常偉

摘 要 智能機(jī)器人進(jìn)入校園，不僅充實(shí)了信息技術(shù)課程內(nèi)容，全面體現(xiàn)其應(yīng)有的豐富內(nèi)涵，而且讓人們對這類教育產(chǎn)生一種新的認(rèn)識(shí)。智能機(jī)器人課程的開設(shè)，為學(xué)生開展研究性學(xué)習(xí)、綜合性創(chuàng)新等活動(dòng)提供了有效載體，是一項(xiàng)有利于教學(xué)相長的藝術(shù)性實(shí)踐課題，應(yīng)當(dāng)引起高度重視和認(rèn)真對待。

關(guān)鍵詞 初中信息技術(shù)；智能機(jī)器人；教育信息化；3D仿真虛擬機(jī)器人；智能校車

中圖分類號(hào)：G633.67 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）11-0084-02

1 前言

目前，全國許多省份先后把智能機(jī)器人教育作為教育信息化建設(shè)中一項(xiàng)重要內(nèi)容納入基礎(chǔ)教育體系，并且快速掀起智能機(jī)器人的教學(xué)與研究熱潮。作為一項(xiàng)新興的科技教育活動(dòng)，與計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和多媒體等系統(tǒng)相比，智能機(jī)器人教學(xué)的投入是微不足道的，然而它對于教育領(lǐng)域跨越式發(fā)展起到無可比擬的促進(jìn)作用，集中地體現(xiàn)在：

1）極大地豐富了學(xué)生的課余生活，讓學(xué)生充分地感受到實(shí)踐活動(dòng)的樂趣和好處；

2）有效地改變了許多學(xué)生的休閑娛樂習(xí)慣，把他們從游戲廳和網(wǎng)吧中解救了出來；

3）成為培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、自主學(xué)習(xí)能力和科技信息能力的重要載體[1]。

如何才能把智能機(jī)器人課程真正引入初中信息技術(shù)課堂教學(xué)之中呢？本文以3D仿真虛擬機(jī)器人應(yīng)用為例，試對此做出簡要闡述。

2 簡析智能機(jī)器人課程在初中信息技術(shù)教學(xué)中的作用

智能機(jī)器人是目前現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展中的最前沿領(lǐng)域，它具有高度而又綜合的滲透性、前瞻性和創(chuàng)新實(shí)踐性等方面的屬性特征。在學(xué)校教育中，作為信息技術(shù)學(xué)科的重要內(nèi)容之一，智能機(jī)器人教學(xué)成為培養(yǎng)現(xiàn)代學(xué)生綜合能力與核心素養(yǎng)的先進(jìn)智能平臺(tái)。就初中信息技術(shù)課程而言，智能機(jī)器人的教學(xué)作用主要體現(xiàn)在“四個(gè)有利于”。

1）通過智能機(jī)器人教學(xué)，有利于學(xué)生比較深入地了解它的發(fā)展和應(yīng)用狀況，較好地獲取其概念和工作方式，有效破除對它的神秘感和迷信度，從而為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)它的有關(guān)知識(shí)打下良好基礎(chǔ)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)與操作活動(dòng)的信念；

2）通過智能機(jī)器人教學(xué)，有利于學(xué)生掌握為某類智能機(jī)器人實(shí)施下載程序的方法，了解它的傳感器與驅(qū)動(dòng)裝置的作用。通過理解與體會(huì)智能機(jī)器人的程序，了解與體會(huì)它的工作方式，學(xué)習(xí)其編寫程序，從中學(xué)習(xí)科學(xué)而高效的“思維”方式，進(jìn)而讓學(xué)生在潛移默化和寓學(xué)于樂中不斷提升規(guī)劃能力，逐步提升分析問題和解決問題的實(shí)際能力。

3）通過智能機(jī)器人教學(xué)，有利于學(xué)生在完成相應(yīng)的項(xiàng)目任務(wù)和賽事項(xiàng)目后，在為它擴(kuò)充功能的實(shí)踐過程中，更好地學(xué)習(xí)數(shù)字電路方面的相關(guān)知識(shí)，在組裝過程中有效培養(yǎng)手腦互動(dòng)能力、協(xié)同作戰(zhàn)能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力。如在機(jī)器人成功地完成“插入骨橋”任務(wù)后，接著又遭遇了“如何快速踢球”的問題。對于此，學(xué)生通過它的行走方向，讓機(jī)器人反向扳動(dòng)腿骨，從而讓塑料球“彈”入球門。如此反復(fù)地進(jìn)行改進(jìn)機(jī)器臂試驗(yàn)，不僅取得了成功，而且成功率很高。這不僅激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)新學(xué)習(xí)的興趣和信念，而且較好地提升了他們的創(chuàng)新素養(yǎng)水平[2]。

