甄奕

積累生活中的小問號

愛因斯坦曾說過：“提出一個問題往往比解決一個問題更為重要”。我們在生活中只要留心觀察，每天都會遇到無數(shù)個引起我們思考的問題，甚至就像“天氣很熱，我們是否該打開空調(diào)了”這樣的小事。我習慣把這些在生活中遇到的問題稱為“小問號”。

每天我們所遇到的小問號很多，但是并不是所有的小問號都值得作為選題去研究。真正的小問號并不是簡單的一個問題，解開它會涉及到科學性、創(chuàng)新性、實用性和可行性。德國物理學家海森認為“提出問題就解決了問題的一半”，只有學生發(fā)現(xiàn)了符合這些要求的小問號，才有可能通過查閱資料、制定研究計劃而開展后續(xù)的研究活動。我們應當以培養(yǎng)學生自主發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新性問題的能力為目標，強調(diào)創(chuàng)新選題來源于對生活的觀察和思考，特別注重引導學生觀察生活中的熱點、難點、盲點和疑點，體驗科技改變生活的樂趣。

科技輔導員應當首先具有一雙敏銳、善于發(fā)現(xiàn)生活中問題的眼睛，然后有計劃地組織學生體驗觀察生活，尋找熱點、盲點、難點、疑點的過程，特別注重平時對于問題的積累與思考——如果用機器人去做這件事會是怎樣？能否用機器人替代人完成這個任務？

機器人創(chuàng)意作品的選題要從生活中來，那么機器人就應當能夠解決生活中的問題，而這些問題的解決最好是人類難以親自完成的。我們也可以更注重那些需要枯燥地、重復完成同一類動作的任務，例如蓋章、翻頁、清掃等；需要準確的定位、按照精準的路線、位置去完成任務，例如循跡、精密的連接等；需要在不安全、不衛(wèi)生、不適合人類活動的地點工作，例如高空作業(yè)、救災等。

中國青少年機器人競賽中的機器人創(chuàng)意比賽，每年都會有一個主題，創(chuàng)意作品是否切合主題是對作品評價的重要方面。如果我們平時讓學生積累了很多小問號，等于營造了一個廣闊的創(chuàng)意空間。結(jié)合主題的要求，在這個空間中選擇合適的題目也就不困難了。

評價自己的設想

機器人創(chuàng)意項目的選題應當來源于對于生活的觀察，是為了能夠解決生活中的一個具體的問題。對于小學生而言，機器人知識水平尚處于初級階段，因此更需要讓機器人創(chuàng)意作品“接地氣”，來源于生活實際的選題可以很好地吸引人們的目光，拉近彼此之間的距離。

對于一個機器人創(chuàng)意項目的選題，我們可以從以下幾方面評價。

科學性

科學性體現(xiàn)了科技活動的最重要的特征，這既包括選題的內(nèi)容是否科學，也包括預期解決問題的方法和途徑是否科學。機器人創(chuàng)意作品應當是用科學的方法和手段，解決一個科學的問題。

創(chuàng)新性

既然是創(chuàng)意項目，自然必須具有創(chuàng)新性。創(chuàng)新并不是要求所研究的機器人必須是前所未見的，用一種新的方法解決老問題，用一種新零件代替老材料都是不錯的選擇。想創(chuàng)新，首先要了解過去人們?yōu)榱私鉀Q這個問題采用過什么方法。我認為機器人競賽的創(chuàng)新相對簡單一些，因為生活中很多問題的解決并沒有用到機器人，機器人的應用空間很大。

實用性

任何一個發(fā)明都應當有其實用價值，可以解決生活中的某些問題，或突破一個制約著我們的技術難點。創(chuàng)新大賽的工程類項目就特別強調(diào)作品的實用性。機器人創(chuàng)意作品也許不是解決問題的最佳途徑，但是也必須能夠?qū)崒嵲谠诘亟鉀Q一個問題、完成一個任務。

可行性

所有的選題在確定之前，都應當預想憑自己的技術手段、掌握的材料是否能夠?qū)崿F(xiàn)。過去我經(jīng)常遇到這樣的情況，小學生把任何問題的解決都寄托在機器人身上，機器人成了無所不能的“天神”，當作科學幻想是可以的，但是現(xiàn)在我們要做的，是選擇一個能夠做出來的機器人。因此必須在確定選題前，考慮自己的設想是否可行。

機器人創(chuàng)意項目的選題應當符合以上4個基本特征，然后才有可能通過一段時間的研究和探索將其完成。

幾年前，我所教的1個4年級的小學生找到我，她發(fā)現(xiàn)洗完熱水澡后，浴室鏡上會出現(xiàn)很多小水珠。她覺得解決這個問題可以用很多方法：用毛巾擦、打開換氣扇、給鏡子加熱、鏡子表面鍍膜等。她希望能夠借助機器人的力量解決這個問題。因此我首先帶著她對這個小問號進行了分析。

