智能机器人比赛对促进学生个性发展的价值分析及其辅导策略

李伟

（杭州市基础教育研究室，浙江 杭州310003）

中小学智能机器人比赛是指学生利用所掌握的机械知识、电子技术、算法与程序设计等技术，通过硬件搭建、软件编程、调试修改等过程，制作智能机器人，并利用智能机器人完成特定的、具有挑战性的项目。自从本世纪初以来，其在中小学信息技术学科教育、学生科技活动开展、人工智能选修课程开设开发等方面，已经形成了深远的影响。智能机器人比赛对促进学生个性发展方面具有独特的价值，对学生的成长具有不可替代的作用。

一、中小学智能机器人比赛的特点

1.多样性

中小学智能机器人比赛开展的时间不长，但在赛事、比赛年段、比赛项目、解决方案等方面已逐渐呈现出多样化发展的态势。

赛事多。目前国内较有影响力的赛事有中央电教馆组织的“中小学生智能机器人比赛”、中国科学技术协会主办的“中国青少年机器人竞赛”，以及为了参加全国比赛而进行的各级各类相关选拔赛。较有影响力的国际比赛有“国际奥林匹克机器人大赛”、“BotBall国际机器人大赛”、“VEX机器人世界锦标赛”、“WER世界教育机器人大赛”、“青少年机器人世界杯—RoboCup Junior”。此外，还有多种非官方组织的中小学智能机器人赛事。

比赛年段多。如“中小学生智能机器人比赛”、“中国青少年机器人竞赛”均包括小学、初中、高中各个年段。

比赛项目多。如目前“中小学生智能机器人比赛”涵盖了机器人灭火、机器人足球（一对一、二对二）、能力风暴WER能力挑战赛、纳茵特智能挑战赛、西觅亚FLL工程挑战赛、中鸣超级轨迹赛、虚拟机器人比赛、人型机器人全能挑战赛、BotBall竞赛、二对二机器人篮球等10项赛事。学生可根据不同的年龄段、兴趣爱好、优势特长，选择参与适合自己的项目。

解决方案多。为了完成比赛项目，学生可以选择不同的策略制定解决方案。如为了提高比赛的稳定性，可以选择更稳健的方案；为了取得最好的成绩，可以选择相对比较“冒险”的方案；也可以选择稳健的方案与比较“冒险”的方案相结合的策略。

赛事的多样性为更多的中小学生能参与比赛提供了可能性。

2.综合性

（1）智能机器人技术具有综合性。智能机器人技术综合了机械技术、电子技术、传感技术、计算机软硬件技术及人工智能领域的各种最新成果。学生在学习过程中，必然要掌握这些技术，并且要能融会贯通多种技术加以综合应用，才能取得好的成绩。

（2）对学生素质的要求具有综合性。比赛过程中，学生不仅要完成赛事项目的解决方案，还要考虑比赛策略的综合应用，比如“全省中小学生智能机器人比赛”的能力风暴WER能力挑战赛共有17个任务，做任务的顺序将直接影响到最终的成绩，因此在比赛时，就要综合考虑多种因素来决定做任务的顺序。

（3）项目解决方案具有综合性。一个优秀的项目解决方案，需要综合考虑项目的要求、项目的得分、智能机器人所采用的结构以及比赛策略等等。比如对智能机器人运行速度的考虑，如果速度太慢，必然会影响到得分，但如果太快，却有可能使任务失败。这时候就必须综合多种因素，来决定运行速度的快慢，使解决方案既能够顺利完成任务，又可以达到最快的速度。

3.创新性

（1）解决方案的创新性。智能机器人比赛的规则只公布项目要求，而不提供解决方案，必然要求学生要有创新的思维来解决问题，比如材料创新、结构创新、算法创新、策略创新等等。而对于大家都知道的方案，则必须创造性地对方案进行修改与调整，才能在比赛中胜出。

（2）比赛项目的创新性。智能机器人比赛项目每隔一定的时间，都会对原有项目进行调整。比如“西觅亚FLL工程挑战赛”，每年都会设计新的比赛主题。（见表1）

表1 “西觅亚FLL工程挑战赛”每年设计的比赛主题

（3）赛事的主办方也会适时推出新的比赛项目，如“中鸣超级轨迹赛”、“虚拟机器人（仿真程序）”都是近年来才推出的比赛项目。新项目的推出，对于选手来说，必然要创造性地改进已有的方案，或者重新设计方案。

