初探機(jī)器人教學(xué)與小學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

徐云龍

[摘 要]機(jī)器人教學(xué)是以創(chuàng)新教育理論為指導(dǎo)，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、科學(xué)品質(zhì)、探索精神、實(shí)踐能力為目標(biāo)的學(xué)科。本文主要對(duì)機(jī)器人教學(xué)與小學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)進(jìn)行了初步的探索與總結(jié)。

[關(guān)鍵詞]機(jī)器人教學(xué)；創(chuàng)新能力

智能機(jī)器人是信息技術(shù)發(fā)展的前沿領(lǐng)域，是一門具有高度綜合滲透性、前瞻性、創(chuàng)新實(shí)踐性的學(xué)科。機(jī)器人教學(xué)是以創(chuàng)新教育理論為指導(dǎo)，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、科學(xué)品質(zhì)、探索精神、實(shí)踐能力為目標(biāo)的學(xué)科。智能機(jī)器人為學(xué)生開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)、綜合創(chuàng)新活動(dòng)提供了優(yōu)秀的平臺(tái)，利用智能機(jī)器人教學(xué)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生探索能力、協(xié)作能力和創(chuàng)新能力具有極大的促進(jìn)作用，是值得我們?cè)趯?shí)踐中不斷探索的問(wèn)題。

本人僅結(jié)合近兩年在指導(dǎo)學(xué)生參加中小學(xué)機(jī)器人比賽過(guò)程中，利用WER教育機(jī)器人進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，并對(duì)如何培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力進(jìn)行初步探索。

一、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)

在開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)的過(guò)程中，要有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，首先必須培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，這是開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)的一個(gè)切入點(diǎn)。我的做法是：

1.培養(yǎng)主動(dòng)創(chuàng)新意識(shí)。教師要把教學(xué)還給學(xué)生，給學(xué)生提供主動(dòng)、獨(dú)立學(xué)習(xí)的平臺(tái)，使學(xué)生真正成為項(xiàng)目研究的主人，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，這有利于培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)創(chuàng)新意識(shí)。例如，在講授新技術(shù)之前，我常常給學(xué)生一些資料，要求學(xué)生主動(dòng)獨(dú)立地根據(jù)資料去完成某個(gè)任務(wù)。一開(kāi)始，學(xué)生總想從老師那得到一個(gè)即成的解決方案。但我從不輕易解答，而是鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)去探索解決問(wèn)題的方法。如，在2016WER機(jī)器人工程創(chuàng)新賽中，由于我校使用的WER機(jī)器人不能自動(dòng)切換程序，學(xué)生需要按鍵反復(fù)啟動(dòng)程序去執(zhí)行任務(wù)。實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練中，我們發(fā)現(xiàn)多次切換程序，浪費(fèi)很多時(shí)間。由于這一切換程序的問(wèn)題存在，我啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考：如何才能加快機(jī)器人切換程序的時(shí)間？并引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)去實(shí)踐，去研究，去創(chuàng)造性地解決問(wèn)題。就這樣在調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)創(chuàng)新意識(shí)。

2.培養(yǎng)合作創(chuàng)新意識(shí)。在機(jī)器人比賽教學(xué)中，建立起融洽的師生、生生關(guān)系，把以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，鼓勵(lì)學(xué)生在師生之間、生生之間進(jìn)行交流，在融洽的氣氛中合作完成比賽任務(wù)，幫助學(xué)生樹立合作創(chuàng)新意識(shí)。當(dāng)學(xué)生的思維活動(dòng)和結(jié)論超出教師所設(shè)計(jì)和期望的軌道時(shí)，教師不應(yīng)強(qiáng)行把學(xué)生思維納入自己的思維模式之中，教師要善于鼓勵(lì)學(xué)生大膽質(zhì)疑，鼓勵(lì)學(xué)生與老師開(kāi)展辯論，并給學(xué)生充分發(fā)表見(jiàn)解的機(jī)會(huì)，這有利于培養(yǎng)學(xué)生合作創(chuàng)新意識(shí)。如在2016WER工程創(chuàng)新賽機(jī)器人完成平衡有效任務(wù)中，有一個(gè)學(xué)生提出了這樣的觀點(diǎn)，他認(rèn)為：機(jī)器人走到黑線時(shí)停止，然后數(shù)出黑線的根數(shù)，確保完成任務(wù)。剛開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)成功率很高，同時(shí)他還通過(guò)實(shí)際操作演示說(shuō)明這樣做可以取得好成績(jī)。我沒(méi)有馬上簡(jiǎn)單的否定學(xué)生，而是耐心引導(dǎo)其他學(xué)生仔細(xì)分析其方案，并在場(chǎng)地上模擬比賽可能出現(xiàn)的各種不穩(wěn)定因素，最終大家得出的結(jié)論：他的方案可行但受環(huán)境影響較大。接著，我鼓勵(lì)他們一起修改方案：采用可靠性強(qiáng)的“啟動(dòng)馬達(dá)” +“設(shè)置輪差”。這樣做既保護(hù)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，促其創(chuàng)新思維處于活躍狀態(tài)，又幫助學(xué)生樹立了合作創(chuàng)新的意識(shí)。

二、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維

創(chuàng)新思維是創(chuàng)新能力發(fā)揮的前提，因此，教師在教學(xué)中必須注重啟發(fā)學(xué)生，積極引導(dǎo)學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，這是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。本人在機(jī)器人教學(xué)中進(jìn)行了一些嘗試和探索，從幾個(gè)方面來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

