兴趣驱动的机器人科学实践活动探索与实施

王玲玲+富立+何力洋+杨文静

【摘要】针对当前国内中学生机器人教育呈现的普实程度低、创新能力不足等问题，在分析国内中小学机器人教育现状基础上，本活动以发现兴趣-激发兴趣-培养兴趣-勇于创新为主线，开发了面向中学生的大-中联动实用机器人教学平台，设计了系列紧密结合生产生活实际情境的机器人科学实践活动趣味性项目，并面向北航实验学校中学部不同年级学生的多次开课，取得了较好的实施效果。

【关键词】兴趣驱动 开放科学实践 机器人实验 中学生

【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）23-0254-01

为了提高优质综合教育资源的普及度，激发并提升学生的创新能力[1]，北京市教育委员会提倡开展中学生开放性科学实践活动，作为北京市深化教育领域综合改革的重大措施。北京航空航天大学自动化与电气教学研究实验中心响应号召，利用机器人开展相关活动，成为“北京市中小学生实验实践活动基地”。

一、中国中小学阶段机器人教育现状分析

机器人教育2003年才纳入中小学基础教学选修内容。目前中小学机器人教育多数采取竞赛为核心的教育模式[2-3]，加强对学生创新能力、科学及工程素养的培养。但这种小群体竞赛的机器人教育模式在教育普實性层面存在一定弊端。美国卡耐基梅隆大学机器人学院Robin Shoop教授指出，这种学习过程忽视了机器人学本应有的关键教学环节，导致学生失去更多学习的机会，造成机器人教育发展方向出现上述本质偏移[4]。

此外，教育机器人教学设施规范化以及专业性教学人员的缺乏也给机器人教育的普及增加了难度。采用何种机器人教学工具开展面向广大学生的趣味活动也成为机器人教育普实前行循环轨道上亟待解决的问题之一。

二、“大-中联动型”的教学机器人平台

爱因斯坦说过“兴趣是最好的老师”。结合学生兴趣点开发的机器人实践教学平台硬件主体包括：北航-罗克韦尔联合实验室提供的罗克韦尔自动化控制系统以及Delta机器人本体。基于该平台开设了系列集趣味性和可操控性于一体的、面向不同年级学生的机器人多任务实践项目，有效捕捉并激发中学生的兴趣点，在兴趣驱动下鼓励中学生融入创新想法完成多种任务。

三、实践活动目的与思路

在分析中学生认知及其现有知识结构基础上，结合真实现实世界的生活生产内容，为不同中学生群体开设具有乐趣性的多类型、多任务机器人实践项目，让学生在活动过程中发现自己的兴趣点，激发学生的求知欲望，逐步培养学生的学习兴趣，并在活动中增长知识，开阔眼界，提高创新能力。

四、活动内容及教学方法

结合机器人的现实应用逐步引导理论学习，使学生逐渐领悟到所学知识的实质与用途，设置易于不同年级学生接受和实践的活动内容，满足中学生的好奇心与求知欲。

根据学生的认知学习规律明确将活动内容划分为“观察-学习-实践-探究”四个环节。在观察环节利用视听结合的多媒体引导学生了解机器人基础知识；在学习环节依托“大-中联动型”机器人教学平台学习机器人多方面的基础知识；在实践环节依据学生的接受程度开发了形式多样的可执行项目，认知与感悟科学、技术、工程、数学融合的魅力；探究阶段主要发挥学生无限的想象空间。每个环节内容循序渐进地开展，激发学生学习兴趣并提高效率。

采用“学-思-做”互融实践活动教学方法，通过学中思、思中做、做中学互融式教学闭环回路，引导学生走向成功。

五、机器人科学实践活动实施与分析

按照上述教学思路和方法，面向北航实验学校中学部初中学生开设活动如图1所示。

活动中让学生按照自己的任务意图，利用形象图形化编程语言，设计不同任务进程，自行下载到控制系统中，观察并分析机器人运行情况。对于实践活动的趣味性与综合性看法，85.37%的学生认为该活动具有较强的趣味性，多数体现在男孩子看法上；只有1/3的女生对机器人活动感兴趣。可见，该类活动更容易引发男孩心中“好奇”。此外，所有学生认为该活动涉及了多学科知识点，具有很强的综合性，让孩子们深刻意识到学习时要均衡发展全面开花。

六、结论

机器人开放实践活动实现了面向多数学生开设，提高机器人教育普实性的目的。活动过程提倡兴趣的驱动创新，教师密切关注并激发学生的兴趣点，引导学生将所遇问题抽象为新的解决方法。活动中经历发现问题、思考问题、解决问题各个阶段，使学生形成良好的科学、工程、数学养和技术素养。

参考文献：

[1]王建华.重启高等教育改革的理论思考[J].高等教育研究，2014，（05）：1-10.

[2]张秀杰.中小学机器人教育课堂教学设计研究[D].沈阳师范大学，2013.

[3]张国民，张剑平.我国基础教育中机器人教育的现状与对策研究[J].现代教育技术，2008，（05）：92-94.

[4]舒慧东.我国中小学机器人教育研究评述[J]. 中国教育信息化，2007，（08）：29-32.