吳媚

（深圳市觀瀾中學(xué)，廣東深圳 518110）

隨著時(shí)代的進(jìn)步和發(fā)展，創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力已成為一個(gè)國(guó)家國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力和國(guó)際地位最重要的決定因素，我國(guó)到2050年左右趕上或超過(guò)世界發(fā)達(dá)國(guó)家，要能實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)就需要現(xiàn)在的年青一代富有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力?！痘A(chǔ)教育課程改革綱要》中明確提出要求：要加強(qiáng)課程內(nèi)容與學(xué)生生活及現(xiàn)代社會(huì)和科技發(fā)展的聯(lián)系，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和經(jīng)驗(yàn)；要讓學(xué)生通過(guò)實(shí)踐，增強(qiáng)探究和創(chuàng)新意識(shí)，學(xué)習(xí)科學(xué)研究的方法，發(fā)展綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。教學(xué)實(shí)踐使我們發(fā)現(xiàn)，只有激發(fā)學(xué)生的興趣，挖掘?qū)W生的綜合潛能，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，才能培養(yǎng)出適應(yīng)時(shí)代需要的創(chuàng)造性人才。

機(jī)器人涉及機(jī)械、電子、傳感、計(jì)算機(jī)、人工智能等領(lǐng)域，是現(xiàn)代科技發(fā)展的前沿，它在生活中的應(yīng)用早已被人們廣泛熟知，它的很多神奇而精彩的表現(xiàn)常常被人們津津樂道，也深深地吸引了青少年的目光；機(jī)器人教學(xué)中強(qiáng)調(diào)動(dòng)腦與動(dòng)手相結(jié)合，通過(guò)思考、設(shè)計(jì)、制作、試驗(yàn)等過(guò)程使學(xué)生獲得知識(shí)和能力的發(fā)展，在課程改革如火如荼的今天，機(jī)器人教育為培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐型人才提供了另一個(gè)嶄新的發(fā)展平臺(tái)。筆者就如何在機(jī)器人課堂中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力談一談自己的看法。

一、激發(fā)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)

中學(xué)生正處于對(duì)新鮮事物倍感好奇的年齡階段，好奇心是其認(rèn)識(shí)事物、探究事物根源的 “內(nèi)驅(qū)力”，所以，調(diào)動(dòng)興趣、營(yíng)造氛圍對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人有著至關(guān)重要的作用。作為興趣入門，可以讓學(xué)生欣賞世界領(lǐng)先水平的機(jī)器人產(chǎn)品和實(shí)驗(yàn)成果，還可以讓學(xué)生觀看高規(guī)格的機(jī)器人比賽實(shí)況，通過(guò)讓學(xué)生感受先進(jìn)機(jī)器人的無(wú)窮魅力來(lái)激發(fā)學(xué)生探索奧秘的欲望。

