机器人在残疾人教育应用的课程规划

摘 要：机器人制作是一门新学科，通过学习机器人知识，可以使学生综合了解现代工业、电子技术、程序语言等多种先进的新技术，激发学生创造意识和发散思维，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。如今，机器人事业在普通学校已经发展得比较成熟，于是我们开始将机器人教育推广到残疾人领域。本文从残疾人学生学习需求的角度出发，以新的教学理念和教学理论为指导，以提高残疾人学生的动手能力为切入点，通过对知识点的拆解、教学环节、实践环节和竞赛环节来规划课程建设，同时对讲义和教材的内容进行规划，从而达到使用适合残疾人学生的机器人课堂教学策略来挖掘学生的潜力，提高学生整体素质的目的。

关键词：残疾人教育；机器人；课程规划

0 引言

随着时代的发展，机器人事业渐渐发展起来，机器人已步入各大高校、中学、小学，这也表示着机器人事业正在向教育事业发展。据统计，中国每年约有10万名青少年参加各类机器人比赛，已居世界首位。但是残疾人参加机器人比赛在这方面却是非常薄弱。世界上有六亿五千万残疾人占世界总人口的10%，他们是世界上最大的少数群体。联合国教科文组织称，发展中国家90%的残疾儿童没有上学。联合国开发计划署1998年数据显示，全球只有3%的残疾人和1%的残疾妇女拥有读写能力。经济合作与发展组织称，在经合组织国家中，尽管接受高等教育的残疾学生人数在增长，但也不具有代表性。可见残疾人教育事业的发展是非常值得我们重视的。

因此，我国对残疾人的教育方面不能落后于其他国家，我们要努力做到领先的同时还应有所创新。机器人在残疾人教育中的应用是一个新的课程，新课程要生存与发展，必须尽快形成适合残疾人学生的课程规划和教材规划。对残疾人学生课程规划的一个重要原则是：一门课程的设置并不是对知识的简单组合与堆砌，而应该对学习者进行充分的分析，根据学习者的需要设置一系列有条理、有目的、以学生为中心的一系列教学活动。经过对各相关残疾人学校进行调研，结果显示，残疾人学校尚未出现该课程。

本文的目的是在残疾人教育领域中，提出并规划一门机器人制作的课程，并提出课程规划与教材建设的观点。

1 学习者分析

1.1 生活经验

通过前期的调查，我们了解到，大部分残疾人学生都没有接触过系统的机器人的学习，更没有动手操作过，但他们通过杂志、网络、电视、等信息媒体对机器人有了一定的认识，对机器人这个概念并不陌生，但在他们的概念中，机器人制作是一件非常困难的事情，感觉机器人离他们的生活很遥远。

1.2 认知水平

学生对机器人的总体概念并不是很清晰，尤其是机器人的运作原理等，但是对一些最基础的知识还是有一定的接触，比如：部分学生因为家庭原因，有接触过螺丝刀、锉刀等机器人制作的工具。在学生之前的科学课的学习上，他们也学习了一定的电路方面的知识，不过学生并没有把这些相关的知识与机器人进行过联系。在机器人制作的学习内容中，学生对机器人相关的元件比如舵机、传感器、主板等这些专业词汇比较陌生。我们可以以他们比较熟悉的人体结构为切入点，形象地说明舵机、传感器、主板的运作原理和作用。

1.3 知识基础

学生在其他学科中学习过简单的电路知识和计算机知识等，能够在教师的引导下将这些相关知识迁移到机器人的理解上。

1.4 特殊性分析

由于聋哑人学生的生理特征，他们无法用嘴巴说、耳朵听，所以他们使用的更多的是他们的肢体，这样，他们的形象思维比普通学生更加发达，他们眼睛和肢体上的感官较普通学生也更加敏锐。

2 应用于残疾人学生的机器人课程教学目标

本次应用于残疾人学生的机器人课程的教学期许的目标有以下几点：

1）语言表达能力：通过机器人课程的教学，学生能够完善自己的语言表达能力，做到清晰明确地表达自己的想法。

2）小组合作能力：在学习过程中，能够与同学进行良好的沟通。

3）创新能力：在学习课本知识的基础上，发挥想象力，能够创造一些新颖独特的机器人舞蹈动作。

4）动手能力：在教师指导下熟练组装机器人，能够独立使用螺丝刀等工具。

5）形象思维能力：将编排好的舞蹈动作转化为机器人身上每一个舵机的旋转角度，使用USB Servo Control对机器人编辑动作指令，完成动作的调试。

6）判断能力：通过机器人课程的学习，培养学生综合完善判断能力，除了本课程的专业知识外，还有课程之外的通识能力进行综合整理，使学生能够在实际问题的解决过程中体现一定的智慧性。

3 机器人制作的课程规划

根据《义务教育法》就残疾人教育的相关条例，我们可以发现新的全纳教育思潮，体现了以人为本，权力为先的立法精神。按照该条例，下面主要从四个方面来规划针对残疾人学生的机器人教育课程：

