浅析当前普通高中机器人教育的不足与对策

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2015年“中国制造2025”战略将机器人产业作为九大战略重点与任务中的一项内容。在市场和政策刺激下，我国机器人产业将迎来重要的发展机遇期。与此同时，机器人教育应市场和社会的需要快速成长和建设起来。普通高中的学生逻辑思维能力发展日趋完善和成熟，同时知识储备较小学生和初中生更为扎实，因此在普通高中对学生进行机器人教育启蒙和兴趣培养尤为重要。

2012年株洲市成立了机器人特色学校，8所市直高中学校有3所开设了机器人课程。我校趁着这股东风成立了机器人兴趣社团并取得了丰硕的成果。越来越多的孩子们积极投入到机器人的学习和研究当中来，作为机器人教育工作者，既高兴又有一种沉甸甸的责任感，如何把握好机器人教育学科的特点和普通高中机器人教育特点，更好地进行机器人教育是我们的使命。

一、机器人教育在普通高中的发展前景和现状

2014年“第七届湖南省青少年机器人竞赛”共有352支队伍参赛，其中高中组44支队伍，占17.5%；2015年“第八届湖南省青少年机器人竞赛”共中368支队伍参赛，其中高中组41支队伍，占13.8% 。对比近两年参赛的数据来看，高中组参赛队伍数所占参赛队伍总数比例不高，约15%左右，远远低于小学组、初中组的参赛队伍数；参赛队伍总数在逐年增加（由于参赛队伍越来越多，长沙、株洲、娄底等地区都组织了市赛进行淘汰和筛选），而高中组参赛队伍数却呈下降的趋势。普通高中进行机器人教育的巨大优势因素与教育现实的惨淡对比明显，什么原因导致了这样的局面呢？

我们制作了《中小学机器人教育教学现状调查》（教师卷）和《中小学机器人教育教学现状调查》（学生卷）的调查问卷，利用省机器人教练员会议、各类青少年机器人竞赛等时机进行了问卷调查，回收的213份教师问卷中有42份高中教师组问卷；回收的158份学生问卷中高中组学生问卷有113份（学生卷以年龄较大的孩子为问卷发放对象，问卷效率较高）。在教师卷里问卷主要针对机器人教练员个人情况、教学环境、教学组织实施三方面来展开；在学生卷里，问卷主要是从学生角度去审视机器人教育的教学内容、教学组织方式。根据问卷的结果，我们发现高中机器人教育普遍是建立在学生兴趣爱好基础上的（75%的学生加入机器人研究队伍是因为兴趣爱好，18.7%因为好奇），学生不但对机器人学习有着兴趣爱好，而且有着明确的兴趣点和继续学习求知欲望（62.5%的学生最想了解“程序设计与调试方面知识”，“结构设计与制作”占37.5%，“机器人的功能与原理”占37.5%）；教师在教学时注重多种授课模式灵活运用（“任务探究式”授课模式和“案例模仿式”授课模式各占44.4%，“讲授演示式”和“同学之间合作”各占27.7%），课堂关注学生知识与技能的掌握与学生情感态度与价值观的发展并重（“评价内容按照重视程度排序两者排首位”各占37.5%）。学生的兴趣浓厚和教师教学的先进理念都是高中机器人教育向前良性发展的稳固基石，也坚定了我们对普通高中进行机器人教育的信心。

二、当前普通高中机器人教育实施过程中存在的不足或制约因素

问卷当中，我们也发现了制约当前普通高中机器人教育发展的因素和不足。以下是我们调查的统计，综合这些调查结果分析如下。

（一）机器人教学设施设备不能满足具体教学实施的需要

57.8%的调查者认为“资金困难”是机器人教育发展的最大教学难题，分析其原因主要有两方面：一方面国内教育机器人普遍比较昂贵，正常教学除了配备基本的机器人教育套装和调试计算机外，还需要配置配件和场地，设备更新快，零部件损耗大；另一方面机器人教育是“以综合规划、设计制作、调试应用为主要学习特征的实践性课程”，注重学生的体验和实践，机器人数量与学生人数的比率不宜过大，一般1：2最为适宜，这样既能得到充分的实践体验，又能充分发挥合作的优势。教育机器人成本贵，需求量大，建设和维持一个机器人室需要大额资金的投入。如果资金的投入不够就会造成机器人教学设施不能满足教学实施的需要，62.5%的受调查者都认为“器材、零件缺乏”是影响学生学习机器人教育的重要因素，资金困难已成为机器人教育发展的重大难题。很多学校的现实状况是这样的：机器人教育只能在小部分兴趣爱好者中以兴趣小组或社团的方式开展，或是用机器人仿真实验替代真实体验进行教学，或是超额学生共用一台机器进行学习。

