在智能寻轨器制作中提高学生逆向思维能力

郭秋维　何梦婷

逆向思维，就是我们对平时司空见惯的似乎已成定论的事物和观点，反过来思考的一种思维方式。科学老师在指导学生进行智能寻轨器制作的过程中，可巧用逆向思维来认识某些元件的正反向不同特性，进而理解电路工作的正反原理，并进行演绎分析;在检测和调试过程中，运用逆向思维进行分析和调整，可促使电路工作正常，寻轨顺畅自然，行程远，达到智能寻道的作用，从而提高学生的逆向思维能力。

逆向思维，顾名思义，即不按常规的思维方式，不从事物的正向思路考虑问题，偏偏反其道而行之，以获得解决问题的一种新颖方式。在日常生活中，逆向思维无所不在，有着极其广泛的实用价值。但它总是与正向思维相对应而存在，所以，我们在分析逆向思维问题时，有必要联系正反两方面的因素，才能加深对逆向思维的理解，收到更好的效果。韦钰院士指出：“儿童具有强大的学习能力，是一个积极主动的学习者。婴儿一来到这个世界，就开始了从一个生物人向社会人发展的学习过程。”

智能寻轨器的制作，蕴含科学创新信息，内隐着反向思维，如能充分发挥其优势，就会帮助我们分析与认识其中规律，从而达到有效解决行走问题之目的。

一、应用逆向思维的优势

有时遇事绞尽脑汁想不出好办法来，不妨改变一种思考方法，换一个角度，从事物的反面进行琢磨，可能会产生意想不到的效果。生活中常见的逆向思维有原理逆向、功能逆向、结构逆向、程序逆向、因果逆向、状态逆向、属性逆向等。如，司马光砸缸救孩子就是应用逆向思维来解决问题的实例。事物之间总是相互联系的，正向思维与逆向思维的顺逆方向不同，解决问题的功效也有别。

很多人总习惯性地常规思维，这固然有很大的好处，但也存在着明显的不足：不能适应突变的情境;面对难关，往往难以实现突破;不能逾越鸿沟。用上逆向思维后，就能够势如破竹，使问题迎刃而解。对大自然中的万事万物，多问几个为什么：假如没有灰尘，假如没有苍蝇，大自然又会怎样呢？这种训练，对培养学生的逆向思维有独特的促进作用。

二、认识元件，理解特性

普通二极管，符号“”，属于半导体电子元件，具有正向导通、反向截止的特性。那么，为什么半导体只会单向导通呢？原因就在于二极管元件内部有一个PN结，电流只能从正极P向负极N流动，反向电阻无限大，近乎截止。用万用表检测，正向电阻小，反向电阻无穷大。如用LED灯拼接检验，加上正向电压触发导通时LED灯会发光，反向时不发光。在一般电路中，遇到二极管不发光，可能存在几种情况：一是LED灯本身损坏，正反向都亮不起来;二是可能还未达到它的额定电压，虽有电流通过，但还是发不出光来;三是由于正反方向极性错了。如果更改一下方向，马上就会发出亮光，显然系极性装反。当然，还可用替换法，将纽扣电池接入测试一下，立竿见影。其实，正反向思维是矛盾的对立统一，处于一个共同体中，离开了一方，另一方也就不存在了。

电容也是一样，可以有几种方法验证。容量稍大的电解电容，可用万用表检测电容的充放电情况，当表针从左到右慢慢移动到一定位置时，然后又返回到无穷大，这实际显示的是充电与放电过程。再次就要调换方向检测，依然有充放电存在。容量越大摆动幅度就越大。其中的充电与放电也是一对顺逆问题，处于一个共同体之中。许多电路中的延时发光或延时熄灭，均是利用电容器的充放电原理来设计的。当接上电池时，LED灯不亮，按下并松开按钮，LED灯立即发亮，此后慢慢变暗。容量小的电容器，变化速度更快。

三、分析原理，演绎推理

有效的思维是一个不断提问、解答、追问和不断明朗的过程。要调动学生的思维，在难度适中的基础上，方法的正确与否很关键，是继续思考和追问的原动力。在一个特定的环境中，学生的思维能够从一个点到另一个点连续地进行，完成真正的、深刻的、有效的思维活动。

智能寻轨器要正常工作，按反向推理，要让寻轨器行走→要有一个完整的闭合回路→轮子前进→齿轮转动→电机旋转→电路板元件正常→开关闭合→电池4.5V供足。这种思路很重要，有时可与正向联系起来分析。

