人工智能普及教育精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨(dú)特的藝術(shù)，我們?yōu)槟鷾?zhǔn)備了不同風(fēng)格的5篇人工智能普及教育，期待它們能激發(fā)您的靈感。

篇1

人工智能技術(shù)及其應(yīng)用的發(fā)展歷史雖然只有短短的50余年，但是它作為信息技術(shù)的前沿領(lǐng)域，對社會(huì)經(jīng)濟(jì)和發(fā)展的影響卻越來越大。在基礎(chǔ)教育課程改革的大潮中，許多國家意識到基礎(chǔ)教育領(lǐng)域開展人工智能教育的必要性，努力把人工智能列入技術(shù)類教育的教學(xué)內(nèi)容中。作為師范類院校，教授人工智能課是有必要的。? 

（1）為部分優(yōu)秀的學(xué)生將來做更深入的研究打堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在面向知識經(jīng)濟(jì)的今天，研究獲取、表示和使用知識的人工智能學(xué)科越來越受到人們的重視。目前人工智能研究被列為中國高技術(shù)領(lǐng)域的重點(diǎn)之一。以專家系統(tǒng)為代表的智能化系統(tǒng)在信息技術(shù)中也占有重要地位。因此在高等教育中開展人工智能教育和智能化系統(tǒng)的研發(fā)，不僅是計(jì)算機(jī)科學(xué)的應(yīng)用，也是促進(jìn)各學(xué)科服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢。為使人工智能的理論、方法和技術(shù)的研究與應(yīng)用普及和深入，教育重心必須要下移，即從研究生教育向本科教育普及。開展本科層次人工智能普及教育的有效途徑之一是在本科高年級開設(shè)相關(guān)選修課。開展人工智能教育，不僅能夠更好地發(fā)揮高等院校的育人和科學(xué)研究功能，而且能為學(xué)生拓寬專業(yè)路徑，擴(kuò)大自主學(xué)習(xí)空間和發(fā)展個(gè)性創(chuàng)造條件，同時(shí)也為營造一個(gè)使學(xué)生不僅有寬厚、扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，且具綜合分析和解決問題能力的環(huán)境。? 

（2）為將來從教的學(xué)生積聚大量的知識。英國早在1999年，人工智能課程已經(jīng)作為選修課出現(xiàn)在中學(xué)的信息與通訊技術(shù)（ICT）課程中。許多中小學(xué)還通過機(jī)器人競賽活動(dòng)來激發(fā)中小學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的興趣，使學(xué)生不僅提高了用信息技術(shù)解決問題的能力，而且培養(yǎng)了多種思維方式，獲得了更多的創(chuàng)新空間。美國現(xiàn)行的中學(xué)信息技術(shù)課程設(shè)置中，將人工智能的內(nèi)容作為“媒體與技術(shù)”層面對12年級學(xué)生的要求。澳大利亞的部分中學(xué)開設(shè)的信息處理與技術(shù)課程，人工智能、信息系統(tǒng)、算法和程序設(shè)計(jì)、社會(huì)和倫理道德、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分別作為5個(gè)主題共同構(gòu)成了該課程的教學(xué)內(nèi)容。在該課程的大綱中規(guī)定，人工智能部分的教學(xué)內(nèi)容在高中第3學(xué)期為12年級的學(xué)生開設(shè)，教學(xué)時(shí)間為10周。? 

在我國，多年以來中學(xué)奧林匹克信息學(xué)競賽中一直包含有人工智能相關(guān)的題目，涉及啟發(fā)式搜索、博弈、智能程序設(shè)計(jì)等問題。2003年4月，我國教育部正式頒布《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》，首次在信息技術(shù)科目中設(shè)立了“人工智能初步”選修模塊，標(biāo)志著我國高中人工智能課程的正式起步。? 

我國的新課程標(biāo)準(zhǔn)頒布后，教育部評審并通過了分別由教育科學(xué)出版社、廣東高教出版社、地圖出版社、上海科技教育出版社和浙江教育出版社出版的5套高中《人工智能初步》教材，并開發(fā)了相應(yīng)的教輔材料，包括教師用書和配套光盤等。為了配合中學(xué)人工智能課程的實(shí)施，國內(nèi)也推出了一些適合中學(xué)生學(xué)習(xí)與體驗(yàn)的人工智能軟件和網(wǎng)絡(luò)資源。另一方面，一些高校的本科生、研究生也逐步關(guān)注中學(xué)人工智能教育的開展并將其作為畢業(yè)論文的研究選題。一些師范院校適應(yīng)形勢要求，已為師范生開設(shè)了與此相關(guān)的選修課程。? 

2 人工智能的教育及教學(xué)條件現(xiàn)狀? 

通過對本人多年的教學(xué)過程進(jìn)行總結(jié)，我校的《人工智能》課程教育現(xiàn)狀可總結(jié)為如下幾點(diǎn)：? 

（1)理論知識充裕。但與實(shí)踐相脫節(jié)，特別是在智能科學(xué)技術(shù)的教育教學(xué)方面。盡管知識面相當(dāng)廣泛，而人工智能理論的普及教育以及智能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用仍然十分滯后。? 

(2)同其它普通高等院校一樣，在本校，人工智能技術(shù)的研究與應(yīng)用尚未普及，甚至比不上其它院校。這不利于培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣及創(chuàng)造精神。? 

（3）缺乏配套實(shí)驗(yàn)教材，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容缺乏，無法培養(yǎng)學(xué)生的研究能力和創(chuàng)新能力。只有開設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，才能使人工智能的相關(guān)知識具有研究性和綜合性。? 

（4）對中小學(xué)智能教育的深度及教學(xué)方式、教學(xué)特點(diǎn)缺乏研究。做為師范類院校，我認(rèn)為在對學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)知識教育的基礎(chǔ)上，要緊抓中小學(xué)智能教育的特點(diǎn)對師范類學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的教育與培訓(xùn)。? 

相對于教育現(xiàn)狀，我校的《人工智能》課程教學(xué)條件現(xiàn)狀要稍好一些，其狀態(tài)如下：? 

（1）教材使用國家級規(guī)劃教材，此教材非常系統(tǒng)地介紹了人工智能的基本原理、方法和應(yīng)用技術(shù)，適合本科及研究生使用。在我們的授課過程中，也會(huì)適當(dāng)為學(xué)生提供相關(guān)的國內(nèi)其他先進(jìn)教材，如中南大學(xué)蔡自興教授的《人工智能及其應(yīng)用》等。? 

（2）為了促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，我們準(zhǔn)備了多種類型的擴(kuò)充性學(xué)習(xí)資料，加強(qiáng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識，包括：課程相關(guān)雜志和書籍目錄，以及部分重要的參考文獻(xiàn)，與人工智能相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源如優(yōu)秀BBS、新聞組、網(wǎng)址等。 它們包括了大量的文獻(xiàn)資料、本領(lǐng)域研究的前沿動(dòng)態(tài)等。 使用表明，學(xué)生非常樂于查閱這些資源。 使學(xué)生能通過使用這些資源進(jìn)行一些人工智能程序設(shè)計(jì)，探討一些問題，在課堂討論中展示他們的收獲。? 

(3）校園網(wǎng)的普及與不斷優(yōu)化使本課程有優(yōu)良的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)境，能充分滿足教學(xué)需要。我們擁有較充足的多媒體教室和網(wǎng)絡(luò)教室，為實(shí)現(xiàn)本課程教學(xué)提供了物質(zhì)保障。在網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)方面，全校辦公室、教室、學(xué)生宿舍和教師宿舍都以寬帶網(wǎng)相連，這些硬件設(shè)備對本課程教學(xué)發(fā)揮了重要作用，使本課程教學(xué)質(zhì)量得以明顯提高。? 

3 人工智能教學(xué)方法及手段的改革? 

針對我們現(xiàn)在所采取的教學(xué)方法，我認(rèn)為存在許多不足，如教學(xué)方式比較單一，教學(xué)內(nèi)容偏重理論講解等，為此，提出以下教學(xué)方法的改革：? 

