淺談中學機器人教育分層教學

時鳳鳳

四川省攀枝花市大河中學校

前言

教學背景。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(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)造能力、編程思想和動手能力。

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(fā)展和應用前景等，培養(yǎng)計算思維；了解機器人組裝搭建和編程，了解機器人未來發(fā)展趨勢，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(huán)境設施

教學環(huán)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(huán)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。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(xù)帶學生參加機器人競賽提供設備保障。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。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

2.1 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(yǎng)學生實操技能。

2.2 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(yǎng)了自學能力、創(chuàng)新創(chuàng)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。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(fā)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(shù)、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(xù)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(xù)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(xù)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(zhí)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(guī)則形式等有所了解，為后續(xù)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(xiàn)。根據任務套件和小車，組裝完成任務的系列機械臂，實現(xiàn)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(guī)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(huán)節(jié)后，營造一個競賽氛圍，按照正規(guī)比賽流程和標準進行模擬競賽，并在競賽中發(fā)現(xiàn)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(yǎng)學生創(chuàng)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(yǎng)學生合作精神、探究精神、應變能力、編程水平和競技水平。

5 結束語

本人開展機器人教學多年，從課程開發(fā)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(chuàng)新創(chuàng)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。