关键词机器人与数学乐高机器人情境教学
中图分类号：G424文献标识码：A
LegoRoboticsCourseBasedonMathematicalTaskSituation
QIUYafan
(SchoolofEducation,FujianNormalUniversity,Fuzhou,Fujian350007)
AbstractRoboticseducationinbasiceducationinChinacontinuestoexploreandpractice,therobotintotheprimaryandsecondaryschoolclassroom,intothedifferentdisciplines.Throughthestudyofelementaryschoolmathematicstextbooks,thenewcurriculumstandardsbasedonthecombinationofmathematicsandrobotteachingroboticscurriculumdesignbasedonthecontextofmathematicaltasks,designedtoallowstudentstobecompletedbyrobotproductionandtasks,theformationofmathematicslearningenthusiasmandinitiative.First-lineroboteducationteacherswithacertainreferencevalueandpracticalsignificance.
Keywordsrobotandmathematics;LegoRobotics;situationalteaching
当前，已经有越来越多的英国教育专家强调指出，以往小学数学内容枯燥，缺乏适宜的教学方法，很难激励孩子们的学习兴趣。①对于我国来说，在新课改之前存在同样的情形。但随着近年来课程改革的不断进展，数学的新课标强调重视学生的经验、强调数学内容要通过问题情境引入、强调让学生经历解决问题的过程，这就使得数学的应用，从传统上数学课程内容的终端，一下子置换到了起点。②秉着新课程的这个理念下，笔者尝试将中小学盛行的机器人融入到小学数学的教学中，以此来讨论机器人对提高学生数学学习兴趣和促进数学知识理解和应用方面的影响。
1机器人与数学整合的理念
1.1机器人做中学的理念
随着近年来，机器人教育在我国基础教育的不断探索与实践，机器人教育从机器人竞赛逐渐走向了机器人教学与教育研究。机器人的教育价值使它既可以作为家庭的益智玩具，也可以作为学校课外活动的载体，还可以作为基础教育课程的载体。③建构主义是指从自己的经历和思考中建立自己的知识和表征的观点。④这启示我们，在数学的学习过程，也应该提供给学生去经历、去思考的平台和机会，在已有经验的基础上建构起新的知识体系。而机器人活动不仅让学生拥有高昂的学习乐趣，更提供了他们进行主动建构知识的平台。
1.2在有意义的情境中学习数学
贾斯珀系列（Jasperseries）是20世纪80年代以来美国建构主义教学模式的典范案例之一。其中，他们提出了惰性知识的概念：指人们刻意回忆时能够回忆起来的知识，但这种知识却不能被自发地用来解决问题。而克服惰性知识的形成的其中一个手段就是在有意义的情境中学习。⑤因此，如果还沿用传统的数学教学模式，无疑产生了大量的惰性知识。
机器人与数学课程的整合理念恰恰就是想让孩子们把学到的数学惰性知识通过应用转化成活的知识，去解决生活的问题。我们不在于让学生只学数学，而在于教他们用数学去解决他们的问题。
2机器人与数学的课程设计
表1机器人与数学课程目录
第一章主要任务是：制作一台机器人，并编写一个程序，让机器人逐步完成自动计时、测距、计速的功能，并将结果转换成一定的单位显示到NXT控制器的屏幕上。掌握这些之后，进行出租车计价器的综合设计，应用路程与单价的关系简单地实现价格的计算，并同步在屏幕上显示（如图1）。本章涉及到的数学知识：圆的周长（小学数学六年级上册）、乘（小数）、除（小数）、毫秒、路程、速度等数学概念和公式，应用到的编程模块有：定时器模块、变量模块、数学模块、数字转文本模块，以及各模块之间数据连接。自动测距的参考程序如图2所示。
