简论教学法基于高中机器人课程教学法一些深思

[摘要]机器人技术的运用对培养学生的创新精神、实践能力有积极的促进作用，要发挥机器人技术的优越性，如何教，如何学至关重要，为此本文在分析我国高中生特点的基础上，通过对我校机器人教学的研究，提出机器人课程教学在高中推广的途径，促进教学视角多样化，使教学质量从有效走向高校。
[关键词]高中阶段 机器人 教学法
在大力推广素质教育的今天，高中机器人技术课程的有效实施在提高学生的科学兴趣，推动社会发展方面起着积极的作用，同时《国家教育事业发展第十二个五年规划》中也指出要开好普通高中各种选修课，研究开发大学先修课程，探索建立高中学生大学先修制度，鼓励有条件的高中阶段学校和高等学校、科研院所、企业联合培养拔尖创新人才。机器人技术涉及学科很广泛，在高中开展机器人课程教学有利于创新教育在高中与大学的衔接，有利于激发学生的工程意识，有利于促进学生对科学技术产生兴趣。但由于各种原因当前我国机器人相关教学体系仍需完善，进一步进行机器人教学研究已势在必行，今天的中国青少年才能在未来的世界先进行列中谋得一席，才能在未来的人才竞争、科技竞争、综合国力竞争中立于不败之地。

一、机器人课程在高中开展的必要性和优越性

分析我国当代的学校教育制度的入学年龄和修业年限可以知道，我国高中生的年龄大部分集中在16～18周岁之间，同时从心理学角度根据埃里克森的人格发展理论，我们知道12～18岁主要发展任务之一是是获得角色统一性，即在职业的选择、性别角色的形成等方面获得同一性，如果个体在这一时期把这些方面很好的整合起来则是发展顺利的表现，当然这些方面的顺利整合，需要有一个良好的学习环境。应然状态的高考旨在考察学生能力，避免学生高分低能，避免定势思维，提倡创新思维和培养学生的创造能力培养。机器人是一门跨专业高度综合的学科，它不仅综合了语文、数学、物理、生物等众多学科，而且有利于学生理解科学、工程学和技术领域的抽象概念，以机器人为载体的课程教学，若能在高中课堂运作的很好，它能较好的培养高中生的学习兴趣，为以后大学的继续深造学习打下良好的基础，也能在此阶段为高中生构建良好的人际关系，锻炼其思维批判能力和创新能力。

二、机器人课程教学法的研究

机器人学科的教学方法很多，一般是由教学目标要求、教学内容难度、教学对象的基础和教学条件来决定的。机器人教学为科学技术教育提供了更为先进的教学资源，为科学技术教育带来了更新更广的发展前景。天津职业技术师范大学是天津市机器人科普基地，国家八六三计划智能机器人主题产业化基地，在机器人教育师资培养和机器人课程教学方法方面积累了一些实用的经验。

(一)教学平台的开放性

在面向如何有效开展机器人课程教学的进程中，我校积极探索多样化的机器人教学视角，教学不再仅仅依靠课堂教学，通过多种途径构建有效的平台，如我校自动化学院以大学生科技实践中心为基地，学生科技社团为载体，综合开放机器人实验室为平台，创建大学生科技实践体系，激励学生开展各类科技活动及科技竞赛[3]。通过开放的机器人实验室，学生们近距离和机器人接触，遇到的问题也可以及时得到反馈和解决，这样学生综合素质普遍提高，由于我校是师范类院校，学校定期组织高年级学生到中学进行教育实习（如学生到天津第四中学、天津第十三中学进行教育实习），在不断交流中深化了机器人教学法的进展。

