基于機器人校本課程教學的聾生創造力培養實踐探索

韓一鳴

(天津市聾人學校 天津300250)

0 引 言

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》提出，“關心每個學生，促進每個學生主動地、生動活潑地發展，尊重教育規律和學生身心發展規律，為每個學生提供適合的教育”，這一教學方針為教師的工作指明了方向，提供了方法。聾校義務教育課程標準明確指出，要積極推進個別化教學，在充分發揮聾生學習主動性和自覺性的同時，尊重聾生的個體差異，堅持因材施教。

2018年教育部發布的《高等學校人工智能創新行動計劃》中指出，未來將形成“人工智能+X”的復合專業培養新模式，并對中小學、高校等多層次教育體系提出要求，未來將在中小學階段引入人工智能普及教育。由于機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，了解機器人會對聾生未來步入社會起到非常重要的幫助和推動作用。讓聾生領悟科學探究方法，發展科學探究能力，體驗科學探究的樂趣，養成實事求是的科學態度和勇于創新的科學精神也是《聾校義務教育課程標準》中作為課程內容重點提到的。

創造力是 21世紀人才必備的重要素質，近年來，國家在大力倡導創新型人才的培養。習總書記在出席全國科技創新大會時指出，科技興則民族興，科技強則國家強。到 2020年使我國進入創新型國家行列，到 2030年使我國進入創新型國家前列，到新中國成立 100年時使我國成為世界科技強國。可以看出，科技發展對于國家的發展、民族的昌盛起到至關重要的作用。作為科技發展的風向標——機器人早已不是一個遙不可及的夢想，機器人已經全面融入我們的生活，而機器人教育也早已走進校園[1]，其對學生創造性空間想象力、創造性思維能力方面的培養起到十分重要的幫助作用。在這樣一個科學發展的時代，聾生同樣迫切需要掌握這些能力，提高科學素養，為其未來發展打下堅實基礎。

1 開設機器人校本課程對培養聾生創造力的意義

1.1 提高聾生的創造性空間想象力

機器人學習套裝里包含種類豐富的結構零件，這些結構零件可以組成各種簡單和復雜的機械結構，這些結構在生活中大量存在。聾生在學習的時候，自己搭建起這些結構，不僅可以了解很多結構知識，培養聾生的空間感，同時也可以提高聾生的創造性空間想象力。

1.2 培養聾生的創造性思維能力

機器人學習中非常重要的一點就是邏輯編程。機器人是通過一整套嚴密的程序來實現設計者的要求，只有經過嚴謹而周密的思考，編寫出一套好的執行程序才能實現自己的設想，讓機器人按照自己的意愿來行動。這種邏輯思維能力對學生的智力發展非常重要，是機器人學習中最重要的一種能力培養。學習型機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，使得邏輯思維訓練變得更加容易。因此在機器人學習過程中，培養了聾生的創造性思維能力[2]。

2 制定個性化教學目標及內容

教學目標是整個教學環節的出發點和落腳點，要使每個學生都有所收獲，就要求教師在制定教學目標時考慮到學生的差異性，依據先期對學生各方面能力的評估結果，有針對性地為每個學生“量身定做”，制定適合其自身成長與發展的教學目標及教學內容。在同一教學內容(主題)中根據學生能力水平的不同設計提供不同層次、不同難度的學習內容。教學方法通常分為 3個層級：以語言、文字、圖片為媒介的教學方法；以實物為媒介的方法；綜合的教學方法。

2.1 初期階段(小學高段)

本階段學生往往年齡較小并且初步接觸機器人，在課程中以模仿結構搭建、講解機械傳動、介紹簡單的物理知識為主，本階段的學生在年齡上處于培養學習習慣、思維習慣的關鍵期，是打基礎的階段。根據聾人學生思維發展的特點，制定如下教學方法：

①本階段的初期給學生一些搭建步驟圖(圖 1)，通過按照步驟搭建，培養學生的動手能力。這樣學生可以較快完成作品，體會成功的喜悅，這對學生增強信心、提高學習興趣有幫助。教師在學生完成作品后，對作品中結構特點、技巧進行講解，便于學生今后應用。但此階段不宜過長，需防止學生出現思維惰性，以免對學生在后續的學習階段獨立思考解決問題的能力產生影響。

