小學(xué)高段年級有效開展智能機(jī)器人教學(xué)的策略研究

俞文昌

摘 要：智能機(jī)器人作為信息技術(shù)教學(xué)的內(nèi)容出現(xiàn)，會給信息技術(shù)教育帶來新的內(nèi)容、新的思考和新的活力。機(jī)器人活動不僅主題有趣，富有挑戰(zhàn)性，更重要的是其問題解決方案是開放性的，學(xué)生可以用不同的方法達(dá)到同一個目標(biāo)，可以讓學(xué)生更廣泛地接觸計算機(jī)知識，為其以后學(xué)習(xí)其他高級語言奠定一定的基礎(chǔ)。結(jié)合在信息技術(shù)課開展的智能機(jī)器人教學(xué)經(jīng)驗和參加市LOGO語言程序作圖、市區(qū)智能機(jī)器比賽的訓(xùn)練經(jīng)驗，和大家共同探討在小學(xué)高段年級有效開展智能機(jī)器人教學(xué)的方法和策略。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；教學(xué)策略；敢學(xué)；善學(xué)；樂學(xué)

一、緣起

（一）素質(zhì)教育的強(qiáng)烈要求

以往我們的信息技術(shù)課過多強(qiáng)調(diào)學(xué)生掌握了哪些技能，如，每分鐘能打多少字等，結(jié)果把信息技術(shù)課變成計算機(jī)技能訓(xùn)練課。素質(zhì)教育特別需要愛護(hù)學(xué)生的好奇心與求知欲，這是創(chuàng)造意識和創(chuàng)新精神的基礎(chǔ)，也是主動學(xué)習(xí)精神的最初源泉，而這些是應(yīng)試教育最容易忽略的。

（二）高段小學(xué)生思維的特點與機(jī)器人、LOGO語言的學(xué)習(xí)特點相吻合

概括地說，小學(xué)生的思維特點是以直覺形象思維為主。從具體的形象思維發(fā)展到抽象的邏輯思維的轉(zhuǎn)折點一般在四年級，即11～12歲。LOGO語言的海龜繪圖命令，一條命令對應(yīng)屏幕上一個繪圖效果，把抽象的語句和直觀的形象圖形對應(yīng)起來，這正適合從直觀形象思維向抽象邏輯思維過渡的小學(xué)生思維特點。

二、實施策略

機(jī)器人活動趣味性極強(qiáng)，但常常聽到學(xué)生中有這樣的想法，我能遙控機(jī)器人就好了?？梢姡m然學(xué)生對機(jī)器人的學(xué)習(xí)表現(xiàn)出很濃厚的興趣，但是一旦進(jìn)入學(xué)習(xí)后，就發(fā)現(xiàn)機(jī)器人有時候并不是那么聽話，也就發(fā)出了能不能遙控機(jī)器人的感嘆，甚至最后產(chǎn)生厭學(xué)情緒。

因此，我們在平時教學(xué)中應(yīng)該注意滲透和指導(dǎo)，并鼓勵和幫助學(xué)生通過各種手段掌握正確的學(xué)習(xí)方法，使他們“敢學(xué)、善學(xué)、樂學(xué)”，學(xué)會學(xué)習(xí)，真正成為發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者。

（一）開展有效的教學(xué)提問，讀懂學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，讓學(xué)生敢學(xué)

智能機(jī)器人技術(shù)融合了機(jī)械、電子、傳感器和人工智能等眾多先進(jìn)技術(shù)，充分體現(xiàn)了當(dāng)代信息技術(shù)多個領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，是綜合知識和技術(shù)的結(jié)晶。而往往就因為機(jī)器人技術(shù)綜合性的特點，導(dǎo)致學(xué)生望而生畏。如果此時教師的提問超出學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)范圍，可能就會進(jìn)一步加劇他們的厭學(xué)心理。那么應(yīng)該怎樣設(shè)計教學(xué)提問呢？

【我的嘗試】

1.抓住學(xué)生的興趣點提問

教師在設(shè)計問題時應(yīng)根據(jù)學(xué)生的心理因素、知識結(jié)構(gòu)等特點，更要注重趣味性。很多時候興趣是由問題的趣味性激發(fā)的，學(xué)生就像一池水，教師的提問便是投石激水，一些靈感的火花往往就是在這樣的提問中產(chǎn)生的。

如，在完成了簡單的左、右迷宮法則走迷宮后，我設(shè)計了這樣的問題試圖激發(fā)學(xué)生的探究欲望：哪種迷宮方案能更快地完成任務(wù)呢？同一種迷宮方案，哪些因素影響了機(jī)器人在迷宮中行走的速度？