（1）通過多種途徑激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。課程的學(xué)習(xí)效果，直接受到學(xué)生興趣和參與意識的影響。一般來講，《人工智能》作為一門前沿課程，開始學(xué)生學(xué)習(xí)興趣很大，當(dāng)開始接觸到抽象理論知識及部分算法時(shí)，學(xué)生往往感到不易接受。 我們通過各種途徑和方法， 激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，包括鼓勵(lì)學(xué)生參與某部分知識的擴(kuò)充性資料查找,預(yù)留一定時(shí)間請學(xué)生負(fù)責(zé)對此內(nèi)容進(jìn)行講解，布置學(xué)生對某個(gè)基本成型的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行糾錯(cuò)及驗(yàn)證，降低問題解決的難度。學(xué)生因此產(chǎn)生興趣從而做更深度研究。? 

(2）進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)。 我們可以嘗試在教學(xué)過程中不斷提出問題請學(xué)生思考，啟發(fā)學(xué)生求解這些問題，鼓勵(lì)學(xué)生提出自己的猜想和解決方案，然后擺出教材中的解決方案，并與同學(xué)所提出的觀點(diǎn)進(jìn)行分析和比較，這足以加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)意識和參與意識，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。? 

(3）課堂辯論與交互式教學(xué)。 組織課堂辯論，討論的議題可定位為譬如人工智能是否能超過人類智能等有爭議的問題。學(xué)生通過對這些問題展開激烈爭論，激發(fā)了學(xué)習(xí)潛能，明確了學(xué)習(xí)目標(biāo)。當(dāng)然師生間的交流方式還有很多，如郵件互發(fā)、QQ留言等，也可在課程網(wǎng)站中的互動(dòng)平臺進(jìn)行交流。? 

(4）分層次因材施教。 在授課過程中，通過對每個(gè)具體學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度、課堂作業(yè)情況進(jìn)行及時(shí)評估，對學(xué)生提出進(jìn)一步的學(xué)習(xí)建議和指導(dǎo)， 實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的教學(xué)。 對優(yōu)秀學(xué)生探討，可以在教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中要求其選作部分探索性、創(chuàng)新性的功課和實(shí)驗(yàn)，以發(fā)揮學(xué)生個(gè)性優(yōu)勢。對于有意于將來從事中小學(xué)教育的學(xué)生可以在機(jī)器人及人工智能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀等知識層面對其做問題講解。而那些看似缺乏興趣的學(xué)生，我們可以用多媒體手段如播放人工智能相關(guān)電影及科學(xué)小片引起其興趣，實(shí)行逐步引導(dǎo)的教學(xué)過程。? 

另外，我們可以嘗試雙語教學(xué)。 采用中文教材和講授的同時(shí)，注重在課程中的關(guān)鍵詞同時(shí)用英文表示，并適當(dāng)指定英文參考短文和英文參考書。使學(xué)生能夠接觸國外文獻(xiàn)資料，加深對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，獲得更寬廣的知識。我們也可以在教學(xué)內(nèi)容安排上，注重理論聯(lián)系實(shí)際，將一些人工智能網(wǎng)絡(luò)上的虛擬實(shí)驗(yàn)給學(xué)生進(jìn)行課外上網(wǎng)練習(xí)，從而使學(xué)生了解算法的具體運(yùn)行過程， 通過參與達(dá)到知識的理解，掌握基本方法和技術(shù)。? 

 

根據(jù)現(xiàn)有的條件，我們在教學(xué)中可以采用多媒體教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)相結(jié)合的方法，充分利用多媒體的豐富表現(xiàn)形式，利用網(wǎng)絡(luò)課程的交互性、情景化等特點(diǎn)，構(gòu)筑以學(xué)生為主體的《人工智能》課程現(xiàn)代教學(xué)模式。 對于抽象知識，可通過動(dòng)畫和視頻演示，通過聲音和圖像展示人工智能的歷史、人物和前景，做到學(xué)生直接而深刻地看到知識的內(nèi)涵外延。網(wǎng)絡(luò)課程能較好地實(shí)現(xiàn)交互并使學(xué)習(xí)過程情景化，通過網(wǎng)絡(luò)課程的課堂練習(xí)和章節(jié)練習(xí)，教師可以評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并給學(xué)生提出學(xué)習(xí)建議，從而提高學(xué)生的研究力和創(chuàng)新力。我們也可以給學(xué)生播放中學(xué)《人工智能》課程課堂教學(xué)錄像，以使學(xué)生看到初高中學(xué)生的知識范圍及深度；同時(shí)給學(xué)生播放現(xiàn)有的《人工智能》科學(xué)成果，讓學(xué)生看到理論背后的實(shí)踐；也可以播放科幻片，激發(fā)學(xué)生想象的翅膀從而有興趣把人工智能作為將來深造的方向。《人工智能》是一門較新的課程，改進(jìn)教學(xué)方法和手段不僅要靠教師，也應(yīng)增加硬件設(shè)備的投入。如果人工智能能采用智能輔助教學(xué)系統(tǒng)或機(jī)器人輔助教學(xué)過程逼真、形象，一目了然，這樣可大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，尤其是提高學(xué)生的觀察判斷能力、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。? 

4 人工智能實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)的探討? 

我們可以在教學(xué)過程中，適量開設(shè)一些實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，并加深他們對理論知識的理解，降低理論的抽象度，提升理論的實(shí)用性。在近兩年的教學(xué)過程中，我們會(huì)適量加入一些人工智能語言的教學(xué)過程。例如，在講解了“野人與傳教士過河”等問題后，我們可以讓學(xué)生使用Visual Prolog或者C ?++?對算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)；在講解 TSP 問題的遺傳算法解決案例后，指出編碼方案、初始種群大小、進(jìn)化代數(shù)、交叉率變異率等因素對求解結(jié)果的影響，并要求學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)的方式來分析、理解這些問題，并提出“尋找更有利的解決方案”等問題。把學(xué)生的興趣激發(fā)后，為解決這些問題，學(xué)生會(huì)在課外主動(dòng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)、相互討論以實(shí)現(xiàn)他們所設(shè)計(jì)的方案，這樣既培養(yǎng)了學(xué)生善于鉆研和勇于創(chuàng)新的精神又提高了學(xué)生的實(shí)踐與創(chuàng)新能力。? 

參考文獻(xiàn)：? 

［1］ 熊德蘭,李梅蓮,鄢靖豐.人工智能中實(shí)踐教學(xué)的探討［J］.宿州學(xué)院學(xué)報(bào),2008(1).? 

［2］ 何元烈,汪玲.“Visual C ?++?”在“人工智能”教學(xué)中的應(yīng)用與探討［J］.廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版,2008(8).? 

