淺談機器人教育對學生探究能力的培養(yǎng)

☆ 張小杰

（海門市東洲小學，江蘇海門 226100）

淺談機器人教育對學生探究能力的培養(yǎng)

☆ 張小杰

（海門市東洲小學，江蘇海門 226100）

教育機器人做為一種培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)新能力、協(xié)作精神、進取精神的獨特學習平臺，以其特有的知識性、趣味性、可操作性，對學生的探究能力有著切實有效的提升。

機器人教育；探究能力；自主學習；學生

機器人教育是指以機器人為主要教學內(nèi)容或教學工具而開展的教與學活動。機器人教育借助對學生創(chuàng)新思維、探究能力的培養(yǎng)迅速崛起。新課程強調(diào)“探究教學模式”，它是指學生在教師的引導下，運用已有的知識和技能，充當新知識的探索者和發(fā)現(xiàn)者的角色。[1]

機器人教育對學生的探究能力的提升被越來越多的專家學者肯定，筆者本人從事了近十年的機器人教學工作，同時也見證了機器人教育在國內(nèi)的發(fā)展。現(xiàn)在就機器人教育中學生探究能力的培養(yǎng)發(fā)表自己的一些淺見。

一、動手操作，培養(yǎng)學生探究能力

結(jié)構(gòu)設(shè)計、動手搭建作為機器人教育的一大特點，深受學生的喜愛。學生只要使用機器人積木件，就可以很好地進行動手創(chuàng)新活動，如：樂高（LEGO）機器人有成千上萬、外形各異的積木件，各積木件之間可以任意選擇搭建方式，不同的搭建方式可以形成各種新穎有趣的外形，各種結(jié)構(gòu)還附帶實用的機械、物理原理。這樣就大大激發(fā)了學生探究的興趣，同時也在快樂的學習中提升了學生的自主創(chuàng)新能力。

例如：研究齒輪傳動對速度的影響。齒輪是機器中很重要的部件，它幾乎是機器的象征。只要一看到齒輪，就會聯(lián)想到機器。學生對齒輪傳動結(jié)構(gòu)也充滿了好奇和強烈的探究欲望。[2]

在研究齒輪傳動對速度的影響問題時，老師提出問題：兩個大小不定的齒輪傳動對速度有影響嗎？學生各抒己見，分析提出了三種不同假設(shè)：可以加快轉(zhuǎn)速；可以減慢轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)速不變。[3]孩子們提出假設(shè)后，都希望自己的想法是正確的，因而會通過實驗探究，力圖驗證自己的結(jié)論正確。學生們通過動手搭建，設(shè)計了如下驗證方法：用24齒的大齒輪帶動8齒的小齒輪；用8齒的小齒輪帶動40齒的大齒輪；用16齒的中齒輪帶動16齒的中齒輪。

通過實驗，學生觀察到：實驗一輸出端齒輪轉(zhuǎn)速是輸入端齒輪轉(zhuǎn)速的3倍，轉(zhuǎn)速變快；實驗二輸出端齒輪轉(zhuǎn)速是輸入端齒輪轉(zhuǎn)速的1/5，轉(zhuǎn)速變慢；實驗三輸出端齒輪轉(zhuǎn)速和輸入端齒輪轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)速不變。

通過動手實踐，學生們形成了共同的認識：齒輪間的傳動可以靈活改變速度，在實驗中培養(yǎng)了學生的探究能力。

二、激發(fā)興趣，培養(yǎng)學生探究能力

探究式學習是機器人學習的重要方式，學生親身經(jīng)歷探究式學習活動是學習機器人的主要途徑。讓學生運用已有的知識體系和學習方法，并借助興趣的驅(qū)使去探尋未知領(lǐng)域的知識內(nèi)容，讓學生養(yǎng)成良好的自主探究學習能力，這對學生的終生學習將有著莫大幫助。

