第一篇：簡易機器人教學實踐

簡易機器人教學實踐

四川綿陽中學 陽春

【內容摘要】

機器人教育在國外已普遍開展，在“世界機器人王國”的日本，除了每所大學都有高水平的機器人研究和教學內容，每年定期舉行各種不同層次的機器人設計和制作大賽外,日本機器人教育是從娃娃抓起。為了趕超世界教育先進水平，近年來我國也大力加強了機器人教育。【關鍵詞】機器人教育 自主探究 創新

比爾·蓋茨曾預言“機器人即將重復個人電腦崛起的道路。點燃機器人普及的“導火索”，這場革命必將與個人電腦一樣，徹底改變這個時代的生活方式。”

機器人教育在國外已普遍開展，在“世界機器人王國”的日本，除了每所大學都有高水平的機器人研究和教學內容，每年定期舉行各種不同層次的機器人設計和制作大賽外,日本機器人教育是從娃娃抓起。為了趕超世界教育先進水平，近年來我國也大力加強了機器人教育。教育部于2003年調整信息技術課程設置內容，增添了信息技術教育中的人工智能與機器人課程，機器人教育已越來越受到重視。

? 主要結論與觀點

機器人教育集趣味性、實踐性、綜合性、科學性、探究性為一體，深受廣大青少年學生的喜愛，它集計算機、聲、光、電等多種技術，可以讓學生全面接觸傳感器、計算機軟硬件、人工智能、自動控制、電子技術和機械工程等多個學科高新科技知識。智能機器人教學進入課堂可培養青少年學生綜合素質。

我校的機器人教學還處于探索階段，在校本課程中我們開設了兩個與機器人有關興趣活動。一個是采用簡易機器人為器材，引導學生入門，培養學生愛好的興趣課，另一個就是采用專業樂高積木的機器人競賽班。從單純的為了競賽的獲獎，提高學校聲譽為目的，到提高了學生的綜合素質為目的，從發現現象、探索證實到全面展開研究，到初步成果的體現，證實了中學智能機器人教學實踐活動能有效提高了學生的綜合素質。探索出了一條全面提升全體學生綜合素質的新路子。

二、探索過程

國外機器人教學實驗證明，機器人競賽不僅活動主題有趣，更重要的是其問題解決方案是開放性的，學生可以用不同的方法達到同一個目標，因而智能機器人活動能激發學生充分發揮想象力、創造力，有利于培養學生的開放性思維。

我校早在03年初，就開始參加了四川省機器人競賽。建立了機器人活動室，成立機器人實驗小組進行了機器人足球、機器人滅火、機器人創意、FLL工程賽等多個機器人實驗活動，幾年來，取得了相當優異的成績，在2011年4月，更是代表中國參加了在美國舉行的FLL機器人世界錦標賽，并獲得了金牌。但是機器人競賽在大多數同學的眼中還是非常神秘與高端的。為了讓更多學生體驗、感悟和實踐，學校從10年開始的校本教材的第二課堂中，就開設了機器人興趣課。由于是針對大多數同學的課程，所以我們采用的是國內一家公司的簡易機器人器材，相比樂高，使用起來是有許多不便，但這也影響不了學生的興趣。老師邊學邊教和同學們一同學習機器人的程序設計，一同探究改裝機器人，一同研究比賽方案，許多時候都是學生編出了更好的程序、首先發現一些傳感器的特性、想出更好的機器人改裝方案。兩年多來，我校結合自己的實際，制訂了完備的活動計劃和實施方案：興趣課每周有固定兩節課活動時間以及節假日部分時間，更是修建和裝備了多個機器人活動室。在活動過程中輔導教師盡量避免詳細的講解，只是提出每次活動具體的任務和要求，讓學生自己設法解決，只是在涉及到安全等重要方面時教師才重點講解和親自操作。因為參加機器人實驗的學生都是自主報名參加，對機器人實驗具有濃厚的興趣，積極性較高，通過機器人課外活動同學們普遍可以獲得如下感受：