篇2

關(guān)鍵詞：機(jī)器人教育 現(xiàn)狀 問題 思考

一、機(jī)器人教育現(xiàn)狀分析

在我國，機(jī)器人教育作為教學(xué)內(nèi)容進(jìn)入中小學(xué)還處于起步階段，方興未艾。2001年，在北京召開了“關(guān)注中國未來的競爭力——兒童數(shù)字化啟蒙”研討會(huì)，會(huì)議認(rèn)為，將數(shù)字信息技術(shù)介入到傳統(tǒng)的幼教方式中去，利用有效的手段與工具對兒童進(jìn)行數(shù)字化啟蒙，關(guān)系到兒童未來的成長和中國未來的競爭力。2004年，中國教育學(xué)會(huì)中小學(xué)信息技術(shù)教育專業(yè)委員會(huì)召開了第一屆全國中小學(xué)程序設(shè)計(jì)與機(jī)器人教學(xué)研討會(huì)。在各種研討會(huì)興起的時(shí)候，機(jī)器人教育也逐漸引起重視。2000年，北京景山學(xué)校將機(jī)器人教育以科研課題的方式納入到信息技術(shù)課程中，在國內(nèi)率先開展了中小學(xué)智能機(jī)器人課程教學(xué)。但是研究性課程的課時(shí)比較少，學(xué)生一切從零開始學(xué)習(xí)，要想真正達(dá)到研究性學(xué)習(xí)的目標(biāo)是很困難的。因此，作為研究性課程的機(jī)器人教育整體效果不十分理想。我國教育部于2003年4月正式頒布《普通高中技術(shù)課程（實(shí)驗(yàn)）》，首次在“信息技術(shù)”科目中設(shè)立“人工智能初步”選修模塊和新增加的通用技術(shù)課程中設(shè)立了“簡易機(jī)器人制作”選修模塊，從而邁出了我國高中階段開展人工智能教育的第一步，這也意味著我國的人工智能教育在大眾化、普及化層面上躍上了一個(gè)新的臺階。然而把智能機(jī)器人作為信息技術(shù)課、通用技術(shù)課列入學(xué)校的課程體系，對全體學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人基礎(chǔ)知識的普及教育還處于編寫教材、設(shè)置課程的起步階段。學(xué)者張劍平指出，國內(nèi)多數(shù)的學(xué)校主要還是以課外活動(dòng)、各種興趣班、培訓(xùn)班的形式開展機(jī)器人教學(xué)。通常的做法是由學(xué)校購買若干套機(jī)器人器材，由信息技術(shù)課程教師或綜合實(shí)踐課程教師進(jìn)行指導(dǎo)，組織學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人組裝、編程的實(shí)踐活動(dòng)，然后參加一些相關(guān)的機(jī)器人競賽。以全國中小學(xué)計(jì)算機(jī)教育研究中心郭善渡老師、北京景山學(xué)校沙有威老師等為代表的大批一線教師結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐就圍繞機(jī)器人競賽、機(jī)器人與技術(shù)教育，機(jī)器人與學(xué)生能力和素質(zhì)的培養(yǎng)等問題展開了應(yīng)用研究，取得了較好的研究成果。但這些研究成果往往比較零散，重復(fù)，缺乏科學(xué)系統(tǒng)的課程建設(shè)研究。

二、對當(dāng)前中小學(xué)開展機(jī)器人教學(xué)優(yōu)點(diǎn)

近年來我國的機(jī)器人教育有了很大的發(fā)展。教育機(jī)器人逐步成為中小學(xué)技術(shù)課程和綜合實(shí)踐課程的良好載體。教育機(jī)器人與學(xué)科教育相結(jié)合，可以幫助科學(xué)、數(shù)學(xué)、力學(xué)等等學(xué)科的教學(xué)，在國內(nèi)已經(jīng)有學(xué)者提出機(jī)器人與理科教學(xué)整合的想法。機(jī)器人教育引入校園，對學(xué)生至少有以下三個(gè)方面的獲益。

其一，豐富學(xué)科生活，培養(yǎng)動(dòng)手能力。由于生活水平的提高，現(xiàn)在的青少年自己動(dòng)手制作玩具及科學(xué)模具的能力日益降低，創(chuàng)造發(fā)明的意念也漸呈弱化趨勢。所有令他們愛不釋手的玩具均是玩具商生產(chǎn)出來的，亦即是需用錢買來的。長此以往，將使未來中國少年兒童的求生能力、自我創(chuàng)造能力不斷減低、變?nèi)酰@對于一個(gè)民族的科學(xué)發(fā)展是十分不利的。自我組裝、制造機(jī)器人不但會(huì)提升青少年的科學(xué)興趣，同時(shí)也會(huì)從小培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成凡事自己動(dòng)手的良好生活習(xí)慣。

其二，鍛煉意志品質(zhì)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神。機(jī)器人制作涉及相關(guān)領(lǐng)域多種門類的專門知識，青少年必須廣泛涉獵，持之以恒，才能有所成就。機(jī)器人的制作過程，正是鍛煉意志、培養(yǎng)堅(jiān)韌品質(zhì)的過程。機(jī)器人制作一般都以二人、三人或一個(gè)團(tuán)隊(duì)的形式進(jìn)行，群策群力、共同作業(yè)，就像體育比賽中的接力賽一樣，缺一不可，整體的實(shí)力遠(yuǎn)超出個(gè)人的能力的發(fā)揮。

其三，激發(fā)創(chuàng)新精神，培養(yǎng)科學(xué)興趣。人們一直在思考和探索如何開發(fā)青少年智力的問題。參與機(jī)器人制作，能使學(xué)生自小就對科學(xué)產(chǎn)生興趣，獲得科普知識，同時(shí)也將激發(fā)他們的創(chuàng)新能力。

三、推進(jìn)機(jī)器人教育的思考

在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，教育機(jī)器人應(yīng)該和當(dāng)前的基礎(chǔ)教育課程改革相 結(jié)合。例如，在小學(xué)和初中階段，可以將研究機(jī)器人與“綜合實(shí)踐活 動(dòng)”有機(jī)結(jié)合；在高中階段，可以將教育機(jī)器人與“人工智能初步” “算法與程序設(shè)計(jì)” “簡易機(jī)器人制作” “電子控制技術(shù)”等技術(shù)類課 程進(jìn)行結(jié)合， 有條件的學(xué)校可以開設(shè) “人工智能與機(jī)器人” 校本課程。 事實(shí)上， 教育機(jī)器人所體現(xiàn)的知識的綜合性使它不僅能成為信息技術(shù) 教育的載體，也可以成為信息技術(shù)與中小學(xué)課程整合的載體。在高等 學(xué)校中開展智能機(jī)器人學(xué)科教學(xué)，進(jìn)行多層次的機(jī)器人教育，既可以普及機(jī)器人知識，加強(qiáng)機(jī)器人專業(yè)建設(shè)， 也可提高機(jī)器人的應(yīng)用水平。應(yīng)當(dāng)在 教師教育相關(guān)的專業(yè)，例如教育技術(shù)學(xué)、信息技術(shù)教育專業(yè) 中開設(shè)與人工智能、機(jī)器人教育相關(guān)的課程。各種形式的機(jī)器人競賽 是全球范圍內(nèi)教育機(jī)器人應(yīng)用的重要形式之一，目前這些機(jī)器人競賽 大都集中在諸如滅火、迷宮、足球等等競技類項(xiàng)目上。要注重通過此 類活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力、協(xié)作能力和技能，為此需要關(guān)注競賽項(xiàng)的 創(chuàng)新性。例如，競賽項(xiàng)目的設(shè)計(jì)可以更加關(guān)注人工智能與機(jī)器人的結(jié)合點(diǎn)。

總之 在大力提倡素質(zhì)教育的今天，機(jī)器人的出現(xiàn)為創(chuàng)新素質(zhì)教育提供 了一個(gè)嶄新的平臺， 信息技術(shù)教育未來發(fā)展的趨勢必然是向機(jī)器人教育重心轉(zhuǎn)移目。開展機(jī)器人教學(xué)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神、邏輯思維能力、自主學(xué)習(xí)能力和對科學(xué)的鉆研精神，對機(jī)器人教育的教學(xué) 體系進(jìn)行研究，使機(jī)器人教學(xué)完善發(fā)展，具有現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]張劍平，.機(jī)器人教育：現(xiàn)狀、問題與推進(jìn)策略【I】 .中國電化教育.2006.（12）

篇3

關(guān)鍵詞：IRobotQ3D； 鄉(xiāng)鎮(zhèn)高中； 機(jī)器人教學(xué)軟件； 機(jī)器人選修課

中圖分類號：G434文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-3315（2014）03-022-001

《江蘇省普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)要求》（2006年）中有一個(gè)模塊選修5：人工智能初步，本模塊的教學(xué)應(yīng)強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生體驗(yàn)人工智能技術(shù)的具體應(yīng)用；根據(jù)高中學(xué)生的知識基礎(chǔ)和本校實(shí)際情況開展教學(xué)；要注意發(fā)現(xiàn)有特長的學(xué)生并對他們進(jìn)行有針對性的教學(xué)。