图1出租车计价器在NXT屏幕显示的效果及公式
图2自动测距参考程序
第二章主要任务是：制作一台可以数出地上有几条黑线的机器人。设计思路是机器人采集到黑线后变量自动加一，然后循环进行，实现变量中的数字不断累加（程序如图3）。在实现数线的基础上增加数字判断：进行定线举旗、定线踢球等趣味性、竞争性的活动。
图3机器人数线、并进行定线举旗的参考程序
第三部分主要任务是：在NXT控制器屏幕上显示点、线、图形，以及动态地显示动画形象。本节最主要涉及到的数学知识：位置（六年级上册第一单元），而这个知识为以后学习坐标、函数的学习做很大的铺垫。比如一个点的坐标是A（x,y），当y不变，x循环加一，这个点的运动轨迹就是一条横线，那如何让轨迹就变成一条竖线呢？如果x+1，y+1，或者x+1，y+2进行循环累加呢？如果把点换成一只小鸟，一个小人又会怎样呢？这样就激发了学生的大胆想象，各种有趣的动画就产生了。这里需要第三方开发的一个共享软件nxtRICedit.exe，可以随意画出自己的图片素材和中文，然后导出、添加到NXT软件目录下的图片库中即可实现编程了（图4）。
图4学生在nxtRICedit软件中设计“愤怒的小鸟”形象
第四部分主要任务是回顾前面所学的各种数学知识和编程知识，提出自己的设计项目然后在团队合作下实现它。例如：同学进行了愤怒小鸟简单版游戏的设计、打地鼠游戏、自动升旗装置、出租车计价器升级版等作品。
3机器人与数学课程的实施建议
《机器人与数学》是在数学任务情境的驱动下，以机器人课程的形式，学生通过机器人平台、搭建机器人模型、设计程序，应用数学知识完成任务的课程。实施本课程过程中，需要考虑以下条件：
（1）设备的要求。NXT机器人套装数目根据学生人数配备，两人一套，尽量采用小班化教学，以不超过20人为宜。
（2）对学生能力的要求。要求学生在乐高机器人结构搭建和基础编程方面有一定基础，学段最好在四年级以上。
（3）对工程手册的要求。一个团队的整个工程设计过程是非常重要的。因此要求每位学生每堂课都要填写工程手册，包含以下内容：本节课任务、可能用到的数学知识和编程知识、程序流程图、设计进展和过程、成果描述、自我评价、家长评价、指导教师评语。
4总结与反思
本课程已经在福州市创未来机器人培训学校的课程中进行了实施。通过教师的多次实践和改进，本课程获得了一定的成效，总结在以下几方面起到了积极的作用：运用机器人教学设备提供的亲身搭建、感知，团队合作，逼真的数学学习情境，使学生在不断的任务解决中，实现对数学知识的应用；通过不断的提出问题与解决问题，从而建构出分析、解决问题的方法；通过不断地提出一些挑战性的问题，鼓励学生不断的提出自己的学习目标；通过复杂的任务情境，将分散的数学知识点串联起来，进行数学知识的综合应用；在头脑风暴的学习氛围中，学会互相尊重，学会团队合作与沟通。
注释
①⑥章鹏远.人工智能机器人与小学数学教学[J].小学教学研究,2005(6)
③,张剑平.美国机器人教育的特点及其启示[J],现代教育技术,2007(11).
一、工作思路
以新时代中国特色社会主义思想为指导，全面落实党的和二中、三中、四中全会精神,深入贯彻关于安全生产重要论述,坚决扛起维护校园安全的政治责任，牢固树立以师生为中心的安全发展思想，筑牢防线、织密网线、严守底线，大力防范化解影响师生人身财产安全的重大安全风险，防范遏制各类安全事故发生，为新时代教育事业高质量发展提供更加坚实有力的安全保障，切实提高广大师生的获得感、幸福感、安全感。
二、工作目标
坚持以关于安全生产重要论述武装头脑、指导实践，把安全工作摆在重要位置，切实解决思想认识不足、安全发展理念不牢和抓落实存在较大差距等问题，坚持问题导向、目标导向和结果导向,深化源头治理、系统治理和综合治理，在强基础、补短板、建机制、控源头方面狠下功夫，扎实推进我区校园安全治理体系和治理能力。通过开展三年专项行动，推动各学校树牢安全发展理念，强化安全底线思维和红线意识，完善和落实重在从根本上消除教育系统事故隐患的责任链条、制度成果、管理办法、重点工程、工作机制和预防控制体系，全面加强教育系统安全风险管控和隐患治理，使师生安全意识和防范能力明显提升，校园安全突出风险明显整治，校园安全基础建设水平明显提高，校园及周边安全环境明显改善，校园安全长效机制明显健全，校园安全形势明显向好，校园安全事故明显减少，实现教育系统安全发展、高质量发展。
