機(jī)器人教學(xué)中創(chuàng)新思維培養(yǎng)的教學(xué)研究

喬翠玲

摘要：機(jī)器人教學(xué)具有實(shí)踐性強(qiáng)、綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)。文章通過機(jī)器人項(xiàng)目任務(wù)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)動(dòng)力，塑造多學(xué)科知識(shí)交叉的綜合運(yùn)用環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生的想象力、創(chuàng)造力和開放性思維，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人;創(chuàng)新思維

一、研究背景、緣由

創(chuàng)新思維是人類所獨(dú)有的，開拓人類認(rèn)識(shí)新領(lǐng)域的一種思維，是時(shí)代的需要，素質(zhì)教育的需要。學(xué)生在實(shí)施項(xiàng)目的過程中建構(gòu)廣域的理工科知識(shí)體系，包括材料學(xué)，材料力學(xué)，機(jī)械傳動(dòng)，電子控制，計(jì)算機(jī)硬件，信息技術(shù)等多學(xué)科多領(lǐng)域。機(jī)器人教學(xué)是激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、提升學(xué)生創(chuàng)新能力的理想平臺(tái)。

二、機(jī)器人教學(xué)特點(diǎn)

本研究將創(chuàng)新思維的培養(yǎng)方式與機(jī)器人教學(xué)相結(jié)合，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為主要模式，項(xiàng)目?jī)?nèi)容、規(guī)則及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)等創(chuàng)意設(shè)計(jì)極富有競(jìng)技性和挑戰(zhàn)性。機(jī)器人的控制器、傳感器、結(jié)構(gòu)件等硬件是”人“的”骨骼“，執(zhí)行程序是”大腦“，在”大腦“的指揮下，機(jī)器人完成設(shè)定任務(wù)。機(jī)器人教學(xué)實(shí)則是指導(dǎo)學(xué)生編程、動(dòng)手、合作、光、電、機(jī)械等知識(shí)在實(shí)際過程中的具體應(yīng)用，解決方案沒有唯一標(biāo)準(zhǔn)答案，屬開放性的拓展，學(xué)生在編制程序，優(yōu)化算法，調(diào)試程序中鍛煉發(fā)散思維、想象思維，邏輯思維肌肉群的韌性，從而培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

三、創(chuàng)新思維的培養(yǎng)

（一）建立學(xué)習(xí)群

機(jī)器人教學(xué)與其他學(xué)科教學(xué)的最大不同之處在于不是以講授為主，突破了傳統(tǒng)課堂教學(xué)的”以教師為中心、以課本為中心、以課堂為中心“的教學(xué)模式，偏重理論與實(shí)踐相統(tǒng)一，激勵(lì)學(xué)生學(xué)以致用，利于專業(yè)知識(shí)、方法能力、合作協(xié)同等素質(zhì)的綜合培養(yǎng)。子日：“三人行，必有我?guī)熝伞?。機(jī)器人項(xiàng)目任務(wù)完成實(shí)現(xiàn)途徑不唯一，然而傳統(tǒng)教育偏重于收斂思維的訓(xùn)練，使得學(xué)生的求同性思維非常發(fā)達(dá)，求異性思維非常薄弱，構(gòu)建師生，生生學(xué)習(xí)群平衡求同求異顯得尤為必要。

機(jī)器人教學(xué)過程中，教師指導(dǎo)學(xué)生了解機(jī)器人的基本構(gòu)架、各種傳感器的應(yīng)用、機(jī)器人編程的基本方法，擔(dān)任主導(dǎo)者、組織者、幫助者、合作者的角色，學(xué)生才是真正學(xué)習(xí)的主體。學(xué)習(xí)群共同分析項(xiàng)目任務(wù)，站在“整體”的高度俯瞰“環(huán)節(jié)”的脈絡(luò)，突破個(gè)體認(rèn)識(shí)能力的片面性、局限性。如2015-2016年江蘇省普及機(jī)器人大賽五車軌跡接力賽項(xiàng)目，從機(jī)器人布局、場(chǎng)地軌跡大廣角來深入理解機(jī)器人“接力”的概念。學(xué)生根據(jù)自身接力賽的經(jīng)驗(yàn)，提出許多角度的方案，有的說采用傳統(tǒng)穩(wěn)妥的光感尋跡，有的說運(yùn)用光線干擾影響較小的陀螺儀定位，有的說觸感接力位置很重要，有的說改進(jìn)萬向輪提高轉(zhuǎn)彎速度……學(xué)習(xí)群的每一個(gè)人獨(dú)立思考又相互碰撞，完善的解決方案呼之欲出。教學(xué)過程中多鼓勵(lì)學(xué)生大膽想象，自由發(fā)言，提出自己的見解和方案，利于避免思維定勢(shì)、功能固著衍生的狹隘弊端。教學(xué)過程中運(yùn)用頭腦風(fēng)暴，上下左右多方位的思考方式，有意識(shí)的關(guān)注發(fā)散思維的訓(xùn)練，打破思維界限，擴(kuò)大思維外延，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