而機(jī)器人就屬于人工智能的一塊分支，它是一門集合了應(yīng)用數(shù)學(xué)、力學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、控制、傳感技術(shù)、通信和人工智能等多種技術(shù)在內(nèi)的綜合實(shí)踐性課程，它要求學(xué)生能夠綜合地、靈活地運(yùn)用各種知識，在團(tuán)隊(duì)合作、實(shí)踐操作的學(xué)習(xí)形式下完成一個(gè)個(gè)小項(xiàng)目，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用信息分析問題、解決問題的能力。機(jī)器人教學(xué)體現(xiàn)了“做中學(xué)”的教學(xué)理念,在學(xué)習(xí)過程中強(qiáng)調(diào)動(dòng)腦與動(dòng)手的結(jié)合,從而有利于改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式,為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。世界發(fā)達(dá)國家例如美國、英國、法國、德國、日本等已把機(jī)器人教學(xué)納入中小學(xué)教育之中，我國許多有條件的中小學(xué)也開展了機(jī)器人教育。

但由于受到經(jīng)費(fèi)、師資、器材等因素的制約，在高中階段只涉及軟件的學(xué)習(xí)，在完全虛擬的3D環(huán)境來進(jìn)行組裝，調(diào)試，更改，成為一個(gè)很好的介入機(jī)器人學(xué)習(xí)的一種可行的途徑。

但正因?yàn)槭侨浖木壒剩瑳]法給我們實(shí)際環(huán)境中的真實(shí)的體驗(yàn)，比如輪胎材質(zhì)的摩擦力，馬達(dá)的不同轉(zhuǎn)速所帶來不同的扭矩感受等，當(dāng)然這是由于直接的經(jīng)濟(jì)問題帶來的結(jié)果，下面就我使用這款軟件所得的感受論述之，以此證明IRobotQ3D用在高中選修教學(xué)中還是有其獨(dú)特的優(yōu)勢的。

核心技術(shù)：

IRobotQ3D虛擬機(jī)器人軟件提供了多個(gè)平臺，有機(jī)器人搭建平臺，設(shè)計(jì)場景調(diào)試平臺，在線網(wǎng)絡(luò)對戰(zhàn)平臺。

場景調(diào)試平臺突出了基于物理引擎的設(shè)計(jì)，能模擬真實(shí)的物體運(yùn)動(dòng)以及物體的密度、質(zhì)量、速度、加速度等各種現(xiàn)實(shí)物理屬性，在發(fā)生碰撞、受力、摩擦等運(yùn)動(dòng)時(shí)能模擬出不同的運(yùn)動(dòng)效果。

優(yōu)點(diǎn)：可以選擇不同的測試場景，不用制作購買相應(yīng)的材料。也可以自己定義構(gòu)造一個(gè)測試的環(huán)境，天空，陸地，海洋信手拈來。是一個(gè)完全開放的任務(wù)體系。

缺點(diǎn)：情景不夠真實(shí)，另外虛擬機(jī)器人軟件的各種不足，教學(xué)中設(shè)計(jì)的任務(wù)往往會(huì)忽略很多現(xiàn)實(shí)生活中的因素，出現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過于理想化，虛擬化的現(xiàn)象。使學(xué)生對所學(xué)習(xí)的物理傳感器的作用不夠真實(shí)、深刻。不利于學(xué)生思維嚴(yán)謹(jǐn)性和周密性的培養(yǎng)。

搭建平臺是3維的，可以360度球形的看整個(gè)設(shè)計(jì)、拼裝的機(jī)器人，在搭建的過程中只要注意相對應(yīng)的拼裝點(diǎn)連接就可以了，釋放起來也很方便。相同的部件可以通過復(fù)制的方式完成，減少實(shí)際過程的工作量。制作好的機(jī)器人可以保存起來，如果要在不同的環(huán)境中調(diào)用，只要更改一些細(xì)節(jié)的地方就可以了，著實(shí)方便。

優(yōu)點(diǎn)：可以培養(yǎng)學(xué)生的三維空間感，減少反復(fù)拼裝所花的時(shí)間。

缺點(diǎn)：沒法體會(huì)到實(shí)際拼裝，動(dòng)手的快樂。

完成一個(gè)項(xiàng)目、構(gòu)建一個(gè)機(jī)器人作品，需要考慮機(jī)械搭建、建好執(zhí)行機(jī)構(gòu)、構(gòu)思控制電路，選擇傳感器及其安放位置，設(shè)計(jì)控制邏輯和編寫程序等。當(dāng)這些內(nèi)容都考慮好并實(shí)施后，發(fā)現(xiàn)機(jī)器人也未必能像想象中的那樣工作。這時(shí)，就要求制作者仔細(xì)分析問題的癥結(jié)及其解決辦法。讓制作者按照規(guī)定的邏輯一步一步去實(shí)驗(yàn)、去探索、去研究，從而真正完成項(xiàng)目機(jī)器人的制作。這個(gè)過程是個(gè)手腦結(jié)合的過程，面對相同的任務(wù)，不同的思考就有不同的設(shè)計(jì)和結(jié)果。

Noc網(wǎng)絡(luò)競賽平臺，類似QQ的對戰(zhàn)游戲。大家在統(tǒng)一構(gòu)造好的場景下，各自設(shè)計(jì)自己的賽車和程序，然后去放在同一環(huán)境下競賽，看各自的成績，在此過程中大家可以相互交流設(shè)計(jì)的思路，然后去完善，共同提高！

優(yōu)點(diǎn)：可以省卻比賽必須要面對面的方式，節(jié)省其中所要花費(fèi)的交通、住宿費(fèi)用，而且在同一臺服務(wù)器下競賽，比真實(shí)的環(huán)境更加公平公正，機(jī)器人也沒有損壞的危險(xiǎn)。

缺點(diǎn)：大家交流時(shí)，機(jī)器人的直觀性不夠，相互使用的計(jì)算機(jī)配置不可能完全一樣，或許這點(diǎn)不夠公平。

不少虛擬機(jī)器人比賽的任務(wù)場景華麗，設(shè)計(jì)新穎，對學(xué)生有很大的吸引力和挑戰(zhàn)性。在IROBOTQ3D中，大部分任務(wù)都具有很強(qiáng)的目標(biāo)導(dǎo)向性，學(xué)生完成任務(wù)的情況，只看運(yùn)行結(jié)果就能一目了然，以致學(xué)習(xí)評價(jià)通常都采用終結(jié)性評價(jià)。

虛擬機(jī)器人教學(xué)，既有明顯的程序特征，又有典型的應(yīng)用特點(diǎn)，讓學(xué)生通過虛擬機(jī)器人的學(xué)習(xí)，能夠在創(chuàng)新思維、動(dòng)手實(shí)踐和解決問題等能力上得到真正的發(fā)展與提升，為今后的學(xué)習(xí)、工作、生活打下良好的基礎(chǔ)。

任何事物都是有兩面性的，在面對實(shí)驗(yàn)器材少、訓(xùn)練場地的制約時(shí)，通過開展3D虛擬機(jī)器人的學(xué)習(xí)，能大大的提高我們機(jī)器人教學(xué)效果，為我們的素質(zhì)教育提供了一條很好的出路，也應(yīng)該能在機(jī)器人教學(xué)（高中）中擁有美好的明天。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞：教育技術(shù)；多媒體網(wǎng)絡(luò)；教育智能化

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使得知識的更新日趨加快，知識總量每三到五年就要翻一番，為了適應(yīng)時(shí)展的需要，人們必須學(xué)會(huì)認(rèn)知、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)。因此，如何提高知識的傳輸效率、提高學(xué)習(xí)效果成為教育所關(guān)注的焦點(diǎn)。以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，呈現(xiàn)多媒體化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展特征的教育技術(shù)日益受到人們的重視。它強(qiáng)調(diào)運(yùn)用各種現(xiàn)代化教育手段，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景，提高教育教學(xué)效果，擴(kuò)大教學(xué)規(guī)模。實(shí)踐證明，在某種程度上，它確實(shí)實(shí)現(xiàn)了其初衷，很多人對其大唱贊歌，極加美化。但我們有必要對多媒體化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的教育技術(shù)做出辯證的思考。

