【科技日報】機器人進課堂：教學變得更有趣
發(fā)布日期：2013-10-11 閱讀次數(shù)：
來源：科技日報 編輯：黨委宣傳部 趙琳
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走進北京理工大學附屬小學的機器人教室，記者的目光先被擺在教室中央的6張桌子所吸引。每張桌子上都整齊的擺放著樂高教育經(jīng)典的拼拆塊以及各式各樣的鏈接件，在它們的中間是機器人，一個手機大小3厘米厚的長方體。
北京理工大學附屬小學的機器人教師梁瀠告訴記者，他們課堂上正在使用的是樂高第二代機器人，而擺在周圍的零件是第一代機器人和第二代機器人零件混合在一起。
“第一代機器人是1998年生產，現(xiàn)在它的電子件已經(jīng)無法使用，但是其他配件還可以繼續(xù)應用于第二代機器人身上。”梁瀠說。
12臺計算機整齊沿墻擺放，在教室的另一邊，還有一個和乒乓球臺大小的機器人操作臺。教室的窗臺上擺滿了獎杯，大大小小有10多個。在窗臺的角落里，記者還發(fā)現(xiàn)了學生用樂高磚塊自己拼成的獎杯，甚至連獎杯的“耳朵”這樣的小細節(jié)都被他們拼出來。
“我們學校是按小班教學進行招生，因此每個班一般不超過35人。雖然你看到的機器人教室并不大，但已經(jīng)可以滿足日常機器人課教學。只是現(xiàn)在渴望學習機器人的學生越來越多，我們課后興趣小組活動讓這間教室顯得很熱鬧。”梁瀠介紹說。
“機器人課程激勵學生學習”
2003年11月，北京理工大學附屬小學開始開展機器人項目，當時是以興趣小組的形式開展。有16名計算機能力較強并且動手能力強的學生主動參與，并參加接下來北京市以及全國FLL機器人比賽。
2004年9月起，為了讓更多的學生能夠接觸并學習智能機器人這一科技含量較高的活動，北京理工大學附屬小學開設了以“智能機器人”為教學內容的校本課程。理工附小成為北京市第一所將“樂高機器人”系統(tǒng)地納入課堂教學的小學。梁瀠也開始了“智能機器人”課程的開發(fā)和實施工作。
“我在選拔學生進入機器人興趣小組時，也是遵循學有余力的原則。學生一定要在可以順利完成日常學業(yè)的前提下，才可以加入機器人興趣小組。”梁瀠說：“這個原則對學生也是一種激勵。我的小組中曾經(jīng)就有一名學生因為英語期末考試未能達到優(yōu)秀無緣參加機器人培訓。他整個暑假都在努力惡補英語。雖然當時他很想進入機器人興趣小組的暑期培訓，我告訴他，只有他英語考試達標，才可以再次加入。果然，開學后的第一次測驗他考過了90分，自這之后，他的各方面學習成績都很好，在興趣小組中也是最積極的一分子。”
梁瀠透露他的選將秘笈，首先參加比賽學生是層層選拔出來。通過課堂普及，根據(jù)學生的興趣及能力，進入興趣小組，此時在興趣小組中的學習是提高的過程，學生在小組中學習掌握更深層次的編程方法以及搭建技能。
再從興趣小組的學生里選拔出綜合能力比較突出的學生，組成參加比賽的集訓隊，這里的綜合能力包括多方面，首要的是學業(yè)水平以及合作能力，其次才是機器人編程技術、搭建技術、表達能力、表演能力、寫作能力等。
“學生的本職任務是學習，我們的機器人活動是促進學習的一個載體，學生不能因為參加機器人而耽誤學業(yè)，而且機器人比賽的備戰(zhàn)是很占用時間和精力，因此，我要求學生第一學習成績要好，第二不能有退步。”梁瀠說。
“孩子缺少發(fā)揮創(chuàng)造力的平臺”
“對于中國學生在機器人大賽獲得好成績，很多人會質疑，他們是不是都是智商超常？我認為：其實學生們都有很大潛力，他們缺少的就是施展才華的平臺。”梁瀠講道：“學校開展機器人教育以及機器人活動，正是為我們的學生搭建了一個行之有效的教育平臺，使他們的視野更加開闊，創(chuàng)新思維更加活躍，體驗面對挑戰(zhàn)和克服困難后的成就感，這對他們今后走上社會、迎接更多的挑戰(zhàn)必將起到積極作用。”
除了機器人課程教學，機器人比賽是讓學生充分展示才能的平臺。梁瀠介紹：在比賽過程中，針對大賽的任務，學生要經(jīng)歷幾個階段：首先是學生自主研究。從機器人的搭建到任務解決都是學生自己制定方案，并進行實踐，教師對于學生完全放手。
“我們進行機器人比賽，其最終目的是培養(yǎng)學生，讓學生具備終生受益的能力，其次才是比賽成績。每次比賽后給學生總結時，我都先讓他們體會整個過程的收獲，對比賽過程的方方面面進行總結。”梁瀠說。
“第二階段是瓶頸期。在FLL比賽中，獨立完成單獨任務往往是比較容易的，經(jīng)過一定時間后，學生差不多解決了所有任務，這時，給他們計算總時間，結果只有一個——嚴重超時！讓學生研究如何縮短時間是一個提高的過程。學生很可能要推翻之前的方案，但這是一個非常重要的階段。”梁瀠解釋說，在FLL比賽中，不要怕拆機器人。再次研制的方案會有很大提高。但憑借學生自己的能力，要在2分30秒完成所有任務是非常難的。指導教師在此就要發(fā)揮作用。
