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1、1关于高中机器人课堂教学方法的思考与实践上海市松江二中 李捷一、理论背景党的十七大明确指出，要更好落实“科教兴国”战略，号召建设创新型国家和构建和谐社会，着力把握发展规律，创新发展理念，转变发展方式，破解发展难题，提高发展质量和效益，实现又好又快发展。这对基础教育提出了新目标新要求，其核心是培养什么样的人和怎么样培养人。课程是创新人才培养的基础，教与学是创新人才成长的主要活动方式。通过推进课程改革和教学创新，构建一个基础厚实、开放度高、选择性大的学校课程教学体系，有助于学生成为深刻的学习者，具有批判精神和创造能力的思考者。自 2005 年创建科技特色示范学校以来，我校为进一步培养和提高青少年学
2、生的创新精神和动手实践能力，以“二期课改”理念为指导，加大课程体系改革，面向高一全体同学，开设机器人制作校本课程，进行整班课堂教学，走在了全区乃至全市范围的前列，同时也为信息科技教育注入新鲜的活力。作为一门集信息技术中的传感技术、计算机技术和通信技术为一身的新课程，就如何进一步地提高课堂有效教学显得尤为重要，这不仅决定了该课程今后发展的定位与趋势，更直接关系和影响到青少年创新素养培育项目的实施力度，以及我校对青少年创新型人才的培养。回顾与思考开展机器人课堂教学的过程，我也初步形成了一些自己的认识和看法。二、课程建设1.目标定位通过本课程使学生获得机器人制作的相关知识和技术，结合具体的相关实验来
3、提高学生的综合素质，使其在动手能力、逻辑思维能力、综合应用能力等方面得到相应提高。通过多年的教学实践，我校在机器人课程建设上形成了一个较为完善的课程体系和成熟的创新实验室运作模式，取得了良好的教学效果。2.课程形式作为校本课程，我校把机器人课程纳入在学校三类课程建设当中，在基础性必修课程中，开设了机器人制作课程，授课对象为全体高一年级同学，主要研究方向定位于机器人基础结构的搭建及基本程序控制的实现；在拓展型、研究型课程中也分别开设了机器人选修课、机器人社团课，授课对象为部分高一、高二的同学，主要研究方向偏向于工程机器人的结构设计及自动化控制。在后两类的课程学习中，我们主要培养一些学有余力的同学
4、，进行专题性的创新课题研究，并结合各级各类的相关竞赛，对学生进行相关的竞赛辅导，为他们搭建和创造舞台，让其尽情地去享受通过自主性学习、研究性学习所带来的乐趣，2从而更好地实现情感、态度、价值观的教学目的。三、机器人课堂教学模式的分析高中机器人的课堂教学内容不仅包含了机器人的硬件结构设计与软件设计，还涉及到了一些数学、物理、机械、电子等学科的知识。因此它的教学模式不同于传统的信息科技课的教学模式，要根据本课程的特点研究新的、适合机器人课堂教学的教学模式。同时，还要建立相应的教学评价及管理模式。1.在课堂教学中，适当运用研究性学习的方法经过 5 年的教学实践，我认为该学科的课堂教学可适当运用研究性
5、学习的方法。与传统的理化生学科的“给出结论加以证明应用结论解题”教学模式不同，机器人课的教学环节实施，应更注重让学生形成发现问题、分析问题与解决问题的过程，在这过程当中形成对学生的知识与技能的培养。例如，在第四单元“传感器的应用”中有关于光电传感器章节的内容，如果按照传统的教学环节的设计，一般来说是先介绍光电传感器的工作原理，然后结合具体相关实验，从而形成对光电传感器的应用认识。然而，学生由于缺乏相关的专业知识，可能一时之间无法完全接受如此枯燥乏味的电路工作原理。于是，我尝试着用任务驱动的方法，安排了一个能迅速激发和调动学生学习兴趣的研究性学习活动轨迹小车，即利用光电传感器实现机器人小车走黑线
