顧建新　曹新紅

摘要：人才作為國家長久發(fā)展的動力，教育是培養(yǎng)人才的主要手段。機(jī)器人教育在進(jìn)入到高中課程體系之后，可以有效提升學(xué)生創(chuàng)新能力。本文在對機(jī)器人課程提升學(xué)生創(chuàng)新能力分析研究過程中，首先對機(jī)器人課程進(jìn)行了解，然后對機(jī)器人課程應(yīng)用案例進(jìn)行分析，通過大量實(shí)際案例了解機(jī)器人課程優(yōu)勢，希望可以為教育人員提供一定幫助。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人課程；創(chuàng)新能力；青少年機(jī)器人組比賽

一、 前言

任何課程最終目的就是提高學(xué)生能力。機(jī)器人課程目前已經(jīng)在高中課程體系應(yīng)用了一段時間，按照現(xiàn)階段應(yīng)用情況來說，機(jī)器人課程可以有效推動學(xué)生全面發(fā)展，尤其是對學(xué)生創(chuàng)新能力提升上，機(jī)器人課程優(yōu)勢更加突出。

二、 機(jī)器人課程概述

（一） 機(jī)器人課程

機(jī)器人課程也可以稱之為教育機(jī)器人，是機(jī)器人教育開展媒介。機(jī)器人課程主要由四部分構(gòu)成，分別為控制終端、傳感器、執(zhí)行部件及動力系統(tǒng)，其中控制終端可以比喻為人體的大腦，承擔(dān)處理數(shù)據(jù)及傳達(dá)指令職責(zé)；傳感器就好像人體的五官，承擔(dān)著接受外部信息職責(zé)；執(zhí)行部件主要承擔(dān)落實(shí)控制終端指令的職責(zé)；動力系統(tǒng)為機(jī)器人運(yùn)動提供動力。之所以在高中課程體系中開展機(jī)器人課程，主要目的就是希望學(xué)生在學(xué)習(xí)及操作機(jī)器人過程中，提高高中教育效果，通過機(jī)器人平臺，在最短時間及資源情況之下，全面推動學(xué)生發(fā)展，進(jìn)而獲取最佳教學(xué)效果，并且減少教師工作量。

（二） 基本類型

根據(jù)我國著名教育研究人員彭紹東所發(fā)表的《機(jī)器人教育》研究成果中，機(jī)器人課程主要可以分為五種類型，分別為機(jī)器人學(xué)科教學(xué)、機(jī)器人輔助教學(xué)、機(jī)器人管理教學(xué)、機(jī)器人代理事務(wù)、機(jī)器人主持教學(xué)。

（三） 特征

1. 教育性

通過機(jī)器人課程，學(xué)生可以學(xué)習(xí)到更多電子、計算機(jī)、物理等方面的知識，同時還可以在實(shí)際操作中，將理論知識轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際技能，引導(dǎo)學(xué)生形成良好思維模式，加強(qiáng)學(xué)生人際交往能力，提升學(xué)生創(chuàng)新能力。

2. 娛樂性

高中開展機(jī)器人課程，主要目的就是提升學(xué)生創(chuàng)新能力，進(jìn)而對機(jī)器人課程要求較低，主要是在真實(shí)環(huán)境之下，讓學(xué)生可以自主發(fā)現(xiàn)及解決問題，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，所設(shè)計出來的機(jī)器人作品和學(xué)生日常生活相貼近，具有較強(qiáng)娛樂性。

3. 游戲性

高中階段機(jī)器人課程在開展中，大部分課程都屬于實(shí)踐性課程，同時在實(shí)踐活動過程中，開展多樣化的游戲比賽，讓學(xué)生可以自主參與到機(jī)器人課程之中，全面推動學(xué)生發(fā)展。

4. 學(xué)科綜合性

機(jī)器人自身就包含多種學(xué)科內(nèi)容，同時機(jī)器人所能夠應(yīng)用的領(lǐng)域又十分廣泛，進(jìn)而機(jī)器人課程具有十分顯著學(xué)科綜合性特征。

