在智能机器人教学中培养学生创造能力

◇朱 景

智能机器人课程是一门新的学科。它代表了高技术的发展前沿，是当代科技中的前沿和尖端；它综合了多学科的发展成果，是集合了应用数学、力学、机械、电子、计算机、控制、传感技术、通信和人工智能等多种技术在内的综合实践性课程。它要求学生能够综合地、灵活地运用各种知识，在团队合作、实践操作的学习形式下完成一个个小项目，从而达到培养学生综合运用信息分析问题、解决问题的能力。机器人教学体现了“做中学”的教学理念，在学习过程中强调动脑与动手的结合，从而有利于改变传统的教—学方式，为学生的终身发展打下基础。世界发达国家例如美国、英国、法国、德国、日本等已把机器人教学纳入中小学教育之中，而且，本课程贴近现实，有着其他课程无法比拟的可操作性、实用性、实效性。学生对课程学习的兴趣浓厚，因而该课程理应是培育青少年创造力的优质载体及路径。

在遵循创造力培养基本原理及青少年的认识规律基础上，又鉴于学校和学生的实践情况，经过比较，我校选用了泰雅普这款低价位的机器人，价格虽低，但机械构件、功能模块较多，且可拆装，能完成多个不同项目、参加多项活动。不过，此类器材精密度较差，活动中容易出现故障，学生在活动中必须不断地维护和改进，其间教师不可能有时间和精力为每个学生维护机器人，因此迫使学生不断地自我探索、自己维修，或同学间互帮互学。因此虽然价廉物欠美，反倒能促进学生观察能力、判断能力、创造能力的提高。可谓“歪打也可正着”。下面就介绍我们在实际教学中所采用的三种策略。

一、初步体验：模仿搭建

模仿的过程就是一个学习的过程。仿造法基于学生的年龄特征和认知习惯。日本物理哲学研究所所长薮内宪雄把创造活动分成两个阶段：第一阶段称为初期创造活动，主要依赖于模仿，因此称为模仿创造阶段；第二阶段称为后期创造活动，即在模仿创造的前提下进行再创造。这类创造往往突破模仿，成为一种独创。这说明，创造是从模仿开始的，机器人的学习也是从模拟搭建开始。

单元1：观看视频，搭建机器人

观看“轨迹接力赛”比赛视频，设计制作5个机器人，即1号机器人到5号机器人。比赛开始前，参赛队员现将五个机器人分别摆放在起始区和接力交接区。比赛开始，一名参赛队员启动放在起始区内的1号机器人，1号机器人从起始区出发，沿运行轨迹前进，继续前进至接力传递交接区后停止；2号机器人自动启动沿着路线前进，逐次和下一个机器人进行接力传递，行至终点区域处，任务结束。

学生看到后非常兴奋，深感机器人怎么那么“听话”。当老师下达组装机器人的要求后，学生已经迫不及待，按照视频很快进行模仿搭建起机器人。

二、深入探究：学用编程

机器人的组成部分包括软件和硬件。硬件主要有机械本体、执行机构、控制系统、动力装置和传感器系统。这部分学生已经搭建成功，可是同学们为什么尝试不成功，机器人为什么不“听话”，缺的是它的核心部分——软件，也就是编译给机器人让其执行的程序。

单元2：学习编程，尝试编程

TegoYapp Express又叫机器人快车，是赋予泰雅普机器人思想的好工具。它采用图形化的编程方式，比传统的文本编程更加易学、易用、易读、易懂，非常适合编程思维和创造能力的培养。机器人快车采用基于工程C语言的图形化、模块化的编程语言，全部功能模块都使用图标来表示，遵循自顶而下的编程逻辑思维过程。读者只需简单地拖放各个模块图标，绘制出流程图，软件平台就能自动生成可视化C语言源代码，帮助您轻松完成编程，快速掌握如何控制机器人。

学习后学生设计的控制程序就是他思维的反映。面对相同的任务，不同的思考就有不同的设计，不同的设计会有不同的结果，有时不同的设计又能达到同样的结果，教师完全不必整齐划一。不同学生制作出的作品，其运行效果会存在比较大的差异。为了提高学生的积极性与技能，在机器人兴趣实验社团活动中，教师要充分地运用过程性评价与终结性评价，不断地鼓励学生树立信心。每个机器人完成后，还应进行作品评比。最直观的评比方法就是按任务要求进行比赛，看哪台机器人最好地完成任务，同时展示作品、解剖程序，让学生自己分析，找出不同点、判断优缺点，从而提高学生的综合能力，使大家最终都能完成一个比较完美的作品。

三、拓展延伸，开之以源

由于课程的时间有限，且机器人涉及的学科众多、知识结构复杂，机器人技术发展迅速，为此，除了课程中的教材与活动方案外，还需要提供足够的学习资源供学生选择使用。除了自建资源库外，也可以向学生提供已有的优秀网络资源，如：省青少年科技教育协会（http://www.sciedu.org/）；机器人爱好者（http://www.roboticfan.com/）；中 国 机 器 人 网（http://www.robotschina.com/）；机器人发烧友天地（http://www.robotdiy.com/）；机器人资源网（http://www.iqbug.com/）等等。让学生更新知识，扩大视野，更好地进行创造。

机器人的制作需要手与脑完美的结合。完成一个项目、构建一个机器人作品，需要考虑机械搭建、建好执行机构、构思控制电路，选择传感器及其安放位置，设计控制逻辑和编写程序等。当这些内容都考虑好并实施后，发现机器人也未必能像想象中的那样工作。这时，就要求制作者仔细分析问题的症结并寻求解决办法。让制作者按照规定的逻辑一步一步去实验、去探索、去研究，从而真正完成项目机器人的制作。虽然这一过程比较困难，但教师不必直接提出解决方案，而是进行基础性知识及编程教学；之后，可再介绍一些搭建和编程的典型思路与方法，然后再放手让学生自己去发挥、去实践。从结构搭建开始，编程、程序下载，再到试运行等过程，都要让学生自己动手实践，这样既增强了学生动手操作的能力和逻辑思维的能力，又能培养他们创造性解决问题的方法，从而达得事半功倍的效果。