（二）實(shí)施操作

機(jī)器人教學(xué)采用問題探究的學(xué)習(xí)策略，開放式的組織形式，實(shí)施過程大抵分為三個(gè)階段：

（1）基礎(chǔ)訓(xùn)練：面向機(jī)器人認(rèn)知零基礎(chǔ)的學(xué)生。主要任務(wù)是學(xué)習(xí)機(jī)器人機(jī)械傳動(dòng)裝置的連接，各類傳感器的功能，熟悉硬件結(jié)構(gòu)體系。附以觀看圖片、影像，機(jī)器人如影隨形的影響著人類現(xiàn)在、未來的生活、生產(chǎn)。重在激趣。

（2）軟件學(xué)習(xí)：目前機(jī)器人教學(xué)中常用圖形化編程軟件。圖形畫編程簡(jiǎn)單直觀，程序模塊化，通過拖拽方式實(shí)現(xiàn)程序流程圖的編譯，使用起來像搭建積木，幫助初學(xué)者理解簡(jiǎn)單的程序邏輯。重在編程啟蒙。

（3）應(yīng)用實(shí)踐：完成機(jī)器人基本項(xiàng)目任務(wù)，如走直線、遇障礙后退2秒停、滅火等。意在讓學(xué)生完整的體驗(yàn)機(jī)器人活動(dòng)的過程。如機(jī)器人走直線行走2秒后，倒退3秒，停。動(dòng)作的完成需要三個(gè)步驟：第一步搭建機(jī)器人，第二步程序編寫，第三步程序下載運(yùn)行與調(diào)試。發(fā)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)行現(xiàn)過程中出現(xiàn)的問題，提出相應(yīng)的解決方案。反復(fù)調(diào)試。常見問題如：機(jī)器人直線行走，軌跡偏差大。思考：致使出現(xiàn)問題的原因有哪些？機(jī)器人整體重心偏頗;左右電機(jī)轉(zhuǎn)速相差大……對(duì)應(yīng)提出解決方案：調(diào)試硬件重心位置;調(diào)試程序縮小速度差;或者二者皆有考量?；顒?dòng)中，程序調(diào)試，硬件調(diào)整占用時(shí)間最多，卻是訓(xùn)練學(xué)生發(fā)散思維、聯(lián)想思維、想象思維、類比思維、收斂思維等創(chuàng)新思維的重要陣地。

（4）提升階段：機(jī)器人活動(dòng)中，一次次精準(zhǔn)的完成各項(xiàng)既定任務(wù)，使得學(xué)生們興奮不已，學(xué)有余力者開始嘗試挑戰(zhàn)更高難度的任務(wù)，參與競(jìng)賽。機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目以專題訓(xùn)練為主，比一般機(jī)器人教學(xué)針對(duì)性更強(qiáng)。任務(wù)試誤階段，遇到問題關(guān)卡查閱文獻(xiàn)資料。知識(shí)面廣，綜合性強(qiáng)，學(xué)生們須分工合作，聯(lián)合攻關(guān)。模擬集訓(xùn)階段，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題為主。學(xué)生們需要短時(shí)間內(nèi)找到影響機(jī)器人完成任務(wù)的因素并準(zhǔn)確排除，如傳感器損壞、輪胎打滑等。競(jìng)賽周期期間，學(xué)生自己搭建，自己編程，自己調(diào)試，獨(dú)立面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)揮失常的壓力，知識(shí)技能與精神層面的綜合能力得到錘煉?；顒?dòng)中，學(xué)生有機(jī)會(huì)構(gòu)建自己的知識(shí)體系，無形中重構(gòu)了知識(shí)結(jié)構(gòu)，拓展了知識(shí)廣度，提升了觀察能力，分析能力，想象思維能力，發(fā)散思維和邏輯推理能力，從而培養(yǎng)了創(chuàng)新能力。

四、結(jié)語(yǔ)

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是學(xué)校一直努力追求和達(dá)到的目標(biāo)。機(jī)器人教學(xué)打通學(xué)科壁壘在項(xiàng)目活動(dòng)中完成教學(xué)任務(wù)，鍛煉學(xué)生實(shí)踐操作能力，解決問題能力，團(tuán)隊(duì)合作能力，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)變能力，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，提升學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑。

參考文獻(xiàn)

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