基于学校机器人课程教学下的编程校本课程开发研究
宋鹏飞
摘 要：当代科学技术取得了巨大的发展，机器人与人工智能相结合，机器人已经从工业的研究和应用拓展到教育领域，开创了中小学综合实践课程与信息技术课程的创新教育平台，推动了信息技术教育的发展。就虚拟机器人的校本课程开发和其给中小学教育带来的影响做出了详细的论述，并对此提出了一些建议和措施。
关键词：学校;机器人;校本课程开发
一、机器人的概念[1]
目前，按价格从低到高可以找到的机器人有虚拟机器人、低成本实体机器人、高端实体机器人三种。低成本实体机器人比高端实体机器人的价格要低得多，但其仍处于发展初期，各种软硬件并不完善。所以要想在促进机器人教育普及的同时降低学校的支出，学校最好是应用虚拟机器人作为机器人的教育载体。虚拟机器人教学指的是在计算机上设计、搭建、制作机器人编程，并不需要机器人硬件，因此虚拟机器人的成本是相对较低的，有利于其推广教育。
二、机器人课程教学和教育的主要形式[2]
第一，通过少科站、少年宫、学校等单位招揽机器人爱好者成立代表地区参加各类竞赛活动的虚拟机器人小组。这个方法可以最为有效地在中小学教育中加入虚拟机器人教学。
第二，在综合实践活动课中加入虚拟机器人技术学习。
第三，在中小学信息技术教育课程中加入虚拟机器人，目前这种形式还处于形成期，一切都在起步阶段，例如课程的常规性开设与教材的编写。
第四，虚拟机器人教育以研究性课程的形式进入中小学，学生的创新能力在这种形式下会得到很好的锻炼。
三、机器人课程教学对学校教育的影响
1.促进教育方式的变革
机器人教育课堂的中心是学生，教师在其中是引导者的角色，要为学生提供学习资料与建议，学习知识时需要学生自身的努力来构建知识体系，提升创新思维能力与动手能力。
2.有效激发学习兴趣、动机
教育所追求的目标是“寓教于乐”，这也在一定程度上推动了教育游戏成为当前研究热点，所以对于学生来说学习兴趣至关重要[3]。通过机器人教育比赛使学生对学习机器人更加充满兴趣，学生在得到周围环境的赞赏与认可后也会更加具备学习的热情与斗志。
3.扩大知识面，转换思维方式
培养大局意识与空间思维能力。学生在进行机器人的学习时解决了各种搭建机器人遇到的实际问题，由此学到了力学模拟、电路等方面的知识，在促进计算机学科、物理学科等教学的同时还扩展了学生的科学知识;在为机器人编写程序的过程中，学生学到了算法、计算机编程语言等显性知识，也学到了系统思维、逻辑判断思维这些科学而高效的思维方式，这是隐性知识。通过虚拟机器人来将梦想完成的过程中一定会经歷三个过程，即提出问题、分析问题与解决问题[4]，同时学生会不断地进行自我反思，使自己观察、思考问题更加全面、更加有高度。搭建机器人能够在训练学生空间思维能力的同时培养学生的综合分析能力与大局观。
4.培养学生的团队协作能力
机器人教育通常是以小组的形式进行，机器人的学习和竞赛也是一个小组共同学习的过程。在这个过程中学习者要多进行科学有效的沟通，团结协作，包容他人的缺点与不同之处。相对于普通的教育方式而言，在这种实践锻炼活动中学习者能够更好地提升自己的团队协作能力。
5.培养学生的创新能力
在当今社会中唯有创新，方能进步，虚拟机器人技术恰恰具备创新性强、科技含量高的特点。在开发虚拟机器人校本课程，学生可以依照个人想法尽情地拼装心中所想的机器人模型，教师对学生按照个人的想法去拼装机器人的过程要注意对学生多加鼓励，思考与众不同的方法，培养他们的探索意识，对学生具备创意的想法和做法给予大力支持，培养锻炼学生的创新精神与创新能力，提升他们的综合能力。
四、组织学生学习校本课程的建议和措施
1.培养学生的主体性[5]
在对编程进行调试的过程当中，必须保证每位学生都参与到活动当中，要重视学生的参与性，让学生在活动中进行自我发现、自我探究，培养学生的主动性。与此同时，老师要注重学生体验、实践和感悟的过程，重视学生的个性、探索能力、实践能力、研究能力的培养。
2.发挥教师的主导性
相关老师在进行机器人教学的过程当中，因为本身课程具有很高的灵活性，并且操作过程比较困难，所以老师在课程当中必须起到主导作用。将复杂的问题通俗易懂化，将理论方面的指导变成相应的程序设计，最后通过引导的方式让学生自己进行实践，并将实验的结果进行展示。在教学的过程当中，要求老师要做好充分的课前准备。
3.培养团队精神，注重小组合作
学生在学习机器人的课程当中，因为每个学生的编程能力以及动手能力都是不同的，所以老师在教学的过程当中除了要兼顾学习好的学生之外，还要充分帮助学习有困难的学生，让他们更深入地进行学习。一般来说，老师需要将学生分成若干个小组，通过组建固定的学习团队来进行学习和研究。
4.使用灵活多样的教学方法
