基于創(chuàng)客理念的中職生智能機(jī)器人教學(xué)研究與實(shí)踐

廖振偉

[摘? ? ? ? ? ?要]? 人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展對(duì)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)提出了更高的要求，也推動(dòng)著智能機(jī)器人教學(xué)的深入發(fā)展。作為一種新興的人才培育理念，創(chuàng)客理念給智能機(jī)器人教學(xué)提供了新的發(fā)展方向。對(duì)創(chuàng)客理念的含義、機(jī)器人教學(xué)現(xiàn)狀、創(chuàng)客理念與智能機(jī)器人教育相結(jié)合的益處進(jìn)行分析，探討如何構(gòu)建一套成熟的基于創(chuàng)客理念的中職智能機(jī)器人教學(xué)模式。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 創(chuàng)客理念;中職;人工智能;機(jī)器人教學(xué)

[中圖分類號(hào)]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2020）47-0194-02

近年來，以互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能為首的新型信息技術(shù)的發(fā)展給我國(guó)社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)行業(yè)帶來了翻天覆地的變革，與機(jī)器人相關(guān)的研究和應(yīng)用也取得了令人驕傲的成果。人工智能技術(shù)日益滲透到各行各業(yè)。因此，在“創(chuàng)客”式學(xué)習(xí)的新時(shí)代，將創(chuàng)客理念引入智能機(jī)器人教學(xué)中，探索新的教育模式，不僅可以增強(qiáng)學(xué)生的信息意識(shí)與創(chuàng)新能力，幫助其養(yǎng)成數(shù)字化的學(xué)習(xí)習(xí)慣，也一定會(huì)讓我國(guó)的教育事業(yè)找到新的爆發(fā)點(diǎn)。

一、創(chuàng)客理念的含義

“創(chuàng)客”一詞起源于美國(guó)，由英文單詞“maker”演變而來，原意是“制造者”，可以理解為有創(chuàng)造性思維和創(chuàng)造能力并樂于通過動(dòng)手實(shí)踐將創(chuàng)意變成現(xiàn)實(shí)的一群人，他們喜歡并且享受創(chuàng)新、創(chuàng)造的過程。不受性別和年齡的限制，只要你有創(chuàng)意思維、創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力并進(jìn)行大膽嘗試，你就能夠成為一名優(yōu)秀的創(chuàng)客。

二、我國(guó)智能機(jī)器人教學(xué)現(xiàn)狀

智能機(jī)器人教育主要是讓學(xué)生學(xué)習(xí)和了解機(jī)器人的基本知識(shí)和相關(guān)技能，利用機(jī)器人教學(xué)來幫助改善教育教學(xué)效果。目前，在我國(guó)的教育行業(yè)，以機(jī)器人技術(shù)為基本載體的創(chuàng)新能力培養(yǎng)活動(dòng)已經(jīng)受到一致好評(píng)，并得到廣泛支持，于是越來越多的高等院校開始加入智能機(jī)器人通識(shí)教育的課程建設(shè)中。但是，由于各學(xué)校、各學(xué)科的差異化和特殊性以及智能機(jī)器人課程知識(shí)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和綜合性，機(jī)器人教育并沒有形成一套固定的模式。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2016年4月底，我國(guó)有63.6%左右的高等院校以各種各樣的形式開展了機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)，詳細(xì)情況如圖1所示。機(jī)器人教學(xué)的課程性質(zhì)認(rèn)識(shí)如圖2所示。

結(jié)合圖1、圖2，本文認(rèn)為當(dāng)前我國(guó)機(jī)器人教學(xué)存在如下問題：

（1）本末倒置，過于關(guān)注競(jìng)賽本身，忽略培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。近年來，機(jī)器人競(jìng)賽雖然得到迅速發(fā)展，但是企業(yè)的插足為競(jìng)賽增添了更多功利化的色彩，沒有能夠較好地體現(xiàn)出其教育的本質(zhì)，也違背了競(jìng)賽的初衷。現(xiàn)在許多機(jī)器人競(jìng)賽存在參與門檻高的問題，很少有學(xué)生能參與到其中，即便是能夠參加比賽，學(xué)生也由于壓力大和時(shí)間的限制，沒有辦法進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，故而一時(shí)難以體會(huì)到智能機(jī)器人教育的真正樂趣和魅力。

（2）機(jī)器人通識(shí)教育未得到普及。雖然我國(guó)智能機(jī)器人教育得到了一定的發(fā)展，但大部分高校的課程設(shè)置仍以科研和專業(yè)教育為主，主要授課對(duì)象是微電子、機(jī)械、工程、計(jì)算機(jī)等相關(guān)專業(yè)的學(xué)生。只有少數(shù)的高校嘗試過開設(shè)通識(shí)教育課程等綜合性較強(qiáng)的科技教育課程。由此可見，目前智能機(jī)器人教學(xué)仍是專業(yè)教育居多，通識(shí)教育沒有得到大范圍的普及和推廣。

