彭建盛

河池學(xué)院物理與機電工程學(xué)院 廣西宜州 546300

在1962年，美國研制出了世界第一臺工業(yè)機器人，此后機器人逐漸成為一個全球性的產(chǎn)業(yè)[1]，在智能家居、教育教學(xué)、社會治安、醫(yī)療陪護(hù)等各個方面中發(fā)揮了巨大的作用。因此，機器人教育逐漸成為國內(nèi)外教育各界關(guān)注的熱點，并將機器人教育納入到學(xué)校的教學(xué)中，積極探索了如何開發(fā)適合于各個階段學(xué)生學(xué)習(xí)的機器人技術(shù)的課程資源。以2002年麻省理工“開放課件計劃”(Open Courseware Project)所引發(fā)的全球性的開放教育資源(Open Educational Resource)運動為肇始[2]，之后以互聯(lián)網(wǎng)為核心的混合式學(xué)習(xí)(Blended Learning)、翻轉(zhuǎn)課堂(Flipped Classroom)、微課(Micro-lesson)、慕課(MOOCs)等新教學(xué)模式相繼出現(xiàn)，這些新的教學(xué)模式在國內(nèi)教育界正掀起一場理念和技術(shù)相結(jié)合的教育方法大變革，這對于提高課程的教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)人才具有重大的現(xiàn)實意義。20世紀(jì)90年代，全球刮起了一場機器人競賽熱潮，如：日本的RoboCup機器人足球競賽、美國三一學(xué)院的JackMendelssohn教授最先提出的機器人滅火比賽、1998年成立的國際機器人奧林匹克競賽以及FLL世錦賽等[3]。機器人教育的發(fā)展成為一種趨勢，促進(jìn)了各類教育機器人的誕生，為中小學(xué)提供了各種物美價廉的機器人，為教學(xué)機器人進(jìn)入中小學(xué)提供了物質(zhì)條件[4]，一種基于Basic單片機的機器人，它物美價廉，簡單易學(xué)，適合各個階段的學(xué)生的入門學(xué)習(xí)，這也是本文選擇它作為課程資源開發(fā)的原因。

1 機器人課程資源的研究現(xiàn)狀

科技的發(fā)展，教育的變革，促進(jìn)了機器人教育在校園的發(fā)展，但就總體而言，機器人教育在全球范圍內(nèi)都處于起步階段[5]。因此，在機器人課程資源開發(fā)方面缺乏系統(tǒng)的理論指導(dǎo)，導(dǎo)致機器人課程資源參差不齊，教學(xué)目標(biāo)不明確。越來越多學(xué)?？释@得優(yōu)質(zhì)的機器人課程資源，尤其是對于缺乏專業(yè)師資隊伍的中小學(xué)來說，更加期望獲得優(yōu)質(zhì)的資源。在1994年，麻省理工學(xué)院設(shè)立了“設(shè)計和建造LEGO機器人”課程(Martin)[6]，這是機器人進(jìn)入大學(xué)課堂的一個重要標(biāo)志。一開始，機器人教育主要以傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行授課，課程資源主要為教師制作的教學(xué)課件。但近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和智能手機、平板電腦的普及，出現(xiàn)了以新穎課件設(shè)計和教學(xué)組織形式而著稱的“微課”，它主要以微課視頻資源為主，可以添加音頻、背景、動漫助教等功能，具有內(nèi)容少、主題突出的特點，使微課視頻資源成為獨具時代特色的網(wǎng)絡(luò)課程資源。接著是以教學(xué)視頻資源為主的慕課教學(xué)模式的出現(xiàn)，它在世界各地的大學(xué)掀起了一股網(wǎng)絡(luò)教育新潮流，極大地促進(jìn)了教學(xué)視頻資源的發(fā)展和傳播。然后是最近由清華大學(xué)和MOOC平臺“學(xué)堂在線”推出的混合式教學(xué)工具“雨課堂”的出現(xiàn)，“雨課堂”主要用于開發(fā)“雨課堂”教學(xué)資源，雨課堂教學(xué)資源改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，增進(jìn)了師生間的互動，并且能讓教師實時獲取學(xué)生學(xué)習(xí)情況[7]，成為一種新穎的教學(xué)課程資源。此外還有翻轉(zhuǎn)課堂、精品課堂、快課等教學(xué)模式，它們共同促進(jìn)了機器人課程資源的發(fā)展，使課程資源類型多樣化。但是，目前機器人教育正處于起步階段，而機器人課程資源開發(fā)也僅處在探索階段。

