机器人教育中的多元智能培养

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  目前,机器人教育越来越受关注,教育部于2003年在新颁布的高中技术课程标准中,分别把“人工智能初步”和“简易机器人制作”设为信息技术和通用技术的一个选修模块。如何有效开展机器人教育?笔者根据目前现状和多元智能理论获得了一些启示。
  
  ■ 机器人教育的现状
  
  目前,各地中小学机器人教育正进入快速发展时期。但是,机器人教育在部分省市还难以开展,主要原因如下:
  1.机器人教学资源的稀缺。由于中小学机器人教育是一门新兴学科,且机器人的费用比较昂贵,市场上一个机器人大概需要6000元,如果两人一组的话,一个班级仅材料费就要十几万,使得部分学校只能通过少数学生以兴趣小组的方式开展局限教学,阻碍了机器人教育的开展与实施。同时,机器人教育在软件方面投入也相当匮乏,市场上配套的机器人教育的教材很难适应实际教学的需要,使得机器人只是作为学校的一种摆设。
  2.缺乏专业的机器人教师队伍。负责机器人教育的教师往往是一些信息技术教师和物理教师,对于机器人的硬件方面知识还比较匮乏,使得在机器人硬件扩展平台的搭建上缺乏深入研究,学校开展机器人教学只是局限于机器人的结构功能,而对机器人的编程控制等研究性学习缺乏经验。
  3.缺乏先进的教育理念。机器人教育尚处于探索阶段,在机器人教育的实施过程中,缺乏对机器人教育的课程资源的开发。机器人教育由于没有统一的一套标准体系以及缺乏先进的教育理念,所以在教学内容、教学模式以及
  教学评价方面出现了一系列问题,这也是导致中小学机器人教育难以开展的原因之一。
  
  ■ 多元智能理论下机器人教育学习环境的建构
  
  多元智能理论是由美国哈佛大学认知心理学专家加德纳教授提出的,他认为人类具有八种智能,这些智能既相互
  联系又相互独立。分别为语言智能、数理逻辑智能、视觉空间智能、身体运动智能、音乐节奏智能、人际交往智能、自我认识智能和自然智能。机器人作为一种自动化的机器,融合了与人或生物相似的智能能力、规划能力、动作能力和协同能力。因此,开展机器人教育可以使学生融入到智能化的学习环境中,符合多元智能理论关于学习情境创设与多元发展的观点,可以极大地发挥学生的个人潜能。
  笔者针对机器人教育的现状进行了反思,给出了以下启示:机器人教育应该充分利用各种技术手段,促进学生多元智能的全面发展;要重视学习环境的设计,为学生提供多元发展的探究与创新平台;要提供学生交流与协作的学习平台,引导学生树立正确的价值取向;要注重学生发展过程的评价,充分尊重学生个性的差异。
  多元智能理论倡导的学习环境是一种促进学生语言智力、逻辑智力、交际智力及自我认知智力发展的学习环境。因此,在机器人教育推广过程中,要改变其他学科过于强调接受学习、机械训练的现状,就必须突出学生的主体性,倡导学生动手参与、乐于探究的学习能力,具体为:
  1.体现个性发展与共同发展相结合的原则。在机器人教育过程中,应该充分观察学生的个性特征,根据学生自己的优势,选择机器人探究的某个模块,进行探究学习,最后小组成员之间进行交流协作,共同完成学习任务。这样,通过解决制作机器人过程中的实际问题,学生不仅可以深入了解物理方面的相关基础知识,而且还能拓展学生在计算机方面的应用能力。例如,群体机器人是随着多智能协调系统发展起来的,由于比单智能体具有更高的智能性,开发环节比较复杂,由此可以通过模块化的分组方式首先提出组织策略、方法及其协调机制,然后各自完成开发任务,最后进行模块之间的信息交换以及相互协调,从而创设良好的协作环境。
  2.建立多维度评价机制,促进学生全面发展。加德纳强调,人拥有多种认识世界的智能方式,每个人都有一个表现突出的智能。所以机器人教育评价要根据不同的智能类型来设计。一方面,应该正确对待学生的个体差异性,充分挖掘学习者的智力潜能;另一方面,需要摒弃传统的单一的评价模式,建立多维度的评价机制,从而全面评价出学生的综合素质。因此,机器人教育应该注重学生在学习过程中的自我反思以及关注学生的自我体验。评价方式不一定采用常规的考试方式,可以从多维度进行教育评价。例如,可以从需求分析、设计方案、开发实现、成果回报等各个方面进行综合性评价,这样有利于突出学生的个性差异,促进学生全面发展。
  
  ■ 机器人课程资源模块设置中的多元智能培养
  
  AS—UII机器人作为面向教育的新一代智能移动机器人,其课程资源开发模块由以下几部分组成:
  1.机器人概况。该模块通常包括机器人的定义、历史、原理等内容。为此,机器人概况的开设可以通过视频、讨论等方式开展机器人学习研究,充分发挥学生的语言智能、视觉空间智能、音乐节奏智能等。
  2.机器人编程。利用VJC的图形界面化编程方式,用模块搭建流程图的形式进行编程,可以帮助学生对程序语言有一个感性的认识,扩充学生的数理逻辑智能和自然智能等。同时,学生在初步掌握VJC后,还可以通过JC语言进行代码编程。在实际应用中,更应利用两种编程界面的切换来进行学习,从而真正提高学生对于程序语言知识的理解,发展学生的视觉空间智能以及数理逻辑智能。图1和图2分别表示了判断碰撞检测并显示碰撞发生的图形化编程方式与JC开发方式。
  
  3.机器人硬件。该模块包括传感器、微处理器、驱动器等硬件知识。讲解时,可以通过开发一些机器人感知外界环境信息的程序,使学生更好地理解传感器等方面的知识,培养学生的身体运动智能、数理逻辑智能等。例如,在无锡中小学开展的奥运火炬接力赛的活动,使得学生对灰度传感器等方面有了更深刻的认识,激发了学生的创作兴趣。
  4.机器人应用。可以通过AS—UII能力风暴的ASBUS的扩展总线,根据学生自己的想法和设计,添加一些红外接收传感器等其他硬件结构,充分发挥学生的想象空间,提升学生多元智能的开发。比如可以利用红外线传感器检测障碍,当有障碍时,及时做出避障动作。这样不仅避免了相关理论知识的枯燥无味,而且促进了学生学习的意识。另外,还可以开展一些单片机的教学,作为辅助机器人教育的教学方式,从而使机器人教育更加深入。例如,无锡社桥中学的单片机及嵌入式系统机器人教学,通过学生自己动手,提高了学生的动手能力和创新能力。目前该模式正在江苏全省进行推广,教材也被江苏省和新疆自治区中小学单片机(机器人)培训班采用。
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