一、對多媒體化發(fā)展的教育技術(shù)的辯證思考

多媒體通常是指日常生活中的多媒體計(jì)算機(jī)和與之相關(guān)的多媒體課件等。它具有超文本、超媒體功能，而且還可以使文字、聲音、圖象等一并顯示，具有化動(dòng)靜、化虛實(shí)、化快慢、化大小并且存儲(chǔ)員大、交互性強(qiáng)、信息呈現(xiàn)方式靈活多變等特點(diǎn)。因此有人認(rèn)為多媒體將取代教育技術(shù)領(lǐng)域的幻燈、投影、錄像、電視、粉筆、黑板等其它媒體，并且多媒體教學(xué)將成為未來教育發(fā)展方向等等。多媒體真的那樣神奇嗎？真的就是“萬能”的教學(xué)機(jī)器嗎？回答應(yīng)該是否定的。

（一）多媒體僅僅是一種，而非多種媒體組合而成的全能媒體

我們認(rèn)為，每種媒體都有其各自的長處，對某種特定的教學(xué)或?qū)W習(xí)有效，不存在一種人人適用、處處適用的全能媒體。所以，媒體的有效與否要看特定的教學(xué)情景和學(xué)習(xí)對象等，各種媒體教育有其各自的特點(diǎn)和獨(dú)特的功能，在教學(xué)中，應(yīng)互相補(bǔ)充，取長補(bǔ)短。我國開展多媒體教學(xué)僅有幾年的時(shí)間，正因?yàn)閷Χ嗝襟w教學(xué)認(rèn)識的偏差，把其看成是教育現(xiàn)代化的一種標(biāo)志，所以各單位紛紛申請巨額資金，購置多媒體教學(xué)系統(tǒng)，裝配多媒體教室，出現(xiàn)了多媒體“熱”的怪現(xiàn)象，而且目前這種現(xiàn)象有蔓延的趨勢。對此，我們認(rèn)為，配備多媒體教學(xué)設(shè)備本無可厚非，沒有必要的硬件設(shè)備做后盾，要搞好多媒體教學(xué)是不可能的。但有的地方購置了設(shè)備后，對其倍加珍惜，在教學(xué)中根本不舍得使用，平時(shí)用布一蒙，僅作為參觀、觀摩和迎評的樣品，這樣不僅嚴(yán)重浪費(fèi)了資源，而且也阻礙了多媒體進(jìn)入課堂。

（二）硬件和軟件能否同步發(fā)展，還有待進(jìn)一步觀察

綜觀全國上下，可以說，真正適合多媒體課堂教學(xué)的課件可謂鳳毛麟角，已編制出的課件絕大部分是一種課本搬家的形式。另外，商家為了贏利而編制的課件因缺乏學(xué)科專家、教育專家的參與，所以根本不適合課堂教學(xué)。同時(shí)，由于多媒體涌人教育領(lǐng)域速度太快，使大多數(shù)教師沒有充分的思想和技術(shù)準(zhǔn)備，而課堂教學(xué)目前仍是教學(xué)的主要組織形式，在已編制的多媒體教學(xué)課件不符合課堂教學(xué)，而教師又不能自行制作合適的教學(xué)課件的情況下，多媒體不是空有軀殼嗎？如此，又如何實(shí)現(xiàn)它的作用呢？最后，正像有些學(xué)者所擔(dān)心的那樣：既便我們實(shí)現(xiàn)了多媒體教學(xué)，在教學(xué)中也發(fā)揮了巨大的優(yōu)勢，學(xué)習(xí)效率成倍提高，學(xué)習(xí)效果顯著，為獲取知識而疲憊不堪的痛苦消失了，別的痛苦是否會(huì)來補(bǔ)充呢？我們認(rèn)為，教育應(yīng)是促進(jìn)入全面發(fā)展的教育，并非單純的知識灌輸，知識的豐富并不等于人格的完善，在現(xiàn)實(shí)生活中，具有豐富知識而人格不完善的人不勝枚舉。因此，即使有了多媒體的幫助，使人們獲取知識變得容易，我們也應(yīng)該對多媒體的利弊作出必要的反思。

二、應(yīng)多關(guān)注基于信息技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)教育

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，以使用信息網(wǎng)絡(luò)為主要傳播工具的網(wǎng)絡(luò)教育，成了人們關(guān)注的焦點(diǎn)，這有其必然的原因。

（一）網(wǎng)上信息資源具有豐富性和再生性

因?yàn)槿魏螄摇⑷魏涡袠I(yè)、任何階層的任何人都可以在網(wǎng)上信息，都可以在彼此免費(fèi)的情況下獲得別人的信息，相應(yīng)的，他們也要無償?shù)貫樗颂峁┵Y源，所以網(wǎng)上各種信息應(yīng)有盡有。其信息容旦之龐大、呈現(xiàn)形式之多樣、涵蓋范圍之廣是人們難以用數(shù)字表達(dá)的。而且，網(wǎng)上信息的增減與內(nèi)容的刷新依據(jù)主題的變更和事件的發(fā)展而不斷變化，從而再生新的信息。

（二）網(wǎng)上信息的交流具有自由性和開放性

任何人都可能根據(jù)自己的意愿，去說或做幾乎任何希望的事情，與世界各地任何上網(wǎng)的人聯(lián)絡(luò)，自由訪問各種信息資源。網(wǎng)上不同主題的電子公告牌、新聞組和電子論壇向任何感興趣的人開放，無論任何觀點(diǎn)、任何思想、任何文化都可以在這里找到自己的位置。這正體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建者和用戶普遍認(rèn)同的道德規(guī)范和信條：進(jìn)入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是無限制的，所有網(wǎng)上信息應(yīng)該是開放的、自由的，網(wǎng)絡(luò)不受任何權(quán)力機(jī)構(gòu)的限制。

（三）網(wǎng)上人們的交流具有平等性和民主性

眾所周知，傳統(tǒng)的人與人的交流最大障礙在于人的差異性，往往難以克服現(xiàn)實(shí)的社會(huì)地位的懸殊、生活質(zhì)量的差異和文化層次的高低這樣一些障礙。而在網(wǎng)絡(luò)空間，人們完全可以不考慮自己的社會(huì)地位、家庭背景、經(jīng)濟(jì)收入、、種族膚色等現(xiàn)實(shí)社會(huì)無法回避的矛盾，進(jìn)行一些相對單純的、非功利性質(zhì)的精神交流，也可以就共同感興趣的問題發(fā)表自己的見解和看法，交流雙方不會(huì)產(chǎn)生心理上的負(fù)擔(dān)。因?yàn)槿藗兊慕涣鞒チ烁鞣N社會(huì)暗示和物質(zhì)表象，只有無差別的比特流以共同的特征表達(dá)著人們內(nèi)心深藏的氣質(zhì)，這使相距遙遠(yuǎn)的人們，丟掉傳統(tǒng)的偏見，更加心平氣和、心安理得地與他人交流。

三、有必要關(guān)注并積極思考智能化現(xiàn)象

智能化是教育技術(shù)發(fā)展的重要方向之一，也是其發(fā)展到一定程度的必然要求。對人工智能的研究已經(jīng)引起人們的高度重視。在NOTO有關(guān)AET研究項(xiàng)目所著重研究的八個(gè)問題中，有四項(xiàng)都與人工智能有關(guān)，即：任務(wù)分析與專家系統(tǒng)、個(gè)別指導(dǎo)策略與學(xué)習(xí)者控制、學(xué)生模型建構(gòu)與錯(cuò)誤診斷、微世界與問題求解等。

