数字工程类课程：让工程问题为创造搭建迈向真实世界的阶梯
孙传皓
《中国制造2025》是中国政府实施制造强国战略的第一个十年行动纲领，其确立了人才的重要性，并且指出了包括“智能制造工程”在内的重点建设的五大工程，以及包括“机器人”和“信息技术”在内的十大领域。同时，国家出台了《机器人产业发展规划（2016—2020年）》等一系列相关政策，2017年7月，国务院印发的《新一代人工智能发展规划》中也明确提出，“广泛开展人工智能科普活动，支持开展形式多样的人工智能科普活动，鼓励广大科技工作者投身于人工智能的科普与推广，全面提高全社会对人工智能的整体认知和应用水平。实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育，鼓励社会力量参与寓教于乐的编程教学软件的开发和推广”。
北京景山学校在2000年就开始开展机器人教育，从只有个别学生能够参加的竞赛项目，到后来的可以有少部分学生参加的选修课、课外活动，到现在的多层次的机器人学习课程，包括大班普及课、课后班以及社團活动，为学生提供了多样的学习机会。
2012年，景山中学开始建设创客空间，探索开源机器人课程普及教学的可能性，2017年建成了高标准的创客空间后，以机器人课程为核心的数字工程类课程群取得了很大的进步。
● 初中机器人普及课：从EV3到Makeblock
机器人技术涉及了信息技术中的控制技术、感测技术、通信技术、计算机技术，可以让学生体验到信息技术的全面综合应用，除此还涉及机械工程学和人工智能技术。学生学习机器人课程可以零距离接触前沿科技，不仅能够提高信息素养，还能够强化分析问题、解决问题的实践能力。
目前景山学校在七年级第一学期开展机器人大班普及课程，每周两课时，目前主要使用的是乐高EV3机器人，部分水平较高的学生还继续学习makeblock机器人。机器人课程具体设计如下表所示。
该课程分三个阶段：
第一阶段认识机器人、学习基本操控方法，主要学习各种传感器的用法，用程序基本模块控制传感器。主要学习内容首先是掌握马达的相关知识，搭建到达终点即停的机器人，了解万向轮的使用。接下来是光电传感器、触碰传感器这些简单传感器的应用，然后是超声波传感器、陀螺仪这些复杂传感器，并能够使机器人可以通过超声波躲避障碍，且能够精准控制机器人转向角度。
第二阶段学习机器人结构、制作具有一定功能的机器人。主要学习内容有了解投石机、机械手臂、杠杆、力臂力距的相关知识，分析工业机械手臂的作用，搭建可以运送物体的机械手臂。
第三阶段是综合场景当中的项目应用。例如，避障机器人，综合使用光敏、触碰、超声波传感器制作躲避障碍机器人;分拣机器人，能够将传送带传送过来的货物分拣到相应的盒子里;升降机，使用电机直接抬升货物，使用齿轮传动抬升货物;自动栅栏门，了解小区、停车场栅栏门的作用，结合传感器搭建自动栅栏门。
在教学上，由于机器人是一个涉及多个领域的综合应用，这就要求教师需要具有广博的相关知识，要加强学习相关领域知识技能，加强与相关学校、机构的沟通交流，尽量提高业务能力水平。此外，机器人教学还应该是一个开放的体系，应该继续实践研究更加科学合理的课程体系，更新更加符合学生认知水平、适合学生操作练习的课堂任务，让学生更加感兴趣、愿意学习机器人，使课堂更高效，真正提升学生的素质和能力。
● 高中选修课：开源机器人项目实践
我们可以将机器人简单地看作是一种智能的自动的机械结构，程序算法、电路设计、机械制造三方面的配合完成了一个机器人从无到有的制作过程。教师可以引导计算机水平较高的学生从零开始制作一个机器人，进而有效地应用3D打印机、激光切割机和CNC雕刻机完成一个智能设备的制作。
本课程采用项目式教学，且只招收具备一定计算机基础的学生，因此没有明确的课程大纲，只是一开始让学生各自选题，进行个别辅导，完成中期报告和总结作品的展示。由于很多高中学生要用自己的作品参赛，所以学生除了选修课的时间之外，还付出了大量的业余时间。
● 结语
工程方向的育人价值是信息技术走向专业化的一个必然的方向，也是信息技术培养专业人才的最有价值的方向。面对“新工科”的教学要求，为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略。2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，并发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推进新工科研究与实践项目的通知》，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验，助力高等教育强国建设。而绝大部分的工科专业都有计算机应用的参与，工程教育和信息技术学科在新课标新课程之下的深度融合则是T-ARE这种基于艺术、研究和工程的技术学习模式在中学和大学联合育人模式生成过程中的收官之作，对于科技教育的发展、信息技术学科的自身发展，都将产生深远和积极的影响。