三、 基于機(jī)器人課程提升學(xué)生創(chuàng)新能力的案例分析

機(jī)器人課程作為高中技術(shù)教育重要組成部分，在提升學(xué)生信息素養(yǎng)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神等方面具有重要作用。按照現(xiàn)階段機(jī)器人課程開展情況來說，機(jī)器人課程得到了學(xué)生高度關(guān)注，每年都會有很多學(xué)生參與到機(jī)器人課程中，但是由于受到場地、器材等因素限制，大部分機(jī)器人課程依舊采取小組形式開展活動。即便是這種教學(xué)模式，高中機(jī)器人課程依舊取得了良好成果，學(xué)生創(chuàng)新能力得到了顯著提升。機(jī)器人課程提升學(xué)生創(chuàng)新能力時，主要可以從以下幾方面開展：

（一） 創(chuàng)造條件，在實(shí)踐中提升

對于大部分高中信息技術(shù)教師而言，都具有一定時間工作經(jīng)驗(yàn)，但是引導(dǎo)學(xué)生開展機(jī)器人課程教學(xué)活動，讓學(xué)生自主參與到機(jī)器人設(shè)計及實(shí)踐中，對于信息技術(shù)教師來說都是一個挑戰(zhàn)。筆者認(rèn)為，在現(xiàn)階段，機(jī)器人設(shè)計主要應(yīng)用C語言進(jìn)行編程，機(jī)器人編程相對簡單。因此，信息技術(shù)教師就可以為學(xué)生提供機(jī)器人編程的機(jī)會，增加教師和學(xué)生之間溝通交流，真正做到學(xué)以致用。

例如：在速度的計算活動中，教師應(yīng)該將學(xué)生劃分為多個小組，通過小組方式開展活動。速度的計算活動目標(biāo)為：如何讓機(jī)器人在有限體積情況下，在最短時間中通過直道，然后自動判斷障礙物回歸到起點(diǎn)。這樣學(xué)生所需要解決的問題也就產(chǎn)生了，怎樣制作速度最快的小車？教師在引導(dǎo)學(xué)生的過程中，僅僅需要對方法簡單闡述，然后學(xué)生自行設(shè)計。當(dāng)然，學(xué)生憑借自身生活經(jīng)驗(yàn)，都會將機(jī)器人制作成為汽車形狀，但是最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不理想。教師并不給予引導(dǎo)，讓學(xué)生自行對汽車分析觀察。在下次實(shí)踐訓(xùn)練過程中，學(xué)生更換了汽車輪胎，從四輪轉(zhuǎn)變?yōu)楠?dú)輪，這樣汽車在直道中速度顯著提升。學(xué)生在解決學(xué)習(xí)過程中，產(chǎn)生了多種解決思路，每一種方法都存在優(yōu)缺點(diǎn)，但是目的都在于解決該道路問題。

通過上述教學(xué)活動，在資源有限情況下，學(xué)生可以積極參與到機(jī)器人課程活動中，讓學(xué)生感受到機(jī)器人魅力，學(xué)生也可以將理論內(nèi)容及實(shí)踐相結(jié)合，提高學(xué)生創(chuàng)新能力。

（二） 合理規(guī)劃，提升資金利用率

機(jī)器人課程教學(xué)活動在開展過程中，需要專門硬件設(shè)置保證。在課堂教學(xué)活動中，所應(yīng)用到的窗簾必須具有良好的遮光效果，采取日常燈照明，同時為機(jī)器人軟件程序編寫配備計算機(jī)。學(xué)校可以為學(xué)生設(shè)置專門技術(shù)間，要是機(jī)器人活動場所需求較大，就必須對機(jī)器人課程活動合理規(guī)劃，一個場地內(nèi)開展多樣活動，共同享用空間。這種空間規(guī)劃方式，在提高空間利用率情況下，還可以培養(yǎng)學(xué)生整理習(xí)慣。當(dāng)然，機(jī)器人程序編寫及組裝最好在同一個場地中實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生可以及時協(xié)調(diào)機(jī)器人程序。

