初探机器人教学与小学生创新能力的培养

徐云龙

[摘 要]机器人教学是以创新教育理论为指导，以培养学生的创新思维、科学品质、探索精神、实践能力为目标的学科。本文主要对机器人教学与小学生创新能力的培养进行了初步的探索与总结。

[关键词]机器人教学；创新能力

智能机器人是信息技术发展的前沿领域，是一门具有高度综合渗透性、前瞻性、创新实践性的学科。机器人教学是以创新教育理论为指导，以培养学生的创新思维、科学品质、探索精神、实践能力为目标的学科。智能机器人为学生开展研究性学习、综合创新活动提供了优秀的平台，利用智能机器人教学对培养学生探索能力、协作能力和创新能力具有极大的促进作用，是值得我们在实践中不断探索的问题。

本人仅结合近两年在指导学生参加中小学机器人比赛过程中，利用WER教育机器人进行教学实践，并对如何培养学生创新能力进行初步探索。

一、培养学生的创新意识

在开展机器人教学的过程中，要有效地培养学生的创新能力，首先必须培养学生的创新意识，这是开展机器人教学的一个切入点。我的做法是：

1.培养主动创新意识。教师要把教学还给学生，给学生提供主动、独立学习的平台，使学生真正成为项目研究的主人，充分调动学生的主动性，这有利于培养学生的主动创新意识。例如，在讲授新技术之前，我常常给学生一些资料，要求学生主动独立地根据资料去完成某个任务。一开始，学生总想从老师那得到一个即成的解决方案。但我从不轻易解答，而是鼓励学生主动去探索解决问题的方法。如，在2016WER机器人工程创新赛中，由于我校使用的WER机器人不能自动切换程序，学生需要按键反复启动程序去执行任务。实战训练中，我们发现多次切换程序，浪费很多时间。由于这一切换程序的问题存在，我启发学生主动思考：如何才能加快机器人切换程序的时间？并引导学生主动去实践，去研究，去创造性地解决问题。就这样在调动学生学习的主动性的同时，培养学生的主动创新意识。

2.培养合作创新意识。在机器人比赛教学中，建立起融洽的师生、生生关系，把以教师为中心转变为以学生为中心，鼓励学生在师生之间、生生之间进行交流，在融洽的气氛中合作完成比赛任务，帮助学生树立合作创新意识。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，鼓励学生与老师开展辩论，并给学生充分发表见解的机会，这有利于培养学生合作创新意识。如在2016WER工程创新赛机器人完成平衡有效任务中，有一个学生提出了这样的观点，他认为：机器人走到黑线时停止，然后数出黑线的根数，确保完成任务。刚开始实验时成功率很高，同时他还通过实际操作演示说明这样做可以取得好成绩。我没有马上简单的否定学生，而是耐心引导其他学生仔细分析其方案，并在场地上模拟比赛可能出现的各种不稳定因素，最终大家得出的结论：他的方案可行但受环境影响较大。接着，我鼓勵他们一起修改方案：采用可靠性强的“启动马达” +“设置轮差”。这样做既保护了学生学习的积极性，促其创新思维处于活跃状态，又帮助学生树立了合作创新的意识。

二、培养学生的创新思维

创新思维是创新能力发挥的前提，因此，教师在教学中必须注重启发学生，积极引导学生，培养学生的创新思维，提升学生的创新能力，这是培养学生创新能力的重要环节。本人在机器人教学中进行了一些尝试和探索，从几个方面来培养学生的创新思维。

1.注重培养想象力思维。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。例如，在市赛中，我们的机器人从基地出发会识别基地前的一根黑线作为出基地的信号，但比赛过程中必发现偶尔会受环境光影响而判断不了是否出基地。显然这个机器人的判断条件存在很大的不稳定性。于是，我启发学生思考：能不能使机器人不判断黑线，而走一段固定距离呢？学生们经过讨论分析，最后得到这样一个方案：每次机器人出发时利用轮差，确保了在路口时机器人的朝向都是偏右。通过这一方法的程序设计，我们的机器人出发时稳定性达到了100%。在这过程中，不但培养了学生的想象思维，而且对创新思维和创新能力的发展也很有意义。

2.注重培养批判性思维。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。如，在设计机器人时，没有根据场地的模型尺寸确定机器人的尺寸。完成机器人主体拼装后，我们发现机器人的尺寸对完成任务有较大影响，容易被模型卡住。于是我引导学生思考：如何解决机器人尺寸问题？几个学生通过观察和实验，大胆否定了原来马达安装的思路，提出非常新颖的思路：将三个马达安装相互贴紧安装在支撑梁上。这样，机器人的尺寸就被改得很小，也就避免了被模型卡住的隐患出现。在这一过程中，学生提出了自己的创见，在批判中形成自己独特的批判性思维，从而形成自己特有的创新思维。

三、培养学生创新能力

学生有了创新改进的想法，教师就要引导学生动手实践，解决机器人项目研究中遇到的问题，不要让学生仅仅停留在思考的层面上，而要把学生的思维引导到实践研究中去，培养学生创新能力。

在比赛准备过程中，我在激发学生创新意识和思维的基础上，针对不同层次学生的探索和创新的不同欲望，提出解决问题的不同方案，并设计一系列具有启发性的问题，以培养学生解决问题的创新实践能力，这是培养学生创新能力的核心。具体做法如下：

1.精心设计训练方案。教师在进行方案设计时，一定要具有层次性和启发性，一定要充分挖掘培养与训练创新能力方面的内容，循序渐进地提出恰当的机器人项目问题，这些训练应满足如下要求：一要有适当难度；二要在教和学方面富有探索性；三要培养与训练学生的创新能力。

2.着力解决比赛任务。智能机器人教学的目的之一就是要参加有关教育部门组织的机器人竞赛。为此，在教学中，我直接让学生在符合竞赛要求的场地上操作机器人。机器人的制作使学生遇到许多问题，需要学生不断地探索。学生动脑筋，想出各种办法来解决问题，并在实际场地上加以验证。学生在解决问题的过程中培养了学生解决问题的能力。这样不但激发了学生学习创新的兴趣，培养了学生创新的实践能力，而且全面地提升了学生的创新素质水平。

开展智能机器人的教学，为学生提供了一个自主、协作与创新的平台。在学习编程和操作实践的过程中，有效地提高了学生的逻辑思维能力和判断能力；在充分培养学生兴趣的基础上，学生轻松掌握了课外知识，切身体会到了编程的乐趣。机器人教学以寓教于乐的方式，在传播知识的同时提高了学生的创新能力，激发了学生创造发明的天性和潜能。