中小學機器人課程的開發與實踐探究

石淑曉 常利亞 王淑娟

摘 要：近年來，伴隨著科技和技術的不斷進步，機器人教學逐漸走入了中小學的課堂之中，機器人在中小學教學中的運用是教學模式的一大創新，同時也是國家進行機器人技術人才培養的一項重要舉措。基于此，本文將就中小學機器人課程的開發與實踐進行探究和討論。

關鍵詞：中小學教育;機器人;課程開發

當前，推進機器人教學在中小學教育中的普及已經成為了時代發展下的必然趨勢，通過學習、利用機器人這一新型科技產物，可以更好地為國家培養相關的技術人才，除此之外，做好機器人教學的開發與研究還有利于促進我國教育事業的進一步發展。

一、課程性質

中小學階段的機器人教育在很大程度上和大學階段的機器人教育有所不同。這種不同具體表現在大學階段的機器人教育被包含在了自動化以及人工智能等方面的專業課程之中。在大學階段，機器人學被當做是一門設計內容廣泛的學科，包括機器人學概況、運動學、動力學、數理基礎、程序設計、高層規劃、傳感器等諸多內容[1]。而中小學階段的機器人教育課程則是以智能技術為核心的，其外延通常涉及到機械制造、生物仿真以及電子通訊等技術。就信息技術而言，主要包含了程序設計以及傳感技術等方面的內容。

二、課程目標

中小學階段的機器人教育，是為了更好地培養學生們的創新精神，同時也是為了提升同學們的信息素養和實踐能力。同時，以一種綜合的、具有探究性和實踐性的方式來培養學生們的邏輯思維。除此之外，在中小學階段的機器人教育主要是為了培養學生們認識和學習機器人的興趣，從而使其能夠做到以機器人為載體來更好地學習各種信息技術以及通用技術的基本技能和相關知識，進而認識到技術的應用和發展對人類科技發展和日常生活的巨大影響作用。還要通過機器人教育來開闊學生們的視野，并且幫助其培養交流協作以及更好地處理和解決各種實際問題的能力。

三、教學對象

中小學階段的機器人教育主要是針對對機器人的制作具有濃厚興趣的小學四年級以上的學生和初中生。在實際教學環節中，由于處于不同的學習階段，學生們的認知水平并不相同。因此，如果想要更好地開展中小學機器人教育，就必須正確把握不同階段的學生的認知水平及發展規律。通常情況下，小學四年級開始，學生的認知發展已經達到了一定的高度，在這個階段開設機器人的教育課程是合乎其認知水平的。除此之外，在教學對象方面，機器人教育并不是針對那些智力超乎同齡人的學生的，凡是對機器人有興趣的學生，都可以參與進來，學校不應以學習成績為限制條件。學習的成績高低只會對學習速度的快慢和課程內容造成影響，但是并不會對學習這一行為的發生以及最終結果造成影響。

四、小學階段的教學目標及教學內容

1.教學目標。關于小學階段的機器人教育教學目標，首先，是讓學生們了解機器人的相關應用，同時可以進行一些較為簡單、容易上手的機器人組裝，從而激發其學習機器人知識的興趣。其次，是讓學生們對機器人工作的一些基本原理有所了解，可以讓同學們多了解一些機械傳動的裝置以及掌握一些常見的通訊方式、傳感器等方面的基礎知識。同時還要讓同學們掌握一些與機器人運動相關的知識，例如角度的分類及其測量等數學知識，通過這些知識的學習，還可以更好地拓展學生們的直覺思維以及形象思維。再次，還需要讓同學們對一些圖形化的編程語言有一定的掌握。可以讓其學習并自行編寫一些簡單的算法，通過這些算法來指揮機器人的某些特定動作，進而培養學生們的邏輯思維能力。最后，學生們在對智能機器人的各種相關知識進行學習和實踐的過程中，要不斷加強與其他同學的相互合作，從而進一步提升學生們的協作能力和組織能力。

2.教學內容。小學階段的機器人教學主要教學內容可以包括在信息技術課程之中，或者是包括在綜合實踐課程之中，通常情況下，需要30個學時左右，教學中需要包括組裝模塊、運動模塊、傳感器模塊、聲音傳感器模塊、觸碰傳感器模塊、邏輯判斷模塊、角度傳感器模塊、藍牙通訊模塊、對象塊模塊，每個模塊在3個學時左右[2]。

五、初中階段的教學目標及教學內容

1.教學目標。關于中學階段的機器人教育教學目標，首先，要讓學生們了解現下機器人的發展狀況以及其對人們日常工作的影響。其次，要讓學生們對機械的傳動裝置以及一些比較常見的通訊方式和傳感器有所掌握，并且理解其中涉及到的一系列的協同工作方法，進而對機器人的多機協同原理有一個初步的把握。再次，要讓學生們做到綜合運用機器人工作有關的各種物理學知識，例如，力學知識、杠桿原理、速度和距離等等。最后，要讓學生們對Java、C++、C等一些較為常用的辦成語言有一個初步的掌握，要使其學會編寫一些簡單的程序指令，此外，還要讓學生們在以上一系列知識的學習和掌握過程中增強協作、配合能力、

2.教學內容。中學階段的機器人教學主要教學內容同樣可以包括在信息技術課程之中，或者是包括在綜合實踐課程之中，通常情況下，需要30個學時左右，教學中需要包括基礎運動模塊、超聲波傳感器模塊、顏色傳感器模塊、屏幕顯示模塊、聲音模塊、文件讀寫模塊、藍牙通訊模塊、高級運動模塊、模式編程模塊，每個模塊在3個學時左右。

中小學機器人課程的開展是步入現代化社會的必然趨勢，對機器人課程的開發與實踐承載著我國中小學的信息教育的諸多重要價值，同時也是對學生信息素質進行綜合培養和創新提升的良好途徑。

參考文獻：

[1]蒙慶華，藍日海，戴海清.機器人教育校本課程開發探究[J].教學與管理，2019（15）：90-92.

[2]張爽. 創客教育視域下中小學機器人教學活動設計研究[D].江南大學，2017.

注：基金項目：本文系河南省教育科學“十三五”規劃一般課題《中小學機器人課程開發與實踐研究》（編號：〔2019〕-JKGHYB-1469）研究成果。