蒙慶華 韋勇寧 程曉琛 陳馳

摘? 要 隨著科技的發(fā)展，中小學(xué)機器人教育在全世界正如火如荼地展開，在美國、日本等發(fā)達國家，機器人教育已經(jīng)進入中小學(xué)課堂。我國中小學(xué)機器人教育起步較晚，教育方式等方面還不夠完善。研究我國VEX機器人教育發(fā)展情況，對VEX機器人教學(xué)校本課程開發(fā)進行實踐探究。

關(guān)鍵詞 VEX機器人;機器人教育;機器人競賽;中小學(xué);校本課程

中圖分類號：G642.3? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）07-0057-03

1 引言

VEX機器人教育是一門新興的學(xué)科，目前在全世界范圍內(nèi)正如火如荼地展開。這門學(xué)科主要運用物理、數(shù)學(xué)等多種知識，對于提升學(xué)生多方面的知識水平有很大作用。而且VEX機器人教育很注重學(xué)生的實踐操作能力，可以在很大程度上提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而VEX機器人教育以參加VEX機器人競賽為主要目的，并且VEX機器人競賽一般是以團隊的形式參賽，VEX機器人競賽不僅考驗參賽者的知識和操作能力，還考驗參賽者的團隊協(xié)作、領(lǐng)導(dǎo)能力等，這對參賽者未來的發(fā)展很有幫助。

2 VEX機器人教育及其背景

VEX機器人及VEX機器人大賽? VEX機器人誕生于美國，是美國太空總署等八部門大力支持的機器人項目。雖然VEX在知名度上比不上樂高，但是VEX不同于樂高，機器人僅是樂高的其中之一，而VEX-IQ的身份是專業(yè)教育機器人套裝。美國的很多“常春藤”大學(xué)進行機器人教育開發(fā)時，主要選擇VEX系列套裝教材作為教學(xué)工具。

VEX機器人大賽的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)技術(shù)、數(shù)學(xué)以及工程等領(lǐng)域的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力以及團隊協(xié)作精神，是世界級的大賽。2006年，中國科協(xié)將此項目引進國內(nèi)，每年的VEX機器人比賽在主題和比賽規(guī)則上都會做改變，因此，對于參賽者來說，每一年的比賽都是一個新的挑戰(zhàn)，從這里也可以看出比賽的公平性，這對激發(fā)參賽者的潛力有非常大的幫助[1]。

VEX機器人教育? 目前，VEX機器人教育主要以學(xué)校社團的形式在各中小學(xué)中進行，其主要目的是參加VEX機器人競賽。VEX機器人教育與傳統(tǒng)課堂教育有區(qū)別，不同于傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式主要是教師講、學(xué)生聽，VEX機器人教育更注重于培養(yǎng)學(xué)生獨立自主的能力，讓學(xué)生自己在實踐中學(xué)習(xí)，打破了傳統(tǒng)課堂中的枯燥無味，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。而且，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)用所學(xué)知識進行實踐操作，不但能提升操作能力，而且能鞏固物理、數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)理論知識。

國外中小學(xué)機器人教育現(xiàn)狀? 國外機器人教育由于發(fā)展比較早，且受到國家高度重視，美國、英國、法國、德國、日本等國家已經(jīng)將機器人教育納入中小學(xué)必學(xué)課程。例如：早在20世紀80年代末，英國就將機器人教育加入中學(xué)課程來傳授機器人知識;日本EK、榮光、ZMP和Learning Systems四公司于2002年7月25日聯(lián)合成立“機器人科學(xué)教育團體”，該組織主要是開發(fā)機器人教育課程。由此可知，許多發(fā)達國家都非常重視中小學(xué)機器人教育[2]，這與國內(nèi)中小學(xué)機器人教育主要以課外活動的方式進行有所不同。

國內(nèi)中小學(xué)機器人教育現(xiàn)狀? 我國第一所開展中小學(xué)機器人教育的學(xué)校是北京市景山學(xué)校，在2000年的時候，該校將機器人普及教育納入信息技術(shù)課程，以科研課題的形式進行運作。從此，中小學(xué)機器人教育正式在我國拉開序幕，越來越多的中小學(xué)校加入機器人教育的行列[3-4]。近些年來，由于新課程改革的不斷深入，我國機器人教育發(fā)展的步伐也不斷加快，但是總體來說還是處于初始階段，還有許多問題有待研究解決。

3 VEX機器人教育教學(xué)校本課程開發(fā)

VEX機器人教學(xué)校本課程開發(fā)意義? 我國VEX機器人教育起步晚，機器人教學(xué)還是處于起步階段，VEX機器人教育還是以參加比賽為目的，并沒有統(tǒng)一的教學(xué)目標、教學(xué)方法以及教學(xué)評價等，而這些都會給VEX機器人教學(xué)的開展帶來困擾。如對參加比賽的情況而言，由于每次比賽的項目不一樣，學(xué)習(xí)的知識會有部分差別，有的學(xué)生學(xué)過了，而有的學(xué)生沒有學(xué)過，會給教師的授課帶來困擾，這也是VEX機器人教育沒有能普及的原因之一。因此，有統(tǒng)一的教學(xué)標準是非常有必要的，它可以讓教師很清楚地知道該教什么，以什么方式去教，讓學(xué)生學(xué)習(xí)到什么樣的知識等。

