回忆在少年宫教“机器人”

天高云淡

今年上半年，市退教协会将组织一次征文比赛，征文主题为“对教育教学生涯的回溯”，字数要求1500左右，至少800字。为此，我写了《回忆在少年宫教“机器人 ”》一文，拟取第四篇参与，也顺便给自己不多的人生插曲来个回忆。文章分：一、走进少年宫（957字）二、我的工作概况（1432字）三、《机器人制作》教案（765字）四、一堂“私塾式”的机器人课（1507）五、难忘的人和事（1780字） 敬请读者帮教指正！（欲调文字大小，请点右上3小黑点） 一、走进青少年宫2005～2016年，我利用双休日以及曙寒假的时间，在宁波市青少年宫教了十一年的机器人课程。我是怎么接触到机器人，又是怎样与青少年宫挂上钩的呢？这还得从2000年的一次机遇说起：当时，全球第一大玩具制造商一一丹麦的乐高集团挺进中国，从此，一款适合于教学用的《乐高机器人》在中国大陆畅销。与之相应的机器人技术教育也在全国中小学生范围内铺开，并于第二年（2001年）在北京举办了由中国科协主办的“第一届中国青少年机器人竞赛”。随后，此项竞赛每年举办一届，声势越办越大，至去年2021年已举行了20届（因受疫情影响，改为线上举办）。接着说说我的情况：2001年，我们学校（宁波三中）探索创办特色教育，引进了“乐高机器人”，同时开设了该门选修课程。我与技术教研组的一位老师一起，承担了对本校学生的“机器人”教学任务。得益于我从小就爱动手制作玩具，特别是对会动的车船模型很感兴趣，也曾学过“工业自动控制和编程”，所以开展工作就相对便利一些。由于学生们很喜欢玩这种乐高机器人，师生们都很积极地投入，使得我校在每年的全国各级各类青少年机器人竞赛中，乃至在国际青少年机器人竞赛中都有优异的表现，我也被中国科协评选为“中国青少年机器人竞赛优秀教练员”。再来看看少年宫那边：宁波市青少年宫座落在秀丽的月湖旁边，是宁波市主要的青少年校外教育机构，现有美术学校、书法学校、舞体部、百艺坊等近20个部校，开设了100多个学科约800个班级的综合素质培训课程，每年约有3万多人次的青少年来宫参加各类文化艺术技能培训。青少年宫对于开发新型的科技培训项目非常重视，先于我校开设了“乐高机器人”课程。“有缘千里来相会”，在2005年，也是我退休前五年的时候，青少年宫由于教学工作的需要，经“市少辅协”秘书长李永龙老师牵线，将我招入了青少年宫的外聘教师队伍。自此，开启了我在青少年宫长达11年的机器人教学历程。11年来，我辅导了不少喜爱机器人的学生。见证了少年宫机器人教育由弱到强的发展过程；我自制了一些供机器人调试的器材与场地，开发了一些有趣的制作项目，从而扩大了教学内容，把学制从四个学期扩展到七个学期；类型从单一的积木搭建、图形编程机器人，跃进到电子制作、代码编程机器人。所有这些都得到了少年宫领导的支持，得到了学生家长的喜欢与拥护。 二、我的工作概况我刚开始教机器人课的时候，青少年宫的安排是：给出教室一间（十五平米），一个教师带四个学生，对学生的年龄要求是在三年级及以上，学制一年，一年后再另招新生。那时一共才两位老师，招的班级数也少，呈现出一种“搞试验田”的模式。后来少年宫教学楼扩建，教室面积扩大到能滿足十个学生的学习。学生人数有了大幅增加，相应地就有新的教师加盟进来；又得益于机器人器材一次次地更新换代，机器人的功能越来越强大，需要用到的机器人结构搭建和编程技术就越发复杂，这直接导致师生们的教与学的难度往更高的水平发展。随着老师们教学经验的结累和教学成果的不断扩大，机器人教学项目逐渐提升档次，在宁波市内的影响力越来越大，越办越红火了。我在少年宫上三个班级的课，每逢星期天给每个班级各上一节课，每节课的时间是一个半小时。遇到学校放曙寒假，就会再增加班级数和上课的次数。我的教学理念及做法是这样：（一）做好师生间的沟通、增进相互了解。