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学校机器人教育中的“股份制”

2021-07-16 23:39:43学前论文 119人已围观

学校机器人教育中的“股份制”

——媒体交互形式下的“三机”策略教学
摘要:信息革命的时代,教育信息化的发展日新月异,人工智能做为选修课程正与中小学课程体系逐步融
合。长期以来,我校围绕青少年机器人开展形式多样的教育教学活动,探索着使教学手段与教学内容的创新与新生事物的发展相适应。体现这一理念的“三机”策略教学(“灵机”+“动机”+ “枢机”)在教育实践中应运而生,“三机”策略的教与学双边互动在媒体交互形式下日显灵动,经过不断的精雕细琢走向成熟与完善,“股份制”机器人科普活动便是其中的一项有效的尝试。
关键词: “三机”策略;媒体;机器人教育;“股份制”

一、研究背景

  当前,我们正处于信息革命的时代,以信息技术为代表的新的生产力、新的发展方向,推动人类认识世界、改造世界的能力,带来生产力质的飞跃,引发生产关系重大变革,信息化成为社会发展主导力量。“提升国民信息技能”、“改善中小学信息化环境,推进信息化基础教育。”[1]已成为国家信息化战略的重要任务。“强化信息技术应用”成为国家战略的重中之重。一方面我们要努力提高教师自身的“应用信息技术水平,更新教学观念,改进教学方法,提高教学效果。”另一方面我们要“鼓励学生利用信息手段主动学习、自主学习,增强运用信息技术分析解决问题能力” [2]。坚持教与学“两手抓”,才能为加快全民信息技术普及和应用打下良好的人才基础。

  机器人教育即以机器人为媒体的信息技术教育,机器人源于高端科技领域,同时在现实的生产生活中应用十分广泛,在中小学一出现即呈现出旺盛的生命力:学生以兴趣为起点对机器人的基本知识基本技能进行学习,教师以机器人为媒体来丰富教育教学的理论和实践。媒体交互下的“股份制”机器人教育独具特色,在培养学生动手动脑能力、创新性思维以及团队协同应用等方面作明显,因而深受广大师生及家长的欢迎和喜爱。

二、存在问题:
(一)整体水平起步晚,教学双边对新事物的出现准备应对都不充分
1.课程边缘化

  作为省级科技示范学校,我校机器人起步于 2009 年,虽然机器人教育已经取得了一些成绩,也形成了良好的社会效应,但教育的主导缺少对机器人在信息技术教育改革过程中的推动性引导,激励机制不够完善,机器人教育只以选修形式出现在常规义务教育课程体系。
2、活动资金溃乏

  机器人器材价格昂贵,设备配备少,并且比赛项目和场地不断变化,持续性投入不足,成为教育活动开展的关键问题。

3、课时设置少,活动稳定性差。
(二)学生主体兴趣过于强烈,取向盲目,教育价值体现不充分
  国家政策对教育信息化倡导有力,现实生活环境中人工智能应用普及,学习主体注意到学习机器人必要性,学生及家长都有较强的学习主动性,求知欲旺盛,但多数的地区缺少软硬件的设施,配备不均衡, 且发展缓慢,大多数学生只能通过社会力量办学去参加机器人竞赛,而公立学校专业的教研人员专门从事与青少年机器人教学相关联的工作,又乏善可陈。学习需要与施教需要的反差造成求大于供明显,学校教育因此显得苍白无力,因专业性的问题得不到解决,进而引发教育管理问题——“教育价值淡化,竞赛成绩高于一切。这导致机器人竞赛存在商业化运作倾向,学生自主设计的程度降低,比赛中也经常见到恶性竞争现象。”[3]
(三)教学活动中主体、客体、媒体在双边互动不明显,缺少协调性。
1. 主体缺少互动体验

  学习主体的兴趣更多的是停留在对机器人外观的感知,对人工智能所涉及的模块化程序设计、数据测试、创新成果等缺少情感上的体验,持续性学习动机的呈显不强烈。
2. 教师主导作用有待完善:

