科普貼|孩子如何接觸和學習機器人教育?

2020-12-05 STEAM在線

機器人教育是多學科綜合的教育,例如:數學、物理、化學、結構、 建築、地理、生物、能源、信息技術等。學習機器人課程可以培養孩子的各種能力,包括動手、想像、 創造、觀察、分析、判斷、歸納、理解、決策、組織、實驗、計劃性、條理性等。

孩子們通過自主搭建,從眾多積木、配件中選擇自己所需要的馬達、齒輪、軸等結構件,按照自己的想法搭建機器人,隨後連接到電腦上,操作帶有各項命令的組件,進行編程。接著再查看機器人是否能夠按照自己編寫的程序正常運行,如若不是便要及時進行修改,調試,直到能讓機器人按照指令運行。

孩子們在玩機器人的時候,其實是在嘗試把模仿學習模式轉化成試錯學習模式。以前在課堂上學生總是模仿學習,這種學習模式不能說不好,但卻不利於調動起他們學習的內在動力。試錯學習則給了他們一個很好的補充方式。

當孩子自己產生強烈的需求,想讓機器人按照自己的想法去執行任務時,那麼他就會主動地去分析問題、解決問題,此時此刻他將全部的心思,能量聚集在這個方向上,那麼他的潛能就會被挖掘出來。這其實也是機器人教育的本質,讓孩子在玩機器人的過程中實現「創新」,讓他們先動腦,再動手,通過反覆的調試和修改,完成自己的獨創。

一、初級階段:3到5歲

這一階段主要培養小孩子的空間感和動手能力,了解玩具的基本拼接結構。雖然小孩子年齡較小,理解力可能有所欠缺,但這一階段是想像力與創新能力塑造的最好時期。

因此,無論小孩子今後接不接觸機器人,都建議家長購買一些積木、模型等拼裝玩具,按照說明書的指示,抽出空閒時間陪孩子玩一玩。孩子通過外形模擬和基本裝置搭建,實現了物理啟蒙,幫助孩子們學會如何推理,得出結論,這其中涵蓋了數學,邏輯推理,科學分析等思維形式。

對於這一年齡段的孩子,機器人教育機構也都以搭建樂高大顆粒模型為主,雖有濃鬱的學習氛圍,但初級階段不需要太多有難度的指導,若家長有時間陪伴孩子的話,懂一點點理科知識的家長完全可以勝任引導工作。這樣一來,家長最清楚孩子的學習狀況,也省下了這幾年昂貴的費用。

積木教具推薦

1、樂高積木

樂高積木國內很多渠道都可以買到,買之前可以帶小孩子去實體店體驗一下。樂高塑料積木源自丹麥,質量領先,價格較貴。積木形狀多達1300種,孩子們可以天馬行空,創造出變化無窮的造型。年齡較小的孩子適合先拼接大顆粒積木,再慢慢開始接觸小顆粒積木。

2、森寶積木

森寶玩具有限公司成立於2010年,森寶玩具和山東艦合作過,推出了流浪地球主題主題積木,俘獲了一堆軍事迷。如果覺得難度太大,他們家還有商店系列的積木,比較適合年齡較小的與對軍事無興趣的孩子們。

3、萬格積木

成立於1995年,經過二十幾年的發展,萬格已經成為塑膠拼裝積木的領導品牌。萬格的明星產品主要是世界著名建築模型、街景系列、工程機械系列,也有專門3歲小朋友推出的場景造型,比如簡易小屋和樹木。

二、中級階段:6到12歲

這階段的孩子將會獨立構建機器人模型,在此基礎上,連接電腦學習機器人編程,通過編寫指令將機器人動起來。經過系統化的課程學習,孩子們可以創造自己的小作品,運用理性知識呈現內心世界。該階段學習目標是圖形化編程控制機器人,掌握編程思想、工程流程方法、機械運動原理、傳感器原理等。

機器人模型並非完全是機器人造型,汽車、風扇、垃圾箱都可以成為機器人模型。和初級階段的模型不同的是,它們被賦予了「思想」,它們可以按照人類的指示動起來。經過初級階段磨練出的空間思維和動手能力為此打下了基礎,這一階段的機器人構建將逐步脫離說明書,憑孩子們的思維自己擺弄教具。

有天賦的孩子也許可以自學少兒編程,但機器人教育另當別類。孩子們需要專業的老師陪伴,且線下教育質量會遠遠超過線上,機器人教育無法真正做到脫離線下課堂。程序的設計和編寫需要學生極強的邏輯推理能力,機器人需要不斷地調試和改良等等,這對於智力尚未發育完全的小孩子來說,是有難度的。電學、光學、力學等概念除了在動手實踐中有所啟發,還需要老師的親自點播。此外,團隊協作能力也能在合作一個大型機器人項目中培養出來。

機器人編程軟體

目前教育機構普遍用的是WEDO編程和EV3編程。WEDO是樂高旗下的一款編程軟體,可以單賣。WeDo套裝是學生可以在電腦上直接編程和連線控制機器人的一款簡單入門的新套裝,套裝包括了150多個積木組件,1個馬達,1個運動傳感器、1個位移傳感器和1個樂高USB Hub,另外搭配教學光碟中的12個趣味活動。樂高EV3編程軟體最大的特點是無需使用計算機,它配備了一塊「智能磚頭」,用戶可以使用它來對自己的機器人編輯各種指令。