慕課、微課、“雨課堂”等新教學(xué)模式得到了飛速的發(fā)展，與它們相對應(yīng)的課程資源分別為教學(xué)視頻資源、微課視頻資源、“雨課堂”教學(xué)資源。慕課、微課、“雨課堂”之所以能得到快速的發(fā)展，一方面是得益于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，另一方面是因為與之相對應(yīng)的課程資源有著自己獨特的特點，從而促進(jìn)了它們的發(fā)展。這3種課程資源的優(yōu)缺點如下所述。

(1)教學(xué)視頻資源主要以慕課的形式在網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳播分享，它具有內(nèi)容多樣、傳播范圍廣、不受區(qū)域限制等優(yōu)點，但它也使得師生缺乏了面對面的互動。(2)微課視頻資源具有內(nèi)容少、靈活性大、能突出主題等優(yōu)點，但它內(nèi)容碎片化、不系統(tǒng)，不能長期作為課堂授課資源使用。(3)“雨課堂”教學(xué)資源以微信和PPT為基礎(chǔ)，具有操作簡單、互動性強、實時反饋信息齊全等優(yōu)點，但它易受網(wǎng)絡(luò)影響，目前只支持單選題和多選題。

根據(jù)我國現(xiàn)階段機器人教育存在的問題，運用現(xiàn)有先進(jìn)信息科學(xué)技術(shù)以及攝影設(shè)備，并結(jié)合機器人技術(shù)理論知識與先進(jìn)的教學(xué)理論，開發(fā)一套適用于中小學(xué)以及高校等各階段學(xué)生學(xué)習(xí)的機器人課程資源，并將課程運用到廣西高校系統(tǒng)控制與信息處理重點實驗室和河池學(xué)院教育機器人培訓(xùn)中心中，根據(jù)學(xué)生的反饋了解他們對課程的興趣和掌握程度，從而對他們的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評價和檢驗，以此為依據(jù)對課程資源進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整，并為下一步的研究提出意見和建議。

2 課程資源開發(fā)方案的確立

優(yōu)質(zhì)的機器人課程資源的開發(fā)往往需要用到多種教學(xué)模式，因為每種教學(xué)模式都有與它相對應(yīng)的課程資源類型，在課程資源開發(fā)過程中，應(yīng)綜合利用不同課程資源的優(yōu)點，做到優(yōu)勢互補，為了讓課程資源適用于各個階段的學(xué)生，并解決機器人教育現(xiàn)階段所面臨的問題。本課程資源將采用慕課(MOOCs)、微課(Micro-lesson)、“雨課堂”等教學(xué)模式相結(jié)合的方式，開發(fā)出一套適用于各階段學(xué)生學(xué)習(xí)的Basic單片機機器人課程資源。

通過對慕課(MOOCs)、微課(Micro-lesson)、“雨課堂”等教學(xué)模式的課程資源的研究與分析，綜合現(xiàn)階段機器人教育所面臨的問題，本課程資源將以圖1所示方式進(jìn)行開發(fā)。

圖1 課程資源開發(fā)示意圖

3 Basic單片機機器人課程資源的結(jié)構(gòu)與內(nèi)容

3.1 硬件基礎(chǔ)

本課程使用的機器人是的DM-E132兩輪智能機器人，它是本課程資源的硬件基礎(chǔ)，它主要由面包板、主控板、車身、舵機、塑膠輪子、萬向輪、電池盒共七部分組成。它的編輯語言是Basic語言，簡單易學(xué)，適合各階段學(xué)生的機器人入門學(xué)習(xí)。

3.2 課程資源的結(jié)構(gòu)

本課程資源的開發(fā)借鑒了慕課、微課、“雨課堂”等教學(xué)模式的成功經(jīng)驗，旨在為我國在機器人教育的起步階段面臨的問題的解決提供經(jīng)驗。因此，本課程的資源比較多，可以面向各個階段的學(xué)生。本課程資源主要包括了：技術(shù)文檔、參考程序、教學(xué)視頻、交互式微課小視頻、“雨課堂”課件、“雨課堂”試題等資源。根據(jù)不同劃分有不同的結(jié)構(gòu)。