（二）高中机器人教育课程目标在实际教学过程中得不到有效保证

《中小学机器人课程指导纲要》中规定高中阶段机器人课程的目标是：“在初中的基础上，学生通过对机器人的综合设计及算法编程，学习有关机器人原理及相关知识，掌握机器人的软硬件原理、设计方法、基本算法和基本技能；结合实际，理解机器人科学技术与应用的重要性；形成健康应用机器人的习惯，积极尝试应用机器人解决实际问题。”然而在实际教学中，各类机器人竞赛是教学的重要组成部分，机器人竞赛为学生交流学习提高提供了重要平台，同时很多高中生也希望通过竞赛证明自己的能力和实力。机器人竞赛获得了普遍性接受，但其存在形式却不是很令人满意，57.8% 的调查者认为 “竞赛商业化影响学生的培养和提高”。 “竞赛商业化”具体表现在如下方面：例如针对特定机器人的竞赛项目设置、针对竞赛项目的机器人结构的集成化和程序编写的模块化等处理……这些表面上提高了竞赛项目的成绩，但限制了学生的创造创新能力的发展，学生能力没有得到应有的培养和提高，甚至进一步研究、探究的兴趣在这些人为因素中丢失了，机器人课程目标在追求竞赛成绩的实际教学过程中没有得到有效保证。

（三）高中机器人教学时间不能满足课程学习的需要

36.8% 的老师认为“学校的不重视”是机器人教育发展的难题。“学校的不重视”具体表现在高中学校开课时间太少甚至有些学校只为高考谋分、“不放人来学”。同时高中阶段的学业压力大、管理严格也造成学生富余时间非常少。68.8% 的学生感觉到了“练习时间太少”影响了机器人学习。

（四）高中机器人教学资源不能满足课程教学的需要

高中机器人教学资源的问题也不容小觑。从调查问卷中“机器人助教类教学资源”的类型调查来看：教学资源36.8%来自教材或书籍，47.4%来自网络，26.3%来自自主开发的校本教材，31.6%来自竞赛资料，10%来自以往学生的作品。机器人助教类教学资源形式多样化的背后也有着广大机器人教育工作者的无奈：现有机器人教学资源非常匮乏，仅有的系统化的高中机器人教材是建立在某种品牌类型的机器人使用的基础上开发而来的，与学校现有的机器人不匹配。为了利用已有的教育机器人来开展教学，于是出现了经过授课教师加工处理的形形色色的机器人教学资源。这类机器人教学资源缺乏系统性，教师对教学资源的选取和加工随意性很强，教学资源质量的高低取决于教师个人的素养。26.3%的受调查者认为 “教学资源缺乏”是机器人教育发展的难题，甚至18.8%人认为“自身素养的缺乏”不利于机器人教育的发展。

三、当前普通高中机器人教育中不足的改进对策

（一）在教学准备和实施过程中落实普通高中机器人教育课程目标是普通高中机器人教育发展的前提

要克服机器人“竞赛商业化”“机器人产品缺乏规范”带来的不良影响，提高机器人教学的效率，让机器人教育的意义充分发挥出来，坚守和落实普通高中机器人课程目标是必行之策。

在实际教学当中，一方面机器人教育工作者应该摒弃急功近利的获奖思想、以落实课程目标与否为明确的选择准则选择合适的机器人品牌和种类来开展机器人教学工作；另一方面在实施机器人教学的过程中，因为机器人教学资源的缺乏，机器人教育工作者在自主设计课程和选择教学资源时都应该以课程目标为指导思想，注重机器人教学课程体系的完整性和系统性，注重教学资源的“技术和原理并存”“基础和拓展并存”“能力与方法并存”的标准，注重学生“尝试应用机器人解决实际问题”的素养养成，注重学生学习兴趣的激发和培养。