例如：筆者和學生一起研究機器人傳感器時，就以“樓道燈智能開關(guān)”為例進行學習研究。筆者首先為學生引出該話題，因為這是學生身邊可以經(jīng)常接觸到的知識內(nèi)容，經(jīng)過相互探討，學生們便紛紛例舉出了生活中常見的幾種樓道燈智能開關(guān)：觸摸延時開關(guān)（按一下開關(guān)打開燈）；聲控延時開關(guān)（通過聲響打開燈）；還有一種更先進的聲光控延時開關(guān)（環(huán)境光明亮的時候燈是無法打開的，只有到了天色昏暗時，才可以通過聲響打開燈）。

筆者告知學生這些智能開關(guān)都是運用了傳感器技術(shù)。學生們頓感新奇，馬上便有學生問什么是傳感器？傳感器長什么樣子？隨即就有學生在網(wǎng)上找到了答案：傳感器就是可以讓機器人像我們?nèi)祟愐粯訐碛幸曈X、聽覺、觸覺等感覺的電子設(shè)備，這些設(shè)備跟我們?nèi)祟惖钠鞴偻庑未蟛灰粯?，都是一些形狀各異的電子模塊。

隨后，筆者為學生出示了幾種常用的智能開關(guān)的說明書，學生通過自主閱讀學習，了解到觸摸延時開關(guān)使用的是“觸碰傳感器”；聲控延時開關(guān)使用的是“聲音傳感器”；而聲光延時開關(guān)則同時使用了“聲音傳感器”和“光敏傳感器”。最后，當孩子們得知他們所使用的教育機器人套件也擁有這些傳感器，并可以很方便地做出這些智能開關(guān)時，都特別興奮，在強烈的求知欲促使下，積極主動地完成了相關(guān)內(nèi)容的學習。

三、合作探討，培養(yǎng)學生探究能力

在進行機器人教學時，一定要讓學生廣泛地參與教學活動，以學生為主體，教師應充當學習的組織者、促進者和學習伙伴，并在必要時給予指導、點評。合作探討能提升學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。要給學生充分的空間發(fā)揮，鼓勵學生主動合作，積極創(chuàng)設(shè)成為團結(jié)、協(xié)作、和諧、上進的學習環(huán)境。[4]

例如：2008年輔導學生制作2V2足球機器人時，筆者根據(jù)學生特點，分別把1名擅長編寫程序和1名擅長結(jié)構(gòu)制作的學生分在同一小組，這樣把4名學生分成A、B兩組共同研究足球機器人技術(shù)項目。在制作機器人底盤動力結(jié)構(gòu)時，兩組成員產(chǎn)生了意見分歧，A組認為平行四輪結(jié)構(gòu)適合做足球機器人底盤，B組認為四輪全向結(jié)構(gòu)更適合做底盤。兩組都找了很多理由試圖說服對方小組，但因為雙方都各有道理，所以決定先按兩組各自的想法做出機器人，再通過現(xiàn)場機器人對戰(zhàn)來做最后決定。經(jīng)過將近兩個星期的調(diào)試改進，最后發(fā)現(xiàn)A組的機器人進攻速度快且力量大，非常適合進攻；而B組的機器人動作靈敏，適合用來防守。最后兩組決定各選用一個足球機器人，這樣可以攻守兼顧。最后經(jīng)過一個月時間的共同合作、調(diào)試改進，最終在2008年江蘇省機器人大賽上奪得了該項目的冠軍，隨后代表江蘇參加全國機器人大賽又獲得了該項目的金牌。

在學習機器人的整個過程中，學生們積極主動參與其中，小組成員間互相學習、取長補短，通過自主探索，學生們積極主動地參與探究活動，這些對掌握科學探究方法，提升科學探究能力及科學素養(yǎng)都有著極大的促進作用。

[1]樂思教育.論機器人教育[DB/OL].http://blog.sina.com.cn/s/blog＿5e270d360100fbyv.html

[2]一葉孤舟.樂高機器人教程[DB/OL].http://wenku.baidu.com/view/d1934625ccbff121dd368332.html

[3]陳成就.注重培養(yǎng)學生的科學探究能力[DB/OL].

[4]王同聚.智能機器人科技教育校本教研模式的探索與實踐[J].教育信息技術(shù),2005,(8).

G434

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1671－7503(2013)05－0030－02

[編輯：張 博]