為了保證機(jī)器人課程活動順利開展，機(jī)器人教學(xué)活動器材選購也十分關(guān)鍵?，F(xiàn)階段，機(jī)器人課程所應(yīng)用到的教學(xué)器材類型較多，在應(yīng)用方便、性能、價格、質(zhì)量等方面存在較大差異。所以，機(jī)器人課程在采購器材時，必須按照學(xué)校機(jī)器人課程實(shí)際情況及需求，積極采集學(xué)校管理部門意見。筆者在經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用認(rèn)為，沒有最佳機(jī)器人器材，只有最適合機(jī)器人課程的器材。

（三） 細(xì)心篩選，協(xié)調(diào)各方面關(guān)系

機(jī)器人課程屬于綜合性學(xué)科，其中包含多個學(xué)科內(nèi)容，這就需要學(xué)生具有良好的數(shù)學(xué)及物理等方面知識，并且具有良好合作能力及動手實(shí)踐能力。所以，機(jī)器人小組學(xué)生必須具有全面素質(zhì)，同時具有良好的心理素質(zhì)。筆者在分析之后認(rèn)為，學(xué)校可以定期開展信息技術(shù)方面比賽，讓學(xué)生對機(jī)器人程序及問題處理方法深入了解，然后提高對機(jī)器人硬件問題處理強(qiáng)度，學(xué)生及教師之間還應(yīng)該深入溝通交流。我國教育部門正式確立了“初高中機(jī)器人教學(xué)組”，同時制定了《初高中機(jī)器人課程教學(xué)意見》，在全國范圍內(nèi)相互開展了機(jī)器人課程評價活動。這就表示，我國正在廣泛開展機(jī)器人教育。endprint

例如，在我國所開展的機(jī)器人青少年組比賽，在搬運(yùn)項目過程中，整個比賽并不具備任何規(guī)章制度，學(xué)生只需要按照圖紙及器材完成比賽就可以。在這種教學(xué)模式之下，學(xué)校可以將學(xué)生劃分為不同小組，每一個學(xué)校小組學(xué)生提出針對性計劃，然后采集不同方案意見。學(xué)生分析不同方案的優(yōu)劣，同時對每一個教學(xué)方案是否可以操作可能性分析，機(jī)器人設(shè)計之后是否具有現(xiàn)實(shí)意義。學(xué)生所提交方案內(nèi)容涉及多個方面，大部分方案雖然表面看起來并不完善，部分方案甚至并不具備操作性，但是學(xué)生卻在方案設(shè)計過程中提高了自身創(chuàng)新能力，部分學(xué)生所提出的方案還具有一定意義。如，在比賽中一個學(xué)生所提的方案為：應(yīng)用兩個光電搬運(yùn)小車進(jìn)而完成比賽任務(wù)。但是兩個小車在線路規(guī)劃上還存在一定不足，小車之間相互并不阻擋，怎樣才可以保證小車良好效果，學(xué)生具有較高自主參與性，具有較強(qiáng)創(chuàng)新意識，最終所取得的效果也十分理想。該名學(xué)生在全面機(jī)器人青少年組比賽中獲得了良好成績。在比賽結(jié)束之后，裁判給予了熱烈掌聲，對學(xué)生給予了高度評價。

（四） 學(xué)生主體，教師輔導(dǎo)

學(xué)生作為機(jī)器人課程活動的主體，一直都是課程重點(diǎn)。例如，在我國所開展的任何類型機(jī)器人比賽中，教師都不允許進(jìn)入到比賽場地中，學(xué)生需要自行解決自身所遇到的問題。所以，機(jī)器人課程教學(xué)活動在開展過程中，任何教學(xué)活動都必須以學(xué)生作為核心，讓學(xué)生成為機(jī)器人搭建到調(diào)試整個流程，全部以學(xué)生自行主導(dǎo)，教師僅僅起到輔助性作用。學(xué)生自主參與到機(jī)器人制作中，這樣學(xué)生才可以真正認(rèn)識到機(jī)器人理論，同時按照實(shí)際要求完成機(jī)器人任務(wù)。