之所以產(chǎn)生人工智能熱，是因?yàn)槠洹皵M人”的特點(diǎn)與功能所致，即智能機(jī)器能夠執(zhí)行與人類智能有關(guān)的功能，如判斷、推理、證明、識別、感知、理解、設(shè)計(jì)、思考、規(guī)劃、學(xué)習(xí)與問題求解等思維活動(dòng)。并且在語言處理、自動(dòng)走理證明、智能數(shù)據(jù)檢索系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、問題求解、人工智能方法和程序語言以及自動(dòng)程序設(shè)計(jì)等方面獲得相當(dāng)程度的發(fā)展。特別提出的是專家系統(tǒng)，它是一個(gè)智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，它應(yīng)用人工智能技術(shù)，根據(jù)某個(gè)領(lǐng)域一個(gè)或多個(gè)人類專家提供的知識和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，以解決需要專家解決的復(fù)雜問題。這樣，學(xué)生就可以直接與專家系統(tǒng)進(jìn)行“咨詢對話”，向其提出問題并得到學(xué)生希望的解答。于是有人重新提出“教師將被取代、學(xué)生可以自己學(xué)習(xí)、學(xué)校將要消亡”的論調(diào)。分析一下這種論調(diào)，一方面顯露出教師在某些職能作用發(fā)揮上存在的缺陷與不足：但另一方面這是一種“技術(shù)至上”的偏向表現(xiàn)。

四、在都學(xué)實(shí)踐中，我們應(yīng)該樹立恰當(dāng)?shù)慕逃夹g(shù)觀

通過以上分析，我們認(rèn)為以信息技術(shù)為基礎(chǔ)的呈現(xiàn)多媒體化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的教育技術(shù)有利于提高教育教學(xué)效率；豐富學(xué)習(xí)內(nèi)容、開闊知識領(lǐng)域；節(jié)約師資力量、交流教學(xué)經(jīng)驗(yàn)；加速普及教育、發(fā)展成人教育；進(jìn)一步促進(jìn)教育改革等，但它也確實(shí)已經(jīng)和將要給教育帶來諸多不利影響。但是，我們不能因此而“因噎廢食”。實(shí)現(xiàn)由我們的特殊國情和時(shí)代背景所決定的現(xiàn)代教育技術(shù)的跳躍式發(fā)展，積極推進(jìn)教育技術(shù)的進(jìn)步和教育技術(shù)的普及應(yīng)當(dāng)是我們的當(dāng)務(wù)之急。關(guān)鍵的問題是，我們應(yīng)該樹立恰當(dāng)?shù)慕逃夹g(shù)觀。

（一）樹立恰當(dāng)?shù)慕逃夹g(shù)的結(jié)構(gòu)觀。我們知道，技術(shù)由外向內(nèi)是由工具手段、方法技能和智慧經(jīng)驗(yàn)三大要素所構(gòu)成的。教育技術(shù)從結(jié)構(gòu)層次上來看就應(yīng)該由教育工具手段、教育方法技能和教育智慧經(jīng)驗(yàn)三大要素由外向內(nèi)有機(jī)整合而成。其中，教育智慧經(jīng)驗(yàn)和教育方法技能處于內(nèi)隱層，教育工具手段處于外顯層。前者是一種無形的、非物質(zhì)性的而又客觀存在的技術(shù)，是在人們的社會(huì)實(shí)踐中起到實(shí)實(shí)在在作用的技術(shù)。而且，從某種意義上說，這種技術(shù)的作用并不亞于外顯的物質(zhì)性的技術(shù)，更不能被后者所取代。

我們認(rèn)為，教育技術(shù)離不開外顯的工具手段，但歸根結(jié)底更離不開人掌握的智慧經(jīng)驗(yàn)和方法技能，正如知識經(jīng)濟(jì)的外在表現(xiàn)是高新技術(shù)，而內(nèi)在核心卻是高素質(zhì)的人才一樣，教育技術(shù)的核心歸根結(jié)底是掌握教育技術(shù)核心層的人，人對教育技術(shù)起最終的導(dǎo)向作用，決定著教育技術(shù)的發(fā)展方向。因此，第教育技術(shù)結(jié)構(gòu)的把握應(yīng)把對人的理解放在首位，而現(xiàn)實(shí)中出現(xiàn)的對教育技術(shù)結(jié)構(gòu)的錯(cuò)誤理解是導(dǎo)致人們“重”某些方面”、“輕”某些方面的主要原因。

（二）樹立恰當(dāng)?shù)慕逃夹g(shù)的價(jià)值觀。回顧教育技術(shù)發(fā)展史，我們不難發(fā)現(xiàn)，教育技術(shù)價(jià)值觀經(jīng)歷了從人文主義的教育技術(shù)價(jià)值觀到科學(xué)主義的教育技術(shù)價(jià)值觀的轉(zhuǎn)變。從哲學(xué)意義上講，人文主義的教育技術(shù)價(jià)值觀以價(jià)值理性為依據(jù)，重視教育技術(shù)的人文價(jià)值；科學(xué)主義的教育技術(shù)價(jià)值觀以工具理性為依據(jù)，重視教育技術(shù)的科學(xué)價(jià)值。在某種程度上，我們不難發(fā)現(xiàn)，純粹價(jià)值理性的思變和無為以及工具理性的失衡和異化。

目前，人們對教育技術(shù)只看到其物化層面的強(qiáng)大優(yōu)勢，如多媒體化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、交互化和虛擬現(xiàn)實(shí)等，忽略了教育技術(shù)的人文價(jià)值，結(jié)果導(dǎo)致了教育不再注重引導(dǎo)學(xué)生思考人生的目的、意義和價(jià)值，忽視了學(xué)生第完美和健全人性的追求，從而造成學(xué)生品德、人格、情感教育的荒疏和缺乏。如上所述的教育技術(shù)帶來的負(fù)面效應(yīng)就是很好的印證。我們認(rèn)為，教育技術(shù)的價(jià)值觀應(yīng)該實(shí)現(xiàn)科學(xué)主義的教育技術(shù)價(jià)值觀和人文主義的教育技術(shù)價(jià)值觀的有機(jī)整合。

（三）樹立恰當(dāng)?shù)慕逃夹g(shù)的發(fā)展觀。從對教育技術(shù)的結(jié)構(gòu)認(rèn)識，我們看到人最終決定著教育技術(shù)的發(fā)展方向，而人又是處于不斷發(fā)展和完善的過程中，正如馬克思所說：“人不是在某種規(guī)走性上再生產(chǎn)自己，而是生產(chǎn)出他的全面性，不是停留在某種已經(jīng)變成的東西上，而是處在變易的絕對運(yùn)動(dòng)之中。”因此，由人決定的教育技術(shù)的發(fā)展也必須是教育技術(shù)的內(nèi)隱層和外顯層的協(xié)調(diào)、全面發(fā)展。

篇5

指導(dǎo)理念：核心素養(yǎng)的三層架構(gòu)

經(jīng)常有人問道，與科學(xué)課程、信息技術(shù)（此處特指計(jì)算機(jī)）課程相比，機(jī)器人課程有何獨(dú)特性？或者更直白地說，如何辨別一堂課是否屬于機(jī)器人課？其實(shí)，這些問題的背后，關(guān)心的是機(jī)器人課程到底有何獨(dú)特的教育價(jià)值。

要回答這一問題，可以回到當(dāng)前基礎(chǔ)教育課程改革強(qiáng)調(diào)核心素養(yǎng)的語境中來。當(dāng)下倡導(dǎo)課程改革的人士認(rèn)為，基礎(chǔ)教育的核心要義不是用以培養(yǎng)學(xué)生成為單純的有知識、技能并掌握方法的人，而是使之成為有修養(yǎng)的人，有智慧的人，這樣的人不妨?xí)簳r(shí)稱之為有“核心素養(yǎng)”的人。至于何謂核心素養(yǎng)，由何構(gòu)成，論者觀點(diǎn)不一。在此，我們嘗試將學(xué)科核心素養(yǎng)刻畫為三個(gè)層次：最底層的“雙基指向”（簡稱“雙基層”），以基礎(chǔ)知識和基本技能為核心；中間層的“問題解決指向”（簡稱“問題解決層”），以解決問題過程中所獲得的基本方法和基本態(tài)度為核心；最上層的“學(xué)科思維指向”（可以簡稱“學(xué)科思維層”），指在系統(tǒng)的學(xué)科學(xué)習(xí)中通過體驗(yàn)、認(rèn)識及內(nèi)化等過程逐步形成的相對穩(wěn)定的思考問題、解決問題的思維方法和價(jià)值觀，實(shí)質(zhì)上是初步得到學(xué)科特定的認(rèn)識世界和改造世界的世界觀和方法論。