这是达到良好教学效果很重要的前提，因此在开学的第一课上，面对学生和家长，我首先实事求是地介绍自己的教学资历及教学成果，说明自己对机器人教学的认识，教学所要釆取的措施以及要达到的学习效果；我们的目标：一是学会一定程度的机器人外形搭建和程序编写的技术；二是领会制作过程中用到的观察和分析的方法；三是感受同学间互帮互学的友谊与快乐。同时也对学生提岀几条明确且具体的要求，使他们做到心中有数。我还强调要把学生看成是自己的小孩，全身心为之服务。考虑到前来学习的学生和家长们都很不容易，为让家长放心、我建了个家长QQ群，常往群里发布一些学习资料和学生的作品，让他们及时了解自己孩子的学习情况，也能随时反馈所关切的问题，（二）设法把技术学习变得简单，变得有趣。虽然小学生对机器人的学习具有天生的好奇心，但无论是机器人的外形搭建还是行为控制程序的设计都有一定的难度，因此需要在电脑上储存更多的资料，依靠图片和视频把制作步骤分解得越细越好；把程序设计的意图讲解透彻；多制作出一些适应性强的教具、学具；要创造性地开发有童趣的制作项目，如：《锯粉笔机》《强吊重物》《条形码识别》等。教师要耐心地解答学生提出的问题，合理地安排一些自习课和巩固课，既给有潜力的学生以创造的时间和空间，又能帮助进步慢的学生跟上学习的进度。（三）注重学生心灵上的愉悦。因为学生往往来自不同的学校、不同的年级，学生之间是陌生的。所以，难免在人际关系上有焦虑不安，互相戒备，在学习上有害怕落后，担心跟不上的顾虑。作为老师要尽快营造大家庭的氛围，提倡团结友爱，互帮互学，让学生体验到在学习上帮助同学，以及被同学帮助所带来的幸福感；鼓励学生提问，帮助他们解决问题，表扬学生的进步，使他们有明显的获得感。同时要及时阻止欺压同学的现象，在课堂里营造遵守规则，爱护公物，文明向上的氛围。（四）为给有需求的学生另辟项目有很多学生在学满一学年后还想继续学下去，我们就扩展难度高一些的机器人项目再增学一年，但是在学滿二年后，要再继续学下去的话，性价比会下降很多。我提出了一个方案，就是把机器人的类型改一下。原来机器人的外形是搭积木式的，现在改为自己在网上采购材料，自己加工制作；控制电路方面，由现成的改为自己用电子元件焊接起来制作；尤其是将程序编写由图形改变为代码，这样难度提高很多，学习的性价比却很高。这套方案计划安排三个学期，后来，在宫领导、学生方以及我本人三方的共同努力下，方案实施了，并取得了满意的结果（另文专述） 三、《机器人制作》教案一、课程名称：循迹小车二、教学重点：循迹程序设计三、教学难点：循迹的逻辑分析四、课时安排：1节课（90分钟）五、课前准备：每人一套机器人材料；每人一台已安装编程APP的电脑；每人一段25厘米黑胶带（2厘米宽黑色电工绝缘胶布）；公用“B”形调试场地（黑胶带在122×244的七合板上粘成B字形，使小车在其上循B字线路行驶）。六、学情分析学生分属小学三四年级段，务必根据学生的接受程度，把握教学进度，不能贪快，对个别学生还需单独辅导，使其真正懂得小车能沿黑线走的道理，打消编程学习的恐惧心理。七、小车结构：三轮布局，二个前轮由小马达驱动，提供前进动力，完成转弯动作；一个后轮，用万向轮协助转向。八、光电传感器安装在小车最前面，感应探头朝下，距场地（用于小车行驶的木板）5～10毫米。使用1个传感器，可以居中，或偏左偏右安装；当使用2个传感器时（循迹的方式不同），安装在小车最前面的左右两侧。九、克服难点的方法：在黑板上用白粉笔画一条2厘米宽的弧线，用制作好的小车置于白线上，分别将光电传感器的检测探头置于白线的两侧以及在白线上，仔细分析传感器的位置及所检测到的颜色，而此时的机器人大脑（控制器）应发出什么指今，小车执行什么动作，与学生充分互动。在分析中可知，当小车沿着黑线（白粉笔线）行驶时，小车的左右两个驱动轮始终只有一个轮子在转动，而另一个轮子停止，两个轮子或转或停交替进行，像瘸子一样前进。（当使用2个传感器时有不同的现象）十、教学过程理论：认知“光电传感器”，理解循迹原理。实践：搭建小车→安装传感器→编程→调试→完成。