1．自己制作的機器人能夠按照設計要求完成動作時的喜悅。

2．從策劃，設計到制作，測試等一系列的開發過程均由自己親手完成的成就感。3．體驗參加機器人競賽時的緊張與激動的心情。

4．可以向具有無限開發潛力的機器人領域進行永無止境的挑戰。

三、通過課題的研究我們得到以下成果：

1、智能機器人教學活動有助于培養學生自主探究學習習慣

一個完整、能夠完成任務的機器人，往往要用光、聲、電、機械等各種器件，機器人因涉及多門類、多學科的知識和原理，通過教學可以拓展學生各學科的專業知識，又可將各學科的知識橫向聯系起來，對各學科所學知識起到鞏固作用。首先，機器人教學實踐活動中，學生按照圖形要求或設想將幾十種、甚至上百種零配件搭建成一個完整的能執行任務的機器人，每一個搭建步驟都必須自己或小組協同完成，這大大提高了學生應用各種工具的技巧和靈活的動手能力、空間想像能力。其次，在搭建前要構思巧妙完成的方式、方法和途徑，對可行性要進行分析，得出最佳方案。最后，編寫智能機器人執行任務的程序。學生要將任務分解成許多的小任務按步驟實施，即要編寫出許多的小程序然后將機器放到場地中調試。此時要認真、仔細觀察行走路線和機器人各部件的工作狀態，然后根據完成任務和執行情況進行分析，對程序和部件進行更改，如此反復，直到能理想完成任務。在這一過程中，學生的觀察能力、思維能力、分析問題和解決問題的能力都得到了培養。

2、通過“合作學習”培養學生的創新能力

合作學習是指教學過程中進行小組合作探究的一種學習形式。通過討論、交流等形式，加深每個學生對所學知識的理解。使學生始終有一種參與感，從被動接受轉為主動探索。它既能調動學生學習的積極性，又能充分發揮學生之間協調互補的作用。因此，通過合作學習培養學生合作、自主、創新的精神，是整個合作學習的主要目標。

合作學習有利于發揮特長，發展個性，并使每位學生都能在集體中發揮自己的聰明才智。合作學習的形式有利于培養學生的創新精神。根據中學生好勝心強的特點，積極培養勇于思考，勇于探索，勇于創新的人才。我們應更深入研究運用這種方法，有意識地培養學生成為適應社會發展的高素質的“創新型”人才。以“小組合作學習”為途徑，對培養學生的創新意識、創新思維及創新人格有著重要的作用。

3、通過機器人實驗活動培養學生對多門學科知識的整合能力，普及機器人教育有助于提高學生的綜合素質

機器人的世界是豐富多彩，奧妙無窮的，在活動中，學生既動手又動腦，這種“做中學，學中做”的形式學生很喜歡，以此為契機，我們充分挖掘機器人與其他各學科的相關性，激發學生學習科學知識的強烈欲望，引導學生主動走進課本。機器人實驗融合了數學、物理、化學、生物、信息技術等多門學科的知識，同時非常適合設計各種活動項目，這樣正好彌補平時教學過程中學生主動應用知識情景比較少的不足。所以在設計活動項目的過程中，有意識的設計一些與科學學科相關的內容，特別是物理化學方面，比如杠桿、齒輪配比、輪子和輪軸、梁、摩檫力、重心等。我感覺在智能機器人與其他學科整合的教學領域中還大有潛力可挖，希望能以此作為一種全新的教學平臺，發揮出越來越重要的作用。

第二篇：簡易機器人制作的有效教學實踐與探索p3300字

學校論文

開展通用技術選修課“簡易機器人制作”的

有效教學實踐與探究

安徽省阜陽第一中學 李亞東

[摘 要] 通過通用技術選修課”簡易機器人制作”的教學，激發了學生學習興趣、通過在“做中學”、“學中做”的教學方式，以及突出以學生是學習的主體，有效的學習必須建立在學習者自身的主觀能動上，這是學習或教學當中的一個最根本的問題。同時要發揮教師的主導作用，在課堂上有效的時間內培養了學生的動手能力、創新能力。通過同學小組間的機器人的競賽，增強了學生的合作意識，培養了學生的團隊精神，以及對科技的興趣。對于全面提高學生的綜合素質大有裨益，特別在技術素養方面。從而達到課堂的有效教學效果。

[關鍵詞] 激發 培養 做中學 學中做 合作

主體

有效教學

在加強學生素質教育、培養學生學習興趣、動手能力、自我學習能力、創新能力以及與國際素質教育接軌的背景下，機器人有關教學走入了中學。而我校在也開始了通用技術選修課“簡易機器人制作”的有效教學實踐與探索。

簡易機器人制作課程現今僅作為通用技術選修內容，本身有很強的實踐性、趣味性、開放性，結果的多樣性，學生感興趣的往往是最終制作出的各式各樣機器人作品。由于受限于機器人系統的知識結構體系，機器人本身涉及的知識較多，且對中學生而言較難掌握，加之不同的學校設備器材采購有限，不可能滿足每一個學生動手操作實踐的需求。那么如何在課堂上進有有效、高效的教學，讓學生快速入門，并掌握大量的復雜的很深的相關知識，是擺在我面前的一個難題。目前，我從開展通用技術選修課“簡易機器人制作”作為切入點，做了一些教學實踐與探究。

