李偉
摘 要:中小學(xué)智能機(jī)器人比賽以其多樣性、綜合性、創(chuàng)新性、實踐性、競爭性、發(fā)展性的特點,在促進(jìn)學(xué)生個性發(fā)展中具有重要作用,可以提升學(xué)生的思維品質(zhì)、學(xué)生的實踐能力、學(xué)生合作能力、學(xué)生的語言表達(dá)能力、學(xué)生的抗挫折能力、學(xué)生的學(xué)習(xí)力。在輔導(dǎo)中要注重使活動形成良性循環(huán)、學(xué)生培養(yǎng)的綜合性、學(xué)習(xí)內(nèi)容的針對性、教學(xué)方式的多樣性。
關(guān)鍵詞:智能機(jī)器人比賽;學(xué)生個性發(fā)展;輔導(dǎo)策略
中圖分類號:G633.67 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1673-8454(2018)17-0037-04
中小學(xué)智能機(jī)器人比賽是指學(xué)生利用所掌握的機(jī)械知識、電子技術(shù)、算法與程序設(shè)計等技術(shù),通過硬件搭建、軟件編程、調(diào)試修改等過程,制作智能機(jī)器人,并利用智能機(jī)器人完成特定的、具有挑戰(zhàn)性的項目。自從本世紀(jì)初以來,其在中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科教育、學(xué)生科技活動開展、人工智能選修課程開設(shè)開發(fā)等方面,已經(jīng)形成了深遠(yuǎn)的影響。智能機(jī)器人比賽對促進(jìn)學(xué)生個性發(fā)展方面具有獨特的價值,對學(xué)生的成長具有不可替代的作用。
一、中小學(xué)智能機(jī)器人比賽的特點
1.多樣性
中小學(xué)智能機(jī)器人比賽開展的時間不長,但在賽事、比賽年段、比賽項目、解決方案等方面已逐漸呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展的態(tài)勢。
賽事多。目前國內(nèi)較有影響力的賽事有中央電教館組織的“中小學(xué)生智能機(jī)器人比賽”、中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會主辦的“中國青少年機(jī)器人競賽”,以及為了參加全國比賽而進(jìn)行的各級各類相關(guān)選拔賽。較有影響力的國際比賽有“國際奧林匹克機(jī)器人大賽”、“BotBall 國際機(jī)器人大賽”、“VEX機(jī)器人世界錦標(biāo)賽”、“WER 世界教育機(jī)器人大賽”、“青少年機(jī)器人世界杯—RoboCup Junior”。此外,還有多種非官方組織的中小學(xué)智能機(jī)器人賽事。
比賽年段多。如“中小學(xué)生智能機(jī)器人比賽”、 “中國青少年機(jī)器人競賽”均包括小學(xué)、初中、高中各個年段。
比賽項目多。如目前“中小學(xué)生智能機(jī)器人比賽”涵蓋了機(jī)器人滅火、機(jī)器人足球(一對一、二對二)、能力風(fēng)暴WER能力挑戰(zhàn)賽、納茵特智能挑戰(zhàn)賽、西覓亞FLL工程挑戰(zhàn)賽、中鳴超級軌跡賽、虛擬機(jī)器人比賽、人型機(jī)器人全能挑戰(zhàn)賽、BotBall競賽、二對二機(jī)器人籃球等10項賽事。學(xué)生可根據(jù)不同的年齡段、興趣愛好、優(yōu)勢特長,選擇參與適合自己的項目。
解決方案多。為了完成比賽項目,學(xué)生可以選擇不同的策略制定解決方案。如為了提高比賽的穩(wěn)定性,可以選擇更穩(wěn)健的方案;為了取得最好的成績,可以選擇相對比較“冒險”的方案;也可以選擇穩(wěn)健的方案與比較“冒險”的方案相結(jié)合的策略。
賽事的多樣性為更多的中小學(xué)生能參與比賽提供了可能性。
2.綜合性
