淺談智能機(jī)器人教學(xué)內(nèi)容在中小學(xué)教學(xué)中的作用

摘 要：智能機(jī)器人在各種舞臺(tái)上的活躍帶來(lái)了信息技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)的新的內(nèi)容與形式。換句話說(shuō)，智能機(jī)器人正逐步成為中小學(xué)生能力以及綜合素質(zhì)培養(yǎng)的新平臺(tái)。智能機(jī)器人的地位之所以能到這種地步，原因在于智能機(jī)器人的研究集合了編程、組裝、傳感器判斷、操控等一系列環(huán)節(jié)，這個(gè)過(guò)程激發(fā)了學(xué)生的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的積極思考以及動(dòng)手解決問(wèn)題的能力、團(tuán)隊(duì)合作精神以及創(chuàng)新意識(shí)。

關(guān)鍵詞：智能機(jī)器人；中小學(xué)教學(xué)；能力培養(yǎng)

隨著智能技術(shù)的發(fā)展，智能機(jī)器人的教育內(nèi)容走進(jìn)中小學(xué)已經(jīng)成為一個(gè)必然趨勢(shì)。智能機(jī)器人技術(shù)融合了機(jī)械、電子、傳感器、計(jì)算機(jī)軟件和硬件、人工智能等眾多先進(jìn)技術(shù)，充分體現(xiàn)了當(dāng)代信息技術(shù)多個(gè)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，是信息技術(shù)的重要內(nèi)容，更是智能技術(shù)的結(jié)晶。智能機(jī)器人的教學(xué)內(nèi)容必將給信息技術(shù)基礎(chǔ)教育帶來(lái)新的活力，智能機(jī)器人必將成為中小學(xué)生能力、素質(zhì)培養(yǎng)的智能平臺(tái)。在中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中，智能機(jī)器人將與計(jì)算機(jī)一起成為信息技術(shù)教育的工具，承載起信息技術(shù)教學(xué)載體的任務(wù)。目前，我國(guó)中小學(xué)在信息技術(shù)教學(xué)中使用的智能機(jī)器人雖說(shuō)比較簡(jiǎn)單，但已經(jīng)可以讓學(xué)生全面接觸傳感器、計(jì)算機(jī)軟硬件、人工智能、自動(dòng)控制等高新科技知識(shí)，激發(fā)了學(xué)生的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合思考與動(dòng)手能力、團(tuán)隊(duì)合作精神、創(chuàng)造能力和進(jìn)取精神。

一、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

智能機(jī)器人活動(dòng)課，雖然不完全屬于信息課的范疇，但它與信息學(xué)緊密相關(guān)，是以學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)為主要內(nèi)容、以培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為主要目標(biāo)的綜合性活動(dòng)。它不是空洞說(shuō)教，而是讓學(xué)生在學(xué)學(xué)做做中寓教于樂(lè)。

在機(jī)器人教學(xué)過(guò)程中，為了培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教師要為學(xué)生創(chuàng)造良好的課堂氛圍。良好的課堂氛圍能優(yōu)化學(xué)生的心境，使學(xué)生積極主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)。如在初識(shí)機(jī)器人一課中，筆者并不是出示一些機(jī)器人圖片讓學(xué)生了解機(jī)器人，而是讓學(xué)生說(shuō)一說(shuō)他們心目中的機(jī)器人是什么樣子的，如果讓他們創(chuàng)造一個(gè)機(jī)器人，他們會(huì)怎么做。這樣就能讓學(xué)生在一個(gè)輕松的課堂氛圍中積極主動(dòng)地展示自己。

筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生很喜歡比賽，如學(xué)生經(jīng)常讓兩個(gè)機(jī)器人開(kāi)展速度比賽或者投籃比賽，場(chǎng)面很激烈，學(xué)生興趣也很濃。在機(jī)器人教學(xué)中，競(jìng)賽活動(dòng)可以激發(fā)學(xué)生的潛能，提高學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人的興趣。在搭建時(shí)，筆者讓學(xué)生分為幾組，比賽哪一組最快，整個(gè)過(guò)程緊張激烈，也很有效率。在教程序時(shí)，先讓學(xué)生編寫(xiě)程序搞折回賽，看哪個(gè)組時(shí)間最快。但是比賽時(shí)不要讓賽果一邊倒，不然每次都輸?shù)男〗M會(huì)很沮喪，甚至沒(méi)興趣，要讓每個(gè)小組都有贏的機(jī)會(huì)。如果結(jié)果一邊倒，可以重新調(diào)整小組成員，讓輸?shù)慕M也有成功的體驗(yàn)。競(jìng)賽還可以鍛煉學(xué)生的心理素質(zhì)。現(xiàn)在有很多機(jī)器人競(jìng)賽活動(dòng)，比賽時(shí)學(xué)生的個(gè)人心理素質(zhì)有時(shí)決定了比賽的結(jié)果。有些學(xué)生贏了一場(chǎng)比賽就開(kāi)始飄飄然，輸了一場(chǎng)就開(kāi)始泄氣，而有些學(xué)生輸了一場(chǎng)還是奮起直追。如果在平時(shí)的教學(xué)中沒(méi)有讓學(xué)生體驗(yàn)一下輸贏的感覺(jué)，以平常心看待結(jié)果，他們很容易在真正的比賽中出問(wèn)題。