十一、贯彻课堂教学三大目标1、知识与技能；2、方法与过程；3、情感态度与价值观。情感态度与价值观目标不仅指学习兴趣、学习责任，更重要的是乐观的生活态度、求实的科学态度、宽容的人生态度。 四、一堂“私塾式”的机器人课一个星期天，我去市青少年宫给四个小学生上“乐高机器人”课，这堂一个半小时的课叫《光电传感器的应用》。“乐高机器人”也称“智能积木” ，制作它的技术分成二类：一是“搭建”一一用塑料零件拼成外形、安装上马达及控制器等部件；二是“编程”一一编写相应的程序来指挥机器人的行动。我们师生五人嘻嘻哈哈地走进三楼的教室。那是一间不足15平米的狭长的小房间，一张放有电脑的写字台，就代替了黑板和讲台；最亮眼的是一块小床大小的七夾板搁在四条方凳上面，用来给机器人做活动场地；两张小方桌是制作机器人的操作台。学生们两人拼一桌坐下，迅速地整理一下归自己使用的机器人材料，然后呈扇形地围在我的电脑周围，准备听我讲课。我的计划是：先让学生了解光电传感器（简称光感）的性能，然后制作一辆装有光感的小车，使其在行驶路上看见黑线条会停止，从而体验一下光感的简单应用。我：“同学们，我们来学习一种称为“光感”的部件，它像人的眼睛一样，能把看到的目标亮暗情况告诉给机器人控制器，它检测亮暗的范围为0～100，目标越亮数值就越大”。没等我把话说完，学生们就迫不及待地在自己的材料盒里找了起来。甲同学率先举起了一个像麻将牌一样的长方块说：“就是它，有两只绿豆大小的玻璃眼睛（小灯），还有一条电线可以连接到控制器上。”乙同学接上：“我也认为就是它，可为什么它的一只眼睛是透明的，而另一只看上去是黑的不透明呢？”我：“黑色的小灯是红外线发射兼接收器，用来检测目标的亮度；另一个透明的小灯在工作时会发红光，作用是排除外界光线的干扰。我们可以编一个程序，来验证光感的特性。”我在电脑里编好一段程序，用来显示光感看到的亮度。学生们理解了以后，都在各自的电脑上编了这段程序。等学生们把程序下载到控制器，并接上光感的一刹那，一盏小红灯就亮了。学生们开始兴奋起来：哎，灯亮了，还看到了数字！有学生好奇地往自己的衣服上、手背上照，还忍不住朝别人的身上照；照到白纸显示60，照到黑色的显示20。一边看着控制器上的数字变化，一边“咯咯咯”地乐呵，这就说明学生们的程序编对了，电线也连接对了。要怎样才能显示0和100这两个极端的数值呢？学生们开动脑筋：有把光感藏到裤袋里的，也有把两个小灯用黑胶带裹起来的，终于得到了0的显示；将光感贴着电脑屏幕，或对着灯光就得到了100的显示。学生们可开心了！至此，对光感的性能基本了解了。接下来要拼装一辆小车，“乐高”提供了各色各样的塑料零部件供选用，它们采用凹凸结构来连接，徒手就能拼装，既方便又安全。学生们喜欢不参照拼装图，而是依自己的想象来做出五花八门的造型。给小车装上肥皂盒大小的控制器，装上小马达，把光感安装在车的最前面并朝向地面，最后连接上导线就完成了小车的搭建。编程用的是图形化的命令，很形象直观。编程就是把这些命令按动作的需要依次排列好，操作也简单，很适合小学生使用。编完程序，四个同学既兴奋又忐忑地拿着小车去测试。在木板场地上贴了一条长的黑胶带，每当小车开过去在黑胶带前停下的刹那，就会引来一阵欢呼雀跃。要是失败了，就会对光感的位置与程序重新调整，直至成功。学习中，同学们钟情于独立钻研，因为这样有刺激，更有趣；遇到难题也会互相商讨，或者拉着我到他们的电脑前辅导，因此，教室里常有欢声笑语相伴。听说下学期，我们要搬到宽敞明亮、设施又好的一楼大教室，可学生要增至十人，为此，同学们并不领情，还是喜欢这里“私塾式”的小乐胃呢。“下课了”我说，“同学们：今天我们学习了《光电传感器的应用》，下次课，我们要做一辆会沿着黑线走的小车，请大家回去后与家长分享今天的成果，并想想新任务的程序应该怎么编写。“同学们再见，老师再见！ 五、少年宫里难忘的人和事（一）我的搭档庄启宁科技老师庄启宁与我搭档教机器人，我们非常默契、舒服。