以機(jī)器人教學(xué)為契機(jī)，促進(jìn)學(xué)生思維分析能力的提升

雷炳砫

摘 要：人工智能及創(chuàng)客教育盛行的當(dāng)下，越來越多的中小學(xué)生已經(jīng)與智能機(jī)器人有了親密接觸，在日常的機(jī)器人教學(xué)中，學(xué)生學(xué)會(huì)了一些簡(jiǎn)單的編程，體驗(yàn)了操控機(jī)器人的樂趣，也具備了走上了賽場(chǎng)與對(duì)手一較高下魄力與勇氣。在兼顧比賽的同時(shí)，促進(jìn)學(xué)生思維分析能力的提升自然擺在了教師們的面前。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人教學(xué)；3D九宮探險(xiǎn)；思維分析能力

人工智能盛行的當(dāng)下，人類的學(xué)習(xí)、工作、生活都與高科技息息相關(guān)，都離不開人工智能。中學(xué)生作為祖國(guó)未來的棟梁、地球未來的主宰者，又怎么可以不掌握一點(diǎn)人工智能的技術(shù)呢?？墒?，在現(xiàn)行的教育體制下，中學(xué)生每天忙于應(yīng)付繁重的學(xué)業(yè)，升學(xué)考試的文化科目知識(shí)網(wǎng)絡(luò)中，涉及人工智能的微乎其微。幸好，近十年來，中央電教館每年均舉辦中小學(xué)計(jì)算機(jī)機(jī)器人活動(dòng)，借活動(dòng)的東風(fēng)，機(jī)器人逐步走進(jìn)了校園。如此一來，中小學(xué)生就有機(jī)會(huì)感受、體驗(yàn)人工智能，并嘗試動(dòng)手編寫代碼讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)某一動(dòng)作。在日常的機(jī)器人教學(xué)中，大多數(shù)是以競(jìng)賽任務(wù)為教學(xué)內(nèi)容，著重于培養(yǎng)學(xué)生操控機(jī)器人去實(shí)現(xiàn)某種特定功能或執(zhí)行某項(xiàng)特定動(dòng)作。但在實(shí)際訓(xùn)練或比賽過程中，現(xiàn)場(chǎng)道具的大小、擺放的位置及機(jī)器人運(yùn)行存在的不穩(wěn)定性等諸多因素，都會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人的運(yùn)行出現(xiàn)偏差，所以對(duì)學(xué)生的思維分析能力及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)變能力是一大考驗(yàn)。本文主要論述在機(jī)器人教學(xué)中提升學(xué)生思維分析能力的策略。

一、在日常的機(jī)器人教學(xué)中，注重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析與綜合

我們都知道，分析與綜合是最基本的思維方法，是其它思維加工方法或方式的基礎(chǔ)。 分析用于把握事物的基本結(jié)構(gòu)、屬性和特征，就是把客觀事物分解為各個(gè)部分分別加以研究。分析的方法有定性分析、定量分析、結(jié)構(gòu)分析、功能分析、信息分析、模式分析以及流程分析等。綜合是把對(duì)事物各個(gè)部分、側(cè)面或?qū)傩缘冉y(tǒng)一為整體的思維方法，旨在從整體上把握事物的本質(zhì)和規(guī)律。綜合是按事物的內(nèi)在聯(lián)系把整個(gè)事物在思維中再現(xiàn)出來。分析和綜合是辯證的統(tǒng)一。分析和綜合既互相區(qū)別，又互相依存。一方面，分析是綜合的基礎(chǔ)，沒有分析，思維就不能具體深入，不能把握事物的各個(gè)部分、側(cè)面和屬性的具體規(guī)定性，當(dāng)然無從綜合；另一方面，分析也離不開綜合，分析總是要以某種綜合的成果為指導(dǎo)進(jìn)行的，并且以綜合為目的。沒有綜合，思維的信息材料是零碎、片斷的，不能統(tǒng)一為整體，也難以對(duì)各個(gè)部分、側(cè)面和屬性有確切的了解。