(1)智能機(jī)器人技術(shù)具有綜合性。智能機(jī)器人技術(shù)綜合了機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、傳感技術(shù)、計算機(jī)軟硬件技術(shù)及人工智能領(lǐng)域的各種最新成果。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中,必然要掌握這些技術(shù),并且要能融會貫通多種技術(shù)加以綜合應(yīng)用,才能取得好的成績。
(2)對學(xué)生素質(zhì)的要求具有綜合性。比賽過程中,學(xué)生不僅要完成賽事項目的解決方案,還要考慮比賽策略的綜合應(yīng)用,比如“全省中小學(xué)生智能機(jī)器人比賽”的能力風(fēng)暴WER能力挑戰(zhàn)賽共有17個任務(wù),做任務(wù)的順序?qū)⒅苯佑绊懙阶罱K的成績,因此在比賽時,就要綜合考慮多種因素來決定做任務(wù)的順序。
(3)項目解決方案具有綜合性。一個優(yōu)秀的項目解決方案,需要綜合考慮項目的要求、項目的得分、智能機(jī)器人所采用的結(jié)構(gòu)以及比賽策略等等。比如對智能機(jī)器人運行速度的考慮,如果速度太慢,必然會影響到得分,但如果太快,卻有可能使任務(wù)失敗。這時候就必須綜合多種因素,來決定運行速度的快慢,使解決方案既能夠順利完成任務(wù),又可以達(dá)到最快的速度。
3.創(chuàng)新性
(1)解決方案的創(chuàng)新性。智能機(jī)器人比賽的規(guī)則只公布項目要求,而不提供解決方案,必然要求學(xué)生要有創(chuàng)新的思維來解決問題,比如材料創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、算法創(chuàng)新、策略創(chuàng)新等等。而對于大家都知道的方案,則必須創(chuàng)造性地對方案進(jìn)行修改與調(diào)整,才能在比賽中勝出。
(2)比賽項目的創(chuàng)新性。智能機(jī)器人比賽項目每隔一定的時間,都會對原有項目進(jìn)行調(diào)整。比如“西覓亞FLL工程挑戰(zhàn)賽”,每年都會設(shè)計新的比賽主題。(見表1)
(3)賽事的主辦方也會適時推出新的比賽項目,如“中鳴超級軌跡賽”、“虛擬機(jī)器人(仿真程序)”都是近年來才推出的比賽項目。新項目的推出,對于選手來說,必然要創(chuàng)造性地改進(jìn)已有的方案,或者重新設(shè)計方案。
4.實踐性
智能機(jī)器人比賽需要學(xué)生動手動腦,是一項實踐性特別強(qiáng)的活動。首先,中小學(xué)智能機(jī)器人,比較多的是利用所提供的機(jī)器人套件,為達(dá)成特定的功能,設(shè)計智能機(jī)器人搭建的方案,最后要親自動手,利用設(shè)計方案搭建成實體機(jī)器人。其次,硬件搭建完成以后,還需要設(shè)計能完成特定項目的軟件方案,并動手編寫程序。第三,在軟硬件設(shè)計搭建完成以后,還需要進(jìn)行調(diào)試,觀察能否完成特定的比賽項目,并且要根據(jù)實際情況做出相應(yīng)的調(diào)整、修改才能高效完成比賽項目。第四,在智能機(jī)器人項目比賽的過程當(dāng)中,實踐性也特別強(qiáng),學(xué)生需要在規(guī)則范圍內(nèi),發(fā)揮一切主觀能動性,處理好突發(fā)事件,以最佳的狀態(tài)來完成比賽。
5.競爭性
競爭是指個體或群體間力圖勝過或壓倒對方的心理需要和行為活動。智能機(jī)器人比賽中的競爭性是顯而易見的。
如機(jī)器人足球競賽、機(jī)器人籃球競賽這兩個項目,屬于對抗性項目,比賽分上下兩個半場時間,雙方機(jī)器人隊員同時上場,在對抗的過程中,比誰進(jìn)球數(shù)量多來決出勝負(fù),競爭性特別強(qiáng)。再如其他的比賽項目,雖不需要直接對抗,但比賽的最終成績都是與其他選手競爭產(chǎn)生的。另外學(xué)校在進(jìn)行選手選拔的時候,具有競爭性,由于受比賽隊伍及比賽人數(shù)的限制,學(xué)生要代表學(xué)校參加比賽,必須與其他學(xué)習(xí)同伴進(jìn)行競爭。
