機器人研學活動在職業教育的開展

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[摘要]研學旅行是研究性學習和旅行體驗相結合的校外教育活動，是學校教育和校外教育銜接的創新形式。機器人教學是人工智能的啟蒙課，機器人教學活動可以激發學生的想象力，提高其動手能力，為教學提供素質教育和創新教育相結合的生動形式。高職院校在有機器人專業綜合實訓室科普基地的條件下，可以開展一系列機器人科技活動，通過機器人研學活動可培養學生的創新思維，提高學生的實踐能力。

[關鍵詞]研學活動機器人教育科學素養

引言

隨著時代的變遷，以及各種條件的限制，各學校以往每學期的春游、秋游活動基本銷聲匿跡，而以前的春游、秋游活動基本都是野炊或爬山等郊游活動，形式單一，學生的興趣不大。近年來，多地教育部門興起了研學旅行。研學旅行是學生在教師或輔導員的帶領下，確定主題，以課程為目標，通過旅行中的集體住宿、集體體驗、集體感受，以動手做、做中學的探究形式，以提出問題、猜想預測、設計實驗、進行觀察、尋求實證、搜集數據、整理分析、得出結論、交流表達、集體討論、記錄過程等探究步驟，在教師的幫助下書寫研學日志，形成總結報告，并嘗試提出新的問題[1]。研學旅行又稱修學旅行、游學、教育旅游等，是以一個專題為目標，以在校學生為主體，以教師等其他人員為補充，以增長技藝、增長見識為目的的一種專項游學活動。研學旅行突出一個“學”字，在旅行過程中要行有所學，學有所獲。開展研學旅行，有利于全面推動素質教育，創新人才培養模式，引導學生主動適應社會，促進書本知識和生活經驗的深度融合[2]；有利于有效培養學生的科學探究意識。研學的宗旨就是在教師和學生共同組成的學習環境中，以學生為中心，讓學生主動探究、主動學習，即“做中學”，就是讓學生在動手、動腦的實踐中利用所學的知識去發現問題、解決問題[3]。探究式學習既是學習的目的，又是學習的理念、方法和模式，是“素質教育”的根本出路[4]。

一、開展機器人技術教育的重要意義

人工智能技術已經是世界領域研究的具有前瞻性的現代高新技術。國務院于2017年7月8日印發的《新一代人工智能發展規劃》提出：“鼓勵社會力量參與寓教于樂的編程教學軟件、游戲的開發和推廣。建設和完善人工智能科普基礎設施，充分發揮各類人工智能創新基地平臺等的科普作用，鼓勵人工智能企業、科研機構搭建開源平臺，面向公眾開放人工智能研發平臺、生產設施或展館等。”這為人工智能教育賦予了新的目標、任務和使命。機器人技術教育是人工智能的啟蒙課，而現階段由于機器人實訓室建設不完善、師資力量嚴重匱乏等原因，在所有學校實施該課程還有一些困難，全面普及機器人技術教育的高職院校數量很少，這樣就局限了機器人技術教育在高職教育中應發揮的特質和價值。機器人技術教育集成了數學、力學、機械、電子、自動控制、傳感器、通信、計算機、人工智能，綜合了眾多領域的高科技，具有實踐性強、探索性強和綜合性強的特點，有利于學生迅速接觸前沿研究，不斷激發探究興趣，提高創新能力和科學素養。機器人技術作為一門研究性課程可培養學生的創新思維與實踐能力，在學習過程中，學生應學會在海量的信息前能自主判斷、選擇、獲取和應用有效資源，這就要求學生必須具有綜合運用各門學科知識分析問題、解決問題的能力。在機器人學習和制作的過程中，學生不僅能夠接觸機器人，還能體驗成功制作機器人的愉悅，提升他們的綜合素質[5]，充分彌補其在課堂學習中缺乏實踐的缺陷，強有力地鍛煉了學生的創新思維和動手能力。在高職學生研學中開展機器人項目教學，可以普及信息技術，提高學生的科學素養，培養并激發學生的動手能力、綜合能力、創新意識、協作能力和進取精神。當前，職業院校教育教學改革的重心是積極探索創新人才的培養模式，由此確立機器人技術為高職院校開放型研學課程。高職院校應不拘泥于專業限制，多方訓練和培養學生的創新思維，提高學生的實踐能力，為在校學生創造一個能激發興趣、產生好奇心的環境，使他們能通過機器人活動點燃智慧的火種，因而，將機器人作為科技研學中的一個項目是非常有意義的。

