小学信息技术课上开展机器人教育的意义与探究

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  在现代科技飞速发展的社会大背景下,在校园教育中信息技术学科随之应运而生。“蒙以养正,圣功也。”就小学信息技术教育而言,其根本目的和主要任务并不是培养专业性人才雏形,而是在启蒙教育这一不可逆转的原始黄金时期,有效地激发儿童的学习兴趣,培养他们对信息技术的基础认知,通过理论知识学习、思维活动引领和实际动手操作等途径和方式,逐步培养更加具有开拓性和创新性的学习思维精神。机器人教育的内在属性和基本特点,完全契合这种精神和实际需要。在小学信息技术学科活动中开展机器人教育,有什么意义呢?究竟如何开展呢?
  在现代科技日新月异发展的今天,融多种科技成果为一体的机器人技术,不仅成为衡量经济社会发展的重要标准,而且在一定程度上代表高新技术发展、国家技术改革的显著标杆。作为社会建设人才的摇篮基地,加强学校信息技术教育的必要性和重要性是不言而喻的。“少年兴,则国家兴;少年强,则国家强。”尤其在启蒙教育这一不可逆转的原始黄金时期,以机器人教育为代表的信息技术学科活动,是引领儿童“教学做合一”行为、培养他们科技开拓意识与创新精神的有效载体和优质平台。本文结合小学信息技术教学的实践与思考,拟就儿童机器人教育的意义和做法,简述一些抛砖引玉之论。
  一、简析信息技术课程中机器人教育的主要意义
  在小学信息技术课程活动中,重视并开展儿童机器人教育活动,既意义重大又影响深远。概括来说,集中体现在两个方面。
  (一)非常契合现代教育信息化发展的要求
  众所周知,一个完整的机器人除了计算机技术,还包含材料、控制、机械和通讯等方面的技术,并且应用到电、光、声、磁、力等物理学知识,涉及诸多学科领域,是一种“百家互动综合体”现象。正因如此,在小学信息技术课程活动中,教师善于借助机器人教育这一优质平台,既可让儿童在不用扬鞭自奋蹄中有效掌握所学知识,又能在学用结合、实践操作中得到更好的拓展和创新。也就是说,机器人教育适合儿童活泼好动的学习心态,契合现代信息技术发展的大趋势和大潮流。比如,在实践与操作过程中,小学生能够初步了解控制编程,充分了解传感器的作用,逐步形成机器人的概念框架,产生相应的信息技术思维方式等。再如,在机器人教育活动中,逐步培养儿童分析与解决问题的能力、逻辑思维能力等。所有这些,都是传统的信息技术教学不曾具备的,也是难以比拟的。
  (二)非常有利于促进儿童能力的全面发展
  随着教育信息化特质的不断加剧和深化,对信息技术教育提出了更大挑战和更高要求,简单的电脑学习与程序操作已不能满足这一形势的发展与要求。与之相应的是,机器人教育更加有利于培养儿童的思维意识,更好地引领他们的行为能力。主要体现在如下几点:
  1.有利于全面提升儿童的动手能力
  由于心智发育的规律性,儿童普遍具有“求趣、求新、求异、求动”的基本特点。不仅如此,儿童的智慧多出自他们的“手指尖上”。在机器人教育过程中,在课题研究方式的引领下,通过构成单元,激励并驱动儿童利用不同的部件和结构,设计机器人并编写相应程序。这种理论联系实际的“教学做合一”,对培养学生的全面动手能力能够充分发挥不容忽视的“正强化”作用。
  2.有利于全面提升儿童的创新能力
  在机器人教育中,不仅需要一定的动手操作,还需要相应的创新意识。课堂教学中,通过展示新的研究课题,让儿童在分组讨论、互动交流和相互启发下,努力地探究主题方案设计、搭建机器人、编写相关程序等主题任务,在不同程度上自然会引发他们的创新意识。以“机器人机械手”的教学为例。教师引导小学生利用马达、梁、轴、齿轮(都是机器人独有的)等材料,尝试着搭建并完成“搬运”动作。他们在好奇心的强烈驱动下,独自思维、合作探究、相互启发,往往由此产生非常丰富的灵感和联想,同时创造出许多并不相同的作品。这难道不是一种创新现象吗?