6.發(fā)展性
隨著以電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)為代表的信息技術(shù)的快速發(fā)展,特別是近年來人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展,智能機(jī)器人技術(shù)也取得了跨越式的發(fā)展。智能機(jī)器人比賽的發(fā)展性還表現(xiàn)在主辦方能夠與時俱進(jìn),適時調(diào)整增減比賽的項目,以及對原有項目不斷進(jìn)行完善與修改,以期與技術(shù)的發(fā)展、社會的進(jìn)步同步發(fā)展。另外,智能機(jī)器人比賽的發(fā)展性還體現(xiàn)在,隨著指導(dǎo)教師、比賽選手經(jīng)驗的不斷積累,對比賽項目解決方案研究的愈加深入,智能機(jī)器人比賽也在不斷發(fā)展。
二、智能機(jī)器人比賽對促進(jìn)學(xué)生個性發(fā)展的價值分析
1.思維品質(zhì)的提升
思維品質(zhì)的實質(zhì)是個體在思維方面表現(xiàn)出來的個性特征。
(1)提升思維的系統(tǒng)性。在智能機(jī)器人比賽中,提升思維的系統(tǒng)性表現(xiàn)在兩個方面:其一是指學(xué)生在備戰(zhàn)時,必須綜合考慮智能機(jī)器人制作以及比賽的各個環(huán)節(jié)與過程,包括機(jī)器人的硬件搭建、程序編寫、調(diào)試修改等都需要統(tǒng)籌兼顧、有序進(jìn)行;其二是指在活動的過程中,學(xué)生必須整合各類不同的信息,并加以綜合利用,學(xué)生必須同時考慮比賽規(guī)則、環(huán)境條件、自身的實際情況與特長,甚至要考慮到對手的狀況。在不斷的練習(xí)與反思中,學(xué)生思維的系統(tǒng)性得以提升。
(2)提升思維的靈活性。智能機(jī)器人比賽的每一個項目,包括任務(wù)的模型、完成任務(wù)的時間、完成任務(wù)的目標(biāo)是固定的,而解決方案是靈活多變的。其一表現(xiàn)在學(xué)生要善于從不同角度、不同方向進(jìn)行思考,來設(shè)計解決方案;其二表現(xiàn)在學(xué)生要能夠自覺利用以往所學(xué)習(xí)的知識與技能,來設(shè)計解決方案;其三表現(xiàn)在學(xué)術(shù)能夠?qū)⒁延械慕鉀Q方案遷移到新的項目、新的任務(wù)中去,并且在活動過程中,思考與提煉解決問題的一般規(guī)律;其四表現(xiàn)在比賽過程中,學(xué)生能根據(jù)比賽中的實際情況,靈活調(diào)整比賽策略,而不是墨守成規(guī),如WER工程創(chuàng)新賽比賽臨近結(jié)束時,可以讓機(jī)器人做出自主返回基地的動作,這樣可以拿到20分。
(3)提升思維的獨創(chuàng)性。獨創(chuàng)性指的是思維活動的創(chuàng)造性。要在比賽中脫穎而出,必須充分發(fā)揮自身思維的獨創(chuàng)性,設(shè)計出與眾不同的解決方案。這種獨創(chuàng)性包括智能機(jī)器人行走路徑的最優(yōu)規(guī)劃、完成任務(wù)方案的創(chuàng)新、智能機(jī)器人搭建材料的創(chuàng)新、機(jī)器人完成任務(wù)的程序設(shè)計創(chuàng)新、比賽過程中比賽策略的創(chuàng)新。
(4)提升思維的批判性。有些智能機(jī)器人比賽項目,已經(jīng)有多年的發(fā)展經(jīng)歷,形成了相對比較穩(wěn)定的解決方案與策略,要想在這樣的項目中勝人一籌,就要求學(xué)生必須具有思維的批判性,能夠?qū)逃械摹⒁延械慕鉀Q方案進(jìn)行獨立和批判性的思考,從而設(shè)計出更加完善與優(yōu)化的解決方案。
