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【摘要】越来越多的大中小学校和企业参与到机器人教育的队伍中来，利用机器人教育培养学生的科技创新能力成为了一种新的途径。本文分析了机器人教育与科技创新的关系，利用机器人教育如何提高高中生的科技创新能力，展示本校近年取得的成绩，同时提出将来在机器人教育中要着重解决的问题。在高中开展机器人教学不仅可以丰富学生的学习生活，还能够激发学生们的创新精神、培养他们的空间想象力、逻辑思维、动手能力，可以把自己所学的数学、物理、化学、生物、信息技术等多个学科的知识应用在机器人项目上。据中国青少年机器人竞赛网站介绍，全国共有9000多支队伍、25000多名中小学生参加每年各省级青少年机器人竞赛选拔赛，而且人数也在逐步增长。在高中开展机器人教学，可以极大地提高高中生的科技创新能力。
【关键词】机器人;虚拟机器人;科技创新能力
一、机器人教育与学生的科技创新能力
1.什么是机器人教育？
在由钱明辉编著的《研究性创新》一书中，是这样对机器人教育进行表述的：“机器人教育是机器人的研究、实践在教育领域的扩展，它主要通过学生对机器人的组装、搭建和运行进行实践操作，从而激发学生学习兴趣、培养和提高学生的综合素养和创新实践能力，包括机器人学科教学、机器人辅助教学、机器人管理教学、机器人代理事务以及机器人主持教学等五种教学方式。”
本文所指的机器人教育是指在高中阶段利用信息技术课堂内外开展的以学习机器人相关知识为基础，有选择性地参加一些形式的机器人竞赛而组织的教学形式，是信息技术课堂的一种延伸和扩展。它通过学生对实体机器人的学习、组装、搭建和实体机器人（或虚拟机器人）程序的编写、调试等实践操作，从而激发学生学习兴趣、 培养和提高学生应用多学科知识的能力和创新实践能力。机器人包含实体机器人，如，灭火机器人、智能垃圾分类机器人、足球机器人、人形机器人、篮球机器人、可编程无人机（车）和虚拟机器人。如，广州中鸣公司生产的三维仿真虚拟机器人，浙江纳英特公司生产的三维仿真虚拟机人，广州易时代3D仿真虚拟机器人，腾讯智能机器人等，虚拟机器人相对于实体机器人来说，由于投资成本非常低而深受广大中小学校的欢迎。
2.什么是科技创新能力？
周恂在《关于机器人教育中学生创新能力培养问题的研究》一文中，是这样定义的：“科技创新能力一般是指企业、学校、科研机构或自然人等在某一科学技术领域具备发明创新的综合实力，包括科研人员的专业知识水平、知识结构、研发经验、科研设备、经济实力、创新精神等。”
本文所指的科技创新能力，是指在高中阶段利用信息技术课堂内外开展的以机器人教育教学活动为形式，旨在激发学生的创新精神，培养他们的想象能力、学习能力、实践能力，帮助他们树立科技创新的意识，热爱并勇于科技创新。
二、利用机器人教育提高学生科技创新能力
1.在高中开展机器人教育培养了高中生科技创新意识和创新思维
创新意识是指人们根据现实发展的需要，创造前所未有的事物或产生了新的观念，并在创造活动中表现出愿望和设想。它是人类意识活动中的一种表现形式，推动了人类进行创造，富有成果性和積极性，它是人类产生创新能力的前提。科技创新意识是指个体产生科技创新的动机、愿望、意图的心理倾向。
