前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的教育技術學專業機器人教育能力提升，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。

【摘要】師范院校教育技術學專業開設機器人教育課程，如何提升學生機器人教育能力是關鍵。文章分析了機器人教育能力培養過程中存在的問題，構建了機器人教育課程體系，在此基礎上總結出一種機器人教育能力提升教學模式，通過該教學模式激發學生的學習興趣，更加積極主動地參與學習過程。從而加強學生的動手能力和團隊協作能力，提高學生的機器人教育能力和綜合素質。

【關鍵詞】機器人教育；能力提升；教學模式；機器人競賽

近年來，隨著基礎教育新課程改革的不斷深入實施，機器人教育得到較快發展。近期創客空間和創客教育引起了社會各界的廣泛關注，其基本內容也是圍繞機器人的設計與創作展開的，為機器人教育提供了新的發展空間和外在動力[1]。機器人教育要發展，機器人教育指導老師的專業素質是關鍵，目前機器人教育指導老師缺口較大，建立一支專業的高素質的機器人教育教師隊伍顯得尤為重要，在師范院校增開機器人教育課程是提高機器人教育師資力量的有效途徑[2]。為了提高H學院學生對于機器人教育的認識和理解，開設了“機器人教育”系列課程。通過該系列課程的學習，學生能夠掌握機器人的硬件結構及各功能部件的工作原理，掌握機器人的硬件拼接、軟件編程和調試的方法，使其具備機器人課程教學和指導學生參加機器人競賽的能力。

1機器人教育能力培養存在的問題

“機器人”是一門復雜且綜合性較強的學科，涉及電子、機械、計算機軟件、人機交互、人工智能等多個學科，對學生的知識體系有較高的要求。機器人教育能力培養更加強調在實驗過程中了解和掌握理論知識。通過對教學過程的思考和課后的反饋，發現部分問題，這和學生的教育背景和知識體系有關。1）部分學生知識積累不夠。學生在本科前期階段學習專業基礎課程，初入大學，學習環境的變化導致小部分學生主動學習積極性不高，學習方法不正確，學習效果不理想。2）部分學生動手能力較差。有別于其他專業課程，“機器人教育”對學生動手能力的要求非常高。學生在中學階段以理論知識學習為主，動手能力不夠強，學習效果不盡如人意，后續學習動力不足。

2機器人教育能力培養課程體系

根據“機器人教育”系列課程的特點和教學目標，構建了機器人教育能力培養課程體系，如圖1所示。其中先修課程包含“大學計算機基礎”、“電工電子技術”、“C語言程序設計”和“電工電子實訓”，通過以上課程的學習積累，提高學生的學習能力和實踐動手能力，為“機器人教育”課程的開設做好鋪墊。“機器人教育”課程修完后，為對該課程感興趣并希望深入學習的同學開設了“面向對象程序設計”、“單片機原理與應用”、“嵌入式Linux操作系統”和“嵌入式系統開發應用”等選修課程。“機器人教育”課程通過對機器人知識和實驗內容的講授，使學生掌握機器人的硬件組裝和軟件編程，從而具備講授機器人課程的能力。為適應當前機器人課程教師人才培養的需要，將“機器人教育”課程內容進行了整合，調整后的機器人教育課程知識結構如圖2所示。課程主要內容包括機器人的基本結構、機器人的組裝、機器人的編程和機器人比賽。理論授課環節包括機器人概述和機器人的硬件結構兩個章節。機器人概述主要講授機器人的概念，機器人的發展歷史、機器人的特點和分類以及機器人的未來。機器人的硬件結構主要講授機器人的硬件結構及各組成部分的功能。其中機器人控制器包括單片機最小系統、常見機器人控制器等，傳感器包括光傳感器、聲音傳感器、溫度傳感器、灰度傳感器、超聲波傳感器和視覺傳感器等，通訊方式包括紅外傳輸、藍牙技術和WIFI傳輸等。此章內容是機器人知識的重要基礎，通過此章內容的學習，學生能夠了解傳感器的工作原理、掌握通訊的各種技術，為后續設計和構建機器人夯實技術基礎。實踐操作環節包括機器人的組裝和機器人編程。機器人的組裝主要講授機器人組裝技巧，“探索者”選用模塊化機器人平臺，“探索者”平臺的主要零件采用鋁鎂合金材質，零件上開有通孔，用不銹鋼螺絲螺母完成組裝。機器人編程主要講授機器人的軟件編程知識，“探索者”機器人是基于Arduino平臺，通過Ar-duino編程軟件控制基板和擴展板進行連接和控制。Arduino是一款便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，包含硬件（各種型號的Arduino板）和軟件（Ar-duinoIDE），能通過各種傳感器來感知環境，通過控制燈光、馬達和其他的裝置來反饋、影響環境[3-4]。板子上的微控制器可以通過Arduino的編程語言來編寫程序，編譯成二進制文件，燒錄進微控制器。“探索者”平臺擁有較完善的教學體系和開放度較高的系統，能夠較好地兼容市面上常見的各種機械零件、電子部件以及通用的創客平臺。綜合運用環節主要講授機器人比賽，內容包括介紹機器人比賽，講解機器人比賽的比賽項目和規則。通過選取具體的比賽項目（例如軌跡機器人尋跡挑戰）作為綜合實驗內容，模擬機器人比賽場景，要求學生分組參賽。

