雷炳砫

摘 要：人工智能及創(chuàng)客教育盛行的當下，越來越多的中小學生已經(jīng)與智能機器人有了親密接觸，在日常的機器人教學中，學生學會了一些簡單的編程，體驗了操控機器人的樂趣，也具備了走上了賽場與對手一較高下魄力與勇氣。在兼顧比賽的同時，促進學生思維分析能力的提升自然擺在了教師們的面前。

關(guān)鍵詞：機器人教學；3D九宮探險；思維分析能力

人工智能盛行的當下，人類的學習、工作、生活都與高科技息息相關(guān)，都離不開人工智能。中學生作為祖國未來的棟梁、地球未來的主宰者，又怎么可以不掌握一點人工智能的技術(shù)呢。可是，在現(xiàn)行的教育體制下，中學生每天忙于應(yīng)付繁重的學業(yè)，升學考試的文化科目知識網(wǎng)絡(luò)中，涉及人工智能的微乎其微。幸好，近十年來，中央電教館每年均舉辦中小學計算機機器人活動，借活動的東風，機器人逐步走進了校園。如此一來，中小學生就有機會感受、體驗人工智能，并嘗試動手編寫代碼讓機器人實現(xiàn)某一動作。在日常的機器人教學中，大多數(shù)是以競賽任務(wù)為教學內(nèi)容，著重于培養(yǎng)學生操控機器人去實現(xiàn)某種特定功能或執(zhí)行某項特定動作。但在實際訓練或比賽過程中，現(xiàn)場道具的大小、擺放的位置及機器人運行存在的不穩(wěn)定性等諸多因素，都會導致機器人的運行出現(xiàn)偏差，所以對學生的思維分析能力及現(xiàn)場應(yīng)變能力是一大考驗。本文主要論述在機器人教學中提升學生思維分析能力的策略。

一、在日常的機器人教學中，注重引導學生進行分析與綜合

我們都知道，分析與綜合是最基本的思維方法，是其它思維加工方法或方式的基礎(chǔ)。 分析用于把握事物的基本結(jié)構(gòu)、屬性和特征，就是把客觀事物分解為各個部分分別加以研究。分析的方法有定性分析、定量分析、結(jié)構(gòu)分析、功能分析、信息分析、模式分析以及流程分析等。綜合是把對事物各個部分、側(cè)面或?qū)傩缘冉y(tǒng)一為整體的思維方法，旨在從整體上把握事物的本質(zhì)和規(guī)律。綜合是按事物的內(nèi)在聯(lián)系把整個事物在思維中再現(xiàn)出來。分析和綜合是辯證的統(tǒng)一。分析和綜合既互相區(qū)別，又互相依存。一方面，分析是綜合的基礎(chǔ)，沒有分析，思維就不能具體深入，不能把握事物的各個部分、側(cè)面和屬性的具體規(guī)定性，當然無從綜合；另一方面，分析也離不開綜合，分析總是要以某種綜合的成果為指導進行的，并且以綜合為目的。沒有綜合，思維的信息材料是零碎、片斷的，不能統(tǒng)一為整體，也難以對各個部分、側(cè)面和屬性有確切的了解。

在日常的3D九宮探險虛擬機人教學中，要讓機器人跑得快，用盡量少的時間去完成盡量多的任務(wù)，這就叫高效，就叫勝利，也是我們各類別競賽的獲勝法寶和終極目標。所以在日常的訓練教學中，就需要學生去尋找這么一組匹配的數(shù)據(jù)，驅(qū)使機器人能在各種線路以最高速度運轉(zhuǎn)并順利完成任務(wù)。3D九宮探險虛擬機人的工作原理是這樣的，前端一個萬向輪作為支點，沒有動力輸出；后端兩個驅(qū)動輪輸出動力；再輔之以各種傳感器。很顯然，后端的兩個驅(qū)動輪決定著機器人運行的速度。線路分為直線和曲線，機器人在直線上運行時，只要把兩個驅(qū)動輪的動力都設(shè)置為100，即為最大功率輸出，在這一點上，大家都這么做，況且實際的訓練或競賽的地圖中直線線路極少，這么一來，競賽的焦點就轉(zhuǎn)化成曲線線路速度的比拼了。在3D九宮探險虛擬機人仿真系統(tǒng)里，是通過調(diào)整兩個驅(qū)動輪的速度差來達到轉(zhuǎn)彎即走曲線的，左輪走得慢，機器人向左轉(zhuǎn)彎，右輪走得慢，機器人向右轉(zhuǎn)彎。機器人運行原理的教學，到此已然完畢?？墒?，在實際的操作過程中，學生會遇到一個亟待解決的問題，轉(zhuǎn)不同弧度的彎時，兩驅(qū)動輪動力差值如何設(shè)置？

