基于機(jī)器人校本課程教學(xué)的聾生創(chuàng)造力培養(yǎng)實(shí)踐探索

韓一鳴

(天津市聾人學(xué)校 天津300250)

0 引 言

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》提出，“關(guān)心每個(gè)學(xué)生，促進(jìn)每個(gè)學(xué)生主動(dòng)地、生動(dòng)活潑地發(fā)展，尊重教育規(guī)律和學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律，為每個(gè)學(xué)生提供適合的教育”，這一教學(xué)方針為教師的工作指明了方向，提供了方法。聾校義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出，要積極推進(jìn)個(gè)別化教學(xué)，在充分發(fā)揮聾生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和自覺性的同時(shí)，尊重聾生的個(gè)體差異，堅(jiān)持因材施教。

2018年教育部發(fā)布的《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》中指出，未來將形成“人工智能+X”的復(fù)合專業(yè)培養(yǎng)新模式，并對(duì)中小學(xué)、高校等多層次教育體系提出要求，未來將在中小學(xué)階段引入人工智能普及教育。由于機(jī)器人是人工智能中最重要的一部分，因此需要讓聾生了解人工智能，了解機(jī)器人會(huì)對(duì)聾生未來步入社會(huì)起到非常重要的幫助和推動(dòng)作用。讓聾生領(lǐng)悟科學(xué)探究方法，發(fā)展科學(xué)探究能力，體驗(yàn)科學(xué)探究的樂趣，養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神也是《聾校義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)》中作為課程內(nèi)容重點(diǎn)提到的。

創(chuàng)造力是 21世紀(jì)人才必備的重要素質(zhì)，近年來，國家在大力倡導(dǎo)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。習(xí)總書記在出席全國科技創(chuàng)新大會(huì)時(shí)指出，科技興則民族興，科技強(qiáng)則國家強(qiáng)。到 2020年使我國進(jìn)入創(chuàng)新型國家行列，到 2030年使我國進(jìn)入創(chuàng)新型國家前列，到新中國成立 100年時(shí)使我國成為世界科技強(qiáng)國。可以看出，科技發(fā)展對(duì)于國家的發(fā)展、民族的昌盛起到至關(guān)重要的作用。作為科技發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)——機(jī)器人早已不是一個(gè)遙不可及的夢想，機(jī)器人已經(jīng)全面融入我們的生活，而機(jī)器人教育也早已走進(jìn)校園[1]，其對(duì)學(xué)生創(chuàng)造性空間想象力、創(chuàng)造性思維能力方面的培養(yǎng)起到十分重要的幫助作用。在這樣一個(gè)科學(xué)發(fā)展的時(shí)代，聾生同樣迫切需要掌握這些能力，提高科學(xué)素養(yǎng)，為其未來發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 開設(shè)機(jī)器人校本課程對(duì)培養(yǎng)聾生創(chuàng)造力的意義

1.1 提高聾生的創(chuàng)造性空間想象力

機(jī)器人學(xué)習(xí)套裝里包含種類豐富的結(jié)構(gòu)零件，這些結(jié)構(gòu)零件可以組成各種簡單和復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)在生活中大量存在。聾生在學(xué)習(xí)的時(shí)候，自己搭建起這些結(jié)構(gòu)，不僅可以了解很多結(jié)構(gòu)知識(shí)，培養(yǎng)聾生的空間感，同時(shí)也可以提高聾生的創(chuàng)造性空間想象力。

1.2 培養(yǎng)聾生的創(chuàng)造性思維能力

機(jī)器人學(xué)習(xí)中非常重要的一點(diǎn)就是邏輯編程。機(jī)器人是通過一整套嚴(yán)密的程序來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者的要求，只有經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)而周密的思考，編寫出一套好的執(zhí)行程序才能實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)想，讓機(jī)器人按照自己的意愿來行動(dòng)。這種邏輯思維能力對(duì)學(xué)生的智力發(fā)展非常重要，是機(jī)器人學(xué)習(xí)中最重要的一種能力培養(yǎng)。學(xué)習(xí)型機(jī)器人的邏輯編程軟件不是生澀難懂的各種代碼，而是以形象易懂的圖形化界面，使得邏輯思維訓(xùn)練變得更加容易。因此在機(jī)器人學(xué)習(xí)過程中，培養(yǎng)了聾生的創(chuàng)造性思維能力[2]。