6、。此问题一旦被引入之后，学生迅速介入问题的思考、分析阶段，教师通过对此问题的适当引导，让学生来亲自体验解决问题的过程。大部分的同学，经过自己的分析与反复尝试，终于总结提炼出了该问题的流程图算法。当他们看到自己所搭建的机器人小车，能顺利实现走黑线的那一刻，那份心中的喜悦与成就感，让学生对今后的学习更充满坚定和自信。这样才真正做到了“将课堂交还给学生” ，以便能更好地培养和锻炼学生的自主性学习能力。因此，在课堂教学过程中，我们应注重坚持以学生发展为本，以学生自主性学习为主线，为学生创设一定的课堂情境，让他们围绕一个中心任务去完成学习，培养学生使用、管理、评价和理解基本技术的能力，提高学生的技术素养
7、，综合“科学”与“社会”（即 STS）的教育观念，从而激发学生对本学科的学习兴趣及创造潜能。2.在课堂教学中，尽量采取小组合作的学习形式机器人课，虽然是信息科技课的衍生产物，同样是为了更好地培养和提高学生的信息素养，但两者并不完全等同，尤其在学习的形式上，我认为它们之间有很大的差异。它并不是由某位同学在计算机前，简简单单地点两下鼠标，敲两下键盘即能完成学习任务的课堂。在一节短短 40 分钟的课堂里，学生既要完成机器人结构的搭建、又要完成程序的编写与机器人动作环节的调试，仅仅凭借一位学生的力量，是很难完成学习任务的。所以，这就需要和班上同学3进行共同的探讨、形成明确的分工与合作。通过小组合作的学
8、习形式，不但发挥了学生的团结合作精神，同时也培养了学生的团队协作意识，学生也更容易从中得到深刻的学习体会与感悟。3.在课堂教学中，注重过程性评价，以学生的自我评价为主体在机器人课堂教学中，我们应该特别关注学生参与的态度、解决问题的能力和创造性，关注学习的过程和方法，关注交流与合作，关注动手实践以及所获得的经验与教训。本课程的评价可采用多种方式，如对书面材料的评价与对学生展示的评价相结合；教师评价与学生的自评、互评相结合；小组的评价与组内个人的评价相结合等。其中以学生的自我评价为主。由于是让学生自我评价，其压力较小，学生可以充分地畅谈自己参与活动的体验、经验和教训，自由地交换意见。同时，这种集体
9、和个人的自我评价也可以使学生享受到健康的民主风气的熏陶和教育。例如，在“轨迹小车”这一章节的教学环节设计中，就有以下这么一个评价过程：轨迹小车课堂学习评价表项目 A级 B级 C级小组评价同学评价教师评价机器人外观结构结构清晰、简洁；光感安装合理、到位；线束捆扎有序结构基本清晰；光感安装到位；布线基本合理结构凌乱；光感安装不到位，线束混乱程序算法结构算法结构清晰；无逻辑性错误；流程图中各模块图标有序、工整连接算法结构基本清晰；无明显逻辑性错误；流程图中各模块图标均有连接算法结构混乱；有明显逻辑性错误；流程图中存在未连接的模块图标实验结果小车快速、流畅地实现双光感走黑线小车能基本沿黑线行走，但速度
10、缓慢小车行走轨迹无规律，不受光电传感器控制善于与人合作善于与小组成员合作，基本能与小组成员合作，组内缺乏团队协作意识，不4虚心听取成员的意见能听取组内成员意见。能达成共识综合评定学生在进行轨迹小车实验的同时，以每一小组为单位，完成该课堂学习评价表，这不但是对自己学习成果的检验，同时也是给自己对该课程在今后学习方向上的能力要求作出明确的指引。4.在课堂教学中，注重学科的整合机器人技术，包含了计算机技术、传感器技术和现代通信技术，同时又包含了数学、物理、机械结构设计、电子等学科方面的知识。可以说，这是一门多元化的综合性学科，同时这也对学生的学习能力赋予了更高的学习要求。我校机器人课程的授课对象主要
