利用實體機器人培養學生創新能力

楊正

摘要：本文闡述了利用實體機器人，開展興趣小組和競賽活動，激發和提高學生創新能力的實踐經驗。本實踐以生本教育理念、建構主義理論和柔性思想為基礎理論，以基于項目（任務）的自主學習、個性化學習和小組學習為主要教學方式。

關鍵詞：實體機器人 ；創新能力

一、開展實體機器人教育的困惑

筆者所在的學校近幾年逐步提高在實體機器人設備方面的投入，一方面組織學生參加省市各類比賽，另一方面成立學生相關社團（興趣小組），每周抽出固定時間（一到二節課）進行教學活動。筆者作為指導教師，遇到過一些困惑。

困惑一：機器人的項目多，廠家也多，各個廠家機器人的搭建方法，程序編寫方法都有差別，輔導教師人數精力有限，應該如何輔導學生？

困惑二：研究指出，機器人是培養學生創新能力的很好的載體，但是教師應該如何做，才能真正提高學生的創造能力？

困惑三：參加機器人競賽對學生的全面發展有積極作用，但是，也存在著一些不利因素。準備競賽往往使學生目標單一，容易疲憊，競賽結束，部分學生興趣減少，如何使得學生能夠保持一種興趣和內在的積極性，從而真正提高學生的創新能力和綜合素質？

通過幾年的實踐，對如何解決上述問題，筆者總結了一些經驗。

二、機器人教育活動的實踐

1.以校本課程為基礎，講授核心基礎知識

機器人項目多，搭建方法，程序編寫方式各有不同，課該怎么上？解決這個問題，筆者采用了自主學習的方法。但學生開展自主學習又是需要基礎的。所以，在教學中，教師精講最為基礎的知識，包括控制器、傳感器、執行器之間的關系；巡線和壁障的基本原理（了解光電傳感器和觸碰傳感器）；順序、循環、條件等通用程序結構；小車的結構設計，機械手的推、勾、抓等動作結構設計。通過四到六節的集體授課，學生了解到最基礎的機器人相關知識。

2.通過多種途徑，營造創新的土壤

（1）通過自主學習，提高學生的創新能力。

教育機器人種類多，學習內容的多樣化，恰恰為自主學習提供了機會。自主的學習，獨立個性化的思考和實踐，最終促進了創新能力的提高。為了實現這樣的目的，我們采用了分組法、任務驅動法、基于項目的學習等方法，激發學生自主學習。

教師給學生提供了多種任務和項目可供選擇。學生在分組和項目選擇上有充分的自由度，因為選擇來到機器人社團（興趣小組）學習的學生，本身就有著比較強的興趣，給學生自由，能最大限度的保護學生的興趣，從而激發他們的創造性。這里要特別注意，教師提供的可選項目或者任務必須是貼近學生生活的，學生比較感興趣的，通過思考容易完成的。

（2）提供豐富的資源可供參考。自主學習，個性化學習，必定需要豐富的參考資源。我們開辟了云空間，將收集到的各種相關資源上傳，便于學生自學。各個學生小組帶著任務去學習，自然就會自主選擇需要閱讀的資料，或者利用網絡，查找想要的知識或者解決方法。在社團活動時間，我們常常發現，各個小組成員，有的在編寫程序，有的在調試搭建機器，還有的在討論。這些討論有小組內部的，也有小組之間的。教師當然無法完全知道他們的討論內容，但是，有很多的新的解決方法，就是在這樣的學習、討論與調試之中產生的。

（3）采用多層次、以鼓勵為主的評價方法。個性化的學習，自主性的學習，必然導致沒有統一的評價標準，因此我們采用了多層次，多角度的評價方法。例如可以根據比賽成績，作品完成情況，完成相關小組的任務情況來評價。評價以鼓勵為主，要相信學生可以完成目標，只是時間先后有差別。

（4）以靜待花開的心態，給學生豐富的自由時間，采用基于項目自主化分組學習，教師常常會感到無事可做。其實，教師要有靜待花開的心態，只在學生需要幫助的時候，給予指導。原因在于，在自主學習的過程中，學生會有自己的思考，他們非常迫切想獨立解決問題。這個時候，恰恰是學生提高解決問題能力，提高創新能力的一個契機。教師一定要給學生充足的時間，如果教師過多指導，學生反而不愿意聽，也不利于提高學生創新能力。這也正好符合了生本教育理念、建構主義理論以及柔性的教育教學方法。

教師可以利用這個時間，去開發后面的教學活動，親自去實踐幾個項目，這樣更有利于開展有針對性的指導，更好帶動學生進行設計和制作，提高創新能力。

3.通過機器人競賽，提高學生綜合素質

機器人比賽同自主學習有所不同，是比賽就有輸贏。如果在輸贏方面處理不好，很可能會打擊學生的積極性，從而丟失創新的動力。我們多次遇到這樣案例：某學生，在機器人組裝以及程序設計很有天賦。初中多次進入省賽，并且還拿過二等獎。進入高中，就主動加入社團，積極準備比賽，并且賽前信心滿滿。但是比賽總有很多難以預料的情況。高中的第一次比賽就失誤了，不僅沒有進入省賽，市賽前八都沒有進入。比賽完后，該同學很受打擊，很長時間都不愿意碰機器人。作為指導教師，經過反思，認為教師應該避免把比賽成績看得太重，而應該強調把比賽作為鍛煉提高的機會，要教會學生，一方面要重視比賽，一方面還要正確面對失利。

同時，機器人比賽同其他比賽相比，由于設備的不穩定性（電腦、傳感器、馬達、電池等）更容易發生突發情況，更能鍛煉學生的應變能力、心理能力和實踐能力。

三、意義與展望

開展機器人活動，可以提高學生的創新能力。但就目前的情況來看，教育實體機器人一般還只限于社團活動（興趣小組），離普遍開展還有差距。但是，只要有學生和教師參與其中，就會起到一定的示范作用。隨著人們觀念的改變、小班化、相關投入的增加以及教育教學方法的變化，會有更多的學生有機會接觸和參與到機器人等科技活動中，并迸發出旺盛的創造活力。

參考文獻：

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（作者單位：廣東省中山市華僑中學528400 ）endprint