（3）其他像缺乏專業(yè)系統(tǒng)的機(jī)器人教育相關(guān)師資、教師隊(duì)伍水平不夠、課程資源稀少且超出學(xué)生的認(rèn)知范圍等一系列問題也司空見慣。

三、創(chuàng)客理念與智能機(jī)器人教育融合發(fā)展的益處

通過基本理論學(xué)習(xí)、動(dòng)手實(shí)踐操作、小組交流探討等多種方式，基于創(chuàng)客理念的機(jī)器人教育可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)的興起和創(chuàng)客理念的提出給教育改革開辟了新思路，而機(jī)器人教育恰好可以給學(xué)生提供進(jìn)行實(shí)踐活動(dòng)的廣闊平臺(tái)。從國(guó)家層面來看，基于創(chuàng)客理念的機(jī)器人教育踐行了“科教興國(guó)、人才強(qiáng)國(guó)”的戰(zhàn)略，正推動(dòng)著我國(guó)的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)朝著多元化、個(gè)性化方向加速轉(zhuǎn)型，而且也有利于培養(yǎng)出更多優(yōu)秀的科技人才，為國(guó)家創(chuàng)新實(shí)力的增強(qiáng)提供堅(jiān)實(shí)的人才保障。

四、創(chuàng)客理念下中職機(jī)器人教學(xué)模式的構(gòu)建

根據(jù)國(guó)內(nèi)外機(jī)器人教學(xué)的現(xiàn)狀，我們提出構(gòu)建“三位一體”的課堂教學(xué)模式，旨在為中職信息技術(shù)教育領(lǐng)域的變革提供思路。

以問題為中心，以項(xiàng)目為主線，以交流探討為方式的“三位一體”模式是整個(gè)機(jī)器人教學(xué)過程中所用到的模式。以問題為中心是指在上課之前，老師提出問題，讓學(xué)生帶著疑問去預(yù)習(xí)相關(guān)知識(shí);在課堂中，老師鼓勵(lì)學(xué)生親自動(dòng)手操作，讓學(xué)生在實(shí)踐過程中自我反思，發(fā)現(xiàn)不足并尋找解決方法;在下課之后，老師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)任務(wù)完成情況進(jìn)行回顧和總結(jié)，讓學(xué)生從中得出經(jīng)驗(yàn)、吸取教訓(xùn)，通過不斷的總結(jié)和反思來幫助學(xué)生增長(zhǎng)技能，讓他們?cè)谕瓿扇蝿?wù)的同時(shí)獲得成就感，從而激發(fā)其對(duì)知識(shí)的渴求，培養(yǎng)探索創(chuàng)新、拼搏進(jìn)取的學(xué)習(xí)精神。以項(xiàng)目為主線是指整個(gè)課程的教學(xué)都是圍繞一個(gè)具體的項(xiàng)目來進(jìn)行的，該項(xiàng)目的進(jìn)度和完成情況都會(huì)被納入評(píng)價(jià)指標(biāo)中。以交流探討為方式是指每個(gè)小組的成員在項(xiàng)目完成過程中進(jìn)行充分的交流討論，共同完成任務(wù)。這個(gè)相互溝通、協(xié)調(diào)配合的過程其實(shí)就是培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神和集體意識(shí)的過程。

“三位一體”的機(jī)器人教學(xué)模式建構(gòu)的流程如圖3所示。該教學(xué)模式堅(jiān)持趣味化的教學(xué)方式，讓學(xué)生體會(huì)到學(xué)習(xí)的樂趣，采取漸進(jìn)式教學(xué)和“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”式教學(xué)，讓學(xué)生由淺入深了解機(jī)器人教學(xué)，融入STEAM教育理念，讓學(xué)生的綜合素質(zhì)得到提高，具體環(huán)節(jié)如下：

第一環(huán)節(jié)：“引入情境”。只有創(chuàng)設(shè)富有趣味性、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和好奇心的情境，才能真正激發(fā)學(xué)生內(nèi)心的求知欲。在這一環(huán)節(jié)中，老師創(chuàng)設(shè)情境，播放相關(guān)視頻或者設(shè)計(jì)一些有趣的游戲，以此來增加課堂的活躍度，緊接著拋出與項(xiàng)目有關(guān)的專業(yè)問題;學(xué)生要融入情境中，積極思考，然后去觀察和動(dòng)手操作。

第二環(huán)節(jié)：“提出項(xiàng)目”。老師要簡(jiǎn)要介紹一下該項(xiàng)目，提出任務(wù);學(xué)生要聽明白老師提出的要求，對(duì)任務(wù)有一個(gè)整體、全局的把握，預(yù)想一下自己要怎樣完成這個(gè)項(xiàng)目。

