面向創(chuàng)客教育的初中機器人教學(xué)實踐研究

利穎宜

【摘要】? 創(chuàng)客教育給教育事業(yè)帶來新的機遇，新技術(shù)和新理念變革教育帶來了新的可能。機器人教學(xué)承擔(dān)著培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重任，也是創(chuàng)客教育開拓新的實踐課程。本研究嘗試把創(chuàng)客教育理念融合到初中機器人教學(xué)中，構(gòu)建出面向創(chuàng)客教育的初中機器人教學(xué)模式，該模式分成四個環(huán)節(jié)“新知學(xué)習(xí)、模仿創(chuàng)造、合作創(chuàng)新、分享交流”，應(yīng)用于具體的實踐教學(xué)案例，以期為創(chuàng)客教育和初中機器人教學(xué)實踐提供參考的價值。

【關(guān)鍵詞】? 創(chuàng)客教育 初中機器人教學(xué) 教學(xué)模式 教學(xué)活動

【中圖分類號】? G632.4? ? ? ? ? ? ?【文獻標(biāo)識碼】? A ? ? 【文章編號】? 1992-7711（2020）25-020-02

引言

隨著創(chuàng)客運動與教育領(lǐng)域碰撞與融合，創(chuàng)客教育應(yīng)運而生。創(chuàng)客運動風(fēng)靡全球，以培養(yǎng)學(xué)生動手操作、創(chuàng)新能力和分享精神為目標(biāo)的創(chuàng)客教育逐漸引起了教育者的思考。創(chuàng)客教育要落地到基礎(chǔ)教育實踐中，可以借用機器人教學(xué)為載體，把兩者相互融合，重構(gòu)新的教學(xué)模式，可以為機器人教學(xué)提供新教法、學(xué)法，讓學(xué)生體會到動手、創(chuàng)造、分享的快樂，從而促進教與學(xué)的最優(yōu)化發(fā)展。

一、創(chuàng)客教育與機器人教學(xué)相融合

近幾年，我國的機器人教育取得了突飛猛進的發(fā)展，機器人教育逐漸滲透到了各個中小學(xué)信息技術(shù)課程中信息技術(shù)與機器人教學(xué)從培養(yǎng)目標(biāo)就有本質(zhì)的區(qū)別。信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)是信息意識、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、計算思維和信息社會責(zé)任感。而《中小學(xué)智能機器人課程指導(dǎo)意見》指出，通過智能機器人課程培養(yǎng)學(xué)生良好的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和實踐能力。得之，機器人教學(xué)比信息技術(shù)課程更注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和創(chuàng)新能力。機器人教學(xué)不應(yīng)該簡單地復(fù)制信息技術(shù)教學(xué)模式，而應(yīng)在此基礎(chǔ)上引入新的教學(xué)理念為指導(dǎo)，發(fā)揮學(xué)科特點，形成機器人教學(xué)特有的教學(xué)方式，真正變革學(xué)科教學(xué)。創(chuàng)客教育理念注重：開放創(chuàng)新、探究體驗，倡導(dǎo)DIY，創(chuàng)新與分享，滿足機器人教學(xué)需求。在此基礎(chǔ)上，兩者相互融合形成創(chuàng)客教育+機器人教學(xué)，豐富機器人教學(xué)活動，探索出創(chuàng)客教育實踐的新途徑、新思路。

二、面向創(chuàng)客教育的初中機器人教學(xué)活動模式

創(chuàng)客教育強調(diào)在項目實施中以技術(shù)為手段，通過新知學(xué)習(xí)把創(chuàng)意變成真實的作品，提高學(xué)生解決問題的能力。本研究融合了創(chuàng)客教育理念、內(nèi)涵和特征，構(gòu)建出適合初中機器人教學(xué)的模式。創(chuàng)客教育理念指導(dǎo)下，開展初中機器人的項目式教學(xué)，分四個環(huán)節(jié)：新知學(xué)習(xí)、模仿創(chuàng)造、合作創(chuàng)新、分享交流。基于項目式的教學(xué)模式，更加注重將知識的學(xué)習(xí)和運用相關(guān)聯(lián)，使學(xué)生更容易掌握機器人知識。