(二)两种教学法的实践策略

反哺教育教学法：为了促进中学教育和大学教育之间的交流和沟通，培养创新型人才，有效地衔接高中和大学教育，在到中学实习的过程中，大学生将自己动手制作科学模具及教育机器人带到中学，这些模具都是大学生平时制作的十分典型的数字化益智玩具，适用于中学阶段的学生对基础机器人技术进行学习，并且能够从不同角度、通过多样的形式发挥其教育功能，达到在益智娱乐学习目的[4]。中学生和大学生一起教学相长的过程中，也将创造发明的理念传承下来，让中学生知道所有令他们爱不释手的玩具也可以自己来制造的，这种把新知识、新技能带到中学的理念和执行力，不断进行下去，将使未来中国少年儿童的求生能力、自我创造能力不断提高、变强，这对于一个民族的科学发展是十分有利的。由于自我组装、制造机器人不但会提升中学生的科学兴趣，同时也会培养他们养成凡事自己动手的良好生活习惯，所以学校尽最大努力为发挥中学生的优点和潜力创造机会，帮助中学生发现自己的兴趣和爱好。
探究性课题教学法：以机器人为载体的教学，教师会有计划有目的的布置课程设计，课程设计的内容可以根据教学需要而定，可以是理论研究，也可以是实物应用，学生通过探究性学习，对课题的一个主题或者一个部分做较深入的学习，比如学生在进行太极机器人制作课题研究时，在对机器生命和自然生命的比较中，会遇到这样的问题，用于户外的机器人安装有激光测距仪摄像头、声呐传感器以及无线以太网相当于自然生命的眼睛、耳朵、神经系统[5]。如何进行有效的迁移，这里的信息量很大，若要理解它们之间的联系，就需要翻阅大量的资料，收集相关的信息，发现问题的所在，学习有关的技能，思考要解决的问题，并进行假设验证，然后做实验、写报告，应对质疑和答辩，在此过程中，不仅对未知的领域进行了探索，而且锻炼了文笔，培养了口才和思辨能力。所学的知识大大超出了教科书的范围。由于每个学生的精力有限，不可能对所有的主题都做深入探究，重要的是通过探究，自主学习、批判性思维和创新能力得到了锻炼和培养。探究性学习的目的不是为了最终的分数，而是为了应用和创新。理论联系实际的教学才会以最快的速度收到成果，联系实际教学法要做到知识与技能并重，理论与实际并行！反馈效果是学习是否有效的关键因素之一，这个过程中，老师会和学生及时的沟通，甚至在早期，为了克服学生的惰性，教师会主动与学生交流，监督课题完成的情况，一方面，体现老师对学生的重视，另一方面，学生能和老师及时反馈学习情况，获得解疑。在教学反馈的过程中，学生要敢于质疑书本和前辈的论点，老师要给予支持，当然再给与支持的同时，老师要鼓励通过实验观察、调查问卷等来收集资料给出充分的证据，正如哈佛的校训一样：“与柏拉图为友，与亚里士多德为友，更与真理为友”。做学问要应用、要创新、要追求真理。研究用教学方法帮助学生去解决设计中的技术问题，让学生亲身感受先进技术和相关教学方法的优越性，使学生在“技术与设计”中习得知识、技能和方法，在寓乐于学中锻炼学生的意志，激发学生的创新精神。

