張迪

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是人工智能與機(jī)器人的結(jié)合，機(jī)器人不再局限于工業(yè)應(yīng)用和研究所內(nèi)，它已經(jīng)進(jìn)入教育領(lǐng)域，是中小學(xué)信息技術(shù)課程和綜合實(shí)踐課程的創(chuàng)新教育平臺，能為信息技術(shù)教育帶來新的活力。本文詳述了虛擬機(jī)器人的校本課程開發(fā)，及其在中小學(xué)教育中產(chǎn)生的影響，并提出了虛擬機(jī)器人教育發(fā)展的未來展望。

關(guān)鍵詞：虛擬機(jī)器人；校本課程

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 論文編號：1674-2117（2017）13/14-0161-03

機(jī)器人是信息技術(shù)發(fā)展的前沿領(lǐng)域，是一門具有高度綜合滲透性、前瞻未來性、創(chuàng)新實(shí)踐性的學(xué)科，蘊(yùn)涵著極其豐富的教育資源。隨著虛擬技術(shù)的不斷完善，虛擬機(jī)器人技術(shù)逐漸出現(xiàn)在教育教學(xué)中，特別是在校本課程的開發(fā)中發(fā)揮了獨(dú)特的優(yōu)勢與魅力。下面，筆者就談?wù)勌摂M機(jī)器人技術(shù)的校本課程開發(fā)。

● 初識虛擬機(jī)器人

目前，按價格從高到底能找到的機(jī)器人有高端實(shí)體機(jī)器人、低成本實(shí)體機(jī)器人和虛擬機(jī)器人三種。高端實(shí)體機(jī)器人的價格相對偏高，低成本實(shí)體機(jī)器人目前還處于發(fā)展初期，各種硬件和軟件都不太成熟。因此，為了更好地普及機(jī)器人教育，同時減少學(xué)校的支出，我們最終選擇了具有實(shí)用價值的機(jī)器人教育載體——虛擬機(jī)器人。虛擬機(jī)器人教學(xué)不需要機(jī)器人硬件，只是在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)、搭建、制作機(jī)器人編程，所以它降低了學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人的成本，使其能有更多機(jī)會學(xué)習(xí)機(jī)器人，受益于機(jī)器人教育。

● 虛擬機(jī)器人教育走進(jìn)基礎(chǔ)教育的形式

目前，虛擬機(jī)器人教育進(jìn)入中小學(xué)的主要形式是競賽活動。學(xué)生能通過競賽培養(yǎng)綜合能力?？v觀各地中小學(xué)機(jī)器人教育的方式，大致可以分為如下幾種：

一是通過學(xué)校、少年宮、少科站等單位吸收機(jī)器人愛好者，組成虛擬機(jī)器人小組，代表地區(qū)參加各類競賽活動。這種形式是虛擬機(jī)器人進(jìn)入中小學(xué)教育視野最多也最有效的方法。

二是把虛擬機(jī)器人技術(shù)學(xué)習(xí)放入綜合實(shí)踐活動課中普及。

三是把虛擬機(jī)器人作為信息技術(shù)課的內(nèi)容之一寫入中小學(xué)信息技術(shù)教育課程，這種形式正在形成期，教材的編寫、課程的常規(guī)性開設(shè)正在起步。

四是虛擬機(jī)器人教育作為研究性課程的形式進(jìn)入中小學(xué)，這種形式的推廣會更有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

● 扎實(shí)有效地開展學(xué)習(xí)虛擬機(jī)器人校本課程

虛擬機(jī)器人教學(xué)是一門新興的課程，它的主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生對機(jī)器人的興趣，使他們了解和掌握機(jī)器人的基本知識和技能，了解技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用對人類生活和科學(xué)的深刻影響。虛擬機(jī)器人課程屬于綜合實(shí)踐活動課范疇，如何組織和開展好課堂教學(xué)，需要把握以下幾點(diǎn)。

1.培養(yǎng)學(xué)生的主體性

在編程調(diào)試的過程中，讓每位學(xué)生都參與編程和調(diào)試活動，重視學(xué)生的主體參與、自我探究、自我發(fā)現(xiàn)，注重對學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的培養(yǎng)，注重學(xué)生體驗(yàn)、感悟和實(shí)踐的過程，注重學(xué)生個性的健康發(fā)展，以及創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力、探索能力、研究性學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

2.發(fā)揮教師的主導(dǎo)性

在機(jī)器人課堂教學(xué)活動中，由于課程本身的難度大、靈活性高，所以教師的主導(dǎo)作用是非常重要的。如何把復(fù)雜的問題講得通俗易懂，把理論指導(dǎo)變成程序設(shè)計(jì)，最后引導(dǎo)學(xué)生把自己的所得通過實(shí)踐展示出來，這需要教師做充分的課前準(zhǔn)備和大量的實(shí)踐嘗試。

