人教學與科學學科整合的教學捷徑，大力開發簡易機器人編程校本課程、綜合多學科知識進行教學、培養學生的科學素養以及鼓勵學生積極參加機器人競賽等，使得中小學簡易機器人編程教育得到有效的實施與推行，促進我國素質教育的發展。

參考文獻

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