孫丹江

機(jī)器人教育現(xiàn)狀

近10年來，機(jī)器人競(jìng)賽已成為我國青少年活動(dòng)的一個(gè)品牌項(xiàng)目，機(jī)器人教育也隨之被學(xué)校、家長及社會(huì)認(rèn)可和推崇，特別是在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)技術(shù)素養(yǎng)方面展現(xiàn)了它獨(dú)有的特性。但因?yàn)榻?jīng)費(fèi)、教師、場(chǎng)地等緣故，目前僅有少數(shù)學(xué)校開展了機(jī)器人課程，但也僅限于幾個(gè)班或者少數(shù)年級(jí)，全面普及機(jī)器人教育的學(xué)校數(shù)量很少，絕大多數(shù)是以課外興趣小組、學(xué)科整合等方式存在，這樣就局限了機(jī)器人教育在中小學(xué)教育中所發(fā)揮的特性和價(jià)值。目前機(jī)器人教育主要有以下幾種形式：

（1）通過學(xué)校、少年宮、少科站等單位吸收機(jī)器人愛好者，組成智能機(jī)器人學(xué)習(xí)小組開展學(xué)習(xí)，并組織參加各類競(jìng)賽活動(dòng)。這種形式是機(jī)器人進(jìn)入中小學(xué)最初、最多，也是最有效的方法。

（2）將智能機(jī)器人技術(shù)學(xué)習(xí)放入綜合實(shí)踐活動(dòng)課或作為信息技術(shù)課的內(nèi)容之一進(jìn)入中小學(xué)課程教學(xué)。

（3）開設(shè)選修課，為機(jī)器人愛好及有特長的學(xué)生提供一個(gè)更深一步學(xué)習(xí)機(jī)器人技術(shù)的平臺(tái)。很多地區(qū)已經(jīng)把機(jī)器人編進(jìn)《通用技術(shù)》教材了。江蘇地區(qū)中小學(xué)信息技術(shù)中已設(shè)有機(jī)器人教學(xué)內(nèi)容。

（4）機(jī)器人教育以研究性課程的形式進(jìn)入中小學(xué)。由于研究性學(xué)習(xí)課程越來越受到重視，也由于機(jī)器人教育的長期性、個(gè)性化，決定了通過研究性學(xué)習(xí)形式推廣會(huì)更有利于對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

機(jī)器人課程開設(shè)的必要性

新課程改革下，要求教師的教學(xué)遵循以學(xué)生為主體、教師為引導(dǎo)者的教學(xué)理念。根據(jù)這一教學(xué)理念，我們的課堂教學(xué)方式采用“學(xué)習(xí)—?jiǎng)邮帧獙W(xué)習(xí)”的方式，將機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)介紹、簡易機(jī)器人組裝及機(jī)器人程序教學(xué)3個(gè)環(huán)節(jié)用影像展示、實(shí)物演示的形式串接起來，讓學(xué)生更易懂易學(xué)，也體現(xiàn)了我校的教育理念——讓每一個(gè)孩子都快樂成長。機(jī)器人教育的意義主要體現(xiàn)在下列方面。

有利于智能機(jī)器人的發(fā)展

首先，讓學(xué)生較早地接觸機(jī)器人相關(guān)知識(shí)，使學(xué)生了解到智能機(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用狀況，了解智能機(jī)器人的概念和工作方式，破除中小學(xué)生對(duì)智能機(jī)器人的神秘感，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)智能機(jī)器人有關(guān)知識(shí)打下良好的基礎(chǔ)。其次，在學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生會(huì)對(duì)智能機(jī)器人的研究深感興趣，為以后普及機(jī)器人的運(yùn)用、提升機(jī)器人應(yīng)用水平和研究的深入都大有裨益。相信長期堅(jiān)持下去，中國機(jī)器人的發(fā)展一定會(huì)走在世界的前列。

有利于中小學(xué)生的發(fā)展

在中小學(xué)機(jī)器人教育活動(dòng)中，學(xué)生必須自己親手設(shè)計(jì)與制作機(jī)器人，自己決定在組裝機(jī)器人的過程中需要用到哪些零部件。在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)相關(guān)程序，然后再不斷地進(jìn)行試驗(yàn)，不斷修改相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)效果。在這個(gè)過程中，學(xué)生可以得到很多方面的鍛煉。

