談在機器人教學中提升小學生信息技術核心素養

趙永宏

【摘要】通過探索機器人教學與小學生核心素養之間的聯系，尋找提升小學生信息技術核心素養的突破口，實現通過運用機器人教學培養學生創新思維與創新能力，進而提升學生的核心素養。

【關鍵詞】機器人教學 信息技術 核心素養

機器人教學是通過設計、組裝、編程、運行，然后優化組裝及程序機器人，激發學生學習興趣，培養學生綜合能力的過程。機器人教學涉及到多個學科，多種領域。搭建機器人的穩定和平衡融合了物理知識，編程中融合了數學知識，傳感器與馬達的相互配合融合了通信技術，數次失敗中啟迪智慧，深度思維中迸發創新，成為培養小學生綜合能力、信息素養的優秀平臺。

一、確定機器人教學培養目標

學生發展目標，以機器人組裝及編程為主要培訓內容來提高學生的核心素養。通過學生動手組裝機器人、理解光電傳感器工作原理、簡單任務到復雜任務，進一步完善組裝編程等工作，使學生的綜合知識水平得到提高，學生在學習的過程中，動手能力、數學邏輯思維能力、個人創新能力等都能得到訓練和升華。另外，學生在團隊學習中，不斷體驗到成功的樂趣，享受到團隊合作的樂趣，養成在思索中不斷學習的意識，提升學生的核心素養。

二、確定機器人教學培訓內容及層次

我們在機器人教學中，采用實踐研究的方法，在“機器人”教育中給學生創設合作學習的平臺，通過學生動手組裝、編程，進一步完善編程，讓學生深度思考，學會創新發現，養成良好的學習習慣。為此，我在機器人教學中嘗試五步教學法。

第一步，初級動手階段。小學三年級時注意培養學生的動手能力，讓學生從拼裝開始，從簡單的折疊椅開始，折疊椅用幾個梁軸簡單的組裝就可以完成，通過組裝，讓學生理解，原來這些拼裝這么有趣，拼成的折疊椅可以變形，既方便搬動，又節省空間。然后是弓箭，讓學生拼裝成功后，配上橡皮筋，可以試著進行打靶射箭，簡單的造型讓學生體驗自己動手的樂趣，使學生體驗到成功，增強自信心。三年級初步學習scratch里最簡單的小貓行走、更換背景，小貓運動停止，等等。可以穿插小貓捉老鼠等小游戲在里面，讓學生興趣更加深厚，喜歡上小貓編程語言。

第二步，動手加編程階段。這一階段，我讓學生組裝稍微復雜的。比如風扇。通過直梁、軸，馬達進行組裝。組裝之后，然后開始讓學生嘗試編程。我讓學生從最簡單的馬達轉動開始。一開始的命令是馬達能轉動就可以，了解到馬達的轉速，編碼值等很多較淺顯明白的語言，過渡到使用觸碰開關控制馬達進行轉動，從而用會了如果怎么樣就怎么樣語句，還學會了重復命令及重復命令的跳轉。讓學生逐步理解編程軟件要與機器人積木相互配合，機器人只有軀殼是不行的，需要有靈魂和思想，所以程序是必要的，并讓學生學會程序下載到機器人的大腦中。學習一段時間，讓學生進行總結梳理，可以幫助學生鞏固知識，也讓學生有了初步創新思想，思考或許自己就可以創造出生活便捷的東西。

第三步，創新階段。這個階段，是利用學生的知識，然后利用各種傳感器，進行創意的思維的培養。

如風扇轉動，如何讓它更智能。老師提示，我們可以加上超聲波傳感器，當有人靠近風扇時，風扇自動轉動，人離開，風扇自動停止。或者加一個溫度傳感器，讓室內溫度達到多少時，風扇自動轉動，這樣，老師提出一個設想，學生去完成，或者，學生提出一個想法，師生共同去實現這個效果，編程的目的是解決實際問題。

以上的任務完成之后，我會讓學生組裝更復雜一些運動機器人，如機器人小車，利用馬達控制器人前進，后退。讓學生編程控制小車的運動。如果再復雜一些，可以加上光電傳感器，做成在桌子上跑動的“懸崖勒馬”的小車，當這個小車機器人移動到桌子邊緣，光電傳感器會發現光線值有明顯變化，然后小車立即停止，自動后退，尋找更安全的道路再一次出發，這樣，可愛的小車就增加了智能因素。

