在機(jī)器人教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新與實(shí)踐能力

黃修峰

摘?要：隨著機(jī)器人教學(xué)在學(xué)校逐步開展，如何針對(duì)機(jī)器人教學(xué)特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新與實(shí)踐能力，是擺在每個(gè)信息技術(shù)教師面前的重要課題。本文闡述了用機(jī)器人教學(xué)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的作用，然后提出了機(jī)器人教學(xué)模式的思考與研究。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人教學(xué)?創(chuàng)新與實(shí)踐?虛擬機(jī)器人

中圖分類號(hào)：G632??????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A???? ???文章編號(hào)：1674-2117（2014）14-0-02

機(jī)器人教學(xué)在信息技術(shù)學(xué)科里面是一門嶄新的、具有綜合性的學(xué)科。機(jī)器人教學(xué)能把信息技術(shù)學(xué)科所學(xué)的知識(shí)融合到具體的實(shí)踐中。在與信息技術(shù)課程的整合中，機(jī)器人教學(xué)既有數(shù)學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，又有物理的動(dòng)手能力，同時(shí)還能在創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)中找到創(chuàng)新和實(shí)踐的空間。機(jī)器人教學(xué)正是因?yàn)榘讶の缎浴?shí)踐性、綜合性、科學(xué)性、探究性有機(jī)地融合在了一起，才受到廣大青少年的喜愛。機(jī)器人教學(xué)接觸到計(jì)算機(jī)、聲、光、電等多種技術(shù)，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、電子技術(shù)和機(jī)械工程等多個(gè)學(xué)科的高新科技知識(shí)。

1?機(jī)器人教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新與實(shí)踐能力

在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面，機(jī)器人教學(xué)可以發(fā)揮其獨(dú)特性。機(jī)器人技術(shù)具有實(shí)用性高、動(dòng)手能力強(qiáng)、創(chuàng)新性強(qiáng)等特點(diǎn)。例如，教師在編制使機(jī)器人走直線程序的教學(xué)過程中，可以鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)散思維，創(chuàng)造性地編制出走四邊形、八邊形等程序。通過這一探索，學(xué)生開闊了思路，增強(qiáng)了動(dòng)手能力，同時(shí)這一程序的編制也學(xué)會(huì)了。此外，部分學(xué)習(xí)好的學(xué)生還會(huì)根據(jù)自己的實(shí)踐和認(rèn)知，創(chuàng)造性地搭建各種機(jī)器人。學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識(shí)，將自己的構(gòu)想付諸實(shí)踐，想盡各種辦法檢驗(yàn)自己的創(chuàng)意和設(shè)計(jì)，這樣就擴(kuò)大了學(xué)生的思維，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新與實(shí)踐能力。

機(jī)器人教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究態(tài)度。教學(xué)中，機(jī)器搭建、編程調(diào)試、設(shè)計(jì)改裝等都必須從實(shí)際出發(fā)，將自己所學(xué)知識(shí)與實(shí)際結(jié)合起來才能獲得成功。設(shè)計(jì)能否成功必須經(jīng)過檢驗(yàn)。這就要求學(xué)生要養(yǎng)成實(shí)事求是、腳踏實(shí)地的科學(xué)作風(fēng)。機(jī)器人的搭建、設(shè)計(jì)與編程不可能一次成功，往往需要反復(fù)拆卸、調(diào)試、整改，幾經(jīng)挫折才能成功，這就可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶骄亢蛯W(xué)習(xí)態(tài)度，養(yǎng)成堅(jiān)忍不拔、不言放棄的探究精神和良好的心理承受能力。

機(jī)器人教學(xué)會(huì)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作。由于受到學(xué)生的知識(shí)層次和動(dòng)手能力等方面的局限，機(jī)器人學(xué)習(xí)中教師通常采用小組形式的教學(xué)方法，經(jīng)過小組切磋、交流、探討，再一起探討、編制、調(diào)試程序，從而共同完成機(jī)器人的搭建，同時(shí)搭建完成后總結(jié)機(jī)器人運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題。小組成員既要分工又要合作，形成了一個(gè)良好的團(tuán)隊(duì)，這就是未來社會(huì)需要的合作模式。

2?機(jī)器人教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力的具體方法

2.1?創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，激趣導(dǎo)課

機(jī)器人教學(xué)是新興的一門學(xué)科，每堂課都要做好精心設(shè)計(jì)安排。例如，第一課時(shí)《初識(shí)機(jī)器人》，就用上海世博會(huì)上展出的機(jī)器人視頻導(dǎo)課，學(xué)生立刻被各式機(jī)器人深深吸引，從而對(duì)機(jī)器人知識(shí)產(chǎn)生濃厚的興趣。后期機(jī)器人教學(xué)中的探究主題都來自于生活中的事物或者一個(gè)故事，經(jīng)過學(xué)生的討論后確定制作主題。例如，荒島求生的故事，我以故事設(shè)境：杰克一家在海上探險(xiǎn)遇到風(fēng)浪，漂到一個(gè)無人小島，為了在這個(gè)小島上能生存下去我們需要做些什么？學(xué)生根據(jù)自身已有的認(rèn)知就提出了各種不同的方案，有的說首先要熟悉當(dāng)?shù)丨h(huán)境，有的說必須先找到淡水，有的說先要想辦法生火，有的說就在海邊等待過往船只……經(jīng)過討論后一致決定應(yīng)該先熟悉一下小島，順便尋找些生活上能用得上的東西，于是師生共同形成了一個(gè)設(shè)計(jì)主題：幫助杰克家制作一輛能夠行駛的機(jī)器人小車。通過這樣融入情境的討論，學(xué)生在本身的認(rèn)知結(jié)構(gòu)聯(lián)系新知識(shí)，激發(fā)了學(xué)生的研究興趣，也充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人知識(shí)建構(gòu)的熱情。

