機器人活動中的教師角色

　　
　　在機器人競賽活動中，教師與學生共同經(jīng)歷，共同成長。整個過程，教師不僅是簡單的技術(shù)指導的角色，也充當了與學生共同探討、共同研究的綜合性角色。因此，做好教師角色定位，把握好師生關(guān)系，把握學習和研究中教與學的度是我們應(yīng)該探討和研究的問題。
　　教師的引導角色
　　學生對機器人的興趣，開始都是泛泛的，沒有針對性，要想找到合適項目的學生，就必須對學生進行必要的引導，比如我校開展機器人足球的時候，最初這個項目對于師生都非常陌生，我就通過各種渠道搜集資料，并給學生做多角度的展示，借以激發(fā)起學生的興趣。果然，高二年級的王農(nóng)龍等一批同學興趣濃厚，當時正值他們參加完重慶的“機器人滅火比賽”并奪得了冠軍，大家都信心百倍。我趁熱打鐵，又為學生詳細介紹了足球機器人的基本情況和規(guī)則，并且鼓勵有興趣的學生進一步了解機器人足球的細節(jié)，探索自己今后在機器人足球上發(fā)展的方向。這樣我們的機器人足球隊就順利組建起來了。
　　最初，學生用滅火機器人的底盤為原型來進行改裝，原來的風扇被拆下后裝上光敏傳感器和一根桅桿（用來固定羅盤）。但由于技術(shù)不成熟，其找球和控球能力極其低下，靈活度也較差。我便引導學生了解當前機器人足球的兩種主要的控球方式——吸球裝置和沖撞模式，并讓他們自己去嘗試，結(jié)果他們參考網(wǎng)上的方案，經(jīng)過兩天的努力，做出了帶吸球裝置的足球機器人，大大改進了控球的問題。
　　通過教師的引導，學生有了很濃厚的興趣，并能自己進行不斷的研究和改進，為機器人項目的開展奠定了很好的基礎(chǔ)。
　　教師的決策角色
　　機器人活動的開展學生是主體，但針對中學生知識的局限性和實踐經(jīng)驗的匱乏，在關(guān)鍵時刻教師還應(yīng)充當好一個正確的決策角色，讓學生能夠在有限的時間內(nèi)獲得最大的收獲和進步。
　　機器人足球項目起步的初期，學生用的是吸球裝置來控球，但是在實戰(zhàn)中發(fā)揮得不是很好。學生當時覺得吸球是一個新的技術(shù)比較感興趣，希望慢慢研究，但是所設(shè)計的機器人走的又是靈活機動的方向，這種結(jié)構(gòu)的機器人是很難發(fā)揮吸球裝置的效果的。而且為了應(yīng)對比賽，也沒有過多的時間和器材來同時推進兩種方案。因此我一邊鼓勵研究吸球裝置的學生繼續(xù)研究，一邊同時提出用沖撞的理念來設(shè)計機器人。這樣學生分成了兩個組，兩天以后看效果。經(jīng)過兩天的嘗試，最終用吸球裝置的學生還是轉(zhuǎn)變了觀念，改為用沖撞方式。我馬上讓他們仔細觀摩機器人足球的實況錄像，激勵他們從這個方向去努力，學生很快就將沖撞機器人設(shè)計出來了。
　　在某些關(guān)鍵時刻，學生由于受到各方面的局限，可能會有一些不恰當?shù)南敕ê头较?，此時，教師的決策角色是很重要的，可以保證學生更高效地用有限的時間來開展活動。
　　教師的服務(wù)角色
　　讓學生制作機器人并參加比賽，只是一種手段，目的是為了發(fā)展他們各方面的能力，而能力的發(fā)展離不開活動中學生的親自動手和積極思考。同時，機器人比賽是學生的比賽，只有親手去設(shè)計制作，才會完全了解它的特性，調(diào)試時得心應(yīng)手，出現(xiàn)故障時也能很快找到原因。因此，機器人興趣小組必須采用以學生為中心的活動方式。無論是機器人搭建、程序設(shè)計，還是機器人調(diào)試，都應(yīng)該以學生為主，同時教師應(yīng)該充當好服務(wù)的角色，成為學生的堅強后盾。
　　我要求學生有自己的想法和認識，并不斷地自我學習，當學生有了自己的設(shè)計思路時，必須要他們制訂出一個詳細的可行性報告，當老師認可了這個設(shè)計后，就要不遺余力地支持，充當好服務(wù)的角色。