VEX機器人教育校本課程開發(fā)內(nèi)容? VEX機器人教學(xué)的目標不僅是傳授機器人技術(shù)的基本知識，更深層次的目標是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力。在VEX機器人教育開發(fā)過程時，首先要考慮VEX機器人教育的教學(xué)任務(wù)和教學(xué)目標。開展VEX機器人教育的主要目標是講授VEX機器人的基礎(chǔ)原理，進而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的能力。下面主要來探討開發(fā)VEX機器人校本課程的幾個關(guān)鍵性問題。

1）主要任務(wù)。在VEX機器人教育過程中，不能僅運用傳統(tǒng)課堂中教師講、學(xué)生聽的模式，應(yīng)該由教師引導(dǎo)學(xué)生接觸并學(xué)習(xí)VEX機器人的相關(guān)知識，并學(xué)習(xí)簡單的程序編寫，然后以實踐的方式讓學(xué)生自主編程、運行教育機器人，培養(yǎng)學(xué)生實踐和處理問題的能力，并培養(yǎng)他們的團隊協(xié)作意識。知識傳授只是教學(xué)過程中的一個方面，在VEX機器人校本課程開發(fā)中，教學(xué)設(shè)計的主要任務(wù)目標不是知識傳授，而是針對培養(yǎng)學(xué)生團隊協(xié)作意識、創(chuàng)新精神和綜合實踐能力的教學(xué)活動和教學(xué)組織形式的設(shè)計。

2）教學(xué)目標。目前新式課程的教學(xué)目標包括知識、技能、情感態(tài)度。但是，在傳統(tǒng)教學(xué)中，中小學(xué)課程的教學(xué)目標主要是涉及知識這個維度目標，基本上很少涉及技能目標和情感態(tài)度目標的建立。目前，我國中小學(xué)教育還是主要看重考試成績，基本上就是一個學(xué)生學(xué)習(xí)好壞的標準，這個教育評價方式存在偏頗，缺乏對學(xué)生創(chuàng)新精神等方面的培養(yǎng)，有可能使學(xué)生逐步變成一個“書呆子”。

因此，在教育模式的改進上，VEX機器人教育更應(yīng)該關(guān)注中小學(xué)生技能和情感態(tài)度這兩個維度目標的建立。學(xué)校的教育不應(yīng)該僅是把知識教給學(xué)生，更應(yīng)該教學(xué)生怎么才能自己去獲取知識，在發(fā)現(xiàn)知識的過程中找出問題并去解決問題;同時讓學(xué)生了解到團隊的重要性，培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作意識。這些理念融入VEX機器人教學(xué)校本課程開發(fā)中，知識目標、技能目標、情感目標建立得相互交融、相互促進，才能達到更好的教學(xué)效果。知識目標、技能目標和情感態(tài)度目標的訓(xùn)練實踐如下。

①知識目標是讓學(xué)生了解VEX機器人的基本原理和工作的方式，為學(xué)習(xí)VEX機器人打好基礎(chǔ)。機器人的基本概念主要涉及傳感器、電動機和杠桿等基本知識。在基礎(chǔ)階段，只需要學(xué)生了解VEX機器人相關(guān)的基礎(chǔ)概念，在這個年齡階段吸收、理解這些基本概念。

②在VEX機器人教育中，技能目標也非常重要。為了培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力，在教育過程中主要是以學(xué)生實踐的方式進行。學(xué)生通過為機器人編寫程序和測試程序的過程，可以提升邏輯思維能力、發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的能力等。而且編寫程序會使用到電腦，可以提高學(xué)生的計算機應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)。

③在機器人組裝和編寫程序過程中可以發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造能力，并培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神。而且由于VEX機器人教育需要用到價格比較貴的教育機器人，很難保證學(xué)生人手一套教育器材，因此可以通過分組的形式將學(xué)生分成幾個小組，讓小組成員自己分配任務(wù)，完成機器人的組裝及程序編寫，這樣可以培養(yǎng)他們的協(xié)作能力，拉近學(xué)生之間的關(guān)系。另外，不定時地組織小組之間的比賽，培養(yǎng)學(xué)生的競爭意識。

3）教學(xué)方法。傳統(tǒng)教學(xué)的講授式是VEX機器人教學(xué)校本課程中的一種輔助方式。VEX機器人教學(xué)過程可以通過活動、項目、任務(wù)和比賽等豐富多彩的方式進行。如在認識機器人的課程中，可以帶領(lǐng)學(xué)生到科技館、研究所、高校參觀交流互動，通過活動的方式讓他們了解機器人的相關(guān)知識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