一、教學策略、教學思路方面

簡易機器人制作的教學內容復雜，而且有一定的難度，超出高中學生的知識范圍。其制作不僅僅以零件的組裝，電路的焊接，功能的調試三部分構成，對于沒有任何電子制作基礎的學生而言，每一環節都會給他們造成了很大的困難。在有限的時間內若學生不太容易做出成果，再加上要編程，很容易導致學生失去信心，因此筆者采取以下策略：

（1）小組合作學習，形成競爭機制，突出以學生為主體

簡易機器人的制作教學與其他學科最大不同之處在于不是也不能以講授為主，而是以實踐為主，是考察學生的綜合知識的掌握和運用能力，是學生綜合素質的體現，是把知識轉化為能力的過程。教師所扮演的角色是引導者、指導者、組織者、幫助者、合作者，是師生共同參與的一次很有特色的有效教學活動。老師不能代替學生，越俎代庖，主要要培養學生的自主、獨主、創新的能力，要學生親歷親為才是最佳的方法和途徑。過多的講授，學生會被老師的思維牽制，不利于學生思維的自由發揮，創新能力的培養。學生要逐漸學會團隊合作與分工的高效性和自我獨立思考，為每一位同學搭建自我展示的舞臺。通常四到六人為一組，要求同學搭配互補，這樣安排有個最大的好處：動手能力和發散思維的同學可以與細心的同學互補，在互補中共同進步。一個同學要擔任組長，組長要負責測試結果的記錄，并尋找成功和失敗的原因，把記錄與其他組進行交流和分析，優化形體結構、組裝流程、系統控制的基本原理及客觀和主觀存在的干擾因素。每組為了能達到最優效果，組內形成了內部的驅動力，從而在學生主動合作學習中有積極地情感體驗，從而也潛移默化地培養了學生的自主合作精神與意識，進而把課堂還給了學生，學生成為課堂的主人，而教師則成了引導者、指導者、組織者、幫助者、合作者。

（2）按部就班，循循善誘

比如，在機器人的制作教學內容，分成三個方面。一是結構零部件的組裝；二是軟件的編程；三是整機的調試。學生拿到手的材料全部都是散件，根據包裝的圖示，學生要進行組裝。機器人零件較多，組裝比較耗時，剛開始學生組裝好的平均時間是近一個小時，而且零件裝反的情況極為普遍，導致機身整體不協調。例如，不同部位的螺絲選取，上下肢方向的一致性等等。經過不斷的熟悉和磨合，學生最后的組裝時間都能達到三十分鐘之內。軟件的編程是整個活動流程中最為關鍵的部分，學生都沒有太的軟件編程的經驗，我們就采用可視化VJC編程軟件來降低難度。逐步逐步的選擇操作動作對象與軟件的相互轉換。這種使抽象的C語言用可視化的操作的方法得到了推廣和應用。（3）自主探究、欲擒故縱，自我感悟、和教師的畫龍點睛的引導、指導

把課堂交給學生。對于學生提出的問題，我的回答大多都是：行不行，自己先試試，做一做就知道了。這樣可以培養學生的自主、獨立的思考意識，不能什么問題都來問老師，對老師有太強的依賴。當同學取得了一個個小小的進步成功后，就會瞬間產生了很大的成就感，再加上教師及時、恰當的表揚激勵，這樣對于其他同學來說卻是一個不小的刺激，導致后面凡是遇到問題，同學們都是積極想象和思考，這種不甘落后的精神會感染了整支隊伍，對問題的主動探究起到了極大的促進作用。機器人的電子元件包含了聲音傳感器、紅外線傳感器、超聲波、藍牙傳感器等重要的傳感器，在學習時我沒有馬上告訴學生它們的功能，而是設定教學目標，讓學生不斷的摸索和嘗試，學生通用NTX等控制器及機器人運行時的各種數據的變化、對比，學生很快就能區分開來，而且印象特別深，使學生在“做中學”，在“學中做”，親歷親為，把學習的主動權及學習目標交給學生，教學效果特別顯著。

實際上，運用欲擒故縱的目的就是讓學生自主的課堂上，探究其中的奧妙，加強學生解決問題的能力，運用開放性思維和切身生活體驗來感悟把復雜的事情簡單化，相似的事情類比化，專業的事情簡單通俗化。如果教師直接給出的問題答案，并不是學生記憶最深刻的，只有學生自己動腦思考，親身探究，歸納和總結所得到的知識才是真正屬于自己的，這樣理解了的知識能可能轉化為創新能力。從而有效地提高了教學效果。這樣可以讓自己的每一節課都成為有效的、高效的課堂。

