導(dǎo)語：機(jī)器人競賽教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

一、小學(xué)機(jī)器人競賽現(xiàn)狀

隨著機(jī)器人教育的不斷發(fā)展，機(jī)器人競賽的項(xiàng)目也不斷增多。機(jī)器人競賽能夠激發(fā)學(xué)生對工程技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、動手實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)精神,提高科學(xué)素質(zhì)，養(yǎng)成面對真實(shí)問題的解決思路與方案。所以大多數(shù)開設(shè)機(jī)器人課程的中小學(xué)都會組織學(xué)校參加機(jī)器人相關(guān)比賽。然而在以機(jī)器人競賽為主題的教學(xué)過程中存在機(jī)器人教學(xué)方法更新不到位，“以賽促學(xué)”的模式?jīng)]有得到合理的應(yīng)用等問題[2]。那么在機(jī)器人競賽的教學(xué)過程中，教師應(yīng)該采用什么樣的教學(xué)模式，如何充分調(diào)動學(xué)生的自主探究性成為我們關(guān)注的焦點(diǎn)

二、以機(jī)器人競賽為主題的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

（一）教學(xué)目標(biāo)。學(xué)生能夠應(yīng)用自己已有的搭建、編程等基礎(chǔ)知識，完成FLL工程挑戰(zhàn)賽中的任務(wù)，以賽促學(xué)，在完成任務(wù)的過程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、動手實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)精神。（二）學(xué)習(xí)者特征分析。S小學(xué)機(jī)器人社團(tuán)的學(xué)生都處于四、五年級，并且在校內(nèi)社團(tuán)中已經(jīng)進(jìn)行過為期一年的學(xué)習(xí)，對機(jī)器人的搭建、編程等基礎(chǔ)知識有了一定的掌握。隨著一年的學(xué)習(xí)，學(xué)生的興趣、偏好都發(fā)生了很大的變化，總的來說，分為兩大類，第一類的學(xué)生喜歡搭建，第二類的學(xué)生喜歡編程。綜合學(xué)生的興趣、協(xié)作配合的能力對學(xué)生進(jìn)行了分組。（三）教學(xué)內(nèi)容。2019年FLL工程挑戰(zhàn)賽“太空之旅”，共包含15個任務(wù)，部分任務(wù)中含有三個小任務(wù)，每個任務(wù)中都有特定的規(guī)則、得分方式。以任務(wù)M01啟動太空旅行為例，該任務(wù)中共包含三個小任務(wù)：讓車輛載荷滑下太空之旅軌道（22分）；讓補(bǔ)給載荷滑下太空之旅軌道（14分）；讓成員載荷滑下太空之旅軌道（10分）。初始狀態(tài)：第一個載荷是預(yù)先放置好的，機(jī)器人需要把另外兩個載荷裝到基座上。得分要求啟動每一個有效載荷，使之明顯地從太空之旅坡道向下滑動，對于每一次滑動，在到達(dá)第一個軌道連接處時，小車必須是獨(dú)立行進(jìn)的。本節(jié)課選取任務(wù)M01中的第一個任務(wù)為教學(xué)內(nèi)容。（四）教學(xué)重難點(diǎn)。設(shè)計(jì)型教學(xué)模式精確應(yīng)用，師生角色的準(zhǔn)確定位，把握什么時候應(yīng)該讓學(xué)生自己動手做，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力，什么時候教師應(yīng)該進(jìn)行干預(yù)，引導(dǎo)學(xué)生不要偏離主題，并輔助學(xué)生解決問題。（五）教學(xué)策略。采用設(shè)計(jì)型學(xué)習(xí)的教育理念，以機(jī)器人競賽的特定任務(wù)為項(xiàng)目，以學(xué)生的自主探究和協(xié)作學(xué)習(xí)的方式為主導(dǎo)，教師作為整個教學(xué)過程中的組織者和引導(dǎo)者，幫助學(xué)生定好學(xué)習(xí)過程的整體步調(diào)并輔助學(xué)生解決問題。