機器人教學(xué)校本課程體系的建構(gòu)

張康英

一、引言

中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)基本上是利用計算機開展的。隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，人工智能大量涌現(xiàn)，新一代機器人被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，包括教育行業(yè)。在這個大趨勢下，2012年5月，中國教育技術(shù)協(xié)會信息技術(shù)教育專業(yè)委員會正式發(fā)布了《基礎(chǔ)教育信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2012版）》。其中強調(diào)了在中小學(xué)開展機器人教學(xué)的意義。自此，各校紛紛開展相關(guān)實踐活動和研究，但是如何在中小學(xué)階段開設(shè)機器人常規(guī)課程，國內(nèi)外都在根據(jù)本國情況進行積極探索。

二、機器人教學(xué)現(xiàn)狀分析

隨著全國各級各類機器人競賽的開展，機器人相關(guān)教學(xué)活動也在中小學(xué)校得到大力支持。 筆者通過文獻查閱并對自身所處的地域開展機器人教學(xué)情況進行綜合分析，發(fā)現(xiàn)我國中小學(xué)開展機器人教學(xué)層次不一，在不同的地域，開展效果也不同。相比之下，城市比農(nóng)村地區(qū)開展機器人教學(xué)更普遍，投入的資金更大，師資力量相對更充足，教學(xué)效果較明顯。以下筆者從機器人教學(xué)的規(guī)模、課程體系、師資力量等方面進行詳細(xì)分析。

（一）機器人教學(xué)規(guī)模小

根據(jù)文獻查閱以及對本區(qū)域開展機器人教學(xué)情況的分析，目前，我國大部分學(xué)校開展了機器人教學(xué)，主要采取社團活動和競賽兩種形式，受益面比較小，引入常規(guī)教學(xué)的案例并不多。

1.以社團活動為載體開展機器人教學(xué)

自教育部將人工智能基礎(chǔ)課程納入中小學(xué)選修課程后，智能機器人慢慢進入中小學(xué)校教育。學(xué)校開始依托教材開展機器人教學(xué)，但開展機器人教學(xué)，除了軟件外，還需要配套硬件設(shè)施。這需要耗費學(xué)校的大量資金，維護這些設(shè)備也是一筆不小的費用，學(xué)校很難在班級進行常態(tài)化教學(xué)。因此，以社團活動為載體開展機器人教學(xué)，在小學(xué)尤其興盛，有興趣的學(xué)生加入社團，信息技術(shù)或者科技老師擔(dān)任指導(dǎo)老師進行教學(xué)，學(xué)生學(xué)習(xí)機器人的搭建和編程，在這一過程中培養(yǎng)其高階思維能力。國內(nèi)也有一些學(xué)者針對這些機器人社團課開展過相應(yīng)的研究，例如，田木蘭和秦鍵老師針對樂高機器人開展基于項目式學(xué)習(xí)的小學(xué)機器人教學(xué)實踐研究，但這類研究并不多。

2.以競賽為導(dǎo)向開展機器人教學(xué)

機器人競賽是目前國內(nèi)比較主流的比賽之一。科學(xué)技術(shù)協(xié)會、電教館和各類機器人公司等，組織開展各級各類機器人競賽，比如青少年機器人創(chuàng)新大賽、MAKEX比賽、VEX比賽、FLL比賽等等。這些競賽都有相應(yīng)的競賽主題和競賽規(guī)則，教師根據(jù)每年的競賽主題和規(guī)則采購相應(yīng)的器材和升級包，制定計劃，對學(xué)生進行輔導(dǎo)。基于競賽主題進行機器人競賽輔導(dǎo)，目的性強，代入感足，能培養(yǎng)學(xué)生的競爭意識。但是，這樣的競賽教學(xué)需要有相應(yīng)的場地和器材，如果進入常規(guī)教學(xué)，學(xué)校耗材太大，所以一般以競賽小組的形式展開較多。學(xué)校出于各種考慮，選擇一些優(yōu)秀的學(xué)生參加競賽，這類機器人教學(xué)屬于競賽類機器人輔導(dǎo)。