二、有效教學的感悟與反思

1、設定教學目標。教師必須使學生明白學習內容有哪些，什么是必須理解的，學習究竟要達到什么目的。

2、通過機器人制作的教學，使學生真正培養了學生科技創新能力，提高了學生的科學技術素養，提升了學生多學科綜合知識應用能力，升華多元化處理問題的手段和思維方法，對其他學科的學習起到輔助和促進作用，從而實現了學生學習能力的遷移。機器人學科是個多學科的高度綜合學科，這就會使學生為了把某個項目做好，就會提升他對相關項目的學科的學習興趣。如：數理化、外語等，從而從學生內心深處激發他的學習興趣與動力。

3、培養嚴謹的學習態度，形成學生良好的觀察習慣以及耐心專注力 例如，在機器人制作時，大多數學生都非常集中注意力，對機器人的運行，進行仔細觀察。不斷地嘗試，看看設置傳感器的靈敏度不夠夠；觀察電機的轉速是否一致，是否是導致輪子的轉速出現偏差使傳感器失效；是否是電池的電量不足，傳感器達不到太快的傳感信號等等。學生們得到的是都是他們經過大量的實踐、觀察、歸納的結果，通過不斷的嘗試，不斷的調整和修正，最終機器人按照目標完成預定任務。在這一過程中使學生的意志在實踐中得到鍛煉，觀察能力、耐心專注力得到了提高，心態得到了磨礪。記得有個學生對我說：“老師，從機器人選修課中，我學到了很多，我看到了自身的不足，尤其是我急躁的性格是我的致命傷。雖然理科是我的強項，但每次都拿不到高分，很多不該錯的就是由于馬虎導致自己的成績沒有整體的提高。但我一定努力的改正自己的不足。”聽到這番話，我由衷的感慨：如果這項活動能夠持續的開展，這種有效教學模式會使更多的學生，提高自我認知，這對以后的學習乃至人生都有重要的意義。

4、幫助學生挖掘自我潛能，培養學生的合作意識和團隊精神，樹立正確的技術觀，價值觀，世界觀，合理規劃未來

不同的學生都有自己的不同的特長，如果教師能夠有效的開發學生的這些潛在的能量，深入廣范的挖掘，把課堂還給學生，進有高效的課堂教學與有效的課外輔導，學生真的可以創造出一些不可思議的作品。從這一部分的教學中，學生可以發現自己的興趣在哪里，對其今后的人生規劃發展奠定了穩健的基石，使學生明確人生的長期奮斗目標與短期的奮斗目標，由盲從走向獨立，由平淡走向激昂，由理想走向成功，對其一生都會產生深遠的廣泛的積極影響。

參考文獻：

[1] 樂 高《NTX編程指南》 [2] 樂 高《簡易機器人搭建》

第三篇：通用技術之簡易機器人制作

《通用技術之簡易機器人制作》

課程簡介

本階段課程是能力風暴C系列課程體系中適用于普通高中通用技術選修課《簡易機器人制作》的配套實驗活動書。本書按照《簡易機器人制作》教材章節分布，分成單片機機器控制程序、單片機與傳動機械、單片機與控制電路、簡易機器人的設計與制作四大單元開展該選修課程的教學，其中針對每個單元下每一小節的課程內容設計出典型的教學活動項目，并以任務為主線，由易到難螺旋式地向學生呈現知識點、培養解決實際問題的能力。課程依據

《技術課程標準（實驗）》、蘇教版《簡易機器人制作》。課程案例

? 教學活動指南

第四篇：開展通用技術選修課簡易機器人制作的教學實踐與探索p

學校論文

開展通用技術選修課“簡易機器人制作”的

有效教學實踐與探究

安徽省阜陽第一中學 李亞東

[摘 要] 通過通用技術選修課”簡易機器人制作”的教學，激發了學生學習興趣、通過在“做中學”、“學中做”的教學方式，以及突出以學生是學習的主體，有效的學習必須建立在學習者自身的主觀能動上，這是學習或教學當中的一個最根本的問題。同時要發揮教師的主導作用，在課堂上有效的時間內培養了學生的動手能力、創新能力，如通過同學小組間的機器人的競賽，增強的學生的合作意識，培養了學生的團隊精神，以及對科技的興趣。對于全面提高學生的綜合素質大有裨益，特別在技術素養方面。從而達到課堂的有效教學效果。