老师在教学的过程当中，需要根据不同的教学内容，采用不同的教学方法，一般包括项目引导、直观展示、小组讨论以及灵活选取讲义等方法，通过这种方式来激发学生的学习兴趣。
5.完善课堂评价方式，让学生体验成功的乐趣
老师在进行教学的过程当中，对每一位学生都要采取同样的态度，多方位地重视学生的学习，减少对结果的重视。与此同时，当学生学习出现进步或者实践成功的时候，老师都必须给予一定的表扬和鼓励，通过这种方式来让学生充分感受到成功的快乐。这种快乐的心情会激发他们学习的主动性，让他们更主动地去学习。
6.借力IRobotQ3D，打造校本课程
自从IRobotQ3D软件被开发出来之后，逐渐实现了校本课程的愿望。对于IRobotQ3D软件来说，除了可以提供丰富真实的场景之外，还可以提供更多的机器人图鉴，很大程度上可以实现网络的互动模式。对于一个老师来讲，通过该软件不仅可以让学生更真实地感受到机器人的组件，还可以通过设置场景来让学生进行练习、比赛等，通过实践的方式，学生有了更广阔的创造空间以及发挥空间。与此同时，对于虚拟机器人的课程开发来说，一定意义上还可以延伸到学生的生活当中，不管学生在什么地方，只要可以上网，就能够实现课程练习。
五、机器人编程校本课程开发实例
1.中小学机器人课程的研发
（1）中小学学生的学习特点
本篇文章针对沈阳大学附属实验学校的在校学生以及校外学生特点进行了研究，为编辑适合学生自身特点的机器人教材提供了依据。与此同时，还调研了中学生的文化课程，并且将英语、数学、物理等学科知识加入到了教程当中，通过这种方式让相关教材变得更通俗易懂，学生更能理解接受。并且，我们采用自编的教程，为沈阳大学附属实验学校的在校学生创办了机器人的教本课程，再结合相应的教学经验，对实践的结果进行评价。我们通过评价和总结的经验，对课程存在的问题提出了相应的解决策略，希望为以后的教学活动可以提供参考。
本篇文章通过了大量的研究调查发现，随着科技的快速发展，机器人教育在很大程度上可以开发孩子的智力，培养学生的动手能力。我们以沈阳大学附属实践基地作为依据，研发了中小学机器人的校本课程，一定程度上可以促进其他相关信息技术课程的发展，从而更好地和国际接轨。对于沈阳大学附属实验学校来说，本身就是一个很好的实践平台，拥有齐全的硬件设施和软件设施，并且拥有进行授课的机器人教室，4套乐高机器人以及4台电脑。为学生的学习提供了良好的环境。
（2）中小学机器人课程的研发内容
我们对机器人的教学课程以及教学实践进行了大量的研究，收获了大量的教学经验以及研究成果，并且我们正在尝试将其他学科的知识融入机器人教學当中，并且提出了学科机器人的理念，编写了《学科机器人教程》。相关老师在教学的过程中，通过融合数学、物理、英语等课程，很大程度上可以帮助学生更好地学习。例如，采用机器人教学的方式来为学生展示力、速度、功率以及能量之间的转化关系，并且机器人教学可以让学生更加了解输入输出端的设备、编程以及控制，除此之外，还可以让学生有充分思考空间和实践空间。对于机器人课堂来说，主要受到西方教育的启发，加大了对学生动手操作机会的重视。在课堂当中，老师起到的是指导作用，学生才是课堂的主体，通过教师的有效引导，可以培养学生探索知识的能力。因此，我们将沈阳大学附属实验学校作为基地，开设了机器人的校本课程，同时在机器人教育课程当中融合了物理、数学以及英语等课程的知识，很大程度上提高了学生的综合素质。
除以上所述之外，我们也经生活中的一些常识、现象加入到了机器人的教学过程当中，例如蝌蚪是通过什么样的方式变成青蛙的;植物是通过什么方式授粉的等，并且，我们也将物理当中抽象的概念加入到了机器人的教学当中，例如什么是速度;什么又是力等等，通过这种方式充分刺激学生的学习兴趣，引导学生进行自主的学习，提高动手操作的能力，从而帮助学生提高自身的素质。
参考文献：
[1]郑兴航.高中信息技术“泛学编程”校本选修课程开发[J].中国信息技术教育，2016（19）：42-43，82.
[2]王超.高职院校工业机器人课程开发与教学任务设计[J].北京工业职业技术学院学报，2017，16（1）：104-108.
[3]覃进文，龙其党.普通乡镇高中开展机器人校本课程的保障机制与策略思考[J].科教导刊-电子版（下旬），2018（9）：104.
[4]戴玉梅，彭青青，王健潼，等.依托高校资源开发基础教育学校创客课程研究[J].中国教育信息化（基础教育），2017（5）：57-59.
[5]常曦，薛建新，张世明，等.虚拟仪器在智能机器人实践课程中的应用[J].计算机教育，2017（10）：91-93.
注：本文系兰州市教育科学“十三五”规划2018年度规划课题《基于学校机器人课程教学下的编程校本课程开发研究》（课题立项号：LZ[2018]GH670）的研究成果。