（二）機器人教學(xué)課程體系不完整

《基礎(chǔ)教育信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2012）》對機器人入門這一模塊的課程標(biāo)準(zhǔn)制定并不詳細(xì)，因此，大部分學(xué)校目前都是依據(jù)本校的機器人社團或者競賽項目開展相應(yīng)的課程，教師根據(jù)每個公司提供的機器人器材說明書進行設(shè)計，缺乏完整的教學(xué)設(shè)計流程，也沒有配套的學(xué)生教材，與常態(tài)化的信息技術(shù)課堂有很大的差異性。

（三）機器人教學(xué)師資力量不足

目前，大部分地區(qū)、大部分學(xué)校都配備了一至兩種機器人器材，用于學(xué)校開設(shè)社團活動或者進行競賽，硬件設(shè)備到位了，師資力量卻不足。擔(dān)任機器人教學(xué)的老師一般是信息技術(shù)老師或者科技老師，他們基本上是兼任這個任務(wù)，初期接觸機器人項目，還沒有經(jīng)驗，主要靠自學(xué)摸索。機器人老師既要上好本職課程，又要負(fù)責(zé)機器人教學(xué)，任務(wù)重，責(zé)任大。機器人課程涉及科學(xué)、技術(shù)、藝術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等多門學(xué)科知識，對輔導(dǎo)老師的綜合素質(zhì)要求較高，因此，學(xué)校配套的師資力量不足，也影響學(xué)校機器人課程的常態(tài)化開展。

基于上述情況，筆者認(rèn)為，機器人教學(xué)在中小學(xué)生中受歡迎程度非常高，因此，可以在小學(xué)常規(guī)課堂中，嵌入機器人教學(xué)，后期可以以競賽項目為主題，開展項目式學(xué)習(xí)。這樣，不僅會提高學(xué)生的參與度，更能帶動學(xué)生的競爭意識，活躍課堂氣氛，課堂教學(xué)效果較好。學(xué)校首先自編校本教材，老師根據(jù)校本教材進行教學(xué)設(shè)計，使之可以在教學(xué)時有理論依據(jù)，從而形成一套完整的機器人教學(xué)體系。

三、機器人教學(xué)校本課程體系的建構(gòu)

機器人因其自身的受歡迎性以及國家對人工智能的重視性，使其在中小學(xué)校頗受支持。將機器人教學(xué)引入常規(guī)信息技術(shù)課堂，對學(xué)生理解人工智能具有重要意義。筆者通過查閱相關(guān)文獻，并結(jié)合自己這一兩年的機器人社團教學(xué)及競賽輔導(dǎo)項目經(jīng)驗，構(gòu)建了小學(xué)機器人校本課堂體系結(jié)構(gòu)。整個結(jié)構(gòu)包括前期準(zhǔn)備、日常教學(xué)、以競賽為主題的項目化教學(xué)、成果展示四個部分（如圖1所示）。位于底層的是前期準(zhǔn)備工作，它是校本課堂開始的基礎(chǔ)，只有做好前期準(zhǔn)備工作，才能開展教學(xué)。第二層是日常教學(xué)，日常教學(xué)是校本課堂的核心，也是學(xué)生的實踐活動。第三層是在第二層的基礎(chǔ)上引入的以競賽為主題的項目化學(xué)習(xí)，學(xué)生通過這個層次的學(xué)習(xí)，可以增強核心競爭力。最頂層是成果展示環(huán)節(jié)，它是對整個課程體系的一個總結(jié)、升華，優(yōu)勝者可以代表學(xué)校參加競賽，獲得榮譽。