二機器人研學活動在職業院校中的開展路徑

1.組建研學團隊

高職院校應多加宣傳，營造科技教育的氛圍，形成教師與學生樂于參與的良好態勢，堅持多樣性與開放性原則，搭建學生科技活動平臺。機器人技術課程不能僅讓工科專業學生學習，還應讓其他專業學生一起參與。要在參加科技研學的學生中招納、吸收一批熱愛發明、對人工智能感興趣的積極分子，促使其開展機器人研學活動。高職院校應為此配備指導教師、開發實驗室使該活動常態化，通過校企合作，產、學、研結合的方式協助學生實現科技成果的轉化。學校應多次舉辦或組織學生參加大學生科技創新比賽或機器人大賽，激勵學生的積極性。

2.初期認識階段

在研學活動初期，要引發學生對機器人的好奇心和求知欲，對學生進行機器人科普教育，如機器人發展史、機器人的工作場景，炫酷的科技場景為學生提供了一個真實、生動、有趣的學習環境。可通過展示現代科技信息，激發學生的好奇心和想象力，引導學生對新科技的興趣，鼓勵他們熱愛科技，嘗試創新。

3.具體實踐階段

在實施階段，硬件平臺的選取已實現了多元化，可以選取“探索者”系列的螺絲零件式組裝或進行樂高型積木式組裝。（1）科普學習。實踐階段以“手腦結合”為主要學習方式，注重間接知識與直接知識的融合，給學生提供必要的基礎知識。可通過各種零件的組合設計一些實驗、搭建一些實體模型，比如制作招財貓、攪拌機、唱片機、行走的小車等。應根據學生程度的不同分別給予其不同的主題和任務，以學生自主探索為主，教師輔導為輔，鼓勵學生動手去做，并在做的過程中發揮學生的想象力，使其在有限的時間內能夠完成項目，形成一個獨具特色的作品。具體形式以小組為單位，將3至5名學生分為一個小組，讓學生嘗試合作學習，增強其團隊協作精神。由于機器人制作不僅要搭建外型，還要編寫一些程序讓其動起來，所以在創意、搭建、組裝、編程、調試的過程中，學生可互相交流和討論，各抒己見，選擇最優方案，然后將組裝與編程進行分工。通過交流和討論能加深學生對問題的理解，也能提高其語言表達能力。在組裝、調試過程中，學生會不斷進行集體討論，積極改善方案，彌補不足，充分鍛煉了學生的團結協作精神和小組探究精神。（2）綜合學習。在這一階段，學生已掌握了簡單的機器人制作原理，有了編程的基本知識。在此基礎上，可以鼓勵學生自己發明創造，建議多個專業的學生進行組隊，這樣可以拓展大家的思維，比如團隊中汽車專業的學生可能會考慮制作與車輛有關的作品；醫學專業的學生會考慮制作一個與醫學相關的小儀器等……建議每個團隊中至少有一位計算機專業的學生負責程序編寫與調試，這樣不僅能使設計方向多元化、作品多樣化，還能使調試階段少走彎路，提高效率。

4.成果展示階段

在這一階段，教師應鼓勵學生大膽解說自己團隊的作品，闡述創作初心、設計理念，進行作品展示，并組織學生一起討論存在的不足和后期如何改進。在有條件的情況下，還可引導學生對作品再次優化，并促使其寫出實驗報告。教師要鼓勵學生大膽嘗試，擴展思維，將作品與生活相結合，應提醒學生，在選擇創作材料時，除了教學提供的零件器材外，還能選生活中的某一物品。在職業院校科技研學活動中，可以將研學范圍再次擴大，深入地方，為地方服務。高職院校的最終目的是為社會各領域培養急需的、具有較寬知識面及創新能力的通用型人才，所有實驗的實施，教材、教學方法的改進都應為這個目標服務[6]。

參考文獻：

[1]丁運超：《研學旅行：一門新的綜合實踐活動課程》，《中國德育》2014年第9期。

[2]楊艷利：《研學旅行：撬動素質教育的杠桿》，《中國德育》2014年第17期。

[3]騰麗霞、陶友華：《研學旅行初探》，《價值工程》2015年第35期。

[4]梁姝、徐紹永：《行走在路上的“課堂”——研學旅行策略初探》，《教書育人》2018年第8期。

[5]申耀武、許文燕、唐細永：《高職院校依托專業優勢開展科普活動探索與實踐——以廣州南洋理工職業學院機器人科普活動為例》，《科技與創新》2018年第23期，第124-125頁。

[6]仲照東、李益明：《機器人教學與高職創新教育》，《深圳職業技術學院學報》2008年第3期。

作者：葛書榮 荊榮麗 單位：安康職業技術學院