二、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)

動(dòng)手制作機(jī)器人并不是讓學(xué)生按照教師或者教材的樣品依樣畫(huà)葫蘆，強(qiáng)烈的好奇心和旺盛的求知欲能驅(qū)使學(xué)生主動(dòng)思考，從而提出獨(dú)創(chuàng)性的思想。任務(wù)中的人為設(shè)置，能激發(fā)學(xué)生驚奇、疑問(wèn)等思維活動(dòng)，誘導(dǎo)他們有選擇、主動(dòng)、頻繁地觀察和研究要完成的任務(wù)，進(jìn)而尋求其內(nèi)在聯(lián)系，直到把握本質(zhì)。永不滿足的好奇心、旺盛的求知欲和積極主動(dòng)的思維品質(zhì)是一個(gè)創(chuàng)造性人才取得新的發(fā)現(xiàn)和新的發(fā)明的重要素質(zhì)。機(jī)器人教學(xué)的任務(wù)設(shè)計(jì)要區(qū)別于傳統(tǒng)的教學(xué)方式，要讓學(xué)生產(chǎn)生好奇心和求知欲。

智能機(jī)器人教學(xué)給學(xué)生提供了開(kāi)放性的問(wèn)題解決方案，學(xué)生可以用不同的方法達(dá)到同一目標(biāo)，從而鼓勵(lì)學(xué)生充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生的開(kāi)放性思維。如“搜救”就是學(xué)生創(chuàng)新能力的很好體現(xiàn)。學(xué)生從自己的生活實(shí)際出發(fā)，找到一些對(duì)自己不便甚至造成麻煩的各種事情，然后發(fā)揮他們的想象力和創(chuàng)新能力，創(chuàng)造出許多新奇的、前所未有的解決問(wèn)題的方法。在機(jī)器人制作中，他們的創(chuàng)新能力得到很好的鍛煉，想法更加大膽，有時(shí)候越是好笑、不可思議的東西越是好的創(chuàng)意。

三、培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維

發(fā)散思維是根據(jù)已有信息，從不同角度、不同方向思考，從多方面尋求多樣性答案的一種展開(kāi)性思維方式。發(fā)散思維是不依常規(guī)，尋求變異，對(duì)給出的材料、信息從不同角度，向不同方向，用不同方法或途徑進(jìn)行分析和解決問(wèn)題的。一題多解的訓(xùn)練是培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維的一個(gè)好方法。它可以通過(guò)縱橫發(fā)散，使知識(shí)串聯(lián)、綜合溝通，達(dá)到舉一反三。機(jī)器人教學(xué)很需要學(xué)生的發(fā)散思維，要讓學(xué)生從不同角度和方向思考問(wèn)題。如讓學(xué)生學(xué)機(jī)器人滅火的時(shí)候，我們一般都是教會(huì)學(xué)生用左手規(guī)則來(lái)走完所有的房間。教完后，又讓學(xué)生想一下還有什么辦法可能讓機(jī)器人走完所有房間，怎樣檢測(cè)到蠟燭光線，怎樣應(yīng)對(duì)第四房間等。很多學(xué)生提出跟筆者完全不同的意見(jiàn)，如用右手規(guī)則，用時(shí)間定位轉(zhuǎn)彎法，盡管有些學(xué)生的想法有點(diǎn)不切實(shí)際，筆者還是鼓勵(lì)他們?cè)囈幌伦约旱姆椒?。有的學(xué)生的想法實(shí)現(xiàn)以后，機(jī)器人的速度很快，比筆者教的方案還要快，只是出錯(cuò)的機(jī)會(huì)大了很多。經(jīng)常激發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維，在比賽時(shí)，對(duì)于機(jī)器人出現(xiàn)的意外，學(xué)生一般都能夠通過(guò)其他方案來(lái)解決問(wèn)題。

四、培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力

學(xué)生具有問(wèn)題意識(shí)不僅體現(xiàn)了個(gè)體思維的靈活性和深刻性，也反映了思維的獨(dú)立性和創(chuàng)造性。因此，教師要引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題。在每個(gè)機(jī)器人教學(xué)基本告一段落時(shí)，及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)十分必要，這是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。