學(xué)生的知識(shí)得到鞏固與擴(kuò)充。智能機(jī)器人是一種高度綜合的技術(shù)平臺(tái)，在學(xué)習(xí)的過程中，通過完成任務(wù)和模擬項(xiàng)目使學(xué)生在為機(jī)器人擴(kuò)充接口的過程中學(xué)習(xí)有關(guān)數(shù)字電路方面的知識(shí)；通過為機(jī)器人編寫程序，不但學(xué)到了計(jì)算機(jī)編程語言、算法等顯性知識(shí)，更有意義的是通過為機(jī)器人編寫程序?qū)W到了科學(xué)而高效的思維方式、邏輯判斷思維、系統(tǒng)思維等隱性知識(shí)。此過程不但對(duì)物理學(xué)科、計(jì)算機(jī)學(xué)科的教學(xué)起到促進(jìn)作用，同時(shí)也擴(kuò)大和加深了學(xué)生的科學(xué)知識(shí)。

有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。創(chuàng)新精神是科學(xué)技術(shù)人員的重要素質(zhì)。在教學(xué)中，以每一課時(shí)為單位，教師通過巧妙安排學(xué)習(xí)任務(wù)，驅(qū)動(dòng)學(xué)生去觀察、研究、分解任務(wù)，并對(duì)新知識(shí)進(jìn)行講解，讓學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的完整過程。要求學(xué)生全程參與機(jī)器人的制作，重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新精神，避免制作作品的千篇一律。

學(xué)科整合，重視細(xì)節(jié)。機(jī)器人體驗(yàn)課程本身就不是一個(gè)單獨(dú)的課程，它可以說是各類學(xué)科與信息技術(shù)的有效結(jié)合。例如，我們的一個(gè)機(jī)器人闖關(guān)項(xiàng)目，要求在完成任務(wù)的過程中必須涉及機(jī)械能、太陽能、電能、位能、重力、磁力及浮力，需要應(yīng)用杠桿、滑輪等元件。在學(xué)習(xí)中要體現(xiàn)每個(gè)學(xué)生不同的創(chuàng)新意識(shí)，這就要求學(xué)生在生活中對(duì)各種細(xì)節(jié)問題進(jìn)行仔細(xì)觀察，具有一顆善于發(fā)現(xiàn)問題的心，將實(shí)際與理論有效結(jié)合，才能創(chuàng)作出優(yōu)秀的作品。

課堂開放，注重實(shí)踐。機(jī)器人課程的教學(xué)本身就要求課堂開放、活潑，不能要求學(xué)生的作品拘泥于一個(gè)固定的模式。如在制作power-tech創(chuàng)意機(jī)器人的時(shí)候，我們要制作一個(gè)萬壽之王的形象，由于學(xué)生在生活中對(duì)萬壽之王的認(rèn)識(shí)不一樣，對(duì)其了解的層面不一樣，平時(shí)動(dòng)手能力也不一樣，每個(gè)學(xué)生制作的作品都會(huì)是不一樣的。我們應(yīng)該要求學(xué)生將生活中的認(rèn)識(shí)有效運(yùn)用到課程中。往往在實(shí)驗(yàn)室中的學(xué)習(xí)不能滿足學(xué)生創(chuàng)作的需要，我們需要引導(dǎo)學(xué)生有效利用身邊的資源進(jìn)行創(chuàng)作。同時(shí)，在教學(xué)之余，可以帶領(lǐng)學(xué)生外出，學(xué)習(xí)其他學(xué)校教學(xué)或者競(jìng)賽中的優(yōu)秀作品，吸取別人的經(jīng)驗(yàn)，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

學(xué)生分析問題的能力得到了提升。在參加機(jī)器人比賽的過程中，調(diào)試是非常重要的環(huán)節(jié)。由于中小學(xué)生正處于思維（智力水平）迅速發(fā)展的階段，還不能夠較全面地分析問題。在比賽項(xiàng)目完成的過程中，肯定會(huì)出現(xiàn)很多失誤，這就要求學(xué)生能夠根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況分析、檢查程序或機(jī)器人機(jī)構(gòu)的不合理之處，從而進(jìn)一步修改完善，直到滿足比賽的要求。在為機(jī)器人編寫適當(dāng)?shù)某绦蜻^程中形成高效的思維方式，提高了學(xué)生的規(guī)劃能力和分析問題的能力。

提高學(xué)生思維創(chuàng)造性和動(dòng)手能力。在機(jī)器人比賽的過程中，學(xué)生分析問題的能力會(huì)得到不斷的提升。同時(shí)，在好奇心的驅(qū)使下，學(xué)生往往會(huì)產(chǎn)生一些出人意料的想法。由此可見，機(jī)器人教育是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑，它不僅能提高學(xué)生科技創(chuàng)新的興趣，而且能夠增強(qiáng)學(xué)生科技創(chuàng)新的意識(shí)，能夠培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新的能力。在組裝機(jī)器人的過程中，學(xué)生不斷地通過嘗試完成心中所想的機(jī)器人，此間學(xué)生的動(dòng)手能力得到了提升。

