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浅谈中学机器人教学活动的开展

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21世纪是一个科学飞速发展、世界竞争日益激烈的时代。江泽民总书记曾指出：“创新是一个民族进步的灵魂”。随着计算机技术和人工智能技术的飞速发展，在中小学各种形式的电脑机器人竞赛在各地纷纷展开，全国和省、地市每年都举行大规模的机器人竞赛。当前中小学机器人活动主要是限在学校兴趣小组、科技站、少年宫里进行，且主要是组织学生参加机器人比赛。实际上，机器人教学的内容丰富和多彩，在中学的全体学生中普及开展机器人教学，让机器人教学走进课堂，对于多方面培养学生的创新精神和实践能力，对于推进素质教育的发展，探索如何培养学生去更好地面对未来的挑战，具有重要的意义，

机器人教学作为信息技术学科的一个重要组成部分将给信息技术基础教育带来一股新的活力。

一、当前中学机器人活动开展的情况

在发达国家，机器人教学实践活动已作为中小学信息技术的必修课在开展，我国教育部从2003年起，把中小学机器人比赛纳入全国中小学电脑制作活动，同时普通高中新课程在信息技术课程标准及通用技术标准中分别将人工智能技术、简易机器人制作列入选修内容。在中小学深入广泛开展电脑机器人教学活动，是落实中小学新课标要求，是认真落实开展素质教育的一项崭新的内容。

作为推动机器人普及的机器人比赛，各省市和全国每年都举行多种形式不同的机器人竞赛，有机器人常规竞赛、机器人灭火比赛、机器人足球比赛、FLL机器人挑战赛、机器人工程设计比赛、机器人创意设计比赛等。

由中国科协主办的“中国青少年机器人竞赛”是一项全国性的、大型的、具有较高水平的机器人比赛，该竞赛每年举行一次，由地市、省级及全国比赛三级组成。首届全国青少年机器人大赛举办于2000年，当时只有十几所中小学组队参赛，而目前每届机器人比赛的参赛队伍都在几百支以上，许多优秀选手更是走出国门，参加国际机器人竞赛。

由全国青少年科技活动领导小组主办的“全国青少年科技创新大赛”也包含有机器人比赛，该比赛项目内容较少，其中“中国青少年机器人竞赛”中的机器人创意设计比赛项目作为全国青少年科技创新大赛机器人创意设计展示项目初评的组成部分，从中评出优秀作品。由教育部主办的“全国中小学电脑制作活动”，其项目内容也包含有“机器人竞赛”。它是一项旨在普及并促进我国中小学信息技术教育教学，紧密围绕当地中小学信息技术教育的课程教学实践活动，激发创新精神、吸引学习兴趣，展示我国中小学生信息技术实践成果的全国性评比活动。

二、中学机器人教学活动开展的意义

新的高中信息技术、通用技术课程标准已列入了有关人工智能、简易机器人内容，但机器人教学开展的意义还不能得到有效地重视。实际上，从已开展机器人教育的中小学的情况看，这一活动益处很多。机器人教学可以使信息技术课程更完善，更好地培养学生关于信息的获取、加工和发布能力。现在的信息技术教材关于信息素养的培养，一般都是写网上查找信息，用计算机进行文字、表格或图像视频等的处理。而事实上这些教材内容显得有些枯燥，从实际教学中我们可以感受到学生大部分提不起兴趣、厌学。开展机器人教学，使教学内容具有一定的广度和深度，可以提高学生的学习兴趣，可以使学生更好地了解和掌握更多信息加工和处理的知识、方法。

机器人教学综合性较强，它将有关机械、电子、计算机等技术与各学科有机地融合在一起。学生通过动手实践获取知识，针对项目课题进行研究、策划、设计、组装和测试。他们以小组为单位，使用积木、传感器、马达及齿轮等组件设计自己的机器人，并为机器人编写程序，让它完成自己想让它做的事情，将课堂上的理论知识有效地运用到实践中。学生进一步学会用理论联系实际，不断地去发现问题、解决问题，从单纯的理论学习升华到了具体的实践操作，从而培养了青少年学生的综合实践能力。

机器人教学不仅提高了学生的动手能力，还培养了学生的创新能力。在教学中，教师可提出一些新的课题，组织学生一起探讨、研究，活动的主题显得新颖、有趣。尤为重要的是其问题解决方案是开放性的，学生可以分组学习、研究，得到不同的解决方案，用不同的方法达到同一个目标。因而智能机器人活动能激发学生充分发挥想象力、创造力，有利于培养学生的开放性思维。学生通过主动探索、动手实践，亲身体验抽象的理论如何变成了触手可及的答案，享受成功的兴奋。

当前青少年学生的思想道德已成为一个全社会共同关心的热点问题。除了在学校对学生进行正、反面的宣传教育外，组织开展一些健康有益的兴趣活动，也是对学生进行思想道德教育的一条重要途径。从这一点上来说，利用课外时间开展电脑机器人兴趣活动对于学生的思想道德教育也具有重要的意义。

三、中学机器人教学的主要内容

机器人的教学可分为四个部分来进行。首先，是了解智能机器人的发展、分类与应用。包括：机器人概念、机器人原理、机器人历史、机器人与人、机器人与社会等内容。在教学过程中主要是培养学生学习使用机器人的兴趣，增强学生的信息意识，了解信息技术及科技的发展变化及其对工作和社会的影响。

