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南长实验中学:人民教育第12期发文报道南长实验中学机器人教育

作者: 文章来源:南长实验中学 发布时间:2016-09-19
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  通过机器人教育,整体抬升学校教育的底座,形成教育高原,并在这个高原上建造新的高峰。

从知识消费者转变为创造者

王依群 黄秦祺

  我校毗邻无锡市电子信息特色街,是全国智慧教育实验学校,加之对口小学常年开展机器人社团活动,因此学校有开展创客教育的浓厚文化氛围。近两年,我们以机器人教育为抓手,探索出一条激活学生学习热情的创新之路。

作品研发教导会:整合资源,促进跨学科融合

  伴随着学校的不断发展,学科平行式的教学越来越显示出“重灌输、轻创造”的倾向。如何引导教育教学从重知识讲解的藩篱中突围,开辟出学生自主学习的新天地,是我们所面临的新问题。

  在分析了学校文化特色、社区教育资源优势之后,我们梳理出学校潜藏的诸多教育新优势。其中,机器人教育这种基于生活和兴趣的自主学习与创造模式,很适合跨学科综合发展、激发学生学习兴趣的教育诉求。

  我们首先尝试建立了作品研发教导会机制,集中各学科骨干教师,寻求家长、校外辅导员的技术支持,并将STEAM教育理念融入机器人教育。日常教学内容主要以开源平台Arduino硬件与Scratch软件为主,从教授学生使用Scratch编程制作动画与学习变量、数组、坐标系等内容,到结合Arduino开源硬件制作出各类智能机器人作品。整个过程融合了数学、物理、生物、美术、计算机等多门学科知识。

  以“多功能乒乓球发射机”研发为例。信息技术老师帮助孩子们完善Scratch软件编程,手把手教会他们使用红外线传感器进行远程控制;物理老师告诉孩子们马达能提供动力,借助齿轮转动让橡皮筋蓄能,能让乒乓球瞬间飞射出去;劳技老师帮助孩子们设计乒乓球存储盒,并告诉他们润滑油能让活塞运动更流畅;体育老师则提醒孩子们,要让乒乓球从不同角度发射,须要把电机改为舵机……

  这样的学习过程锻炼了学生的逻辑思维、动手实践、创新发明和多学科知识整合应用等能力,激发了学生主动学习的热情,提升了他们的综合素质。

双轮驱动,在高原上建高峰

  在初步取得成效后,我们明确了学校发展的新定位,即通过机器人教育,整体抬升学校教育的底座,形成教育高原,并要在这个高原上建造新的高峰。

  首先是推进大班教学,普及机器人教育常识。课程开设主要集中在初一和初二年级,共计四个学期,让每一个学生都能接受优质的机器人入门教学。教学内容包含软件、电子、机械和简易机器人等。课时安排是每周“地方与校本课程”1课时,学习内容为自编的校本教材《智慧机械》。

  同时,在每周一节的信息技术课中,相机进行机器人相关章节的扩充式学习。对于大部分学生来说,机器人课程内容是陌生而新奇的,这一教学内容的植入,既不影响国家课程的落实,又成功解决了传统信息技术课堂中,因为部分学生已经掌握了教材中偏重基础性的课堂内容而对教师授课缺乏兴趣,课堂秩序难以维持的问题。

  在普及的基础上,我们还通过组织机器人社团活动,进行“精英”式培训。让部分学习能力强的学生提升编程和搭建能力,并通过参与竞赛和校外交流(如上海创客嘉年华、高校夏季科技夏令营、兄弟学校机器人实验室等)拓展视野、激发灵感。活动时间是每周“第二课堂活动”的两课时。

  教学中,我们注重分析学生的能力侧重点,根据“多元互哺”的原则,组成若干个四人学习小组。小组既可完成同一学习任务,又可以探究不同方向的科技领域,如3D打印、激光测绘、虚拟现实、艺术创意等;小组间还常常开展任务竞赛、作品PK等活动,激发了学生的学习兴趣。

  小组设计作品之前,每个组员都要提供设计创意,然后分享交流,选出最切实可行的方案。如在设计自动倒水机器的过程中,小李同学先把想法与组员进行交流,得到大家赞成后,再和小组成员一同设计图纸,一起搭建固定装置、机械手,安装舵机、智能手势传感器,一起通过Leap Motion体感传感器和Scratch软件进行编程操作。小王同学则负责不断测试、调整程序参数;小惠同学在发现机械手可能会捏扁纸杯时,提出加一个杯罩的想法;小蒋同学针对机械手被电线揽住的问题,巧妙地把电线绕在螺母上来保障运行……

  在机器人普及教学与拔尖培训的双轮驱动下,我校在承办第三届全国中小学机器人教学展评活动中,出色地辅助来自全国各地的教师完成了各种课堂学习任务,并得到了参赛教师对我校学生学习水平的高度赞誉。此后,我们还先后获得了全国中小学生创客邀请赛初中组一等奖、第24届计算机表演赛无锡市初中组一等奖、江苏省青少年机器人竞赛活动FLL机器人工程挑战赛初中组二等奖。

让学习从“好玩”走向“玩好”

  在机器人教育取得长足发展后,我们发现,要想真正把学生从知识的消费者转变为创造者,还需要一个更为稳定的支撑基地。于是,我们以江苏省开展的学科课程基地建设活动为契机,积极建设创客教育基地。

  我们充分利用江南大学信息技术系教学实践基地的优势条件,邀请多位教授共同编写了机器人教学的校本教材,确保了机器人教育的系统性和科学性;邀请人文学院相关专家,在教学理论等方面为我们提供支持;邀请数字媒体学院的教授和研究生定期来校讲座和辅导,寻求技术上的专业指导,并积极寻求机会让我校老师能够参与到他们开展的机器人课题研究中。

  我们专门建设了100多平方米的机器人教学专用场所——“创客之家”,分上下两层,内设Arduino开源器材30套,乐高、未来伙伴等机器人套装和比赛场地多套,3D打印机、激光切割机和XY测绘仪各1台,学生操作台10台,投影机1台,台式与笔记本电脑若干,机器人书籍资料等。此外,学校科学馆的两个计算机房的90台电脑以及Arduino套件,也一并划归于机器人教学使用。

  师资配置上,我们专门引进了计算机专业的优秀毕业生,并送他们去深圳、上海等地参加机器人方面的各级各类培训,接触了解机器人教学最新最前沿的内容、方法,提升专业素养。

  创客教育基地的建设,促使理念、资源、方法、路径进一步整合,形成了新型学习环境,使得机器人教育从“好玩”走向了“玩好”。最重要的是,学生们在把自己的各种创意转变为现实的过程中,借助各学科学习的融通融合,真正实现了为自己的需求而进行学习与探索的目标。

(作者单位系江苏省无锡市南长实验中学)

责任编辑 施久铭 王小东

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