1.新知學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)：強調(diào)知識傳授與學(xué)生操練并重

新知學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)是面向創(chuàng)客教育的初中機器人教學(xué)的基礎(chǔ)階段，前期的知識掌握是學(xué)生產(chǎn)生創(chuàng)意的重要保障。在此環(huán)節(jié)，學(xué)生通過教師的講授機器人相關(guān)硬件：如主控板、擴展板、攝像頭、峰鳴器等，掌握基本的機器人各部件的功能。教師明確學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生通過仔細(xì)觀察教師的搭建，并在教師的引導(dǎo)下以小組的形式，進行操作練習(xí)，遇到困難可向組員或教師請教，以便快速突破基礎(chǔ)知識的重難點。最后，學(xué)生對所學(xué)知識進行內(nèi)化，總結(jié)。整個新知階段，學(xué)生是通過主動建構(gòu)新知的過程，把基礎(chǔ)的關(guān)鍵點逐一突破。

2.模仿創(chuàng)造環(huán)節(jié)：注重學(xué)生動手操作和互助協(xié)作

新知學(xué)習(xí)后，學(xué)生們嘗試搭建機器人部件。在此環(huán)節(jié)，教師需要介紹項目的內(nèi)容、功能，使用到的硬件，并直觀地向?qū)W生呈現(xiàn)部件的搭建、拼裝，程序設(shè)計。學(xué)生們動手模仿部件的搭建，過程遇到各種的問題，通過請教教師或小組一起研究解決。當(dāng)學(xué)生們都能動完成部件的拼裝后，他們開始討論項目的方向，機器人可用于解決生活中的什么問題。整個環(huán)節(jié)，學(xué)生能夠在動手創(chuàng)造，加深對機器人的部件認(rèn)知，模仿教師操作過程中獲得創(chuàng)造靈感，為創(chuàng)新作品的完成奠定基礎(chǔ)。

3.合作創(chuàng)新環(huán)節(jié)：注重項目合作和學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

創(chuàng)新環(huán)節(jié)是學(xué)生培養(yǎng)創(chuàng)新能力的重要階段。教師布置項目內(nèi)容后，學(xué)生開始以小組的形式，討論項目的開展，把機器人項目的搭建、創(chuàng)造交給學(xué)生。教師給予足夠的時間讓，他們自由地發(fā)揮想象，通過手腦并用，把想法化作成果。同葉，教師在此過程中，充當(dāng)指導(dǎo)的作用，及時回應(yīng)學(xué)生遇到的問題，從知識和技能上給予幫助。整個過程，學(xué)生們分工明確，有撰寫項目方案、機器部件搭建、程序設(shè)計、外觀包裝等。學(xué)生們大膽嘗試各種部件的功能，利用信息化手段來解決程序編寫過程中遇到的困難，他們的思維通過一次次的碰撞，促使作品更加完善。

4.分享交流環(huán)節(jié)：作品分享交流與升華

教師提供平臺給學(xué)生進行作品的分享，可以利用課堂進行小組匯報、機器人作品展演，或者放在創(chuàng)客活動室、科技節(jié)進行展示。在此環(huán)節(jié)中，學(xué)生在匯報作品成果時，向其他組別展示自己的作品，分享設(shè)計的思路、目的、使用部件器材、設(shè)計思路，預(yù)期達到的效果等。每一個小組的匯報分享，都是學(xué)生們的再一次學(xué)習(xí)與鞏固。他們在作品交流中，進行了思維的碰撞，激發(fā)創(chuàng)造的熱情。同時，教師的點評和學(xué)生的評價，促使學(xué)生積極參與作品的改進，逐步養(yǎng)成不怕困難，勇于創(chuàng)新的精神。

三、面向創(chuàng)客教育的初中機器人教學(xué)活動設(shè)計案例

依據(jù)面向創(chuàng)客教育的初中機器人教學(xué)模式，本研究把該模式應(yīng)用到機器人教學(xué)過程中，利用項目開展主題學(xué)習(xí)，設(shè)計主題為“人臉識別閘機”，分四個課時完成項目。

