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人工智能时代来临,小学如何开设智能机器人课程?
发布时间: 2018-12-04

教育公平的基本要义就是面向全体学生,只有面向全体学生,教育才能充分体现它的价值。如何让智能机器人教学进入小学的常规课堂?浙江省金华市环城小学进行深入调查、研究后,尝试在小学三年级开设智能机器人课程,并做了一些探索。今天与数老师一起看看他们的发展历程吧~


如何准备和设计



选择一套适合中低段小学生、性价比相对比较高的器材,是开展小学智能机器人教学的前提。我校在2016年8月购买了45套WeDo 2.0科学机器人,一次性投入可以使用几年。


现有的小学信息技术教材中有关智能机器人的内容很少,所以首先需要整理开发一套适合课堂教学的教材。我特别想谈两点,一是教学目标的确定;二是教学内容的安排。


我们不能把智能机器人课变成搭建课、模型课、手工课、劳动技能课等,不应过度关注结构、空间等内容。教师要在每项教学内容中融入“智能控制”思想,把通过编程,利用传感器、电动机等方式实现智能控制作为教学的重点内容,所以我将教学目标确立为“以智能控制为主,组装、搭建为辅”。


我让学生利用图形化的编程软件,学习顺序结构、选择结构、循环结构的程序,渗透计算机科学知识,发展计算思维;学会运用传感器,初步掌握半自动、自动化控制的方法;在解决问题中,渗透工程、技术、艺术等知识,发展学生的创造、创新能力。


教学内容安排上循序渐进,先易后难、先简单后复杂,分四步走。第一步,认识各零件的名称并学习使用方法;第二步,利用程序控制电动机的启动与停止、电动机的转速、灯光的颜色等;第三步,应用传感器学习选择、循环结构的程序,实现一些简单功能;第四步,应用工程、技术、艺术等知识,制作半自动化、自动化作品。


经过一年多的实践,参考WeDo 2.0自带教学案例、竞赛的题目、网上资源后,结合上述四步走的攻略,我开发整理出入门篇、进阶篇、提高篇、综合实践篇4个水平阶段的34个适合40分钟教学的内容,可供一学年使用。


入门篇:走进神奇的机器人世界,认识WeDo 2.0、陀螺、弹力发射器。


进阶篇:熟悉红绿灯、风扇、面条机、汽车、电动道闸、陀螺发射器等工作原理。


提高篇:参与神奇的风扇、听话的小狗、自动门、敲鼓的小牛、迷路的海豚、赛车、单电机转弯、自动转弯、阿帕奇、叉车、鳄鱼、投石机、轮式起重机、联合收割机等主题学习活动。


综合实践篇:参与机器人拉力赛、科学漫游器、坚固的结构、青蛙的生长变化、植物与授粉、预防洪水、空投与营救、废品的分类与回收等活动。


如“赛车”教学中,利用“运动感传器”“等待块”“重复块”等,实现了一项基本功能:在运动传感器前一挥手,小车就前行,当小车碰到障碍物时就停止。这样可让学生在课堂上体验“智能控制”的神奇,自然而然地掌握半自动、自动化控制。





如何组织课堂教学


在教学时,我采用“联系实际”“搭建编程”“交流反思”“优化提升”的模式循环运行。


环节一:联系实际。课堂导入时联系实际进行情境导入,以呈现视频或图片、讲故事、玩游戏等方式,帮助学生把生活经验与教学目标联系起来,提出相关问题,引出教学内容,这样才能引“生”入胜。


环节二:搭建与编程。在搭建与编程环节,分阶段采用不同的策略。对于刚入门的小学生,在搭建、编程时提供指导,让学生先模仿,逐步熟悉各种零件的使用方法;在学习五六个课时后进入第二阶段,仅提供部分的搭建步骤和编程方法,让学生在探讨中完成作品;一个学期后进入第三阶段,不提供参考模型、搭建步骤和编程方法,让学生自主创作作品。


在这个环节中,教师尽量不参与搭建、编程,让学生动手完成,教师多做方向性、全局性的指导。若器材充足,条件允许,要给每个学生配备一个套装,让他们独自搭建并独自编程。初学阶段,在搭建、编程时不要引入小组合作,因为这是培养个人基本技能的阶段,采用小组合作学习,往往会出现一人包办,其他人袖手旁观的现象,严重阻碍部分个体的发展。只有当每个学生在智能机器人学习上都达到一定的水平,具有一定的技术储备后才能开展小组合作学习。


环节三:交流反思。学生的交流反思采用分组方式进行。若每个人上台介绍交流,时间不允许,但以4人一组,让每人在小组内介绍交流,可以在较短的时间内完成。等小组内交流完成后,可以选取一两个学生在全班范围内交流。教师多提问题,引导学生反思并口头表达自己学到的内容,把实际的体验与抽象的知识结合起来。


环节四:优化提升。在交流反思后,再对作品进行优化提升,修改或添加一些结构和程序,然后利用作品做一些小测试或小游戏,让学生留下更深刻的印象,同时让他们体验学习的乐趣和成功的喜悦。


如何培养创造力与创新力



方法一:学习与借鉴。一般情况下,创作一些技术要求比较高的作品,完全让小学生从零开始做,难度比较大,但若让学生先学习已有的优秀作品,学习别人解决问题的方法,再进行创作会容易些。在借鉴已有的优秀作品时,让学生融入自己的想法,逐步提高创造、创新能力。如学习制作陀螺时,学生先学习优秀范例,然后经过自己构思、摸索,创作出更优秀的作品。


方法二:优化与改进。“创新”不是“全新”,是优化、是改进。创新精神,体现在从现有的作品中发现存在的问题,提出自己更优的解决方法。在改进与优化中提高创造、创新能力。如学习陀螺发射器时,我先展示一件有缺陷的作品(发射陀螺后,还一直在转动的发射器),学生在分析、讨论后提出加入运动传感器的想法(用运动传感器来检测陀螺发射器与桌面的距离,当发射器发射陀螺后,离开桌面时就能自动停止转动),从而实现了改进。


方法三:重组与迁移。很多时候,创新就是对熟悉的知识重新组合,实现迁移后就变得新颖。教师需要做的,就是带领学生换个角度重新组合熟悉的知识,在实现迁移中提高创造、创新能力。如在熟悉各零件使用方法后,有些学生把各零件按自己的思路重新搭建,创作出具有独特风格的车、枪等作品;在完成“听话的小狗”的项目任务中学习声控的方法后,通过迁移应用相关知识制作了声控风扇。


方法四:奇思与妙想。课堂教学时,学生经常冒出奇思妙想,教师在鼓励的同时,可以让他们谈谈创作初衷。在了解学生的想法后,师生一起研究探讨可行性方案,逐步解决问题,从而提高创造、创新能力。如有一个学生在班级智能机器人比赛时,创作出“体操小人”(能做简单的翻转动作)。


放飞学生的想象,点燃学生的激情,智能机器人教学可以焕发出无穷的生命力。相关教育部门在组织中小学智能机器人竞赛时,应当有意识地进行创新,优化、改进现有的竞赛模式。各级各类学校没有必要一味追求竞赛成绩,应当自觉地放弃一些功利化的行为。


对于教师来说,迫切需要转变思想观念与工作思路,从竞赛教学、个别参与转变为普及教学、全体参与,让更多的学生能学智能机器人,学好智能机器人,更扎实、更深入地培养并提高他们的创造、创新能力。