我的思考：這樣的提問，能促使學(xué)生在成功的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步激發(fā)探索的興趣和欲望。學(xué)生都有一股不服輸?shù)木瘛乙欢ㄒ叩帽饶憧欤?/p>

2.問題的難度設(shè)置應(yīng)該隨著教學(xué)的深入有一個逐漸加深的過程

教師提問是圍繞學(xué)生而展開的，需要學(xué)生的積極配合和參與才能有效完成。問題太膚淺，學(xué)生不思考就能脫口而出，不易發(fā)展學(xué)生的思維能力，對學(xué)生沒有挑戰(zhàn)性，學(xué)生容易產(chǎn)生厭倦情緒。反之，問題太深奧，學(xué)生望而卻步，沒有思考的興趣，挫傷了其學(xué)習(xí)的積極性。難易度的把握，應(yīng)當(dāng)是經(jīng)過教師的點撥，使學(xué)生“跳一跳能摘到桃子”為宜。

如，在教學(xué)機(jī)器人怎樣走軌跡的環(huán)節(jié)，學(xué)生已有的知識是：機(jī)器人利用傳感器接收外界信息，主機(jī)控制器接收到這些信息，發(fā)出指令控制馬達(dá)，做出左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進(jìn)、后退的動作。我的問題是這樣設(shè)計的：（1）告訴學(xué)生不同顏色有不同的灰度值，因此你認(rèn)為灰度傳感器是如何判斷黑線的？（2）白色和黑色的灰度值不同，灰度傳感器就能檢測到黑線了，那么機(jī)器人要走軌跡需要幾個傳感器？（3）如何利用兩個傳感器走軌跡？（4）兩個傳感器的軌跡程序，碰到十字路口需要左、右轉(zhuǎn)或是直走的時候能夠成功嗎？

我的思考：這樣的問題設(shè)計由淺入深，引導(dǎo)學(xué)生操作、探究，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)研究的過程。在這個過程中學(xué)生受到啟發(fā)，思維被激活，問題是隨即動態(tài)產(chǎn)生的，學(xué)生的思維也在一個個問題的解決過程中得到了鍛煉。

（二）巧用留白藝術(shù)，讀懂學(xué)生的思維過程，讓學(xué)生善學(xué)

“留白”一直是中國書畫藝術(shù)中常用的“以少勝多”的表現(xiàn)手法，能取得“此時無聲勝有聲”的藝術(shù)效果。將“留白”運用到智能機(jī)器人教學(xué)中，有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和探索精神，將會收到顯著的成效?！傲舭住边@種機(jī)智的教學(xué)策略，給了學(xué)生更充裕的時間去實踐與操作、思考與探究。

【我的嘗試】

1.未成曲調(diào)先有情——在激趣導(dǎo)入中“留白”

俗話說：“良好的開端是成功的一半。”好的教學(xué)往往從導(dǎo)入就開始演繹精彩了。我們應(yīng)抓住學(xué)生好奇心強(qiáng)的心理特點，把留白巧妙地運用到導(dǎo)課中，有意給教學(xué)內(nèi)容蒙上一層神秘的“面紗”，激起他們強(qiáng)烈的求知欲，促使他們積極主動地參與學(xué)習(xí)，從而拉開學(xué)習(xí)的序幕。

如，在教學(xué)調(diào)試機(jī)器人走軌跡速度一環(huán)節(jié)時，先讓學(xué)生觀察兩種不同參數(shù)設(shè)置的機(jī)器人在走S軌跡時在動作和速度上的差異，學(xué)生很容易就能觀察到一個行走時左右抖動頻繁，一個行走時快速流暢，然后問學(xué)生：“你們覺得這會是什么原因影響的呢？”從而自然而然地讓教師接上話茬：“接下來我們就來研究如何讓機(jī)器人流暢快速地走軌跡？”

我的思考：教師沒有過多的語言，一彰顯，一留白，激起了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，點燃了學(xué)生思考的烈焰，撞出了學(xué)生智慧的火花。

2.順?biāo)浦邸谧灾魈骄恐小傲舭住?/p>

讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)探究的能力，是對教師提出了更高的要求。要讓學(xué)生自主探究勢必在我們的教學(xué)中要“留白”。這樣學(xué)生才會自主、獨立地發(fā)現(xiàn)問題、提出問題；通過“留白”引導(dǎo)學(xué)生思考問題，也許學(xué)生會有“柳暗花明又一村”的頓悟。