例如，在機(jī)器人集裝箱搬運(yùn)項目中，一般機(jī)器人具有多種設(shè)計方法，機(jī)器人為了完成某一任務(wù)，最終所設(shè)計的形態(tài)存在較大差異。任何教師都不會說自身的設(shè)計是最好的，同理教師也不應(yīng)該將這種想法教給學(xué)生，一旦學(xué)生在教師思想約束之下，也無法提升自身創(chuàng)新能力。機(jī)器人集裝箱搬運(yùn)項目對高中階段的學(xué)生來說，設(shè)計難度較高。學(xué)生在參與項目過程中，都需要自主設(shè)計一個機(jī)器人，該機(jī)器人按照軌道行駛，在繞過障礙物之后，搬起一個集裝箱重新回到起點(diǎn)。整個運(yùn)動都必須沿著軌道行駛，不允許脫離軌道。學(xué)生在解決機(jī)器人軌道行駛問題之后，就需要解決機(jī)器人搬運(yùn)集裝箱問題。由于比賽條件約束，學(xué)生已經(jīng)應(yīng)用了兩個馬達(dá)作為驅(qū)動力，怎樣讓馬達(dá)轉(zhuǎn)動，然后將集裝箱搬回來。學(xué)生自行反復(fù)思考到3天之后，教師可以適當(dāng)進(jìn)行輔導(dǎo)，假裝做成了一個夾子。機(jī)器人集裝箱搬運(yùn)問題在解決之后，學(xué)生學(xué)會了解決問題，進(jìn)而解決項目問題。

（五） 分工合作

大部分機(jī)器人課程活動在開展過程中，基本上都是以單元作為劃分單位，幾個學(xué)生劃分為一個學(xué)習(xí)小組。例如，在機(jī)器人足球比賽活動中，學(xué)生就可以分為兩組，分別為防守機(jī)器人及進(jìn)攻機(jī)器人，學(xué)生分別承擔(dān)搭建機(jī)器人及程序編寫作用。學(xué)生在完成整個機(jī)器人足球比賽任務(wù)之后，小組內(nèi)學(xué)生應(yīng)該合理配合及分工，可以有效提高學(xué)生合作意識。實(shí)際上，機(jī)器人小組是一個整體，并不是一個學(xué)生就可以參加，需要小組中學(xué)生一同努力，大家相互溝通交流，這樣才可以保證機(jī)器人課程最終教學(xué)效果。

（六） 利用網(wǎng)絡(luò)，獲得幫助

在互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展過程中，學(xué)生在實(shí)際學(xué)習(xí)過程中，可以通過網(wǎng)絡(luò)尋找自身機(jī)器人設(shè)計所需要的資料，這樣才可以創(chuàng)新機(jī)器人，有效解決學(xué)生在機(jī)器人制作過程中所遇到的問題。例如，學(xué)生在對某機(jī)器人了解時，可以通過微博及QQ和機(jī)器人生產(chǎn)廠家溝通交流，廠家中的專業(yè)人員解答學(xué)生在機(jī)器人理解上所遇到的問題，并且專業(yè)人員也可以給予學(xué)生專業(yè)指導(dǎo)。

（七） 任務(wù)驅(qū)動，由易到難

機(jī)器人課程教學(xué)活動在開展過程中，都應(yīng)該從簡單到難過渡。教師在實(shí)際教學(xué)過程中，應(yīng)該合理劃分學(xué)生任務(wù)，遵循由易到難準(zhǔn)則，逐漸完成機(jī)器人課程教學(xué)任務(wù)。

