讓機(jī)器人教學(xué)走進(jìn)信息技術(shù)課堂

杜葵花

摘要：近年來(lái)，人工智能技術(shù)應(yīng)用廣泛，2017年出版的《高中信息技術(shù)新課程標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)了學(xué)校應(yīng)當(dāng)著力培養(yǎng)提高學(xué)生核心素養(yǎng)，機(jī)器人教學(xué)走進(jìn)課堂促使學(xué)生能夠自主構(gòu)建知識(shí)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并不斷解決問(wèn)題，通過(guò)科學(xué)探索與實(shí)踐培養(yǎng)學(xué)生多方面的能力。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人教學(xué);核心素養(yǎng);編程

當(dāng)今社會(huì)正逐步邁向一個(gè)技術(shù)高度變革的大數(shù)據(jù)發(fā)展時(shí)代。隨著《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》的正式發(fā)布，人工智能已上升為新的國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，人們的日常思維方式與交往行為模式正發(fā)生著巨大的顛覆變化，生活、工作、學(xué)習(xí)不再是單純的應(yīng)用技術(shù)，而是讓技術(shù)為我們服務(wù)。機(jī)器人教育以其獨(dú)特的魅力被社會(huì)廣泛注，它作為培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，創(chuàng)新性思維的能力，以及與人溝通能力的載體，具有非常好的效果。因此，機(jī)器人教學(xué)在高中信息技術(shù)教學(xué)中顯得尤其重要，它對(duì)提高廣大學(xué)生信息技術(shù)素養(yǎng)、增強(qiáng)學(xué)生步入信息時(shí)代社會(huì)的自我適應(yīng)能力和綜合創(chuàng)造力有著重大的意義。

一、機(jī)器人教學(xué)進(jìn)課堂的意義

新的普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)目標(biāo)是進(jìn)一步不斷提升學(xué)生綜合素質(zhì)，著力培養(yǎng)發(fā)展核心素養(yǎng)，使學(xué)生具有堅(jiān)定的理想信念和社會(huì)主義責(zé)任感，具有較強(qiáng)的科學(xué)文化素養(yǎng)和善于實(shí)踐學(xué)習(xí)的能力，具有自主開拓創(chuàng)新能力和善于溝通合作交流能力。其中，人工智能已列入教學(xué)內(nèi)容，那么機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)的開展對(duì)新課程標(biāo)準(zhǔn)的培養(yǎng)目標(biāo)有一定的促進(jìn)作用。機(jī)器人實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容豐富廣泛，它不僅僅單單是為了組織學(xué)生參加各種競(jìng)賽，而在普通中學(xué)普及機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)，讓機(jī)器人實(shí)踐走進(jìn)信息技術(shù)教學(xué)課堂，對(duì)于多元化培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力和理論實(shí)踐能力，提高學(xué)生的信息素養(yǎng)，具有重要的指導(dǎo)意義，同時(shí)，能利于培養(yǎng)廣大學(xué)生更好地準(zhǔn)備迎接未來(lái)的挑戰(zhàn)。

二、機(jī)器人教學(xué)的模式及特點(diǎn)

機(jī)器人編程教學(xué)是信息技術(shù)課程中一部分，它不但能有效地引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并嘗試用人工智能方法解決實(shí)際問(wèn)題，而且能讓學(xué)生充分感受到在搭建和編程過(guò)程中感受智能技術(shù)對(duì)生活與學(xué)習(xí)帶來(lái)的深刻影響，進(jìn)一步激發(fā)普通學(xué)生積極學(xué)習(xí)和探究新技術(shù)、新知識(shí)的主動(dòng)性、積極性，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)，培養(yǎng)其自主創(chuàng)新和實(shí)踐能力。

另外，機(jī)器人教學(xué)模式綜合性強(qiáng)，是一個(gè)基于學(xué)生合作探究模式的課程教學(xué)，讓具有不同技術(shù)背景和學(xué)科知識(shí)基礎(chǔ)的同學(xué)都能真實(shí)主動(dòng)地參與到活動(dòng)中來(lái)，進(jìn)行開放、合作、協(xié)商、包容性實(shí)踐行動(dòng)，在不同的實(shí)踐任務(wù)中，運(yùn)用傳統(tǒng)物理、數(shù)學(xué)新思維積極進(jìn)行探究、大膽創(chuàng)造、解決問(wèn)題，激發(fā)廣大學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐意識(shí)。它涉及的基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)面廣，包含我國(guó)數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等多門學(xué)科知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容，需要利用物理知識(shí)將機(jī)械、電子等組裝起來(lái)，比如：杠桿原理、齒輪帶動(dòng)、履帶傳動(dòng)、三角形穩(wěn)定性原理等，學(xué)生動(dòng)手將物理上的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中來(lái)。學(xué)生們以小組為單位使用零散積木、傳感器、馬達(dá)、齒輪等部件設(shè)計(jì)機(jī)器人，利用專門的機(jī)器人編程語(yǔ)言并為機(jī)器人編寫程序，完成學(xué)生想要它完成的任務(wù)，將理論有效地運(yùn)用到實(shí)踐中，經(jīng)過(guò)親身體驗(yàn)抽象的理論，將其賦予機(jī)器人，讓機(jī)器人將理論展示到現(xiàn)實(shí)中來(lái)，學(xué)生們既能體驗(yàn)到活動(dòng)中的艱辛，也能享受到成功的喜悅。