4）通過智能機(jī)器人教學(xué)，有利于學(xué)生在潛移默化中對電子和信息技術(shù)產(chǎn)生越發(fā)強(qiáng)烈的向往之情和探究之心。

3 初中信息技術(shù)課中引入智能機(jī)器人課程的實(shí)踐

“運(yùn)用之妙，存乎一心。”3D機(jī)器人是在初二進(jìn)入信息技術(shù)教學(xué)活動(dòng)中的。本文以“智能校車”項(xiàng)目為例，主要從以下幾個(gè)方面，試對3D虛擬機(jī)器人如何進(jìn)入課堂教學(xué)做出簡要闡述。

堅(jiān)持在任務(wù)驅(qū)動(dòng)下的分步實(shí)施教學(xué)原則 在“智能校車”3D虛擬機(jī)器人競賽項(xiàng)目中，其程序不僅涉及循環(huán)和選擇結(jié)構(gòu)，而且涉及對傳感器的使用以及對應(yīng)變量參數(shù)的設(shè)置等方面。無論對于教師還是學(xué)生來說，如此綜合而又復(fù)雜的教學(xué)內(nèi)容很難一次性完成，這就要求通過“整體任務(wù)分解—完成各個(gè)子任務(wù)—綜合程序組合”來進(jìn)行教學(xué)。在巡線轉(zhuǎn)彎教學(xué)中可作如下任務(wù)設(shè)計(jì)。

1）移動(dòng)控制。學(xué)生通過修改速度v和時(shí)間t的變量參數(shù)，理解程序、變量與控制的關(guān)系，從中學(xué)習(xí)程序的編寫方法、動(dòng)作模塊和變量設(shè)置等方面的知識(shí)。

2）轉(zhuǎn)彎控制，就是讓校車移動(dòng)一定距離后轉(zhuǎn)動(dòng)90°彎，前行一段距離后再重復(fù)轉(zhuǎn)彎，最終回到原來的起點(diǎn)位置。學(xué)生通過修改轉(zhuǎn)向角度、移動(dòng)功率和延時(shí)參數(shù)值，對轉(zhuǎn)彎實(shí)施精準(zhǔn)控制，從中學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)彎模塊、延時(shí)模塊和循環(huán)結(jié)構(gòu)等方面的知識(shí)。

3）簡單巡線，就是讓校車作巡線移動(dòng)，并在發(fā)生偏離情形下自動(dòng)校正。學(xué)生通過修改分支參數(shù)和校車行走情況，理解兩者之間的直接關(guān)系，從中學(xué)習(xí)分支結(jié)構(gòu)、傳感器使用等方面的知識(shí)。

4）巡線轉(zhuǎn)彎，就是如果校車在巡線中遇到十字路口，自動(dòng)執(zhí)行轉(zhuǎn)彎90°程序。學(xué)生學(xué)習(xí)程序結(jié)構(gòu)中對多種任務(wù)的分解和組合，以有效提升結(jié)構(gòu)化思維能力[3]。

堅(jiān)持在教師主導(dǎo)下的學(xué)生主體教學(xué)原則 新課程理念鮮明地確立了“以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體”的新型教學(xué)關(guān)系，并積極倡導(dǎo)開展以認(rèn)知為基礎(chǔ)、以能力為核心和以情感為靈魂的“三維目標(biāo)”教學(xué)活動(dòng)，這是學(xué)校及其廣大教師應(yīng)當(dāng)而且必須始終堅(jiān)持的教育思想和施教原則。

在智能機(jī)器人課程活動(dòng)中，程序教學(xué)經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生一些問題，若是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能夠自己提出問題，則會(huì)更加激發(fā)他們深入探究的熱情和意愿。由于將3D虛擬機(jī)器人軟件引入物理引擎設(shè)計(jì)，它們在轉(zhuǎn)彎時(shí)的速度、時(shí)間、角度等對軌跡所產(chǎn)生的影響與日常生活的情形是完全一致的。學(xué)生在練習(xí)巡線轉(zhuǎn)彎過程中，其轉(zhuǎn)彎軌跡往往會(huì)出現(xiàn)一些不正?；蛘咚剖嵌堑那闆r，比如出現(xiàn)校車在移動(dòng)中偏離了導(dǎo)航線巡線甚至撞向障礙物等一些現(xiàn)象。

對于由學(xué)生提出來的這些問題，作為教學(xué)活動(dòng)中的施教者、主導(dǎo)者和合作者，教師既不可以完全拒絕，也不應(yīng)大包承攬，而是不僅贊賞他們的質(zhì)疑問難，而且要本著“不憤不啟、不悱不發(fā)”的原則，對他們給予適時(shí)適量的點(diǎn)撥、啟發(fā)與引導(dǎo)，促使他們在以合作探究為主的自主學(xué)習(xí)活動(dòng)中解疑釋難，從而在潛移默化中逐步地實(shí)現(xiàn)“以學(xué)為主、以學(xué)促教”的教學(xué)目標(biāo)[4]。