3.培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神，注重小組合作

在機(jī)器人課程的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生的動手能力、編程能力等個體差異比較大，所以在教學(xué)中既要兼顧學(xué)習(xí)好的學(xué)生，讓其能更深入地開展學(xué)習(xí)，又要帶動學(xué)習(xí)有困難的學(xué)生。一般可以將學(xué)生分成若干個小組，組建相對固定的學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)來開展學(xué)習(xí)和研究。

4.使用靈活多樣的教學(xué)方法

在課堂教學(xué)中應(yīng)根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容和需要，靈活選用講授、項(xiàng)目引導(dǎo)、直觀演示、小組討論等多種方法，避免讓學(xué)生在某種固定模式下產(chǎn)生學(xué)習(xí)疲勞。

5.完善課堂評價方式，讓學(xué)生體驗(yàn)成功的樂趣

在課堂教學(xué)過程中，要多方位、多角度地看待每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)，少注重結(jié)果，多注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主探究的過程。教師對學(xué)生的每一點(diǎn)進(jìn)步、每一點(diǎn)成功都及時給予表揚(yáng)和鼓勵，隨時讓他們在學(xué)習(xí)的過程中感受著成功的喜悅。這種愉悅的心情也會更加促使他們自主、自愿地投入到學(xué)習(xí)、探究中。

6.借力IRobotQ3D，打造校本課程

自從接觸了IRobotQ3D軟件以后，校本課程開發(fā)之夢逐漸成為現(xiàn)實(shí)。IRobotQ3D軟件不僅能提供非常豐富、逼真的場景，還能提供更多的機(jī)器人組件，更能基于網(wǎng)絡(luò)的互動模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。作為教師，不僅可以通過IRobotQ3D軟件讓學(xué)生感受各種機(jī)器人組件，使其有更豐富的體驗(yàn)，還可以自己設(shè)置場景，讓學(xué)生以個人或小組為單位完成個性化的練習(xí)、比賽任務(wù)，這樣，學(xué)生就有了更大的發(fā)揮、創(chuàng)造空間和平臺。同時，虛擬機(jī)器人的校本課程開發(fā)還可以延伸到學(xué)生的家庭及假期生活，無論學(xué)生在哪個地方，只要能上網(wǎng)，他就能登錄服務(wù)器，參與到活動中來。

● 虛擬機(jī)器人技術(shù)在中小學(xué)教育中產(chǎn)生的影響

虛擬機(jī)器人是進(jìn)行信息技術(shù)教育的有效載體，機(jī)器人教育旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和綜合實(shí)踐能力。隨著我國基礎(chǔ)教育信息化的發(fā)展，機(jī)器人教育正越來越被人們所關(guān)注。近幾年，許多中小學(xué)都開始利用機(jī)器人教育來促進(jìn)信息技術(shù)教育，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。機(jī)器人逐漸成為青少年能力、素質(zhì)培養(yǎng)的智能平臺。

1.促進(jìn)教育方式的變革

在機(jī)器人教育中，課堂以學(xué)生為中心，教師作為指導(dǎo)者提供學(xué)習(xí)材料和建議。學(xué)生必須自己去學(xué)習(xí)知識，構(gòu)建知識體系，提出解決方案，從而有效培養(yǎng)了動手能力、創(chuàng)新思維能力。

2.有效激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、動機(jī)

“寓教于樂”是我們教育追求的目標(biāo)，也是教育游戲成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)的一個原因，所以學(xué)習(xí)興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)成功的重要因素。機(jī)器人教育可以通過比賽的形式，來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人的興趣，使其得到周圍環(huán)境的認(rèn)可和贊賞，進(jìn)而激發(fā)他們的斗志和拼博精神。

3.擴(kuò)大知識面，轉(zhuǎn)換思維方式，培養(yǎng)空間思維能力與大局意識

在對機(jī)器人的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生通過對搭建機(jī)器人過程中的實(shí)際問題的解決，可以學(xué)到模擬電路、力學(xué)等方面知識，這不但促進(jìn)了物理學(xué)科、計(jì)算機(jī)學(xué)科等教學(xué)，還擴(kuò)大、加深了學(xué)生的科學(xué)知識；通過為機(jī)器人編寫程序，學(xué)生不但學(xué)到了計(jì)算機(jī)編程語言、算法等顯性知識，還學(xué)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。借助虛擬機(jī)器人完成夢想的過程，必將經(jīng)歷提出問題、分析問題、解決問題的過程，而這個過程中，學(xué)生會不斷地反思自己的工作，一次次提升自己觀察、思考問題的角度和高度。機(jī)器人的搭建不僅是對學(xué)生空間思維能力的訓(xùn)練，更是對學(xué)生的大局觀和綜合分析問題能力的訓(xùn)練。