高中开展机器人教育对高中生科技创新意识和创新思维的培养有很大的帮助。如，在2010年高中机器人灭火项目中，要求灭火机器人要能够快速判断出三个房间中出现“火灾”的是哪一个，并进入房间进行灭火。在判断房间是否有“火灾”并进行灭火的策略就有多种选择。其中比较省时的策略是，在路过房间门口的时候就进行判断，有火就进入房间，否则就不进入。接下来，如果在路过了前两个房间门口都没有检测火灾，则第三个房间必定有火（规则里规定只有一个房间有火，没有说一个房间都没有火的情况）。同理，在机器人检测的过程中，判断出前面的房间有火并就行了灭火动作，则后面的房间就无须进入。这在具体的教学过程中就让学生明白了，解决问题一定要抓住问题的本质，要找到解决问题最有用的方法，对于帮助不是太大的办法则只要知道有这个办法就行了，不需要进行太深入的研究。这种解决问题的过程，就是对学生的科技创新意识进行培养和训练的一个过程。
又如，在2019年广东省高中虚拟机器人“九宫探险”项目中要求学生编写程序，控制好机器人在地图中的九个格子里分别完成不同的任务，完成任务可以加分，没有完成任务不减分。这个需要学生自行去判断能否在90分钟的比赛时间里编写并调试好所有程序，并且要保证在运行的过程中机器人不可以脱离运行的轨迹，一旦脱离轨迹则机器人基本上没有办法完成后面的任务，整个过程中的时间分以最高的分值来算。在教学的过程中，我除了把完成每一个格子的方法教给学生之外，还得教会学生要学会舍弃，要根据自己所面临的难题以及整个任务之间做出一个平衡的选择，切不可贪多，以免造成整个任务的失败。
机器人教育活动首先就是要增强学生的科技创新意识，要敢于突破原有解决问题的策略，勇于创新，打开想象的空间去探寻更多未知的世界。
2.在高中开展机器人教育会提高高中生科技创新技能
大部分高中生生活的场所主要还是学校和家庭，他们所接触到的动手操作的活动相对于成人来说是非常少的。对他们来说，机器人的各种配件的组装是比较复杂的，配件的选择、安装的位置、安装的角度、配件安装的稳定性等都会对装配好的机器人的稳定有直接影响，做好机器人的安装和调试可以提高高中生科技创新的技能。
在2019年广东省高中虚拟机器人“九宫探险”项目中，其中一个格子的任务要求机器人在运行的过程中要能够检测出路径上树木的数量。树木的数量有三种情况：0，1，2，机器人检测出树木的数量后再选择不同的路径行走。检测路径上树木的数量主要使用的是避障传感器，影响的主要因素有：第一，机器人在前进的过程中实际上是会左右摇摆的（无论是通过指南针的方式，还是通过巡线的方式都会造成机器人前进的过程中左右摇摆的情况），这个因素可能造成机器人多计或者少计树木的数量;第二，机器人运行的速度，速度太快则可能机器人已经越过多根树木，但传感器却还未检测出树木数量;第三，传感器的数量、传感器探测角度及探测的距离对探测的数量会有影响。传感器数量少、探测角度太小、探测距离太远等可能造成则机器人在左右摆动的过程中已经越过了树木，但传感器却未检测到树木的情况。因此，学生在安装的过程中需要多次调整传感器的数量、角度、探测距离等参数，同时还要进行多次的程序测试才能顺利的完成这个区域的任务，这样的反反复复的实验过程对学生技能的提升有很大的帮助。 3.在高中开展机器人教育可以促进学生各学科的平衡发展
在高中开展机器人教学不仅可以把更多新的机器人知识传授给学生，提高他们动手操作的技能，还能够激发学生把自己所学的各科知识运用到机器人项目上来。在学习的过程中，他们会碰到更多的问题，这些问题的解决一个是依赖于担任机器人教学工作的老师，一个则需要他们自己去学习更多的其他科目的知识，途径可以是上网查询或者到图书馆查阅相关资料或者向他们的专任老师请教。这样，就形成了一个“碰到问题——学习知识——解决问题——获得新知识”的过程，如此反复，从而促进学生各学科的平衡发展。
三、我校学生参与机器人竞赛成果一览