2.2?以學(xué)生主體，合作探究

“玩”是學(xué)生的天性，機(jī)器人教學(xué)從學(xué)生的天性出發(fā)，讓學(xué)生作為活動(dòng)的主人，在有序的組織討論中積極建構(gòu)主題。此時(shí)，教師會(huì)給學(xué)生提出一個(gè)挑戰(zhàn)項(xiàng)目，并給他們提供相應(yīng)的器材和時(shí)間，讓他們通過已形成的技能去尋求自己的解決方案。教師只需要給出基本的要求，剩下的則需要學(xué)生自己去補(bǔ)充、想象，并且最終完成。在此過程中，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生表達(dá)自己的觀點(diǎn)，讓學(xué)生在合作中差異互補(bǔ)，在相互的合作探究中，最終建構(gòu)一種新舊技能和生生之間的融合。

2.3?利用3D虛擬環(huán)境，創(chuàng)新實(shí)踐

學(xué)校的教學(xué)機(jī)器人一般數(shù)量有限，而學(xué)生數(shù)量大，為解決“僧多粥少”的問題，教師可以利用機(jī)器人廠家設(shè)計(jì)的3D虛擬環(huán)境，首先要求學(xué)生在虛擬環(huán)境中搭建機(jī)器人，然后進(jìn)行場(chǎng)地創(chuàng)建、程序編寫，最后在3D虛擬環(huán)境中試運(yùn)行。這一系列過程構(gòu)成了一個(gè)完整的問題解決方案。教師適時(shí)講解與引導(dǎo)。每個(gè)學(xué)生都有自身的知識(shí)結(jié)構(gòu)，所以每一個(gè)學(xué)生的作品都是與眾不同的。每一個(gè)學(xué)生的設(shè)計(jì)都有自己獨(dú)特的創(chuàng)造性。例如，行駛的機(jī)器人小車，課堂上有的學(xué)生是走四邊形，有的學(xué)生是走八邊形，有的學(xué)生巧妙地設(shè)計(jì)走五角星，有的學(xué)生向前走三步后退四步，作品豐富多彩。在整個(gè)建構(gòu)過程中學(xué)生是不折不扣的主角。

2.4?分享成果，展中反思

學(xué)習(xí)成果是保持學(xué)習(xí)原動(dòng)力的重要內(nèi)容，學(xué)生思考自己構(gòu)建的機(jī)器人，從而加深對(duì)自己建構(gòu)體驗(yàn)的理解。教師可以組織學(xué)生對(duì)各自的3D運(yùn)行方案進(jìn)行討論，尋找優(yōu)缺點(diǎn)，然后再對(duì)自己的方案進(jìn)行完善和改進(jìn)。教師只需以點(diǎn)撥者的身份對(duì)這一環(huán)節(jié)學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行鼓勵(lì)與引導(dǎo)。筆者通過這種教學(xué)方式，使每個(gè)學(xué)生都積極地要求向大家展示自己方案的特點(diǎn)，方案設(shè)計(jì)的可行性，成功地展示出了前期活動(dòng)成果。例如，一個(gè)走五角星的設(shè)計(jì)的學(xué)生，滔滔不絕地跟其他學(xué)生講解了他的程序設(shè)計(jì)，并且闡述了選擇如此的速度與持續(xù)時(shí)間……使其他學(xué)生興奮地拿自己的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究與比較、討論與反思，提出自己的中肯建議，這樣的成果分享是更為有效的，能將下階段的活動(dòng)貫通起來，實(shí)現(xiàn)整體上的建構(gòu)與融合。

2.5?開放思維、延續(xù)再“延”

機(jī)器人教學(xué)是充滿挑戰(zhàn)與趣味的活動(dòng)，每一次下課學(xué)生都帶著意猶未盡的神情。他們渴求了解更多知識(shí)，希望尋求更多技能的欲望把自己帶到一個(gè)更高的“聯(lián)系”階段，這是一個(gè)螺旋上升的良性循環(huán)。教師要善于激發(fā)學(xué)生的這種探究熱情，給他們自由交流、主動(dòng)探索的平臺(tái)，鼓勵(lì)學(xué)生在課后主動(dòng)地去查找能滿足求知欲望的科學(xué)素材來超越難度不斷增加的挑戰(zhàn)。

當(dāng)今社會(huì)真正需要的是有綜合素質(zhì)能力的學(xué)生，不再局限于文憑、學(xué)歷。機(jī)器人課堂提供給學(xué)生們一個(gè)開放的環(huán)境、一種開放解決問題方式，彌補(bǔ)了其他學(xué)科教學(xué)中的不足。機(jī)器人教學(xué)鍛煉學(xué)生綜合能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、嚴(yán)謹(jǐn)做事能力，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力、合作能力，而且能激發(fā)學(xué)生對(duì)未知事物探索的思考與創(chuàng)新，更能激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識(shí)的動(dòng)力，只要學(xué)生能保持他們與生俱來的探索興趣，在教師的引導(dǎo)鼓勵(lì)下，他們自己就能找到解決問題的方式！

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