機(jī)器人比賽融趣味性、觀賞性、科普性于一體，學(xué)生的興趣非常濃厚。去年，筆者在開始機(jī)器人教學(xué)時(shí)，就將2009年亞太大學(xué)生機(jī)器人大賽的比賽實(shí)況作為第一節(jié)課的主要內(nèi)容。當(dāng)年的比賽規(guī)則是機(jī)器人“抬轎子”，要求機(jī)器人穿過(guò)層層障礙，將“機(jī)器人乘客”送達(dá)終點(diǎn)，“乘客”到達(dá)終點(diǎn)后必須擊打上、中、下依次擺放的三面勝利鼓，而最先擊中三面鼓的參賽隊(duì)獲勝。有些國(guó)家代表隊(duì)，在“將機(jī)器人乘客抬上轎”這第一個(gè)環(huán)節(jié)就很不順利，短短幾十秒的比賽，對(duì)方選手早已抵達(dá)終點(diǎn)，而這些代表隊(duì)的“機(jī)器人乘客”卻遲遲無(wú)法上轎，各隊(duì)機(jī)器人表現(xiàn)懸殊，使學(xué)生在頭腦中產(chǎn)生了大大的一個(gè)問號(hào)，也許這時(shí)他們頭腦中所具備的知識(shí)還不能解釋這一切，但是，想揭開其中奧秘的種子卻在此時(shí)播下了。在最終的冠軍爭(zhēng)奪中，冠軍隊(duì)和亞軍隊(duì)的機(jī)器人乘客幾乎同時(shí)在終點(diǎn)處下轎，但是，冠軍隊(duì)的機(jī)器人乘客以迅雷不及掩耳之勢(shì)一齊伸出三條胳膊同時(shí)擊中三面勝利鼓，而亞軍隊(duì)的機(jī)器人乘客卻是由上而下分三次伸出胳膊擊打三面鼓，以不到1秒的差距，屈居亞軍，此時(shí)的教室里一片嘩然，大家一致為冠軍隊(duì)的創(chuàng)意拍手叫好。激烈的比賽結(jié)束了，留給學(xué)生的是好奇、疑問、摩拳擦掌、躍躍欲試，學(xué)生在看到抽象的比賽規(guī)則經(jīng)過(guò)參賽者的努力后，能夠從無(wú)到有變成穩(wěn)定運(yùn)行的機(jī)器人實(shí)體，不由得發(fā)出由衷的感慨，對(duì)參賽選手的聰明才智佩服得五體投地，同時(shí)也流露出對(duì)機(jī)器人學(xué)習(xí)的憧憬和向往。創(chuàng)新能力是基于創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維基礎(chǔ)之上的，創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)又以興趣為起點(diǎn)，只有讓學(xué)生對(duì)機(jī)器人產(chǎn)生濃厚的興趣，他才會(huì)主動(dòng)地進(jìn)行思索和探究，創(chuàng)新之路也就會(huì)變?yōu)榭赡堋?/p>

二、自主探究，培養(yǎng)創(chuàng)新思維

要能創(chuàng)新，單憑興趣遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需具備創(chuàng)新思維，創(chuàng)新思維的培養(yǎng)要求在教學(xué)中注重培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立性、自主性，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行探究和質(zhì)疑。在學(xué)生開始學(xué)習(xí)時(shí)，我們可以通過(guò)模仿范例來(lái)讓學(xué)生理解機(jī)器人的工作原理，這種方式比較直觀，學(xué)生通過(guò)模仿可以快速獲得成功的體驗(yàn)，這對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)非常重要。但在經(jīng)過(guò)1—2個(gè)范例的學(xué)習(xí)之后，教師就要改變教學(xué)方式，避免要求學(xué)生將完成的作品進(jìn)行完整的展示，這種整體展示的方式雖然可以啟發(fā)學(xué)生的思路，但最后學(xué)生的作品幾乎與教師展示的雷同，具有創(chuàng)新的作品很少。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，模仿學(xué)習(xí)可以讓他們較為順利地完成任務(wù)，但這只是表象，本質(zhì)上，模仿是一種動(dòng)作技能的簡(jiǎn)單重復(fù)，嚴(yán)重制約了學(xué)生思維能力的發(fā)展，在機(jī)器人學(xué)習(xí)過(guò)程中，我們更應(yīng)重視智慧技能的挖掘和培養(yǎng)。

在實(shí)際教學(xué)中，讓學(xué)生根據(jù)機(jī)器人將要實(shí)現(xiàn)的功能，自己確定實(shí)現(xiàn)這些功能需要什么機(jī)械部件、感應(yīng)器件和動(dòng)作器件，每名學(xué)生開動(dòng)腦筋，寫出自己的結(jié)論，在小組內(nèi)討論其可行性，形成小組意見后，提交全班進(jìn)行討論，最終由教師來(lái)幫助定奪，給出合理的解釋。以“行走機(jī)器人”為例，有的學(xué)生由人的行走直接想到設(shè)計(jì)一個(gè)用 “腳”走路的機(jī)器人，有的學(xué)生則由坦克行走聯(lián)想到使用“履帶”走路，有的學(xué)生想到的是像汽車一樣用 “車輪”來(lái)行走，在一個(gè)簡(jiǎn)單的案例中，學(xué)生竟有多種奇思妙想，從中筆者覺得在學(xué)習(xí)過(guò)程中給予學(xué)生一定的獨(dú)立性和自主性對(duì)于學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)有著至關(guān)重要的作用。