他是我见过的最好的搭档老师，探讨教学问题有商有量的，劲往一处使。碰着也是一直笑脸相伴，非常客气，有几次还无偿为我代课。认识他的人都翘大拇指夸他。庄老师比我大二岁，他教着《天文》，还担任宁波市天文爱好者协会秘书长一职。天上有颗《庄启宁小行星》就是国际天文组织以庄启宁老师的名字命名的呢。前年碰到他，70多岁了还在教《天文》，说是喜欢，放不下。 （二）教研活动我们《机器人》项目隶属于百艺坊，同行的还有《模型制作》《陶艺》《布艺》等，都是要动手做的项目，遇到有活动时大家就聚在一起参与。① 每个学期开始前，我们部门要到意咖啡去商量新学期的教学计划，参加人员男女老少的都有，一边聚餐一边分组讨论，这边讨论陶艺，那边商量船模，很幸福的样子。② 有一次教研活动是《学插花》，请外面花店老板来教，做成的插花就带回家摆放，观赏。学的老师有20多个，我也做了一盒，固定插花的底座是墨绿色的硬海绵，会吸水。哈，我人生唯一的一次插花。（三）重阳节每逢重阳节，宫领导分发《慰问信》给外聘老师的家属。粉红色的信纸很喜庆，慰问信的用词很虔诚，好象小百姓写给市长大人一样，看得人心花怒放，信内附有慰问金、月饼票等。我觉得这个形式很好，很开心的，增进凝聚力的效果也奇好。（四）年终联欢会每到年底，少年宫里要举行“外聘老师年终大联欢”，地点在月湖石浦酒店，包括江东少年宫分部的人都去聚餐，人数有200多人。开宴前，宫领导发表感人的演讲，称我们外聘老师是英雄好汉，各自身怀绝技，号召我们为宁波市青少年校外教育事业再做贡献；领导还给满十年聘龄的老师颁发荣誉证书和高额奖金；最精彩的是由外聘老师表演的节目，那些教音乐舞蹈的都是年轻美女，歌声悦耳，舞姿婀娜凸现专业等级，其它像魔术等节目也引人掌声不断，可谓人才济济，观后让人联想到少年宫强大的行业实力，使在座人员信心满怀，自豪倍增；宴会席间还安排了抽奖、分发年终奖。年终奖是一个大红包，内有现金，人人都一样的数目；抽奖是每人一张小纸条扔在箱子里，由宫领导去摸。有一次，我抽到一个二等奖，是一架学生用天文望远镜，便携式的，三脚架高高的，小孩子特喜欢。凡抽不到的人都拿一桶金龙油，皆大喜欢。春节礼包是提货券，有一次是凭券去鼓楼农产品店提了一只活鸡，哈哈笑笑不就是图个开心嘛。（五）带小朋友去科技馆参观有一次，接受额外任务，带少年宫的小朋友去江东一家科技馆参观“3D打印”，一辆大巴车，滿滿一车小朋友配三个老师。工作人员当场教学生在电脑上画了一只茶杯，然后看着“3D打印”出一模一样的塑料杯。其它几台机子还打印了《恐龙》等玩具，都让小朋友带回家玩；科技馆还有“激光雕刻”的项目，也是刻了一些小朋友的名字等，让小朋友带回家玩。（六）去小学教《手工》课2015那年，少年宫与江北中心小学（外滩大桥桥脚下）合作开办社团课程，抽调我去上《手工》社团课，教的学生是一二年级的。我觉得好奇，也欣然答应。上课的时候，真的有点感动，有些一年级小学生看上去就像幼儿园大班的。看着讲台下的他们，联想起自己小时候在小学的课堂上听老师讲课，又看到现在自己老态龙钟，不禁潸然泪下，当然是咽到肚子里了哈。我教了一些：《杆称》《万花筒》《潜望镜》之类的手工小制作。我在教学中发现，一二年级小学生在45分钟的时限内，制作的手工品有点偏难，应予以调整。下课的时候，我让学生们在教室外的走廊里排好队，由一个学生举着《手工》的牌子，我把他们领到学校门口，换成我高举牌子朝向大门外，等着家长把小孩领走，小学生走完了，我才拿着牌子回到教室，收拾后回家。可轮到我去小学门口接孙子，那可完全不一样，老师把学生带到门口，就立即拿班牌回去，不带看家长一眼的，也不管小孩有没有家长接着，我看这个老师与校长都做得不对。我在江北中心小学，每逢星期三下午放学前去上一节课，上了一年，就歇了。（七）计划外代课有一年，由于“机器人”课程招生人数爆增，宫里增招了四名年轻的外聘教师，但教了半学期这帮年青人毁约食言，带走了部分学生，自己组合去另开分店了，其结果是给少年宫的教学带来了严重的影响，部门领导与我商量，我二话不说承担了下来，当然是上课次数增加了，人也累了，不过我与少年宫情谊深厚，咬牙也要扛下来，哎，苦了一年多。