1.項目內(nèi)容和目標(biāo)分析

“人臉識別閘機”項目，主要利用機器人器材：Maixduino 主控板、擴展板、金屬舵機、攝像頭、播放器，實現(xiàn)人臉識別功能。本項目功能是識別到預(yù)先輸進去的人員的臉時，閘機打開，指示燈顯示綠色，屏幕顯示：歡迎光臨，并播放迎接音樂。當(dāng)識別到不認(rèn)識的人員時，閘機關(guān)閉，指示燈顯示紅色，屏幕顯示：對不起，請等待，喇叭播放等待音樂。

該項目制作目的是，學(xué)生通過機器人基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)后，了解常用的主板控的工作原理及搭建、利用程序設(shè)計實現(xiàn)控制功能，增強學(xué)生的創(chuàng)造欲望，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，樹立創(chuàng)客教育理念。

2.教學(xué)活動設(shè)計

（1）新知學(xué)習(xí)

首先，教師把事前制作好的作品帶到課室，讓學(xué)生來觀摩，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師引出本項目的基礎(chǔ)知識Maixduino 主控板的工作原理，利用攝像頭實現(xiàn)人臉識別的功能，舵機控制LED燈、閘機的啟動。最后，教師給學(xué)生余留時間進行體驗操作，教師對學(xué)生的操作進行指導(dǎo)。學(xué)生在體驗機器人器件過程中，直觀地體驗新知及操作方法，為后面項目的開展奠定基礎(chǔ)。

（2）模仿創(chuàng)造

教師給每個小組發(fā)放機器人元器件，學(xué)生依據(jù)教學(xué)的微視頻進行機器人搭建。小組成員之間相互協(xié)作，討論過程中遇到的問題，教師根據(jù)學(xué)生遇到的問題進行重點、難點的講解。學(xué)生在反復(fù)的模仿中加深對主控板、閘機的聯(lián)接。他們開始嘗試編寫程序來實現(xiàn)人臉別、閘機的啟動、語音的播放。學(xué)生們模仿老師編寫好的程序，利用數(shù)據(jù)線把程序?qū)胫骺匕逯校瑴y試作品的功能。

（3）合作創(chuàng)新

學(xué)生在模仿完成機器人搭建后，小組討論項目制作的方向，進行分工協(xié)作、動手實踐。教師觀察學(xué)生在動手創(chuàng)作的過程，指導(dǎo)學(xué)生編寫程序及問題解答。在此過程中，教師沒過多地參與學(xué)生創(chuàng)造的過程 ，鼓勵他們把想法化作行動，盡量幫助學(xué)生形成獨特的師傅工引導(dǎo)他們實現(xiàn)成果。學(xué)生在小組合作過程中，充分發(fā)揮創(chuàng)意、自主探究，使學(xué)生的創(chuàng)新力和動手能力得到充分的鍛煉和培養(yǎng)。

（4）分享交流

經(jīng)過一段時間的創(chuàng)意制作，學(xué)生們分小組開始上臺演示作品，他們講述作品把制作的過程、使用的器材、實現(xiàn)功能、創(chuàng)新點、存在問題及解決的辦法。學(xué)生們都互相提問、提出作品優(yōu)化的建議。教師對學(xué)生的作品作點評，幫助學(xué)生梳理要點，并提出改進建議。此環(huán)節(jié)，學(xué)生們不僅收獲了作品，還能從別人的分享中獲得更加的知識和創(chuàng)意，增強了他們創(chuàng)造的信心。

四、結(jié)語

面向創(chuàng)客教育的初中機器人教學(xué)實踐，真切地讓每位學(xué)生體驗自己動手做的樂趣，將創(chuàng)客教育理念融入到學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中，極大地激發(fā)學(xué)生的積極性與參與熱情，促進創(chuàng)造力和創(chuàng)新能力的發(fā)展。面向創(chuàng)客教育的課程開發(fā)，深化改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式，開始探索一種更開放、更靈活、更自主的創(chuàng)客方式。

【注：本文系廣東教育學(xué)會教育科研規(guī)劃小課題“面向創(chuàng)客教育的初中機器人教學(xué)活動設(shè)計研究”成果（課題編號：GDXKT24274）】