核心素養(yǎng)的三層架構(gòu)圖

在核心素養(yǎng)的三層架構(gòu)中，雙基層為較低抽象層次的基礎(chǔ)層，問題解決層為較高抽象層次的承上啟下層，學(xué)科思維層為最高抽象層次的高級層；而雙基層和問題解決層組成的“四基”，即基礎(chǔ)知識、基本技能、基本方法和基本態(tài)度與價(jià)值觀，成為學(xué)科思維層的基礎(chǔ)，亦受學(xué)科思維層的指引，這樣達(dá)到了向下層層包含、向上逐層歸因。

以核心素養(yǎng)的三層架構(gòu)為指引，我們希望學(xué)生能夠在機(jī)器人課程中不僅學(xué)到與機(jī)器人相關(guān)的基礎(chǔ)知識與基本技能，也能獲得利用機(jī)器人技術(shù)解決實(shí)際問題的能力，更能形成利用機(jī)器人分析問題、解決問題的思維方法和價(jià)值觀，初步得到利用智能裝置改造生活的方法論和認(rèn)識人工智能的世界觀。這一描述，可以理解為中小學(xué)機(jī)器人課程的整體目標(biāo)和核心價(jià)值所在。為方便理解，我們嘗試做進(jìn)一步描述如下。

雙基層：掌握面向?qū)ο蟪绦蚓帉懙幕痉椒ǎ焕斫饣凇翱刂屁D傳感―通信―結(jié)構(gòu)”框架下的機(jī)器人運(yùn)作原理，掌握控制簡易機(jī)器人的基本方法，知道常用的傳感器及其使用方法，了解機(jī)器人的基本物理結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)制，能夠使用3D打印、激光雕刻等新技術(shù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)件；理解測試與調(diào)試的工程設(shè)計(jì)方法。

問題解決層：能夠根據(jù)實(shí)際需求出發(fā)，設(shè)計(jì)創(chuàng)意，搭建簡易機(jī)器人解決問題；能夠利用測試與調(diào)試的工程設(shè)計(jì)方法對機(jī)器人進(jìn)行優(yōu)化；初步嘗試解決“工程”開發(fā)過程中的矛盾與沖突，能夠運(yùn)用統(tǒng)籌與折中、成本與效益等工程管理思想優(yōu)化智能裝置的開發(fā)過程。

學(xué)科思維層：感悟創(chuàng)意思維，形成創(chuàng)造意識，理解從單純的數(shù)字產(chǎn)品的消費(fèi)者轉(zhuǎn)變?yōu)榧嬗袛?shù)字產(chǎn)品制造者角色的社會(huì)意義；認(rèn)識迭代思維的一般性并理解其普遍價(jià)值；能夠認(rèn)識到標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件及其復(fù)用之于提升工程質(zhì)量和效率的重要性；理解抽象與建模是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化求解的基本方法，能夠認(rèn)識到抽象與建模是人類認(rèn)識和改造世界的基本方法；理解測試與調(diào)試、統(tǒng)籌與折中、成本與效益等工程思想，具備認(rèn)識世界和改造世界的系統(tǒng)思維。

我們認(rèn)為，具有這些核心素養(yǎng)的課程就可以稱之為機(jī)器人課程，就可以認(rèn)為是具有獨(dú)特教育價(jià)值的課程。

平臺選擇：Arduino的四重優(yōu)勢

機(jī)器人教材與其他信息技術(shù)教材不同，需要依托某一特定的機(jī)器人器材。不同的器材，在教育價(jià)值的體現(xiàn)上存在差異。本套教材將采用Arduino套件，可以說，選擇開源硬件作為中小學(xué)機(jī)器人教材的載體，將是政府許可的中小學(xué)教材中的第一次，也是一次頗具挑戰(zhàn)性的嘗試。那么，我們?yōu)槭裁催x擇Arduino而不是其他品牌？它能否有效承載上述核心素養(yǎng)的培養(yǎng)？

毋庸置疑，市場上面向教育的機(jī)器人產(chǎn)品豐富多樣，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，至少有二十多個(gè)品牌，但是哪些產(chǎn)品適合課堂普及教育，需要有一些關(guān)鍵指標(biāo)對其電子元器件、編程環(huán)境、外形結(jié)構(gòu)進(jìn)行測評。我們認(rèn)為，教育機(jī)器人除應(yīng)滿足《國家玩具安全技術(shù)規(guī)范》等強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)外，結(jié)合基礎(chǔ)教育的特點(diǎn)，可重點(diǎn)考察如下指標(biāo)：①經(jīng)濟(jì)性：機(jī)器人及其配件價(jià)格低廉，甚至部分配件可由教師自制或進(jìn)行二次開發(fā)；②方便性：方便裝備和使用，甚至可以在現(xiàn)有學(xué)校計(jì)算機(jī)機(jī)房中開展實(shí)驗(yàn)而無須專用教室，有適用不同年齡段使用的編程環(huán)境，有封裝良好的電子元器件及函數(shù)庫；③功能性：交互性強(qiáng)，配件豐富，編程環(huán)境友好，運(yùn)行速度快，可以支持各種創(chuàng)意設(shè)計(jì)；④穩(wěn)定性：搭建的機(jī)器人結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，材質(zhì)較好，接口不易磨損，元器件性能穩(wěn)定；⑤規(guī)范性：具有通用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；⑥教育性：元器件封裝程度和功能設(shè)計(jì)符合科學(xué)性和教育性要求，能正確地向?qū)W生傳遞科學(xué)知識，適應(yīng)適用學(xué)段學(xué)生的認(rèn)知水平，并有豐富的共享資源供師生學(xué)習(xí)、參考。以這些指標(biāo)為參考基礎(chǔ)，就普及教育需要而言，以Arduino為代表的開源機(jī)器人套件應(yīng)當(dāng)是目前最符合要求的硬件平臺。

事實(shí)上，就普及教育而言，相比其他品牌，Arduino的優(yōu)勢特別體現(xiàn)在如下四個(gè)方面。

開源硬件。與其他機(jī)器人品牌（閉源硬件）相比，作為開源硬件，Arduino有兩方面的優(yōu)勢：一方面不受單一廠商的約束，可以避免產(chǎn)品、技術(shù)和價(jià)格上的壟斷，避免信息技術(shù)教育歷史上類似“微軟培訓(xùn)班”的詬病，抑或逃離“樂高培訓(xùn)班”的宿命，可以正大光明地?cái)[脫為某一產(chǎn)品服務(wù)的嫌疑，為找回教師尊嚴(yán)和機(jī)器人教育的普適價(jià)值回歸奠定基礎(chǔ)；另一方面有豐富的開源共享資源可資利用，有大量的作品創(chuàng)意和代碼可供模仿和借鑒，有成熟的Arduino開源社區(qū)（例如，論壇：http：//.cn/community/forum.php，http：///forum.php；QQ群：319059620，101680302）探討技術(shù)問題和教學(xué)問題。

