中小學(xué)機(jī)器人教育的“微波教學(xué)法”

　　我們先引入一個(gè)生活實(shí)例：對(duì)于一臺(tái)剛買來的全自動(dòng)洗衣機(jī)，大人需要從說明書的第一頁開始讀，然后一步步學(xué)習(xí)操作。但孩子就不這樣，他會(huì)需要跑到洗衣機(jī)旁邊，大膽嘗試按鍵，發(fā)現(xiàn)按了這個(gè)鍵洗衣機(jī)開始轉(zhuǎn)了，他就明白了，這是開機(jī)鍵，如此反復(fù)，就能搞清所有的按鍵功能，并達(dá)到熟練操作的程度。整個(gè)學(xué)習(xí)的過程，兒童不用去讀說明書這種“間接經(jīng)驗(yàn)”，而是通過嘗試操作獲得“直接經(jīng)驗(yàn)”。
　　那么，這是否意味著兒童對(duì)于具體可感的操作技能具有一種良好的悟性呢？我們這樣假定：對(duì)于操作層面技能的學(xué)習(xí)，一是其理論基礎(chǔ)對(duì)于兒童來說并不太重要，二是兒童在這方面的學(xué)習(xí)可以從任意一點(diǎn)開始。我們對(duì)此進(jìn)行了專門的實(shí)驗(yàn)研究，研究結(jié)果證實(shí)了我們的假設(shè)是正確的。正是基于這種“兒童對(duì)于操作層面技能的學(xué)習(xí)可以從任意點(diǎn)開始”的理論，我們創(chuàng)造了“微波教學(xué)法”。這個(gè)名字是我們的機(jī)器人輔導(dǎo)教師和學(xué)生共同命名的，它來源于這樣一個(gè)形象的例子：我們用水煮雞蛋，是先從外面向里面熟，往往是外面的蛋白都熟了，但里面的蛋黃還是液體狀態(tài)；如果改用微波爐蒸雞蛋，雞蛋先從蛋黃開始熟，再熟到蛋白，是從核心到外圍。根據(jù)這一特點(diǎn)，我們的機(jī)器人教學(xué)也采用從核心到外圍的教學(xué)法，稱之為“微波教學(xué)法”或“中心點(diǎn)教學(xué)法”。
　　下面以足球機(jī)器人的教學(xué)為例，介紹“微波教學(xué)法”的具體操作過程。
　　第一環(huán)節(jié)：操作機(jī)器人。當(dāng)孩子第一次接觸足球機(jī)器人，就給其一臺(tái)硬件裝配和軟件程序都設(shè)計(jì)好的機(jī)器人，告訴其操作要領(lǐng)，然后，讓其與一位水平較高的選手展開比賽，讓其感覺到機(jī)器人的操作并不難，消除其心理上的神秘感和畏難情緒，從而掌握機(jī)器人硬件的操作技能，體會(huì)機(jī)器人比賽的魅力，從比賽中得到樂趣，從而產(chǎn)生濃厚的興趣。
　　第二環(huán)節(jié)：學(xué)習(xí)修改程序中的重要參數(shù)值（核心參數(shù)值）。教學(xué)生學(xué)習(xí)使用機(jī)器人測(cè)量磁場(chǎng)、地面灰度、環(huán)境光值等參數(shù)，并學(xué)會(huì)在程序中修改這些參數(shù)?？梢酝ㄟ^兩種方法進(jìn)行訓(xùn)練：一是改變光照環(huán)境、換用不同的場(chǎng)地、移動(dòng)場(chǎng)地的位置，分別達(dá)到改變環(huán)境光值、地面灰度、磁場(chǎng)的目的，讓學(xué)生測(cè)量以上參數(shù)并將程序下載到機(jī)器人上運(yùn)行，體會(huì)通過改變參數(shù)值達(dá)到使機(jī)器人適應(yīng)場(chǎng)地的目的；二是給學(xué)生一組設(shè)計(jì)好的參數(shù)值，讓學(xué)生分別修改參數(shù)后，將程序下載到機(jī)器人上運(yùn)行，并與當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐恼鎸?shí)參數(shù)值進(jìn)行iijXXYg/S+N0jmTxpO6aEyhxUahjpb6Tfy/i/TwLWTw=比較，讓學(xué)生體會(huì)參數(shù)值對(duì)于機(jī)器人運(yùn)行的影響。根據(jù)當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐膮?shù)值修改程序后，下載運(yùn)行并對(duì)機(jī)器人運(yùn)行結(jié)果的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與分析，讓學(xué)生掌握參數(shù)修改幅度與機(jī)器人運(yùn)行變化幅度的聯(lián)系，從而使學(xué)生牢固掌握機(jī)器人的秉性。
　　第三環(huán)節(jié)：學(xué)習(xí)分解編寫子程序。將足球機(jī)器人的整體程序分為幾個(gè)子程序，例如：回防、進(jìn)攻、追光、退守等，讓學(xué)生逐個(gè)學(xué)習(xí)每個(gè)子程序中最核心的設(shè)計(jì)要素，并達(dá)到熟練掌握每個(gè)子程序的目的。在學(xué)習(xí)編寫子程序的過程中，還有一些行之有效的方法，如：對(duì)比分析程序、優(yōu)化程序設(shè)計(jì)、模塊式強(qiáng)化子程序訓(xùn)練、單任務(wù)超越訓(xùn)練等。