堅(jiān)持基于最近區(qū)域的潛能激發(fā)教學(xué)原則 蘇聯(lián)教育家維果茨基提出“最近思維發(fā)展”的理論，啟發(fā)教育工作者尊重學(xué)生思維發(fā)展的客觀規(guī)律性，通過各類途徑和方法，對學(xué)習(xí)思維采取積極引導(dǎo)和有效拉動(dòng)，以此不斷開發(fā)學(xué)生的內(nèi)在潛能。就初中學(xué)生來說，他們還處于由形象思維轉(zhuǎn)向抽象思維的過渡時(shí)期，屬于以經(jīng)驗(yàn)性思維為主的發(fā)展階段。在實(shí)際教學(xué)過程中，要堅(jiān)持從學(xué)生的具體經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，充分借助形象性思維能力，幫助他們不斷向著較高思維水平轉(zhuǎn)化。

在信息技術(shù)課教學(xué)中引入3D虛擬機(jī)器人之后，學(xué)生對它的學(xué)習(xí)已經(jīng)充滿好奇和向往。此時(shí)此刻，教師一定要考慮他們的最近發(fā)展區(qū)域，關(guān)注他們的學(xué)習(xí)情緒。比如在教學(xué)3D虛擬機(jī)器人避障時(shí)，有教師在地圖導(dǎo)航線中增加一個(gè)障礙物，之后啟動(dòng)由學(xué)生編寫的巡線程序，當(dāng)校車運(yùn)行并直接撞上障礙物時(shí)，屏幕上快速地顯示出：“撞上了！扣20 000分！”而就在學(xué)生深感一片遺憾的時(shí)候，教師提出問題：“校車一旦遇到障礙，我們應(yīng)該如何處理呢？”有了剛才那直觀形象的視覺沖擊和相應(yīng)的感性認(rèn)識(shí)，學(xué)生對于“如何處理”已經(jīng)產(chǎn)生一定的想法，因此，他們都想嘗試編寫自己的程序。最終通過微課視頻，學(xué)生很快地學(xué)會(huì)超聲波傳感器的使用方法，切實(shí)解決了如何避障的問題，由此也激發(fā)了學(xué)習(xí)潛能。

堅(jiān)持在人本關(guān)懷下的激勵(lì)評價(jià)教學(xué)原則 教師對學(xué)生及其學(xué)業(yè)情況做出評價(jià)，這不僅是課程活動(dòng)體系中的有機(jī)組成，而且是促進(jìn)學(xué)生自主性發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展、個(gè)性化發(fā)展的重要措施。評價(jià)的功能不是為了甄別、選拔和區(qū)分學(xué)生，而是對教師“教”與學(xué)生“學(xué)”的一種督促和推進(jìn)。在智能機(jī)器人課程教學(xué)過程中，教師要本著“人文性關(guān)懷、戰(zhàn)略性發(fā)展”的指導(dǎo)思想，積極開展以賞識(shí)為主的激勵(lì)性評價(jià)活動(dòng)，讓每一位學(xué)生都能從中獲取不容忽視的正能量效應(yīng)。

比如在3D虛擬機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)中，教師要把對于學(xué)生及其學(xué)習(xí)的評價(jià)投放到完成任務(wù)的過程中認(rèn)真及時(shí)地進(jìn)行。尤其對于那些科技意識(shí)薄弱、動(dòng)手與思維能力不強(qiáng)、學(xué)習(xí)品質(zhì)欠佳的“潛能生”群體，更要給予傾斜式的欣賞、鼓舞與褒揚(yáng)，切不可“用一根尺子量人”。

值得強(qiáng)調(diào)的是，在實(shí)施評價(jià)這一環(huán)節(jié)，把“教師評學(xué)”與學(xué)生的“自我評價(jià)”“相互評價(jià)”相結(jié)合，把對學(xué)生的“個(gè)體評價(jià)”與“群體（小組）評價(jià)”相結(jié)合，把“過程性評價(jià)”與“終極性評價(jià)”相結(jié)合等，這樣才能更加顯示出評價(jià)手段的合理性和評價(jià)結(jié)果的客觀性。

4 結(jié)語

總之，機(jī)器人課程教學(xué)是一項(xiàng)集科學(xué)性、理論性、知識(shí)性、實(shí)踐性和探究性等為一體的藝術(shù)性實(shí)踐課題，應(yīng)當(dāng)引起人們的高度重視和深入探究。有理由堅(jiān)信，在不久的將來，機(jī)器人教學(xué)必將獲得更為深廣的普及，并且充分發(fā)揮更加顯著的功效。

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