　　當時，在解決足球機器人找球能力這個問題上，學生通過自己的研究和網(wǎng)上資料的查詢了解到澳大利亞新出了一種傳感器——飛眼，可以180°遠距離找球，當學生興奮而忐忑地說完了他們的思路之后，我立刻從西覓亞公司購買回飛眼，并交給學生去試用，不做任何干預(yù)，僅提供實時服務(wù)。飛眼裝上以后，情況并不如我們想象的那么好，它極不穩(wěn)定。學生通過反復測試發(fā)現(xiàn)，主要是因為RCX（樂高機器人核心控制器）輸入端口的電壓值過低。當時我們?yōu)榱嗽黾觿恿挽`活性，將馬達的數(shù)量增加到了6個，因此在卡死的情況下，電機的負載達到了最大，此時的RCX能夠提供給飛眼的電壓值就遠遠低于它工作的正常范圍了。這個問題西覓亞的技術(shù)人員也無法解決?？粗鴮W生期待的目光，我咨詢了很多搞機器人的專家，又做了幾種嘗試，比如用12v的電壓供電，制作用繼電器控制的電路板來帶動馬達等，均以失敗告終。無奈我又與學生一起仔細研究飛眼的說明書，終于，一個新的思路提出來了，既然是電壓的問題，那為什么不考慮單獨給它供電呢？因為當時的飛眼是兩線的，與RCX的接口也是兩線的，而這兩根線，既要承擔RCX對飛眼的供電，同時還要承擔信號的讀入，這樣電壓就常常受累于機器人的負載，不能正常工作。如果將其改為三線就可以實現(xiàn)單獨供電。而據(jù)飛眼的說明書描述，飛眼是可以改為三線的。在分析了這個方案的可行性后，我馬上表示支持。同時我馬上通過網(wǎng)絡(luò)請西覓亞的工程師提供技術(shù)支持，又聯(lián)系了澳大利亞的技術(shù)人員尋求幫助，最終學生成功地將飛眼由兩線改成了三線，其中有一根線是公用的，另外兩根與公用線一起分別作為供電和反饋信號，反饋信號的當然還是接到RCX的輸入端口，供電的接口接哪里呢？難道為了飛眼單獨做一個電源嗎？通過分析，我提出了將接口接到RCX輸出端口上，這是一個非常大膽而有創(chuàng)意的想法，機器人的6個馬達分成了2組，并聯(lián)之后只用了2個端口，中間還有1個B端口沒有用到，既然只是供電，那我們將B端口一直輸出最大電壓就可以實現(xiàn)??！經(jīng)過安裝、測試，用程序監(jiān)控飛眼值的變化，發(fā)現(xiàn)這個問題得到了有效的解決，成功的那一刻，學生和我都非常激動。
　　在機器人活動中，學生需要自主性的探究，但也需要強大的支持和服務(wù)，教師應(yīng)該提高自身能力和素質(zhì)，為學生服好務(wù)。
　　教師的組長角色
　　我將參加機器人活動的學生分成小組，并且常常強調(diào)學生的團隊精神、協(xié)作精神。我告訴他們，每個興趣小組是一個整體，一個人強不是強，組內(nèi)每個同學都強才有力量，以此促使大家相互交流和幫助。而我也融入其中起到協(xié)調(diào)和一定的組織作用，成為一個隱形的組長。比如足球項目，一般都是兩個同學一組，我通常要求一人做進攻機器人，一人做防守機器人。要求學生在設(shè)計時以追求最大的默契度為目標。無論是比賽還是試驗都要求小組成員共同協(xié)作，密切交流磨合。同時兩個小組之間相互對抗和交流，最后共同分享成功的經(jīng)驗。有時，盡管只有兩三個同學參加比賽，沒有比賽任務(wù)的同學一樣會來參加他們的賽前訓練，給參賽的同學提建議、出點子。因為在他們眼里，參加比賽的同學代表的是我們學校整個團體的水平。
