關于中學機器人教育分層教學的研究

胡楚佳

摘 要 21世紀是信息技術高速發展的時代，國家正在推進信息化2.0的建設。機器人教育教學也作為信息化推進的產物，一直深受社會各界高度重視。國家新課程改革中，機器人教育教學也納入信息技術課程，意在培養學生創新思維、編程思想和動手操作能力。文章以能力風暴積木機器人為例，將中學機器人教育進行分層教學，歸納了開展機器人教育分層教學所需的環境設施和課程體系，希望可以為其他學校開展機器人教育教學活動提供幫助。

關鍵詞 中學機器人教育 分層教學 環境設施 課程體系

0前言

（1）教學背景。隨著國家信息化2.0的到來，機器人教育教學成為教育領域新的發展趨勢。全國各地積極開展機器人課程，家長愈來愈重視孩子的機器人教育。學校也應該積極響應國家政策，開展機器人教學等選修課程，培養學生創新創造能力、編程思想和動手能力。

（2）教學目標。機器人教育的產生能夠使中小學生近距離的感受到科技的魅力，并奠定了學生科學研究的基礎。學生能描述機器人的概念、發展和應用前景等，培養計算思維;了解機器人組裝搭建和編程，能實踐操作，學會信息化學習與創新;了解機器人未來發展趨勢，通過機器人的智能化完成任務，能延伸到工業、服務、教育機器人等對社會生活帶來的影響，提高信息意識、信息社會責任。

（3）教學理論支撐。

①學習金字塔理論：動手組裝機器人、向同學講授所學內容、合作探究任務方案。

②分層教學理論：機器人基礎課程（全體學生）、機器人提升課程（機器人社團）、機器人競賽課程（校隊學生）。

1教學環境設施

1.1教學環境

學校應該提供專門開展機器人教學和集中訓練的機器人活動室，提供基本的教學環境。另外，學校也需要提供專門的機器人指導室，用于教師對學生進行機器人專項輔導。

1.2教具設備

學校需要配備多套完整的能力風暴積木機器人高級套裝和氪教育機器人套裝，專門用于機器人教學;另額外購買配件若干，為后續帶學生參加機器人競賽提供設備保障。

1.3電教設備

機器人活動室和機器人指導室配有移動納米黑板和筆記本電腦多臺，為教師教學和學生實踐操作提供設備保障。

1.4師資力量

指導老師應有豐富的教學經驗，最好有指導學生參加各類機器人競賽的經驗，師資力量需要有所保證。

2課程教學模式

（1）問題-探究式：以學生為中心，通過教師演示、學生觀看老師演示后，自主動手操作，鍛煉學生動手操作能力，培養學生實操技能。

（2）示范-模仿式：在老師提出問題和任務要求后，學生能夠自主探究、小組合作來解決問題，并教授他人所學知識，培養了自學能力、創新創造力、合作精神和解決問題的能力。

3課程教學體系

教材是教師教和學生學的主要憑借，是教師進行教學、搞好教書育人工作的具體依據。學校應該建設成熟的機器人課程體系，根據分層教學開展不同的課程內容。本人按照機器人基礎普及、能力提升和競賽集訓分為《機器人基礎課程》、《機器人編程與實操課程》和《機器人競賽課程》共三大板塊。

3.1機器人基礎課程

3.1.1機器人基礎概況

了解機器人的由來、發展歷程和未來趨勢等，普及機器人知識，提高學生學習興趣。從機器人應用領域引導到教育機器人領域，從而過渡到對教育機器人的學習，為下一單元學習做好鋪墊。

3.1.2氪教育機器人組裝與編程

氪是能力風暴積木機器人中較為簡單的教育機器人，其編程軟件為圖形化編程、機器人組件組裝操作簡易。學生學會自主組裝機器人小車、編寫程序控制小車行動，為下一單元學習教育機器人高級套裝打下基礎。

3.1.3機器人高級套裝組件與任務套件介紹

機器人高級套裝是WER積木機器人中較為復雜和成熟的機器人，本單元將學習該機器人的全部組件、任務套件組裝，使學生充分熟悉該機器人套件全部組件，為下一板塊課程奠定良好硬件基礎。