其次，学习控制机器人的编程语言，当前机器人教学中是用一种新的方式进行编程——图形化编程。这种编程方式是一种可称之为“所见即所得”的程序编写平台，在这种平台上编写程序显得非常简单，机器人的动作可通过拖动一些机器人部件图标，再写入关键的参数来实现，而编程开发平台可自动地将其转换为以C语言或是其它语言的程序代码。开发商提供的机器人产品还提供了多种编程语言的接口，可以根据实际需要进行选择教学。学生在学习过程中可从图形化编程方式入手，学习编写程序指挥机器人做预定的动作，在掌握了图形化编程的基础上，可进一步学习编程语言的知识，了解程序设计的基本思想，培养逻辑思维能力。

接下来是学习智能机器人的基本工作原理，学习各种常见传感器和机械传动装置的基础知识和使用技能，了解机器人的硬件结构体系，重点了解其机械结构、驱动系统、控制系统、感觉系统、通讯系统的原理与结构，学会机器人的模块化组装、控制与维护方法。

最后，学习机器人的应用。了解机器人的功能、应用领域、应用方法与效能，了解机器人以及其他智能电器的操作、使用与维护方法。能在各种机器人知识与能力竞赛中，创造性地综合运用所学知识。这一部分是内容是最让学生感兴趣的，在教学中，教师可给出一些课题，或是由学生自行选择

一些需要解决的课题，然后进行分组学习，探讨和动手实践。通过完成任务和模拟项目使学生在为机器人扩充接口的过程中进一步深入学习机器人知识，

这时候，学生是主体，师生互动，教师为学生提供一些帮助和指导。学生通过主动探索、动手实践，亲自动手实验，学生在学习和使用智能机器人时能够学会如何与他人合作，树立正确的科学态度遵守游戏规则，自觉地按照法律和道德行为使用信息技术，其动手能力、协作能力和创造能力等综合实践能力得到了全面地培养。

四、中学机器人教学活动开展的形式

随着电脑机器人的普及，作为一项推进素质教育、培养学生综合能力的活动，机器人教学将会在近几年内走进普通中、小学校园，在全校范围内进行推广。机器人教学还可与日常的物理化学教学结合起来，通过电脑机器人来完成学科中的一些教学实验，为提高学校的教学质量服务。机器人教学的开展形式可通过以下几个方面来实现：

1、以科技课的方式出现，课程安排“机器人”方面的内容知识，以讲座形式开展教学，还可以听取专家、学者的报告，参观科技馆等形式开展活动。多种形式开展的机器人教学活动可提高学生的学习兴趣，丰富科技课的科技知识含量。

2、以信息技术课内容之一的方式出现在信息技术课上，信息技术课上智能机器人的引入教学，可使学生在学习机器人过程中达到培养信息素养的目的。机器人的编程教学避免了以往算法编程的枯燥、乏味性，同时使学生在体会编程乐趣的同时，给了学生一种发挥创造的空间。

3、以科技竞赛活动为推动力，以课外兴趣小组的方式出现。除了在课上可以接触到智能机器人各方面的知识外，对于感兴趣的学生还可以通过参加课外活动小组的形式，学习到更多的智能机器人知识。

4、在综合实践活动课的大背景下，信息技术与通用技术两门课程结合在一起进行教学。信息技术课中关于机器人教学的重点主要是在于算法和编程、人工智能等部分的教学，侧重于机器人教学的软件部分。而通用技术课中关于机器人教学的重点主要是侧重于机器人的硬件组成，机械结构，电子技术及传感器知识。如处理机器人的硬件设备，安装机器人机械臂、机械爪，红外发射和接受装置、光敏传感器、摄影等设备等。这些内容的教学都需要从事信息技术和通用技术的教师能够相互配合，互为补充，共同推进机器人教学活动的开展。

五、中学机器人教学活动开展所需解决的问题

中学生机器人教学活动如何开展，很多都在摸索与探索之中，首先是师资的培训问题。机器人在中学还是一门新兴的课程，信息技术学科的教师原来不一定有接触和学习过，这要求信息技术学科教师要在教学中边学边教，要利用各种条件先行学习，走在学生的前面。

其次是硬件设施的添置和完善。当前“校校通”工程在各中、小学基本上落实完成，各学校基本上都已有计算机房，在开展机器人教学活动中还需添置购买教学用机器人，建立起以信息技术为核心的低成本高效益的现代化教学环境——“机器人”实验室。

教学资源的开发、收集也是一项重要的任务。可通过教师购买一批丰富的机器人教学信息资源，如光盘、书籍、软件等，同时可充分利用网络资源收集一些机器人课堂教学课件，机器人课堂教学录像，机器人课堂教学案例分析与实践研究等。

在条件可能的情况下，可进一步组织编写电脑机器人校本教材(机器人理论、拼装搭件、程序设计等教学单元)。

中学开展机器人教学活动还有许多问题有待探讨，教材、器材配备、活动组织等相关问题还有待探讨和实践。作为中小学信息技术课教师应该是这项活动的实践者和主导者，相信通过专家学者及第一线教师的实践和努力，中学机器人教学活动一定会开创一个新的局面。

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