在日常的3D九宮探險(xiǎn)虛擬機(jī)人教學(xué)中，要讓機(jī)器人跑得快，用盡量少的時(shí)間去完成盡量多的任務(wù)，這就叫高效，就叫勝利，也是我們各類別競(jìng)賽的獲勝法寶和終極目標(biāo)。所以在日常的訓(xùn)練教學(xué)中，就需要學(xué)生去尋找這么一組匹配的數(shù)據(jù)，驅(qū)使機(jī)器人能在各種線路以最高速度運(yùn)轉(zhuǎn)并順利完成任務(wù)。3D九宮探險(xiǎn)虛擬機(jī)人的工作原理是這樣的，前端一個(gè)萬向輪作為支點(diǎn)，沒有動(dòng)力輸出；后端兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪輸出動(dòng)力；再輔之以各種傳感器。很顯然，后端的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪決定著機(jī)器人運(yùn)行的速度。線路分為直線和曲線，機(jī)器人在直線上運(yùn)行時(shí)，只要把兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力都設(shè)置為100，即為最大功率輸出，在這一點(diǎn)上，大家都這么做，況且實(shí)際的訓(xùn)練或競(jìng)賽的地圖中直線線路極少，這么一來，競(jìng)賽的焦點(diǎn)就轉(zhuǎn)化成曲線線路速度的比拼了。在3D九宮探險(xiǎn)虛擬機(jī)人仿真系統(tǒng)里，是通過調(diào)整兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的速度差來達(dá)到轉(zhuǎn)彎即走曲線的，左輪走得慢，機(jī)器人向左轉(zhuǎn)彎，右輪走得慢，機(jī)器人向右轉(zhuǎn)彎。機(jī)器人運(yùn)行原理的教學(xué)，到此已然完畢?？墒?，在實(shí)際的操作過程中，學(xué)生會(huì)遇到一個(gè)亟待解決的問題，轉(zhuǎn)不同弧度的彎時(shí)，兩驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力差值如何設(shè)置？

要解決此問題，就需要學(xué)生多嘗試，多觀察，多記錄分析，多綜合比較，最后形成一套科學(xué)合理的方案。這一過程是循序漸進(jìn)的，又是環(huán)環(huán)相扣的。在嘗試中觀察，觀察中記錄，記錄后分析，分析后綜合，最后得到這么一組數(shù)據(jù)能使機(jī)器人高速且穩(wěn)定的完成曲線線路。眾所周知，物質(zhì)的變化總是由量變到質(zhì)變的。例如，在實(shí)際教學(xué)訓(xùn)練中，面對(duì)同一條曲線線路，起點(diǎn)為A終點(diǎn)為B，通過不斷的嘗試調(diào)整兩驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力差值，并記錄下每一組數(shù)據(jù)，以及此組數(shù)據(jù)下機(jī)器人完成由A點(diǎn)到達(dá)B點(diǎn)的時(shí)間，時(shí)間少且穩(wěn)定性高的這一組數(shù)據(jù)即為我們尋求的結(jié)果，之后進(jìn)行分析此曲線的弧度與這一組數(shù)據(jù)間的關(guān)系，此為綜合，最后把這一關(guān)系推演到其它不同弧度的曲線線路上進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證。如此一來，學(xué)生的思維分析與綜合能力就會(huì)逐步得到的提升。

二、在機(jī)器人模擬比賽中，強(qiáng)化學(xué)生的推演能力

推演能力是建立在對(duì)事物特征認(rèn)知后的進(jìn)一步嘗試?yán)斫夂托袆?dòng)。如果沒有推演，只是進(jìn)行淺層次的根據(jù)特征識(shí)別出來的結(jié)果進(jìn)行分析，往往就是“看山是山”。推演能力就是通過觀察事物的表面現(xiàn)象，得出事物本質(zhì)；從一堆看似零散的資料中，提煉出核心觀點(diǎn)，是撥開云霧見天日的能力，或是舉一反 三、觸類旁通。

在3D九宮探險(xiǎn)虛擬機(jī)人的教學(xué)中，我們會(huì)適時(shí)進(jìn)行模擬比賽，通過不斷更換比賽道具擺放的位置，引發(fā)學(xué)生進(jìn)行觀察比較，使學(xué)生的思維得到發(fā)散，由此及彼，由表及里，促進(jìn)學(xué)生的推演能力的提升。道具物理位置發(fā)生變化，機(jī)器人所走的線路就得隨著變化；道具方向改變，機(jī)器人也必須作出角度的調(diào)整；道具大小、高低不同，機(jī)器人發(fā)生的動(dòng)作力度、幅度也不同；所以機(jī)器人模擬比賽，對(duì)學(xué)生的思維是一大挑戰(zhàn)，在這期間沒有教師的提醒與解釋，沒有同伴的交流與協(xié)作，有的只是自我思考，自我推演，思考各項(xiàng)參數(shù)值的設(shè)置，思考機(jī)器人的速度與動(dòng)作力度，角度大小等，從平時(shí)的訓(xùn)練中積累的知識(shí)中去推演，在最短時(shí)間內(nèi)調(diào)試好機(jī)器人順利執(zhí)行任務(wù)。所以這一過程，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生的思維分析及推演能力。通過分析推演，學(xué)生能獲得新知，對(duì)理解領(lǐng)悟能力和思維分析能力都是一次升華。

誠(chéng)然，思維分析能力的提升，不是一朝一夕之事，正如娘胎里爬出來的小寶寶要長(zhǎng)大成人，靠的是日積月累，不急不躁，循序漸進(jìn)，積少成多，堅(jiān)持不懈的從量變到質(zhì)變的一個(gè)過程。任何一次的思考分析，整理歸納，類比排序，綜合推演都只能是對(duì)思維分析能力起到一定的促進(jìn)作用。