機(jī)器人結(jié)構(gòu)搭建決定了機(jī)器人的外在形態(tài)和功能模塊的運(yùn)動(dòng)方式，只要能夠?qū)崿F(xiàn)功能，教師可以讓學(xué)生充分發(fā)揮想象來(lái)構(gòu)造自己心目中的機(jī)器人，如果一味地遵從教師或范例，學(xué)生豈不是成了教師手中的“機(jī)器人”了！在“行走機(jī)器人”案例中，當(dāng)學(xué)生選擇使用“車輪”來(lái)讓機(jī)器人行走后，就如何驅(qū)動(dòng)展開討論，有的將機(jī)器人設(shè)計(jì)成前輪可控制轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)，后面兩個(gè)輪則作為從動(dòng)輪；有的設(shè)計(jì)成用后兩個(gè)車輪實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)、前輪則作從動(dòng)車輪的方式。不同的設(shè)計(jì)方案有著不同的思路，參數(shù)的設(shè)置和程序的設(shè)計(jì)也隨之改變，這其中蘊(yùn)涵著學(xué)生對(duì)問題深刻而又不拘一格的思考。在這個(gè)過(guò)程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)有價(jià)值的問題進(jìn)行深刻的挖掘，避免學(xué)生在探究的過(guò)程中偏離學(xué)習(xí)目標(biāo)，同時(shí)還要對(duì)學(xué)生在探究過(guò)程中產(chǎn)生的問題認(rèn)真地“答疑解惑”。 除此之外，教師要注重啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)技術(shù)的角度對(duì)日常生活中的實(shí)際問題提出質(zhì)疑、進(jìn)行創(chuàng)想，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)事物積極健康的懷疑態(tài)度，改變墨守成規(guī)的慣性思維。

機(jī)器人編程是最能體現(xiàn)學(xué)生探究和質(zhì)疑精神的環(huán)節(jié)。初中生開始學(xué)習(xí)編程時(shí)，所有參數(shù)設(shè)置、程序編寫都是按照范例依葫蘆畫瓢完成的，程序下載到機(jī)器人的RCU（機(jī)器人大腦）中運(yùn)行后，學(xué)生立刻能體驗(yàn)到成功的喜悅，但如果僅僅停留在這個(gè)層面上，學(xué)生的學(xué)習(xí)不僅在知識(shí)上達(dá)不到理解、融會(huì)貫通、舉一反三的目的，能力上更是得不到訓(xùn)練和提高。選擇什么模塊，模塊的參數(shù)為什么這樣設(shè)置？程序設(shè)計(jì)使用哪種結(jié)構(gòu)，是否又嵌套著另一種程序結(jié)構(gòu)？倘若變換程序結(jié)構(gòu)，是否可以完成同樣的任務(wù)？這些需要學(xué)生多問幾個(gè)為什么，多做幾個(gè)假設(shè)，多做幾次試驗(yàn)，學(xué)生在假想、實(shí)踐、驗(yàn)證的過(guò)程中加深了對(duì)機(jī)器人程序的理解，只有這樣學(xué)生才能真正參與到知識(shí)的主動(dòng)獲取中，為后面復(fù)雜的學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性的活動(dòng)打下基礎(chǔ)。這個(gè)環(huán)節(jié)中，教師要精心設(shè)計(jì)活動(dòng)方案，設(shè)計(jì)的問題要合理，便于學(xué)生自主探究，但需要有一定的難度，要值得學(xué)生去探究，這才有利于學(xué)生能力的提高和發(fā)展。