(5)提升思維的敏捷性。所有智能機(jī)器人比賽項目都是在有限的時間內(nèi)完成復(fù)雜的任務(wù),智能機(jī)器人的運動、動作、與其他機(jī)器人的對抗、發(fā)生的意外稍縱即逝,這就要求學(xué)生在比賽過程中,必須高度集中注意力、快速思考、迅速做出調(diào)整,才能最終在比賽中勝出。長此以往,學(xué)生思維的敏捷性無疑會得到有效提升。
2.實踐能力的提升
智能機(jī)器人比賽實踐型很強(qiáng),能有效提升學(xué)生的實踐能力。
首先,通過智能機(jī)器人設(shè)計與搭建,可以將自己的想法付諸實施,提升學(xué)生理論與實踐相結(jié)合的能力。
其次,在比賽準(zhǔn)備期間,通過方案調(diào)試、修改,可以使自己的想法在實踐中接受檢驗,以確定設(shè)計方案的科學(xué)性、可行性。
第三,通過比賽,可以檢驗解決問題方案存在的不足,并進(jìn)行針對性的修改與調(diào)整,使實踐能力螺旋式上升。
3.合作能力的提升
大多數(shù)智能機(jī)器人比賽項目都要求兩人或以上的同伴來合作完成,如中央電教館組織的“中小學(xué)生智能機(jī)器人比賽”中,機(jī)器人足球(二對二)、能力風(fēng)暴WER能力挑戰(zhàn)賽、納茵特智能挑戰(zhàn)賽、西覓亞FLL工程挑戰(zhàn)賽、BotBall競賽、二對二機(jī)器人籃球等六項賽事均可以有兩名選手參與。這為提升學(xué)生的合作能力提供了基礎(chǔ),表現(xiàn)在:
其一學(xué)生必須與同伴合作。在智能機(jī)器人學(xué)習(xí)與比賽的過程中,與同伴之間可以進(jìn)行合理的分工。如其中一人專攻硬件的搭建,另外一人專攻程序的編寫,這樣的分工與合作,既可以加深對知識的理解和技能的掌握,也有利于增進(jìn)彼此之間的感情聯(lián)絡(luò)。
其二學(xué)生要與教師合作。學(xué)生要努力完成教師布置的學(xué)習(xí)任務(wù),另外學(xué)生也要善于與教師溝通,勇于提出自己不同的見解。
其三在比賽過程中,要與裁判、工作人員合作。一方面要聽從裁判與工作人員的指令,另外當(dāng)出現(xiàn)意外情況的時候,也要敢于提出自己的合理要求,從而有利于自己順利完成比賽任務(wù)。
4.語言表達(dá)能力的提升
在智能機(jī)器人項目學(xué)習(xí)的過程中,學(xué)生會接觸大量的新概念、新技術(shù)、新原理、新思路,對這些新知識的學(xué)習(xí),無疑會豐富學(xué)生的知識儲備和語言材料的積累。在項目方案設(shè)計的過程中,學(xué)生會與同伴、教師不斷討論、修改、完善方案,有時甚至?xí)M(jìn)行爭論,從而培養(yǎng)了思辨能力。在比賽的過程當(dāng)中,學(xué)生要合理、合法按比賽的要求發(fā)布指令,無疑會提升語言表達(dá)的準(zhǔn)確性、規(guī)范性和專業(yè)性。
5.抗挫折能力的提升
智能機(jī)器人項目的學(xué)習(xí)與比賽,從來都不是一帆風(fēng)順的,總是會遇到各種各樣的問題與困惑。比如,找不到合適的解決方案,找不到合適的搭建材料,缺乏程序設(shè)計的能力,比賽不順利,甚至失敗。特別是在訓(xùn)練時任務(wù)完成非常出色,但是比賽中由于器材出現(xiàn)問題、環(huán)境不適應(yīng)、誤操作等原因而未能圓滿完成任務(wù)。這些都會使學(xué)生產(chǎn)生深深的挫敗感。而學(xué)生總是在一次次的失敗、再嘗試的過程中,使自己的抗挫折能力一步步得以提升。
6.學(xué)習(xí)力的提升
學(xué)生一般是自己有興趣或者有特長才會參與到智能機(jī)器人項目中去,當(dāng)學(xué)生設(shè)計出合適的解決問題的方案、搭建出理想的機(jī)器人模型、編寫出高性能的程序、在比賽中順利完成任務(wù)時,都能極大提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。在反復(fù)的調(diào)試、修改設(shè)計方案的過程中,會提升學(xué)生的學(xué)習(xí)毅力。同時,學(xué)生在智能機(jī)器人項目學(xué)習(xí)過程中,不斷接觸新知識、新材料、新技術(shù),并且使用這些新的技術(shù)來分析問題、解決問題,在此過程中,學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力也必然會得到有效提升。