第四步，比賽階段。學生在經過1至2年的學習，可以參加一些比賽了。比賽前，一些廠家會提供參考圖樣的機器人，學生可以看圖組裝完成。然后購買場地、道具，實地訓練。這樣實地訓練，參加比賽，練習會更有針對性，可以讓學生在不斷的練習中，可以把自己的機器人組裝的更加合理，提高完成任務的成功率，從一開始完成任務的成功率不足20%，逐步提高到80%以上，這樣，不僅讓學生練習中提高了編程能力動手能力，更讓學生在實踐練習中，有創新的思維，更熟練的動手能力的技巧。師生在比賽后，做好總結及反饋工作。通過比賽，了解其他兄弟學校的水平，從而有目的地調整，提高師生的眼界和水平。

第五步，建立起較完善的機器人培訓校本課程。要想高質量地實施機器人教育活動，必須建立相對完整、科學的機器人校本課程。在培訓活動中，培訓老師要圍繞著機器人教育目標、教學內容、案例資源、學生創意，獨家設計等內容進行深入研究，把以上幾個步驟加以完善，落實到紙面上，形成體系，并在實踐中不斷總結、改進。最后，完善學校的機器人校本案例，達到良性循環，學生素質成梯度性的逐年上升。

三、確保機器人教學的順利實施

在機器人教學工作中，我構建了饒有趣味的“機器人自主選修課堂”，即教師幫助學生愛上機器人，愛上動手搭建，動手編程，擁有良好的創新課堂，助力創客教育。

如學生練習機器人中鳴超級軌跡賽時，在完成投擲貨幣這一環節，官方給出的解決方案是機械臂旋轉投貨幣，本人在教授學生完成這項任務時，發現按照官方的程序和結構設計，如果不精心地控制馬達的轉速，貨幣經常性地被拋出。有時，貨幣還會在滑桿上停留，不會滑落到天平上，這樣失誤率比較高。于是，本人與學生們一起研究，終于發明了齒輪平移投擲貨幣的方法，變轉動為移動，結構更穩定，完成度更高，在省市比賽中，引起了其它學校的關注和討論。就這樣，我們在機器人教學中，不斷地思考，激發了學生創新思維，火花碰撞，學生的創新精神和實踐能力不斷提升。經過幾年的培養，學生養成了主動思考，主動解決問題的好習慣。

四、成績帶動機器人教學更好地發展

機器人教學為學生提供了創造的舞臺，思維的火花在這里綻開。走進機器人室，學生們就有了精神，一雙雙靈活的小手不停的擴展套件，學習實踐，學生們有了可發展的空間，核心素養得到了真正提升。2018年6月，本人輔導的中鳴超級軌跡機器人榮獲在山東省中小學生創客大賽榮獲一等獎的好成績。2019年，榮獲濟寧市創客節比賽一等獎的好成績。成績的取得，不僅彰顯了機器人教學的扎實有效，營造了機器人學習的良好氛圍，也為學校贏得了良好的社會聲譽。

五、存在的問題與思考

1.機器人教學不夠系統性。機器人教學在學校里蓬勃開展是近幾年的事，機器人課程資源相對較少，各個學校的機器人課程不夠公開，使的我們在實際教學中，總感覺資源少。遇到一些精品案例，就如獲珍寶。因此，如何有更多的資源供我們選擇、擇優，進一步深化，是擺在現實中的難題。

2.學校機器人面臨生存困境。現在開展機器人教學的不僅僅有各中小學，還有很多機器人培訓機構，這些機構雖然收費，卻比學校培訓更有針對性。學校培訓1周1小時，與校外1周一下午的培訓對比，無形中就處于劣勢。在省、市的比賽中，有許多時候，老師輔導學生不是與學校比，而是與培訓機構培養的學生比賽，大大增加信息技術老師獲獎的難度。如何更好地發展學校機器人教學，是當前機器人教師的困惑。

總之，我們會在今后的機器人教學中，不斷探索出更多的教學方式，方法，讓機器人教學更加靈活多樣，學生創新思維與創新能力不斷提升，為培養學生的核心素養打下堅實的基礎。