由“机器人革命”想到的

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  在中国科学院第十七次院士大会、中国工程院第十二次院士大会上,习近平总书记发表了重要讲话,其中“机器人革命”引发了笔者的深入思考。作为一名普通的中学教师,应如何开展机器人教育的普及工作?
  一、机器人普及教育首先需转变观念
  “机器人革命”指的是人工智能机器人和计算机将全面覆盖人类的工作、生活、学习,可以说未来社会将无法离开机器人。要搞好机器人产业,必须有大量懂机器人的人才,如果机器人教育普及了,必然能为中国的工业化、科技化道路提供大量人才。对于学校而言,机器人的普及教育也是有效实施素质教育的方法之一。
  很多人认为机器人和高考无关、对学习没有帮助,也有人对机器人一无所知,这就需要先转变他们的观念。
  1.教师自身观念的转变
  机器人教育并非学校安排的任务或参加比赛的工具,而是将科技知识普及到学生中,让学生对科学这门学科产生兴趣。学生通过动手搭建机器人及编写程序等活动,形成一种崇尚科学、了解科学、利用科学的风气。
  2.学校领导观念的转变
  首先,在各个学校尤其是高中阶段,学校领导认为机器人与美术、舞蹈、音乐等学生社团属同一类型,或是觉得别的学校搞了机器人培训,我们学校也不能落后,这是不可取的。
  机器人普及教育的价值是通过培养中小学生的科技意识,为国家培养科技储备人才,它涉及工程学、机械学、自动化、计算机学、物理学等多门学科。学生学好了机器人,必然可以开拓眼界、丰富知识。
  其次,目前各个高校的自主招生,也涵盖了机器人竞赛项目。做好机器人的普及教育和竞赛,能有效提升学校的升学率,高校也可以吸收到高素质人才。
  最后,开展机器人普及教育能有效丰富学校的第二课堂,吸引大量中小学生参与课外活动,进一步推进素质教育。
  3.学生观念的转变
  学生通常都喜欢机器人,特别是男孩子,但绝大多数学生心目中的机器人是人形机器人,例如电影《变形金刚》中的机器人。到了机器人实验室后,看到简陋的机器人顿时会失去热情。
  对此,教师应在学生接触机器人的第一堂课,就让他们充分理解机器人的概念、认知机器人的几种形态和简单原理等,认识到“变形金刚”是科幻不是科学,未来也许科幻会变成科学,但要通过艰辛的努力才能实现。
  4.家长观念的转变
  目前很多家长只看重考试成绩,殊不知学生的成长需要全面发展。一些家长觉得自己的孩子有艺术天赋,从小让其学习美术、音乐、舞蹈等,却没想过孩子有科技类的爱好和特长是一件好事,也值得培养。相比之下,从小学习机器人的孩子更容易融入社会。
  二、学习机器人的意义
  学生在学习机器人的过程中,可以学到很多书本之外的知识。通过机器人活动理解机械的运作、构造,掌握不同类型传感器的应用,接着学习编程,让机器人按照自己的意愿动起来。
  在参与机器人竞赛时,学生会遇到许多挫折与失败,这对他们而言是一种很好的锻炼,能提升自身预测、判断、决策的能力,及查找问题、分析问题、解决问题的能力。
  学校开展社团展览,学生一般都表现积极。从策划到布置任务、学习制作幻灯片PPT、写台词等全部由学生自己完成,有利于培养学生的目的性、计划性和执行力。
  三、机器人竞赛的意义
  1.在机器人竞赛中,一个人无法完成所有任务,必须学会团队合作、相互沟通,这能极大促进学生的心智发展。
  2.机器人竞赛可以有效推动机器人普及教育。从实际情况来看,一些学生刚接触机器人时富有热情,但随着时间的推移渐渐失去了兴趣,机器人竞赛则给予学生一定的压力,压力产生动力。
  3.机器人竞赛是宣传机器人普及教育最好的手段,学生和家长可以通过竞赛了解机器人,从而接受机器人教育、喜欢机器人。
  四、抓好机器人普及教育培训
  很多学校从未开展过机器人普及教育,教师也没有接触过机器人,这就需要预先策划好方案。
  1.师资方面
  教师要熟悉机器人培训业务,通过不断学习、交流,努力掌握机器人培训的各个方面。根据经验来看,一个老师带一支队伍比较合适。
  2.场地方面
  尽可能使用较大的场地,隔离开的小房间会阻碍学生的相互交流与合作,也不便于管理。
  3.器材方面
  尽量使用一些需要学生动手、动脑的器材,少使用厂商搭建好、学生拿上场就能比赛的器材。如果经费较少,则需要考虑未来几年内新旧器材的衔接问题。
  4.生源方面
  很多学校只针对高一或初一的新生展开活动,这让机器人普及教育不具备连贯性。到了新老生交替时,可以开展老生带新生的活动,同时也可以在初中或小学提前物色具备机器人特长或有兴趣的学生,特招至本校。
  5.课程体系规划
  硬件环节准备妥当之后,就要开始规划课程体系。课程体系是一个非常重要的环节,将直接影响到教学的效果。
  整个过程分为两大类:(1)硬件制作,涵盖机器人的齿轮结构、动力传输、传感器等方面。学生由简单的静态模型开始,逐步学习搭建难度大的模型,再学会自己创建模型。其中的重点是传感器的应用和动力部分。
  (2)软件编译,主要指程序设计、规划、编译、运行、纠错、优化等。
  6.日常管理
  要做到用学生管理学生,教师只是起引导作用。这样可以发挥学生的自我教育功能,同时又能培养他们的主人翁意识和集体荣誉感。对于学生一些不自觉的行为,例如在机器人实验室玩游戏、上网,则需要制订相应的规章制度进行约束。
  五、引导学生学以致用
  学生学会搭建机器人、学会程序的编译就够了吗?不,远远不够!教师应引导学生学以致用,将机器人知识应用到生活、学习中去。要从解决问题的角度出发,多动手、动脑,不应停留在理论阶段。
  学生自己制作机器人作品不但丰富了课外活动,还能带动其他学生形成爱科学、用科学的良好风气。
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