智能垃圾分類機器人項目在中學競賽中的實踐研究

吳澤光

【摘要】隨著社會智能化的發(fā)展，機器人各類比賽已經(jīng)在中學里火熱地開展。在比賽的過程中，學生經(jīng)常會遇到或出現(xiàn)編程錯誤、機器故障、心理焦慮等問題。在比賽過后，學生也經(jīng)常缺失一個總結(jié)經(jīng)驗提升的過程。本文主要從比賽過程的角度進行研究，認為在每次比賽中，應注重比賽技能、比賽心理壓力及賽后能力遷移的培養(yǎng)，通過比賽提升學生的各項能力。

【關(guān)鍵詞】智能垃圾分類機器人;中學;競賽;技能

目前，國家正在基礎(chǔ)教育中推行智能化、數(shù)字化教育，機器人已作為中學教材進入課堂，機器人的各類比賽也在全國遍地開花。從2014年廣東省、廣州市開展智能垃圾分類收集機器人比賽項目至今已有5個年頭，筆者從2014年開始接觸該項目，同年11月輔導學生參加該項目比賽至今，多次在省、市級比賽中獲獎，其中2014、2015年均獲得廣州市中小學電腦制作活動“電腦機器人競賽項目”中智能垃圾分類收集機器人賽項目初中組一等獎的第一名，順利進入省賽，同年獲得省第八名。下面，筆者基于個人實踐經(jīng)驗，談談對智能垃圾分類機器人項目中學競賽中的一些認識和思考。

一、智能垃圾分類機器人競賽簡介

智能垃圾分類收集機器人項目的比賽機器人，是由中山大谷公司指定的專用器材，常規(guī)賽的機器人不允許任何改裝，創(chuàng)意賽的機器人可以用3D打印機等設(shè)備對機器人的機械機構(gòu)進行改進、增強功能。禁止參賽選手在墻上、地上做標記或者破壞場地，違者取消比賽資格。在比賽時，參賽機器人必須在統(tǒng)一起點沿黑色軌道行進，由裁判員計時，在10分鐘內(nèi)完成12個垃圾塊按綠、藍、紅顏色正確收集并運送到對應的垃圾收集區(qū)內(nèi)。每支隊伍的起始分數(shù)為100分，比賽中有3次重啟機器人機會，重啟過程中裁判計時不中斷，機器人在比賽中視具體情況會有加分項目及扣分情況。最后取上、下午比賽的最高分作為該參賽隊伍的最終成績，當兩支參賽隊伍成績相同時，時間更短者優(yōu)勝。

二、競賽中影響比賽的因素及對策

通過文獻查找發(fā)現(xiàn)，目前相關(guān)競賽的研究，大多數(shù)都是從教師的輔導培訓過程入手，論述如何進行培訓、安排時間、內(nèi)容等策略研究。筆者結(jié)合多年輔導比賽經(jīng)驗，主要從比賽過程的角度，研究學生在機器人競賽中的技能、競賽時的心理壓力及競賽后的能力遷移這三個方面。

1.機器人競賽技能

智能垃圾分類機器人比賽由于起點晚，還不是特別成熟，比賽規(guī)則受機器耗損、環(huán)境等不穩(wěn)定因素影響，因此每年比賽都會微調(diào)比賽規(guī)則或增加比賽難度，這就意味著每支參賽隊伍每次比賽都需要根據(jù)自己的實際情況和新的參賽規(guī)則，重新調(diào)整。所以，在平時訓練時，教師應在學生自主創(chuàng)新搭建好機器后，重點培養(yǎng)學生編程技能，在順利完成任務的基礎(chǔ)上節(jié)約比賽時間，遵從此原則后讓學生根據(jù)不同的光線環(huán)境調(diào)整機器，根據(jù)新舊機器輪胎及比賽地圖不同產(chǎn)生不同的摩擦力去改變參數(shù)，修改程序，以便順利完成比賽。

同時，由于學生的流動，需要經(jīng)常對學生進行培訓，但教師在日常繁重的工作中還要重復地培訓學生并非高效之舉。因此，可以改由學生之間互相學習，讓學生在訓練過程中多動手，多分享經(jīng)驗，互相促進，加強學生創(chuàng)新能力。遇到問題時，可以讓學生先自行解決，解決不了再尋求老師的幫助。這樣既可讓學生有更多的實踐經(jīng)驗，同時也解放了老師，做到事半功倍。

