乐高机器人教育在农村学校的尝试

　　机器人不是一门学科，而是综合性极强的交叉学科群，其核心是智能控制技术。如乐高机器人教育应分为机器人教育与科学技术教育两部分，不仅涉及中学自然学科的知识，还涉及通讯电子、机械与动力设计、自动控制等多个领域，特别是控制领域可以弥补信息技术教育在人工智能教学方面的不足，这给农村学生提供了一个接触未来科技的良好平台。

　　我们之前也曾接触过其他品牌的机器人教育产品，经过对比和市场调查，觉得乐高教育产品的通用性强，经得起时间检验。

　　乐高有其自身的教育理念，它提倡“做中学”，旨在培养学生的动手能力以及对自然、数理、人文方面的兴趣。乐高将学习过程分为联系（CONNECT）、构建（CONSTRUCT）、反思（CONTEMPLATE）和延续（CONTINUE）四个循序渐进的过程，进而培养其五大能力：规化设计能力、创造力、获取新知识的能力、合作能力、想象力。如果解读中国中小学新课程改革就可以发现，乐高教育理念与新课程理念之间有着惊人的相融之处。

　　当然，乐高教育也有不足，比如器材较昂贵，普通农村学校无力承受，目前大多依靠社会办学或校外辅导机构来采购，这就要求参加兴趣班的学生家庭经济条件要好；相关比赛要求学生储备一定的机械、动力知识和较强的空间建构能力；乐高的NXT-G软件运行效率有待提高，其编程语言不能像C语言一样移植到其他设备和平台。

　　一、开展乐高机器人教育的几点思考

　　1.激励制度和考核评价机制

　　机器人教学不仅需要充足的器材，更需要敬业的技术型教师。只有学校支持并进行激励，才能充分调动教师的积极性，让他们潜心钻研技术和教学管理。

　　学校可以把机器人课程等同或高于通用技术课程对待，并计课时和加班，在评优晋级时给予政策性倾斜。

　　2.坚持以学生为中心

　　我们往往通过参加比赛检验教学和发展学生的自主学习能力，而能力的发展离不开动手实践，学生只有亲手设计制作才会了解它的特性，程序调试时才会顺利，出现故障时也能尽快找出原因。乐高特有的FLL技术答辩，也要求学生亲自参加社会实践和调查，这样在答辩时才会有理有据、不慌不乱。

　　3.培养团队协作能力

　　由于学生的起点和能力各有不同，在参加团队配合较强的FLL挑战训练时，可能存在狭隘个人主义、单打独斗不团结的表现，另外有的学生比较懒散，寄希望于临阵磨枪。因此，教师在平时上课中要强调团结的重要性，每位队员都应贡献自己的聪明才智，只有大家拧成一股绳才能发挥出高水平。

　　在训练中，我们让4个学生组成2组研制两台机器人，允许学生设计不同方案，并不断反思、改进，比赛前通过计时对抗来决定哪一组优先出场或提供多打一场的机会，这样他们会更专注于训练。

　　今年FLL比赛中，初中组首次设计出了气动力和橡皮筋方案，完成了举重和保龄球任务，而小学组用齿轮配合齿条抬升完成了举重任务。两队方案完全不同但相互之间可以借鉴。

　　由于起步晚、水平低，比赛成绩不尽如人意，但作为农村学生能参与这项科技竞赛，并且懂得了团队力量和创造的重要性，这才是最有价值的。

　　4.鼓励创造，加强技术交流

　　平时训练时，我们鼓励学生将灵感、创意付诸实现，在省赛中，我们要求队员发现、研究别人好的方案并大胆交流，通过外出比赛使学生获得新的认知，赛后再反思和改进方案，做到温故而知新。

　　5.培养毅力和严谨的科学态度乐高FLL工程挑战赛每年都有新主题，如能源、气候、交通、生命医学、食品安全、关爱老人等，每一个主题有14个左右的任务需要在150秒内完成，可以说是所有机器人比赛中最具挑战的。

　　我们让学生针对不同的任务设计不同的机体结构、策略物和任务执行方案，不断地改进结构、策略和调试程序，使之能适应多个任务的完成。在经历了多次失败和挫折后，学生逐渐养成了百折不挠、勇于探索和不断进取的精神，其心理素质和毅力得到了增强。

　　6.准备充分，应变及时

　　机器人比赛出意外的偶然因素较多，我们除了带上零件、拆修工具，还要在机体、策略物和程序上考虑机器的运行误差，进行误差容错和冗余设计，并加强训练以发现和防止可能出现的问题。

　　比如在今年的FLL比赛中，赛台尺寸与规则有差异，南北两向的边框留空多了近两个乐高单位，而我们初中组的策略刚好是贴边框走，这样会超出基地，如果不改进，有氧运动不仅做不了，东区的其他任务也无法完成，幸好我们赛前做了预案，调试时学生对策略物做了更改。这种突发的状况检验了学生的机动应变能力。

　　作为科学教育的延伸和拓展，我们发现乐高积木化的搭建、图形化的编程简单易懂，FLL竞赛主题的挑战任务能激发学生的学习兴趣和探索欲望，特别是对开发数理空间想象与逻辑思维能力很有益，还有助于提升语言表达和团队合作能力。

　　学生通过课题研究和技术答辩，懂得发现、关注身边的社会热点事物，更理解了立足现实、思考未来的含义，这让家长们感到格外欣喜和支持。

　　另外，机器人教学要避免陷入一些误区，一个人精力有限，在机器人教学时最好组建一个团队，并且在机器人品牌、型号的选择上避免多而杂乱，最后定型的任务方案一定是经过“设计-研究-实践-反思-再研究-再实践”的过程，乐高教学也是如此，它遵循以下三个原则：1.简单易实现、可操作性强；2.符合竞赛规则；3.符合学生认知规律。

　　二、开发校本课程，整合乐高教育与自然学科

　　建立和开发校本课程可以帮助我们进行阶段性总结，如果能将机器人教学与自然学科整合，不失为一种新的途径。对于乐高教师来说，乐高技术可以把不方便制作、展示的模具和方法进行快速而巧妙的拼装组合并进行数字化处理。

　　我们在以下课程中进行了尝试性研究，初步汇总如下：

　　1.力学方面：力的合成———斜拉桥的制作、自制天平、滑轮组、齿轮传动中的角速度与线速度；运动速度和重力加速度的测量，验证牛顿第二定律、做功的测量。

　　2.光学方面：光的直线传播（三点一线）与折射演示。

　　3.声学方面：声音速度的测量。

　　4.电磁学：光电能的转换（马达与灯泡），机械能与电能的转换（手摇发电机）。

　　5.数学：几何教学中的锐角、钝角以及角度的变化、四面体、立方体的搭建。

　　谢真寂 粟新贵