基于小學(xué)機器人教學(xué)校本課堂體系建構(gòu)圖，筆者細(xì)化了這四個環(huán)節(jié)。具體如圖2所示。

前期準(zhǔn)備階段是整個校本課堂的基礎(chǔ)。筆者根據(jù)中小學(xué)信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中提出的學(xué)科素養(yǎng)確定課程教學(xué)大綱，制定教學(xué)計劃，利用scratch軟件編寫學(xué)生教材，準(zhǔn)備教學(xué)器材和教學(xué)環(huán)境，便于開展日常教學(xué)活動。教學(xué)環(huán)境即為機器人教室，包括計算機、機器人器材，學(xué)生兩兩組合，完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

常規(guī)教學(xué)階段，教師根據(jù)課程教學(xué)大綱設(shè)計教學(xué)流程，教學(xué)方法可以是任務(wù)驅(qū)動法、講授法、演示法等相結(jié)合的方法方式進行授課。教師根據(jù)教材確定上課內(nèi)容，講授相關(guān)的重難點知識。學(xué)生小組通過完成任務(wù)達(dá)到理解重難點的目的。經(jīng)過一段時間的學(xué)習(xí)，學(xué)生基本上掌握了機器人的各種知識，日常教學(xué)目標(biāo)達(dá)到。

第三階段是以競賽為主題的項目化教學(xué)，此階段是第二階段的延伸。在學(xué)生掌握基礎(chǔ)的機器人知識后，以競賽項目為主題，開展主體化教學(xué)，學(xué)生需靈活、綜合運用所學(xué)知識完成競賽項目。通過項目化的學(xué)習(xí)，能夠整合所學(xué)知識點，提高學(xué)生的高階思維能力。

第四階段為成果展示，是整個課程體系的升華。它的效果反映了學(xué)校對整個機器人教學(xué)校本課堂的實施情況。可以展現(xiàn)小組合作成果，或者展現(xiàn)競賽獲獎情況。這樣，優(yōu)秀的學(xué)生可以代表學(xué)校參加各級各類競賽，其他學(xué)生可以通過小組合作的形式對自己進行評價。成果展示活動，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況，自由設(shè)計主題，制定方案，明確分工，完成主題，展示作品。競賽成果展示，學(xué)生可以陳列自己的比賽成績，或者準(zhǔn)備好機器人相關(guān)器材以及活動場地，在活動當(dāng)天演示給所有觀眾觀看。

四、建議與反思

利用機器人打造小學(xué)校本課堂，對學(xué)生來說具有重要意義，對學(xué)校來說，也是一個特色課堂。

（一）有利于提高信息技術(shù)課堂教學(xué)效率

不同于傳統(tǒng)的信息技術(shù)課程，小學(xué)機器人教學(xué)校本課堂是一個注重操作、實踐、可視化的教學(xué)，以機器人硬件為載體，硬件與軟件結(jié)合，讓學(xué)生在做中學(xué)，充分感受信息技術(shù)的魅力。設(shè)計的程序、搭建的結(jié)構(gòu)一旦有問題，能立馬反饋給學(xué)生，學(xué)生及時接收到反饋信息，做出改進，這樣更能鍛煉學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

（二）學(xué)生對自我的評價更客觀

在整個教學(xué)過程中，學(xué)生可以通過機器人發(fā)現(xiàn)自己的優(yōu)缺點，并有意識地發(fā)揮自己的優(yōu)點，彌補自己的缺點，教師也可以更加有針對性地對學(xué)生進行輔導(dǎo)。

（三）可以鍛煉學(xué)生的抗挫折能力，培養(yǎng)學(xué)生的競爭意識

打造小學(xué)機器人校本課程體系，開展常規(guī)化的機器人課堂教學(xué)，可以充分發(fā)揮學(xué)生的動手動腦能力。學(xué)生在完成平常任務(wù)或者競賽項目中，尋找成就感，鍛煉自己的抗挫折能力。通過競賽項目的有意識鍛煉，培養(yǎng)學(xué)生的合作和競爭意識，促進他們的身心健康。