例如，從棒球小子到家庭中央控制系統(tǒng)。學(xué)生在剛開始學(xué)習(xí)過程中，可以選對棒球機(jī)械小子項目進(jìn)行設(shè)計，了解機(jī)器人中機(jī)械手設(shè)計方式，教師引導(dǎo)學(xué)生對機(jī)械人問題深入思考，細(xì)致劃分問題，借助多樣化問題凝聚學(xué)生思維。首先，教師可以先問學(xué)生：機(jī)械手在家庭中應(yīng)用的優(yōu)勢？學(xué)生在深入分析之后認(rèn)為：機(jī)械手可以抓住公文包，然后通過密碼開關(guān)控制。學(xué)生在深入對機(jī)器人理論學(xué)習(xí)之后，教師可以通過組合創(chuàng)造法問學(xué)生：智能控制及機(jī)械手，房間是否可以智能化轉(zhuǎn)變。在教師引領(lǐng)之下，學(xué)生在傳統(tǒng)基礎(chǔ)之上，基本上完成了智能化房間設(shè)計任務(wù)。

（八） 做好準(zhǔn)備工作

現(xiàn)階段，機(jī)器人所存在的主要問題體現(xiàn)在靈敏度及精度上面。在我國機(jī)器人保齡球比賽中，部分機(jī)器人由于受到電池及場地光線等因素影響，造成機(jī)器人無法順利完成比賽任務(wù)，中途退出比賽。任何機(jī)器人活動在結(jié)束之后，教師及學(xué)生都應(yīng)該對活動整個過程思考，認(rèn)識到機(jī)器人活動所存在的問題，進(jìn)而總結(jié)自身在機(jī)器人制作上面的經(jīng)驗(yàn)。學(xué)生所積累的經(jīng)驗(yàn)，可以提升學(xué)生技術(shù)水平，同時還可以提升學(xué)生心理素質(zhì)。

四、 結(jié)論

按照上文分析可知，機(jī)器人課程想要提升學(xué)生創(chuàng)新能力，筆者認(rèn)為可以從以下幾方面入手：（1）為學(xué)生創(chuàng)造條件，只有在具有條件之后，才可以說提升學(xué)生創(chuàng)新能力；（2）合理規(guī)劃，提高機(jī)器人課程教學(xué)資源利用率；（3）合理篩選機(jī)器人知識，協(xié)調(diào)各種知識之間關(guān)聯(lián)；（4）讓學(xué)生成為機(jī)器人課程主體，教師僅僅起到輔導(dǎo)作用；（5）合理劃分學(xué)生制作內(nèi)容，提高學(xué)生合作意義；（6）通過互聯(lián)網(wǎng)獲取更多資源，解決學(xué)生在機(jī)器人課程學(xué)習(xí)上所遇到的問題；（7）通過任務(wù)驅(qū)動，由易到難開展教學(xué)活動，根據(jù)一定順序落實(shí)機(jī)器人課程。

參考文獻(xiàn)：

[1]季凡杰.淺談依托電腦作品制作活動，提升學(xué)生的信息素養(yǎng)與創(chuàng)新能力[J].科技展望，2017，（06）：190.

[2]劉峰，魏明，馬愛民.基于機(jī)器人活動的交通設(shè)備與控制工程專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式[J].科技視界，2015，（11）：96-97.

[3]閻世梁，張華，肖曉萍，王銀玲，熊開封.高等工程教育中的機(jī)器人教育探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2013，（08）：149-152，196.

[4]王標(biāo)，李彩林.基于大學(xué)生科技創(chuàng)新活動開展的學(xué)生就業(yè)能力提升策略探究——以桂林電子科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院為例[J].科技視界，2016，（07）：48.

[5]王海珍.創(chuàng)新教育與當(dāng)代高等教育[J].高等理科教育，2002，（5）.

[6]梁上燕，孫建安.對高校傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的反思[J].西北成人教育學(xué)報，2007，（4）.

作者簡介：

顧建新，江蘇省泰興市教師發(fā)展中心；

曹新紅，江蘇省泰興市第四高級中學(xué)。endprint