1.注重培養(yǎng)想象力思維。想象力概括著世界的一切，推動(dòng)著人類社會(huì)的進(jìn)步，并且是知識(shí)進(jìn)步和發(fā)展的源泉。例如，在市賽中，我們的機(jī)器人從基地出發(fā)會(huì)識(shí)別基地前的一根黑線作為出基地的信號(hào)，但比賽過(guò)程中必發(fā)現(xiàn)偶爾會(huì)受環(huán)境光影響而判斷不了是否出基地。顯然這個(gè)機(jī)器人的判斷條件存在很大的不穩(wěn)定性。于是，我啟發(fā)學(xué)生思考：能不能使機(jī)器人不判斷黑線，而走一段固定距離呢？學(xué)生們經(jīng)過(guò)討論分析，最后得到這樣一個(gè)方案：每次機(jī)器人出發(fā)時(shí)利用輪差，確保了在路口時(shí)機(jī)器人的朝向都是偏右。通過(guò)這一方法的程序設(shè)計(jì)，我們的機(jī)器人出發(fā)時(shí)穩(wěn)定性達(dá)到了100%。在這過(guò)程中，不但培養(yǎng)了學(xué)生的想象思維，而且對(duì)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的發(fā)展也很有意義。

2.注重培養(yǎng)批判性思維。批判性思維是有利于激發(fā)創(chuàng)新的另一種思維方式。這是一種個(gè)性化的思維，它的基礎(chǔ)是懷疑、觀察和實(shí)驗(yàn)。要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，必須以辯證的批判性思維為前提，否則，便不會(huì)有學(xué)生的獨(dú)創(chuàng)精神。為此，在智能機(jī)器人教學(xué)中，老師要挖掘?qū)W生主動(dòng)學(xué)習(xí)，大膽否定的潛力，給學(xué)生創(chuàng)造一種有利于其批判學(xué)習(xí)的環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生形成不迷信、不盲從、敢于懷疑，敢于否定的習(xí)慣。要培養(yǎng)他們敢于突破舊框框，獨(dú)辟蹊徑，標(biāo)新立異，務(wù)求突破的創(chuàng)新精神。如，在設(shè)計(jì)機(jī)器人時(shí)，沒(méi)有根據(jù)場(chǎng)地的模型尺寸確定機(jī)器人的尺寸。完成機(jī)器人主體拼裝后，我們發(fā)現(xiàn)機(jī)器人的尺寸對(duì)完成任務(wù)有較大影響，容易被模型卡住。于是我引導(dǎo)學(xué)生思考：如何解決機(jī)器人尺寸問(wèn)題？幾個(gè)學(xué)生通過(guò)觀察和實(shí)驗(yàn)，大膽否定了原來(lái)馬達(dá)安裝的思路，提出非常新穎的思路：將三個(gè)馬達(dá)安裝相互貼緊安裝在支撐梁上。這樣，機(jī)器人的尺寸就被改得很小，也就避免了被模型卡住的隱患出現(xiàn)。在這一過(guò)程中，學(xué)生提出了自己的創(chuàng)見(jiàn)，在批判中形成自己獨(dú)特的批判性思維，從而形成自己特有的創(chuàng)新思維。

三、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

學(xué)生有了創(chuàng)新改進(jìn)的想法，教師就要引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，解決機(jī)器人項(xiàng)目研究中遇到的問(wèn)題，不要讓學(xué)生僅僅停留在思考的層面上，而要把學(xué)生的思維引導(dǎo)到實(shí)踐研究中去，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

在比賽準(zhǔn)備過(guò)程中，我在激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和思維的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同層次學(xué)生的探索和創(chuàng)新的不同欲望，提出解決問(wèn)題的不同方案，并設(shè)計(jì)一系列具有啟發(fā)性的問(wèn)題，以培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的創(chuàng)新實(shí)踐能力，這是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的核心。具體做法如下：

1.精心設(shè)計(jì)訓(xùn)練方案。教師在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，一定要具有層次性和啟發(fā)性，一定要充分挖掘培養(yǎng)與訓(xùn)練創(chuàng)新能力方面的內(nèi)容，循序漸進(jìn)地提出恰當(dāng)?shù)臋C(jī)器人項(xiàng)目問(wèn)題，這些訓(xùn)練應(yīng)滿足如下要求：一要有適當(dāng)難度；二要在教和學(xué)方面富有探索性；三要培養(yǎng)與訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.著力解決比賽任務(wù)。智能機(jī)器人教學(xué)的目的之一就是要參加有關(guān)教育部門組織的機(jī)器人競(jìng)賽。為此，在教學(xué)中，我直接讓學(xué)生在符合競(jìng)賽要求的場(chǎng)地上操作機(jī)器人。機(jī)器人的制作使學(xué)生遇到許多問(wèn)題，需要學(xué)生不斷地探索。學(xué)生動(dòng)腦筋，想出各種辦法來(lái)解決問(wèn)題，并在實(shí)際場(chǎng)地上加以驗(yàn)證。學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中培養(yǎng)了學(xué)生解決問(wèn)題的能力。這樣不但激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)創(chuàng)新的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新的實(shí)踐能力，而且全面地提升了學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)水平。

開(kāi)展智能機(jī)器人的教學(xué)，為學(xué)生提供了一個(gè)自主、協(xié)作與創(chuàng)新的平臺(tái)。在學(xué)習(xí)編程和操作實(shí)踐的過(guò)程中，有效地提高了學(xué)生的邏輯思維能力和判斷能力；在充分培養(yǎng)學(xué)生興趣的基礎(chǔ)上，學(xué)生輕松掌握了課外知識(shí)，切身體會(huì)到了編程的樂(lè)趣。機(jī)器人教學(xué)以寓教于樂(lè)的方式，在傳播知識(shí)的同時(shí)提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力，激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)造發(fā)明的天性和潛能。