☆ 張小杰

（海門市東洲小學(xué)，江蘇海門 226100）

淺談機(jī)器人教育對(duì)學(xué)生探究能力的培養(yǎng)

☆ 張小杰

（海門市東洲小學(xué)，江蘇海門 226100）

教育機(jī)器人做為一種培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、協(xié)作精神、進(jìn)取精神的獨(dú)特學(xué)習(xí)平臺(tái)，以其特有的知識(shí)性、趣味性、可操作性，對(duì)學(xué)生的探究能力有著切實(shí)有效的提升。

機(jī)器人教育；探究能力；自主學(xué)習(xí)；學(xué)生

機(jī)器人教育是指以機(jī)器人為主要教學(xué)內(nèi)容或教學(xué)工具而開(kāi)展的教與學(xué)活動(dòng)。機(jī)器人教育借助對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維、探究能力的培養(yǎng)迅速崛起。新課程強(qiáng)調(diào)“探究教學(xué)模式”，它是指學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，運(yùn)用已有的知識(shí)和技能，充當(dāng)新知識(shí)的探索者和發(fā)現(xiàn)者的角色。[1]

機(jī)器人教育對(duì)學(xué)生的探究能力的提升被越來(lái)越多的專家學(xué)者肯定，筆者本人從事了近十年的機(jī)器人教學(xué)工作，同時(shí)也見(jiàn)證了機(jī)器人教育在國(guó)內(nèi)的發(fā)展。現(xiàn)在就機(jī)器人教育中學(xué)生探究能力的培養(yǎng)發(fā)表自己的一些淺見(jiàn)。

一、動(dòng)手操作，培養(yǎng)學(xué)生探究能力

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、動(dòng)手搭建作為機(jī)器人教育的一大特點(diǎn)，深受學(xué)生的喜愛(ài)。學(xué)生只要使用機(jī)器人積木件，就可以很好地進(jìn)行動(dòng)手創(chuàng)新活動(dòng)，如：樂(lè)高（LEGO）機(jī)器人有成千上萬(wàn)、外形各異的積木件，各積木件之間可以任意選擇搭建方式，不同的搭建方式可以形成各種新穎有趣的外形，各種結(jié)構(gòu)還附帶實(shí)用的機(jī)械、物理原理。這樣就大大激發(fā)了學(xué)生探究的興趣，同時(shí)也在快樂(lè)的學(xué)習(xí)中提升了學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。

例如：研究齒輪傳動(dòng)對(duì)速度的影響。齒輪是機(jī)器中很重要的部件，它幾乎是機(jī)器的象征。只要一看到齒輪，就會(huì)聯(lián)想到機(jī)器。學(xué)生對(duì)齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)也充滿了好奇和強(qiáng)烈的探究欲望。[2]

在研究齒輪傳動(dòng)對(duì)速度的影響問(wèn)題時(shí)，老師提出問(wèn)題：兩個(gè)大小不定的齒輪傳動(dòng)對(duì)速度有影響嗎？學(xué)生各抒己見(jiàn)，分析提出了三種不同假設(shè)：可以加快轉(zhuǎn)速；可以減慢轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)速不變。[3]孩子們提出假設(shè)后，都希望自己的想法是正確的，因而會(huì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，力圖驗(yàn)證自己的結(jié)論正確。學(xué)生們通過(guò)動(dòng)手搭建，設(shè)計(jì)了如下驗(yàn)證方法：用24齒的大齒輪帶動(dòng)8齒的小齒輪；用8齒的小齒輪帶動(dòng)40齒的大齒輪；用16齒的中齒輪帶動(dòng)16齒的中齒輪。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察到：實(shí)驗(yàn)一輸出端齒輪轉(zhuǎn)速是輸入端齒輪轉(zhuǎn)速的3倍，轉(zhuǎn)速變快；實(shí)驗(yàn)二輸出端齒輪轉(zhuǎn)速是輸入端齒輪轉(zhuǎn)速的1/5，轉(zhuǎn)速變慢；實(shí)驗(yàn)三輸出端齒輪轉(zhuǎn)速和輸入端齒輪轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)速不變。

通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐，學(xué)生們形成了共同的認(rèn)識(shí)：齒輪間的傳動(dòng)可以靈活改變速度，在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)了學(xué)生的探究能力。

二、激發(fā)興趣，培養(yǎng)學(xué)生探究能力

探究式學(xué)習(xí)是機(jī)器人學(xué)習(xí)的重要方式，學(xué)生親身經(jīng)歷探究式學(xué)習(xí)活動(dòng)是學(xué)習(xí)機(jī)器人的主要途徑。讓學(xué)生運(yùn)用已有的知識(shí)體系和學(xué)習(xí)方法，并借助興趣的驅(qū)使去探尋未知領(lǐng)域的知識(shí)內(nèi)容，讓學(xué)生養(yǎng)成良好的自主探究學(xué)習(xí)能力，這對(duì)學(xué)生的終生學(xué)習(xí)將有著莫大幫助。