4.实践性

智能机器人比赛需要学生动手动脑，是一项实践性特别强的活动。首先，中小学智能机器人，比较多的是利用所提供的机器人套件，为达成特定的功能，设计智能机器人搭建的方案，最后要亲自动手，利用设计方案搭建成实体机器人。其次，硬件搭建完成以后，还需要设计能完成特定项目的软件方案，并动手编写程序。第三，在软硬件设计搭建完成以后，还需要进行调试，观察能否完成特定的比赛项目，并且要根据实际情况做出相应的调整、修改才能高效完成比赛项目。第四，在智能机器人项目比赛的过程当中，实践性也特别强，学生需要在规则范围内，发挥一切主观能动性，处理好突发事件，以最佳的状态来完成比赛。

5.竞争性

竞争是指个体或群体间力图胜过或压倒对方的心理需要和行为活动。智能机器人比赛中的竞争性是显而易见的。

如机器人足球竞赛、机器人篮球竞赛这两个项目，属于对抗性项目，比赛分上下两个半场时间，双方机器人队员同时上场，在对抗的过程中，比谁进球数量多来决出胜负，竞争性特别强。再如其他的比赛项目，虽不需要直接对抗，但比赛的最终成绩都是与其他选手竞争产生的。另外学校在进行选手选拔的时候，具有竞争性，由于受比赛队伍及比赛人数的限制，学生要代表学校参加比赛，必须与其他学习同伴进行竞争。

6.发展性

随着以电子技术、计算机技术为代表的信息技术的快速发展，特别是近年来人工智能技术的迅猛发展，智能机器人技术也取得了跨越式的发展。智能机器人比赛的发展性还表现在主办方能够与时俱进，适时调整增减比赛的项目，以及对原有项目不断进行完善与修改，以期与技术的发展、社会的进步同步发展。另外，智能机器人比赛的发展性还体现在，随着指导教师、比赛选手经验的不断积累，对比赛项目解决方案研究的愈加深入，智能机器人比赛也在不断发展。

二、智能机器人比赛对促进学生个性发展的价值分析

1.思维品质的提升

思维品质的实质是个体在思维方面表现出来的个性特征。

（1）提升思维的系统性。在智能机器人比赛中，提升思维的系统性表现在两个方面：其一是指学生在备战时，必须综合考虑智能机器人制作以及比赛的各个环节与过程，包括机器人的硬件搭建、程序编写、调试修改等都需要统筹兼顾、有序进行；其二是指在活动的过程中，学生必须整合各类不同的信息，并加以综合利用，学生必须同时考虑比赛规则、环境条件、自身的实际情况与特长，甚至要考虑到对手的状况。在不断的练习与反思中，学生思维的系统性得以提升。

（2）提升思维的灵活性。智能机器人比赛的每一个项目，包括任务的模型、完成任务的时间、完成任务的目标是固定的，而解决方案是灵活多变的。其一表现在学生要善于从不同角度、不同方向进行思考，来设计解决方案；其二表现在学生要能够自觉利用以往所学习的知识与技能，来设计解决方案；其三表现在学术能够将已有的解决方案迁移到新的项目、新的任务中去，并且在活动过程中，思考与提炼解决问题的一般规律；其四表现在比赛过程中，学生能根据比赛中的实际情况，灵活调整比赛策略，而不是墨守成规，如WER工程创新赛比赛临近结束时，可以让机器人做出自主返回基地的动作，这样可以拿到20分。

（3）提升思维的独创性。独创性指的是思维活动的创造性。要在比赛中脱颖而出，必须充分发挥自身思维的独创性，设计出与众不同的解决方案。这种独创性包括智能机器人行走路径的最优规划、完成任务方案的创新、智能机器人搭建材料的创新、机器人完成任务的程序设计创新、比赛过程中比赛策略的创新。

（4）提升思维的批判性。有些智能机器人比赛项目，已经有多年的发展经历，形成了相对比较稳定的解决方案与策略，要想在这样的项目中胜人一筹，就要求学生必须具有思维的批判性，能够对固有的、已有的解决方案进行独立和批判性的思考，从而设计出更加完善与优化的解决方案。

