《校外机器人活动和学科课程整合教学》(组图)

《校外机器人活动和学科课程整合教学》

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张超 谢鹏 李彦超

【摘 要】机器人活动是当前学生科技活动的热点.把校外单位举办机器人教育活动带入校内,在北京多所中小学开展了机器人活动累积了一些心得.分析机器人教育的状况,开展校内外在课堂活动中尝试构建机器人知识与校内学科知识的联系,并探讨了校内外结合的课程活动设计,能够更好地服务学生学习发展.

【关键词】校外机器人活动 学科教学 课程整合

机器人是一门综合性学科,涵盖化学、物理、信息技术等诸多学科知识.由于师资方面原因及功利性竞赛活动的妨碍,这项活动没有完全发挥出应有的教育作用.2020年,教育部提出“强基计划”,更加注重学科知识应用型人才的培育.校外学生运用专业优势主动联系和配合校内学生把机器人活动与学科教学整合出来,互相渗透整合,既可以帮助校内学生丰富教学内容,也可以使教师在校外活动中运用学科知识通过机器人手段解决难题.

一 机器人教育的现状

中小学机器人教育通常借助工程结构打造组装机器人,计算机编程来控制机器人.在教学中运动至多种技术涵盖多学科的常识融合,很好地训练了学员的思维能力,创新素养,计算能力,以及队伍协作能力.校内校外单位,社会培训机构均有开展,主要方式包括各级竞赛、校外活动课、兴趣培训班、信息技术选修课等.由于包括广泛,涉及知识丰富,教学方式多样,器材用途众多,缺乏相关评价方法的探究,百花争艳的状况,一直没有形成统一的机器人课程标准.另外,师资力量薄弱相对,多数大学是一些信息技术或科学教授工作.机器人竞赛举办在早期确实加速了中小学机器人项目的普及,但目前因一些社会原因介入造成过度追逐竞赛,限制了机器人教育教学资源的研发,忽视了综合素质培养.

由此可见,校外学生在服务中小学生机器人教育上大有可为.我们可以主动向大学伸出“橄榄枝”,开展STEAM教育模式机器人课程,重视科技和知识与机器人的整合,开展情景教学和探究性学习活动,针对活动设计评价平台,并研发课程及活动资源,促进机器人教育良好的发展.

二 校外结合校内学科知识点,激发学习机器人兴趣

校外不像校内有专业机构研发的完善教材,但校外机器人教学中通常采取“做中学”的方式,边做边学,分數成绩名次不是指挥棒,不以成绩论成败的,更加强牢固基础.校外学生在充分认识校内学科教材的基础上,从中挖掘与机器人学科相关的知识,设计活动方案.活动中借助联系、建构、反思、延续的过程,有意识地去贴近校内学科某个知识点.活动中鼓励教师讨论演讲,回忆课本知识,帮助教师感受到基础科学常识与机器人有相关性,自己学的教材知识有用武之地.从而推动使学生像小发明家一样,结合书本知识,以小组为单位合作,发挥想象力,动手实践设计制作机器人,并为机器人编写程序,解决实际问题.这样又可使学生认识知识,又可使它们学会发现,学会探索,拉近与机器人的距离,让人们用双手把生活中这些有趣的东西有形化、灵动化.

比如,在建立机械结构时,发现多边形的结构不稳定,容易出现形变.引导学生们观看并描绘出所建立结构的几何图形,引领人们联系书本知识找到其中的稳固结构,回忆三角形的稳定性知识,从而借助斜拉固造三角形结构增大晃动.同样,在讲授剪叉伸缩式机械臂时,可引导学生观看机械臂,结合平行四边形的规则平移,来鼓励学生归结出该类机械臂设计的细节两边平行且相同.在讲授变量编程时,可以借助物理课的四则运算,让学生实际操作函数的加减乘除,让学生对函数的读入读取运算有更直观的了解.

三 校内外共同挖掘机器人活动中的常识,充实学科课程资源

在机器人学习过程中,多以学习编程语言、工程结构、传感器使用方式,系统安装为主,对于中小学生来说较为专业和乏味.而我想针对小孩来说机器人应该是一种玩具,所以我想摆脱传统对机器人项目的理解,通过活动把机器人与校本课程及学科知识相结合,创设情境激发师生的好奇心和求知欲.

在校内学科老师的支持下,发挥校外学生的专业性优势跟资源优势,主动推进贴近校内课程的机器人活动方案或大赛,帮助校内学科老师知道机器人.然后校内外教师面对面地坐下去,悉心探究、认真思考,找到机器人与学科课程的最佳契合点,让机器人成为一种全新的课堂载体.校内外教师一起结合校内学科课教材,针对某个知识点提出机器人的解决方案.进而加强校级市级研究课示范课,请教研员督导完善课程,开发校本课程.例如：运用机器人小车作为辅助教具,研究速度,路程,时间的关系.设计编写机器人程序运用ph值传感器,记录酸碱中和试验中的ph值变化.印证酸碱中和的结果.

现今的个别中小学面临“330”工程问题,给校外教育结合校内发展带来了新的契机.校外学生发挥辐射带动作用配合举办校内活动课责无旁贷,与校外学科课程结合的活动课,不但使教师关注学科知识,更意在让人们运用校内教学知识通过玩机器人去解决生活的难题,给人们机会“学而时习之”.例如,计算圆轮子的半径,控制车轮旋转的圈数.可以制作一台机器人小车丈量操场的长度.也可以制作一台机器人走迷宫,利用传感器检测距离.也可以帮助组织机器人兴趣小组活动,达到普及与提升并重的作用.