例如：筆者和學(xué)生一起研究機(jī)器人傳感器時(shí)，就以“樓道燈智能開(kāi)關(guān)”為例進(jìn)行學(xué)習(xí)研究。筆者首先為學(xué)生引出該話題，因?yàn)檫@是學(xué)生身邊可以經(jīng)常接觸到的知識(shí)內(nèi)容，經(jīng)過(guò)相互探討，學(xué)生們便紛紛例舉出了生活中常見(jiàn)的幾種樓道燈智能開(kāi)關(guān)：觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)（按一下開(kāi)關(guān)打開(kāi)燈）；聲控延時(shí)開(kāi)關(guān)（通過(guò)聲響打開(kāi)燈）；還有一種更先進(jìn)的聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)（環(huán)境光明亮的時(shí)候燈是無(wú)法打開(kāi)的，只有到了天色昏暗時(shí)，才可以通過(guò)聲響打開(kāi)燈）。

筆者告知學(xué)生這些智能開(kāi)關(guān)都是運(yùn)用了傳感器技術(shù)。學(xué)生們頓感新奇，馬上便有學(xué)生問(wèn)什么是傳感器？傳感器長(zhǎng)什么樣子？隨即就有學(xué)生在網(wǎng)上找到了答案：傳感器就是可以讓機(jī)器人像我們?nèi)祟愐粯訐碛幸曈X(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感覺(jué)的電子設(shè)備，這些設(shè)備跟我們?nèi)祟惖钠鞴偻庑未蟛灰粯樱际且恍┬螤罡鳟惖碾娮幽K。

隨后，筆者為學(xué)生出示了幾種常用的智能開(kāi)關(guān)的說(shuō)明書，學(xué)生通過(guò)自主閱讀學(xué)習(xí)，了解到觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)使用的是“觸碰傳感器”；聲控延時(shí)開(kāi)關(guān)使用的是“聲音傳感器”；而聲光延時(shí)開(kāi)關(guān)則同時(shí)使用了“聲音傳感器”和“光敏傳感器”。最后，當(dāng)孩子們得知他們所使用的教育機(jī)器人套件也擁有這些傳感器，并可以很方便地做出這些智能開(kāi)關(guān)時(shí)，都特別興奮，在強(qiáng)烈的求知欲促使下，積極主動(dòng)地完成了相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

三、合作探討，培養(yǎng)學(xué)生探究能力

在進(jìn)行機(jī)器人教學(xué)時(shí)，一定要讓學(xué)生廣泛地參與教學(xué)活動(dòng)，以學(xué)生為主體，教師應(yīng)充當(dāng)學(xué)習(xí)的組織者、促進(jìn)者和學(xué)習(xí)伙伴，并在必要時(shí)給予指導(dǎo)、點(diǎn)評(píng)。合作探討能提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。要給學(xué)生充分的空間發(fā)揮，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)合作，積極創(chuàng)設(shè)成為團(tuán)結(jié)、協(xié)作、和諧、上進(jìn)的學(xué)習(xí)環(huán)境。[4]

例如：2008年輔導(dǎo)學(xué)生制作2V2足球機(jī)器人時(shí)，筆者根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)，分別把1名擅長(zhǎng)編寫程序和1名擅長(zhǎng)結(jié)構(gòu)制作的學(xué)生分在同一小組，這樣把4名學(xué)生分成A、B兩組共同研究足球機(jī)器人技術(shù)項(xiàng)目。在制作機(jī)器人底盤動(dòng)力結(jié)構(gòu)時(shí)，兩組成員產(chǎn)生了意見(jiàn)分歧，A組認(rèn)為平行四輪結(jié)構(gòu)適合做足球機(jī)器人底盤，B組認(rèn)為四輪全向結(jié)構(gòu)更適合做底盤。兩組都找了很多理由試圖說(shuō)服對(duì)方小組，但因?yàn)殡p方都各有道理，所以決定先按兩組各自的想法做出機(jī)器人，再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人對(duì)戰(zhàn)來(lái)做最后決定。經(jīng)過(guò)將近兩個(gè)星期的調(diào)試改進(jìn)，最后發(fā)現(xiàn)A組的機(jī)器人進(jìn)攻速度快且力量大，非常適合進(jìn)攻；而B組的機(jī)器人動(dòng)作靈敏，適合用來(lái)防守。最后兩組決定各選用一個(gè)足球機(jī)器人，這樣可以攻守兼顧。最后經(jīng)過(guò)一個(gè)月時(shí)間的共同合作、調(diào)試改進(jìn)，最終在2008年江蘇省機(jī)器人大賽上奪得了該項(xiàng)目的冠軍，隨后代表江蘇參加全國(guó)機(jī)器人大賽又獲得了該項(xiàng)目的金牌。

在學(xué)習(xí)機(jī)器人的整個(gè)過(guò)程中，學(xué)生們積極主動(dòng)參與其中，小組成員間互相學(xué)習(xí)、取長(zhǎng)補(bǔ)短，通過(guò)自主探索，學(xué)生們積極主動(dòng)地參與探究活動(dòng)，這些對(duì)掌握科學(xué)探究方法，提升科學(xué)探究能力及科學(xué)素養(yǎng)都有著極大的促進(jìn)作用。

[1]樂(lè)思教育.論機(jī)器人教育[DB/OL].http://blog.sina.com.cn/s/blog＿5e270d360100fbyv.html

[2]一葉孤舟.樂(lè)高機(jī)器人教程[DB/OL].http://wenku.baidu.com/view/d1934625ccbff121dd368332.html

[3]陳成就.注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力[DB/OL].

[4]王同聚.智能機(jī)器人科技教育校本教研模式的探索與實(shí)踐[J].教育信息技術(shù),2005,(8).

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1671－7503(2013)05－0030－02

[編輯：張 博]