學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主動探究者，通過協(xié)作探究、設(shè)計(jì)方案、動手實(shí)踐、任務(wù)展示、發(fā)現(xiàn)問題、總結(jié)凝練、方案迭代形成一個不斷設(shè)計(jì)與再設(shè)計(jì)的循環(huán)，教師通過分組協(xié)作、答疑解惑、跟蹤引導(dǎo)和評價(jià)反饋等方式組織教學(xué)。（六）教學(xué)過程與實(shí)踐。1.解讀規(guī)則，制定方案。教師解讀規(guī)則：在啟動太空旅行的項(xiàng)目中，共有三個小任務(wù)，其中車輛載荷任務(wù)最簡單，得分最高。車輛載荷是預(yù)先放置到軌道上方，機(jī)器人需要將基座抬起，讓車輛載荷滑入太空之旅軌道，并且在到達(dá)第一個軌道連接處時，小車必須獨(dú)立行進(jìn)，可以采用機(jī)械臂將基座抬起的方法完成這個任務(wù)。學(xué)生討論，制定方案：A組學(xué)生：可以用一個有135度傾角的梁，然后用一個中型電機(jī)，起始位置往下一些，等小車走到基座那里后，讓中型電機(jī)抬起那個梁就可以了。B組學(xué)生：如果是有傾角的梁那是不是就可以不用中型電機(jī)了，小車可以多往前走一些，基座會隨著傾角的增高，就可以直接把基座抬起。2.機(jī)型設(shè)計(jì)，搭建機(jī)器。教師：引導(dǎo)學(xué)生，幫助學(xué)生解決搭建過程中遇到的基礎(chǔ)性問題，引導(dǎo)組內(nèi)學(xué)生之間進(jìn)行合理的分工與協(xié)作。搭建時需要去場地上測試，手動測試一下能否完成這個任務(wù)，如果不能，應(yīng)該怎么修改結(jié)構(gòu)，才能讓機(jī)器更好地完成任務(wù)。學(xué)生：搭建基礎(chǔ)小車，在基礎(chǔ)小車的基礎(chǔ)上增加中型電機(jī)，完成任務(wù)一的機(jī)械臂。3.程序設(shè)計(jì)，編寫程序。教師：告訴學(xué)生主要的步驟。第一，設(shè)計(jì)程序的路線。第二，測量機(jī)器從初始狀態(tài)到終止?fàn)顟B(tài)的距離，由于場地圖紙是恒定的，場地上的任務(wù)模型的位置也是恒定的，小車必須從基地出發(fā)，當(dāng)小車在基地的初始位置確定好后，基地距離任務(wù)模型的距離也就確定了。首先要進(jìn)行的是對初始位置到終止位置距離的測量，測量方法有兩種，第一種是使用主控直接測量，第二種是使用電腦輔助的方式間接測量。在測量時，讓小車從基地的初始位置出發(fā)，按照設(shè)計(jì)的路線從起始狀態(tài)到終止?fàn)顟B(tài)全部模擬一遍，記錄所有電機(jī)以及傳感器的變化。第三，利用測量的值初步編寫程序。第四，調(diào)試程序，通過測試機(jī)器在場地中真實(shí)運(yùn)行的情況，將程序中的值調(diào)試準(zhǔn)確。學(xué)生：采用老師教授的方法，在測值、編程、調(diào)試這幾個環(huán)節(jié)中組內(nèi)成員明確分工，相互配合，完成程序的編寫與調(diào)試；在測值時，一個成員負(fù)責(zé)測試，一個成員負(fù)責(zé)記錄；在編程時一個成員負(fù)責(zé)編程，一個成員負(fù)責(zé)查找記錄的數(shù)值并且核對編寫的程序；在調(diào)試時，一個成員在基地負(fù)責(zé)擺位，保證每次出發(fā)的起點(diǎn)不變，一個成員負(fù)責(zé)在機(jī)器完成任務(wù)的位置觀察機(jī)器在完成任務(wù)時出現(xiàn)的問題。4.調(diào)試機(jī)器，修改方案。教師：在調(diào)試機(jī)器時會發(fā)現(xiàn)很多問題，很多的問題只需要修改一個小結(jié)構(gòu)就能夠解決，但是如果用程序去解決，就需要付出雙倍的工作量，因此，在調(diào)試機(jī)器的過程中發(fā)現(xiàn)了什么問題先引導(dǎo)學(xué)生想一想能否通過修改結(jié)構(gòu)去解決，如果結(jié)構(gòu)無法解決，那么程序上哪里出現(xiàn)了問題，應(yīng)該如何去修改。每次引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)在調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題，并提供一些可參考的解決方案。學(xué)生：根據(jù)調(diào)試觀察到的問題，小組討論解決辦法，解決方案可以有很多種，但是主要就是兩大類，一類是結(jié)構(gòu)問題，一類是程序問題，結(jié)構(gòu)沒有最好的結(jié)構(gòu)，只有更優(yōu)的結(jié)構(gòu)，同樣程序也沒有最好的程序，只有更優(yōu)的程序。