　　在備戰(zhàn) “機器人世界杯”選拔賽的時候，因為時間非常緊，而飛眼的使用還不夠成熟，我們決定暫時放棄飛眼，還是用普通光敏來找球。學生的信心受到了不小的打擊，擔心可能要失敗，這時我并沒有讓學生停止學習的腳步，而是要求每個小組在解決光敏問題的同時對機器人的底盤進行重新設(shè)計，加重了學生的任務(wù)。通過對小組的施壓，反而激發(fā)了小組間的斗志，小組與小組間也開始共同探討和協(xié)作，共同來解決問題，充分調(diào)動了所有成員的能力。很快小組新的改進方案就設(shè)計了出來：在機器人的前面放4個光敏，每邊2個，由于RCX的輸入端口只有3個，而給光敏的只剩下了2個（其中一個給了指南針），怎么辦呢？開始的時候我們用2個RCX來做，將一個作為指揮者，另一個作為執(zhí)行者，2個之間通過通訊來控制，但是由于通訊的方式延遲太大，根本無法實際應(yīng)用，因此很快就放棄了。后來我們將2個光敏并聯(lián)在一起，再接到RCX的輸入端口上，這樣輸入端口就剛好夠用了。有了這次高強度的體驗，學生不僅沒有被嚇倒，反而體會到了協(xié)作的力量。
　　有的時候，需要教師以隱形組長的角色參與其中，才能充分發(fā)揮小組的力量，并能充分了解每個同學的特點，從而最大限度地提升團隊的戰(zhàn)斗力！
　　教師的心理輔導師角色
　　機器人比賽主要是以學生為主體，教師為輔。無論是在比賽過程中還是在研究試驗過程中，教師除了對學生進行技術(shù)方面的引導外，更應(yīng)該注重對學生的心理及應(yīng)變能力等綜合方面進行培養(yǎng)，充當好稱職的心理輔導師的角色。
　　在我們的機器人活動剛起步的時候，無論是在平時的學習研究過程中，還是在各種各樣的實際比賽中，學生會不斷遇到挫折和許多未知的情況，并不是所有的問題老師都能包辦，都能處理。老師越少包辦、越少處理反而越好。強調(diào)學生的應(yīng)變能力，獨立自主地處理突發(fā)事件，提高學生挫敗的承受力才是老師最應(yīng)該做的事情，我想這也應(yīng)該是我們組織機器人比賽的一個初衷——培養(yǎng)和提高學生自身的綜合素質(zhì)。但是，適當適時地鼓勵和開導也是非常必要的，通過鼓勵堅定學生的信心，通過開導舒緩學生的壓力，讓學生既不盲目自大，也不過分自卑，為學生創(chuàng)造一個良好的心理環(huán)境。這也是為什么學生在實驗中經(jīng)歷了一次又一次的失敗后還能夠堅定自己的想法，堅持下去的一個關(guān)鍵因素。
　　第一次參加機器人足球正式比賽的時候，我們一路過關(guān)斬將，順利打入了決賽。但在決賽中，由于對手的機器人力量過大，我們的機器人的程序被猛烈的沖擊撞掉了，最終和冠軍擦肩而過。當時學生特別的遺憾和委屈，個別學生甚至有了放棄的想法，在這個時候我慢慢地開導學生，并且?guī)ь^組織所有學生對我們機器人的結(jié)構(gòu)進行全方位審視，尋找出自身的優(yōu)點，增強學生信心，同時也鼓勵學生找出不足，讓學生客觀認識到我們輸?shù)舯荣惖脑颉Ｍㄟ^這樣的開導，學生的挫敗心理得到了緩解，同時也激發(fā)了他們繼續(xù)努力的決心，馬上就有學生想出了新的方案。經(jīng)過多次改進，新的結(jié)構(gòu)可以有效防止高強度的撞擊。我們還改進了找球程序，使普通光敏也可以找全場了；改進了防卡死的功能，終于在當年的中國青少年機器人競賽（重慶賽區(qū)）聯(lián)賽中囊括了中學足球“二對二”的冠亞軍。而在這場比賽中學生充分體現(xiàn)了臨場應(yīng)變的能力，比起過去成熟了很多，這與平時的獨立訓練是分不開的，更和學生心理素質(zhì)的提高有很大的關(guān)系。
　　教師要多學習心理學，掌握學生的心理變化，經(jīng)常為他們解決心理的問題，這對推動活動的開展是非常重要的。
　　總之，只有正確認識機器人活動中教師與學生的關(guān)系，我們才能夠真正將機器人活動開展得更好，使更多的青少年受益，才能為青少年提供全面學習多種工程技術(shù)知識的機會。教師的多角色更應(yīng)該多元化地體現(xiàn)，以學生自我探討研究為主，以教師引導服務(wù)為輔，讓學生在參與機器人的項目中不斷獲取學習的經(jīng)驗，培養(yǎng)良好的思維方式，學會與人協(xié)作，學會與人分享，同時提高學生分析問題、解決問題與獨立思考的能力，充分激發(fā)學生的學習興趣。