如，在機(jī)器人孤單英雄項目中，有一個過雷區(qū)的任務(wù)。機(jī)器人過快很容易就撞倒“地雷”，而速度慢又會嚴(yán)重影響整個任務(wù)的完成時間。那么，有什么解決方案，可以做到魚和熊掌皆得呢？幾個學(xué)生討論、分析后，立馬給出了答案：“雷區(qū)內(nèi)和雷區(qū)外給它們兩個不同的前進(jìn)速度?！蔽医又鴨枺骸澳敲催@個前進(jìn)速度都有軌跡子程序控制的，如何做到不同呢？”學(xué)生很快回答：“我們給雷區(qū)單獨設(shè)一個軌跡子程序，在雷區(qū)里的路口左轉(zhuǎn)、路口右轉(zhuǎn)都調(diào)動這個軌跡子程序，這樣既不影響雷區(qū)外的行走速度，也能保證機(jī)器人順利通過雷區(qū)?！?/p>

我的思考：適時、知識遷移中的“留白”給學(xué)生的探究提供了廣闊的天地，讓學(xué)生能夠真正自主解決問題，從而使得思維得到深入的鍛煉。

3.激發(fā)研究興趣——在質(zhì)疑碰撞處“留白”

質(zhì)疑是科學(xué)探究需要培養(yǎng)的一種精神品質(zhì)。留白，有利于學(xué)生的發(fā)展創(chuàng)造。把發(fā)現(xiàn)的任務(wù)交給學(xué)生，讓學(xué)生在發(fā)現(xiàn)中尋找，在尋找中質(zhì)疑，在質(zhì)疑中碰撞出智慧的火花，從而找到自己的答案。

如，在教學(xué)左迷宮走法時，要分別利用前方（9號）、左前方（8號）、左邊（7號）三個方位的紅外壁障傳感器進(jìn)行判斷來完成迷宮任務(wù)。學(xué)生馬上就寫出了兩個條件判斷的左迷宮子程序，然后仿真場地上進(jìn)行試驗，結(jié)果卻不盡如人意，機(jī)器人都撞上了障礙物，停止了。這時就有學(xué)生質(zhì)疑：“老師我們都按照你的迷宮方案編寫了程序，可是為什么機(jī)器人還是走不了迷宮呢？”此時，我并沒有急于告訴他們答案，我對他們說：“你們?yōu)槭裁床滑F(xiàn)場做個試驗?zāi)?？”“對，對，對，我們可以自己扮演傳感器，讓老師來扮演控制器，教室就是迷宮！”有學(xué)生很快提出了實驗方案。通過實驗學(xué)生很容易就發(fā)現(xiàn)當(dāng)7號和9號紅外傳感器同時檢查到障礙物時，如果優(yōu)先判斷9號傳感器讓機(jī)器人右轉(zhuǎn)，這樣就不會撞上障礙物了。

我的思考：通過這樣的留白，讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，思維能力也顯著提升了。很多學(xué)生還興奮地對我說：“老師，老師，右迷宮的程序我應(yīng)該也會編了！”

這次教學(xué)，創(chuàng)設(shè)了學(xué)生質(zhì)疑的情景，學(xué)生通過仿真試驗產(chǎn)生質(zhì)疑，此時教師不急于給出答案而是作適當(dāng)?shù)牧舭缀鸵龑?dǎo)，讓學(xué)生在質(zhì)疑中得到思維的歷練，從而發(fā)現(xiàn)問題所在，提出問題解決方案，并有可能讓問題解決方案在其他地方得到遷移應(yīng)用。

（三）活躍討論氛圍，讀懂學(xué)生的發(fā)言內(nèi)涵，讓學(xué)生樂學(xué)

現(xiàn)代教學(xué)不僅要求學(xué)生“學(xué)會”“會學(xué)”，而且要使學(xué)生“樂學(xué)”，如何才能達(dá)到“樂學(xué)”的效果呢？智能機(jī)器人是一個培養(yǎng)中小學(xué)生創(chuàng)新精神和綜合實踐能力，提高綜合素質(zhì)的智能平臺，要求把傳統(tǒng)單一的接受性學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)檠芯啃詫W(xué)習(xí)、參與性學(xué)習(xí)、體驗性學(xué)習(xí)和實踐性學(xué)習(xí)，以此促進(jìn)學(xué)生知識和技能、情感、態(tài)度與價值觀的整體發(fā)展。

【我的嘗試】

1.在問題的解決過程中培養(yǎng)樂于學(xué)習(xí)的意識

在教學(xué)中，我們應(yīng)該讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人。一些學(xué)生可能通過討論能夠解決的問題盡量都留給學(xué)生自己去解決。