在具体教学中落实机器人教育课程目标还有更深层次的意义。只有落实机器人教育课程目标，机器人教育的学科价值才得到体现，高中机器人教育才会有生命力，从而机器人学科教育才能得到充分重视，而后才能在资金和政策上得到更大更多的支持，机器人教育才能走向良性循环。因此，紧抓高中机器人课程目标不放松，努力在教学实施中达成课程目标是普通高中机器人教育生存发展的前提。

（二）探究有效的普通高中机器人教学方法是普通高中机器人教育发展的保证

机器人教学设施不能很好满足教学需要，机器人教学时间不是很充分，如何面对这些现实难题呢？探究有效的普通高中机器人教学方法，找方法、向课堂要效率，是机器人教育发展的保证。

首先是有效分组问题。“人多机器少”，分组是必不可少；“组间同质、组内异质”，是一般分组的原则。然而，由于经过小学和初中的沉淀，高中学生物理经验和逻辑思维发展的不平衡造成个体差异可能非常的大，同时青春期学生自尊心比较强，基础差点的学生很可能因为自尊心的原因不愿意动手或参与进来，从而出现学得好的学生“包办”而学习差点的学生“靠边站”的局面。如何构建良好的机器人教学分组呢？“组内同质”是构建良好分组的方法 ，即在学生个体物理经验和逻辑思维能力差异不是很大的基础和前提下构建良好分组，这样组员之间可以充分体验、平行发展；“组内异质”也是一种好的方法，与前面的不一样，这种异构建立于组员在物理经验和逻辑思维能力上的优势领域不一样的基础上，组员之间可以一起有尊严的互补、共同进步。不论是组内同质构建还是组内互补类型异质构建，组间的分层都是不可避免的。

其次是分层教学问题。教学资源构建时考虑到小组之间的差异，教学资源“基础和拓展并存”，注意满足各个层次的需要。这样一来每个层次的组间发展是不一样的，在尊重学生个体发展规律的同时给予学生学习目标进展要求，让小组自主选择完成学习的方式，或课堂寻求帮助解决或课后加班自主解决，以达到教学目标的同一推进。

最后是教学过程。在教学过程中不能只注重结果，要鼓励学生有想法、多去尝试，注重解决问题的方法和途径并去思考和探索其中的原理，多重评价鼓励每个人不同的进步和收获体验，激发他们再学习的兴趣。

（三）研究探索、全面提升教师自身专业素养是普通高中机器人教育发展的保障

“海纳百川，有容乃大。”作为一个新兴的课程，资源缺乏、可借鉴的经验不充分，教育工作者们更应该有更大的能量去不断前行，推动课程发展。作为一线的教育工作者有着自己的优势：既了解学生的特点、兴趣和需求，又知道教学过程中存在的问题和短板，在方便快捷广泛交流的今天，通过针对性的自主学习和交流探讨学习，不断促进和积累，最终实现自身专业素养的提高，为自主设计优秀课程和选择创造优秀教学资源奠定坚实基础。因此，教育工作者的自身专业素养是普通高中机器人教育发展的保障。

作为高中机器人教育的实践者，我们要以课堂教学为重要阵地不断研究和探索，正确认识当前机器人教育的不足并积极思索对策，不断前行，以期促进普通高中机器人教育健康、可持续发展。

（本文系湖南省教育科学“十二五”规划一般课题《普通高中机器人教育资源的开发与利用的策略研究》（课题编号：XJK014CZXX084）的研究成果之一）

参考文献：

[1]全国机器人委员会.中小学机器人课程指导纲要（第三稿），2010年.

[2]教育部.中小学信息技术课程指导纲要（试行），2003年.

[3]钟志强，张毅宁，李国军.高中机器人教育课程读解[J].鞍山师范学院学报.2014（4）.

[4]蒲志国.普通高中开设机器人课程思考[J].新课程（中旬），2013（11）.

[5]吴红伟，柯林.高中机器人校本化教学策略与实践研究[J].实验教学与器材，2012（10）.

[6]张剑平，王益.机器人教育：现状、问题与推进策略[J].电化教育，2006（12）.