均安中学致力于培养学生“八大”综合素养，即科技思维、国学基础、曲艺爱好，体育特长、书法通技、家园情怀、国际视野、领袖气质，其中科技思维着重于培养学生对科技的敏锐感知力、探索和创新精神。信息科组开展以虚拟机器人结合开源硬件的创客教育，立足课堂，开设第二课堂和特色校本课程，成立兴趣小组，坚持普适性教学和个性化教学相结合的教学模式，扎实开展学生科技创新实践活动。科组克服重重困难，在低投入上实现高产出，近年来屡获佳绩。下表是我校学生参加机器人及科技创新竞赛获奖的统计情况。
四、我校机器人教育未来展望
1.积极争取学校领导和社会人士更多的投入，在校外寻找与企业的合作。学校领导团队和社会资源的支持将会为机器人教育发展注入强大的动力。在课室配置方面能够拥有足夠丰富的仪器设备，可以进行多种实体以及虚拟项目的教学和试验，老师和同学们可以在这里进行定时和不定时教学和试验。机器人研发的企业有着专业的研发团队、丰富的开发经验、有配套的教程，引进企业现有的技术和产品能够快速提高老师和学生的理论水平，邀请企业技术人员到校进行公益课的讲授，可以让老师和学生们接触到最新的机器人产品，学生们能够快速跟上时代的步伐，对提高他们的科技创新能力大有好处。
2.在课程安排上能够有比较充足的课时，能够开展更多的教学活动，以便吸引到更多学生的参与。正所谓“一人不成众，一木不成林”，在以机器人竞赛为导向的机器人教育，能够参与的学生毕竟是少数，科技创新能力的培养和提高需要有更多的学生参与进来，形成一个人人爱科技、人人爱创新的局面，从而提高整个学校科技创新的氛围，实实在在提高学生科技创新的能力。
五、结束语
在高中阶段，利用机器人教育培养学生的创新能力是一个漫长、复杂的系统工程，需要投入大量的人力、物力和财力，但它却是一个非常有效的途径。在教学过程中，教师要结合学生实际情况和心理特征，探索更多的教学模式和方法，进而促进学生的全面发展，使其思维逐步得到培养和提升，形成良好的科技创新素养。
参考文献：
[1]钱明辉.研究性创新[M].北京：科学出版社，2009：233.
[2]周恂.关于机器人教育中学生创新能力培养问题的研究[J].科学中国人，2016（36）.
[3]王洪兵.青少年科技创新能力培养[M].电子科技大学出版社，2015：37.
【关键词】机器人;虚拟机器人;科技创新能力
一、机器人教育与学生的科技创新能力
1.什么是机器人教育？
在由钱明辉编著的《研究性创新》一书中，是这样对机器人教育进行表述的：“机器人教育是机器人的研究、实践在教育领域的扩展，它主要通过学生对机器人的组装、搭建和运行进行实践操作，从而激发学生学习兴趣、培养和提高学生的综合素养和创新实践能力，包括机器人学科教学、机器人辅助教学、机器人管理教学、机器人代理事务以及机器人主持教学等五种教学方式。”
本文所指的机器人教育是指在高中阶段利用信息技术课堂内外开展的以学习机器人相关知识为基础，有选择性地参加一些形式的机器人竞赛而组织的教学形式，是信息技术课堂的一种延伸和扩展。它通过学生对实体机器人的学习、组装、搭建和实体机器人（或虚拟机器人）程序的编写、调试等实践操作，从而激发学生学习兴趣、 培养和提高学生应用多学科知识的能力和创新实践能力。机器人包含实体机器人，如，灭火机器人、智能垃圾分类机器人、足球机器人、人形机器人、篮球机器人、可编程无人机（车）和虚拟机器人。如，广州中鸣公司生产的三维仿真虚拟机器人，浙江纳英特公司生产的三维仿真虚拟机人，广州易时代3D仿真虚拟机器人，腾讯智能机器人等，虚拟机器人相对于实体机器人来说，由于投资成本非常低而深受广大中小学校的欢迎。