[關鍵詞] 激發 培養 做中學 學中做 合作

主體

有效教學

在加強學生素質教育、培養學生學習興趣、動手能力、自我學習能力、創新能力以及與國際素質教育接軌的背景下，以及最近幾年來，國內省級的、國家級的，以及國際的FLL、VEX大賽，機器人各種競賽活動如火如荼的開展著，而我市這一塊才剛剛起步，我校在這一塊也開始了通用技術選修課簡易機器人制作的有效教學實踐與探索。

簡易機器人制作課程現今僅作為通用技術選修內容，簡易機器人的制作本身有很強的實踐性、趣味性、開放性，結果的多樣性，學生感興趣的往往是最終制作出的各式各樣機器人作品。由于受限于機器人系統的知識結構體系，機器人本身涉及的知識較多，且對學生而言較難掌握，加之不同的學校設備器材采購有限，不可能滿足每一個學生動手操作實踐的需求。那么如何在課堂上進有有效、高效的教學，讓學生快速入門，并掌握大量的復雜的有很深的相關知識，是擺在我面前的一個難題。目前我校乃至我校教學這一塊尚處空白，怎么辦？就這一塊，我從開展通用技術選修課簡易機器人制作作為切入點，做了一些課堂的有效教學實踐與探究。

（注：從我校去年選拔優秀學生首次參加全省的青少年機器人比賽，其中參賽的項目分別是簡易機器人的制作及機器人足球的競賽。并取得省四個二等獎、一個三等獎的較好成績，參加此項目的學生在創新意識和動手操作能力等多方面都有了很大的提高。這些都得益于有效、高效課堂學習的教學實踐。）

一、教學策略、教學思路方面

大賽中的簡易機器人制作和機器人類競賽比選修課本的教學內容復雜，而且有很深的難度，超出學生的高中知識范圍。不僅僅以零件的組裝，電路的焊接，功能的調試三部分構成，對于沒有任何電子制作基礎的學生而言，每一環節都會給他們造成了很大的困難。在有限的時間內若學生不太容易做出成果，再加上要編程，很容易導致學生失去信心，因此筆者采取以下策略：

（1）小組合作學習，形成競爭機制，突出以學生為主體

簡易機器人的制作和機器人類競賽教學與其他學科最大不同之處在于不是也不能以講授為主，而是以實踐為主，是考察學生的綜合知識的掌握和運用能力，是學生綜合素質的體現，是把知識轉化為能邊的過程。教師所扮演的角色是引導者、指導者、組織者、幫助者、合作者的作用，是師生共同參與的一次很有特色的有效教學活動。老師不能代替學生，越俎代庖，主要要培養學生的自主、獨主、創新的能力，要學生親歷親為才是最佳的方法和途徑。過多的講授，學生會被老師的思維牽制，不利于學生思維的自由發揮，創新能力的培養。學生要逐漸學會團隊合作與分工的高效性和自我獨立思考，為每一位同學搭建自我展示的舞臺。通常四到六人為一組，要求同學搭配互補，這樣安排有個最大的好處：動手能力和發散思維的同學可以與細心的同學互補，在互補中共同進步。一個同學要擔任組長，組長要負責測試結果的記錄，并尋找成功和失敗的原因，把記錄與其他組進行交流和分析，優化形體結構、組裝流程、系統控制的基本原理及客觀和主觀存在的干擾因素。雖然比賽是有團體的也有個人獨立參與的，但是前期的合作是個人邁向成功重要的一步。每組為了能達到最優效果，組內形成了內部的驅動力，從而在學生主動合作學習中有積極地情感體驗，從而也潛移默化地培養了學生的自主合作精神與意識，進而把課堂還給了學生，學生成為課堂的主人，而教師則成了引導者、指導者、組織者、幫助者、合作者。

（2）按部就班，循循善誘

比如，在機器人的制作教學內容，分成三個方面。一是結構零部件的組裝；二是軟件的編程；三是整機的調試。學生拿到手的材料全部都是散件，根據包裝的圖示，學生要進行組裝。機器人零件較多，組裝比較耗時，剛開始學生組裝好的平均時間是近一個小時，而且零件裝反的情況極為普遍，導致機身整體不協調。例如，不同部位的螺絲選取，上下肢方向的一致性等等。經過不斷的熟悉和磨合，學生最后的組裝時間都能達到三十分鐘之內。軟件的編程是整個活動流程中最為關鍵的部分，學生都沒有太的軟件編程的經驗，我們就采用可視化VJC編程軟件來降低難度。逐步逐步的選擇操作動作對象與軟件的相互轉換。這種使抽象的C語言用可視化的操作的方法得到了推廣和應用。

