中小學(xué)生開展機器人教育的意義

　　摘 要：開展機器人教育旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和綜合實踐能力，它也是有效實施素質(zhì)教育的主要途徑之一。結(jié)合幾年的實踐經(jīng)驗從多方面闡述了中小學(xué)開展機器人教育的意義。
　　關(guān)鍵詞：中小學(xué)生；機器人教育；意義
　　
　　在全國第三次教育工作會議上，黨中央、國務(wù)院明確、鄭重地把“重點培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神”寫入黨的教育方針。如何培養(yǎng)在新時期具有創(chuàng)新精神的新一代，是事關(guān)國家前途和民族命運的大事，也是基礎(chǔ)教育義不容辭的責(zé)任，而且課程改革是基礎(chǔ)教育和實施素質(zhì)教育的核心。在中小學(xué)開展機器人教育是通向此目的的途徑之一。
　　通過機器人的學(xué)習(xí)活動，讓學(xué)生了解掌握傳感器知識，結(jié)構(gòu)的搭建方法，各種部件的控制方法；引導(dǎo)學(xué)生逐漸形成編程的思想，掌握機器人的程序設(shè)計方法；在計算機上編寫程序，然后通過計算機和機器人的通訊技術(shù)，將程序下載到機器人的微處理器上，通過觀察機器人的運行情況來調(diào)試、驗證、反思、改進。這里面涵蓋了計算機知識、數(shù)學(xué)知識、物理知識、結(jié)構(gòu)學(xué)知識等，這種多學(xué)科的綜合性、合作性學(xué)習(xí)，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)能力。所以我認為在中小學(xué)開展機器人教育有著重要的意義。
　　一、有利于激發(fā)學(xué)生的興趣和參與熱情
　　電腦機器人制作在很大程度上需要學(xué)生自己動手搭建出機器人模型。通過各種樂高積木的組合，可以搭建出各種車、房屋、動物等實體的模型，千變?nèi)f化。有時候還需要結(jié)合其他材料，需要學(xué)生自己設(shè)計、組建，老師只充當引導(dǎo)者角色，實際的操作由學(xué)生完成。在反復(fù)調(diào)試驗證的過程中，學(xué)生往往要拆裝機器人很多次，在很大程度上體驗了科學(xué)工作者的艱辛，并理解了機器結(jié)構(gòu)的奧妙，從而手也變得靈巧起來。
　　機器人教育課程與傳統(tǒng)的以知識傳授和技能培養(yǎng)為目標的課程不同，機器人項目的設(shè)計、制作、調(diào)試具有實踐性強、探索性強和綜合性強的特點，因此，每次活動都以學(xué)生為中心，以問題為驅(qū)動，學(xué)生自己設(shè)計、組建，促使學(xué)生主動進行探究式學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，老師只是作為活動組織者。例如：在《WRO機器人常規(guī)賽》項目研究中，根據(jù)每年官方網(wǎng)站公布的主題，給出相關(guān)任務(wù)要求和提供相關(guān)的機器人套件，讓學(xué)生提出自己的想法，并主動去探索、去研究、去觀察、去發(fā)現(xiàn)、去搭建、去編程，然后再反復(fù)調(diào)試驗證，最后在小組的共同合作下成功地完成老師所給任務(wù)，讓機器人在試驗場地上勝利地完成各項挑戰(zhàn)任務(wù)。在反復(fù)調(diào)試驗證的過程中，學(xué)生的動手能力也得到了鍛煉。通過這些生動、直觀、有趣的實際情境，激發(fā)了學(xué)生的興趣和參與熱情。
　　二、有利于培養(yǎng)學(xué)生良好的觀察、思考習(xí)慣和認真、細心的工作態(tài)度
　　敏銳的觀察能力對于每個人來說，都是不可缺少的能力素質(zhì)。而獨立思考是一個人進行創(chuàng)新活動的前提，也是素質(zhì)教育的目標之一。這些都需要通過后天的實踐逐漸培養(yǎng)起來。
　　機器人活動可以培養(yǎng)學(xué)生良好的觀察習(xí)慣，提高觀察能力。在項目研制的過程中我們經(jīng)常要求學(xué)生留心觀察機器人的運動情況、觀察周圍光線環(huán)境、觀察黑線的位置等等，這在很大程度上鍛煉了學(xué)生的觀察能力。如機器人走軌跡的時候，經(jīng)常會出現(xiàn)脫離軌跡的現(xiàn)象。我們建議學(xué)生主要從環(huán)境光的干擾方面考慮，學(xué)生也通過自己仔細觀察發(fā)現(xiàn)，在電源充足的情況下，模擬黑標安裝的位置高低不同，所采集的數(shù)據(jù)也相差很大，要降低模擬黑標離地面的高度，安裝位置越低效果越好。另外為了更好地減少外界環(huán)境光的干擾，也可以在模擬黑標上做一些改動，例如在模擬黑標上貼上一層黑色電工膠布盡量減小透光的小孔，或者調(diào)整模擬黑標上接收管的位置等等，這些方法都能起到很好的效果，通過這些調(diào)整，機器人就能夠很穩(wěn)定地完成任務(wù)。