  (1) 技能素质的提升:“在机器人的应用中,存在着编程控制、管理维护、人机关系等一系列有待处理的工作,只有操作者掌握其原理、结构和操作技能,才能提高它的应用效能。”[4]这也是教学活动顺利实施的先决条件。

  (2) 教学方法创新性:目前我们都很重视教育发展的改革与创新,多数的却是侧重于人事、制度、体制方面改革创新,当前国内以青少年机器人为载体的教学成果,在教法、手段、观点上的确立与创新形单影只,屈指可数,更多的还是依赖于进口的器材和与之相配套的教学体系,“机器人产品没有特色教育理念的支持,严重降低了其教育价值”, [5]也更谈不上形成独具特色的金牌课程。
3、没有合适的教材,社会化教材不完善:

  (1) 机器人厂家中进口的教育体系源于国外,有的机器人教育产业化已逾百年,但并非义务教育范畴。
  (2) 更多的机器人市场化教育缺少统一规范,且自成体系、互不兼容,开放共享程度很低,缺乏科学规划和教育工作者的参与和论证。
  (3) 缺少教材支持: “缺乏相应的小学教材是虚拟仿真机器人在小学开展的抑制因素。”[6]软硬件资源更无法发挥作用,以课件制作为主的媒体课堂成为“无本之木”。

三、“三机”策略教学框架下的媒体交互
(一)“三机”策略教学
  “三机”策略教学(如图 1 所示)系以教育规律三要素为基本出发点的“灵机+动机+枢机”教学策略, 具体地说,就是要求教育者应根据学习主体的身心发展特点,适时而有所侧重地点拨受教育者学习的“灵机”;根据教育内容的特点以及学生需要,以教育者为主导,要求学习客体精心设计“动机”教学以引领

教学环节,适度解决教学矛盾;恰当运用教学媒体,实施双边互动,触发教育过程中“枢机”转化。动机教学在教学内容的传递上,要以问题为引导,做到疏导、诱导、因势利导; 灵机教学在学习积极性的调动上,要将教学框架与学生心理调控相结合,做到审思、构思、反思;枢机教学在教学手段的运用上,要注重发挥硬件、软件、课件在互动转化过程中的作用。以上几方面综合起来,易于理解,方便操作,可使教学态势朝着纵横交错的立体化方向发展。
  (二)以媒体交互为主的“股份制“机器人科普活动
1、硬件是教学实施的基础

“巧妇难为无米之炊”,教学也是这样:硬件是一切教学 图 1
活动的物质基础,网络教室、电子白板、移动电话、计算机、
平板电脑、数码相机,都属传统教育信息化的硬件范畴。对于学校的机器人活动来说,一个理想的机器人实验室,实验室内不同类别机器人及所需要的活动场地,一块适合集体授课的电子白板,一间学生能全员参与编程训练的网络教室,一套全新升级的品牌机器人套材……这些都是机器人双边互动不可或缺的必要条件,而这些条件因其需要坚实的经济基础,一直是制约地区、学校机器人活动开展的瓶颈性问题。
多年以来,我校的机器人科普活动中的硬件问题围绕以下几方面来解决:

  早在 2007 年我校即被评为辽宁省第一批科技示范学校,从那时起,师生们便接触到了神奇的机器人, 这套因荣誉而获得的硬件,便成为我们的“镇校之宝”,我校为此专门设立了机器人实验室和活动场地,电脑、电视、电子白板悉数到位。即使到了今天,学校的师生依然把这套“陈旧”的工具不断升级,发挥功效,并连续多年改头换面的开展活动,参加比赛。
  另一方面我们积极努力做出成绩,引起社会关注,博得上级领导部门的关心与支持,争取政府财政上的投入,于 2011 年购得机器人足球项目和综合技能项目的硬件器材。
  机器人活动的有效开展,更为重要的一方面是师生双方对人工智能所具有的魅力兴趣倍增,好多孩子一下课就钻进机器人实验室探个究竟,对于这种学习劲头,我们采取有效的保护措施,充分发挥主体的能动性,及时与班主任及家长沟通争取更多层面的重视与支持,有好多家长自费带领孩子观摩比赛,还有好多家长为孩子购买了参赛的全套机器人硬件,还有的家长全天的将孩子托管在外地的机器人培训学校。就这样,我们以“股东”的形式,让学生成为了活动的主人,强烈的兴趣,更是成为我们硬件问题解决的巨大推动力。
2、软件是提高效率的保障

