機器人教學(xué)對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

周占平

機器人教學(xué)是一門具有高度創(chuàng)新實踐性的學(xué)科。機器人教學(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、實踐能力為目標(biāo)的學(xué)科。智能機器人為學(xué)生開展研究性學(xué)習(xí)、綜合創(chuàng)新活動提供了優(yōu)秀的平臺，智能機器人教學(xué)對培養(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作用，是值得我們探索的。筆者結(jié)合近兩年在指導(dǎo)學(xué)生參加中小學(xué)機器人比賽過程中利用機器人進行教學(xué)的實踐，對如何培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力進行初步探索。

一、在實踐中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識

1.培養(yǎng)主動創(chuàng)新意識

教師要給學(xué)生提供主動、獨立學(xué)習(xí)的平臺，使學(xué)生真正成為項目研究的主人，充分調(diào)動學(xué)生的主動性，培養(yǎng)學(xué)生的主動創(chuàng)新意識。筆者從不輕易解答學(xué)生的問題，而是鼓勵學(xué)生主動探索解決問題的方法。如在機器人工程挑戰(zhàn)賽中，由于我校使用的樂高機器人不能自動切換程序，學(xué)生需要按鍵反復(fù)啟動程序去執(zhí)行任務(wù)。實戰(zhàn)訓(xùn)練中，我們發(fā)現(xiàn)多次切換程序浪費很多時間。由于這一切換程序的問題存在，筆者啟發(fā)學(xué)生主動思考：如何才能減少機器人切換程序的時間？這樣就在調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性的同時，培養(yǎng)學(xué)生的主動創(chuàng)新意識。

2.培養(yǎng)合作創(chuàng)新意識

在機器人比賽教學(xué)中，要建立起融洽的師生、生生關(guān)系，把“以教師為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴皩W(xué)生為中心”，鼓勵學(xué)生在師生之間、生生之間進行交流，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。當(dāng)學(xué)生的思維活動和結(jié)論超出教師所設(shè)計和期望的軌道時，教師不應(yīng)強行把學(xué)生思維納入自己的思維模式之中，而要鼓勵學(xué)生大膽質(zhì)疑，并給學(xué)生充分發(fā)表見解的機會。如在工程挑戰(zhàn)賽機器人完成分藥任務(wù)中，有一個學(xué)生提出了這樣的觀點：機器人走到黑線時停止，然后數(shù)出黑線的根數(shù)，確保完成分藥任務(wù)。剛開始實驗時成功率很高，同時他還通過實際操作演示說明這樣做可以取得好成績。筆者沒有馬上否定學(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，最終大家得出結(jié)論：他的方案可行但受環(huán)境影響較大。接著，筆者鼓勵他們一起修改方案：采用可靠性強的“見到第一根黑線走固定距離”。這樣既保護了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，又幫助學(xué)生樹立了合作創(chuàng)新的意識。

二、在實踐中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維

1.注重培養(yǎng)想象性思維

比賽中，我們的機器人從基地出發(fā)會識別基地前的一根黑線作為出基地的信號，但比賽過程中很可能會出現(xiàn)受環(huán)境光影響而判斷不了是否出基地的情況。顯然，這個機器人的判斷條件存在很大的不穩(wěn)定性。于是，筆者啟發(fā)學(xué)生思考：能不能使機器人不判斷黑線，而走一段固定距離呢？學(xué)生經(jīng)過討論分析，最后得到這樣一個方案：每次機器人出發(fā)時緊貼墻壁，然后機器人走一段固定距離，算好與基地的長度相等。這一方法的程序設(shè)計不但培養(yǎng)了學(xué)生的想象思維，而且對他們創(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

批判性思維的基礎(chǔ)是懷疑、觀察和實驗。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。為此，在智能機器人教學(xué)中，教師要挖掘?qū)W生主動學(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，獨辟蹊徑，標(biāo)新立異，務(wù)求突破的創(chuàng)新精神。如在設(shè)計機器人時，沒有根據(jù)場地的模型尺寸確定機器人的尺寸。完成機器人主體拼裝后，我們發(fā)現(xiàn)機器人的尺寸對完成任務(wù)有較大影響，容易被模型卡住。于是筆者引導(dǎo)學(xué)生思考：如何解決機器人尺寸問題？幾個學(xué)生通過觀察和實驗，大膽否定了原來馬達安裝的思路，提出非常新穎的思路：將三個馬達相互貼緊安裝在支撐梁上。這樣，機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)。在這一過程中，學(xué)生提出了自己的創(chuàng)見，形成了自己獨特的批判性思維。

三、在實踐中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

解決機器人項目研究中遇到的問題，不能讓學(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)到實踐研究中去，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在比賽準(zhǔn)備過程中，筆者在激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識和思維的基礎(chǔ)上，針對不同層次學(xué)生的探索和創(chuàng)新的不同欲望，提出解決問題的不同方案，并設(shè)計一系列具有啟發(fā)性的問題，以培養(yǎng)學(xué)生解決問題的創(chuàng)新實踐能力。

1.精心設(shè)計訓(xùn)練方案

教師在進行方案設(shè)計時，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，循序漸進地提出恰當(dāng)?shù)臋C器人項目問題，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)教育部門組織的機器人競賽。為此，在教學(xué)中，筆者直接讓學(xué)生在符合競賽要求的場地上操作機器人。機器人的制作使學(xué)生遇到許多問題，需要學(xué)生不斷地探索，并在實際場地上加以驗證。學(xué)生在解決問題的過程中培提升了創(chuàng)新水平。開展智能機器人的教學(xué)，為學(xué)生提供了一個自主、協(xié)作與創(chuàng)新的平臺。在學(xué)習(xí)編程和操作實踐的過程中，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，切身體會到了編程的樂趣。機器人教學(xué)以寓教于樂的方式，在傳播知識的同時提高了學(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。