如，在教學(xué)路口左轉(zhuǎn)的子程序后，可以放手大膽讓學(xué)生嘗試編寫路口右轉(zhuǎn)的子程序，能獨立完成的學(xué)生可以先做測試，不能完成的學(xué)生再組織起來進(jìn)行討論。從學(xué)生的討論發(fā)言中可以看出這些學(xué)生缺乏一些空間思維，如果借助實物可能就容易接受了。于是，我們拿出實物機(jī)器人和越野跑道，通過實物機(jī)器人展示，了解機(jī)器人路口右轉(zhuǎn)的整個過程。通過2～3次的演示，很多學(xué)生興奮、高興地說：“我懂了，我也要做測試?yán)?！?/p>

2.在“交往—探索—發(fā)展”的課堂教學(xué)模式中培養(yǎng)樂于學(xué)習(xí)的能力

機(jī)器人學(xué)習(xí)具有具體、形象、實踐性強(qiáng)的特點，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的觀察力和想象力，便于創(chuàng)設(shè)愉快、輕松、趣味的學(xué)習(xí)環(huán)境。教學(xué)過程中，教師要重視引導(dǎo)學(xué)生開展自學(xué)、探究、討論、評議等活動，使得程序設(shè)計課堂教學(xué)出現(xiàn)一種生動活潑、輕松愉快的氣氛，使學(xué)生在這樣的氛圍中自主、積極主動的學(xué)習(xí)。

我的思考：教師站在學(xué)生角度，傾聽學(xué)生的討論，而不是一味地指責(zé)學(xué)生，急著幫助學(xué)生給出問題解決的方案。因此，把探究、討論過程放心地交給學(xué)生，讓他們成為學(xué)習(xí)的主人，這樣的學(xué)習(xí)才是真正意義上的學(xué)習(xí)。

三、成效和體會

智能機(jī)器人是一門綜合實踐活動課程，它蘊(yùn)含著學(xué)生對科技的興趣、持久研究的能力和團(tuán)隊合作的能力等綜合能力的積淀和養(yǎng)成，研究能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)貫穿始終。就實施效果來看，學(xué)生參與面廣，參與熱情高，且研究成果多，全面、有效地提升了我校高段學(xué)生的觀察力和想象力以及信息素養(yǎng)。

（一）有效提高了教師的教科研素養(yǎng)，有力地推動了機(jī)器人教學(xué)的開展

教師在執(zhí)教中摸索培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效模式，以學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)作為遠(yuǎn)景目標(biāo)，不斷推進(jìn)創(chuàng)新教育的深化和拓展，實現(xiàn)創(chuàng)新教育的遠(yuǎn)景目標(biāo)，創(chuàng)造創(chuàng)新教育的無限空間。輔導(dǎo)老師在與學(xué)生的活動中同樣獲益匪淺，拉近了師生間距離，有效促進(jìn)了師生的內(nèi)在交流與合作；增強(qiáng)了師生的探究樂趣，拓展了教師的思考空間。

（二）有效調(diào)動了學(xué)生的程序設(shè)計興趣，激活機(jī)器人競賽的熱情

以動手實踐操作為主，學(xué)生初步學(xué)會了用程序設(shè)計的思想去思考和解決實際問題。在豐富的教學(xué)氛圍中激發(fā)學(xué)生的程序設(shè)計興趣，迸發(fā)出創(chuàng)新想象空間，激勵學(xué)生的思考和創(chuàng)新思維。機(jī)器人教學(xué)的有效開展，使學(xué)生的各項比賽成果顯著。

高段學(xué)生對信息技術(shù)課興趣明顯得到增強(qiáng)，課堂氣氛變得活躍而富有生氣，課堂學(xué)習(xí)氣氛更具研究味。學(xué)生基本上學(xué)會了獨立分析問題，他們的動手能力在實踐中得到了充分鍛煉，思維能力在問題的解決中得到了升華。

總之，機(jī)器人教學(xué)特別注重學(xué)生體驗、感悟和實踐的過程，注重學(xué)生個性的健康發(fā)展和對學(xué)生的創(chuàng)新精神、實踐能力的培養(yǎng)。日本、美國等一些發(fā)達(dá)國家，高度重視機(jī)器人教育對高科技社會的作用和影響。只要我們在教學(xué)中懷著一種不斷思考、不斷探索的精神，以學(xué)生的現(xiàn)實發(fā)展和長遠(yuǎn)發(fā)展為目標(biāo)，學(xué)生就能真正從敢學(xué)變?yōu)樯茖W(xué)，最后樂學(xué)，學(xué)會學(xué)習(xí)，乃至為他們的終身學(xué)習(xí)打下夯實的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]袁運成.“虛擬—實體—創(chuàng)新”機(jī)器人教學(xué)策略探究[J].中國教育信息化，2009（2）.

[2]張興華.基于機(jī)器人的青少年活動的教育價值研究[D].東北師范大學(xué)，2007.