3.2機器人編程與實操課程

3.2.1機器人控制器介紹

通過學習機器人控制器的使用，對控制器的硬件參數、電源與開關機、主界面、程序界面、端口界面等功能有整體的了解，也是后續進行編程和實操的基礎。

3.2.2機器人巡線小車組裝

機器人巡線小車組裝，是后續編程和機器人尋線、完成任務等的基礎硬件建設。學生通過自己動手操作，組裝小車，對車的結構可以更加熟悉，后續出問題都可以自己進行排查。

3.2.3機器人編程軟件介紹

機器人編程軟件分為圖形化編程和C語言代碼編程兩種形式，在學習了氪機器人編程基礎上，再學習該軟件的圖形化編程完全沒問題，也足夠使用。

3.2.4機器人巡線小車工作原理

機器人巡線小車是通過灰度傳感器測黑線來執行程序的，通過講解工作原理，使學生對傳感器及其工作原理有所認識。

3.2.5機器人機械臂組裝

在認識和熟悉了機器人控制器、編程和小車尋線原理后，學生開始學習機械臂組裝，通過組裝的機械臂去完成任務模型。

3.3 機器人競賽課程

3.3.1世界教育機器人大賽概況

世界教育機器人大賽是一項全球性比賽。通過介紹大賽情況，學生對比賽有所熟悉，比賽的規則形式等有所了解，為后續針對性訓練奠定基礎。

3.3.2基礎能力綜合訓練

主要是針對程序編寫、小車組裝等進行綜合性訓練。

3.3.3任務方案設計與實現

根據任務套件和小車，組裝完成任務的系列機械臂，實現一臂多用和少換機械臂等，以及設計做任務的路線程序編寫。

3.3.4熟練換機械臂與編程

提高學生動手操作效率和編寫程序能力，能在規定時間內完成機械臂組裝和程序編寫。

3.3.5模擬比賽

模擬比賽是在完成上面全部環節后，營造一個競賽氛圍，按照正規比賽流程和標準進行模擬競賽，并在競賽中發現問題和解決問題。

4中學機器人教育具體教學應用

4.1校本選修課

面向全體學生開設了校本選修課，普及機器人相關知識，學會組裝機器人和初步接觸編程思想。

4.2社團活動課

面向機器人社團學生開設編程實操課，培養學生創新思維、編程思想、動手能力。

4.3競賽集訓課

面向機器人校隊開設競賽課程，培養學生合作精神、探究精神、應變能力、編程水平和競技水平。

5中學機器人教育教學效果

5.1實現深度學習

學生做到自主學習、合作探究、創新實踐，成為課堂主角，老師作為引領作用，充分發揮學生的主體作用，實現深度學習的教學方法。

5.2培養可貴品質

通過實際操作，培養創新意識和能力，能夠逐漸的轉變中小學生思維，使其明白團隊協作的意義，更好的適應時代的發展，學到了在第一課堂中難以習得的可貴品質。

5.3實現分層教學

依據不同層次的授課對象，課程分基礎課程、提升課程、競賽課程三部分，內容逐層提升，分層教學明顯。

5.4響應政策要求

響應國家政策，通過機器人課程教學，實現人工智能、編程思想等相關課程教學，并普及機器人知識。

5.5具備競賽水平

學生依托學校的機器人社團活動和機器人競賽輔導的學習平臺，具備能力參加各種比賽。

6結束語

本人開展機器人教學將近三年了，從課程開發建設到教學過程，每次都有不同的收獲。在教學中，學生都能在老師引領下自主學習、合作探究、動手實操。為了讓學生深度學習，課堂上安排了教學任務，給學生提供了教具、設備，通過自主探究、團隊合作和創新創造去完成任務，效果明顯。因此，在教學中，我們應該以學生為主體，老師作為引領者，學生能夠通過自身能力去完成教學中的任務，相信學生，總能達到意想不到的結果。

參考文獻

[1] 劉一錦.如何在中小學進行機器人教育教學[J].教育現代化，2018，5（16）：354-355.

[2] 涂俊.淺談機器人教育與現代科學思維的培養[J].中國高新區，2017（10）：73.

[3] 陳維新.基于STEM的“金字塔”機器人教育模式探索與實踐[J].教育信息技術，2019（09）：23-26.

[4] 劉瑋松等.中學機器人教育與STEAM教育融合探索[J].中國教育技術裝備，2017，10（20）：11-13.

[5] 顧皓白.淺談在機器人活動中如何開展信息技術創新教育[J].讀與寫（教育教學刊），2016，13（11）：299.

[6] 余正剛.淺談機器人社團對學生創新能力的培養途徑[J].當代教研論叢，2017（03）：27.