【乡镇初中机器人兴趣实验社团的探索】 乐高机器人班

　　机器人集合了应用数学、力学、机械、电子、计算机、控制、传感、通信和人工智能等多种技术。机器人教育体现了“做中学”的教学理念，强调学生动脑与动手相结合，有利于改变传统的教与学方式，为学生的终身发展打下基础。受经费、师资、器材等因素制约，就目前来说，农村乡镇初中全面开展机器人教育的条件尚不成熟。因此，开展机器人兴趣实验社团活动，以期由“点”及“面”，成了农村乡镇初中机器人教育的重要途径。
　　持之以恒，固化活动时间
　　必要的时间安排是开展各项活动的基本前提，机器人教育也是如此。笔者所在的江苏省海门市，初中课程由原来的每课时45分钟缩减为40分钟，每天的课时数相应地由7节增至8节。这样，学校就能够在每周多出的课时中安排两课时的社团课。每到社团课，所有学生均根据自己的爱好或特长选择参加社团活动。在这一全员参与的活动中，必然会有对机器人进行过研究、对学生个性发展充满期待的教师组织机器人社团，也必然会有相当一部分学生出于对机器人的兴趣而加入机器人社团活动。固化的活动时间有效地保障了活动的有序开展，避免了机器人社团活动“匆匆忙忙走过场，轰轰烈烈一阵子”的现象。
　　取之以民，弱化器材要求
　　机器人器材是开展机器人兴趣实验社团活动的主要依托。考虑到目前学校办公经费有限，要为参加活动的学生配备机器人器材确实有困难，我们的办法是：让学生根据教学需要自费选购合适的机器人。目前，机器人产品主要有乐高、广茂达、中鸣、能力风暴、紫光、未来之星、泰雅普、纳英特、诺宝、通用等品牌。在选购教学用机器人时，既要考虑学生的使用兴趣、身心特点、教学目标等，还要兼顾农村学生家庭的经济承受能力，并考虑可改变使用环境、可升级、可兼容等特性。经过比较，我们选用了较低价位的机器人。这类机器人价位虽低，但机械构件、功能模块等较多，可拆装，能完成多个不同项目。尤其值得一提的是，此类器材精密度较差，活动中易出现故障，学生为完成项目的研究，需要不断地对其进行维护和改进。所谓“久病成良医”，学生自己维修机器人的这一过程，更能促进学生观察能力、判断能力和动手能力的提高。
　　授之以法，优化教学载体
　　社团内学生的知识水平和操作技能不尽相同。为了让学生能主动建构知识体系，我们应选择合适的教材、活动方案及学案。这些材料是学生学习机器人知识的有力支撑，是机器人兴趣实验社团的活动计划书和活动指南。国内已有了一些机器人教材，如《初中信息技术（选修）》等，但乡镇初中学生的基础薄弱，他们小学阶段动手制作的模型涉及电子电路的很少，接触过机器人的更少。因此，我们采用的教材是江苏教育出版社出版的《简易机器人制作》。它分走进机器人世界、让简易机器人动起来、让简易机器人完成指派任务、让简易机器人自动适应环境4个章节，内容由浅入深、易于掌握，并留有深入探究的空间。在教师的引领下，学生能从基础开始，很快掌握机器人的设计与制作，并学会编程方法。河南教育出版社出版的《简易机器人制作》采取了“以项目引导学习过程”的结构形式，以两个特定的简易机器人制作项目（高台灭火机器人、巡线运球机器人）作为主线，简明扼要，通俗易懂，也是一本可选的教材。为因地制宜，我们正结合学校与学生的特点编写校本教材。
　　开之以源，深化学习内容
　　由于兴趣社团活动的时间有限，而机器人涉及的学科众多，知识结构又相当复杂，因而教师还需要提供足够的学习资源供学生选择性的学习。除了自建资源库外，也可以向学生提供已有的优秀网络资源，如《机器人》杂志（robot.省略）、机器人爱好者（www.省略）、中国机器人网（www.省略）、机器人发烧友天地（www.省略）、机器人资源网(www.省略)等。教师还可以引导学生加入相应QQ群进行学习和交流，如机器人爱好者联盟(47711835)、机器人联盟(51155089)、青少年科协机器人（12015666）、机器人中国(43020365)、青少年机器人友谊联盟(84504783)、科协机器人(91908246)、机器人天空II(36390936)、亚太机器人赛专家答疑(61387753)、中国教育机器人联盟(13937027)等，使学生视野更广、知识更新更快。
　　引之以行，淡化具体指导
　　机器人的制作需要手与脑的完美配合。完成一个项目、构建一个机器人作品，需要考虑机械搭建、执行机构、控制电路，还要选择不同的传感器、设置传感器的安放位置、设计控制逻辑及编写程序等。当这些内容都考虑并实施后，机器人也未必能按照设想去工作。这时，就要求制作者分析问题可能出在哪里、有哪些解决办法，并按照规定的逻辑一步一步地去实验、探索和研究，从而真正完成机器人的制作。这一过程虽然比较困难，但教师要学会“偷懒”，在进行了基础性知识的教学并介绍了一些搭建和编程的典型思路与方法之后，教师就放手让学生自己去发挥和实践。从结构搭建开始，到编程、程序下载，再到调试运行等，都要让学生自己动手、自行实践。这样既锻炼了学生动手操作的能力和逻辑思维能力，也增强了学生的信心，从而达到事半功倍的效果。
　　动之以心，催化创造激情
　　学生设计的控制程序就相当于人的思想。面对相同的任务，不同的思想就会产生不同的过程和结果。如使用未来之星机器人，学生无需记忆C语言严格的语法规则，只要能够按照逻辑需要将功能图块拖到流程图上即可，所以比较容易进行控制程序的设计。但由于其每一条指令的执行大约需要10ms，同样的机械构建，程序设计的合理与否、程序设计的技巧水平如何将直接影响机器人作品的运行速度。当然，执行机构的设计是否优化同样决定着作品的运行速度。因此，不同学生制作出的作品，其运行效果会存在比较大的差异。为了提高学生的积极性，教师要充分运用过程性评价与终结性评价，不断地给学生以鼓励。当学生完成了机器人制作后，教师还应进行作品评比，看哪台机器人能最好地完成任务，同时展示作品、解剖程序，让学生自己分析，找出不同点、判断优缺点，从而提高学生的综合分析能力。除了社团内的评价、比赛外，学校还要经常组织学生参加全国及省市级的机器人比赛，在比赛中相互学习、共同提高。若能在这些比赛中获奖，既能更好地激发已参与学生的学习热情，还能促使更多的学生走近机器人，使机器人社团活动的“雪球”越滚越大。
　　总之，农村乡镇初中妥善处理好机器人教学中存在的各种困难，正常开设机器人兴趣实验社团活动后，学生中自然会形成机器人学习热，进而在农村这片广阔天地有效推进机器人教育。
　　*本文为江苏省现代教育技术研究2011年度重点资助课题《机器人实验兴趣社团的实践研究》
　　（参考文献略）
　　（作者单位：江苏海门市海南中学）