張宏毅

把機(jī)器人教育活動引入科技館

機(jī)器人教育所倡導(dǎo)的學(xué)習(xí)方式是以研究性學(xué)習(xí)為主。所謂研究性學(xué)習(xí)，是指學(xué)生基于自身興趣，在教師指導(dǎo)下，以類似科學(xué)研究的方式，主動地獲取知識、應(yīng)用知識、解決問題的學(xué)習(xí)方式，以期為學(xué)生提供一種開放性問題解決學(xué)習(xí)方案，把最大的想象和創(chuàng)造空間留給學(xué)生。

中小學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)器人技術(shù)中能增進(jìn)自身的語言表達(dá)、邏輯思維、觀察、管理、創(chuàng)意、動手和合作交流的能力。在動手制作機(jī)器人的過程中，充分應(yīng)用計(jì)算機(jī)、通信、自動化、機(jī)械、數(shù)學(xué)、物理等多學(xué)科知識，為自己的綜合能力培養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

機(jī)器人的制作活動是把未來科技與現(xiàn)代教育技術(shù)緊密融合，通過教育工作者、青少年學(xué)生的積極參與和交流，提高青少年的信息技術(shù)應(yīng)用能力，以及增長機(jī)械、電子工程、自動控制技術(shù)的知識，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)、掌握高科技打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在此過程中，主要以學(xué)生自主學(xué)習(xí)、研究小組合作學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行探索性研究活動；在問題背景下，通過設(shè)計(jì)方法、搭建模型、編寫程序、調(diào)試分析、解決問題的過程，培養(yǎng)學(xué)生動手、動腦能力，使學(xué)生在親身實(shí)踐中獲取直接經(jīng)驗(yàn)，養(yǎng)成科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度，掌握基本的科學(xué)研究方法，提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。學(xué)習(xí)機(jī)器人步驟是：需求分析→設(shè)計(jì)與搭建→編程→程序下載到機(jī)器人→程序執(zhí)行與調(diào)試→改進(jìn)設(shè)計(jì)。這樣一個(gè)循環(huán)遞進(jìn)、階梯式上升的過程，經(jīng)常會出現(xiàn)在下一輪設(shè)計(jì)中放棄原有的思路而采用新思路，具有很強(qiáng)的研究性和創(chuàng)造性。

科技館作為校外科學(xué)普及機(jī)構(gòu)，其教育的特點(diǎn)在于它模擬再現(xiàn)了科研和生產(chǎn)活動的實(shí)踐過程，并且不是簡單地模擬，而是以學(xué)習(xí)為目的經(jīng)過改造的模擬，創(chuàng)造了引導(dǎo)觀眾進(jìn)入探索和發(fā)現(xiàn)科學(xué)過程的條件。科技館提供的從“實(shí)踐中學(xué)習(xí)”的途徑不僅成為它與其他教育、傳播機(jī)構(gòu)及傳統(tǒng)博物館的最大區(qū)別，而且是科技館生存與發(fā)展的價(jià)值所在?？萍拣^的教育需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)觀眾自己進(jìn)行意義建構(gòu)，并且在此過程中，可能伴有觀眾與科技館員工或觀眾之間的交流，這恰恰是機(jī)器人教育所經(jīng)過的過程。從目前的情況看，進(jìn)行機(jī)器人教育主要還是在各中小學(xué)校中，開展機(jī)器人科普活動的科技館還不多。

科技館參與機(jī)器人教育，有助于機(jī)器人活動的推廣和發(fā)展

科技館的主要工作之一是青少年的科技教育，幫助青少年開拓科技視野，培養(yǎng)青少年的科技創(chuàng)新能力與科學(xué)精神。雖然科技館不能參與到學(xué)生們的課堂教育中，但是作為校外科普教育基地，可以整合高校、高職專業(yè)的機(jī)器人教師，并以學(xué)校作為媒介，大手筆投入機(jī)器人器材購置經(jīng)費(fèi)，將科技教育融入學(xué)生的學(xué)習(xí)中和課外活動中。而這些機(jī)器人教育器材可以在各校學(xué)生中循環(huán)使用，優(yōu)化各中小學(xué)校的機(jī)器人設(shè)備配置，解決了困擾各校機(jī)器人設(shè)備價(jià)格昂貴的問題，大大拓展了參加機(jī)器人活動的學(xué)生數(shù)量。

