黄颖颖  (上海市静安区青少年活动中心, 上海 200040)

“合作式学习”在机器人教学中有着重要作用，更能显现“机器人救援”项目课堂教学的效果。在“机器人救援”项目教学、竞赛中，通过科学、合理分组，挑选好小组长，完善教师评价、激励机制，建立合理有效的课堂评价等合作式学习方式，使得学生的主体地位得到充分的发挥，让教师成为课堂教学的组织者、指导者、检查评价者，有利于激发学生的学习兴趣，引导学生实践，从而提高课堂教学质量，提高竞赛成绩。

关键字： 合作式学习  能力  智能机器人  教学 

一、引言

发展机器人学科教学是时代发展需要，当机器人课程被引进学校以后，学生对机器人技术的热情空前高涨。学生不但对机器人的外表感兴趣，更希望能够亲自控制机器人。“智能机器人”是一种集数学、物理、机械、电子、材料、计算机硬件、软件、人工智能等众多领域的科学与技术知识于一身的综合技术平台，智能机器人课程具有创新性、综合性、开放性、发展性、实践性、探究性等等诸多特点，所以在中小学进行机器人教学往往存在诸多困难。

青少年活动中心智能机器人社团成立于2007年初，致力于调动学生的非智力因素、挖掘学习潜力，旨在以智能机器人教学、竞赛活动为平台，提高学生的动手能力、分析及解决问题能力、协作能力、进取精神以及竞争意识。社团自2007年9月份开始涉及“机器人搜救”项目相关教学内容，2007年12月社团两位学员第一次参加上海市“西南位育杯”中“机器人搜救”项目比赛。之后“机器人搜救”成为社团常规教学、竞赛项目，每年都有学员参加“西南位育杯”中“机器人搜救”项目比赛、RCJ上海选拔赛“机器人搜救”项目。

选择以社团学员参加“机器人救援”项目为例，理由如下：

1.活动中心科技类社团的显著特点是教学与竞赛相互依存。开展机器人竞赛活动是普及机器人教育的一个重要途径。机器人大赛有其不可替代的互相交流、互相激励的作用。结合机器人竞赛项目，容易调动学生的学习积极性，激发学生潜能。

2.社团教学的需要，教学可以为竞赛打基础，同时竞赛促进教学，实现双赢。通过合作学习小组方式，提高社团学员水平。

3.机器人救援项目，包含走黑线、绕障、找人等可设置不同难度的任务，项目教学竞赛中一般为分组进行、多人参与，适合在教学活动中开展“合作式学习”的实践研究。

4.项目经费投入适中，组织参赛难度适中，较易于开展组组竞赛交流。

因而，在机器人教学实践活动中，本着“学生是主体，教师为主导”的课程理念，针对社团学员已经积累了不少编程及机器人搭建经验，以及社团学员年龄及水平参差不齐、新老学员更新的特点，从2010年4月份开始，在智能机器人社团中选择将“机器人搜救”项目作为社团一项重点教学实践内容，在教学活动中积极运用“合作式学习”，以社团学员参与“机器人救援”项目为例，以期提高课堂教学效率，学生获得更多、更大发展。

二、“合作式学习”的内涵

纵观有关合作学习的论述，合作式学习的含义至少涉及五个层面：合作学习是以小组活动为主体进行的一种教学活动；合作学习同时也是一个学生自我教育的过程，是学会交流、交际、与人相处的过程；合作学习也是一种目标导向活动，是为达到一定教学目标而展开的；合作学习是对个人采取形成性评价，对小组采用整体评价作为成效依据的；最后合作学习同样是由教师主导，分配学习任务，控制教学进程的。归纳上述认识，可以将其概念表述为：合作学习是在教师指导下，以合作学习小组为单位，系统的利用教学中的各种动态因素之间的互动，促进学生的进步，以个体和整体的成绩为评价标准，共同达到教学目标的教学活动。合作式学习的根本特点是小组活动，通过小组内成员的各方面差异，使活动的组织与开展具有一定的互补性。作为教学动态因素的教师和学生，他们之间在共同目标的导向下，或教师和学生，或学生与学生间相互合作、交流，相互信任、配合，从而共同到达成功的彼岸。

三、“合作式学习”在机器人教学中“机器人救援”项目的重要意义

1. 合作式教学在机器人教学中的重要性

国际21世纪教育委员会提交了一份题为《教育－－财富蕴藏其中》的报告，其强调四个学会。其一是强调学会共同生活。在集体中，处处需要合作。这种合作不仅能促进学生间彼此的了解，更重要的是能充分体现一个集体的凝聚力。一个凝聚力强的学生社团一定是个团结向上的学生社团。

科技教学实践活动中，需要让孩子们懂得：任何一项发明创造和科学实验的成功，都非一人所能，而是靠集体的智慧和力量。机器人课程涉及多方面知识，依靠学生单独完成学习任务往往比较困难，通过小组合作学习的方式进行学习能够降低学习难度。学生在合作学习过程中，互相交流，能提高学生的表达、交往能力，共同完成任务，能够培养学生的协作能力和团队精神。于是，我们教师很有必要创设合作式学习环境，分开小组，明确分工，团结协作，为学生合作意识的培养、交往能力的发展和团结友爱精神的养成搭建舞台。