面對學生在比賽中遇到的困難，指導教師在第三個階段發(fā)揮啟發(fā)和引導學生的作用。教師要幫助拓寬學生思路，學生可以按照教師的思路操作。這個過程，學生會發(fā)現(xiàn)自己的機器人有了質的飛躍。而他們的能力也隨之增強了。
在任務即將完成后，也到了比賽的最后一個階段，需要學生和老師一起為任務進行改善。 “有的時候，學生的好點子會讓我眼前一亮。甚至很多行之有效的改進方法是學生提出的。此時，我總是感到很欣喜和滿足。”梁瀠說。
“結果不重要，過程更珍貴”
FLL機器人大賽注重的并不是比賽成績，而是參賽者的各項能力，這一點也與北京理工大學附小的教育理念不謀而合。梁瀠介紹說：“我們注重學生在參賽過程中能力的提升，這包括協(xié)作能力、動手能力以及自理能力。”
在機器人小組活動結束后，同學們都自覺將所有零件按照順序擺放整齊，將桌椅歸位，還有同學會留下來打掃衛(wèi)生。梁瀠說：“機器人課上，每個小組使用的樂高機器人零件多達700余個，我們制定了嚴格、具體的管理制度，比如學生下課要將所有零件恢復原位，規(guī)范學生的行為，明確了責任，促進學生的習慣養(yǎng)成。”在梁老師看來，這都是學習機器人課程需要具備的素質。
“我第一次帶學生去參賽，發(fā)現(xiàn)很多孩子缺乏自理能力。六年級的孩子，學習很棒，但衣服不會系扣子，還有的孩子不會洗澡，進到浴室很久不出來，站在淋浴下不知道該怎么洗。”梁瀠說：“針對這樣的問題，我們在日常的教學中也加入生活能力鍛煉。比如，在暑期培訓時，除了教機器人的知識，也教他們怎么疊衣服，如何整理行李，要求他們回家都要學會洗小件衣服。雖然和機器人無關，但是與他們的綜合素質培養(yǎng)密切相關。”
“在這里，不光是學習機器人，還包括很多其他能力。孩子只要出去一次，他的能力就提高很大一個層次，等到下一次再出去，不需要老師說，孩子自己就知道該做什么了。機器人比賽其實也是一個載體，我們更注重學生在比賽中的所得。”梁瀠說。
學生比賽中所用機器人可以有不同的搭建方式，給學生提供了豐富的想象和創(chuàng)造空間。同時，課堂中多用任務驅動式教學，學生可以運用已有的知識，成功地尋找達到目標的手段或途徑，在過程中通過解決具體問題，達到學習目的。
在北京理工大學附屬小學讀六年級的蔣欣祝告訴記者，去年他參加的FLL機器人大賽，是以“關愛老年人”為主題。在比賽中，他們不僅要完成機器人的任務，同時還有課題研究要做。
“我的課題研究是做一份調查問卷，調查對象是60歲以上的老年人，在填寫問卷中，我詢問了很多爺爺奶奶，了解他們平時的生活情況，這些是我在這之前沒有關注過的，在和爺爺奶奶的交談中鍛煉了我的語言表達。在論文的撰寫方面，爸爸也給了我很大的幫助，他告訴我什么是規(guī)范的論文格式、論文書寫。”蔣欣祝說。
機器人輔助教學：師資是首要問題
為了適應未來科技社會對技術型人才的需要，2003年頒布的普通高中新課程標準將“人工智能初步”與“簡易機器人制作”分別列入“信息技術課程”、“通用技術課程”選修內容。教育部新制定的《普通高中物理課程標準(實驗)》也提到“收集資料，了解機器人在生產、生活中的應用”的要求。 2010年，教育部與樂高教育合作啟動了“技術教育創(chuàng)新人才培養(yǎng)計劃”項目，致力于培養(yǎng)機器人教師。但截至目前，開設機器人課的中小學并不多。
梁瀠介紹，機器人課是國家級課程，小學和初中屬于綜合實踐課，高中是通用技術。目前，開課的學校不多主要原因首先是缺少師資。
“在師范類學校中沒有教授機器人課的專業(yè)，這樣目前所有教授機器人課的老師都是別的專業(yè)轉過來的。大部分是信息技術專業(yè)的教師在從事機器人教學。”梁瀠說。
“缺少專業(yè)性的指導教材是另外一個因素。目前還沒有國家級指導性教材，很多教材都是大家自己開發(fā)的，”梁瀠補充說：“比如我的教案都是我自己設計編寫。不同老師的機器人教學角度不同，現(xiàn)在缺少一個針對40分鐘課堂權威性的指導教材。”
對于一名教機器人課的老師來說，沒有上級指導性教研也讓梁瀠有孤獨感。“很多時候，在設計課程時，很想找同樣教授機器人課的老師商量探討。”梁瀠說：“現(xiàn)在已經(jīng)有部門開始關注機器人培訓，畢竟我們已經(jīng)進入機器人時代，如果不從孩子開始接觸，教育需求無法得到滿足。”
“現(xiàn)在，和北京理工大學一樣的高校都開設機器人課，如果讓我們的孩子在小學時就接觸，相信他們可以在此走得更遠。”梁瀠說。
（審核：王征）
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