朱明
摘? 要 機器人教育是學校信息化教育中的一項重要內容。在學校中開展機器人競賽活動,加強中學機器人競賽的輔導工作十分必要,能夠全方面提高學生的各項綜合技能。
關鍵詞 機器人;機器人競賽;科學素養(yǎng);創(chuàng)新能力
中圖分類號:G633.67? ? 文獻標識碼:B
文章編號:1671-489X(2019)01-0084-03
1 競賽輔導的必要性
機器人技術涉及計算機、網(wǎng)絡、電子、光學、機械等多個學科和技術領域,是一個國家科技發(fā)展水平和國民經(jīng)濟現(xiàn)代化、信息化的重要標志。因此,機器人技術是世界強國重點發(fā)展的高技術,也是世界公認的核心競爭力之一。
機器人教育進入校園的這幾年,促進了中小學生的綜合素養(yǎng)和整體能力的提升。尤其是通過參加一些機器人的競賽活動,由教師在賽前對學生進行全方位科學有效的競賽輔導工作,對于學生提高解決問題能力、創(chuàng)新能力、動手能力幫助較大,改善了學生重理論、輕實踐的現(xiàn)狀,提高了大家的溝通意識和團隊意識。
2 參賽人員的選拔
機器人比賽看似激烈,其實是其背后一個個作為設計者的學生的比拼,比拼的是學生的腦力、能力、體力、應變力和協(xié)調力。所以,參賽選手的選拔是一個學校參加機器人競賽的先決條件。俗話說“事在人為”,有了一批能力強、業(yè)務精的參賽選手,對于競賽輔導工作就能起到事半功倍的效果。主要從以下五個方面來考慮參賽隊員的選拔工作。
腦力? 在機器人比賽中,最關鍵的還在于程序設計是否科學合理,結構是否清晰,邏輯是否順暢。因此,對于參賽隊員的選拔,其思維邏輯能力和判斷解決問題的能力一定要強,對于一個任務或者一個問題,要能及時拿出解決的思路和可行性方案,并初步構想出程序運行的流程結構。在選拔隊員時,可以設置一個短時間的小任務,考查學生的學習能力或領悟能力,準確判斷學生適合機器人競賽項目的程度和類別。
能力? 還要優(yōu)先選擇動手能力和結構思維能力較強的學生?,F(xiàn)如今眾多的機器人賽事中,絕大部分需要具有較強的搭建基礎,或者是事先搭建好的直接參賽,或者是根據(jù)要求現(xiàn)場搭建。這就需要參賽選手在平時的訓練過程中不斷加強動手操作的本領,不斷熟悉各個零部件的結構,不斷練習各零部件的操作和使用,能夠做到根據(jù)任務要求最快速地判斷出結構解決方案,只有這樣才能在比賽中快速搭建出需要的設備。
體力? 機器人比賽項目繁多,其中有的用到的器材較小,而有的器材則較大,比如VexEDR項目,就需要一個大箱子裝著成品設備以及備用零件、備用電池、接線板等器材。另外,也有一些項目在賽前自己練習時,需要自帶場地圖紙和輔助性的比賽器材,比如投籃、足球等項目。因此,無論是賽前的器材運輸,還是在比賽中的搬運調試,都需要學生有較好的體力。
應變力? 機器人比賽的時候風云變幻,由于器材、場地、規(guī)則、現(xiàn)場狀況都可能隨時發(fā)生意外情況,而中學生畢竟還處于心智不夠成熟的階段,因而選擇一些心理素質較好的學生,其面對意外狀況時的抗壓能力和應變能力較強,快速冷靜地思考處理后,才能最終在比賽中脫穎而出。
協(xié)調力? 有的時候,參賽項目是多個人參加共同完成的,在這樣類型的項目中,每個人就要根據(jù)自身的性格特點確定好自己的角色,大家各自分工、互相協(xié)調,凝聚團隊的力量合作完成整個項目。比如每年上半年的南京市中小學機器人競賽項目中,機器人創(chuàng)意賽就需要進行角色分工,有負責技術的,有負責創(chuàng)意介紹的,還需要制作宣傳冊、展板或易拉寶。這就需要學生具有一定的口頭表達能力和文案設計能力,大家可以事先根據(jù)自己所擅長的方面進行分工,過程中及時協(xié)調好專業(yè)技術、展示流程、文案表達、創(chuàng)意設計等方面的內容,最終形成完美的團隊展示方案。