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

②本階段的中期，學生逐漸由按步驟搭建圖一步步搭建，轉變成只看最終的完成圖(圖 2)自行完成搭建。因為完成圖中很多部分是被隱藏的，學生需要自己想象思考將隱藏內容補充完整。這對培養學生的創造性空間思維能力有很大幫助。學生通過“腦補”解決問題克服困難完成作品，可進一步增強其學習的信心和興趣。本階段向學生講解簡單的機械、物理知識，提高學生科學素養。

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

③本階段的后期，教師在備課中制作木質科學模型(圖 3、4)，在課上予以展示，讓學生不僅從實物中看到機械原理知識便于學生理解，還能避免如在使用搭建圖或教師制作模型范例而使學生產生的對范例一味模仿的依賴性。實現對學生自主創新、探索能力的培養。

圖3 木質科學模型——直升機Fig.3 Wood science model-helicopter

圖4 學生搭建作品——直升機Fig.4 Students’ construction work-helicopter

2.2 中期階段(初中學段)

本階段學生具備了一定的動手能力、搭建技巧、機械知識、物理知識，在鞏固已有知識的同時，通過學習簡單編程培養學生邏輯思維能力。

本階段的前期，使用樂高 EV3-G編程等圖形化編程軟件(圖 5)，培養學生的邏輯思維能力。在這一階段，為了抓住學生對于編程的好奇心，通常只搭建簡單的機械結構，如電風扇、小車等，著重強調運用程序，結合各類傳感器對電風扇、小車等進行控制。

圖5 樂高EV3—G編程環境Fig.5 LEGO EV3-G programming environment

本階段的后期，學生在掌握基本的編程知識和搭建知識后，以各種機器人主題為依托，以使用木質原理模型為基礎，結合所學編程知識，制作較為復雜的作品，同時結合培養創造性思維的特點，針對每一個機器人主題均有相應的模型作為發明母體，利用該模型的基本性能再結合其他科學原理，便可創新衍生出一件新的作品。也可將一件模型與其他模型進行組合設計，形成新的模型(圖 6)……如此反復，讓學生創造性思維訓練有章可循，有法可依，同時創造性思維得到充分的延伸[3]。

圖6 發散性思維訓練過程Fig.6 Diagram of divergent thinking training process

2.3 后期階段

以命題競賽或挑戰任務方式開展創新設計制作活動。設置挑戰任務讓學生運用所學知識解決學習、生活中發現的難題。競賽是機器人教學中重要的一部分，聾生參加機器人競賽，在與健聽人的較量、交流中增強自信，為聾生未來走入社會打下基礎。

3 以興趣為導向，結合聾生思維認知特點找到適合每位聾生的發展方向

興趣是人們探究事物或從事某種活動的心理傾向，它以認識或探索外界的需要為基礎，是推動人們認識事物、探究真理的重要動機，可以說沒有興趣就沒有學習。為了激發學生學習興趣，在設計課程內容上注重將學生的興趣與機器人課程相結合。比如筆者設計的《跳繩機器人》一課中，將學生感興趣的體育項目跳繩和機器人結合在一起。課上將學生兩人一組進行分組，每組由一位動手能力較強的學生和一位邏輯思維能力較強的學生組成，在作品完成的過程中，兩位學生分工合作，取長補短，既尊重了個性差異，又能從學生之間的不同觀點得到啟發，促使學生的思維向廣度和深度發展。

再比如在學校機器人活動社團中組建了機器人足球隊，每支機器人足球隊由 2～3名學生組成。根據聾生思維和認知特點對隊伍中的學生進行責任分工(表 1)。

表1 責任分工表Tab.1 Division of responsibilities

遵循學生的身心發展規律，讓動手能力強的學生負責足球機器人的設計和搭建培養學生的形象思維能力；讓邏輯思維能力強、善于思考的學生負責足球機器人的程序編寫，根據學生特點充分發揮學生優勢；再挑選隊伍中反應敏捷，心理素質強的學生操作機器人，這樣學生之間揚長避短，充分挖掘學生潛力。正如《禮記·學記》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”。就是說教師要對學生誠心，要了解學生的學習情況，了解他們的優勢和劣勢，因材施教，否則就達不到育人的目的。

4 結 語

機器人教學在培養學生創新能力，提高學生創造力中起到了十分重要的作用，不僅迎合了素質教育的要求，對于培養和提高學生的信息素養、綜合能力、創新素質也具有重大的意義。機器人課程教學是培養和提高學生創新能力、綜合素質的理想平臺。機器人教育要關注每個學生發掘自身潛在的強項智力，不應只局限于與機器人技術聯系密切的智力的培養，還要對學生因材施教，發現他們的潛力，進行有效培養，從而轉化為創造力。