宁波市青少年宫给我的回忆滿是幸福呢！ 全文完谢谢阅读，不吝赐教！ 附件： 我在自己的学校也教机器人（源自教学楼展板） “对教育教学生涯的深情回溯”征文 一堂“私塾式”的机器人课一个星期天，我去市青少年宫给四个小学生上“乐高机器人”课，这堂一个半小时的课叫《光电传感器的应用》“乐高机器人”也称“智能积木” ，制作它的技术分成两类：一是“搭建”——用塑料零件拼成外形、安装上马达及控制器等部件；二是“编程”——编写相应的程序来指挥机器人的行动。我们师生五人嘻嘻哈哈地走进三楼的教室。那是一间不足15平米的狭长的小房间，一张放有电脑的写字台，就代替了黑板和讲台；最亮眼的是一块小床大小的厚木板搁在四条方凳上面，用来给机器人做活动场地；两张小方桌是制作机器人的操作台。学生们两人拼一桌坐下，迅速地整理一下归自己使用的机器人材料，然后呈扇形地围在我的电脑周围，准备听我讲课。我的计划是：先让学生了解光电传感器（简称光感）的性能，然后制作一辆装有光感的小车，使其在行驶路上看见黑线条会停止，从而体验一下光感的简单应用。我：“同学们，我们来学习一种称为“光感”的部件，它像人的眼睛一样，能把看到的目标亮暗程度告诉给机器人控制器，它检测亮暗的范围为0～100，目标越亮数值就越大”。没等我把话说完，学生们就迫不及待地在自己的材料盒里找了起来。甲同学率先举起了一个像麻将牌一样的长方块说：“就是它，有两只绿豆大小的玻璃眼睛（小灯），还有一条电线可以连接到控制器上。”乙同学接上：“我也认为是它，可为什么它的一只眼睛是透明的，而另一只看上去是黑的不透明呢？”我：“黑色的小灯是红外线发射兼接收器，用来检测目标的亮度；另一个透明的小灯在工作时会发红光，作用是排除外界光线的干扰。我们可以编一个程序，来验证光感的特性。”我在电脑里编好一段程序，用来显示光感看到的亮度。学生们理解了以后，都在各自的电脑上编了这段程序。等学生们把程序下载到控制器，并接上光感时，一盏小红灯就马上亮了。“哎，灯亮了，还看到了数字”学生们兴奋起来。有学生好奇地往自己的衣服上、手背上照，也有到处乱照的。照到白纸会显示60，照到黑色的显示20。一边看着控制器上的数字变化，一边“咯咯咯”地乐呵，这就说明学生们的程序编对了，电线也连接对了。要怎样才能显示0和100这两个极端的数值呢？学生们开动脑筋：有把光感藏到裤袋里的，也有把光感用黑胶带裹起来的，使它处于最黑暗的环境，终于得到了0的显示；将光感贴着电脑屏幕，或对着灯光就得到了100的显示。学生们可开心了！至此，对光感的性能基本了解了。接下来要拼装一辆小车，“乐高”提供了花色众多的塑料零部件供选用，它们采用凹凸结构来连接，徒手就能拼装，既方便又安全。学生们很少依赖拼装图，喜欢依自己的想象来做出五花八门的造型。给小车装上肥皂盒大小的控制器，装上小马达，把光感安装在车的最前面并朝向地面，最后连接上电线就完成了小车的搭建。编程用的是图形化的命令，很形象直观。编程就是把这些命令按动作的需要依次排列好，操作也简单，很适合小学生使用。编完程序，四个同学既兴奋又忐忑地拿着小车去测试。在木板场地上贴了一条长的黑胶带，每当小车开过去在黑胶带前停下的一刹那，就会引来一阵欢呼雀跃。要是失败了，就会对光感的位置与程序重新调整，直至成功。学习中，同学们钟情于独自琢磨，因为这样有趣，更有成就感；遇到难题也会互相商讨，或者拉着我到他们的电脑前辅导，最后总能完成学习任务。因此，教室里常有欢声笑语相伴。听说下学期，我们要搬到宽敞明亮、设施又好的一楼大教室，可学生要增至十人，为此，同学们并不领情，还是喜欢这里“私塾式”的小乐胃呢！“下课了”我说，“同学们：今天我们学习了《光电传感器的应用》，下次课，我们要做一辆会沿着黑线走的小车，请大家回去后与家长分享今天的成果。”同学们再见，老师再见！ 作者：张劲天宁波三中