從科學角度分析，機器人可以完成模擬毛巾擦鏡子的動作，可以通過馬達帶動刷子去實現(xiàn)；從創(chuàng)新角度分析，查閱資料后發(fā)現(xiàn)目前解決此類問題更多采用的是給鏡子加熱的方法，沒有擦鏡子的機器人；從實用角度講，機器人可以解開這個小問號，但是有些“高射炮打蚊子”的感覺，因此需要發(fā)揮機器人的優(yōu)勢，解決用毛巾不易擦勻的問題；從可行角度看，我要求她根據(jù)鏡子的形狀去設計一個機器人的結(jié)構，選擇相關材料，畫出結(jié)構草圖，她都一一完成了，證明可以實現(xiàn)制作機器人的任務。

評價自己的設想是很有意義的，肯定了設想會激起強烈的興趣和實現(xiàn)設想的欲望；設想被否定也沒有關系，因為這至少避免了走彎路。

讓機器人發(fā)揮作用

顯然，機器人創(chuàng)意作品應當用到機器人。國際標準化組織給機器人下的定義是：一種可編程和多功能的操作機；或是為了執(zhí)行不同的任務而具有可用計算機改變和可編程動作的專用系統(tǒng)。按照這個定義，我們可以將機器人歸納出以下特征：執(zhí)行不同任務、可編程、動作。

縱觀歷年中國青少年機器人競賽的獲獎作品，我們可以發(fā)現(xiàn)，一件好的機器人創(chuàng)意作品必然具備較強的實用性，可以完成一個任務；應用傳感器收集信息，應用單片機處理信息，有智能判斷的功能；較為巧妙地利用了機械原理，有明顯的機械動作完成任務。

結(jié)構與動作

其實達到以上的要求并不困難，但是在比賽中想讓自己的作品脫穎而出，一個用得很巧妙的機械結(jié)構和產(chǎn)生的有趣動作往往可以給機器人增色不少，而那些高深的技術并不吃香，因為這是中小學生的機器人競技，不是大學生的“挑戰(zhàn)杯”和專家們的課題攻關。

通常在思考機器人的結(jié)構和機械原理時，我們可以借鑒創(chuàng)新大賽工程類項目的思路，從書本上尋找適合的工具和原理，如杠桿、輪軸、彈簧、斜面、拱形、齒輪變向傳動、伸縮架等，這些不僅可以讓我們事半功倍，而且還可以極大地增強機器人的科學性。

作為學生參加的機器人競賽，不需要一味地追求技術的高深、材料的高級，而應貴在一個字——巧。比如2年前，1個學生想設計制作能夠纏繞在樹干上的蛇形機器人，但是查閱資料后發(fā)現(xiàn)，類似的機器人成本很高，所用的電機都是很高級的。他聯(lián)想到在科學課上所學的彈簧原理，通過分析觀察各類彈簧，最終選擇了扭矩彈簧，將其固定在電機上，利用彈簧的力量實現(xiàn)了讓機器蛇纏繞樹干的目的。

計算機編程

本人并不是計算機專業(yè)畢業(yè)的，因此編程對于我來說也是一個弱項。但是，我認為最關鍵的是通過機器人的制作，讓學生能夠理解程序的流程，清楚每一個動作和智能判斷的關系，可以變“就事論事，單打獨斗”為“縱觀全局，整體思考”。在這幾年所輔導的機器人創(chuàng)意項目中，每個學生都可以通過學習和理解，最終獨立完成機器人工作的程序流程圖。這種系統(tǒng)思考對于學生成長的意義是極為重要的。因此，不一定需要讓學生掌握很深厚的編程基礎之后再去接觸機器人創(chuàng)意。我們的目的是讓學生根據(jù)需要選擇學習內(nèi)容。我教過的很多學生在一開始并不會編程，或者只簡單接觸過樂高的圖形化編程，但是為了制作他們夢想中的機器人，不僅學習了單片機的應用，而且還主動學習了C語言的基本知識，學習熱情空前高漲。因為他們已經(jīng)不再是“要我學”，而是“我要學”。

機器人創(chuàng)意項目可以理解為運用機器人技術解開生活中的小問號。帶領學生完成機器人創(chuàng)意作品，就是通過發(fā)現(xiàn)問題、學習并嘗試解決問題的過程。作為科技輔導員，應當充分認識到這對學生全面發(fā)展起到的重要作用，支持并引導學生在創(chuàng)意項目中獲得成長乃至成功的體驗。