由于机器人学科的综合性、复杂性以及实践性，仅仅懂得相关的基本原理、单纯依靠教师的单向传授显然是不够的，必须调动起学生的主动性，让学生自己动手设计、搭建、编程、调试，尝试制作出具有某些功能的机器人，生生、师生彼此之间产生交互，互为师生，才能产生更加多元的理解和认识，丰富学生的认知世界。因为机器人学科涉及的领域非常广泛，涵盖的内容也很多，教师对学生的指导就应该从综合的角度出发，因此在教学方法上，比较普遍的是采取任务驱动、合作学习的方法。

另外，教育机器人的价格毕竟比较高，很难做到给每个学生都配置一台机器人，客观上要求使用合作学习的方式开展教学。因此，合作学习理论是机器人课程的重要理论基础。

2. 合作式学习更能显现机器人“机器人救援”项目课堂教学的效果

例如，在“机器人救援”项目合作式学习中，通过分解“机器人救援”任务，如沿轨迹走、绕障、过断线、爬坡、救人等等，组员有明确的分工任务，能够分工协作，又有共同的项目目标，这不仅降低了个人学习的难度，同时还激发了学生学习的积极性，提高课堂教学效率。在小组内，由于学生在智力、背景等方面存在各项差异，学生会在互助合作、相互交流的过程中彼此尊重，人人都有成就感，使他们感受到自己对小组的重要性，逐步形成组员间亲密合作，互帮互助，共同应对压力，战胜学习中的困难。这些也为参加“机器人救援”项目竞赛打下了坚实的基础。

四、“合作式学习“在“机器人救援”项目教学、竞赛中的实施办法

1. 科学、合理分组是进行合作式学习的前提

首先需要对每个学员的基本情况进行分析，主要从以下几个方面：

中心社团普遍面临的一个问题是学员的年龄跨度大，智能机器人社团的学员年级跨度从小学四年级到高二年级，如图1所示，但其中初中（含预备）学生占了68%。但本学期社团学员中有4位学员是从本学期开始刚刚接触智能机器人（3位预备年级、1位高一年级的学生），就是说2010年9月份这4位学员，掌握机器人的基础知识、玩机器人的水平没有社团上小学四年级的学生好，因为班上其他学员（即使是小学四年级学员）学习智能机器人时间均超过一年，且有参与比赛经验。另一方面，智能机器人不同与普及型机器人，除了机器人搭建、结构设计方面外，很重要的是还要编程，自己编制程序来控制机器人运作。编程，包括模块化编程和代码编程，特别是涉及如C代码编程，语法结构较难，对学生的逻辑思维能力、理解能力、计算机应用水平有较高要求。在编程方面，高年级的学员相对来说会较容易掌握。此外，学员来自哪个学校也是需要考虑的问题。

关于“除学校正常课程之外的所有补课时间及科目”该因素，笔者做了调查问卷，调查发现19位社团学员中，只有1位预备班学员和1位初一学员，在本学期除了智能机器人社团课程之外没有参加其他培训班或补课。有4位初中年级学员除智能机器人社团课之外，周末参加其他各类科目补课时间多达9小时以上，这是不包含花在路上的时间。参加的课程以数学、物理、化学、英语、语文居多。这些学生周末的时间基本都花在补课上了，根本没有课余时间，更谈不上来去深入探究机器人了。

作为社团指导教师，我对社团老学员的情况比较了解，对刚刚进入社团的新学员，我采取观察一段时间，统筹安排。

每个小组3-4人，小组成员采取强、弱搭配，尽量考虑到优势互补，这样可以让学生相对均衡，也利于学生的相互学习。

2. 挑选好小组长

由于“机器人救援”比赛需要指定小组中一位成员（通常是组长）现场操作机器人，并在比赛成绩单上签字确认，要求组长临场表现能力稳定，能够机智应付现场突发状况，善于同工作人员进行沟通，消除不利于自己机器人比赛的情况。比赛场上，组员要做好后勤保障工作，例如防止周围人员干扰，协助检查比赛场地是否有问题，保护好自己的机器人，监督比赛时间、分数是否正确，看好编程的电脑及其他比赛设备等等。

社团教学活动中，不仅要挑选能力稍强、自制力较好，在学生中有威信的学员为小组长，还需要考虑到学员对“机器人救援”项目的热情程度，以及学员课余时间是否充裕，是否有精力去思考遇到的问题，积极想办法去解决，以及是否有时间参加机器人比赛。若比赛时，组长因为要补课无法参加比赛及训练，对该组其他成员会产生不小影响，也会影响比赛。这就如同要上战场了，领军人物不在，这仗还怎么打。当然，在选小组长的同时，也要注意培养副组长，这样组长不在的时候，副组长能够挑起大梁。需要给予组员有升副组长或组长的机会，可以根据实际情况更改分组方式，前提是要确保小组成员的和谐发展。