11、为全体高一年级同学。在信息科技课堂中，同学们曾经学习过“算法与程序设计”这一章节的内容，但往往有很多同学一谈到程序设计，心里就会形成恐慌、害怕。因为这部分的内容，对同学们的逻辑思维能力要求很高，一些同学在短短的 40 分钟课堂里，并不能完全理解一个算法、一个程序的形成过程；再加上缺少必要的上机编写程序、调试程序的环节，在一定程度上激发不起学生对此学习的热情和兴趣。我认为机器人课堂，正好为学生提供了这样一个编程实践的平台。教师可以把“算法与程序设计”的内容，结合机器人的编程环境，进行有效的学科整合、学科渗透。例如，前面所讲到的“轨迹小车”的算法实现过程，需要利用到算法基本结构中的分支结构，并通过
12、分支结构，来实现该结构的嵌套算法。教师可以先按照学生熟悉的算法流程图的构建，引导学生逐步画出“轨迹小车”的算法流程，然后，结合机器人的编程环境（ROBOLAB 2.5.4）,把算法流程图转换成相应的程序控制指令。学生在这样的课堂学习环境中学习，也是对自己“算法与程序设计”章节内容学习的真实检验，做到了理论与实践相结合。四、机器人课堂教学中的几点思考1.学生之间的综合能力存在差异在实际教学过程当中，往往会出现学生学习能力、理解能力及动手能力等方面的差异。在机器人教学的课堂里，这种现象显得尤为突出。经过调查发现，一般学习能力、动手能力较强的同学，在短短的时间里，就能轻松地完成老师课堂中布置的实验任
13、务；而这方面能力较弱的同学，则要花费很大的力气或者更多的时间来完成同样的任务，甚至根本无法完成实验任务。形成以上鲜明的反差，我认为可能是由于机器人技术涵盖的学科层面广，学习基础要求高所导致。因此，对于一些全面发展的学生而言，他们本身的学习基础条件较好，接受新事物的能力较快，学习起来也得心应手；而对于一些偏科严重的学生来讲，他们在某些重要学科上可能聚集了很多的精力，但是对待这些与高考成绩毫无关联的学科，他们首先从思想、态度上就没有引起重视，更谈不上对该学科的学习产生浓厚兴趣。没有了这种学习热情，课堂学习效果必然会急剧下降。5为了提高课堂教学的有效性，我认为，在这种情况下，可以尝试在一节课堂里安排
14、两个难易程度不同，但内容上又有紧密关联的实验任务。要求所有学生都要完成基本任务，另外布置高一个层次的额外任务，让完成快的学生去尝试，这样既节省教师的教学时间，同时也能给学生更多的练习技能机会和掌握知识机会。2.机器人课堂教学缺少教学资源共享平台机器人课堂教学是一种全新的教学方法，它从诞生至今，也就只有短短的几年时间，缺少一个教学资源共享平台供教师学习、参考和借鉴。作为教师，除了通过自身在课堂教学中积累教学经验，进行课后反思以外，还更应该积极地去参加听课、评课等多种教学研究活动，从而加快自身专业成长与发展的步伐。然而，目前机器人课程并没有纳入所有学校的课程体系，即便学校有相关的机器人课，但也仅仅
15、是以兴趣小组、选修课、科技活动等形式来进行开展教学。所以，这在一定程度上阻碍了该学科教学资源共享平台的形成。我非常地渴望能听到一节优质的机器人课，能和其它学科一样，定期或不定期地开展各种形式的教学研讨活动。从另外一个角度来说，作为该学科的任课老师，在教学成长生涯当中，缺少了分享他人、与他人分享教学经验的机会，对自身的专业发展将带来一定的不利因素。以上即是笔者对高中机器人课堂教学方法的一些实践体会。教学有法，教无定法。在这信息迅速发展的时代，作为一名信息科技教师，应该根据不同的学生、不同的课堂内容、不同的教学环境，实施不同的教学环节。在教学实践中，勇于开拓创新、积极探索，尝试利用各种不同的教学方法，形成自身特有的教学风格及教学模式。