盡可能多地想出所有的解決方案。教師：根據(jù)學(xué)生想到的解決方案，帶領(lǐng)學(xué)生一起分析每種解決方案的優(yōu)缺點(diǎn)，鼓勵學(xué)生盡可能多地嘗試多種解決方案，分析時需要告訴學(xué)生哪種方案比較費(fèi)時間，哪種方案執(zhí)行起來難度較大，哪種方案是比較適合他們的解決方法。但是教師的這些分析只是建議，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會解決問題的思維，只是自己進(jìn)行的一個預(yù)先的評估，會有主觀因素加進(jìn)去，在條件允許的范圍之內(nèi)盡可能鼓勵學(xué)生多嘗試，自己找最優(yōu)的解決方案。以第一組為例，在原方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行了二次修改。第一次測試存在問題：機(jī)械臂的梁容易摩擦到地面，修改方案：將原有機(jī)械臂的傾角由朝下改為朝上。第二次修改方案：在完成車輛載荷任務(wù)同時完成補(bǔ)給載荷，這樣可以節(jié)省大量時間。5.小組匯報(bào)，展示成果。各小組成員之間進(jìn)行匯報(bào)展示，每個小組從機(jī)器的設(shè)計(jì)、程序的編寫、組內(nèi)的分工、自己方案的優(yōu)勢等方面進(jìn)行匯報(bào)展示，并且用機(jī)器在現(xiàn)場進(jìn)行演示。各個小組在聽取其他小組匯報(bào)的同時，反思自己的方案存在哪些問題，可以從其他小組學(xué)習(xí)到什么，其他小組是否存在問題，你是否能給他們小組更好的修改建議。（七）教學(xué)反思。教師在指導(dǎo)學(xué)生備賽過程中，首先需要進(jìn)行整體規(guī)劃布局，即解讀規(guī)則、制定策略，告訴學(xué)生哪個任務(wù)優(yōu)先做，哪個任務(wù)最后做；其次，引導(dǎo)學(xué)生完成某個具體的任務(wù)：學(xué)生在完成某一個具體的任務(wù)時會遇到很多問題，問題最多的是不會調(diào)試，搭完一個東西后就不會再去改，教師要在這個過程中教會學(xué)生去調(diào)試程序，及時發(fā)現(xiàn)問題并讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，給他們一些解決問題的建議，當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)問題后，可能會想出比你的想法更好的解決問題的方案；最后也是最重要的一點(diǎn)是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會思考，學(xué)生在做的過程中會有很多想法，有的是關(guān)于策略的，有的是關(guān)于任務(wù)完成方案的，你需要及時告訴他這個想法可行不可行，可行的鼓勵支持并給他建議，不可行的首先告訴他他的想法會存在什么問題，引導(dǎo)他進(jìn)行思考，并給他一個更好的方案讓他參考，引導(dǎo)他分析這兩個方案各有什么優(yōu)缺點(diǎn)，并鼓勵他思考一個更完善的方案。

三、基于DBL的機(jī)器人競賽教學(xué)過程的建議

（一）貫穿DBL教育理念。機(jī)器人競賽的備賽過程與DBL的理念一致，教師可以在機(jī)器人競賽的教學(xué)過程中貫穿DBL的教育理念，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和動手實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生在面對真實(shí)問題時的問題解決能力。（二）鼓勵學(xué)生大膽創(chuàng)新。學(xué)生的想法和創(chuàng)新能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過教師，教師需要鼓勵學(xué)生大膽去嘗試，不要扼殺學(xué)生的想法，并引導(dǎo)他們一步步將創(chuàng)意變?yōu)榭吹靡娒弥膶?shí)物。（三）不要代替學(xué)生完成比賽任務(wù)。競賽不僅僅是為了取得成績，更重要的是備賽過程中學(xué)生的成長和收獲。在備賽時，教師盡量不要代替學(xué)生去完成比賽任務(wù)，可以采用引導(dǎo)的方式，在關(guān)鍵問題上給予學(xué)生點(diǎn)撥，讓學(xué)生嘗試自己解決問題。

作者:羅倩茹 秦健 劉全銘 單位:1.陜西師范大學(xué) 2.西安交通大學(xué)附屬中學(xué)