四 与学校科学课整合的课程实例

本次研究对象是北京市展览路第一小学五年级学生,以机器人战陡坡为例,为师生设计的一次别开生面的科学课期末活动.改变了以前书面的考试方式,变为一次研究的试验,让科学也可以演起来,玩出来,用上去.学生们收获了愉悦,也增强了对科学的热爱,体会到了书本所学知识的实用性,活动也最大限度解放学生的认知,完全保护学生的趣味,不以设计的成败与否为评判标注,失败只要预测出理由,找到改进之道一样是顺利的起初.鼓励教师回忆自己的科学课学习过程,和记录本次活动中的探究过程,发现并纠正自己的不足,加深对科学课的教材知识理解,引导学员对书本知识理解后来的再认识,使教师意识到科学服务于生活.

(一)教学目标

1.知识与技能.学生搭建一个能爬坡的机器人,了解摩擦对于机器人爬坡的重要性并加以利用,了解齿轮传动比对马达输出的影响.

2.过程与技巧.学生借助听讲获得间接了解,通过动手操作获得直接了解.学生在缓解具体疑问时以小组合作探究式的学习方法进行学习.通过动手实践,检查设计方案、反复试验、反思完善来制作机器人.

3.情感态度与价值观.激励学生按照事实大胆假设、大胆尝试去用机器人手段缓解实际问题积极探讨.让学生感受理论来源于实践,又指导实践是科学探究的必经过程.养成内敛求实的科研作风,锻炼细致深入的观察、严谨科学的记录、分析现象背后因缘的实践科学认知能力.

(二)教学内容安排

教学内容是使教师设计并建立一辆能够爬陡峭山坡的机器人.并且在机器人爬至坡顶时要求机器人停止.课堂中打算了3个不同坡度的分别为30度,45度和15度斜坡,斜坡斜面长度为1米,要求记录爬坡的时间.抽签3选1,决定应完成的坡度.發放一种机器人动力输出结构,轮式机器人.利用同一种结构采用不同的齿轮比完成测试.要求即使使机器人完全行驶过斜面挑战任务就能完成,如挑战失败,要求探讨失败的诱因和自身方案的不足.

(三)教学过程

1.提出任务.展示3个不同坡度的斜坡,利用两种构架,设计并建立不同的齿轮传动比的机器人,看看如何爬上陡坡.

2.分析任务.拿到机器人,思考如何的齿轮配比才能使他更好的爬坡.

3、组内探讨.提出自己的看法,听取别人的意见.

4.提出疑问.学生观察、猜想、假设、提出疑问,你觉得你的机器人完成此任务的难点在哪里?机器人不同的齿轮传动组合,各自的特点跟劣势.完成此任务必须摆脱这些困难?

5.结构设计.学生探讨并发表自己的看法.应当考虑的设计要素：齿轮的传动比;小齿轮带动大齿轮,得到较大的扭矩.大齿轮带动小齿轮,得到较大的输出速度.

6.解决任务.小组分工合作完成此项任务.学生从教师机下载程序,并运行测试完成建立跟编程的小组到场地进行实验和记录与爬坡小竞赛.

(四)学习效果评价设计

设计学生的实验记录表：（1）我们的分析;（2）我们想要这么试验;（3）试验的结果;（4）我的们想法或看到包括对分析的结果,对其它组结果的预测.

学生在进行试验检测时,教师以鼓励学员观察记录为指导要领,让学员学会记录收集数据,尝试进行预测,以便学生间的交流机器人教案模板,和成为归纳推论的事实根据.学生进行汇报分享时,要求积累别的小组讲话互相启发,自由大胆地描述自己的见解.

本次活动以分组挑战实验采用,并以实验的揭露为主线贯穿全课.在教师了解齿轮的前提下机器人教案模板,选择学生感兴趣的难题进行探究.通过小组探讨完成试验设计,分析实验结果,最终借助讨论跟老师的鼓励结论.机器人器材,以其模块化的打造和编程控制,为学生建立了一个方便的检测系统.利用控制变量的方式,活动的探讨程度可控,如本次活动只期望考核学生对齿轮传动的理解,则可以编程设计每辆汽车电机启动同样的时间,搭建成相似的构架,只供选择不同的齿轮比.如期望借助对比了解轮式、腿式、履带式机器人爬坡的能力,则能直接提供相关建模的机器人,让学生进行爬坡测试试验,验证其中的道理.如大学学生使用本案例,则能加入重心对机器人的影响.

五 总结

当然,由于机器人结合学院教材研发综合性活动课程在中国而是进入起步阶段,课程结合的探寻也还在初步进行中,课程完全落地校内还必须付出更多的尽力.活动的设计还必须校内外教师的沟通,课程制度更改,课程内容,课程时间,评价平台,等等.而且,机器人与学科教育的结合度要拿捏精准不应喧宾夺主,也不生加硬入.但从长远看来,结合校内外优势,给学科教育加入新“沃土”,完全可以推动互利互惠,平时加强以机器人为契机与其它学科交融的教学研发,从而为现在机器人教学处于课堂,作好充分的打算,是很高的方式.广大校内外教师可以在实践中不断探讨积累,共同推动学生发展.

参考文献：

[1]沈莲.小学智能机器人校本课程建设的实践与构建[J].小学科学,2012,（05）.

[2]高山.构建“中学机器人校本课程”的实践研究[J].中国教育信息化,2020,（03）.

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