另外，智能垃圾分類機器人比賽成績?nèi)《喼瞥煽冎凶詈玫某煽儯绻谝惠啽荣愂Ю敲船F(xiàn)場比賽的學生就會有比較大的壓力，學生要從第一次失敗的競賽里找出導致失敗的因素，還需要能就這些因素進行適當?shù)恼{(diào)整，快速給出解決問題的方法，這一點需要學生有大量的實踐經(jīng)驗才能完成。反之則問題簡單多了，有了第一次保底的成績，學生完全可以放心地往好的方向進行微調(diào)，爭取挑戰(zhàn)更好的成績。這樣的比賽過程中實時考驗學生的智慧及臨場應變能力，同時也需要學生有團隊合作的競賽精神。通過機器人競賽和完成各項任務，使學生在搭建機器人和編制程序的過程中培養(yǎng)動手能力、協(xié)作能力和創(chuàng)造能力等比賽技能。

2.學生競賽心理能力

選手在競賽時出現(xiàn)競賽焦慮是正常的，輔導教師應該多關(guān)注與疏導學生的這種焦慮情緒，用心理學知識培養(yǎng)學生良好的心理素養(yǎng)。比如比賽失利了，教師應該安慰學生，讓學生保持冷靜，鼓勵幫助學生找出失敗的原因，讓學生調(diào)整好狀態(tài)繼續(xù)參加下一輪。反之在表揚與認可學生的基礎(chǔ)上，鼓舞學生繼續(xù)往更高的目標挑戰(zhàn)，精準地判斷調(diào)整的方向及參數(shù)的預設(shè)，爭取拿到更好的成績。由于訓練與競賽時會出現(xiàn)一些不定因素，比如機器人突然發(fā)生狀況，所以選手應在訓練與比賽過程中發(fā)揮臨場應變能力，即面對突發(fā)事情時能冷靜、迅速地做出合理的分析、判斷，并且能馬上調(diào)整好自己，使比賽能夠朝著有利于自己方向發(fā)展的能力。

3.競賽能力的遷移

比賽后，師生應該就該次比賽進行一次總結(jié)，學生之間也應該互相交流比賽心得，使學生在平時訓練中和比賽中形成的知識、技能、能力與動機等素養(yǎng)能夠遷移應用到學習任務中，促進學生的學習，從而讓學生能舉一反三，推廣類化。培養(yǎng)學生的學習“遷移”能力，可以通過各種級別的比賽，把動手、動腦理論與實踐相結(jié)合的技能遷移到學習中，使學習相得益彰，從而提高學生自身的綜合素質(zhì)，促進學業(yè)進步。通過這樣的比賽，可以讓學生獲得以下的能力：

第一，形成自主學習的能力。要想在比賽中獲得好成績，在開始階段就要不斷重復多次對規(guī)則進行解讀，從陌生到熟悉到理解再到應用。

第二，形成堅忍不拔的毅力。智能垃圾分類收集機器人項目需要學生在一個時期內(nèi)每天都進行不斷重復、枯燥無味、機械式的訓練，并且能在訓練中不斷發(fā)現(xiàn)問題與解決問題，這些都需要學生具有吃苦耐勞的精神以及堅強的意志力才能使訓練有一定成效。

第三，形成動手、動腦的能力。智能垃圾分類收集機器人零件較多，在平常訓練與比賽中肯定會出現(xiàn)各種不同的問題，學生需要利用物理、電子、機械、信息技術(shù)等各方面的知識，去判斷故障（或問題）的原因，并動手排除。

第四，臨場應變能力?，F(xiàn)場比賽情況是瞬息萬變的，學生與老師不可能事先知道機器人會發(fā)生什么情況，這就需要學生有較強的心理素質(zhì)，有較強的心理抗壓能力，在緊張的比賽環(huán)境中保持清醒的頭腦，并且能夠根據(jù)場上不斷變化的情況及時調(diào)整自己的程序與機器人，合理利用規(guī)則進行比賽。

第五，合作能力。智能垃圾分類收集機器人項目有些比賽是單人單機完成的（如廣大舉辦的專項比賽），但有些是可以1—3人合作完成的（如市電教館與省電教館舉辦的比賽），這就需要隊友配合默契，在平時訓練過程中就需要不斷的磨合才能形成。

第六，遷移能力。學生參加科技活動中形成的各種能力要有效地轉(zhuǎn)化、應用到其他各項學習任務中，這兩者之間是相輔相成、互相促進的。

總之，智能垃圾分類收集機器人競賽只是一個平臺，我們要通過比賽，讓學生從中提升自身各項能力，進而提升自身的綜合素養(yǎng)，成為新時代的人才。

【本文系2016年廣州市海珠區(qū)教育科學規(guī)劃課題“智能垃圾分類收集機器人項目（初中組）比賽實踐研究與校本課程開發(fā)”（立項號：2016043）的研究成果】

參考文獻：

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[2]黃華林.2015中國青少年機器人競賽注意事項及解決策略實踐研究[J].中小學信息技術(shù)教育，2015（11）：81—82.