3 競賽輔導的步驟與措施
競賽項目規(guī)劃? 目前,全國的機器人競賽類別非常繁多,這里介紹兩種。
一種是以比賽規(guī)則或任務目的呈現(xiàn)的賽事,此類賽事可以仔細研究競賽項目的具體規(guī)則和內容,結合學校已有的器材挑選合適的參賽項目。
另外一種比賽就是每年有一個不同的比賽主題,根據(jù)當年的主題確定一個研究方向,并創(chuàng)建出一個科學的解決方案以及展示方式。解決方案不應該是別人已經(jīng)在使用的,應該是一個全新的方案,或者在已有的思路上做了拓展和改進,保證團隊的解決方案是最新的和唯一的。另外,在展示過程中團隊要用有創(chuàng)意和想象力的方式來陳述研究成果。
擬定輔導計劃? 在目前的教學背景下,學生的學習生活已經(jīng)非常密集,為了保證競賽輔導工作能夠順利有效地進行,需要選擇合適的時間、地點開展賽前輔導工作,讓選手能夠在短時間內快速高效地完成備戰(zhàn)工作。要根據(jù)選擇的參賽項目,仔細研究比賽的規(guī)則,尤其是對于比賽中的流程、線路、時間、目標、任務、評分標準等重點信息多加關注和分析,擬定一個快速、高效、準確的完成任務的參賽計劃,里面要有詳細的時間任務安排表并嚴格落實。尤其是參賽選手要做到心中有數(shù),爭取在正式比賽過程中不丟分、不犯規(guī)。
參賽技術指導? 機器人一般由執(zhí)行機構、驅動裝置、檢測裝置、控制系統(tǒng)和復雜機械等組成。機器人的構成和學生解釋起來可能略顯復雜,可以簡化為:設計我的機器人(搭建);控制我的機器人(指令)。
第一步,要設計出屬于自己的機器人。就以設計一輛機器人小車為例,需要有車的主體(即平臺上的控制器)、發(fā)動機(驅動器)、感應器、零件等。以較簡單的例子示范搭建好機器人后,緊接著就是設定機器人的發(fā)動機端口,這里如何跟學生解釋呢?還是通過舉例子。比如家里買了一臺電風扇,要使它動起來,就要把電風扇的插頭插到插座的插口上。同樣,要使發(fā)動機轉動,就要把它設定到相應端口上。這一步學生總是會忘記,所以舉例子就顯得更加重要。
第二步,要控制我的機器人。這一步應采取教師先操作演示,學生再模仿練習的策略實施教學。因為控制機器人的相關知識是與邏輯思維和編寫程序語言相聯(lián)系的,比較有難度,學生學起來也比較吃力,往往有云里霧里的感覺。與其跟學生講過多的理論知識,還不如讓學生自己從簡單入手,慢慢地去摸索體會,這樣就不會枯燥乏味了。
對于有現(xiàn)場調試程序要求的比賽項目,需要在賽前不斷練習程序的編寫和調試,盡量熟悉程序使用,以便在比賽中能夠迅速調整到最佳狀態(tài)。
模擬比賽調試? 賽前還需要進行多次模擬測試,包括學校也可以自己組建多支參賽隊伍,互相之間對抗練習,及時查找可能出現(xiàn)的問題,尋找克服困難的關鍵技術和解決問題的有效途徑,使賽前模擬狀態(tài)達到最佳效果,達到快速提高參賽水平的目的,發(fā)揮出學生獨立、自主、創(chuàng)新的優(yōu)秀品質。
