在機器人創意比賽活動中培養青少年創新能動性

中國青少年機器人競賽創意比賽已經舉辦了14屆，每一屆都給出一個特定的并且接近生活或社情的主題，讓參賽選手在主題的約束下選題、研究要解決的問題、設計并充分利用各種材料制作一個能解決問題的機器人作品。由于廣大初中學生本來就對機器人有著濃厚的興趣，加之制作機器人的材料不受限制，這樣學生就可以充分發揮自己的想象力，利用各種材料，進行各種嘗試，最終完成作品。

青少年機器人創意比賽有以下幾個特點。

趣味性。學生可以更清楚地了解到自己興趣與實力之間的差距，并進一步完善自己。

綜合性。機器人創意比賽要求選手掌握編程（信息技術相關知識）和結構（包括生活常識、數學及物理等方面）知識，通過比賽，開闊學生視野。

團隊協作性。參加創意比賽的學生可以充分鍛煉學生團隊合作能力，取人之長，補己之短。

訓練意志力。創意比賽提供了一個鍛煉意志力的機會，讓學生在很長的時間里專注于一件事情的完成，并在取得成績后體會成功的滋味。

培養科學素養。學生能在這個過程中熟悉科技創新的過程、方法，提高科學素養。

自主性。比賽規則要求，參賽作品要體現“三自性”，即參賽項目在教師的指導下由學生自己選題、自己設計、自己制作。

2014年青少年機器人創意比賽的主題是“助老助殘”，主要是從生理和心理2個方面來幫助殘疾人和老年人，給他們的生活提供便利。

我校學生備戰創意比賽的過程

在拿到比賽規則后，我先進行了詳細的閱讀和理解，然后召集參加創意比賽的學生進行商討。

根據規則對選題的建議，學生們將幫助的對象聚焦到“老”字上，隨即確定了一個方案，即“載物車”。選擇的題目與他們所生活的環境密切相關，一來，他們所居住的小區“石油城”中老年人占了很大比例;二來，整個小區的住宅樓都沒有電梯，老人在搬運重物時顯得力不從心。學生們緊緊抓住這一生活細節進行選題討論。在他們選題的過程中，教師只提供比賽規則并分析比賽意圖，學生自己討論并選題，再向教師陳述自己選題的依據及可行性，教師斟酌后確定題目。整個過程中，教師只分析規則和確定題目，不參與討論選題的過程。

確定問題后，要提出解決問題的方案，并設計一個能體現方案可行性的機器人。這種設計包括如下幾個方面。

功能設計。根據被幫助對象的實際情況，學生要實現的功能有搬起重物、放下重物、前進、后退、掉頭、上樓梯、下樓梯。

結構設計。根據學?，F有的樂高9797及其配件箱等硬件，主要使用1個NXT主控器、3個電機及2個接觸傳感器。小車的底盤由2個電機、4個車輪及2條履帶組成。通過2個電機的轉動帶動車輪履帶向前走，NXT主控器放在車的后邊，便于在車的前面搭建橫梁，提升、釋放重物。2條履帶配合電機、齒輪可以爬樓梯。重物架及另外1個電機通過多個橫梁來固定，1個電機帶動4個齒輪轉動，通過l根線來拉升、釋放提升重物的齒輪，從而使得重物可以上下。

程序設計。通過控制底盤2個電機的轉動實現前進、后退、掉頭、上下樓梯。通過重物架上的馬達實現搬起、放下重物。

整個設計過程完全由學生根據現有材料設計完成，唯一經過教師點撥的是搬放重物可以使用細線來完成。

按照設計，選擇器材，組裝機器人，整個過程教師不必參與，讓學生自己動手。初始載物車如照片所示。

機器人結構完成后，就可以按照預定的意圖編制程序，在學生遇到困難時，老師可以給予必要的指導。

制作完成進行測試時，發現載物車并不能像想象中那樣進行上下樓梯，原因是馬達力量太小、車身重，履帶后輪沒有力量。因此，學生立刻將履帶用輪子代替，并利用齒輪將前輪的力量傳給后輪。再次實驗時，發現載物車根本不能前進，多次實驗后得出的結論是“車身后面由于要負擔NXT主控器的重量，所以前進困難”。于是，學生又在車身后面又增加了1個小車輪來分擔NXT主控器的重量，這樣反復實驗后，載物車終于完美問世。

學生在備賽過程中的表現

整個作品從設計、制作、編程到完成一共花費2個月的時間。在制作之前我還擔心學生什么都不會，估計大部分時間都會花費在培訓上，可事實卻讓我對這些學生另眼相看，他們在整個制作過程中表現出以下讓我吃驚的品質。

獨立自主。整個過程中教師除了陪伴和維持紀律外，基本上沒有任何參與。

超強的動手實踐能力。在制作作品的過程中，體現出了嫻熟的拼裝組建能力，對各個樂高的細小部件都能準確運用。

其他學科知識的運用。初一年級尚未開設物理課，但學生仍可以靈活地將齒輪的作用發揮到極致，在沒有多余電機的情況下，運用齒輪來傳動。

很好的團隊協作能力。載物車由我校初一年級3位另同學合作完成。在制作過程中，3個人都有自己的明確分工，分別是底盤制作及編程、重物架制作及編程、研制報告的撰寫。每個人在制作完成后進行組合，再商討、修改。

一點就通的領悟力。3名學生在具體實踐的過程中都遇到不同程度的問題，但經教師稍一分析，他們就已經有了自己新的想法，并將想法付諸行動，然后不斷修改完善。

他們所表現出來的品質讓我對他們所受的教育產生了極大的興趣，于是我對他們進行了訪談調查，發現他們家中都有拼裝組建類的玩具或設備，如積木、樂高機器人等，通過這些玩具或設備，他們就能很好地將課堂上所學的理論知識應用到具體實踐中。理論與實踐相結合，加上他們好奇和能動，就可以創造出這個世界上不曾有的新東西。

創新能動性培養的具體措施

家庭作用應重視。我在對學生的調查中發現，凡是動手能力比較強的學生，從小家中就有各種鍛煉動手能力的玩具和設備，但是他們沒有任何父母或教師的指導，有些玩具沒有被充分利用。所以，要鍛煉學生在創新活動中的能動性，首先應充分利用這些玩具或設備，讓他們對創新活動充滿興趣?？梢园凑障聢D所示的步驟進行。

按圖紙拼裝，了解每個部件的性能及功能

改裝拼裝好的模型，進行小范圍的創造

拋開圖紙，進行創造，必要時上網搜集更多資料

經過這3個步驟，學生不但可以了解到各個模型部件的功能，還可以改進和完善發現的不足;不但可以增加視野，還很好地鍛煉了動手實踐能力;充分利用玩具，還可以很好地培育學生的創新能力。

學校活動需加強。學校應開設專門鍛煉學生創新能動性的校本課程，如科技活動小組、樂高機器人教程等，集中訓練在這一方面有天賦的學生，并經常開展各種有關創新能動性的活動，如我校開展的“雞蛋撞地球”、生物生態模型制作、機器人拼裝大賽等。

教師指導作用大。教師在指導過程中應充分發揮“學生主體，教師主導”的理念，將整個設計制作完全交給學生，只在學生有困惑、疑慮時稍加分析、指點。在這個世界上，最具創造性的便是學生，所以在實踐活動中應給予學生充分的信賴，讓學生在信賴中不斷成長。

自主實踐最重要。創新活動能動性培養的對象是學生，所以，學生除了在以上方面進行練習之外，還要利用各種機會進行自主實踐，否則一切便是空談。