2 制定個(gè)性化教學(xué)目標(biāo)及內(nèi)容

教學(xué)目標(biāo)是整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，要使每個(gè)學(xué)生都有所收獲，就要求教師在制定教學(xué)目標(biāo)時(shí)考慮到學(xué)生的差異性，依據(jù)先期對(duì)學(xué)生各方面能力的評(píng)估結(jié)果，有針對(duì)性地為每個(gè)學(xué)生“量身定做”，制定適合其自身成長與發(fā)展的教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)內(nèi)容。在同一教學(xué)內(nèi)容(主題)中根據(jù)學(xué)生能力水平的不同設(shè)計(jì)提供不同層次、不同難度的學(xué)習(xí)內(nèi)容。教學(xué)方法通常分為 3個(gè)層級(jí)：以語言、文字、圖片為媒介的教學(xué)方法；以實(shí)物為媒介的方法；綜合的教學(xué)方法。

2.1 初期階段(小學(xué)高段)

本階段學(xué)生往往年齡較小并且初步接觸機(jī)器人，在課程中以模仿結(jié)構(gòu)搭建、講解機(jī)械傳動(dòng)、介紹簡單的物理知識(shí)為主，本階段的學(xué)生在年齡上處于培養(yǎng)學(xué)習(xí)習(xí)慣、思維習(xí)慣的關(guān)鍵期，是打基礎(chǔ)的階段。根據(jù)聾人學(xué)生思維發(fā)展的特點(diǎn)，制定如下教學(xué)方法：

①本階段的初期給學(xué)生一些搭建步驟圖(圖 1)，通過按照步驟搭建，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。這樣學(xué)生可以較快完成作品，體會(huì)成功的喜悅，這對(duì)學(xué)生增強(qiáng)信心、提高學(xué)習(xí)興趣有幫助。教師在學(xué)生完成作品后，對(duì)作品中結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技巧進(jìn)行講解，便于學(xué)生今后應(yīng)用。但此階段不宜過長，需防止學(xué)生出現(xiàn)思維惰性，以免對(duì)學(xué)生在后續(xù)的學(xué)習(xí)階段獨(dú)立思考解決問題的能力產(chǎn)生影響。

圖1 搭建步驟圖Fig.1 Construction step diagram

②本階段的中期，學(xué)生逐漸由按步驟搭建圖一步步搭建，轉(zhuǎn)變成只看最終的完成圖(圖 2)自行完成搭建。因?yàn)橥瓿蓤D中很多部分是被隱藏的，學(xué)生需要自己想象思考將隱藏內(nèi)容補(bǔ)充完整。這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性空間思維能力有很大幫助。學(xué)生通過“腦補(bǔ)”解決問題克服困難完成作品，可進(jìn)一步增強(qiáng)其學(xué)習(xí)的信心和興趣。本階段向?qū)W生講解簡單的機(jī)械、物理知識(shí)，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)。

圖2 作品完成圖——升降機(jī)Fig.2 Finished picture of work-elevator

③本階段的后期，教師在備課中制作木質(zhì)科學(xué)模型(圖 3、4)，在課上予以展示，讓學(xué)生不僅從實(shí)物中看到機(jī)械原理知識(shí)便于學(xué)生理解，還能避免如在使用搭建圖或教師制作模型范例而使學(xué)生產(chǎn)生的對(duì)范例一味模仿的依賴性。實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生自主創(chuàng)新、探索能力的培養(yǎng)。

圖3 木質(zhì)科學(xué)模型——直升機(jī)Fig.3 Wood science model-helicopter

圖4 學(xué)生搭建作品——直升機(jī)Fig.4 Students’ construction work-helicopter

2.2 中期階段(初中學(xué)段)

本階段學(xué)生具備了一定的動(dòng)手能力、搭建技巧、機(jī)械知識(shí)、物理知識(shí)，在鞏固已有知識(shí)的同時(shí)，通過學(xué)習(xí)簡單編程培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力。

本階段的前期，使用樂高 EV3-G編程等圖形化編程軟件(圖 5)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。在這一階段，為了抓住學(xué)生對(duì)于編程的好奇心，通常只搭建簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)，如電風(fēng)扇、小車等，著重強(qiáng)調(diào)運(yùn)用程序，結(jié)合各類傳感器對(duì)電風(fēng)扇、小車等進(jìn)行控制。

圖5 樂高EV3—G編程環(huán)境Fig.5 LEGO EV3-G programming environment

本階段的后期，學(xué)生在掌握基本的編程知識(shí)和搭建知識(shí)后，以各種機(jī)器人主題為依托，以使用木質(zhì)原理模型為基礎(chǔ)，結(jié)合所學(xué)編程知識(shí)，制作較為復(fù)雜的作品，同時(shí)結(jié)合培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的特點(diǎn)，針對(duì)每一個(gè)機(jī)器人主題均有相應(yīng)的模型作為發(fā)明母體，利用該模型的基本性能再結(jié)合其他科學(xué)原理，便可創(chuàng)新衍生出一件新的作品。也可將一件模型與其他模型進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，形成新的模型(圖 6)……如此反復(fù)，讓學(xué)生創(chuàng)造性思維訓(xùn)練有章可循，有法可依，同時(shí)創(chuàng)造性思維得到充分的延伸[3]。