  3.有利于全面提升儿童的信息化素养
  机器人本身就是信息技术的先进产物,而且具有强烈的信息化特征。在机器人教育活动中,在激励、唤醒和鼓舞等教育艺术的作用下,能够更加有效地激发儿童的情趣,在“教学思做”中更好地学习并掌握信息加工、处理等知识,进而不断提升信息素养。
  二、对小学信息课程中机器人教育的简要性探究
  俗话说:“教无定法,确有章法。”本文立足于“乐高机器人项目”教学这个视角,通过“任务驱动”的教学方法,主要从如下几个方面,简述对儿童机器人教育的点滴探究,希望与同行分享并获取商榷之言。
  (一)乐高机器人和课程教学概况简介
  在小学信息技术教学过程中,“乐高机器人”既是关注热点又是重要组成。课程内容体系沿用的是“机械+传感”模式。总体来说,在硬件和软件教学设施上要求不高。作品在制作上形象、具体,对基础知识的要求也不高。也就是说,以“乐高机器人”为核心的信息技术课程学习,既容易激发学生的兴趣,又具有操作性。它在课程教学上的概况如何呢?其构成要素主要包括“机械部件”“电子部件”等方面。根据不同学段的儿童认知特点,可把它分为“初级”“中高级”两个课程体系。它们相互之间的关系———前者是基础,项目更多地偏向于综合运用,引入电路基础知识和部分传感器。其主要核心线索:有减速结构,有移動结构,有曲柄结构,有凸轮结构,有链传动结构,还有同步带结构等。主要教学目标在于:了解并熟悉常见机械结构,学习并接触电路基础知识,培养儿童的合作精神和学习品质。在此基础上,初级课程教学主要内容和目标设置如下:(1)掌握基本结构类型,如杠杆原理等;(2)能够认识并使用滑轮、轴、轮毂等零件;(3)能够认识生活中的棘轮、棘爪等机械装置;(4)能够认识并组装曲柄结构,学习绕轴旋转;(5)能够认识皮带传动的基本装置等;(6)学习并理解简易重物拉升机械装置基本原理;(7)能够了解齿轮组之间的传动速度;(8)能够学会并使用有关基本测量工具。
  (二)在“任务驱动法”下的乐高机器人教育
  首先,什么是“任务驱动”教学法呢?顾名思义,在实际教学过程中,教师组织并引导学生围绕一个任务活动中心,通过一系列问题驱动,通过主动应用学习资源,进行情感体验下的自主探索和互动协作学习。这是一种建立在建构主义理论上的教学方式和方法。
  那么,如何通过“任务驱动法”开展乐高机器人初级体系教育活动呢?以“蒸汽火车(连杆结构)”项目为例,基本活动流程如下:(1)通过课件演示,向学生简要介绍蒸汽火车及其动力部分;(2)教师提问“火车的动力来源是什么”;(3)介绍齿轮连杆结构;(4)演示项目关键步骤和结构;(5)让学生在小组合作状态下完成任务;(6)对部分优秀作品进行点评。课程教学应突出重点、难点。课程教学从减速结构、移动结构、曲柄结构、凸轮结构和传动结构等方面,依次有序地进行和展开。值得一提的是,在教学过程中,还要适当地贯穿相应的科学文化发展史等知识,以切实体现“工具性教学与人文性教育”和谐统一的学科特点。当然,在教学设计和安排上要注意细节。
  三、基本结论
  时至今日,信息技术教学及培养学生信息素养掀起了令人期待的热潮现象,而且正在日益形成一种不可逆转的强烈发展态势。让机器人教育不断地走近并逐步走入小学信息技术课程活动中,是大势所趋却道路曲折。尤其是在信息化并不发达的农村学校里,机器人教育还面临一个人力与技术同时发展的实质性问题。作为新时期的教育人,我们应解放思想、与时俱进,为农村学校机器人教育发展贡献智慧和力量。
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