　　機器人活動要有認真、細心的工作態(tài)度，這是容不得半點馬虎的，而且一丁點的誤差都有可能導(dǎo)致任務(wù)的失敗。即便你各方面都很出色，也不可能每次都獲得成功，紅外線的影響、光線的變化、電量的消耗、機器人每次放置的位置等等都會影響你最后的結(jié)果。例如：我們學(xué)生在重慶參加全國青少年機器人大賽上，比賽前做準備工作時不夠細心，過于信賴新電池的質(zhì)量，沒有把新開封的電池進行一次全面的電量檢測，碰巧這次所買的新電池里面有兩個電池是沒有電的，導(dǎo)致機器人在比賽中控制失靈，最后很遺憾與冠軍頭銜擦肩而過。這個不應(yīng)該出現(xiàn)的失誤讓老師和學(xué)生都得到了一次很好的教訓(xùn)。在不斷的失敗中，學(xué)生懂得了如何保持平和的心態(tài)，仔細觀察，積極思考，發(fā)現(xiàn)問題所在，吸取教訓(xùn)?？傊谟谟^察、善于思考的人才能擁有充滿希望的未來之路。
　　三、有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力
　　創(chuàng)造性的思維是整體的思維，邏輯思維是這個整體思維的正確性的基礎(chǔ)，沒有嚴密的邏輯思維基礎(chǔ)，思維將是混亂的、彼此矛盾的。制作機器人，大至整個制作過程的構(gòu)思、計劃、步驟的擬定，小至機器人結(jié)構(gòu)中大小齒輪的選擇、位置的擺放，都需要調(diào)動學(xué)生的邏輯思維。例如在進行《機器人探險》研究項目時，要求設(shè)計的探險機器人必須沿著一條規(guī)定的軌跡線前進，并通過河流、草地、斜坡等各種障礙在完成越野任務(wù)后，最后到達基地。在這個項目中，學(xué)生首先要研究場地地形，然后再根據(jù)地形的情況來設(shè)計、搭建機器人，接著編寫程序，最后經(jīng)過反復(fù)調(diào)試直到勝利完成任務(wù)。在這個過程中，學(xué)生必須要考慮到很多問題：如何才能讓機器人沿黑線走？要采用幾個光電傳感器來檢測黑線？如何通過河流、草地、斜坡等各種障礙？如何盡可能快地完成任務(wù)？這些問題都是學(xué)生在制作、調(diào)試過程中所要遇到的問題。為了能解決這些問題，學(xué)生必須認真細心地分析問題的原因，理清、理順各任務(wù)、各問題的邏輯關(guān)系，在調(diào)試過程中做到思路清楚，明確該先換什么、再改什么，大膽嘗試、大膽改進。在解決這些問題的過程中無時無刻不在挑戰(zhàn)學(xué)生的邏輯思維能力，同時也在不斷地提升著他們的邏輯思維能力。
　　四、有利于培養(yǎng)學(xué)生的團隊意識和合作精神
　　在傳統(tǒng)課堂上，學(xué)生很少有合作行為，生生之間鮮有合作互動行為出現(xiàn)，且他們大部分時間是被動地聽老師講課。而機器人制作活動涉及的知識很廣泛，許多活動學(xué)生不可能一個人完成整個任務(wù)，必須要有多名同學(xué)的協(xié)作。并在協(xié)作的過程中相互探索、發(fā)現(xiàn)有用的信息，然后和其他成員共享。例如：《FLL機器人工程挑戰(zhàn)賽》項目是一項隊制比賽，隊伍可由6~12名9~16歲的學(xué)生組成。每年在全球范圍內(nèi)統(tǒng)一發(fā)布一個前沿科技熱點課題，包括場地賽機器人設(shè)計、課題研究答辯和表演賽等幾個子任務(wù)，要求學(xué)生在八至十周內(nèi)完成。要想在這么短的時間內(nèi)很好地完成各項任務(wù)，必須充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也需要小組全體成員的共同努力，我們開展這項課題的方法就是：將“大任務(wù)”分拆為多個“子任務(wù)”再分配給每位組員，使每個學(xué)生既要對自己所負責(zé)的部分全力以赴的學(xué)習(xí)和研究，又要依靠小組其他同學(xué)的幫助完成最終的作品，讓小組學(xué)生之間形成互相幫助、互相支持的團隊合作氛圍。通過這種小組合作的形式進行機器人技術(shù)的學(xué)習(xí)與研究，有利于激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的自我意識、合作意識；讓學(xué)生通過團隊活動，不僅提高自身的科學(xué)素養(yǎng)，還能在尊重他人中懂得自尊，在合作交往中懂得自信，在學(xué)習(xí)機器人技術(shù)的過程中享受到團隊合作的樂趣。
　　因此，在中小學(xué)開展智能機器人教育，開發(fā)機器人文化的教育功能和發(fā)掘智能機器人的教育價值，對推進教育創(chuàng)新，促進教育改革和教育現(xiàn)代化，對創(chuàng)造型、研究型、專家型教師隊伍的形成，對提高中小學(xué)生的創(chuàng)新和實踐能力，同時對我國機器人事業(yè)的發(fā)展、人才高地的建設(shè)，具有重要的現(xiàn)實意義和戰(zhàn)略意義。
　?。ㄗ髡邌挝?廣東省深圳實驗學(xué)校）