2.什么是科技创新能力？
周恂在《关于机器人教育中学生创新能力培养问题的研究》一文中，是这样定义的：“科技创新能力一般是指企业、学校、科研机构或自然人等在某一科学技术领域具备发明创新的综合实力，包括科研人员的专业知识水平、知识结构、研发经验、科研设备、经济实力、创新精神等。”
本文所指的科技创新能力，是指在高中阶段利用信息技术课堂内外开展的以机器人教育教学活动为形式，旨在激发学生的创新精神，培养他们的想象能力、学习能力、实践能力，帮助他们树立科技创新的意识，热爱并勇于科技创新。
二、利用机器人教育提高学生科技创新能力
1.在高中开展机器人教育培养了高中生科技创新意识和创新思维
创新意识是指人们根据现实发展的需要，创造前所未有的事物或产生了新的观念，并在创造活动中表现出愿望和设想。它是人类意识活动中的一种表现形式，推动了人类进行创造，富有成果性和積极性，它是人类产生创新能力的前提。科技创新意识是指个体产生科技创新的动机、愿望、意图的心理倾向。
高中开展机器人教育对高中生科技创新意识和创新思维的培养有很大的帮助。如，在2010年高中机器人灭火项目中，要求灭火机器人要能够快速判断出三个房间中出现“火灾”的是哪一个，并进入房间进行灭火。在判断房间是否有“火灾”并进行灭火的策略就有多种选择。其中比较省时的策略是，在路过房间门口的时候就进行判断，有火就进入房间，否则就不进入。接下来，如果在路过了前两个房间门口都没有检测火灾，则第三个房间必定有火（规则里规定只有一个房间有火，没有说一个房间都没有火的情况）。同理，在机器人检测的过程中，判断出前面的房间有火并就行了灭火动作，则后面的房间就无须进入。这在具体的教学过程中就让学生明白了，解决问题一定要抓住问题的本质，要找到解决问题最有用的方法，对于帮助不是太大的办法则只要知道有这个办法就行了，不需要进行太深入的研究。这种解决问题的过程，就是对学生的科技创新意识进行培养和训练的一个过程。
又如，在2019年广东省高中虚拟机器人“九宫探险”项目中要求学生编写程序，控制好机器人在地图中的九个格子里分别完成不同的任务，完成任务可以加分，没有完成任务不减分。这个需要学生自行去判断能否在90分钟的比赛时间里编写并调试好所有程序，并且要保证在运行的过程中机器人不可以脱离运行的轨迹，一旦脱离轨迹则机器人基本上没有办法完成后面的任务，整个过程中的时间分以最高的分值来算。在教学的过程中，我除了把完成每一个格子的方法教给学生之外，还得教会学生要学会舍弃，要根据自己所面临的难题以及整个任务之间做出一个平衡的选择，切不可贪多，以免造成整个任务的失败。
机器人教育活动首先就是要增强学生的科技创新意识，要敢于突破原有解决问题的策略，勇于创新，打开想象的空间去探寻更多未知的世界。
2.在高中开展机器人教育会提高高中生科技创新技能
大部分高中生生活的场所主要还是学校和家庭，他们所接触到的动手操作的活动相对于成人来说是非常少的。对他们来说，机器人的各种配件的组装是比较复杂的，配件的选择、安装的位置、安装的角度、配件安装的稳定性等都会对装配好的机器人的稳定有直接影响，做好机器人的安装和调试可以提高高中生科技创新的技能。