總結(jié)時(shí)要引導(dǎo)學(xué)生講述自己在制作或編程過(guò)程中發(fā)現(xiàn)、存在的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑、思考、討論、提煉新的問(wèn)題，然后再力求完善。如在搭建滑動(dòng)小車(chē)時(shí)，摩擦力問(wèn)題應(yīng)運(yùn)而生。為了讓學(xué)生明白摩擦力對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的影響，起先筆者讓兩個(gè)學(xué)生互相拉著玩，然后讓學(xué)生從游戲中說(shuō)出自己的感覺(jué)，進(jìn)而引出問(wèn)題：（1）為什么穿光滑的底的鞋易滑？（2）為什么拉著輕的同學(xué)滑得快？（3）為什么在冰上滑得快？（4）為什么拉重的同學(xué)費(fèi)力？學(xué)生圍繞這幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行討論，初步了解了有關(guān)摩擦力的知識(shí)。問(wèn)題一個(gè)一個(gè)地被解決，那么一個(gè)項(xiàng)目也就慢慢接近成功了。在整個(gè)活動(dòng)過(guò)程中，我們要尊重每個(gè)學(xué)生并給予其平等的機(jī)會(huì)，無(wú)論其觀點(diǎn)對(duì)與錯(cuò)，每個(gè)學(xué)生都有表達(dá)自己想法的權(quán)利，每個(gè)學(xué)生都可以對(duì)教師和同伴提出質(zhì)疑，但研究的過(guò)程必須以事實(shí)為依據(jù)。教師要善于綜合學(xué)生的觀點(diǎn)，以學(xué)生的實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)為背景進(jìn)行概括，運(yùn)用比較準(zhǔn)確的、學(xué)生能夠理解和接受的科學(xué)述評(píng)描述概念和原理，及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，有利于開(kāi)發(fā)學(xué)生的個(gè)性潛力，有利于學(xué)生的知識(shí)拓展遷移，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。這個(gè)過(guò)程在潛移默化中培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，學(xué)生逐步學(xué)會(huì)了正確地觀察，學(xué)會(huì)了提出問(wèn)題，學(xué)會(huì)了尋找答案，學(xué)會(huì)了克服困難，學(xué)會(huì)了動(dòng)手實(shí)現(xiàn)一個(gè)好創(chuàng)意。

五、培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神

在機(jī)器人教學(xué)中，有很多項(xiàng)目需要多名學(xué)生共同完成，如機(jī)器人足球賽、FLL、機(jī)器人創(chuàng)意設(shè)計(jì)等，眾多的工具和機(jī)器人配件、復(fù)雜的電腦程序，如果一個(gè)人做，就會(huì)手忙腳亂，弄不好會(huì)影響活動(dòng)的正常進(jìn)行。這就需要學(xué)生學(xué)會(huì)與人的溝通與合作、尊重他人、樹(shù)立自信心、互相協(xié)作、自我調(diào)節(jié)控制等能力。合作的成功會(huì)增進(jìn)學(xué)生之間的團(tuán)結(jié)，還會(huì)產(chǎn)生合作的樂(lè)趣。在合作中，小組成員分工合作，發(fā)揮每個(gè)人的聰明才智。在這期間，學(xué)生之間要默契配合，以達(dá)到共同的目標(biāo)，這讓學(xué)生明白了“只有充分團(tuán)結(jié)協(xié)作才能共同進(jìn)步”。教學(xué)實(shí)踐中，要讓學(xué)生懂得：任何一項(xiàng)發(fā)明創(chuàng)造和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的成功都非一人所能，而是靠集體的智慧和力量。

智能機(jī)器人的世界是一個(gè)豐富多彩、奧妙無(wú)窮、令人期待的世界。機(jī)器人實(shí)驗(yàn)融合了數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、信息技術(shù)等多門(mén)學(xué)科的知識(shí)，機(jī)器人教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入這個(gè)激動(dòng)人心的前沿領(lǐng)域，讓學(xué)生在“玩”中找到學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，通過(guò)親手裝配、實(shí)驗(yàn)、編程和實(shí)施機(jī)器人項(xiàng)目、參加機(jī)器人比賽，直至設(shè)計(jì)出自己獨(dú)特的機(jī)器人伙伴，使學(xué)生獲得發(fā)自?xún)?nèi)心的快樂(lè)，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維能力、綜合應(yīng)用能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，從而在面對(duì)新的挑戰(zhàn)之時(shí)變得從容、自信。當(dāng)然，智能機(jī)器人并不是一個(gè)萬(wàn)能的神器，它只是一種新興的育人平臺(tái)，它也有局限性，還需要大家不斷努力探索。