（3）自主探究、欲擒故縱，自我感悟、和教師的畫龍點睛的引導、指導

把課堂交給學生。對于學生提出的問題，我的回答大多都是：行不行，自己先試試，做一做就知道了。這樣可以培養學生的自主、獨立的思考意識，不能什么問題都來問老師，對老師有太強的依賴。當同學取得了一個個小小的進步成功后，就會瞬間產生了很大的成就感，再加上教師及時、恰當的表揚激勵，這樣對于其他同學來說卻是一個不小的刺激，導致后面凡是遇到問題，同學們都是積極想象和思考，這種不甘落后的精神會感染了整支隊伍，對問題的主動探究起到了極大的促進作用。機器人的電子元件包含了聲音傳感器、紅外線傳感器、超聲波、藍牙傳感器等重要的傳感器，在學習時我沒有馬上告訴學生它們的功能，而是設定教學目標，讓學生不斷的摸索和嘗試，學生通用NTX等控制器及機器人運行時的各種數據的變化、對比，學生很快就能區分開來，而且印象特別深，使學生在“做中學”，在“學中做”，親歷親為，把學習的主動權及學習目標交給學生，教學效果特別顯著。

實際上，運用欲擒故縱的目的就是讓學生自主的課堂上，探究其中的奧妙，加強學生解決問題的能力，運用開放性思維和切身生活體驗來感悟把復雜的事情簡單化，相似的事情類比化，專業的事情簡單通俗化。如果教師直接給出的問題答案，并不是學生記憶最深刻的，只有學生自己動腦思考，親身探究，歸納和總結所得到的知識才是真正屬于自己的，這樣理解了的知識能可能轉化為創新能力。從而有效地提高了教學效果。這樣可以讓自己的每一節課都成為有效的、高效的課堂。

二、有效教學的感悟

1、設定教學目標。教師必須使學生明白學習內容有哪些，什么是必須理解的，學習究竟要達到什么目的。也就是說，要讓學生把他們將要克服什么困難弄清楚，并且把注意力都集中在克服這種困難上。同時積極給學生提供自我展現的舞臺，獲得體驗成功的樂趣以及在失敗中成長的財富。我校在2011年第一次代表阜陽市參加全省機器人比賽，取得二個全省二等獎，以及個人第三名的成績，使阜陽市在機器人項目上實現了零的突破。同時也為這幾個學生獲得參加中國科技大的自主招生的資格。2012年，第二次代表阜陽市參加全省機器人比賽，成績穩定，并在其項目有所突破。獲得了二個省二等獎，一個省三等獎。

2、真正培養了學生科技創新能力，提高了學生的科學技術素養，提升了學生多學科綜合知識應用能力，升華多元化處理問題的手段和思維方法，對其他學科的學習起到輔助和促進作用，從而實現了學生學習能力的遷移。機器人學科是個多學科的高度綜合學科，這就會使學生為了把某個項目做好，就會提升他對相關項目的學科的學習興趣。如：物理、化學、數學、外語等，從而從學生內心深處激發他的學習興趣與動力。

盡管各學科之間的知識體系有很大的差別，但都有內在的聯系，對于一項成果的產生要運用多學科的知識來解決。“簡易機器人的制作及機器人相關的比賽”教學為學生提供了知識綜合應用的平臺，實現知識的融會貫通。更重要的一點是，通用技術必修2中涉及的所有內容都可以通過機器人制作體現出來，對后期課堂教學的深入奠定了良好的基礎。例如，機器人的搭建組裝涉及到結構對整體的影響。有的學生在制作好之后發現機器人不走直線，喜歡往一個方向偏移，而且左右搖晃嚴重。這些問題反映了學生在組裝過程中，可能由于電池盒安裝的位置偏高，導致重心不穩出現搖晃。左右搖擺說明零部件在用螺絲連接時，某一部分螺絲擰的過緊，前后擺動頻率不一致。這一系列存在的現象恰恰可以結合教材中談到的“影響結構穩定性的因素”來分析解決。再如機器人零件的安裝需要有明確的流程，某些流程中的時序允許環節顛倒，但有些必須要按照固定的順序進行。所以這樣可以使同學們對流程的認識更加清晰透徹，能夠很好的體會到合理的流程對生活和生產中的重要影響。