正式組織參賽? 正式參賽前還需要做好器材的備用工作,主要包括各類零件、電池、充電器、接線板、筆記本電腦等器材的備用檢查工作。對于已經(jīng)搭建好的比賽器材,需要有合適的運輸保護箱,以防由于運輸途中的意外而出現(xiàn)擠壓、松動、掉落等情況。并且,這些情況的出現(xiàn)還無法做到及時察覺和判斷,會嚴重影響后面的比賽進程。所以,在到達比賽現(xiàn)場后,還需要再次進行賽前模擬練習,防止運輸過程中出現(xiàn)的器材損壞等情況。
另外,在機器人比賽過程中,還會時常發(fā)生一些突發(fā)狀況,如設備的因素、場地的因素、程序的因素等,有的時候可能輔導教師還不能在現(xiàn)場予以幫忙解決。這就需要學生有強大的心理素質,能夠靈活處理突發(fā)狀況、解決突發(fā)問題,以防措手不及影響比賽,所以事前要交代好隊員各項應對方案。
最后,如果有現(xiàn)場答辯環(huán)節(jié),這將關系到參賽隊伍的精神面貌、道德風尚以及宣傳展示形象,有助于裁判了解隊伍在比賽中的合作情況、比賽和非比賽過程中的道德和精神面貌,以及隊伍的個性化展示。因此,還需要提前安排好答辯、操作演示等人員角色,提前制作好參賽主題的創(chuàng)意展板、彩頁等宣傳材料。
賽后歸納總結? 比賽結束后,首先要做好參賽的收尾工作,包括比賽及輔助工具的收集整理,也包括賽后的經(jīng)驗、教訓總結,這樣才有助于不斷進步。尤其是要樹立一個正確的榮辱觀,正確面對比賽的結果,能夠認識到參加機器人比賽,只是一個鍛煉各方面能力的機會,獲不獲獎都是次要的,主要是在參賽備戰(zhàn)過程中得到大量的鍛煉機會,綜合能力得到明顯提升,增長知識,開闊眼界。
4 競賽輔導的意義
培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作力? 機器人比賽項目中,經(jīng)常會組成兩人或兩人以上的參賽團隊,那么在整個參賽過程中,從賽前的學習、搭建、測試,到賽中的緊張應對、探索方案、集體展示,都需要各個隊員之間親密無間的團隊協(xié)作能力,只有互相之間的配合默契,才有可能獲勝。
另一方面,有時候還需要參加同一項目的兩支隊伍之間不斷的演練測試,才能互相發(fā)現(xiàn)別人和自己的弱點,在幫助別人的同時也能不斷提高自己,提升整個學校的參賽水平。
培養(yǎng)學生的邏輯思維能力? 在參賽過程中需要不斷地拼裝搭建各類器材,不斷地熟悉各個零件的功能和結構,這就提高了學生的動手能力、空間想象力、結構理解力,使得學生手腦并用、同步開發(fā)。
在機器人的程序設計方面,為了解決一個問題,往往需要學生設計出一整套完整的解決思路,并用程序設計付諸實施。這就使得學生的邏輯思維能力得到提高,為其他學科的學習提供了思維訓練和幫助。
培養(yǎng)學生的條理嚴謹性? 在比賽過程中可以發(fā)現(xiàn)學生的獨立自主性逐漸增強。參加機器人比賽需要許多工具和零件,可以給每個隊伍都配備一個工具箱,同時每隊指定一名專門照看這個工具箱的人員。于是隊伍每次參加比賽,工具都整理得非常整齊。同時,這也加強了學生的自理能力,使他們在家也能夠將自己的房間整理得井井有條。
培養(yǎng)學生的集體榮譽感? 機器人比賽也是一項集體的活動,大到學校的聲譽,小到參賽團隊或是個人的榮譽,都會激發(fā)出學生的拼搏意識、團隊意識。他們通常會為了集體的榮譽,付出更多的精力和時間,形成人人爭先恐后的良好形勢,提高比賽的激烈性、觀賞性和學生的集體榮譽感。
5 結語
在機器人教育的初始階段,著重建立一個科學有效的競賽輔導機制,使廣大學生能夠在目前教育環(huán)境好的背景下快速提升自己的科學素養(yǎng)、創(chuàng)新思維、實踐能力、合作意識?!?/p>