在2019年广东省高中虚拟机器人“九宫探险”项目中，其中一个格子的任务要求机器人在运行的过程中要能够检测出路径上树木的数量。树木的数量有三种情况：0，1，2，机器人检测出树木的数量后再选择不同的路径行走。检测路径上树木的数量主要使用的是避障传感器，影响的主要因素有：第一，机器人在前进的过程中实际上是会左右摇摆的（无论是通过指南针的方式，还是通过巡线的方式都会造成机器人前进的过程中左右摇摆的情况），这个因素可能造成机器人多计或者少计树木的数量;第二，机器人运行的速度，速度太快则可能机器人已经越过多根树木，但传感器却还未检测出树木数量;第三，传感器的数量、传感器探测角度及探测的距离对探测的数量会有影响。传感器数量少、探测角度太小、探测距离太远等可能造成则机器人在左右摆动的过程中已经越过了树木，但传感器却未检测到树木的情况。因此，学生在安装的过程中需要多次调整传感器的数量、角度、探测距离等参数，同时还要进行多次的程序测试才能顺利的完成这个区域的任务，这样的反反复复的实验过程对学生技能的提升有很大的帮助。 3.在高中开展机器人教育可以促进学生各学科的平衡发展
在高中开展机器人教学不仅可以把更多新的机器人知识传授给学生，提高他们动手操作的技能，还能够激发学生把自己所学的各科知识运用到机器人项目上来。在学习的过程中，他们会碰到更多的问题，这些问题的解决一个是依赖于担任机器人教学工作的老师，一个则需要他们自己去学习更多的其他科目的知识，途径可以是上网查询或者到图书馆查阅相关资料或者向他们的专任老师请教。这样，就形成了一个“碰到问题——学习知识——解决问题——获得新知识”的过程，如此反复，从而促进学生各学科的平衡发展。
三、我校学生参与机器人竞赛成果一览
均安中学致力于培养学生“八大”综合素养，即科技思维、国学基础、曲艺爱好，体育特长、书法通技、家园情怀、国际视野、领袖气质，其中科技思维着重于培养学生对科技的敏锐感知力、探索和创新精神。信息科组开展以虚拟机器人结合开源硬件的创客教育，立足课堂，开设第二课堂和特色校本课程，成立兴趣小组，坚持普适性教学和个性化教学相结合的教学模式，扎实开展学生科技创新实践活动。科组克服重重困难，在低投入上实现高产出，近年来屡获佳绩。下表是我校学生参加机器人及科技创新竞赛获奖的统计情况。
四、我校机器人教育未来展望
1.积极争取学校领导和社会人士更多的投入，在校外寻找与企业的合作。学校领导团队和社会资源的支持将会为机器人教育发展注入强大的动力。在课室配置方面能够拥有足夠丰富的仪器设备，可以进行多种实体以及虚拟项目的教学和试验，老师和同学们可以在这里进行定时和不定时教学和试验。机器人研发的企业有着专业的研发团队、丰富的开发经验、有配套的教程，引进企业现有的技术和产品能够快速提高老师和学生的理论水平，邀请企业技术人员到校进行公益课的讲授，可以让老师和学生们接触到最新的机器人产品，学生们能够快速跟上时代的步伐，对提高他们的科技创新能力大有好处。
2.在课程安排上能够有比较充足的课时，能够开展更多的教学活动，以便吸引到更多学生的参与。正所谓“一人不成众，一木不成林”，在以机器人竞赛为导向的机器人教育，能够参与的学生毕竟是少数，科技创新能力的培养和提高需要有更多的学生参与进来，形成一个人人爱科技、人人爱创新的局面，从而提高整个学校科技创新的氛围，实实在在提高学生科技创新的能力。
五、结束语
在高中阶段，利用机器人教育培养学生的创新能力是一个漫长、复杂的系统工程，需要投入大量的人力、物力和财力，但它却是一个非常有效的途径。在教学过程中，教师要结合学生实际情况和心理特征，探索更多的教学模式和方法，进而促进学生的全面发展，使其思维逐步得到培养和提升，形成良好的科技创新素养。
参考文献：
[1]钱明辉.研究性创新[M].北京：科学出版社，2009：233.
[2]周恂.关于机器人教育中学生创新能力培养问题的研究[J].科学中国人，2016（36）.
[3]王洪兵.青少年科技创新能力培养[M].电子科技大学出版社，2015：37.