三、促進(jìn)學(xué)生發(fā)展的輔導(dǎo)策略
1.注重使活動形成良性循環(huán)
(1)選拔合適的生源。美國哈佛大學(xué)教育研究院的心理發(fā)展學(xué)家霍華德·加德納的多元智能理論告訴我們,在人類智能的七個范疇中,每位學(xué)生所擅長的領(lǐng)域是各不相同的。我們的教育目標(biāo),在促使學(xué)生能夠全面發(fā)展的同時,還要讓每個學(xué)生在其擅長的領(lǐng)域有所突破。因此,在進(jìn)行生源選拔的過程中,要注意選擇合適的學(xué)生參與學(xué)習(xí),從而使學(xué)習(xí)形成良性循環(huán)??梢允褂萌雽W(xué)考試、末位淘汰等方法。
(2)形成梯隊培養(yǎng)的局面。鐵打的營盤流水的兵,要注意在不同的年齡段同時培養(yǎng),才能使項目長久發(fā)展。從一個地區(qū)來看,既要培養(yǎng)高中學(xué)生,同時也應(yīng)該培養(yǎng)好初中和小學(xué)的隊伍;從一個學(xué)校來看,既要培養(yǎng)高年級段的學(xué)生,也要注意培養(yǎng)低年級段的學(xué)生。
(3)考慮培養(yǎng)成果的多樣性。智能機(jī)器人比賽最終能獲獎的學(xué)生總是有限的,如果太過于功利化,必然會使一些在比賽中未取得好成績的學(xué)生失望。因此,智能機(jī)器人項目的開展過程中,應(yīng)該要考慮培養(yǎng)成果的多樣性。除了在智能機(jī)器人比賽中獲得好成績以外,要讓學(xué)生明白在活動過程中所學(xué)到的新知識、所培養(yǎng)的各種能力也會使學(xué)生受用終身。此外,在活動過程中培養(yǎng)的優(yōu)秀思維品質(zhì)也會有助于其他學(xué)科的學(xué)習(xí)。
2.注重學(xué)生培養(yǎng)的綜合性
如前所述,智能機(jī)器人項目是一項綜合性很強(qiáng)的活動。教師在教學(xué)過程中不能僅僅將眼光放在最終比賽的成績,更要關(guān)注學(xué)生綜合能力的提升。如創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、思維能力的培養(yǎng)、計算思維的培養(yǎng)、合作能力的培養(yǎng)、非智力因素的培養(yǎng)等等。
3.注重學(xué)習(xí)內(nèi)容的針對性
(1)形成完整的知識系統(tǒng)。智能機(jī)器人項目內(nèi)容繁雜、涉及面廣,并且各內(nèi)容之間缺乏很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)度。教師要善于梳理知識的范圍,并且要考慮各內(nèi)容模塊之間的關(guān)系,從而形成完整的知識系統(tǒng)。
(2)思考合適的學(xué)習(xí)序列。知識的學(xué)習(xí)、技能的習(xí)得有其內(nèi)在的規(guī)律。只有遵循其規(guī)律,才能事半功倍。智能機(jī)器人項目的學(xué)習(xí)也不例外,應(yīng)該遵循先簡單后復(fù)雜、先基礎(chǔ)再拓展、先硬件后軟件、先模仿再創(chuàng)新的原則。
(3)考慮團(tuán)隊合作的內(nèi)容。無論從項目的開展來看,還是從未來對人才的要求來看,團(tuán)隊合作的能力對學(xué)生的成長都至關(guān)重要。因此,在活動的開展過程中,要使用小組合作、技術(shù)沙龍、項目挑戰(zhàn)等手段,給予學(xué)生合作學(xué)習(xí)的機(jī)會,以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作能力,形成以老帶新、合作共進(jìn)的局面。