（5）提升思维的敏捷性。所有智能机器人比赛项目都是在有限的时间内完成复杂的任务，智能机器人的运动、动作、与其他机器人的对抗、发生的意外稍纵即逝，这就要求学生在比赛过程中，必须高度集中注意力、快速思考、迅速做出调整，才能最终在比赛中胜出。长此以往，学生思维的敏捷性无疑会得到有效提升。

2.实践能力的提升

智能机器人比赛实践型很强，能有效提升学生的实践能力。

首先，通过智能机器人设计与搭建，可以将自己的想法付诸实施，提升学生理论与实践相结合的能力。

其次，在比赛准备期间，通过方案调试、修改，可以使自己的想法在实践中接受检验，以确定设计方案的科学性、可行性。

第三，通过比赛，可以检验解决问题方案存在的不足，并进行针对性的修改与调整，使实践能力螺旋式上升。

3.合作能力的提升

大多数智能机器人比赛项目都要求两人或以上的同伴来合作完成，如中央电教馆组织的“中小学生智能机器人比赛”中，机器人足球（二对二）、能力风暴WER能力挑战赛、纳茵特智能挑战赛、西觅亚FLL工程挑战赛、BotBall竞赛、二对二机器人篮球等六项赛事均可以有两名选手参与。这为提升学生的合作能力提供了基础，表现在：

其一学生必须与同伴合作。在智能机器人学习与比赛的过程中，与同伴之间可以进行合理的分工。如其中一人专攻硬件的搭建，另外一人专攻程序的编写，这样的分工与合作，既可以加深对知识的理解和技能的掌握，也有利于增进彼此之间的感情联络。

其二学生要与教师合作。学生要努力完成教师布置的学习任务，另外学生也要善于与教师沟通，勇于提出自己不同的见解。

其三在比赛过程中，要与裁判、工作人员合作。一方面要听从裁判与工作人员的指令，另外当出现意外情况的时候，也要敢于提出自己的合理要求，从而有利于自己顺利完成比赛任务。

4.语言表达能力的提升

在智能机器人项目学习的过程中，学生会接触大量的新概念、新技术、新原理、新思路，对这些新知识的学习，无疑会丰富学生的知识储备和语言材料的积累。在项目方案设计的过程中，学生会与同伴、教师不断讨论、修改、完善方案，有时甚至会进行争论，从而培养了思辨能力。在比赛的过程当中，学生要合理、合法按比赛的要求发布指令，无疑会提升语言表达的准确性、规范性和专业性。

5.抗挫折能力的提升

智能机器人项目的学习与比赛，从来都不是一帆风顺的，总是会遇到各种各样的问题与困惑。比如，找不到合适的解决方案，找不到合适的搭建材料，缺乏程序设计的能力，比赛不顺利，甚至失败。特别是在训练时任务完成非常出色，但是比赛中由于器材出现问题、环境不适应、误操作等原因而未能圆满完成任务。这些都会使学生产生深深的挫败感。而学生总是在一次次的失败、再尝试的过程中，使自己的抗挫折能力一步步得以提升。

6.学习力的提升

学生一般是自己有兴趣或者有特长才会参与到智能机器人项目中去，当学生设计出合适的解决问题的方案、搭建出理想的机器人模型、编写出高性能的程序、在比赛中顺利完成任务时，都能极大提升学生的学习动力。在反复的调试、修改设计方案的过程中，会提升学生的学习毅力。同时，学生在智能机器人项目学习过程中，不断接触新知识、新材料、新技术，并且使用这些新的技术来分析问题、解决问题，在此过程中，学生的综合学习能力也必然会得到有效提升。

三、促进学生发展的辅导策略

1.注重使活动形成良性循环

（1）选拔合适的生源。美国哈佛大学教育研究院的心理发展学家霍华德·加德纳的多元智能理论告诉我们，在人类智能的七个范畴中，每位学生所擅长的领域是各不相同的。我们的教育目标，在促使学生能够全面发展的同时，还要让每个学生在其擅长的领域有所突破。因此，在进行生源选拔的过程中，要注意选择合适的学生参与学习，从而使学习形成良性循环。可以使用入学考试、末位淘汰等方法。

（2）形成梯队培养的局面。铁打的营盘流水的兵，要注意在不同的年龄段同时培养，才能使项目长久发展。从一个地区来看，既要培养高中学生，同时也应该培养好初中和小学的队伍；从一个学校来看，既要培养高年级段的学生，也要注意培养低年级段的学生。