4）教學(xué)評價。在教學(xué)評價中，不僅要考慮學(xué)生是否已經(jīng)完成作品，更應(yīng)該關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的情況。如有的學(xué)生雖然沒有很好地完成自己的作品，但是在學(xué)習(xí)過程中有求知的欲望，經(jīng)常向教師討教知識，并積極地與其他學(xué)生進行交流學(xué)習(xí)。在評價中，教師可以選擇將學(xué)生學(xué)習(xí)的過程記錄在冊。在每次實驗過后，要求每組學(xué)生寫一份實驗報告，主要記錄每位組員的參與情況，并記錄每位組員在這次實驗中的學(xué)習(xí)心得與收獲等，再綜合學(xué)生作品的完成情況，對學(xué)生進行一個總的評價。

課程案例：機器人走直線? 機器人走直線是機器人教育最簡單的一個內(nèi)容，主要內(nèi)容是組裝機器人以及編寫能讓教育機器人實現(xiàn)走直線這個功能的程序。現(xiàn)在就VEX機器人教學(xué)校本課程的開發(fā)內(nèi)容，簡單地設(shè)計機器人走直線這個知識點的教學(xué)過程。

本次課程運用的教具有VEX-IQ教育機器人和電腦，需要學(xué)生對VEX-IQ教育機器人的結(jié)構(gòu)和程序編寫有一定認識。首先將學(xué)生分成若干個小組，每組四個學(xué)生，并選定一名學(xué)生擔(dān)任本組組長，負責(zé)本組的統(tǒng)籌工作。

1）課程主題：機器人走直線。

2）教學(xué)目標：表1。

3）課程流程。

①新課引入。首先由教師通過視頻向?qū)W生展示機器人在大型工廠的應(yīng)用情況，讓學(xué)生直觀地了解機器人，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引入新課。

②教師授課。由于學(xué)習(xí)需要用到VEX-IQ教育機器人，學(xué)生需學(xué)會組裝教育機器人。目前VEX機器人都是用C語言程序進行編程，學(xué)生需要了解C語言程序的編寫環(huán)境以及編譯方法。這部分授課的主要內(nèi)容是教師引導(dǎo)學(xué)生組裝教育機器人以及C語言程序的編寫環(huán)境和編譯方法，并對機器人走直線這個動作的程序進行重點教學(xué)。

在完成以上任務(wù)后，教師發(fā)布任務(wù)，由學(xué)生小組自行組裝VEX-IQ教育機器人并編寫能使教育機器人實現(xiàn)走直線這個功能的程序，時間限定為30分鐘以內(nèi)。在能實現(xiàn)功能的情況下，越快越好。

③學(xué)生活動。學(xué)生在收到任務(wù)后，自行組織小組成員組裝機器人并編寫程序。如某個小組有關(guān)于組裝機器人以及程序編寫的問題，可以向教師尋求幫助，教師可以解答，但是會根據(jù)小組提問題的情況在最后的評價中相應(yīng)扣分。

④任務(wù)評價。本次任務(wù)評價結(jié)合完成時間排名、機器人組裝情況和程序是否能實現(xiàn)功能等情況來評定，將所得分數(shù)記錄到表2中。

對完成時間排名，第一和第二名記20分，第三到第五名記17分，第六至最后一名記15分，未按規(guī)定時間完成記10分。對機器人組裝情況，組裝正確，記30分;組裝不正確，由教師在20～29分內(nèi)酌情給分。對程序是否實現(xiàn)功能，若能實現(xiàn)功能，記50分;若未能實現(xiàn)功能，則根據(jù)程序錯誤情況，在20～49分內(nèi)酌情給分。對是否求助，若有求助，則根據(jù)求助情況扣1～5分。當然也不是不認可學(xué)生的求助行為，還是鼓勵學(xué)生應(yīng)善于提問。最后的總分為前三項之和減去最后一項。

⑤小結(jié)。由表現(xiàn)得最好的小組上臺演示他們的作品，并分享他們小組完成作品過程中的分工合作情況。最后由教師對各組情況進行點評并總結(jié)。

4 結(jié)語

本文對VEX機器人教育課程開發(fā)中的內(nèi)容作了論述，對VEX機器人教育校本課程的主要任務(wù)、教學(xué)目標、教學(xué)方法及教學(xué)評價進行了相關(guān)討論，教學(xué)的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和綜合實踐能力。目前，我國VEX機器人教育也取得不小的成績，但與美日等發(fā)達國家還有差距，教育工作者仍需不斷改進教學(xué)方法、教學(xué)模式。在國家的逐漸重視下，相信在不久的將來，我國的VEX機器人教育定會更上一層樓！■

參考文獻

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