吳媚

（深圳市觀瀾中學，廣東深圳 518110）

隨著時代的進步和發(fā)展，創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力已成為一個國家國際競爭力和國際地位最重要的決定因素，我國到2050年左右趕上或超過世界發(fā)達國家，要能實現(xiàn)這個目標就需要現(xiàn)在的年青一代富有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力?！痘A(chǔ)教育課程改革綱要》中明確提出要求：要加強課程內(nèi)容與學生生活及現(xiàn)代社會和科技發(fā)展的聯(lián)系，關(guān)注學生的學習興趣和經(jīng)驗；要讓學生通過實踐，增強探究和創(chuàng)新意識，學習科學研究的方法，發(fā)展綜合運用知識的能力。教學實踐使我們發(fā)現(xiàn)，只有激發(fā)學生的興趣，挖掘?qū)W生的綜合潛能，提高學生的動手實踐能力，才能培養(yǎng)出適應(yīng)時代需要的創(chuàng)造性人才。

機器人涉及機械、電子、傳感、計算機、人工智能等領(lǐng)域，是現(xiàn)代科技發(fā)展的前沿，它在生活中的應(yīng)用早已被人們廣泛熟知，它的很多神奇而精彩的表現(xiàn)常常被人們津津樂道，也深深地吸引了青少年的目光；機器人教學中強調(diào)動腦與動手相結(jié)合，通過思考、設(shè)計、制作、試驗等過程使學生獲得知識和能力的發(fā)展，在課程改革如火如荼的今天，機器人教育為培養(yǎng)創(chuàng)新實踐型人才提供了另一個嶄新的發(fā)展平臺。筆者就如何在機器人課堂中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力談一談自己的看法。

一、激發(fā)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新意識

中學生正處于對新鮮事物倍感好奇的年齡階段，好奇心是其認識事物、探究事物根源的 “內(nèi)驅(qū)力”，所以，調(diào)動興趣、營造氛圍對學生學習機器人有著至關(guān)重要的作用。作為興趣入門，可以讓學生欣賞世界領(lǐng)先水平的機器人產(chǎn)品和實驗成果，還可以讓學生觀看高規(guī)格的機器人比賽實況，通過讓學生感受先進機器人的無窮魅力來激發(fā)學生探索奧秘的欲望。

機器人比賽融趣味性、觀賞性、科普性于一體，學生的興趣非常濃厚。去年，筆者在開始機器人教學時，就將2009年亞太大學生機器人大賽的比賽實況作為第一節(jié)課的主要內(nèi)容。當年的比賽規(guī)則是機器人“抬轎子”，要求機器人穿過層層障礙，將“機器人乘客”送達終點，“乘客”到達終點后必須擊打上、中、下依次擺放的三面勝利鼓，而最先擊中三面鼓的參賽隊獲勝。有些國家代表隊，在“將機器人乘客抬上轎”這第一個環(huán)節(jié)就很不順利，短短幾十秒的比賽，對方選手早已抵達終點，而這些代表隊的“機器人乘客”卻遲遲無法上轎，各隊機器人表現(xiàn)懸殊，使學生在頭腦中產(chǎn)生了大大的一個問號，也許這時他們頭腦中所具備的知識還不能解釋這一切，但是，想揭開其中奧秘的種子卻在此時播下了。在最終的冠軍爭奪中，冠軍隊和亞軍隊的機器人乘客幾乎同時在終點處下轎，但是，冠軍隊的機器人乘客以迅雷不及掩耳之勢一齊伸出三條胳膊同時擊中三面勝利鼓，而亞軍隊的機器人乘客卻是由上而下分三次伸出胳膊擊打三面鼓，以不到1秒的差距，屈居亞軍，此時的教室里一片嘩然，大家一致為冠軍隊的創(chuàng)意拍手叫好。激烈的比賽結(jié)束了，留給學生的是好奇、疑問、摩拳擦掌、躍躍欲試，學生在看到抽象的比賽規(guī)則經(jīng)過參賽者的努力后，能夠從無到有變成穩(wěn)定運行的機器人實體，不由得發(fā)出由衷的感慨，對參賽選手的聰明才智佩服得五體投地，同時也流露出對機器人學習的憧憬和向往。創(chuàng)新能力是基于創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維基礎(chǔ)之上的，創(chuàng)新意識的培養(yǎng)又以興趣為起點，只有讓學生對機器人產(chǎn)生濃厚的興趣，他才會主動地進行思索和探究，創(chuàng)新之路也就會變?yōu)榭赡堋?/p>