3、培養嚴謹的學習態度，形成學生良好的觀察習慣以及耐心專注力

這些經過機器人制作課堂教學的學生在觀察能力、耐心專注力方面都有了顯著的提高。敏銳的觀察能力、耐心專注力是每個人不可缺少的素質，是人的非智力因素，對學生的學習起著很大的作用，這些都可以從后天的實踐中培養、提高。例如，在機器人制作時，大多數學生都注意力非常集中，對機器人的運行，進行仔細觀察。不斷地嘗試，看看設置傳感器的靈敏度不夠夠；觀察電機的轉速是否一致，是否是導致輪子的轉速出現偏差使傳感器失效；是否是電池的電量不足，傳感器達不到太快的傳感信號等等。學生們得到的是都是他們經過大量的實踐、觀察、歸納的結果，通過不斷的嘗試，不斷的調整和修正，最終機器人按照目標完成預定任務。在這一過程中使學生的意志在實踐中得到鍛煉，耐心專注力得到了提高，心態得到了磨礪。記得在去年的比賽結束后，獲獎的學生對我說：老師，雖然這次比賽我的成績不理想，但我學到了很多，通過這次比賽我看到了自身的不足，尤其是我急躁的性格是我的致命傷，雖然理科是我的強項，但每次都拿不到高分，很多不該錯的就是由于馬虎導致自己的成績沒有整體的提高。雖然這次又沒拿到好成績，但我一定會認識到自己的不足，努力的改正。聽到這番話，我由衷的感慨：如果這項活動能夠持續的開展，這種有效教學模式會使更多的學生，提高自我認知，這對以后的學習乃至人生都有重要的意義。

4、幫助學生挖掘自我潛能，培養學生的合作意識和團隊精神，樹立正確的技術觀，價值觀，世界觀，合理規劃未來

不同的學生都有自己的不同的特長，如果教師能夠有效的開發學生的這些潛在的能量，深入廣范的挖掘，把課堂還給學生，進有高效的課堂教學與有效的課外輔導，學生真的可以創造出一些不可思議的作品。從這一部分的教學中，學習可以發現自己的興趣在哪里，對其今后的人生規劃發展奠定了穩健的基石，使學生明確人生的長期奮斗目標與短期的奮斗目標，由盲從走向獨立，由平淡走向激昂，由理想走向成功，對其一生都會產生深遠的廣泛的積極影響。

參考文獻：

[1] 樂 高《NTX編程指南》 [2] 樂 高《簡易機器人搭建》

第五篇：STEM理念下的簡易機器人教學研究

STEM理念下的簡易機器人教學研究

● STEM教育與機器人教育

1.STEM教育

STEM教育理念是當前國際上頗有影響力的教育思想之一，這一理念強調科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）四個領域的交叉融合與運用。在STEM教育中，科學素養是重點，是為學生將來進一步從事科學研究打基礎的；技術素養和工程素養則是在實際的社會分工中普遍體現的，它以明顯的應用特點為科學研究提供工具和思路；數學素養是STEM教育的基礎，技術深入、工程論證、科學推理和建模都需要數學作為基礎。[1]

2.簡易機器人教育

作為高中通用技術課程的選修模塊，“簡易機器人制作”課程的開設成為當前中學進行素質教育的突破口。有些高中甚至面向全體學生開設機器人課程，讓機器人教育進入課堂，進入每位學生的生活學習中。這一活動的綜合性以及知識技術應用領域的廣泛性，為培養學生的動手能力、邏輯思維能力、分析和解決問題的能力、合作能力等提供了良好的平臺。

3.STEM與機器人教育的整合

STEM教育建立在集成其他學科知識，并融合成一個新的整體框架的基礎上，它把這一整體的最佳結合點展現在學生面前，這也正體現了當前機器人教育的訴求。

STEM理念下的機器人教學充分體現了學科的綜合性、實踐性，其核心價值在于對學生創造思維以及實踐能力的培養（如圖1）。而這種價值的成功與否，關鍵在于課程體系中教學設計、教學模式和教學方法是否具備創新性。

● STEM理念下的簡易機器人教學活動設計

STEM理念下的簡易機器人教學需要放在“活動”的結構中來實施課程。而依據傳統教學模式開展的機器人教學則很少考慮“活動”在整個教學過程中發揮的作用。美國國際技術教育協會提出了STEM取向的課程架構，以工程問題解決為主軸，再輔以技術（設計）、數學與科學相關知識，發展專題導向的教學模式，以培養學生科學知識整合的能力并激發學生學習工程的興趣。它利用工程設計的方法把課程中需要學生掌握的科學知識和方法集合成具體的項目，通過解決核心問題的活動使學生經歷科學探究以及工程設計的過程，給學生呈現的課程任務是一個需要執行產生最終產品的一項或多項任務，產品可以是一個問題的解決方案、一個模型或者一個成型的設備，而項目活動的高潮則是一個口頭或者書面形式的產品展示以及具體的活動過程介紹。[2]