　　為調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)子程序的積極性，我們創(chuàng)造了子程序任務(wù)教學(xué)模式：一是根據(jù)相同的任務(wù)分組設(shè)計(jì)程序，交流比較哪個(gè)組設(shè)計(jì)得最好，相互吸收優(yōu)點(diǎn)、改進(jìn)不足；二是分組設(shè)計(jì)不同的任務(wù)程序，然后下載到機(jī)器人運(yùn)行，交流比較哪個(gè)組的運(yùn)行效果好。我們還鼓勵(lì)學(xué)生開拓思路，自己設(shè)計(jì)任務(wù)目標(biāo)，然后共同完成任務(wù)，以訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)對(duì)復(fù)雜的任務(wù)和將任務(wù)分解的能力。任務(wù)教學(xué)既鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力和編程能力，又讓學(xué)生學(xué)會(huì)了更好地進(jìn)行團(tuán)結(jié)協(xié)作。
　　第四環(huán)節(jié)：學(xué)習(xí)編寫整體大程序。每個(gè)子程序熟練掌握后，再整合編寫整體程序。要注意子程序之間的兼容銜接，注意核心程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證突出發(fā)揮機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)。將整體程序下載到機(jī)器人，觀察分析機(jī)器人的運(yùn)行效果，并根據(jù)效果進(jìn)一步改進(jìn)程序，達(dá)到軟硬件完美結(jié)合的程度。
　　第五環(huán)節(jié)：學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)比賽策略。在學(xué)生中組織一些分組賽，在比賽的過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)賽況進(jìn)行分析，分析對(duì)手的長(zhǎng)處和缺點(diǎn)，分析自己的優(yōu)勢(shì)和弱點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生制定比賽策略，并在比賽中應(yīng)用策略，觀察策略的實(shí)施效果，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。經(jīng)過多次的實(shí)戰(zhàn)演習(xí)，在學(xué)生能夠領(lǐng)悟策略的設(shè)計(jì)要領(lǐng)后，開始讓學(xué)生自己分析、設(shè)計(jì)策略，并與教師設(shè)計(jì)的策略進(jìn)行對(duì)比分析，最終達(dá)到能夠根據(jù)實(shí)際情況分析局面、設(shè)計(jì)策略、應(yīng)用策略、調(diào)整策略的目的。
　　第六環(huán)節(jié)：學(xué)習(xí)外圍相關(guān)軟硬件知識(shí)和技能。圍繞中心點(diǎn)知識(shí)和技能，編排完整的課程體系，讓學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。因?yàn)檫@時(shí)的學(xué)生已經(jīng)深深愛上了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，而且意識(shí)到需要掌握更多、更全面的知識(shí)和技能，所以，學(xué)生能夠較好地領(lǐng)會(huì)這些知識(shí)和技能在實(shí)際活動(dòng)中的作用和價(jià)值，能夠進(jìn)行較為認(rèn)真的學(xué)習(xí)。
　　第七環(huán)節(jié)：自主學(xué)習(xí)相關(guān)理論支撐和基礎(chǔ)技能。學(xué)生通過參加機(jī)器人活動(dòng)，不僅提高了綜合素質(zhì)，學(xué)到了許多書本上沒有的知識(shí)，而且有了將書本上學(xué)到的知識(shí)付諸實(shí)踐的機(jī)會(huì)。例如：電流、電壓、電阻、電機(jī)的功率、扭矩等。更讓學(xué)生體會(huì)到了學(xué)科知識(shí)的理論支撐作用和基礎(chǔ)技能對(duì)于設(shè)計(jì)、動(dòng)手改裝機(jī)器人的重要作用，他們會(huì)更加熱愛學(xué)習(xí)，這時(shí)不失時(shí)機(jī)地發(fā)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)相關(guān)理論和基礎(chǔ)技能，可以收到良好的效果。
　　以上就是“微波教學(xué)法”的主要方法步驟，整個(gè)過程的開始和每一個(gè)環(huán)節(jié)的開端，都是讓學(xué)生觸及機(jī)器人軟件和硬件最核心的技術(shù)，然后逐步擴(kuò)展開來，達(dá)到使學(xué)生熟練、全面掌握機(jī)器人操作、程序設(shè)計(jì)、硬件改造、策略制定等各種能力的目的，并最終達(dá)到綜合素質(zhì)的提高。