利用实体机器人培养学生创新能力

杨正

摘要：本文阐述了利用实体机器人，开展兴趣小组和竞赛活动，激发和提高学生创新能力的实践经验。本实践以生本教育理念、建构主义理论和柔性思想为基础理论，以基于项目（任务）的自主学习、个性化学习和小组学习为主要教学方式。

关键词：实体机器人 ；创新能力

一、开展实体机器人教育的困惑

笔者所在的学校近几年逐步提高在实体机器人设备方面的投入，一方面组织学生参加省市各类比赛，另一方面成立学生相关社团（兴趣小组），每周抽出固定时间（一到二节课）进行教学活动。笔者作为指导教师，遇到过一些困惑。

困惑一：机器人的项目多，厂家也多，各个厂家机器人的搭建方法，程序编写方法都有差别，辅导教师人数精力有限，应该如何辅导学生？

困惑二：研究指出，机器人是培养学生创新能力的很好的载体，但是教师应该如何做，才能真正提高学生的创造能力？

困惑三：参加机器人竞赛对学生的全面发展有积极作用，但是，也存在着一些不利因素。准备竞赛往往使学生目标单一，容易疲惫，竞赛结束，部分学生兴趣减少，如何使得学生能够保持一种兴趣和内在的积极性，从而真正提高学生的创新能力和综合素质？

通过几年的实践，对如何解决上述问题，笔者总结了一些经验。

二、机器人教育活动的实践

1.以校本课程为基础，讲授核心基础知识

机器人项目多，搭建方法，程序编写方式各有不同，课该怎么上？解决这个问题，笔者采用了自主学习的方法。但学生开展自主学习又是需要基础的。所以，在教学中，教师精讲最为基础的知识，包括控制器、传感器、执行器之间的关系；巡线和壁障的基本原理（了解光电传感器和触碰传感器）；顺序、循环、条件等通用程序结构；小车的结构设计，机械手的推、勾、抓等动作结构设计。通过四到六节的集体授课，学生了解到最基础的机器人相关知识。

2.通过多种途径，营造创新的土壤

（1）通过自主学习，提高学生的创新能力。

教育机器人种类多，学习内容的多样化，恰恰为自主学习提供了机会。自主的学习，独立个性化的思考和实践，最终促进了创新能力的提高。为了实现这样的目的，我们采用了分组法、任务驱动法、基于项目的学习等方法，激发学生自主学习。

教师给学生提供了多种任务和项目可供选择。学生在分组和项目选择上有充分的自由度，因为选择来到机器人社团（兴趣小组）学习的学生，本身就有着比较强的兴趣，给学生自由，能最大限度的保护学生的兴趣，从而激发他们的创造性。这里要特别注意，教师提供的可选项目或者任务必须是贴近学生生活的，学生比较感兴趣的，通过思考容易完成的。

（2）提供豐富的资源可供参考。自主学习，个性化学习，必定需要丰富的参考资源。我们开辟了云空间，将收集到的各种相关资源上传，便于学生自学。各个学生小组带着任务去学习，自然就会自主选择需要阅读的资料，或者利用网络，查找想要的知识或者解决方法。在社团活动时间，我们常常发现，各个小组成员，有的在编写程序，有的在调试搭建机器，还有的在讨论。这些讨论有小组内部的，也有小组之间的。教师当然无法完全知道他们的讨论内容，但是，有很多的新的解决方法，就是在这样的学习、讨论与调试之中产生的。

（3）采用多层次、以鼓励为主的评价方法。个性化的学习，自主性的学习，必然导致没有统一的评价标准，因此我们采用了多层次，多角度的评价方法。例如可以根据比赛成绩，作品完成情况，完成相关小组的任务情况来评价。评价以鼓励为主，要相信学生可以完成目标，只是时间先后有差别。

（4）以静待花开的心态，给学生丰富的自由时间，采用基于项目自主化分组学习，教师常常会感到无事可做。其实，教师要有静待花开的心态，只在学生需要帮助的时候，给予指导。原因在于，在自主学习的过程中，学生会有自己的思考，他们非常迫切想独立解决问题。这个时候，恰恰是学生提高解决问题能力，提高创新能力的一个契机。教师一定要给学生充足的时间，如果教师过多指导，学生反而不愿意听，也不利于提高学生创新能力。这也正好符合了生本教育理念、建构主义理论以及柔性的教育教学方法。

教师可以利用这个时间，去开发后面的教学活动，亲自去实践几个项目，这样更有利于开展有针对性的指导，更好带动学生进行设计和制作，提高创新能力。

3.通过机器人竞赛，提高学生综合素质

机器人比赛同自主学习有所不同，是比赛就有输赢。如果在输赢方面处理不好，很可能会打击学生的积极性，从而丢失创新的动力。我们多次遇到这样案例：某学生，在机器人组装以及程序设计很有天赋。初中多次进入省赛，并且还拿过二等奖。进入高中，就主动加入社团，积极准备比赛，并且赛前信心满满。但是比赛总有很多难以预料的情况。高中的第一次比赛就失误了，不仅没有进入省赛，市赛前八都没有进入。比赛完后，该同学很受打击，很长时间都不愿意碰机器人。作为指导教师，经过反思，认为教师应该避免把比赛成绩看得太重，而应该强调把比赛作为锻炼提高的机会，要教会学生，一方面要重视比赛，一方面还要正确面对失利。

同时，机器人比赛同其他比赛相比，由于设备的不稳定性（电脑、传感器、马达、电池等）更容易发生突发情况，更能锻炼学生的应变能力、心理能力和实践能力。

三、意义与展望

开展机器人活动，可以提高学生的创新能力。但就目前的情况来看，教育实体机器人一般还只限于社团活动（兴趣小组），离普遍开展还有差距。但是，只要有学生和教师参与其中，就会起到一定的示范作用。随着人们观念的改变、小班化、相关投入的增加以及教育教学方法的变化，会有更多的学生有机会接触和参与到机器人等科技活动中，并迸发出旺盛的创造活力。

参考文献：

[1]让智能机器人教育进入中小学[J]. 徐爱平.机器人技术与应用. 2004（01）

[2]机器人教育何以进入中小学课堂[J]. 李艺，谢作如.中国信息技术教育. 2015（10）

[3]黄荣怀，刘德建，徐晶晶，陈年兴，樊磊，曾海军. 教育机器人的发展现状与趋势[J]. 现代教育技术，2017，27（01）：13-20.

（作者单位：广东省中山市华侨中学528400 ）endprint