要解決此問題，就需要學生多嘗試，多觀察，多記錄分析，多綜合比較，最后形成一套科學合理的方案。這一過程是循序漸進的，又是環(huán)環(huán)相扣的。在嘗試中觀察，觀察中記錄，記錄后分析，分析后綜合，最后得到這么一組數(shù)據(jù)能使機器人高速且穩(wěn)定的完成曲線線路。眾所周知，物質(zhì)的變化總是由量變到質(zhì)變的。例如，在實際教學訓練中，面對同一條曲線線路，起點為A終點為B，通過不斷的嘗試調(diào)整兩驅(qū)動輪動力差值，并記錄下每一組數(shù)據(jù)，以及此組數(shù)據(jù)下機器人完成由A點到達B點的時間，時間少且穩(wěn)定性高的這一組數(shù)據(jù)即為我們尋求的結(jié)果，之后進行分析此曲線的弧度與這一組數(shù)據(jù)間的關(guān)系，此為綜合，最后把這一關(guān)系推演到其它不同弧度的曲線線路上進行實踐驗證。如此一來，學生的思維分析與綜合能力就會逐步得到的提升。

二、在機器人模擬比賽中，強化學生的推演能力

推演能力是建立在對事物特征認知后的進一步嘗試理解和行動。如果沒有推演，只是進行淺層次的根據(jù)特征識別出來的結(jié)果進行分析，往往就是“看山是山”。推演能力就是通過觀察事物的表面現(xiàn)象，得出事物本質(zhì)；從一堆看似零散的資料中，提煉出核心觀點，是撥開云霧見天日的能力，或是舉一反 三、觸類旁通。

在3D九宮探險虛擬機人的教學中，我們會適時進行模擬比賽，通過不斷更換比賽道具擺放的位置，引發(fā)學生進行觀察比較，使學生的思維得到發(fā)散，由此及彼，由表及里，促進學生的推演能力的提升。道具物理位置發(fā)生變化，機器人所走的線路就得隨著變化；道具方向改變，機器人也必須作出角度的調(diào)整；道具大小、高低不同，機器人發(fā)生的動作力度、幅度也不同；所以機器人模擬比賽，對學生的思維是一大挑戰(zhàn)，在這期間沒有教師的提醒與解釋，沒有同伴的交流與協(xié)作，有的只是自我思考，自我推演，思考各項參數(shù)值的設(shè)置，思考機器人的速度與動作力度，角度大小等，從平時的訓練中積累的知識中去推演，在最短時間內(nèi)調(diào)試好機器人順利執(zhí)行任務(wù)。所以這一過程，能充分調(diào)動學生的思維，激發(fā)學生的思維分析及推演能力。通過分析推演，學生能獲得新知，對理解領(lǐng)悟能力和思維分析能力都是一次升華。

誠然，思維分析能力的提升，不是一朝一夕之事，正如娘胎里爬出來的小寶寶要長大成人，靠的是日積月累，不急不躁，循序漸進，積少成多，堅持不懈的從量變到質(zhì)變的一個過程。任何一次的思考分析，整理歸納，類比排序，綜合推演都只能是對思維分析能力起到一定的促進作用。