三、主要任务
（一）学习宣传贯彻关于安全生产重要论述专题。一是组织开展学习教育活动。各学校要及时传达学习关于安全生产的最新指示要求，区教育党委每年至少安排一次关于安全生产重要论述集中学习。集中组织观看学习“生命重于泰山——学习关于安全生产重要论述”电视专题片。二是组织开展事故警示教育。深刻汲取典型事故教训，以案说法、以案警示、以案促改，组织开展事故警示教育。各学校组织全体教职员工，至少开展一次集中警示教育。各地、各学校要结合实际制作事故警示教育片，印制警示教育资料，举办警示教育展览。三是组织开展对话谈心活动。每年组织开展一次安全对话谈心活动，各学校主要负责人与教职员工谈心，深入学习关于安全生产重要论述，强化安全生产责任措施落实。(牵头股室:办公室、校安办、教育股，配合部门：各乡镇教管中心、区属中小学、幼儿园、各职业学校)
（二）全面落实教育系统安全责任体系。一是全面落实学校安全主体责任。推动学校牢固树立安全发展理念，建立“人人有责、层层负责、各负其责”的全员安全责任体系，健全“明责、知责、履责、问责”的安全责任运行机制。二是落实教育行政部门监管责任。教育局指导督促学校加强安全管理，建立规范化标准化监管机制，推动学校落实安全防范措施，着力消除盲区漏洞。三是落实领导责任。贯彻落实《省党政领导干部安全生产责任实施细则》，按照“党政同责、一岗双责、齐抓共管、失职追责”的要求，进一步落实教育局、各学校党政领导干部安全责任，坚决扛起防范化解重大安全风险的政治责任。四是强化督查督办。加强督查检查力度，充分利用通报警示约谈问责等工作方式，强化安全责任落实。(牵头股室：督导室、监察室、校安办，配合部门：各乡镇教管中心、区属中小学、幼儿园、各职业学校)
（六)加强重点领域安全管理
2.加强学校食堂和食品安全管理。健全并落实校长陪餐、从业人员健康体检、原材料索证索票、食品留样等学校食堂及食品安全管理制度。加大对学校炊管人员、从业人员全员培训力度，加强对在校师生的食品安全和膳食营养的宣传教育。定期开展食品安全自查自纠，降低食品安全风险、及时消除食品安全隐患。按照“中小学校食堂等级量化评分细则”，对学校食堂硬件设施及管理进一步规范。加大学校食堂“明厨亮灶”建设，并在2020年底前基本完成中小学校、幼儿园食堂“互联网+明厨亮灶”建设任务。(牵头股室:资助中心、校安办，配合部门：各乡镇教管中心、区属中小学)
从2020年6月至2022年12月,分四个阶段进行。
(一)动员部署(2020年6月)。按照市教育局和区安委会安排，结合实际，组织制定细化本地、本校实施方案，进一步明确治理目标、重点任务、责任分工、工作措施、治理时限等内容，全面做好本地、本校专项行动的动员部署工作。
(三)集中攻坚(2021年全年)。各地、各学校对照前期排查的“两个清单”,坚持由表及里、由易到难,细化各项治理举措。针对重点、难点问题，通过推进会、挂牌督办、跟踪整治等措施，加大专项整治攻坚力度，确保整治工作取得明显成效,达到预期治理效果。
(四)巩固提升(2022年全年)。在推进校园安全突出风险隐患整改的同时,深入分析共性问题,深挖背后的深层次矛盾和原因，总结梳理专项整治中行之有效的做法和经验，及时上升为制度规范，形成长效机制，建立健全防范化解校园安全风险的系统性、机制性治理举措，提升整体治理水平。
各学校要每年对专项行动工作进行总结，形成年度工作报告，2022年底形成三年行动报告，分别于每年12月15日前，报教育局校安办。
五、保障措施
(一)加强组织领导。各学校要从增强“四个意识”、坚定“四个自信”、做到“两个维护”的政治高度，深刻认识开展教育系统专项整治三年行动的重要性，树牢安全发展理念。要强化领导责任,勇于担当作为，主要领导亲自研究、分管领导具体主抓,及时研究解决重大校园安全问题。要成立相应领导机构和工作专班,定期听取整治情况汇报,研究推动工作措施,确保各项任务按步推进、按期完成。