二、自主探究，培養(yǎng)創(chuàng)新思維

要能創(chuàng)新，單憑興趣遠遠不夠，還需具備創(chuàng)新思維，創(chuàng)新思維的培養(yǎng)要求在教學中注重培養(yǎng)學生的獨立性、自主性，引導學生對問題進行探究和質(zhì)疑。在學生開始學習時，我們可以通過模仿范例來讓學生理解機器人的工作原理，這種方式比較直觀，學生通過模仿可以快速獲得成功的體驗，這對于初學者來說非常重要。但在經(jīng)過1—2個范例的學習之后，教師就要改變教學方式，避免要求學生將完成的作品進行完整的展示，這種整體展示的方式雖然可以啟發(fā)學生的思路，但最后學生的作品幾乎與教師展示的雷同，具有創(chuàng)新的作品很少。對于學生來說，模仿學習可以讓他們較為順利地完成任務(wù)，但這只是表象，本質(zhì)上，模仿是一種動作技能的簡單重復，嚴重制約了學生思維能力的發(fā)展，在機器人學習過程中，我們更應(yīng)重視智慧技能的挖掘和培養(yǎng)。

在實際教學中，讓學生根據(jù)機器人將要實現(xiàn)的功能，自己確定實現(xiàn)這些功能需要什么機械部件、感應(yīng)器件和動作器件，每名學生開動腦筋，寫出自己的結(jié)論，在小組內(nèi)討論其可行性，形成小組意見后，提交全班進行討論，最終由教師來幫助定奪，給出合理的解釋。以“行走機器人”為例，有的學生由人的行走直接想到設(shè)計一個用 “腳”走路的機器人，有的學生則由坦克行走聯(lián)想到使用“履帶”走路，有的學生想到的是像汽車一樣用 “車輪”來行走，在一個簡單的案例中，學生竟有多種奇思妙想，從中筆者覺得在學習過程中給予學生一定的獨立性和自主性對于學生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)有著至關(guān)重要的作用。

機器人結(jié)構(gòu)搭建決定了機器人的外在形態(tài)和功能模塊的運動方式，只要能夠?qū)崿F(xiàn)功能，教師可以讓學生充分發(fā)揮想象來構(gòu)造自己心目中的機器人，如果一味地遵從教師或范例，學生豈不是成了教師手中的“機器人”了！在“行走機器人”案例中，當學生選擇使用“車輪”來讓機器人行走后，就如何驅(qū)動展開討論，有的將機器人設(shè)計成前輪可控制轉(zhuǎn)向驅(qū)動，后面兩個輪則作為從動輪；有的設(shè)計成用后兩個車輪實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)驅(qū)動、前輪則作從動車輪的方式。不同的設(shè)計方案有著不同的思路，參數(shù)的設(shè)置和程序的設(shè)計也隨之改變，這其中蘊涵著學生對問題深刻而又不拘一格的思考。在這個過程中，教師要引導學生對有價值的問題進行深刻的挖掘，避免學生在探究的過程中偏離學習目標，同時還要對學生在探究過程中產(chǎn)生的問題認真地“答疑解惑”。 除此之外，教師要注重啟發(fā)和引導學生從科學技術(shù)的角度對日常生活中的實際問題提出質(zhì)疑、進行創(chuàng)想，培養(yǎng)學生對事物積極健康的懷疑態(tài)度，改變墨守成規(guī)的慣性思維。