第三環(huán)節(jié)：“知識(shí)講解”。這也是該模式中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。只有把正確的知識(shí)傳授給學(xué)生，接下來的操作才不會(huì)偏離正確的軌道。首先要讓學(xué)生近距離地觀察和感受，通過小組內(nèi)部交流商討，選派代表上臺(tái)發(fā)言，由老師對(duì)學(xué)生的發(fā)言進(jìn)行評(píng)析，再根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)一步對(duì)項(xiàng)目原理進(jìn)行重點(diǎn)講解和難點(diǎn)分析;學(xué)生要盡快接受新知識(shí)、多思考、多琢磨。

第四環(huán)節(jié)：“動(dòng)手實(shí)踐”。老師要激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，把主動(dòng)權(quán)交到學(xué)生手中，鼓勵(lì)他們主動(dòng)創(chuàng)造，如果看到學(xué)生有疑惑要進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo)并提供幫助;學(xué)生要好好利用老師提供的器材，多觀察思考，多動(dòng)手實(shí)踐，多交流討論，通過小組通力合作共同完成任務(wù)。這個(gè)過程也有助于提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，培養(yǎng)他們的實(shí)踐創(chuàng)新精神。

第五環(huán)節(jié)：“綜合應(yīng)用”。有反思才會(huì)有能力的提高，才能將所學(xué)真正應(yīng)用到實(shí)踐中去。在項(xiàng)目完成后，每個(gè)小組需要一名代表進(jìn)行發(fā)言，主要評(píng)價(jià)一下自己小組的作品，發(fā)現(xiàn)不足之處，說說區(qū)別于其他組的創(chuàng)新之處、操作過程中遇到了什么困難。這樣的大討論有助于促進(jìn)學(xué)生之間的相互交流和進(jìn)步提高。最后由老師總結(jié)評(píng)價(jià)每組的課堂表現(xiàn)、任務(wù)完成情況，并進(jìn)一步提出新問題引導(dǎo)學(xué)生思考;學(xué)生對(duì)項(xiàng)目涉及的知識(shí)進(jìn)行歸納，并聯(lián)系前面的知識(shí)形成完整的知識(shí)體系，加深對(duì)知識(shí)的理解，并能夠在以后熟練運(yùn)用所學(xué)的新知識(shí)去獨(dú)立完成新的項(xiàng)目。

五、教學(xué)案例

本文選取《機(jī)械臂》作為教學(xué)案例，對(duì)機(jī)器人教學(xué)模式的構(gòu)建進(jìn)行分析。

學(xué)情分析：該課程面對(duì)的是職一的學(xué)生，他們思維活躍，有好奇心，注意力難以長(zhǎng)時(shí)間集中。

教學(xué)目標(biāo)：（1）明確機(jī)械臂的概念。

（2）初步學(xué)習(xí)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)和工作原理。

（3）理解機(jī)械臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)是依靠什么來驅(qū)動(dòng)的。

（4）掌握機(jī)械臂的使用方法。

課堂教學(xué)過程：

環(huán)節(jié)一：引入情境

老師在課堂上播放與機(jī)械臂相關(guān)的視頻，讓學(xué)生觀察場(chǎng)景，提出問題：機(jī)器臂到底是怎樣運(yùn)作的呢？

環(huán)節(jié)二：提出項(xiàng)目

開展“創(chuàng)意比拼”活動(dòng)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，每組設(shè)計(jì)機(jī)械臂草圖方案，制作機(jī)械臂原型，進(jìn)行比拼。

環(huán)節(jié)三：知識(shí)講解

老師要從機(jī)械知識(shí)、電子知識(shí)兩方面對(duì)本節(jié)課的知識(shí)進(jìn)行講解。

環(huán)節(jié)四：動(dòng)手實(shí)踐

老師組織學(xué)生根據(jù)機(jī)械臂草圖親自動(dòng)手操作去搭建模型，利用程序圖卡完成設(shè)計(jì)圖，再拆解機(jī)器人作品，觀察作品各部分結(jié)構(gòu)組成以及功能實(shí)現(xiàn)的原理。

環(huán)節(jié)五：綜合應(yīng)用

老師總結(jié)機(jī)械臂的設(shè)計(jì)原則，對(duì)學(xué)生的課堂表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并引導(dǎo)學(xué)生將今天所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中。

與國(guó)外相比，我國(guó)中職學(xué)校基于創(chuàng)客理念中的智能機(jī)器人教育起步較晚，發(fā)展水平較低，還沒有形成一套完善、成熟的機(jī)器人課堂教學(xué)模式。本文遵循“在創(chuàng)造中學(xué)習(xí)”的理念，探索構(gòu)建了一套機(jī)器人教學(xué)模式，但是仍然存在不完善的地方。我國(guó)機(jī)器人教學(xué)的探索，是一項(xiàng)漫長(zhǎng)又復(fù)雜的任務(wù)，只有教育機(jī)構(gòu)、學(xué)校、教師等多方面共同努力，才能促進(jìn)創(chuàng)客理念下機(jī)器人教育的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展和信息技術(shù)教育領(lǐng)域的全面變革。

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1418.4，2020-04-10.

◎編輯 鄭曉燕