4.培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力

機(jī)器人教育大多以小組形式開始，機(jī)器人的學(xué)習(xí)、競賽實(shí)際上是一個團(tuán)體學(xué)習(xí)的過程。它需要學(xué)習(xí)者團(tuán)結(jié)協(xié)作，包容小組其他成員的缺點(diǎn)和不足，能夠與他人進(jìn)行有效的溝通與交流。學(xué)習(xí)者在實(shí)踐鍛煉中提高自己的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，這種方式比普通的教育方式、方法更加有效。

5.培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

創(chuàng)新已經(jīng)成為社會進(jìn)步的原動力，而虛擬機(jī)器人技術(shù)具有科技含量高、創(chuàng)新性強(qiáng)的特點(diǎn)。在虛擬機(jī)器人校本課程開發(fā)的過程中，學(xué)生可以根據(jù)自己的想法，隨意動手完成機(jī)器人的拼裝工作。在學(xué)生將自己心中的機(jī)器人變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的過程中，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生勇于探索，應(yīng)使用與眾不同的方法、思路，全力支持學(xué)生有創(chuàng)意的想法或做法，這樣能鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)和激發(fā)他們的創(chuàng)新精神，提高他們的綜合素質(zhì)。

6.培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)變能力

由于虛擬機(jī)器人的運(yùn)行會受場景、時間等因素的影響，所以制作機(jī)器人時要考慮很多因素。例如，在虛擬機(jī)器人（足球、滅火燈）的制作環(huán)節(jié)，競賽要求選手根據(jù)實(shí)際情況，不斷搭建、編程、調(diào)試，完成規(guī)定的競賽項(xiàng)目，具備應(yīng)變能力和處理突發(fā)事件的能力，這就要求教師在平時訓(xùn)練中要注重培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)變能力。

7.培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)習(xí)慣與邏輯思維能力

從機(jī)器人的搭建，到讓機(jī)器人完成既定任務(wù)，是一個漫長的過程。要讓設(shè)計(jì)的機(jī)器人完成任務(wù)，程序必不可少，而設(shè)計(jì)者的想法與策略是否合理，機(jī)器人的行動就是最好的檢驗(yàn)。在程序的編寫過程中，即使是最微小的語法錯誤，也會影響到機(jī)器人的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，所以完成程序的編寫及調(diào)試的過程，是對學(xué)生邏輯思維能力及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)習(xí)慣進(jìn)行訓(xùn)練的最佳機(jī)會。經(jīng)過編程洗禮的學(xué)生，在學(xué)習(xí)及日后的工作、生活中必將擁有更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)思維習(xí)慣。

● 虛擬機(jī)器人教育發(fā)展未來展望

虛擬機(jī)器人教育有如下一些特點(diǎn)：①在設(shè)計(jì)和搭建虛擬機(jī)器人的過程中，不僅要動腦，更重要的是要動手。②在控制機(jī)器人實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)任務(wù)的過程中，不僅要運(yùn)用物理學(xué)中的力學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)、運(yùn)動學(xué)等基礎(chǔ)知識，而且還要運(yùn)用機(jī)械學(xué)中的齒輪傳動、帶條傳動、連桿傳動等聯(lián)動原理知識。③在操作機(jī)器人完成工作的過程中，要運(yùn)用電腦編程知識。④對已經(jīng)搭建好、能夠正常工作的機(jī)器人的形體進(jìn)行審美選擇，既保持個性形體，也要運(yùn)用美學(xué)方面的知識。⑤比賽過程中的團(tuán)隊(duì)合作，要求參賽隊(duì)員之間的相互合作、隊(duì)與隊(duì)之間的友誼合作等，要運(yùn)用社會公德和約定俗成的文化知識。因此，虛擬機(jī)器人教育必將受到青少年學(xué)生、家長、教育機(jī)構(gòu)以及當(dāng)今社會的歡迎。由于我國的虛擬機(jī)器人教育才剛剛起步，所以筆者希望它能得到社會各界有識之士的支持和關(guān)注，特別是希望有識的教育決策者、教育領(lǐng)導(dǎo)者和教育工作者能夠抓住這一教育改革創(chuàng)新的先機(jī)，推進(jìn)我國素質(zhì)教育的可操作性實(shí)踐發(fā)展，將信息技術(shù)教育推進(jìn)到一個新的高度。

目前，中小學(xué)虛擬機(jī)器人教育活動已從原來僅限于在科技站、少年宮里進(jìn)行，發(fā)展到學(xué)校，走進(jìn)了課堂。虛擬機(jī)器人大賽能讓中小學(xué)生較早地接觸到科技新知識，從而接受動手、動腦等方面能力的訓(xùn)練。相信隨著中小學(xué)虛擬機(jī)器人教育實(shí)踐的不斷開展，機(jī)器人教育條件的不斷成熟，我國的中小學(xué)虛擬機(jī)器人教育必將迎來一個快速發(fā)展期。