（3）考虑培养成果的多样性。智能机器人比赛最终能获奖的学生总是有限的，如果太过于功利化，必然会使一些在比赛中未取得好成绩的学生失望。因此，智能机器人项目的开展过程中，应该要考虑培养成果的多样性。除了在智能机器人比赛中获得好成绩以外，要让学生明白在活动过程中所学到的新知识、所培养的各种能力也会使学生受用终身。此外，在活动过程中培养的优秀思维品质也会有助于其他学科的学习。

2.注重学生培养的综合性

如前所述，智能机器人项目是一项综合性很强的活动。教师在教学过程中不能仅仅将眼光放在最终比赛的成绩，更要关注学生综合能力的提升。如创新能力的培养、思维能力的培养、计算思维的培养、合作能力的培养、非智力因素的培养等等。

3.注重学习内容的针对性

（1）形成完整的知识系统。智能机器人项目内容繁杂、涉及面广，并且各内容之间缺乏很强的关联度。教师要善于梳理知识的范围，并且要考虑各内容模块之间的关系，从而形成完整的知识系统。

（2）思考合适的学习序列。知识的学习、技能的习得有其内在的规律。只有遵循其规律，才能事半功倍。智能机器人项目的学习也不例外，应该遵循先简单后复杂、先基础再拓展、先硬件后软件、先模仿再创新的原则。

（3）考虑团队合作的内容。无论从项目的开展来看，还是从未来对人才的要求来看，团队合作的能力对学生的成长都至关重要。因此，在活动的开展过程中，要使用小组合作、技术沙龙、项目挑战等手段，给予学生合作学习的机会，以培养学生的团队合作能力，形成以老带新、合作共进的局面。

（4）做好活动的环境建设。智能机器人项目的开展要注意各种资料的积累工作，从而建设良好活动开展的环境。有条件的学校可以建设智能机器人活动专用教室。专用教室一方面可用于智能机器人项目的教学，另外一方面也可以陈列机器人比赛中获得的奖状、奖杯，还可以陈列学生的优秀机器人作品，放置搭建机器人的各种材料，还可以张贴在电子技术、材料技术、计算机技术、人工智能技术等方面有突出贡献的名人介绍、名人名言。从而形成智能机器人的文化氛围。

4.注重教学方式的多样性

（1）集中授课与自主学习相结合。在有条件的情况下，教师可以组织学生集中授课，特别是基础性的内容以及难度较大的内容，应该以教师集中讲授为主。教师还应该布置系统性的学习任务让学生自学，一方面可以弥补集中授课时间不足的困难，另外一方面也可以培养学生自主学习、主动探索的能力。

（2）基础课程与拓展课程相结合。在现行的浙教版小学六年级、初中三年级教材中，有关于智能机器人项目的课程，教师应充分利用好基础课程的资源。如初中三年级的第二章设置了智能机器人的学习内容，通过让智能机器人完成几个由简单到复杂的小任务，来学习制作控制机器人，了解机器人的基本组成，掌握机器人的编程和机器人的一般工作原理。这些智能机器人基础知识的学习，可以为智能机器人比赛项目打下坚实的基础。在条件允许的情况下，教师还可以编制智能机器人的拓展课程和选修课程，从而创造条件开展智能机器人活动。

（3）兴趣小组与学生社团相结合。教师可以利用课外活动的时间，吸纳有兴趣有特长的学生，组建智能机器人兴趣小组，利用兴趣小组，来开展智能机器人项目的教学。另外，也可以鼓励学生组建智能机器人学生社团，利用社团活动来开展智能机器人活动。

（4）学校教育与社会合力相结合。学校也可以充分挖掘潜力，利用社会的力量来开展智能机器人活动。比如邀请其他学校的智能机器人教师、企业的技术工程师来给学生讲课、培训。甚至可以采用合作办学的方式，共同开展智能机器人项目的教学。

智能机器人比赛活动方兴未艾，在推动智能机器人技术的发展、促进学生个性的路上，发挥着积极的作用。同时，智能机器人项目的开展，也面临着层层困难，如缺乏固定的场地、没有固定的课时、学校支持力度不同、缺乏硬件设备、教师水平参差不齐等问题。因此为使活动能顺利开展，还需要因地制宜、利用一切可以利用的资源，努力探索发展新途径。