初探機器人教學與小學生創新能力的培養

徐云龍

[摘 要]機器人教學是以創新教育理論為指導，以培養學生的創新思維、科學品質、探索精神、實踐能力為目標的學科。本文主要對機器人教學與小學生創新能力的培養進行了初步的探索與總結。

[關鍵詞]機器人教學；創新能力

智能機器人是信息技術發展的前沿領域，是一門具有高度綜合滲透性、前瞻性、創新實踐性的學科。機器人教學是以創新教育理論為指導，以培養學生的創新思維、科學品質、探索精神、實踐能力為目標的學科。智能機器人為學生開展研究性學習、綜合創新活動提供了優秀的平臺，利用智能機器人教學對培養學生探索能力、協作能力和創新能力具有極大的促進作用，是值得我們在實踐中不斷探索的問題。

本人僅結合近兩年在指導學生參加中小學機器人比賽過程中，利用WER教育機器人進行教學實踐，并對如何培養學生創新能力進行初步探索。

一、培養學生的創新意識

在開展機器人教學的過程中，要有效地培養學生的創新能力，首先必須培養學生的創新意識，這是開展機器人教學的一個切入點。我的做法是：

1.培養主動創新意識。教師要把教學還給學生，給學生提供主動、獨立學習的平臺，使學生真正成為項目研究的主人，充分調動學生的主動性，這有利于培養學生的主動創新意識。例如，在講授新技術之前，我常常給學生一些資料，要求學生主動獨立地根據資料去完成某個任務。一開始，學生總想從老師那得到一個即成的解決方案。但我從不輕易解答，而是鼓勵學生主動去探索解決問題的方法。如，在2016WER機器人工程創新賽中，由于我校使用的WER機器人不能自動切換程序，學生需要按鍵反復啟動程序去執行任務。實戰訓練中，我們發現多次切換程序，浪費很多時間。由于這一切換程序的問題存在，我啟發學生主動思考：如何才能加快機器人切換程序的時間？并引導學生主動去實踐，去研究，去創造性地解決問題。就這樣在調動學生學習的主動性的同時，培養學生的主動創新意識。

2.培養合作創新意識。在機器人比賽教學中，建立起融洽的師生、生生關系，把以教師為中心轉變為以學生為中心，鼓勵學生在師生之間、生生之間進行交流，在融洽的氣氛中合作完成比賽任務，幫助學生樹立合作創新意識。當學生的思維活動和結論超出教師所設計和期望的軌道時，教師不應強行把學生思維納入自己的思維模式之中，教師要善于鼓勵學生大膽質疑，鼓勵學生與老師開展辯論，并給學生充分發表見解的機會，這有利于培養學生合作創新意識。如在2016WER工程創新賽機器人完成平衡有效任務中，有一個學生提出了這樣的觀點，他認為：機器人走到黑線時停止，然后數出黑線的根數，確保完成任務。剛開始實驗時成功率很高，同時他還通過實際操作演示說明這樣做可以取得好成績。我沒有馬上簡單的否定學生，而是耐心引導其他學生仔細分析其方案，并在場地上模擬比賽可能出現的各種不穩定因素，最終大家得出的結論：他的方案可行但受環境影響較大。接著，我鼓勵他們一起修改方案：采用可靠性強的“啟動馬達” +“設置輪差”。這樣做既保護了學生學習的積極性，促其創新思維處于活躍狀態，又幫助學生樹立了合作創新的意識。

二、培養學生的創新思維

創新思維是創新能力發揮的前提，因此，教師在教學中必須注重啟發學生，積極引導學生，培養學生的創新思維，提升學生的創新能力，這是培養學生創新能力的重要環節。本人在機器人教學中進行了一些嘗試和探索，從幾個方面來培養學生的創新思維。

1.注重培養想象力思維。想象力概括著世界的一切，推動著人類社會的進步，并且是知識進步和發展的源泉。例如，在市賽中，我們的機器人從基地出發會識別基地前的一根黑線作為出基地的信號，但比賽過程中必發現偶爾會受環境光影響而判斷不了是否出基地。顯然這個機器人的判斷條件存在很大的不穩定性。于是，我啟發學生思考：能不能使機器人不判斷黑線，而走一段固定距離呢？學生們經過討論分析，最后得到這樣一個方案：每次機器人出發時利用輪差，確保了在路口時機器人的朝向都是偏右。通過這一方法的程序設計，我們的機器人出發時穩定性達到了100%。在這過程中，不但培養了學生的想象思維，而且對創新思維和創新能力的發展也很有意義。

2.注重培養批判性思維。批判性思維是有利于激發創新的另一種思維方式。這是一種個性化的思維，它的基礎是懷疑、觀察和實驗。要培養學生的創新思維，必須以辯證的批判性思維為前提，否則，便不會有學生的獨創精神。為此，在智能機器人教學中，老師要挖掘學生主動學習，大膽否定的潛力，給學生創造一種有利于其批判學習的環境，引導學生形成不迷信、不盲從、敢于懷疑，敢于否定的習慣。要培養他們敢于突破舊框框，獨辟蹊徑，標新立異，務求突破的創新精神。如，在設計機器人時，沒有根據場地的模型尺寸確定機器人的尺寸。完成機器人主體拼裝后，我們發現機器人的尺寸對完成任務有較大影響，容易被模型卡住。于是我引導學生思考：如何解決機器人尺寸問題？幾個學生通過觀察和實驗，大膽否定了原來馬達安裝的思路，提出非常新穎的思路：將三個馬達安裝相互貼緊安裝在支撐梁上。這樣，機器人的尺寸就被改得很小，也就避免了被模型卡住的隱患出現。在這一過程中，學生提出了自己的創見，在批判中形成自己獨特的批判性思維，從而形成自己特有的創新思維。

三、培養學生創新能力

學生有了創新改進的想法，教師就要引導學生動手實踐，解決機器人項目研究中遇到的問題，不要讓學生僅僅停留在思考的層面上，而要把學生的思維引導到實踐研究中去，培養學生創新能力。

在比賽準備過程中，我在激發學生創新意識和思維的基礎上，針對不同層次學生的探索和創新的不同欲望，提出解決問題的不同方案，并設計一系列具有啟發性的問題，以培養學生解決問題的創新實踐能力，這是培養學生創新能力的核心。具體做法如下：

1.精心設計訓練方案。教師在進行方案設計時，一定要具有層次性和啟發性，一定要充分挖掘培養與訓練創新能力方面的內容，循序漸進地提出恰當的機器人項目問題，這些訓練應滿足如下要求：一要有適當難度；二要在教和學方面富有探索性；三要培養與訓練學生的創新能力。

2.著力解決比賽任務。智能機器人教學的目的之一就是要參加有關教育部門組織的機器人競賽。為此，在教學中，我直接讓學生在符合競賽要求的場地上操作機器人。機器人的制作使學生遇到許多問題，需要學生不斷地探索。學生動腦筋，想出各種辦法來解決問題，并在實際場地上加以驗證。學生在解決問題的過程中培養了學生解決問題的能力。這樣不但激發了學生學習創新的興趣，培養了學生創新的實踐能力，而且全面地提升了學生的創新素質水平。

開展智能機器人的教學，為學生提供了一個自主、協作與創新的平臺。在學習編程和操作實踐的過程中，有效地提高了學生的邏輯思維能力和判斷能力；在充分培養學生興趣的基礎上，學生輕松掌握了課外知識，切身體會到了編程的樂趣。機器人教學以寓教于樂的方式，在傳播知識的同時提高了學生的創新能力，激發了學生創造發明的天性和潛能。