陝西師範大學教學團隊:讓機器人教育惠及未來

陝西師範大學中小學機器人實驗室·園丁創客空間的學生正在調試貨物運輸機器人。

　　12月1日，天氣格外寒冷，天空中飄灑著濛濛細雨，但位於陝西師範大學雁塔校區的中小學機器人實驗室·園丁創客空間內卻熱鬧非凡、一派生機。在這裡，學生們正在緊張而有序地調試機器人，為過兩天前往廣東佛山參加世界機器人大賽做最後的準備工作。

　　「這是利用吸盤實現快速吸取方塊的貨物運輸機器人。」 陝西師範大學教育學院的學生鄧碩一邊演示一邊介紹，「機器人將這些方塊堆放到它的傾斜託板上，再利用底部的『Z』字形結構將託板由傾斜推到垂直於水平面的位置，並將方塊堆疊到得分區使其直立站穩。」

　　機器人在鄧碩嫻熟的操作下做著一系列有趣的動作。位於貨物運輸機器人一旁的打旗機器人可以實現快速收球、打旗等功能，其利用顏色傳感器實現全場自動精確發球打旗的程序已獲得軟體著作權。

　　搭建實訓平臺

　　讓學生在實踐中獲得成長

　　在中國青少年人工智慧教育的築夢路上，陝西師範大學起著舉足輕重的作用。近年來，學校面向教育技術學專業的學生開設的人工智慧課程深受各位「準教師」的歡迎與喜愛，課程以機器人項目為依託進行實踐教學，從搭建機器人到參加比賽，接觸過人工智慧與機器人教育的學生在就業方面有著很大的優勢。

　　「中小學機器人實驗室·園丁創客空間隸屬陝西師範大學教育學院，由國家級教學名師傅鋼善教授牽頭帶領十多位學校教師以及來自教育學院教育技術學專業的20餘名本科生、研究生組成團隊參與其中。」陝西師範大學教育學院副教授、碩士生導師，學校科學教育儀器研發中心教育機器人方向負責人秦健告訴記者。

　　通過多年的研究與教學，實驗室在大學生創新與創業實踐中取得了一定的成績：面向大學生開設人工智慧、通用技術、機器人與創客教育等實踐類課程，研發各類機器人教材，直接培養本科生42名、研究生20餘名；承擔國家大學生創新創業計劃項目、勤助科研項目、大學生開放實驗項目和研究生項目19項，在公開刊物上發表論文60餘篇，並在中國大學MOOC愛課程平臺上開設教師能力提升慕課如何做創客教育課程。此外，實驗室團隊積極參與各項比賽，連續參加了4屆VEX機器人世界錦標賽，並取得了不錯的成績。

　　「在這個飛速發展的時代，機器人教育充滿十足的活力，這讓集科學、技術、工程、數學多學科融合的STEM教育顯得尤為重要。」 秦健說，「STEM教育是未來教育的重要發展方向，需要培養跨學科的具有工程素養與計算思維的專業人才。對此我們通過開發VEX系列機器人實訓平臺來開展教育教學活動，旨在培養師範生未來的STEM教育教學能力，使其能在『做中學』『學中做』的教學過程中有效指導中小學生，從而同步培養他們的工程素養與計算思維。」

　　據介紹，基於STEM教育的VEX系列機器人實訓平臺主要包括教學儀器實驗箱、VEX機器人、課程資源三大板塊。其中，教學儀器實驗箱包含VEX機器人基礎結構、進階結構和拓展結構。學生能夠利用基礎教學中的VEX機器人零件、傳感器等基礎結構快速走進機器人科學、技術、工程和數學融合的大門。進階結構主要服務於各種真實場景的挑戰任務，包括底盤結構、夾子結構等通用VEX機器人結構，基於這些結構，從而實現同一結構完成不同任務、同一任務可採用不同結構搭建的過程。拓展結構則含有人工智慧模塊、各類開源硬體和虛擬環境模塊等，實現各類結構、任務與算法的融會貫通。

　　「運用教學儀器實驗箱，學生可以裝配出VEX機器人，實現設計與搭建同步。在教學過程中，老師以真實問題或任務驅動教學，用實驗裝置演示並講解機械設計、結構原理和算法分析，學生從插件模仿入手，通過小組分工合作、分析、設計、決策和搭建完成結構創造與算法設計，記錄工程日誌，解決真實問題。」秦健介紹，「大家在挑戰與反思中實現了知識、能力、素養的有機融合，快速培養其跨學科教學能力。」

　　用心做科普

　　點亮孩子們的「科技夢」

　　陝西師範大學中小學機器人實驗室·園丁創客空間除了致力於機器人教育教學研究、機器人教育師資培訓外，還積極開展公益科普活動。從2012年到現在，實驗室團隊的足跡遍布三秦大地，受益人數超過10萬人。

　　「團隊經常會帶上參加VEX機器人世界錦標賽的獲獎機器人進入中小學，為孩子們進行講解和演示，激發他們的科學興趣，培養其動手動腦能力。」秦健介紹。在最近一次走進陝西師範大學銘城小學的公益活動中，為了讓學生們充分感受科技的魅力、了解機械原理，實驗室團隊精心為他們準備了機器人創客知識講解與機器人零距離體驗活動。

　　「團隊帶著30多個機器人走進校園，孩子們特別喜歡機器人，他們輪流操控，在讓數個方塊堆疊成功後，大家激動的心情溢於言表。」 秦健說，「通過近距離接觸機器人，學生可以感受到其中的科學原理，研究其結構，並親手體驗操控。」

　　夢科教育團隊是實驗室專門為科普活動成立的公益築夢團隊，教育技術學專業的學生宋品潔是其中的一員，她作為講師在科普公益小課堂的Micro:bit和3D One課程中進行了兩輪授課。

　　「通過線上授課的形式，我們結合生活中的真實情境，運用項目式學習理念設計出一系列有趣的小案例，例如『小夜燈』『溫度報警器』『石頭剪刀布』等，這些案例主要面向中小學生，讓他們在學習過程中感受到創客的樂趣，從而更有效地學到知識。」宋品潔說。

　　團隊成員們的哪些能力和經歷能夠支撐他們開展公益課堂？在夢科教育團隊負責人、教育技術學專業學生劉覓看來，首先團隊成員大多是師範生，對於教育教學的基礎理論和原理都很了解。其次團隊成員們擔任過學校公共選修課程VEX IQ機器人入門與實訓、中國大學MOOC如何做創客教育課程的助教，在此過程中積累了開展機器人創客類教學的寶貴經驗。「更重要的是，豐富的參賽經歷讓我們更加明白一顆螺絲、一根梁對於整臺機器來說有多麼重要，更加熟悉機器人技術與創客技術的綜合應用。」劉覓說。

　　依據所學知識將經驗轉化為教學成果帶入課堂中，豐富有趣的內容、耐心詳細的講解，夢科教育團隊的公益課堂受到了不少中小學生的歡迎與認可。

　　「今後，我們團隊會繼續走進校園，特別是去更多的鄉村學校，讓鄉村的孩子們也一樣能享受到好的科技教育。我們會繼續面向社會做科普公益活動，為中國青少年人工智慧教育事業的發展不斷貢獻力量。」秦健說。

責任編輯：魏捷