以机器人教学为契机，促进学生思维分析能力的提升

雷炳砫

摘 要：人工智能及创客教育盛行的当下，越来越多的中小学生已经与智能机器人有了亲密接触，在日常的机器人教学中，学生学会了一些简单的编程，体验了操控机器人的乐趣，也具备了走上了赛场与对手一较高下魄力与勇气。在兼顾比赛的同时，促进学生思维分析能力的提升自然摆在了教师们的面前。

关键词：机器人教学；3D九宫探险；思维分析能力

人工智能盛行的当下，人类的学习、工作、生活都与高科技息息相关，都离不开人工智能。中学生作为祖国未来的栋梁、地球未来的主宰者，又怎么可以不掌握一点人工智能的技术呢。可是，在现行的教育体制下，中学生每天忙于应付繁重的学业，升学考试的文化科目知识网络中，涉及人工智能的微乎其微。幸好，近十年来，中央电教馆每年均举办中小学计算机机器人活动，借活动的东风，机器人逐步走进了校园。如此一来，中小学生就有机会感受、体验人工智能，并尝试动手编写代码让机器人实现某一动作。在日常的机器人教学中，大多数是以竞赛任务为教学内容，着重于培养学生操控机器人去实现某种特定功能或执行某项特定动作。但在实际训练或比赛过程中，现场道具的大小、摆放的位置及机器人运行存在的不稳定性等诸多因素，都会导致机器人的运行出现偏差，所以对学生的思维分析能力及现场应变能力是一大考验。本文主要论述在机器人教学中提升学生思维分析能力的策略。

一、在日常的机器人教学中，注重引导学生进行分析与综合

我们都知道，分析与综合是最基本的思维方法，是其它思维加工方法或方式的基础。 分析用于把握事物的基本结构、属性和特征，就是把客观事物分解为各个部分分别加以研究。分析的方法有定性分析、定量分析、结构分析、功能分析、信息分析、模式分析以及流程分析等。综合是把对事物各个部分、侧面或属性等统一为整体的思维方法，旨在从整体上把握事物的本质和规律。综合是按事物的内在联系把整个事物在思维中再现出来。分析和综合是辩证的统一。分析和综合既互相区别，又互相依存。一方面，分析是综合的基础，没有分析，思维就不能具体深入，不能把握事物的各个部分、侧面和属性的具体规定性，当然无从综合；另一方面，分析也离不开综合，分析总是要以某种综合的成果为指导进行的，并且以综合为目的。没有综合，思维的信息材料是零碎、片断的，不能统一为整体，也难以对各个部分、侧面和属性有确切的了解。

在日常的3D九宫探险虚拟机人教学中，要让机器人跑得快，用尽量少的时间去完成尽量多的任务，这就叫高效，就叫胜利，也是我们各类别竞赛的获胜法宝和终极目标。所以在日常的训练教学中，就需要学生去寻找这么一组匹配的数据，驱使机器人能在各种线路以最高速度运转并顺利完成任务。3D九宫探险虚拟机人的工作原理是这样的，前端一个万向轮作为支点，没有动力输出；后端两个驱动轮输出动力；再辅之以各种传感器。很显然，后端的两个驱动轮决定着机器人运行的速度。线路分为直线和曲线，机器人在直线上运行时，只要把两个驱动轮的动力都设置为100，即为最大功率输出，在这一点上，大家都这么做，况且实际的训练或竞赛的地图中直线线路极少，这么一来，竞赛的焦点就转化成曲线线路速度的比拼了。在3D九宫探险虚拟机人仿真系统里，是通过调整两个驱动轮的速度差来达到转弯即走曲线的，左轮走得慢，机器人向左转弯，右轮走得慢，机器人向右转弯。机器人运行原理的教学，到此已然完毕。可是，在实际的操作过程中，学生会遇到一个亟待解决的问题，转不同弧度的弯时，两驱动轮动力差值如何设置？

要解决此问题，就需要学生多尝试，多观察，多记录分析，多综合比较，最后形成一套科学合理的方案。这一过程是循序渐进的，又是环环相扣的。在尝试中观察，观察中记录，记录后分析，分析后综合，最后得到这么一组数据能使机器人高速且稳定的完成曲线线路。众所周知，物质的变化总是由量变到质变的。例如，在实际教学训练中，面对同一条曲线线路，起点为A终点为B，通过不断的尝试调整两驱动轮动力差值，并记录下每一组数据，以及此组数据下机器人完成由A点到达B点的时间，时间少且稳定性高的这一组数据即为我们寻求的结果，之后进行分析此曲线的弧度与这一组数据间的关系，此为综合，最后把这一关系推演到其它不同弧度的曲线线路上进行实践验证。如此一来，学生的思维分析与综合能力就会逐步得到的提升。

二、在机器人模拟比赛中，强化学生的推演能力

推演能力是建立在对事物特征认知后的进一步尝试理解和行动。如果没有推演，只是进行浅层次的根据特征识别出来的结果进行分析，往往就是“看山是山”。推演能力就是通过观察事物的表面现象，得出事物本质；从一堆看似零散的资料中，提炼出核心观点，是拨开云雾见天日的能力，或是举一反 三、触类旁通。

在3D九宫探险虚拟机人的教学中，我们会适时进行模拟比赛，通过不断更换比赛道具摆放的位置，引发学生进行观察比较，使学生的思维得到发散，由此及彼，由表及里，促进学生的推演能力的提升。道具物理位置发生变化，机器人所走的线路就得随着变化；道具方向改变，机器人也必须作出角度的调整；道具大小、高低不同，机器人发生的动作力度、幅度也不同；所以机器人模拟比赛，对学生的思维是一大挑战，在这期间没有教师的提醒与解释，没有同伴的交流与协作，有的只是自我思考，自我推演，思考各项参数值的设置，思考机器人的速度与动作力度，角度大小等，从平时的训练中积累的知识中去推演，在最短时间内调试好机器人顺利执行任务。所以这一过程，能充分调动学生的思维，激发学生的思维分析及推演能力。通过分析推演，学生能获得新知，对理解领悟能力和思维分析能力都是一次升华。

诚然，思维分析能力的提升，不是一朝一夕之事，正如娘胎里爬出来的小宝宝要长大成人，靠的是日积月累，不急不躁，循序渐進，积少成多，坚持不懈的从量变到质变的一个过程。任何一次的思考分析，整理归纳，类比排序，综合推演都只能是对思维分析能力起到一定的促进作用。