3. 教师评价、激励机制是“合作式学习”的有力保证

合理有效的课堂评价能更好地帮助学生认识自我，建立自信。

针对小组的合作过程，考虑到“合作式学习”的一个重要目的是促进学生的合作意识和技能，需要让学生关注自己在团队中的表现，评价常以小组为单位。评价可分为以下几个等级：A角色任务清晰，合作良好；B 有合作，但缺乏有效的组织；C 缺少交流，各做各的；D 只有部分成员动手。

每次涉及“机器人救援”项目的社团课，都需要对本小组的合作过程进行评价，评价采取以小组自评为主，阶段性的组与组互评，同时教师要适时的给予每个小组发生变化的评价。

针对团队合作的结果，即小组的机器人作品完成“机器人救援”任务的评价，可以从不同的角度分为多个等级：机器人硬件的搭建是否合理、采用的传感器是否合理，外观是否简洁美观、编制的程序是否高效、实际测试的结果是否多次成功（可针对“机器人救援”各项分解任务设置不同的等级）。评价是以小组为单位的，教师的评价及建议通常会对小组“机器人救援”任务的深入程度产生较大影响，激发学生潜能。

当学生参与活动时，教师需要观察学生的合作情况，实时的做记录，可从学生对目标的理解程度、个体责任清晰度、交流畅通度、成员相互认同度、组织过程是否高效、是否有意识地使用合作技能等指标进行记录。

此外，组员的学习小结，是以个人为单位写的，可以作为个人及小组评价的参考依据。

五、“合作式学习”在“机器人救援”项目中的教学、竞赛效果

1. “合作式学习”能使学生的主体地位得到充分的发挥

小组内强弱搭配，小组之间互助，实现“兵教兵”的教学功能。这个过程，对于那些参加“机器人救援”项目竞赛的学生来说，能更深入研究采用更多种方法完成“机器人救援”分解任务，更加了解“救援机器人”的硬件，在学习用代码编程的过程中，在给其他同学解释程序的过程中，更加理解程序结构。在帮助其他同学找出程序错误的过程中，自己的编程水平也将获得提高。对他们来说，这些都将是锻炼成长的机会，也使他们更加懂得欣赏别人的优点，包容他人的缺点。而对于刚刚接触“机器人救援”项目的学生来说，有时同伴的教学语言比教师的教学语言更能让人接受，这样的课堂教学效果更加有效。

而参加比赛是代表整个社团，代表活动中心，组与组之间的“合作式学习”，组与组之间的互助，相互评价，更加能发挥学生的主体地位，增强社团的凝聚力。

2. “合作式学习”让教师真正成为课堂教学的组织者、指导者、检查评价者

在“机器人救援”项目中，想让每个小组、每位学生都感受到教师的帮助和关怀，教师必须采用合理有效的教学手段，让全体学生都能在教师的视野内进行项目研究。例如走黑线项目，从一个地面灰度使机器人沿简单轨迹行走入手，到可以采用两个、三个、五个、甚至八个地面灰度传感器走黑线。如何“合作式学习”让学生的学习目标更加明确、责任更加明确、学习的内容更加丰富、完成学习任务更加有序，教师也有更多的时间进行巡回指导，帮助有困难的小组取得进步。

3.“合作式学习”更能激发学生的学习兴趣，提高课堂教学质量，提高比赛成绩

本学期在“机器人救援”项目的教学和竞赛中，采用“合作式学习”，通过调研发现，学生对搜救项目的热情大大高于以前，学生的整体水平获得较大幅度提高。由于“机器人救援”项目比赛具体场地是比赛前一天公布，例如黑色轨迹走向、断线位置、障碍物位置等，另外，还会有一些比赛任务要求是比赛当天公布的，比如说救援对象的位置等。对参赛队员的要求很高，学生要根据实际救援场地快速设计并实施救援方案，这个救援方案需要在机器人调试过程中不断的进行修改，一直到顺利的完成机器人救援任务。2011年12月4-5日本社团学员参加“机器人救援”项目比赛比以前有序，小组之间能较合理的分工完成比赛任务。有学生家长去观摩比赛，家长反映与去年相比，学生的表现变化非常大，其中最明显的是根据现场修改程序，寻找救援对策的水平提高，小组更加团结合作。经过充分准备，协力合作，参赛的三个小组均获得了一等奖的好成绩。

综上所述，在智能机器人社团教学中有选择性地、有组织地实施“合作式学习”，将有利于学生的发展，有利于社团队伍的建设。合作学习的组织和设计是一个复杂的过程，本文仅以社团学员参加“机器人救援”项目为研究点，还很浅薄。但我有信心，通过认真研究学生，研究学习内容，科学合理地组织引导，创设有效的合作环境，就会有良好的教学效果，学生的主体性就会得到充分体现。

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