借助智能機(jī)器人教育培養(yǎng)學(xué)生基本能力

周琦

中小學(xué)信息技術(shù)教育發(fā)展到今天，其內(nèi)容也隨著信息技術(shù)的發(fā)展而變化，多年來(lái)計(jì)算機(jī)作為教育載體成為中小學(xué)信息技術(shù)教育的惟一工具，這種狀況決定了中小學(xué)校信息技術(shù)教育的教學(xué)內(nèi)容，也引發(fā)了對(duì)中小學(xué)信息技術(shù)教育內(nèi)容發(fā)展的爭(zhēng)論。而智能電腦機(jī)器人作為中小學(xué)校信息技術(shù)教育領(lǐng)域新載體的出現(xiàn)，不僅充實(shí)了信息技術(shù)教學(xué)的內(nèi)容，也使我們對(duì)中小學(xué)校信息技術(shù)教育有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)，使中小學(xué)的信息技術(shù)教育更全面的體現(xiàn)了信息技術(shù)內(nèi)涵。隨著社會(huì)智能技術(shù)的發(fā)展，智能電腦機(jī)器人教育走進(jìn)我們的課堂已經(jīng)成為必然趨勢(shì)，智能電腦機(jī)器人技術(shù)融合了機(jī)械造型、電子傳感器、計(jì)算機(jī)軟硬件和人工智能等眾多先進(jìn)技術(shù)，而這些充分體現(xiàn)了當(dāng)代信息技術(shù)多個(gè)領(lǐng)域的重要內(nèi)容，更是智能技術(shù)的結(jié)晶。智能電腦機(jī)器人作為學(xué)生能力、素質(zhì)培養(yǎng)的智能平臺(tái)之一，必將承載起信息技術(shù)教學(xué)新載體的任務(wù)，給信息技術(shù)基礎(chǔ)教育帶來(lái)新的活力。 因此，根據(jù)我校智能機(jī)器人教學(xué)開(kāi)展的實(shí)際情況，并結(jié)合我們學(xué)校主課題及綜合組的校級(jí)子課題，我確定了個(gè)人的研究課題“在動(dòng)手操作活動(dòng)中培養(yǎng)學(xué)生多種能力的研究”。本文就學(xué)生多種能力的培養(yǎng)談?wù)勛约涸凇洞罱t綠燈》一課教學(xué)中的幾點(diǎn)體會(huì)。

一、培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)變能力

一個(gè)完整、能夠完成任務(wù)的機(jī)器人，往往要用光、聲、電、機(jī)械等各種器件，機(jī)器人因涉及多門(mén)類(lèi)、多學(xué)科的知識(shí)和原理，通過(guò)教學(xué)可以拓展學(xué)生各學(xué)科的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，又可將各學(xué)科的知識(shí)橫向聯(lián)系起來(lái)，對(duì)各學(xué)科所學(xué)知識(shí)起到鞏固作用。首先，機(jī)器人教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中，學(xué)生按照?qǐng)D形要求或設(shè)想將幾十種、甚至上百種各種零配件搭建成一個(gè)完整的能執(zhí)行任務(wù)的機(jī)器人，每一個(gè)搭建步驟都必須自己或小組協(xié)同完成，這大大提高了學(xué)生應(yīng)用各種工具的技巧和靈活的動(dòng)手能力、空間想像能力。其次，在搭建前要構(gòu)思巧妙完成的方式、方法和途徑，對(duì)可行性要進(jìn)行分析，得出最佳方案。在這一過(guò)程中，學(xué)生的觀察能力、思維能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力都得到了培養(yǎng)。例如，我上課伊始就出示了事先搭好地紅綠燈，讓它進(jìn)行閃爍，從而激發(fā)學(xué)生興趣。至于怎樣搭建紅綠燈的方法并沒(méi)有教授，而是讓學(xué)生分組，通過(guò)小組協(xié)作、自主嘗試的方式完成搭建任務(wù)。

二、培養(yǎng)學(xué)生處理信息的能力

智能機(jī)器人工作過(guò)程完全是靠各部件，如觸發(fā)器，灰度檢測(cè)卡、紅外發(fā)射與接收器等來(lái)接收信息，然后對(duì)信息進(jìn)行分析并作出反映。信息收集已經(jīng)成為這個(gè)活動(dòng)發(fā)展過(guò)程中非常重要的一環(huán)。對(duì)于機(jī)器人能夠收集——處理——反饋信息的過(guò)程，學(xué)生充滿了好奇和無(wú)限的激情，他們渴望能把設(shè)想變成現(xiàn)實(shí)。因而，機(jī)器人教學(xué)能很好的培養(yǎng)學(xué)生的信息意識(shí)和收集、分析、處理信息的能力。在本課一開(kāi)始，我讓學(xué)生交流收集到的有關(guān)紅綠燈的信息，不僅為學(xué)生自主搭建紅綠燈埋下伏筆，而且培養(yǎng)了學(xué)生良好的信息意識(shí)和收集、交流信息的能力。