(4)做好活動的環(huán)境建設(shè)。智能機(jī)器人項目的開展要注意各種資料的積累工作,從而建設(shè)良好活動開展的環(huán)境。有條件的學(xué)??梢越ㄔO(shè)智能機(jī)器人活動專用教室。專用教室一方面可用于智能機(jī)器人項目的教學(xué),另外一方面也可以陳列機(jī)器人比賽中獲得的獎狀、獎杯,還可以陳列學(xué)生的優(yōu)秀機(jī)器人作品,放置搭建機(jī)器人的各種材料,還可以張貼在電子技術(shù)、材料技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)等方面有突出貢獻(xiàn)的名人介紹、名人名言。從而形成智能機(jī)器人的文化氛圍。
4.注重教學(xué)方式的多樣性
(1)集中授課與自主學(xué)習(xí)相結(jié)合。在有條件的情況下,教師可以組織學(xué)生集中授課,特別是基礎(chǔ)性的內(nèi)容以及難度較大的內(nèi)容,應(yīng)該以教師集中講授為主。教師還應(yīng)該布置系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)任務(wù)讓學(xué)生自學(xué),一方面可以彌補(bǔ)集中授課時間不足的困難,另外一方面也可以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動探索的能力。
(2)基礎(chǔ)課程與拓展課程相結(jié)合。在現(xiàn)行的浙教版小學(xué)六年級、初中三年級教材中,有關(guān)于智能機(jī)器人項目的課程,教師應(yīng)充分利用好基礎(chǔ)課程的資源。如初中三年級的第二章設(shè)置了智能機(jī)器人的學(xué)習(xí)內(nèi)容,通過讓智能機(jī)器人完成幾個由簡單到復(fù)雜的小任務(wù),來學(xué)習(xí)制作控制機(jī)器人,了解機(jī)器人的基本組成,掌握機(jī)器人的編程和機(jī)器人的一般工作原理。這些智能機(jī)器人基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí),可以為智能機(jī)器人比賽項目打下堅實的基礎(chǔ)。在條件允許的情況下,教師還可以編制智能機(jī)器人的拓展課程和選修課程,從而創(chuàng)造條件開展智能機(jī)器人活動。
(3)興趣小組與學(xué)生社團(tuán)相結(jié)合。教師可以利用課外活動的時間,吸納有興趣有特長的學(xué)生,組建智能機(jī)器人興趣小組,利用興趣小組,來開展智能機(jī)器人項目的教學(xué)。另外,也可以鼓勵學(xué)生組建智能機(jī)器人學(xué)生社團(tuán),利用社團(tuán)活動來開展智能機(jī)器人活動。
(4)學(xué)校教育與社會合力相結(jié)合。學(xué)校也可以充分挖掘潛力,利用社會的力量來開展智能機(jī)器人活動。比如邀請其他學(xué)校的智能機(jī)器人教師、企業(yè)的技術(shù)工程師來給學(xué)生講課、培訓(xùn)。甚至可以采用合作辦學(xué)的方式,共同開展智能機(jī)器人項目的教學(xué)。
智能機(jī)器人比賽活動方興未艾,在推動智能機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展、促進(jìn)學(xué)生個性的路上,發(fā)揮著積極的作用。同時,智能機(jī)器人項目的開展,也面臨著層層困難,如缺乏固定的場地、沒有固定的課時、學(xué)校支持力度不同、缺乏硬件設(shè)備、教師水平參差不齊等問題。因此為使活動能順利開展,還需要因地制宜、利用一切可以利用的資源,努力探索發(fā)展新途徑。
參考文獻(xiàn):
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(編輯:王天鵬)