科技館可以充分發(fā)揮科普車進(jìn)校園的機(jī)會，攜帶機(jī)器人教育器材，邀請經(jīng)驗(yàn)豐富的機(jī)器人專業(yè)教師到青少年學(xué)生中開展機(jī)器人講座、普及機(jī)器人知識、交流機(jī)器人技術(shù)，讓機(jī)器人教育不僅在城市中普及，而且在廣大的郊縣學(xué)生中得到推廣和發(fā)展。

科技館作為青少年的科普教育基地，有著眾多的教育資源和專家學(xué)者的技術(shù)支持，可以充分發(fā)揮橋梁紐帶作用，促進(jìn)高校與中小學(xué)校的技術(shù)交流，以解決中小學(xué)校機(jī)器人專業(yè)教師不足問題，促進(jìn)高校與中小學(xué)校的銜接。可以充分利用假期課余時(shí)間，定期舉辦由高校機(jī)器人教師指導(dǎo)下的中小學(xué)校之間的校際機(jī)器人交流賽，也可以組織高校學(xué)生與中小學(xué)校學(xué)生之間的交流賽，打破中小學(xué)校際之間的技術(shù)壁壘，提升中小學(xué)校的機(jī)器人教育水平。

科技館可以充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的優(yōu)勢，利用科技館網(wǎng)站開辟機(jī)器人教育論壇，整合專業(yè)機(jī)器人教師優(yōu)勢，解決機(jī)器人教育學(xué)習(xí)資源匱乏的問題，為廣大中小學(xué)校機(jī)器人愛好者答疑解惑。利用虛擬機(jī)器人仿真教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，對樂于解答機(jī)器人問題、為他人提供技術(shù)幫助的教師，可以與教育局聯(lián)合頒發(fā)優(yōu)秀機(jī)器人輔導(dǎo)員獎(jiǎng)，為教師的獎(jiǎng)勵(lì)和職稱評定提供幫助。采取優(yōu)先選拔參加省級和全國機(jī)器人競賽等措施，提高中小學(xué)校教師和學(xué)生參與解決機(jī)器人技術(shù)問題的積極性。

對于在競賽中成績顯著、有技術(shù)特色的中小學(xué)校機(jī)器人隊(duì)伍，科技館可以組織暑期機(jī)器人夏令營，采取走出去和引進(jìn)來的形式，促進(jìn)本地區(qū)機(jī)器人隊(duì)伍和其他地區(qū)的隊(duì)伍進(jìn)行技術(shù)交流和探討，提升本地區(qū)機(jī)器人教師和學(xué)生的素質(zhì)。

科技館普及機(jī)器人活動實(shí)施的主要目標(biāo)

使學(xué)生了解智能機(jī)器人這個(gè)學(xué)術(shù)前沿領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用狀況，了解智能機(jī)器人的概念和工作方式，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)機(jī)器人的有關(guān)知識打下基礎(chǔ)。

讓學(xué)生掌握拼裝機(jī)器人的方法，了解智能機(jī)器人的各種傳感器和驅(qū)動裝置的作用，理解智能機(jī)器人的工作原理，了解機(jī)器人是怎樣在人的指揮下工作的。

學(xué)習(xí)為智能機(jī)器人編寫程序，通過編寫程序?qū)W到科學(xué)而高效的思維方式，提高邏輯思維能力、規(guī)劃能力，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

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，在組裝機(jī)器人的過程中培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、協(xié)作能力和創(chuàng)造能力。