三、勤于實(shí)踐，提升創(chuàng)新能力

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，有了創(chuàng)新想法，就需要付諸實(shí)踐，否則就只是空想。有些學(xué)生認(rèn)為，自己需要先學(xué)習(xí)完所有的理論知識(shí)后，才能動(dòng)手做出一些東西來(lái)，其實(shí)不然，學(xué)生可以在觀察和思考問題、發(fā)現(xiàn)其中存在的不足之后，帶著興趣，帶著疑問，走進(jìn)實(shí)踐，在實(shí)踐中去尋求理論的解答，理論與實(shí)踐并舉，可以避免理論學(xué)習(xí)的枯燥而影響學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，而且，學(xué)生在實(shí)踐中獲取知識(shí)的同時(shí)，動(dòng)手能力也會(huì)隨之得到提高。

在“避障機(jī)器人”活動(dòng)中，機(jī)器人原本只能簡(jiǎn)單地避開障礙物后退，學(xué)生不滿足這一功能的實(shí)現(xiàn)，創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)著自己想要的機(jī)器人：有的小組嘗試如何尋找多個(gè)障礙物；有的小組嘗試如何使機(jī)器人碰到障礙后不是后退而是稍稍轉(zhuǎn)彎再繼續(xù)前行；有的則在找到障礙物后，還為機(jī)器人設(shè)計(jì)一個(gè)或叫、或轉(zhuǎn)圈的動(dòng)作以示成功。學(xué)生在實(shí)踐中檢驗(yàn)了認(rèn)知，鞏固了認(rèn)知，又在實(shí)踐中迸發(fā)出新的靈感，大大促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展。

機(jī)器人競(jìng)賽更是體現(xiàn)和激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力的上好方式，機(jī)器人比賽不僅主題有趣，而且設(shè)計(jì)方案是開放的，比賽活動(dòng)主張參賽學(xué)生使用不同方法達(dá)到共同目的。面對(duì)競(jìng)賽主題，學(xué)生需要先將主題和規(guī)則轉(zhuǎn)化為一個(gè)個(gè)技術(shù)問題，對(duì)問題的結(jié)果進(jìn)行多種假想和預(yù)測(cè)，在考慮機(jī)器人運(yùn)行穩(wěn)定、可靠的基礎(chǔ)上，做出多種可行性方案，最后通過(guò)團(tuán)隊(duì)的協(xié)作將創(chuàng)意變成完整的機(jī)器人作品，這個(gè)過(guò)程需要學(xué)生具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)、較強(qiáng)的動(dòng)手能力和與眾不同的創(chuàng)新思維。參與競(jìng)賽可以進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和研究興趣，對(duì)于學(xué)生分析問題、解決問題、綜合運(yùn)用知識(shí)等能力的提高是一個(gè)有效途徑，而且，競(jìng)賽可以培養(yǎng)學(xué)生力爭(zhēng)上游和團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神，競(jìng)爭(zhēng)可以激發(fā)學(xué)生潛在的創(chuàng)造力，合作才會(huì)造就最終的成功。

結(jié)束語(yǔ)

多年來(lái)，由于設(shè)備和場(chǎng)地的限制，機(jī)器人教育在很多學(xué)校只在課外活動(dòng)中開展，機(jī)器人真正走進(jìn)中小學(xué)課堂是近兩年才開始，很多實(shí)踐還處于摸索階段，作為教師，要打破傳統(tǒng)教師講、學(xué)生被動(dòng)學(xué)的教學(xué)模式，充分發(fā)揮引導(dǎo)作用，啟發(fā)學(xué)生自主建構(gòu)知識(shí)，進(jìn)行發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)，為學(xué)生的自主探究、合作學(xué)習(xí)提供充足空間，只有這樣，機(jī)器人教育才能發(fā)揮它的特點(diǎn)，成為基礎(chǔ)教育中培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有力工具。

[1]王海芳，李鋒，任友群.關(guān)于中小學(xué)機(jī)器人教育的思考與分析[J].全球教育展望，2009，（4）.

[2]張?jiān)浦?，吳成東，崔建江，叢德宏.基于機(jī)器人競(jìng)賽的大學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)與實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2007，（1）.