3機器人教育教學模式創新

傳統的機器人教育教學模式為理論授課加實踐教學相結合，其中實驗多為模仿實驗，這樣的教學模式雖然能一定程度提高學生的動手能力，但對提升學生的學習興趣和培養學生創新能力沒有太大幫助[5]。結合H學院教育技術學專業學生的知識體系結構，針對機器人教育課程內容的特點，總結出一種新的機器人教育教學模式，該教學模式結合了說課、理論教學、實驗操作和機器人比賽等環節。通過該教學模式培養學生的學習興趣，使之能夠在掌握基本理論知識的前提下，更加積極主動參與學習過程，從而加強學生的動手能力和團隊協作能力，提升學生的綜合素質和創新能力[6]。1）機器人知識說課。由于部分學生對機器人的相關知識積累不夠，設計了機器人知識說課的教學環節。說課是學生參與機器人教學鍛煉的一種方式，將學生分成兩人一組，提前準備說課素材，做好課件，準備10分鐘的說課。課后組織同學和老師評課，總結該組同學說課素材和說課過程中存在的亮點與不足。機器人知識說課既能普及機器人和機器人比賽的相關知識，又能培養學生自學能力和團隊合作能力，同時提高學生的教師素養和教學水平，為從事機器人教育工作打下良好基礎。2）機器人教育理論授課環節。這個環節讓學生了解機器人知識，搭建機器人知識的整體框架。理論授課應讓學生發現和認識生活中常見的機器人，了解它們的工作原理，跟當下流行的機器人知識和技術相結合，讓相關知識更接近生活、更具感官刺激，以吸引學生注意力并激發他們的學習興趣。在講解機器人的結構和功能這一章節時，以目前較為常見的智能掃地機器人為例。智能掃地機器人是智能家用電器的一種，能憑借一定的人工智能，自動在房間內完成地板清理工作，它的特點是操作簡單，使用便捷。通過分析智能掃地機器人的硬件結構及其功能，幫助學生了解碰撞傳感器、紅外傳感器和超聲波傳感器的偵測原理，掌握掃地機器人控制器的操作流程和工作原理。智能掃地機器人的加入給原本枯燥的理論課堂增加了生動性和趣味性，學生學習積極性和融入課堂程度得到顯著提升。3）機器人教育實驗環節。實驗教學對于機器人教育的重要性較為突出。在傳統的模仿實驗的基礎上，通過由淺入深的實驗，鞏固理論知識，激發學生的學習興趣，掌握機器人控制和編程的基本技術，提升學生的動手能力和團隊協作能力，增強學生的創造力和分析、解決實際問題的能力[7-8]。學院新建了機器人創新實驗室，購買了模塊化機器人創新平臺（高級版）3套、模塊化機器人創新平臺（卓越版）1套、模塊化機械創新平臺5套。學院實行機器人創新實驗室全天開放，并積極開展“第二課堂”，延長學生在實驗室的學習時間，取得了一定的教學效果。以超聲波傳感器避障小車實驗為例，先將基板、車輪、萬向輪、電機等零部件組裝成小車，再將主控板、功能擴展板、電池和超聲測距傳感器等零部件固定在小車上。然后編寫避障程序：如果超聲測距得到距離障礙小于20cm，小車自動進行停止、后退、轉向一系列操作；否則，小車繼續前進。超聲測距傳感器可以測量到具體的距離值，這個距離值是傳感器利用采集到的“聲波反射時間間隔”，通過一個簡單的測距算法公式計算出來的。圖形化編程界面已經提供了一個程序圖塊，該圖塊包含了這個測距算法。通過對超聲波避障小車算法和程序的修改和調試，幫助學生了解超聲波測距傳感器的工作原理，鞏固理論課所學知識，增強學生的動手能力、團隊協作能力和解決實際問題的能力。4）機器人競賽裁判環節。近年，機器人競賽廣受關注，比賽項目包括中鳴超級軌跡挑戰賽、機器人足球比賽、滅火機器人競賽、WER-J普及賽等。H學院每年選派多名相關專業學生擔任相關競賽的裁判員，通過賽前組織的裁判員培訓，學生較好地掌握比賽項目的規則和流程。學生以裁判員的身份參與緊張、激烈的比賽過程，需要在短暫的時間內完成裁判工作。這樣能有效促進學生對機器人競賽的項目和規則的了解，增強學生處理突發事件的能力和應變能力，提升學生的綜合素質。

4結束語

師范院校開設機器人教育課程為推動機器人教育的發展提供強勁動力，運用傳統的理論加實踐的教學模式不利于激發學生的學習積極性，開拓學生的創造性思維，已成為制約機器人教育進一步發展的瓶頸。這就要求我們開展機器人教育研究，開創機器人教育新的教育模式。H學院在這些方面取得了一定成績，下一步計劃在學校開展機器人學生社團活動，舉辦機器人比賽，希望通過多個維度的努力，提高學生學習機器人的興趣，增強機器人教育教學的效果，為社會提供更多的機器人教育人才。

【參考文獻】

[1]鐘柏昌,張祿.我國中小學機器人教育的現狀調查與分析[J].中國電化教育,2015(7):101-107.

[2]張元立.面向師范生的機器人教育課程設計與資源開發研究[D].重慶:重慶師范大學,2017.

[3]金書輝,鄭燕林,張曉.高中Arduino機器人課程學習現狀調查與分析[J].中國電化教育,2017(12):115-120.

[4]楊海漩.基于Arduino平臺的小學機器人教學設計與應用研究[D].重慶:重慶師范大學.2018.

[5]鐘柏昌.中小學機器人教育的核心理論研究———機器人教學模式的新分類[J].電化教育研究,2016(12):87-92

[6]孫苗,蘭曉紅,楊豪.基于創客理念的青少年機器人教育模式探究與實踐[J].中國教育信息化,2018(10):18-22.

[7]張爽.創客教育視域下中小學機器人教學活動設計研究[D].無錫:江南大學,2017.

[8]劉一虹.微課在高校創新創業教育中的應用研究[J].湖南郵電職業技術學院學報,2018(3):91-93.

作者:劉澤源 趙晉琴 單位:湖南第一師范學院信息科學與工程學院