如出现一架智能寻轨器不前进的情况，该查哪里呢？根据逆向思维原理，逐步查找，进行检测。先查一下电机是否正常，如是电机出岔子，当然车子走不了。这时可撇开其他的线路，对电机进行单独测试。电机的问题，到底是齿轮机械的配合转动问题，还是小马达的问题。如电机正常，继之应查电路板上各元件的情况：各点的电压正常与否？电子元件是否有烧毁或击穿情况？最后再查查电池的供电情况：电池的电量多少？有没有存在导线接触不良情况？焊接点是否虚焊？这就是倒序来检查智能寻轨器的各部分情况。只有考虑顺逆的不同思维方向，才能更有效地查找其中的问题所在。

四、检测调试，对症下药

智能寻轨器虽小，舞台却很大，要让学生插上逆向思维的翅膀，激发学生试着解决行走中的实际问题，以实现一次次质的飞跃。

为确保组装焊接正常，可对电路板进行单独测试，把车架、电池与电路板三者分开，将车子轮子悬空架起来。当接入电源时，可能会出现三种状态：一是车子的两个轮子都旋转起来;二是一个轮子转动，另一个轮子不动;三是两个轮子都不动。查清问题后就可以区别对待，有的放矢，有针对性地排除解决问题（见实物图1）。

在宽松状态下，学生的思维闸门是开放的，随时会有感而发，提出一些有挑战性的问题。教师应认识到，问题驱使下的学习是难得的好机会，要因势利導，就此发挥，定会收到意想不到的效果。

（一）左右对称问题

智能寻轨器的电子电路板设计左右对称也是一种互逆关系。如，在D型智能寻轨器中，左边的100Ω电阻、10KΩ电阻、传感器、504可变电阻、红色发光二极管和调速电位器等元件，与左边的电机有直接关系;同理，右边的那些元件与右边的电机也有关系。当出现问题时，就要检查相对应一边的那些元器件（见电路板实物图2）。gzslib202204021427

这时，我们可以左右对比琢磨，由此及彼，顺逆结合，逐一查找，直至问题解决。

（二）轮子倒转问题

有时候，一架智能寻轨器安装完毕后进行试车，会出现智能寻轨器向左绕圈子或向右绕圈子的情况。仔细分析一下，原来是有一边轮子是不动的，导致一边前进，另一边不动，就变成绕圈子了。往哪边绕圈子就是哪边轮子不动，这时，只要把不动那边电机的两个接线柱的两条线松开并对换焊接妥，让轮子都向前滚动，就得到科学纠正了。这种问题较为简单，一经发现，立刻调整解决之。

（三）电阻大小问题

在智能寻轨器行驶过程中，往往会出现一直往一边转弯的情况，好像与一边有特别的情感。遇到這种情况，我们就要分析：为了让两轮走得一样快，是要调走快的还是走慢的轮子？如调走得快的那个轮子，细想一下，要让这个轮子走慢，应该从调速电阻上下功夫：电阻大，走得慢;电阻小，走得快。于是，就从可变电阻上着手调试。旋转操作时，要细旋慢调，不能一步到位，要旋一点试走一下，再旋一点，再试走一下。沉住心，慢慢琢磨，直到调到最佳平衡状态。有时，可能一边调到极点还是不奏效，这时就要调整另一个电阻。要注意另一个调整的方向应该相反。归纳起来，原则就是：与传感器配合的电阻值大，灵敏度就低，走得慢;反之，电阻小，灵敏度高，走得快。这实际也包含着逆向关系，明白这一点，就能得心应手，手到病除。

五、不能忽视传感器的灵敏度

智能寻轨器最终是要在黑白的轨道上前进的，在机械都正常的情况下，还有几方面的环境因素不能忽视：周围环境的光线强弱程度不同，白天与晚上有差别，而且阴天与晴天也有差别，背光与向阳更有差别。即使是同样的教室、同样的时间段，有阴影和没阴影也有差别。在现场操作中，可借助一块挡光板来调整光线的强弱，以达到智能寻轨器顺利行走的目的。

当然，寻道本身的黑条色道、电池的电量与篷布走道粗细程度也有关，需要综合考虑，才能控制好它的速度。

总之，客观事物总是存在着千丝万缕的内在联系。在智能寻轨器的分析调试中，当正向思维不能有效地解决问题时，不妨反其道而行之：从结果出发，进行恰当的逆向思维，常常会收到意想不到的效果，出现峰回路转、柳暗花明又一村的局面。顺逆结合，相得益彰，能够让思维得到更有效的多维发散拓展。