三、高級階段:12歲到18歲

這一年齡段的孩子有著較高的知識儲備量,理解力與思維能力也顯著提升。這個時候,如果孩子還對機器人有著濃厚的求知慾望,可以挑戰高階的機器人--人工智慧的學習。這一階段的主要學習目標是學習高級編程語法、時間控制、PID控制、傳感器應用、機械原理與應用等。

人工智慧的學習較有難度,從模型機器過渡到人形機器人,實際應用到指紋識別,人臉識別,視網膜識別,自動規劃,智能搜索,自動程序設計,智能控制,語言和圖像理解等等。在老師的指導下,孩子們學習更為專業化的人工智慧相關知識,可以像科學家、發明家一樣思考問題、解決問題,以個體或團隊為單位參加機器人競賽。

四、主流的教育方法

1.樂高4C教學法(建構主義)

樂高4C教學法包含了4個步驟的學習過程,即聯繫(Connect)、建構(Construct)、反思(Contemplate)和延續(continue)

聯繫(Connect)主要通過情景引導,設立學習氛圍,還原與學生有聯繫的真實場景,引導學生從真實事件中發現問題,激發學習興趣。

建構(Construct),在情景創設引發興趣之後,要進行重難點的講授。然後根據學生興趣點進行分組,側重團隊協作。再是小組合作搭建學習,將自己的想法構建於機器人搭建中,不斷豐富認知結構。

反思(Contemplate),老師互動評價,再對尚未解決的問題提出建議與思路,激發學生解決問題的潛力。

延續(Continue),擴展課程思路,加入新的元素,把孩子引入一個新的「聯繫」,培養孩子的創新能力。

2.PBL項目式學習法

PBL,Project -Based Learning,項目式學習,以解決具有現實意義的問題為目的,通過提出問題、規劃方案、解決問題、評價反思等幾個環節,讓學生從被動接受者,變為主動探索者。項目式學習是以問題為導向的教學方法,是基於現實世界的以學生為中心的教育方式,常見於steam教育、機器人教育等領域。

總的來說,就是通過解決真實存在的問題,真正地把知識運用到實際中。通過製作一個機器人作品,從知識的獲取與運用,項目的創建與實施到小組的溝通與協作,全方位的鍛鍊學生的綜合能力。

五、國內主要機器人教育機構

以下一些教育機構供參考,建議家長們多體驗、多比較、多諮詢,貨比三家,為孩子們選定適合自己的學習機構。

樂博樂博

年齡:3到16歲

涵蓋內容:UARO編碼機器人(3-5歲)、積木機器人(4-8歲)

單片機機器人(8到12歲),採用國際標準化的通用單片機器材和Scratch圖形化界面編程軟體

人形機器人(10到16歲)以GUI為基礎編程軟體

教學形式:線下

教學模式:分層小班合作教學,軟硬體結合

LEGO樂高教育

年齡:3到16歲

涵蓋內容;大顆粒積木搭建(3到5歲)、「運動機械」小顆粒積木搭建(6到8歲)懂得機械原理,自主搭建、WEDO和EV3編程機器人(9歲到16歲)

教學形式:線下

教學模式:4C建構教學法

童程童美

年齡:6到16歲

涵蓋內容:軟硬編程啟蒙課(6歲-8歲,樂高WEDO與SCRATCH編程)

EV3進階(9歲以上)EV3教具

EV3擴展(10歲以上)AppInventor與EV3結合製作32個機器人

EV3高階(11歲以上)Python編程

中學高階硬體編程(初中,人形機器人)

教學形式:線下

教學模式:跨學科課堂設計,軟硬體結合

瑪酷機器人

年齡:3到13歲

涵蓋內容:樂高體驗課、機器人培訓學前課程(3歲到5歲)

機器人培訓學齡課程(7到12歲):工程篇、機械篇、科學篇、智能篇、DIY

教學形式:線下

教學模式:故事遊戲教學,建構式學

韋哲機器人

年齡:3到13歲

涵蓋內容:幼兒班(3到5歲):基於樂高積木的大顆粒拼裝

初級班(6到7歲):基於樂高積木,學習簡單機械等物理

中級班(8到9歲):製作簡易自動控制機器人

高級班(10歲以上):高級飛躍課程

教學形式:線下

教學模式:團隊協作,建構式教學

棒棒貝貝

年齡:3到16歲

涵蓋內容:幼兒建構(3到7歲):知識構建與數理邏輯

電子製作(6歲到16歲):電子積木,單片機

競賽機器人(8到16歲)

教學形式:線下

教學模式:PBL項目式學習

貝樂機器人

年齡:6到18歲

涵蓋內容:AI初探:傳感器的內容與實踐(9歲以下)

走進AI:傳感器應用(10歲以上)

初識EV3:EV3動作與流程控制模塊(9歲以上)

人形設計師:人形機器人(10歲以上)

教學形式:線下

教學模式:建構主義

以上機構信息來源各機構官網和公開報導,若有疏漏,歡迎留言指正補充。

(聲明:除STEAM在線原創文章外,STEAM在線分享和轉載的文章皆為促進STEAM教育在中國的傳播,僅做學習交流,非商業用途,都會註明來源,如文章、照片的原作者有異議,請聯繫後臺快速處理或刪除,謝謝支持。)

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