讓機器人教學走進信息技術課堂

杜葵花

摘要：近年來，人工智能技術應用廣泛，2017年出版的《高中信息技術新課程標準》強調了學校應當著力培養提高學生核心素養，機器人教學走進課堂促使學生能夠自主構建知識，發現問題并不斷解決問題，通過科學探索與實踐培養學生多方面的能力。

關鍵詞：機器人教學;核心素養;編程

當今社會正逐步邁向一個技術高度變革的大數據發展時代。隨著《新一代人工智能發展規劃》的正式發布，人工智能已上升為新的國家發展戰略，人們的日常思維方式與交往行為模式正發生著巨大的顛覆變化，生活、工作、學習不再是單純的應用技術，而是讓技術為我們服務。機器人教育以其獨特的魅力被社會廣泛注，它作為培養學生的探究能力，創新性思維的能力，以及與人溝通能力的載體，具有非常好的效果。因此，機器人教學在高中信息技術教學中顯得尤其重要，它對提高廣大學生信息技術素養、增強學生步入信息時代社會的自我適應能力和綜合創造力有著重大的意義。

一、機器人教學進課堂的意義

新的普通高中信息技術課程標準培養目標是進一步不斷提升學生綜合素質，著力培養發展核心素養，使學生具有堅定的理想信念和社會主義責任感，具有較強的科學文化素養和善于實踐學習的能力，具有自主開拓創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內容，那么機器人教學活動的開展對新課程標準的培養目標有一定的促進作用。機器人實踐教學的內容豐富廣泛，它不僅僅單單是為了組織學生參加各種競賽，而在普通中學普及機器人教學活動，讓機器人實踐走進信息技術教學課堂，對于多元化培養學生的自主創新能力和理論實踐能力，提高學生的信息素養，具有重要的指導意義，同時，能利于培養廣大學生更好地準備迎接未來的挑戰。

二、機器人教學的模式及特點

機器人編程教學是信息技術課程中一部分，它不但能有效地引導學生發現問題，并嘗試用人工智能方法解決實際問題，而且能讓學生充分感受到在搭建和編程過程中感受智能技術對生活與學習帶來的深刻影響，進一步激發普通學生積極學習和探究新技術、新知識的主動性、積極性，提高學生的核心素養，培養其自主創新和實踐能力。

另外，機器人教學模式綜合性強，是一個基于學生合作探究模式的課程教學，讓具有不同技術背景和學科知識基礎的同學都能真實主動地參與到活動中來，進行開放、合作、協商、包容性實踐行動，在不同的實踐任務中，運用傳統物理、數學新思維積極進行探究、大膽創造、解決問題，激發廣大學生的創新實踐意識。它涉及的基礎學科知識面廣，包含我國數學、物理、化學等多門學科知識點內容，需要利用物理知識將機械、電子等組裝起來，比如：杠桿原理、齒輪帶動、履帶傳動、三角形穩定性原理等，學生動手將物理上的知識應用到實踐中來。學生們以小組為單位使用零散積木、傳感器、馬達、齒輪等部件設計機器人，利用專門的機器人編程語言并為機器人編寫程序，完成學生想要它完成的任務，將理論有效地運用到實踐中，經過親身體驗抽象的理論，將其賦予機器人，讓機器人將理論展示到現實中來，學生們既能體驗到活動中的艱辛，也能享受到成功的喜悅。

三、機器人教學開展的形式

目前機器人教學活動主要是以課后輔導的形式出現在校園，課堂上只能接觸到簡單的內容。由于機器人設備比較昂貴，所以不能滿足較多同學都能參與進來，但是我們可以側重軟件部分，充分利用好信息技術課，將算法和編程教授給學生，同時，利用虛擬模型軟件讓學生搭建機械結構、傳感器等。這樣真正體現學生在教學中的主體作用，讓學生在探究中提高信息素養。

在開展機器人教學輔導過程中，通過自主搭建機器人，可以有效地鍛煉學生的動腦動手操作能力、空間感和想象能力、抽象再現能力。通過編寫程序，將其賦予機器人大腦，可以發展學生的形象思維能力、邏輯思維表達能力、分析復雜問題能力、解決應用問題的能力。通過機器人競賽可以培養學生團隊協作能力和應對突發事件的能力，同時，也培養學生忍耐力、抗挫折能力，樹立競爭意識。

四、機器人教學進課堂的瓶頸

1、在學校內部大力開展機器人課程需要一定數量的計算機和機器人，因此需要一定的資金支持，所以僅僅靠學校自籌資金是遠遠不夠的，即使機器人課程推廣項目啟動完成，后續維護難度較大，配件的更新和補充也需要資金再投入。

2、課程與產品缺少國家標準和專業認證，學校不知道該如何選擇合適的機器人設備。目前，教學所用的“教材”大多屬于“產品說明書”或“用戶指南”，缺少產品課程教學專家的指導，各級各類學校需要開發獨立的校本課程教材，難度較大。

3、小、初、高三個階段的信息技術教學內容不連貫，沒有完整的整體知識框架結構設計，因此，教學基礎知識整體結構的設計方法比較匱乏，在知識方面缺乏循序遞進的一種連續性技能培養。

4、專業師資隊伍匱乏，輔導教師專業知識嚴重不足。機器人教學的老師多數是有信息技術老師或通用技術老師擔任。

5、缺乏示范項目的引領。機器人教育還在起步階段，很多學校和教師都還處在迷茫狀態，不知道該如何做。

6、教育行政部門不夠重視，目前各級各類學校機器人教育的開展，基本都是機器人產品企業在推動，讓一些愿意參加的學校得不到上級政策文件的支持而放棄。

7、以競賽結果作為唯一檢驗教學效果的標準，導致該教學活動缺乏生命力。

8、部分家長及老師還沒有認識到人工智能教學對孩子發展的積極作用，對孩子未來生活的影響，不支持甚至反對。

五、機器人教學進課堂的建議

1、以興趣愛好為基礎，引導學生主動加入走進機器人課后輔導活動。

2、以比賽項目為依靠，培養學生創新思維能力和競爭意識。

3、以促進學科資源整合為途徑，培養學生學科綜合素質和實踐創新能力。

4、以虛擬機器人軟件為教學手段，讓更多同學參與到人機建模與程序編寫中來，提高學生的計算數學邏輯思維能力與空間想象思維能力。

5、以價格較便宜的開源主板和散件為教學設備，讓學生組裝低端教育機器人，既鍛煉了學生的動手操作能力，又培養了學生發明創造能力。

總之，機器人課程教學作為新的教學模式，培養學生獨立思考能力和自主創新實踐能力無疑是一個非常好的實現途徑。在實踐活動過程中，學生既能主動動手操作，又能努力積極思考，還能學會團隊協作，隨時會有一種驚喜、一種成功、一種新的思路。全面提升了學生的綜合能力素養。

通過機器人課后輔導的試行，我體會到了機器人教學進課堂的重要性，雖然全面開展機器人教學必定是個漫長的過程，但為了讓同學們能積極適應人工智能時代，在中學開展機器人教學活動是時代發展的必然趨勢，它將給信息技術教學帶來新的活力。

參考文獻：

[1]普通高中信息技術課程標準

[2]黃榮懷教育機器人的發展現狀與趨勢[J]現代教育技術2017（1）