基于這一理念，結合簡易機器人教學的實際需求，在整個活動過程中，教師始終以系統問題解決為中心，通過任務驅動，在創設的情境中明確目標，通過活動的實施與評價，實現系統問題的解決，STEM理念下的簡易機器人教學活動設計如圖2所示。需要特別說明的是，在情境創設過程中必須要明確學習目標，學習目標既是教學活動的起始點，也是教學活動的最終落腳點，是對學生參與學習活動后，在認知知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀領域獲得成長的預期，同時目標的設計也要能體現學生對STEM理念學習的強調。例如，在使用超聲波傳感器進行感應接力的實際應用中，關于超聲波傳感器的工作原理和程序編寫過程中涉及的分支結構均屬于知識范疇，且前者屬于感知科學范疇，后者屬于編程技術領域。具體的設計過程將通過“機器人接力賽”的教學案例進行分析。

● “機器人接力賽”教學案例

STEM理念下的簡易機器人教學，采用項目教學法實施教學，硬件采用Lego mindstorms NXT教育機器人套件以及配套的可視化編程軟件。學生在學習本項目前已經對樂高構建有了一定的經驗，熟悉了編程軟件的基本操作，并有了使用傳感器的經驗。教師可以將班級中的48名學生分成16個小組，每個小組3名學生，4個小組作為一個團隊參加比賽。

1.活動主題：機器人接力賽

2.活動目標（如右上表）

3.活動設計

“機器人接力賽”的任務將由4臺機器完成，學生自主設計不同角色的機器人，共同完成機器人接力，場地如圖3所示，1號機器人從起點出發，到達2號接力點時，1號機器人停止，2號機器人前進，依次類推，最后4號機器人在終點處投放物體。

機器人活動的項目設計作用在于從活動理論的角度去考慮機器人教學活動如何建構。總體而言，活動設計包括活動內容和活動流程設計兩部分：活動內容的設計包括對任務、規則、分工以及工具等的設計；活動流程則是對具體活動完成序列的規定，該序列有助于活動實施過程的有序組織。

4.活動實施

（1）情境設計（10分鐘）。研究階段實際為對問題的深入理解和界定。教師在該階段引導學生關注運動途中的巡線問題以及接力過程的感應，給出模擬流水接力的問題情境，將學生帶入問題。學生通過《機器人接力賽任務說明》以及實體場地獲得對該任務的深入理解，以團隊討論的方式梳理解決問題的關鍵點以及可能的解決方案。同時，教師講解關鍵知識點，如光電傳感器的原理及基本的使用方法等。

（2）活動計劃（10分鐘）。對問題解決的過程進行規劃，包括明確定義問題、對問題解決進行任務的拆解和分工、時間規劃、資料的收集和整理等。這一階段的重要工作是由小組合作轉變為團隊合作，不同小組之間要討論不同角色的機器人結構特點以及感應前一個或后一個機器人的方式。

（3）結構設計與調試（60分鐘）。按照任務要求搭建機器人并編寫程序代碼，其中包括對相關知識點的學習過程以及傳感器的應用。將載入程序的機器人放入實體場地進行調試，對方案中結構搭建或程序編寫方面存在的不足進行實時修正。

（4）比賽總結（10分鐘）。即任務完成情況的展示和項目管理過程的報告及講演，以團隊為單位演示機器人在實體場地中完成接力任務的全過程，并對團隊合作過程進行口頭報告。

機器人課程在培養學生的STEM素養方面具有獨特的優勢，在機器人教育中體現STEM理念也將是未來教育的發展方向。如何更好地在具體的課程中實施這一理念，是值得廣大機器人教育者認真思考與研究的問題。

參考文獻：

[1]許松彥.STEM教育視野下的智能機器人競賽活動實施[J].中國信息技術教育，2015（04）.[2]李楊.STEM教育視野下的科學課程構建[M].金華：浙江師范大學，2014.[3]吳秀鳳，陳奕賢.STEM理念下中小學Arduino機器人教學模式研究[J].福建電腦，2015（5）.[4]王同聚.中小學機器人教學模式的探索與實踐[J].教育信息技術，2014（9）.基金項目：本文系江蘇省現代教育技術研究2015重點課題“簡易機器人校本課程的研究與開發”（課題編號：2015-R-41544）階段性研究成果。