三、機(jī)器人教學(xué)開展的形式

目前機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)主要是以課后輔導(dǎo)的形式出現(xiàn)在校園，課堂上只能接觸到簡(jiǎn)單的內(nèi)容。由于機(jī)器人設(shè)備比較昂貴，所以不能滿足較多同學(xué)都能參與進(jìn)來(lái)，但是我們可以側(cè)重軟件部分，充分利用好信息技術(shù)課，將算法和編程教授給學(xué)生，同時(shí)，利用虛擬模型軟件讓學(xué)生搭建機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感器等。這樣真正體現(xiàn)學(xué)生在教學(xué)中的主體作用，讓學(xué)生在探究中提高信息素養(yǎng)。

在開展機(jī)器人教學(xué)輔導(dǎo)過(guò)程中，通過(guò)自主搭建機(jī)器人，可以有效地鍛煉學(xué)生的動(dòng)腦動(dòng)手操作能力、空間感和想象能力、抽象再現(xiàn)能力。通過(guò)編寫程序，將其賦予機(jī)器人大腦，可以發(fā)展學(xué)生的形象思維能力、邏輯思維表達(dá)能力、分析復(fù)雜問(wèn)題能力、解決應(yīng)用問(wèn)題的能力。通過(guò)機(jī)器人競(jìng)賽可以培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力，同時(shí)，也培養(yǎng)學(xué)生忍耐力、抗挫折能力，樹立競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。

四、機(jī)器人教學(xué)進(jìn)課堂的瓶頸

1、在學(xué)校內(nèi)部大力開展機(jī)器人課程需要一定數(shù)量的計(jì)算機(jī)和機(jī)器人，因此需要一定的資金支持，所以僅僅靠學(xué)校自籌資金是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，即使機(jī)器人課程推廣項(xiàng)目啟動(dòng)完成，后續(xù)維護(hù)難度較大，配件的更新和補(bǔ)充也需要資金再投入。

2、課程與產(chǎn)品缺少國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)認(rèn)證，學(xué)校不知道該如何選擇合適的機(jī)器人設(shè)備。目前，教學(xué)所用的“教材”大多屬于“產(chǎn)品說(shuō)明書”或“用戶指南”，缺少產(chǎn)品課程教學(xué)專家的指導(dǎo)，各級(jí)各類學(xué)校需要開發(fā)獨(dú)立的校本課程教材，難度較大。

3、小、初、高三個(gè)階段的信息技術(shù)教學(xué)內(nèi)容不連貫，沒(méi)有完整的整體知識(shí)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此，教學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法比較匱乏，在知識(shí)方面缺乏循序遞進(jìn)的一種連續(xù)性技能培養(yǎng)。

4、專業(yè)師資隊(duì)伍匱乏，輔導(dǎo)教師專業(yè)知識(shí)嚴(yán)重不足。機(jī)器人教學(xué)的老師多數(shù)是有信息技術(shù)老師或通用技術(shù)老師擔(dān)任。

5、缺乏示范項(xiàng)目的引領(lǐng)。機(jī)器人教育還在起步階段，很多學(xué)校和教師都還處在迷茫狀態(tài)，不知道該如何做。

6、教育行政部門不夠重視，目前各級(jí)各類學(xué)校機(jī)器人教育的開展，基本都是機(jī)器人產(chǎn)品企業(yè)在推動(dòng)，讓一些愿意參加的學(xué)校得不到上級(jí)政策文件的支持而放棄。

7、以競(jìng)賽結(jié)果作為唯一檢驗(yàn)教學(xué)效果的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致該教學(xué)活動(dòng)缺乏生命力。

8、部分家長(zhǎng)及老師還沒(méi)有認(rèn)識(shí)到人工智能教學(xué)對(duì)孩子發(fā)展的積極作用，對(duì)孩子未來(lái)生活的影響，不支持甚至反對(duì)。

五、機(jī)器人教學(xué)進(jìn)課堂的建議

1、以興趣愛(ài)好為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)加入走進(jìn)機(jī)器人課后輔導(dǎo)活動(dòng)。

2、以比賽項(xiàng)目為依靠，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。

3、以促進(jìn)學(xué)科資源整合為途徑，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科綜合素質(zhì)和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

4、以虛擬機(jī)器人軟件為教學(xué)手段，讓更多同學(xué)參與到人機(jī)建模與程序編寫中來(lái)，提高學(xué)生的計(jì)算數(shù)學(xué)邏輯思維能力與空間想象思維能力。

5、以價(jià)格較便宜的開源主板和散件為教學(xué)設(shè)備，讓學(xué)生組裝低端教育機(jī)器人，既鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手操作能力，又培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)明創(chuàng)造能力。

總之，機(jī)器人課程教學(xué)作為新的教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力和自主創(chuàng)新實(shí)踐能力無(wú)疑是一個(gè)非常好的實(shí)現(xiàn)途徑。在實(shí)踐活動(dòng)過(guò)程中，學(xué)生既能主動(dòng)動(dòng)手操作，又能努力積極思考，還能學(xué)會(huì)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，隨時(shí)會(huì)有一種驚喜、一種成功、一種新的思路。全面提升了學(xué)生的綜合能力素養(yǎng)。

通過(guò)機(jī)器人課后輔導(dǎo)的試行，我體會(huì)到了機(jī)器人教學(xué)進(jìn)課堂的重要性，雖然全面開展機(jī)器人教學(xué)必定是個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，但為了讓同學(xué)們能積極適應(yīng)人工智能時(shí)代，在中學(xué)開展機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)是時(shí)代發(fā)展的必然趨勢(shì)，它將給信息技術(shù)教學(xué)帶來(lái)新的活力。

參考文獻(xiàn)：

[1]普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)

[2]黃榮懷教育機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J]現(xiàn)代教育技術(shù)2017（1）