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智械动景:构建机械与程序融合的生命体

  摘要:创客教育理念下,以智能机器人为载体、以培育计算思维为导向的学习已悄然而至。当灵动而具象的机械结构被赋予程序的灵魂,学习也将呈现一番动感而富有生命力的美景。本文在创客教育主题下,结合机器人教学实践经验,从启蒙、尝试、实现、创造四方面规划出一条机器人教学的通用路径,并探究不同

阶段教学策略的有效运用。 

  关键词:计算思维;机器人;机械;程序;教学策略 
中图分类号:G434 文献标识码:A 论文编号:1674-2117(2018)21-0009-04 
当人工智能时代的钟声敲响,当创客的风帆已经高高扬起,当STEAM教育的浪潮已经涌向岸边,我们可以清晰地感受到未来的教育将发生巨大的改变。在人工智能新时代,中小学信息技术教育肩负着让孩子触摸人工智能,培育其计算思维的使命。以机器人为载体的教学活动已然成为教育迭代的产物,它既可以通过机械的精巧搭建触摸思维,又可以通过程序的精密设计活跃思维。 
然而,一个崭新的时代留给教育的更多的是机遇与挑战。纵观当前机器人教学的现状,要完成新时代所赋予的使命我们是“心有余而力不足”。机器人价格的制约、理论研究的缺乏、竞赛趋势的导向等都阻碍了机器人教学的普及。其实,机器人教学光有硬件设备是不够的,还需要有配套的课程;光有课程也是不够的,还需要有适切的教学策略。只有这样,机器人教学才能勾勒出一条有效的路径,以通往新时代所期待的唯美境地。 
启蒙,始于触摸机器而迸发的满腔热情 
古人云:启其蒙而引其趣。机器人教育的启蒙也要从学生的兴趣出发,形成乐学、好学、自学的态势。机器人尽管以其多变的造型、智能的技艺受孩子们青睐,但却难以经受多重的考验。因此,兴趣不是天生的,也不是固定不变的。如何能够激发并保持孩子们学习机器人的兴趣呢?针对这一问题,笔者结合实际的教学经验与机器人本身的特征进行研究整理,并归纳出一种可行的策略——三度触摸策略(如图1)。 
1.一度触摸,感受机械与程序融合的魅力 
今天的孩子是数据时代的原住民,在人工智能的时代背景下,他们不乏与机器人亲密接触的机会。但在与机器人打成一片的同时,却鲜有人思考其组成、原理、技术、意义……因此,有必要将机器人请进课堂,让学生浸润到机器人世界中,在充分的触摸体验与深刻的感悟中习得知识技能,培养学生持久的兴趣。 
案例1:《认识机器人》——课堂里出现的智能伙伴。 
在《认识机器人》一课中,目标是让学生了解机器人结构的基本组成。笔者将智能机器人——小优引进课堂,孩子们一进门便一片哗然,难以抑制的好奇与热情溢于言表。课堂上,孩子们可以通过全方位观察活动,了解机器人的执行机构;可以通过互动体验,感知机器人的传感器模块;可以通过交流对话,感受机器人核心处理器的强大……在教师的适当引导下,孩子们在不知不觉中印象深刻地储备了机器人基础知识。 
一度触摸的形式可以多样化,除了实体机器人,也可以是虚拟机器人、视频、图片、简易模型等。而它们的共同目的是让孩子们浸润到机器人的世界,并为之倾倒,激发兴趣,驱动主动学习的热情。 
2.二度触摸,与零件交朋友 
二度触摸,是一个从整体到局部的演变。学生对机器人有了整体的感性认识,也对每一个部件充满了好奇。那就顺应孩子们的好奇心,让其在零件的海洋中寻找机械结构的奥秘。 
案例2:百变造型中探究齿轮的相互作用。 
以乐高机器人为例,齿轮是动力传递的主要来源。而乐高机件中齿轮的种类繁多,功能不一,机械传递的原理也不尽相同。笔者在教授大齿轮与小齿轮之间带动关系时,为学生设计了一份导学单,引导学生在用自己设计的齿轮结构传递动力的过程中,观察力的大小、速度、方向等的变化。通过比较与分析,得出齿轮间相互作用的结论。在整个教学活动中,孩子们既倾心于自己设计的齿轮造型,又力求寻找规律将齿轮的价值发挥到最大。 
机械结构的触摸让孩子更进一步接触机器人,并可以亲自体验对机器人进行改造。教师在二度触摸的过程中要做好引导作用,结构的设计不仅仅是为了美观与好玩,合理的结构设计是机器人得以施展其功能的物质基础。 
3.三度触摸,与程序打招呼 
如果机械结构的搭建培养了孩子们的动手能力,那么程序便是对思维能力的提升。三度触摸,将原本机械的动力结构智能化,将孩子们的学习热情推向了高潮。 
案例3:比比谁的小车更灵动。 
以小车作为机器人的基本结构,加以程序的作用,学生能轻松地驱动其前进与后退。而笔者在此基础上,教授机器人转向的奥秘。首先让学生观察,小车在转向过程中轮子的方向与速度变化,从而得出左转与右转轮子的速度、转向角度等变化规律。孩子们在调试过程中,感受到程序的巨大魅力,研制出各种走向的机器人。笔者以此为契机,增设了“比比谁的小车更灵动”环节,展示的机器人中有的能走正方形,有的能绕障碍物,有的还能跳舞……孩子们在分享的过程中,看到的是机器人灵动的行为,收获的却是程序设计的奥秘。同时,他们在同伴和老师的认可中,增强自信,对机器人的热情也得以保持。 
 
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