有了坚实的硬件做基础,接着我们还要客体主导发挥软件的作用。

(1) 门类齐全的软件是教学硬件执行的必要条件。

  要发挥计算机系统对机器人的控制作用,我们可以选择一个最新升级的操作系统,然后为机器人设计一套别出心裁的运行程序等,比如:为学校的电子白板升级最新的 Windows10 系统,家喻户晓的“3G”移

动终端因为有了中国移动“和教育”而使家校教育沟通方便快捷,手机因为有了微信而使它在班级管理中不可或缺……这些都需要教师对系统软件的性能,应用软件的特点做到口熟能详。
  再以中鸣机器人的创意项目《潜意识引导机器人》为例:为了激发学习兴趣,我们用机器人快车直接向学生呈现出为机器人测试脑电波需要而开发的全套程序;为了克服畏难情绪,我们又降低难度,从一个循环,一个分支,一首歌曲开始循循善诱。为了使系列问题解决得条分缕析,我们又利用 Photoshop 将程序按部就班的抠图打印,使程序设计与解决问题一一对应,快捷地完成了主客体间的双边互动,今年参加省青少年机器人竞赛获得创意组一等奖。
(2) 配套的软件教学是媒体交互的有效途径。

  纵观国内中小机器人教育,机器人厂家、品牌不一而足,但所有的厂家通用的都遵循 C 语言编译器标准:如中鸣机器人的机器人快车,乐高机器人,纳英特机器人,慧鱼机器人……这些编程软件都支持C 语言编译中的真实源代码编译。种类繁多的机器人应用方案更是琳琅满目,五花八门的品牌机器人编程软件让广大师生应接不暇,丰富了视听,强烈激发了对人工智能的学习兴趣,也为机器人特色教学理论建构提供了新的发展空间。
(3) 有效的教学软件可以弥补教学硬件有缺失、升级等方面的不足。

  有效的教学软件可以为只有计算机而没有机器人的学校开展机器人硬件教学提供了可能。如能力风暴机器人 VJC1.5仿真版、中鸣的机器人仿真系统、麻省理工学院推出的 Scratch 编程工具……运行这些虚拟的机器人运行平台即可在网络教室内编写虚拟机器人程序,在虚拟情境中完成程序预览和运行,以一种新颖的形式提高了主体学习程序设计和策略算法设计的水平。
  有些软件是我们高效完成教学任务的保障,有些软件可帮我们正确测试程序来调控、操作硬件,有些软件是学生完成合作、探究、共享的重要工具,而选择合适的软件还可以开发出优秀的课件,而这些都是我们开展机器人教学的有利条件。工作中,我们发挥区位优势,带领学生来到中科院、营口理工学院等科研院所寻求高校支持,我们来到营口教师进修学院探寻教育规律,带领学生走进工厂面向生产实践解决软件应用实际问题……就这样,教师以客体主导的身份成为机器人教育活动中的“大股东”。
3、课件是双边互动的支撑

  教师要明白如何根据教学目标选择教学模式,根据教学双边的需要来规定计算机在教学过程中呈现相应教学内容,负责课件的形成、运行、显示、提问、反应学生信息,对学生反应进行评价、判断、决策, 并提供相应的反馈信息等。
  学生则通过计算机运行的课件而展开
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