1）知识点拆解；

2）教学实践环节；

3）检查环节。

3.1 知识点拆解

通过对我们为残疾人学生设置的人形机器人的拆解，我们将知识点拆解成2个主要教学模块：（1）机器人运动系统，介绍电机与舵机的使用方法，例如运动原理、电机和舵机的控制电路等。（2）机器人动作系统，介绍使用相关软件对机器人的行动进行控制，例如控制机器人站立、行走、舞蹈等。

3.2 机器人课程安排及教学实践环节

机器人制作这门课程是一门交叉学科，是各种理论和实践操作学科的综合，也是促进学生动手能力、协作能力以及问题解决能力的一门课程。为减少学生学习压力，提高学习效率，我们按照“组间同质，组内异质”的原则将学生分为两大学习小组。

以这次的实验课程为例，我们一共安排了四课时的上课时间。

3.2.1 第一课

首先对机器人进行简单介绍，让学生对机器人有总体的了解，给学生建构一个机器人理论体系的基本框架。简单再介绍：（1）组成机器人的重要部件及其功能如主板、舵机、舵机框、USB连接线。（2）机器人其他组成部件及其功能，如LED（Light Emitting Diode）发光二级管、红外避障传感器、锂电池。如果有时间的话，还可以给学生播放相关的教学视频，让学生适当了解一下实验室制作机器人必备的工具如型材切割机、电动钻孔器、打磨器、老虎钳、锉刀、锯子、AB胶、胶枪、胶棒等。

3.2.2 第二课

学习机器人的结构组装，首先介绍各种结构不同的铝合金材料，第二步是通过多媒体课件集体给学习者讲授机器人组装的具体方法以及注意点，接着让学习者分组进行组装学习，让预先分配好的指导老师参与到每个小组的组装练习中，必要时进行个别辅导。考虑到时间关系、教师与学生之间的沟通问题以及残疾人学生的接受能力，这次的教学目标可根据实际情况来定，不要求一节课完成机器人的全部组装，因此，我们把一台机器人分配给两小组学生合作组装完成。最后，组装结束后开展一个经验交流会，让教师及时进行教学反思， 也让学习者在互相的沟通和教师的沟通中及时发现自身存在的问题改进学习方法。

3.2.3 第三课

在前两节课的基础上，进行机器人比赛的规则介绍，并让学生了解机器人编程软件的使用方法，让学生了解如何使用计算机控制机器人的动作，如：软件的界面介绍、软件如何接com口、软件编辑区各个按钮的使用方法等。在了解软件之后让小组同学操作练习，尝试给机器人调试程序。同样，在课后安排经验交流。

3.2.4 第四课

进行比赛场地的模拟，各组同学分别在各自指导老师的带领下给机器人调试好舞蹈程序，让两组学生根据我们制定的残疾人人形机器人舞蹈大赛的规则进行竞赛。

课程规划如下表1。

表1

3.3 检查环节

机器人教育这一课程作为一门倾向实践的课程很难通过书面试题的方式来测试学生的学习情况，采用闭卷考试对学生进行测试有很多弊端，这个形式比较单一，不能很好的反映学生的动手能力和团体协作能力以及学生对机器人知识的实际掌握情况。但是如果没有测试很难得到课程的实施情况和学生对知识的掌握情况的反馈。

参考我们大学的考核方式，我们将考核成绩分为两个部分。平时成绩占40%，最终比赛成绩占60%。如果两个成绩的其中之一不合格将视这门科目为不合格。

我们结合了机器人竞赛的方式对学生进行考核。在课程结束的时候，我们会首先发放一份问卷了解学生的学习情况，再根据学生的学习情况设计机器人竞赛的规则，让班级里的两组学习小组的同学进行比赛。在比赛的过程中，我们能更有效地督促学生学习，同时了解学生的学习情况，同时也增强了学生的团队意识。

4 结束语

本项目是将机器人投放于残疾人教育事业中，让机器人走进残疾人的生活与学习中，帮助他们克服心理与生理上的学习障碍，并且丰富他们的学习生活；同时还减轻特殊教师和家长的压力。在我们关注残疾人身体健康的同时，也重视其心理健康，因此机器人在残疾人教育中的应用研究是具有深刻意义的。

湖州师范大学提供了大学生一个平台去了解与接触机器人，这也在一定程度上开发了他们的智能和增强他们的实践能力，这无疑对大学生的创新能力有一定的培养。

综上所述，机器人运用于残疾人的教育事业当中，不仅是对机器人普及的实施，而且也是对大学生创新能力的锻炼，更是能为残疾人教育事业做出重要贡献。

机器人课程在残疾人学校课程中所占不多，但对残疾人教育的意义深远。在针对残疾人学生的机器人课程中，我们还需要再深入地了解残疾人学生的特性，再根据学生本身的特性开发更加适合学生的学习方式，让学生学会自己学习、探索与创新。争取做到让学生做到自己提出问题、分析问题和解决问题。我们老师要做的就是帮助学生将课程的理论知识与学生的实践操作有机的结合，合理安排学生的学习时间，调动学生的学习兴趣，争取让残疾人学校教育成为“低负担，高效率”的教学。

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基金项目：本论文的研究工作受国家级大学生创新创业训练计划项目资助（编号：20121034700）和2012年浙江省大学生科技创新活动计划暨新苗人才计划项目资助（编号：2012R425002）。