让机器人教育做高中生创新能力的引领

刘海燕

随着科技的迅猛发展,科学、技术、实践、创新在基础教育中的地位越来越重要,2003年,教育部制定的《普通高中技术课程标准(实验)》中指出“要关注全体学生的发展,着力提高学生的技术素养,注重学生创造潜能的开发,加强学生实践能力和创新能力的培养”在这样的课程理念的指导下,利用“机器人教育”这个新载体,不但可以培养高中生对科学技术的兴趣和爱好,还可以增强学生实践能力和创新精神的培养。在此我仅结合自己的教学实践谈几点看法,希望能起到抛砖引玉的作用。

1 在教学中要注重培养学生创新意识

1.1 培养学生发现问题的意识,有了发现才会有创新意识

现实生活中,大多数人往往是以一种见多不怪的眼光去看待各种司空见惯的信息,不愿主动细察和探究,容易错失创新灵感,而只有具备创新精神和独到眼光的人,才有可能从日常生活和活动中捕捉和产生创造的灵感,在原始信息的基础上去创新,去创造发明。比如牛顿遇见苹果这样的事例就很说明问题,许多在常人看来很不起眼的事情,完全可能成為激发学生产生创新激情的切入点。因此,要在机器人教学中培养学生的创新素质,首要的是激发学生的创新激情,培养学生的创新意识,这是机器人教学中的一个着力点,必须放在首位。例如,在讲机器人电源部分时,电源可以采用锰电池与碱性电池,也可以选用镍镉电池,在实际使用时,镍镉电池与锰电池相比电压低,内阻小,能够输出较大电流,镍镉电池可以保证机器人能够轻松地驱动夹持重物的大型机器人,但是,还有一个问题,就是机器人控制时需要经常反复地操作开关的接通和断开,使用镍镉电池会影响电机内部的电刷,由于这一问题的存在,我启发学生主动思考:如何才能改善这种情况？并积极引导学生主动去实践,去探索,去创造性地解决问题。

1.2 培养学生分析解决问题的能力,在详细分析基础上产生创新的源泉

当学生的思维活动和结论超出教师所设计和期望的轨道时,教师不应强行把学生思维纳入自己的思维模式之中,教师要善于鼓励学生大胆质疑,欢迎师生之间和学生之间开展辩论,并给学生充分发表创见的机会,这有利于培养学生合作创新意识。如在一次机器人安装教学中,轴承的安装位置的精度十分重要,如果发生一点偏离,就可能造成机器人在前进时偏离方向,因此,我当时建议同学们,假如你做的机器人很重,你应该采用滚珠轴承,这时,有一个学生提出了他自己的见解,他认为:可以通过注入润滑油的方法来减小轴承的摩擦阻力。听到他的见解,我没有简单的去否定学生,而是耐心引导学生全面审视其观点,这时,给学生讲明,如果要制作的机器人比较小而且轻,那么只要在金属板上开出一个比轴稍微大些的孔,用来固定轴就可以了,如果要制作的机器人很重,采用滚珠轴承会使转动更顺畅,此外,当负荷很大时,可以采用合金轴承,合金轴承可以采用注入润滑油的方式来减小阻力。我通过这样的分析方式,既保护了学生学习的积极性,促其创新思维处于活跃状态,又发扬教学民主,建立新型的师生关系,变以教师为中心为以学生为中心,师生之间真心诚意地进行交往与交流,在融洽和谐的气氛中合作完成教学任务,帮助学生树立合作创新意识。

2 通过“明确目标、参与竞技”等方式来激发学生创新情趣

2.1 目标激励

目标是一人奋斗的归宿,只有目标明确才会争取目标的实现。针对实际确立目标,激励学生拼搏进取,自觉地朝着预定的目标不懈的努力追求。为此,我采用目标分层次的方法,由易及难,由浅及深,层层推进。如在教授左手法则走迷宫时,我将它分为:(1)机器人左边有障碍物向前走;(2)机器人前方有障碍物向右转;(3)机器人前方、左边均无障碍物向左转;(4)机器人在迷宫场地上走3个房间;(5)调整机器人红外(避障)传感器以及轮子的相对速度,缩短机器人走迷宫的时间。将目标分层次,大大降低了机器人项目的难度,并破除了对机器人的神秘感,从而调动了学生学习的积极性,激励了学生的创新意识。

2.2 竞赛激励

争强好胜,使学生对竞赛性的活动很乐意参加。例如,在走迷宫这一节,学生完成任务后对提高机器人速度的主动性就不大了,针对这一现象,利用好恰当的契机,组织一次机器人走迷宫竞赛,看哪组的机器人速度快,这样一来,学生的积极性很快高涨起来,你追我赶,相互激励,争创新招,有效地培养了学生的创新素质。

3 通过“启发引导、设置问题”培养学生创新思维

3.1 注重求异思维的培养

如在机器人教学训练中,学生会提出各种各样的疑问,象声音传感器怎么工作的、数字指南针传感器如何适应场地、红外传感器感应距离能否更远等,有些问题牵涉到许多电子线路的知识,这时教师千万不能显露出不耐烦或避而不答,而应该认真对待,详细解答,并启发和鼓励学生大胆发表自己的独创见解。我根据学生提出的问题,分别引导学生去多看书,去指定网站查阅,多研究相关资料,诱发学生的求异思维;同时还引领他们积极参与机器人的改进,提升训练层次,培养他们自己的分析能力和创新思维。

3.2 注重想象思维的培养

想象是人类创新的源泉,因为知识是有限的,而想象力概括着世界的一切,推动着人类社会的进步,并且是知识进步和发展的源泉。想象是促进人们进行各种创造实践活动的必要条件,所有的创造性思维都离不开想象。可见,注重学生想象思维的培养,比学生掌握知识还更重要。

3.3 注重批判思维的培养

批判性思维是有利于激发创新的另一种思维方式。这是一种个性化的思维,它的基础是怀疑、观察和实验。要培养学生的创新思维,必须以辩证的批判性思维为前提,否则,便不会有学生的独创精神。为此,在智能机器人教学中,老师要挖掘学生主动学习,大胆否定的潜力,给学生创造一种有利于其批判学习的环境,引导学生形成不迷信、不盲从、敢于怀疑,敢于否定的习惯。要培养他们敢于突破旧框框,独辟蹊径,标新立异,务求突破的创新精神。

综上所述,机器人是一门具有高度综合渗透性、前瞻性、创新实践性的学科。机器人教学为学生开展探究性学习、综合创新活动提供了平台。机器人教育完全可以做为现代高中生创新能力的引领作用。

参考文献

[1] 熊有伦,丁汉,刘恩沧编著.机器人学[M].北京:机械工业出版社.1993年.

[2] 机器人研究发展问题之探讨,程士编译,科学技术资料中心,1982.

[3] 机器人DIY北京师范大学天津附中.校本教材.