三、促进机器人课程教学推广的途径

第一：以政府为主导，引起人们对机器人课程教学的重视[6]。高中机器人教学的有效推广首先要树立正确的观念，制定相关政策，主导机器人研发、教育、竞赛等活动的开展，教学并不是为学生安排好人生轨迹，而是从国家和社会的长远发展考虑，在日常教学中，要注意提高学生的动手、实践、协作和创新能力，培养其独立思考和团结协作的能力，为其创新能力、创造能力的培养有意识地提供健康的发展环境。
第二：如何教，如何学——教学活动平台的建立。1989年联合国教科文组织北京会议提出：“21世纪最成功的劳动者将是全面发展的人….”。成立科技社团，运用综合开放实验室为教学需求搭建开放学习平台，在这样一种多样化的教学平台中学生能明确自己的爱好所在，同时能得到更多更及时的指导，有助于培养有较好的人际关系，有利于其进一步学习深造，在机器人课程教学中可以通过开放教学活动平台对高中生这一阶段的特点进行因势利导，促进学习的发生。改变传统教学模式的“教”，逐步走向“学”，在中学组织机器人教学第二课堂。由于大家在一起学习交流的机会多了，遇到问题便不再是退缩，而是进行探讨，寻找解决问题的方法。
第三：加强对在职教师培养和培训。机器人教学活动是一项学科覆盖面广、涉及多学科专业知识和能力的一项综合性教育活动。能够从事机器人教育、指导机器人教学活动的教师必须有较高的计算机、人工智能、物理、机械、通信等方面的基础知识，具有较强的动手能力和创新能力。据大量调查资料表明，信息技术课教师和机器人课外活动教师往往达不到这个要求，机器人教育方面存在严重师资不足，相关教师所学专业也离机器人教育相距甚远。大部分学校没有专职教师，更没有机器人教育专业的教师，这是影响机器人教学活动可持续发展的非常重要因素，政府和学校可以选派一些优秀的中青年骨干教师到国内外机器人重点建设培训基地或大学进修和培训，提高响应的教学素质。
第四：通过组织竞赛提高学生自身对机器人课程的认知程度。在青少年中进行机器人制作教育，能够激发青少年对机器人的兴趣。有效运用机器人比赛作为提升教学质量的一个组成部分，也将是促进学习的一个极大的动力源。探索机器人的活动与竞赛的运行机制，并将其应用于机器人技术教师培训和机器人教育教学中，在推动我国机器人教学健康、规范、可持续发展方面，起着积极的推动作用[7]。
第五：通过多种途径进行有效宣传。在校园文化建设中，定期组织各种形式的简易机器人展览会。同时也可与机器人生产商的合作，提供机器人产品在学校试运行。媒体可以制作专题节目介绍机器人制作技术及趋势，吸引大众眼光，让中学生及其家长开始注意到这一新生事物。各级各类比赛中，做好宣传策划，使科技潮流深入人心。当机器人课程理念深入人心了，支持的声音高了，才能真正实现机器人教育的普及，才能进一步促使机器人教育资源的整合，提高教学质量。
四、结束语
以机器人为载体的课程教学，要遵循学生的年龄特点，因材施教，使中学机器人教育教学成为青少年能力、素质培养的智能平台。如果机器人教育课程内容都是建立在数字运算和英文符号的理论基础上，内容晦涩难懂，那么与高中生心理特点便不相适应，这就需要更好的教法，紧密结合生活实际，生动形象地讲述了什么是人工智能，人工智能在人类生产、生活中所起的作用，将课堂教学与社会需求和中学生身心特点结合起来使得神秘的机器人变得平易近人，进而提升教学课堂质量。
总的来说，运用机器人作为载体来进行教育教学，可以培养学生对科技的兴趣，可以提高他们的创新能力、合作能力、动手实践能力，但是高中机器人教学要想深入开展，达到预期效果，需要不断的创新与探索，还需要社会各界通力配合和支持，使机器人教育教学之路走得更长远更坚定。
本文系国家社会科学基金“十二五”规划教育学一般课题“以机器人教育为载体的高中与大学创新教育有效衔接的实践研究”（课题批准号为BFA110049）的阶段性成果。
[参考文献]
.国家教育事业发展第十二个五年规划[N].中国教育报.2012-07-22（4）
赵弘，赵毅鑫等.机器人学课程教育方法的探讨[J].中国现代教育装备，2008（11）：81-83．
[3]田立国，崔世钢等.实践教学改革的研究与实践[J]，中国会议，2010.（12） 65-68
[4]张剑平，王益.《机器人教育：现状、问题与推进策略》[J]，中国电化教育，200

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[5]谭民，王硕等.多机器人系统[M]，清华大学出版社，2003
[6]张国平，张剑平.《我国基础教育中机器让人教育的现状与对策研究》[J]，现代教育技术，2008.（5）92-94
[7]陆文虎，曲庆彪等.《关于在青少年中开展机器人制作教育的思考》[J]，教育科学，200

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（作者单位：天津职业技术师范大学 天津）