編寫(xiě)程序是以智能電腦機(jī)器人為平臺(tái)的學(xué)習(xí)內(nèi)容之一，在編程序的過(guò)程中學(xué)生要了解智能電腦機(jī)器人的結(jié)構(gòu)功能、工作原理，并根據(jù)機(jī)器人要完成的某項(xiàng)任務(wù)來(lái)編寫(xiě)程序。學(xué)生要充分了解機(jī)器人的各種傳感器，通過(guò)程序來(lái)控制傳感器，使機(jī)器人感知外界的環(huán)境，并對(duì)接受的信息做出感應(yīng)。學(xué)習(xí)為機(jī)器人編寫(xiě)程序的過(guò)程可以用擬人的方法循序漸進(jìn)的進(jìn)行。例如：可以將機(jī)器人的硬件看作一個(gè)剛剛出生的孩子，而學(xué)習(xí)為機(jī)器人編程序的過(guò)程是學(xué)生賦予機(jī)器人行走、避障、避碰、說(shuō)話、聽(tīng)話、觀察等人類(lèi)行為功能的過(guò)程。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中始終感受著失敗的遺憾和成功的喜悅，對(duì)遺憾和喜悅的感受必然形成學(xué)習(xí)的動(dòng)力和興趣。

三、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

機(jī)器人技術(shù)具有科技含量高，綜合性強(qiáng)、創(chuàng)新性強(qiáng)的特點(diǎn)。在教學(xué)過(guò)程中，一方面，教師要調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，鼓勵(lì)學(xué)生勇于探索，使用與眾不同的方法、思路進(jìn)行搭建，按照自己的策略編寫(xiě)程序。另一方面，學(xué)生會(huì)根據(jù)自己的實(shí)踐和認(rèn)知，認(rèn)真思考，提出各種設(shè)想，創(chuàng)造性地搭建各種機(jī)器人。學(xué)生為實(shí)現(xiàn)自己的夢(mèng)想，會(huì)充分挖掘自己的能力，將自己的設(shè)想付諸實(shí)踐，想盡各種辦法檢驗(yàn)自己的創(chuàng)意和設(shè)計(jì)。因此，機(jī)器人教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。例如，在學(xué)生實(shí)踐中，學(xué)生為了完成紅綠燈發(fā)光的任務(wù)，通過(guò)不斷地研究和調(diào)試程序，有的小組而創(chuàng)新性實(shí)現(xiàn)的幾種不同的紅綠燈的閃爍方式，問(wèn)他們?yōu)槭裁匆@樣做，他們的回答是“我們認(rèn)為這樣的紅綠燈的閃爍方式比較有效，更利于指揮馬路交通”。不得不佩服其實(shí)學(xué)生的創(chuàng)新能力是無(wú)限，就看我們的老師給學(xué)生怎樣一個(gè)發(fā)揮、想像的空間，他們一定會(huì)給我們一個(gè)大大的驚喜。

四、培養(yǎng)學(xué)生的合作能力

青少年學(xué)生由于受到自身學(xué)識(shí)和能力的局限，往往要采用小組形式教學(xué)。小組共同分析、探討策略的可行性，共同設(shè)計(jì)、改裝機(jī)器人；協(xié)同完成機(jī)器人部件的搭建；一起設(shè)計(jì)、調(diào)試程序，一起觀察、探討、糾正機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題。小組成員既要分工又要合作、既合作又競(jìng)爭(zhēng)往往會(huì)形成了一個(gè)很好的團(tuán)隊(duì)，他們的團(tuán)隊(duì)精神就得到了培養(yǎng)。在機(jī)器人課堂，你看不到以往傳統(tǒng)的教學(xué)模式，課堂里的主角不再是老師，老師在這里只起輔導(dǎo)、幫助的作用。我們都知道，在積極主動(dòng)的參與過(guò)程中所獲取的信息留給學(xué)生們的印象是最深的。當(dāng)他們?nèi)硇耐度雱?chuàng)作過(guò)程中時(shí)，他們進(jìn)入了最佳的學(xué)習(xí)狀態(tài)。學(xué)習(xí)機(jī)器人的學(xué)生們，首先是他們對(duì)學(xué)習(xí)的內(nèi)容充滿了興趣；其次是一些概念的東西經(jīng)過(guò)他們自己的實(shí)踐總結(jié)出來(lái)并上升到理論高度的，因而，不需死記硬背；再次是學(xué)生們以組為單位，有負(fù)責(zé)設(shè)備管理的，有負(fù)責(zé)搭建機(jī)器人模型的，有負(fù)責(zé)編制程序的，大家分工合作，依靠集體的力量完成自己本組機(jī)器人的設(shè)計(jì)工作。 例如，我設(shè)計(jì)了搭建紅綠燈比賽的這一環(huán)節(jié)，讓學(xué)生通過(guò)分兩人一組合作完成搭建任務(wù)，看哪個(gè)小組用時(shí)最短，就是優(yōu)勝，通過(guò)這樣的形式學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣高漲了，團(tuán)隊(duì)精神也得到充分的培養(yǎng)。

機(jī)器人教育是一場(chǎng)教育的革命，在這場(chǎng)革命中，我們教育者應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生搶先一步占得先機(jī)，搶占制高點(diǎn)。在學(xué)生成長(zhǎng)的過(guò)程中，不僅要傳授他們知識(shí)，更要培養(yǎng)他們的綜合能力，創(chuàng)造能力。為學(xué)生搭建好這樣一個(gè)平臺(tái)，使學(xué)生在活動(dòng)中得到極大的喜悅和滿足，鼓勵(lì)學(xué)生以更大的熱情投入到下一次教育活動(dòng)中，確保學(xué)生能力意識(shí)的加強(qiáng)，培養(yǎng)他們成為適應(yīng)未來(lái)發(fā)展的綜合人才。

【作者單位：昆山市周市中心小學(xué)校 江蘇】