機器人編程是最能體現(xiàn)學生探究和質(zhì)疑精神的環(huán)節(jié)。初中生開始學習編程時，所有參數(shù)設(shè)置、程序編寫都是按照范例依葫蘆畫瓢完成的，程序下載到機器人的RCU（機器人大腦）中運行后，學生立刻能體驗到成功的喜悅，但如果僅僅停留在這個層面上，學生的學習不僅在知識上達不到理解、融會貫通、舉一反三的目的，能力上更是得不到訓練和提高。選擇什么模塊，模塊的參數(shù)為什么這樣設(shè)置？程序設(shè)計使用哪種結(jié)構(gòu)，是否又嵌套著另一種程序結(jié)構(gòu)？倘若變換程序結(jié)構(gòu)，是否可以完成同樣的任務(wù)？這些需要學生多問幾個為什么，多做幾個假設(shè)，多做幾次試驗，學生在假想、實踐、驗證的過程中加深了對機器人程序的理解，只有這樣學生才能真正參與到知識的主動獲取中，為后面復雜的學習和創(chuàng)造性的活動打下基礎(chǔ)。這個環(huán)節(jié)中，教師要精心設(shè)計活動方案，設(shè)計的問題要合理，便于學生自主探究，但需要有一定的難度，要值得學生去探究，這才有利于學生能力的提高和發(fā)展。

三、勤于實踐，提升創(chuàng)新能力

實踐是檢驗真理的唯一標準，有了創(chuàng)新想法，就需要付諸實踐，否則就只是空想。有些學生認為，自己需要先學習完所有的理論知識后，才能動手做出一些東西來，其實不然，學生可以在觀察和思考問題、發(fā)現(xiàn)其中存在的不足之后，帶著興趣，帶著疑問，走進實踐，在實踐中去尋求理論的解答，理論與實踐并舉，可以避免理論學習的枯燥而影響學生學習的興趣，而且，學生在實踐中獲取知識的同時，動手能力也會隨之得到提高。

在“避障機器人”活動中，機器人原本只能簡單地避開障礙物后退，學生不滿足這一功能的實現(xiàn)，創(chuàng)造性地設(shè)計著自己想要的機器人：有的小組嘗試如何尋找多個障礙物；有的小組嘗試如何使機器人碰到障礙后不是后退而是稍稍轉(zhuǎn)彎再繼續(xù)前行；有的則在找到障礙物后，還為機器人設(shè)計一個或叫、或轉(zhuǎn)圈的動作以示成功。學生在實踐中檢驗了認知，鞏固了認知，又在實踐中迸發(fā)出新的靈感，大大促進了學生創(chuàng)新能力的發(fā)展。

機器人競賽更是體現(xiàn)和激發(fā)學生創(chuàng)造力的上好方式，機器人比賽不僅主題有趣，而且設(shè)計方案是開放的，比賽活動主張參賽學生使用不同方法達到共同目的。面對競賽主題，學生需要先將主題和規(guī)則轉(zhuǎn)化為一個個技術(shù)問題，對問題的結(jié)果進行多種假想和預測，在考慮機器人運行穩(wěn)定、可靠的基礎(chǔ)上，做出多種可行性方案，最后通過團隊的協(xié)作將創(chuàng)意變成完整的機器人作品，這個過程需要學生具有扎實的理論基礎(chǔ)、較強的動手能力和與眾不同的創(chuàng)新思維。參與競賽可以進一步激發(fā)學生的學習和研究興趣，對于學生分析問題、解決問題、綜合運用知識等能力的提高是一個有效途徑，而且，競賽可以培養(yǎng)學生力爭上游和團結(jié)協(xié)作的精神，競爭可以激發(fā)學生潛在的創(chuàng)造力，合作才會造就最終的成功。

結(jié)束語

多年來，由于設(shè)備和場地的限制，機器人教育在很多學校只在課外活動中開展，機器人真正走進中小學課堂是近兩年才開始，很多實踐還處于摸索階段，作為教師，要打破傳統(tǒng)教師講、學生被動學的教學模式，充分發(fā)揮引導作用，啟發(fā)學生自主建構(gòu)知識，進行發(fā)現(xiàn)學習，為學生的自主探究、合作學習提供充足空間，只有這樣，機器人教育才能發(fā)揮它的特點，成為基礎(chǔ)教育中培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的有力工具。

[1]王海芳，李鋒，任友群.關(guān)于中小學機器人教育的思考與分析[J].全球教育展望，2009，（4）.

[2]張云洲，吳成東，崔建江，叢德宏.基于機器人競賽的大學生創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)與實踐[J].電氣電子教學學報，2007，（1）.