國際標(biāo)準(zhǔn)。Arduino具有通用、開放的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，有大批的國內(nèi)外廠商設(shè)計(jì)和制作基于Arduino技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器人產(chǎn)品或相關(guān)電子產(chǎn)品。采用Arduino作為機(jī)器人教育平臺，一方面方便國際交流與對話，可以借鑒國際同行的機(jī)器人教育研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，縮小與發(fā)達(dá)國家的技術(shù)積累和教育經(jīng)驗(yàn)積累差距，形成可能的后發(fā)優(yōu)勢；另一方面，可以避免閉源產(chǎn)品因各自為政而產(chǎn)生的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不一的問題。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，自成體系，互不兼容，不僅導(dǎo)致零配件無法通用而造成技術(shù)依賴或重新采購新品牌而造成的浪費(fèi)，而且容易出現(xiàn)不利于基礎(chǔ)教育的科學(xué)性問題，如相當(dāng)部分的閉源產(chǎn)品包括某些國際著名品牌配套的編程語言甚至不能正確表達(dá)三種基本程序結(jié)構(gòu)，給知識結(jié)構(gòu)尚不成熟、不穩(wěn)定的中小學(xué)生帶來不必要的誤導(dǎo)或認(rèn)知沖突。顯然，這樣的機(jī)器人品牌不適合基礎(chǔ)教育的需要。

價(jià)格低廉。毫無疑問，對于中小學(xué)機(jī)器人普及教育而言，價(jià)格低廉是一個(gè)重要優(yōu)勢，特別是對于地區(qū)差異明顯的發(fā)展中大國而言尤為重要。那些價(jià)格動(dòng)輒幾千甚至上萬元的名牌機(jī)器人顯然不符合當(dāng)下普及機(jī)器人教育的條件。當(dāng)然，Arduino機(jī)器人價(jià)格低廉之于普及教育的意義顯然不僅在于學(xué)校“買得起”，更在于“用得好”。其潛在的邏輯是，對于普及教育而言，能否充分發(fā)揮教育價(jià)值是第一原則，而性能卓越是第二原則。盡管Arduino與某些高端機(jī)器人品牌相比可能存在性能上的差距（事實(shí)上此種差距正在不斷縮小），但是就教育價(jià)值而言，Arduino完全可以保證上述核心素養(yǎng)的教育。因此，基于第一原則，我們有理由相信Arduino將成為后起之秀，占據(jù)基礎(chǔ)教育市場的半壁江山，事實(shí)上，在大學(xué)教育領(lǐng)域，Arduino早已“占山為王”。換言之，某些發(fā)達(dá)地區(qū)的學(xué)校因在經(jīng)濟(jì)上較為充裕而采購價(jià)格高昂的名牌機(jī)器人，或者某些經(jīng)濟(jì)能力有限的地區(qū)和學(xué)校，為了追求“高大上”的“形象工程”需要，壓縮其他教育投入而競相采購名牌機(jī)器人，這兩種做法本質(zhì)上都是對教育經(jīng)費(fèi)的浪費(fèi)，是不必要的奢侈投入，只會(huì)加劇地區(qū)之間教育經(jīng)費(fèi)投入的失衡。相反，選用Arduino機(jī)器人，實(shí)質(zhì)上是對無序競爭的教育經(jīng)費(fèi)投入的一種約束，從這個(gè)意義上說，選擇Arduino機(jī)器人而不是高端機(jī)器人品牌，是促進(jìn)教育公平的一種表現(xiàn)。

擴(kuò)展性好。Arduino的擴(kuò)展性體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是因技術(shù)上具有良好的兼容性而形成了成熟的產(chǎn)業(yè)鏈；二是嵌入式特性使其能夠廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品原型的開發(fā)中。技術(shù)層面，源于開源硬件的特性，具有通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，Arduino平臺具有很好的兼容性，不僅可以與Scratch、Flash、Android、Processing等編程環(huán)境結(jié)合，還可以與其他電子元配件結(jié)合，甚至由于Arduino的良好兼容性，已有不少機(jī)器人品牌公司已在或計(jì)劃在原有產(chǎn)品基礎(chǔ)上開發(fā)Arduino版本的機(jī)器人套件。應(yīng)用層面，因技術(shù)上的兼容性，Arduino具有豐富的功能強(qiáng)大的擴(kuò)展模塊，可以控制各種傳感器、電機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、3D打印機(jī)、激光雕刻機(jī)等，有利于開發(fā)各種各樣的創(chuàng)新教學(xué)項(xiàng)目，因此在教育領(lǐng)域，它不僅可以作為機(jī)器人課程的平臺，還可以借由機(jī)器人課程自然過渡到創(chuàng)客教育，Arduino本身也是目前創(chuàng)客教育的標(biāo)配之一。而其他機(jī)器人產(chǎn)品往往缺乏這種擴(kuò)展性，難以開展自由、開放的創(chuàng)意設(shè)計(jì)和制作。也正因?yàn)榇耍覀冋J(rèn)為Arduino相比其他機(jī)器人品牌，在上述機(jī)器人課程核心素養(yǎng)的承載上更具優(yōu)勢。

內(nèi)容設(shè)計(jì)：內(nèi)容串聯(lián)的兩條線索

在具體教材內(nèi)容的設(shè)計(jì)層面，我們采用了明、暗兩條線索串聯(lián)整體內(nèi)容。下文將以我們正在編寫的小學(xué)機(jī)器人教材（共2冊）和初中機(jī)器人教材（共1冊）為例，介紹其主要設(shè)計(jì)思路。

明線方面，主要以聚類思想為指導(dǎo)設(shè)計(jì)教材內(nèi)容的整體框架和章節(jié)結(jié)構(gòu)。所謂聚類，又可理解為類聚，即根據(jù)事物具有的某種相似的屬性，將其聚集為一類。聚類化課程設(shè)計(jì)思想，就是依據(jù)某種線索組合一系列教學(xué)項(xiàng)目，形成具有內(nèi)在聯(lián)系、螺旋上升和發(fā)散結(jié)構(gòu)的教學(xué)單元，循序漸進(jìn)地展開課程。根據(jù)已有研究，大致有三種聚類方式：以相似的功能聚類，以相似的目標(biāo)聚類，以相似的技術(shù)思想聚類。在本套教材中，三冊內(nèi)容的頂層聚類線索為：“計(jì)算機(jī)控制機(jī)器人―機(jī)器人控制計(jì)算機(jī)―機(jī)器人的自主控制”。其中，六年級上冊側(cè)重“計(jì)算機(jī)控制機(jī)器人”，其二級主題以機(jī)器人組成為線索，按“控制器―驅(qū)動(dòng)器和執(zhí)行器―傳感器”分別聚類設(shè)計(jì)各單元課時(shí)；六年級下冊側(cè)重“機(jī)器人控制計(jì)算機(jī)”，即側(cè)重計(jì)算機(jī)與機(jī)器人之間的通信與交互，但也會(huì)適當(dāng)兼顧到“計(jì)算機(jī)控制機(jī)器人”與“機(jī)器人的自主控制”，實(shí)現(xiàn)上下銜接；八年級下冊側(cè)重“機(jī)器人的自主控制”（即輸入與輸出的自動(dòng)化），按輸入與輸出為線索由易到難進(jìn)行二級主題（單元）的聚類，如“數(shù)字輸出與模擬輸出（LED）―數(shù)字輸入（電子骰子）―模擬輸入（蜂鳴器）―單電機(jī)控制（風(fēng)扇）―雙電機(jī)控制（小車）”。

暗線部分，即將核心素養(yǎng)滲透于每個(gè)單元和每節(jié)課當(dāng)中。以蜂鳴器單元（第七課：機(jī)器人唱歌、第八課：火災(zāi)報(bào)警裝置）為例，其核心素養(yǎng)如下。

雙基：了解蜂鳴器、火焰?zhèn)鞲衅鞯墓ぷ髟恚滥M傳感器的一般使用方法，能夠根據(jù)音頻對應(yīng)的數(shù)值編寫音樂程序；了解模擬輸入的概念，能夠正確插線；了解串口監(jiān)視器的作用和使用方法。

問題解決：能夠設(shè)計(jì)創(chuàng)意制作有趣的機(jī)器人發(fā)聲互動(dòng)作品；能夠根據(jù)生活需求設(shè)計(jì)創(chuàng)意制作有應(yīng)用價(jià)值的報(bào)警裝置。

學(xué)科思維：感悟創(chuàng)意思維；掌握同類問題的建模思想和方法，以及測試與調(diào)試方法。