圖6 發(fā)散性思維訓(xùn)練過程Fig.6 Diagram of divergent thinking training process

2.3 后期階段

以命題競賽或挑戰(zhàn)任務(wù)方式開展創(chuàng)新設(shè)計(jì)制作活動(dòng)。設(shè)置挑戰(zhàn)任務(wù)讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決學(xué)習(xí)、生活中發(fā)現(xiàn)的難題。競賽是機(jī)器人教學(xué)中重要的一部分，聾生參加機(jī)器人競賽，在與健聽人的較量、交流中增強(qiáng)自信，為聾生未來走入社會(huì)打下基礎(chǔ)。

3 以興趣為導(dǎo)向，結(jié)合聾生思維認(rèn)知特點(diǎn)找到適合每位聾生的發(fā)展方向

興趣是人們探究事物或從事某種活動(dòng)的心理傾向，它以認(rèn)識(shí)或探索外界的需要為基礎(chǔ)，是推動(dòng)人們認(rèn)識(shí)事物、探究真理的重要?jiǎng)訖C(jī)，可以說沒有興趣就沒有學(xué)習(xí)。為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，在設(shè)計(jì)課程內(nèi)容上注重將學(xué)生的興趣與機(jī)器人課程相結(jié)合。比如筆者設(shè)計(jì)的《跳繩機(jī)器人》一課中，將學(xué)生感興趣的體育項(xiàng)目跳繩和機(jī)器人結(jié)合在一起。課上將學(xué)生兩人一組進(jìn)行分組，每組由一位動(dòng)手能力較強(qiáng)的學(xué)生和一位邏輯思維能力較強(qiáng)的學(xué)生組成，在作品完成的過程中，兩位學(xué)生分工合作，取長補(bǔ)短，既尊重了個(gè)性差異，又能從學(xué)生之間的不同觀點(diǎn)得到啟發(fā)，促使學(xué)生的思維向廣度和深度發(fā)展。

再比如在學(xué)校機(jī)器人活動(dòng)社團(tuán)中組建了機(jī)器人足球隊(duì)，每支機(jī)器人足球隊(duì)由 2～3名學(xué)生組成。根據(jù)聾生思維和認(rèn)知特點(diǎn)對(duì)隊(duì)伍中的學(xué)生進(jìn)行責(zé)任分工(表 1)。

表1 責(zé)任分工表Tab.1 Division of responsibilities

遵循學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律，讓動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生負(fù)責(zé)足球機(jī)器人的設(shè)計(jì)和搭建培養(yǎng)學(xué)生的形象思維能力；讓邏輯思維能力強(qiáng)、善于思考的學(xué)生負(fù)責(zé)足球機(jī)器人的程序編寫，根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)充分發(fā)揮學(xué)生優(yōu)勢；再挑選隊(duì)伍中反應(yīng)敏捷，心理素質(zhì)強(qiáng)的學(xué)生操作機(jī)器人，這樣學(xué)生之間揚(yáng)長避短，充分挖掘?qū)W生潛力。正如《禮記·學(xué)記》中所說的，“使人不由其誠，教人不盡其材。其施之也悖，其求之也佛”。就是說教師要對(duì)學(xué)生誠心，要了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，了解他們的優(yōu)勢和劣勢，因材施教，否則就達(dá)不到育人的目的。

4 結(jié) 語

機(jī)器人教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，提高學(xué)生創(chuàng)造力中起到了十分重要的作用，不僅迎合了素質(zhì)教育的要求，對(duì)于培養(yǎng)和提高學(xué)生的信息素養(yǎng)、綜合能力、創(chuàng)新素質(zhì)也具有重大的意義。機(jī)器人課程教學(xué)是培養(yǎng)和提高學(xué)生創(chuàng)新能力、綜合素質(zhì)的理想平臺(tái)。機(jī)器人教育要關(guān)注每個(gè)學(xué)生發(fā)掘自身潛在的強(qiáng)項(xiàng)智力，不應(yīng)只局限于與機(jī)器人技術(shù)聯(lián)系密切的智力的培養(yǎng)，還要對(duì)學(xué)生因材施教，發(fā)現(xiàn)他們的潛力，進(jìn)行有效培養(yǎng)，從而轉(zhuǎn)化為創(chuàng)造力。