(1)按獲取知識的方式劃分，本課程資源可以分為學(xué)生自學(xué)部分和教師授課部分。其中技術(shù)文檔、參考程序、教學(xué)視頻、交互式微課小視頻屬于學(xué)生自學(xué)部分，“雨課堂”課件和試題屬于教師授課部分，“雨課堂”試題又分課前預(yù)習(xí)題和課后練習(xí)題(如圖2所示)。

圖2 按獲取知識方式劃分課程資源結(jié)構(gòu)示意圖

(2)按教學(xué)模式的不同劃分，可以將課程資源分為慕課、微課、“雨課堂”這三部分內(nèi)容(如圖3所示)。

圖3 按課程模式劃分課程資源結(jié)構(gòu)示意圖

(3)按課程資源類型的不同，可以將它分為文檔類、視頻、“雨課堂”PPT這三類。其中視頻包括慕課視頻和交互式微課小視頻，慕課視頻又由電路搭建視頻、程序調(diào)試視頻和項目效果視頻三部分視頻組成。文檔類包括技術(shù)文檔、參考程序(如圖4所示)。

圖4 課程資源類型結(jié)構(gòu)示意圖

4 “雨課堂”教學(xué)資源與教學(xué)視頻資源的開發(fā)

“雨課堂”教學(xué)材料和教學(xué)視頻是本課程資源的主要組成部分，其中“雨課堂”教學(xué)材料主要用于教師的授課，教學(xué)視頻主要用于學(xué)習(xí)者的自學(xué)或預(yù)習(xí)?！坝暾n堂”教學(xué)材料和課程視頻的開發(fā)是本論文的主要研究內(nèi)容，本章主要介紹“雨課堂”教學(xué)材料和課程視頻的設(shè)計與開發(fā)。

4.1 “雨課堂”教學(xué)資源的設(shè)計與開發(fā)

“雨課堂”是由學(xué)堂在線與清華大學(xué)共同推出的一款新型教學(xué)工具。它實現(xiàn)了微信和PPT教學(xué)課件的結(jié)合，簡單實用，易上手。通過“雨課堂”教師可以根據(jù)課程需要在課前發(fā)送課前預(yù)習(xí)資料或課前預(yù)習(xí)題、課上發(fā)送限時隨堂測試、課后發(fā)送課后練習(xí)題到學(xué)生微信上，并可以通過手機查看每個學(xué)生的做題情況以及每道題的正確率。在課上，教師可以通過手機將教學(xué)PPT和講解語音發(fā)送給學(xué)生，學(xué)生邊看、邊聽，學(xué)生不懂時可以點擊相應(yīng)標(biāo)簽進(jìn)行反饋，教師可以通過手機查看每部分內(nèi)容有多少人不懂，從而根據(jù)學(xué)生掌握情況進(jìn)行進(jìn)一步的講解?！坝暾n堂”還具有彈幕功能，可以活躍課堂氣氛；課程結(jié)束后還可以收集學(xué)生答題的數(shù)據(jù)?！坝暾n堂”教學(xué)資源的開發(fā)總流程圖如圖5所示。

圖5 “雨課堂”教學(xué)資源的開發(fā)總流程圖

4.2 視頻資源的設(shè)計與開發(fā)

教學(xué)視頻在豐富課程內(nèi)容和吸引學(xué)生注意力方面有著重要的作用。教學(xué)視頻在本課程資源中主要用于學(xué)生的自學(xué)或預(yù)習(xí)，是課程資源的重要組成部分。教學(xué)視頻主要以慕課的形式在網(wǎng)上進(jìn)行傳播與分享，它主要由電路搭建視頻、程序調(diào)試視頻和項目效果視頻三部分組成，教學(xué)視頻的制作流程如圖6所示。

圖6 教學(xué)視頻的制作流程

5 結(jié)語

本課程資源在開發(fā)過程中，通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，對我國機器人教育現(xiàn)階段存在的問題進(jìn)行了總結(jié)和分析，并結(jié)合慕課、微課、“雨課堂”等教學(xué)模式，開發(fā)出了資料齊全、應(yīng)用范圍更廣的基于Basic單片機機器人的課程資源，為機器人教育面臨問題的解決、機器人課程資源的開發(fā)以及教學(xué)方式的改革等各方面提供了一定的經(jīng)驗。機器人教育將會被越來越多的學(xué)校關(guān)注，它的普及也只是時間問題，相信在不久的將來，各種機器人課程資源會相繼出現(xiàn)，現(xiàn)階段面臨的問題也將會被解決。

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