根據(jù)科技館開展智能機(jī)器人教學(xué)的內(nèi)容和開展實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況，推動將智能機(jī)器人教學(xué)內(nèi)容納入中小學(xué)信息技術(shù)教育課程中，深化信息技術(shù)教育，使其成為中小學(xué)校的校本課程。

通過機(jī)器人競賽、機(jī)器人工作室、虛擬機(jī)器人仿真教育系統(tǒng)、機(jī)器人夏令營、科普車進(jìn)校園等多種形式，開展機(jī)器人技術(shù)交流，向公眾尤其是青少年學(xué)生開展機(jī)器人教育，推廣機(jī)器人知識，從而推進(jìn)機(jī)器人科學(xué)知識的推廣。

科技館開展機(jī)器人科普教育活動的主要形式

科技館可以將青少年機(jī)器人競賽作為開展青少年機(jī)器人教育活動的一個(gè)部分。除此之外，科技館還可以機(jī)器人競賽帶動建設(shè)機(jī)器人工作室、機(jī)器人愛好者俱樂部、機(jī)器人技術(shù)論壇、虛擬機(jī)器人仿真教育系統(tǒng)、機(jī)器人夏令營、科普車機(jī)器人進(jìn)校園等多種活動形式，力爭以豐富的活動內(nèi)容吸引青少年學(xué)生參與，活動全程寓教于樂，將機(jī)器人基礎(chǔ)知識介紹、簡易機(jī)器人組裝及機(jī)器人程序教學(xué)三個(gè)環(huán)節(jié)用影像展示、實(shí)物演示、教師指導(dǎo)的形式串接起來。使更多的青少年了解機(jī)器人、學(xué)習(xí)機(jī)器人，激發(fā)青少年的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造精神，為廣大青少年學(xué)生和指導(dǎo)教師提供一個(gè)展示自己聰明才智、相互切磋技藝、交流經(jīng)驗(yàn)的平臺。

在機(jī)器人教學(xué)應(yīng)用上，科技館首先可以通過手工制作導(dǎo)向機(jī)器人相關(guān)知識的教學(xué)，因?yàn)槭止ふn不僅簡單，而且較其他方法更容易激發(fā)學(xué)生的興趣，符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平。機(jī)器人的機(jī)械拼裝可以作為手工課的新玩法，在實(shí)際教學(xué)中，深受學(xué)生們的喜愛。教師可以通過簡單介紹，借助機(jī)器人模型、機(jī)器人影片展播拓展學(xué)生對機(jī)器人知識的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解機(jī)器人的發(fā)展和應(yīng)用狀況。

科技館可以深化機(jī)器人教學(xué)，與計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教學(xué)相結(jié)合。機(jī)器人編程方式有很多，如匯編語言、C語言等，機(jī)器人編程也有圖形化語言軟件，只要會操作計(jì)算機(jī)，從功能面板中選取需要的圖標(biāo)拖曳到編程窗口中完成編程。即使是小學(xué)生，也可以進(jìn)行機(jī)器人程序的簡單開發(fā)與應(yīng)用。采用模塊化講解機(jī)器人，深入學(xué)習(xí)機(jī)器人的工作原理，在機(jī)器人編程教學(xué)中，模塊化為專題講解更容易讓學(xué)生掌握，因?yàn)槊總€(gè)機(jī)器人的動作都是一段程序，都是由最基本的3種結(jié)構(gòu)（順序、分支、循環(huán)）程序完成任務(wù)的。在教學(xué)中，剖析一些有代表性的程序，就能從程序角度讓學(xué)生知道機(jī)器人的工作過程。教師對學(xué)生講解程序并不是個(gè)難題。教師可通過程序塊打包成一個(gè)任務(wù)模塊。學(xué)生掌握起來不會受其他程序影響，教學(xué)任務(wù)也相對獨(dú)立。在以往的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)教學(xué)基礎(chǔ)上，引入有關(guān)機(jī)器人接口的知識，從機(jī)器人完成特定的任務(wù)就可以為程序設(shè)計(jì)增加了更多的趣味性與針對性。