有利于培養(yǎng)學(xué)生的手腦結(jié)合能力。在做中學(xué)，通過鼓勵(lì)孩子們主動(dòng)探索、動(dòng)手實(shí)踐，讓他們親身體驗(yàn)抽象的理論如何變成了觸手可及的答案，享受成功的興奮。在活動(dòng)中，學(xué)生不僅可以學(xué)到有關(guān)機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等技術(shù)知識(shí)，更可幫助他們培養(yǎng)良好的生活習(xí)慣、掌握技能、與人的溝通與合作、對(duì)他人的尊重、毅力與自信心及合理分配與利用時(shí)間的習(xí)慣等，知道自己的興趣所在，為將來走上社會(huì)，面對(duì)新的挑戰(zhàn)做好充分的準(zhǔn)備。

開設(shè)機(jī)器人課程面臨的困難

課時(shí)

目前大部分學(xué)校無法安排機(jī)器人課程進(jìn)入學(xué)校的常規(guī)課表中，而機(jī)器人課程由于自身的課程特點(diǎn)，一般要求至少2節(jié)連堂，2周至少1次課程。因?yàn)?個(gè)課時(shí)才能確保學(xué)生完成1個(gè)作品的制作。學(xué)生根據(jù)任務(wù)要求，需要分析問題、解決問題、小組討論等，引起認(rèn)知沖突，以便引入新知教授。

師資

機(jī)器人指導(dǎo)教師的專業(yè)素質(zhì)直接影響中小學(xué)機(jī)器人教育的發(fā)展。開設(shè)機(jī)器人課程必然需要一批能夠勝任機(jī)器人教學(xué)的優(yōu)秀教師。機(jī)器人本身是高科技的產(chǎn)物，所涉及學(xué)科的相關(guān)知識(shí)和技能較為復(fù)雜，對(duì)機(jī)器人教學(xué)教師的要求相對(duì)較高。目前機(jī)器人教育師資隊(duì)伍比較薄弱，大多數(shù)機(jī)器人教師沒有接受過正規(guī)的機(jī)器人教育，專業(yè)的機(jī)器人教師匱乏在一定程度上制約著機(jī)器人教育的發(fā)展。

資金

機(jī)器人的價(jià)格比較昂貴，便宜的一般也要2000多元1套，一個(gè)班以40人計(jì)算，同時(shí)上課至少分10個(gè)小組，這樣1個(gè)教室至少需要10套器材和10臺(tái)計(jì)算機(jī)，投入至少在6萬元以上，如果要普及的話，至少要有2個(gè)教室，這還不包括日常的耗損和損壞。因此，經(jīng)費(fèi)限制了機(jī)器人教育的進(jìn)一步發(fā)展。學(xué)?？梢圆捎锰摂M機(jī)器人和實(shí)體機(jī)器人結(jié)合教學(xué)的方法，虛擬機(jī)器人是純軟件環(huán)境，價(jià)格低，網(wǎng)上還有一些免費(fèi)開源的虛擬仿真機(jī)器人平臺(tái)可供使用，對(duì)于資金有限、實(shí)體機(jī)器人數(shù)量不足的學(xué)校來說不失為一種策略。使用虛擬機(jī)器人教學(xué)不但可以解決學(xué)校經(jīng)費(fèi)的問題，還可以提高學(xué)生調(diào)試程序的效率，降低錯(cuò)誤程序?qū)?shí)物機(jī)器人的損害。但是，與實(shí)體機(jī)器人相比，虛擬軟件在提高學(xué)生的動(dòng)手能力及發(fā)展能力方面略有不足。

沒有規(guī)范統(tǒng)一的教材

機(jī)器人教育尚處于初級(jí)階段，教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容體系和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)研究相對(duì)薄弱，沒有形成規(guī)范的課程體系。合適的教材是開展機(jī)器人教育的重要載體，但是目前出版的中小學(xué)機(jī)器人教材甚少，大部分停留在產(chǎn)品說明書的水平。盡管近年有幾種機(jī)器人教材出版，但是由于不同型號(hào)的教育機(jī)器人所使用的編程語言不同，各個(gè)學(xué)校在教學(xué)過程中所使用的機(jī)器人類型也不同，紙質(zhì)教材遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代機(jī)器人教育的需要。