用智能機器人培養(yǎng)合作創(chuàng)新能力

陳浩

摘要：隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，智能機器人已經(jīng)從科學家的實驗室走進了中小學校的課堂。如何開展機器人教育活動，作者結(jié)合自己多年開展機器人教學與活動的經(jīng)驗與體會，從教學方式的選擇、教學活動的開展和學生能力的培養(yǎng)等方面進行論述，為探索智能機器人進入小學生課堂培養(yǎng)創(chuàng)新能力提供了經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：小學;智能機器人;教學;活動

國際人工智能與教育大會今年5月16日在北京召開。國家主席習近平向大會致賀信。習近平指出，把握全球人工智能發(fā)展態(tài)勢，找準突破口和主攻方向，培養(yǎng)大批具有創(chuàng)新能力和合作精神的人工智能高端人才，是教育的重要使命。

一、智能機器人教學目前在學校的狀況及存在問題

隨著科技的發(fā)展，教育觀念的轉(zhuǎn)變，教育機器人正以快步跑的方式進人學校的課堂。在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域開展智能機器人教育，具有實踐性強、探索性強和綜合性強的特點，不但有利于學生迅速接觸前沿研究，提高學生的創(chuàng)新能力和科學素養(yǎng)，更使開展機器人教育的老師獲益匪淺。

如何在現(xiàn)有條件狀況下把智能機器人教學工作扎扎實實地開展下去，使學生喜愛機器人、了解機器人、駕馭機器人，在教學活動中培養(yǎng)合作與創(chuàng)新是每一個信息技術(shù)教師都要進行探究的問題與使命。

目前各學校開展智能機器人教育主要有兩種形式：一是依據(jù)上級教育行政主管部門設(shè)置的課時教學計劃開設(shè)信息技術(shù)課，在信息技術(shù)課中完成教材涉及機器人部分內(nèi)容的教學任務(wù)。二是具有前瞻性的學校領(lǐng)導(dǎo)看到未來發(fā)展的形勢，以興趣小組活動的形式開展智能機器人教育活動，重在普及機器人知識、發(fā)展學生的興趣、培養(yǎng)創(chuàng)新人才。

二、信息技術(shù)課堂教學重在普及知識、增強能力

我校采用電子工業(yè)出版社出版的小學信息技術(shù)教材，機器人知識在第8冊第3單元“我的機器人朋友”，只有5課時的教學任務(wù)。主要對機器人的相關(guān)知識作簡要的介紹，通過學習使學生初步了解機器人的結(jié)構(gòu)原理和應(yīng)用特點，體驗機器人的硬件搭建和編程控制過程。

為了達到和完成教學目標，一方面我把收集到的與機器人相關(guān)的照片與視頻制成PPT專題，并及時補充機器人最新發(fā)展的新聞圖片與視頻，在課堂教學時播放展示，擴大學生的知識面，激發(fā)學生的學習興趣。另一方面，用現(xiàn)有實物拆解展示或演示各種機器人和傳感器的形狀、功能與應(yīng)用，讓學生有實實在在的感知、了解機器人主控的芯片與傳感器的作用并應(yīng)用所學知識分析出家用掃地機器人選用了什么樣的傳感器，還能說出為什么這樣選擇。在介紹機器人的搭建時盡量做到易實現(xiàn)，讓學生在較短的時間內(nèi)體驗到搭建和控制機器人的樂趣。

根據(jù)學?，F(xiàn)有條件，我有機地選擇和改造教學示例和教學任務(wù)，精心設(shè)計教學方法，根據(jù)實情創(chuàng)設(shè)情境，讓學生在和諧、激進的情緒下學習機器人知識，以利于學生發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，使每個學生都有成功的體驗。

如，教學“我制作的機器人”，我創(chuàng)設(shè)了這樣一個情境：出示一段機器人創(chuàng)意比賽的視頻，讓學生欣賞并思考哪些我們能辦到，激發(fā)學生探索機器人奧秘的欲望。接著觀看教師用智能機器人演示跟人走，并思考兩個問題：（1）機器人要實現(xiàn)此功能，必須安裝哪種傳感器？（2）跟人走的程序要解決哪些問題？

同學們通過討論得出：我們要讓機器人陪我散步，必須要讓機器人能夠看見我，這就要用到紅外傳感器或超聲波傳感器，它就相當于機器人的眼睛。在機器人搭建環(huán)節(jié)，有的小組還搭建出非常有創(chuàng)造性的機器人結(jié)構(gòu)出來。在編寫程序環(huán)節(jié)，重點是培養(yǎng)學生分析問題與解決問題的思路，教師采用問題引導(dǎo)，小組合作，在學生充分思考與討論的基礎(chǔ)上教師才用課件展示、講解合理的程序設(shè)計流程并共同把程序編寫好。當某小組在下載程序演示失敗，我會指導(dǎo)學生，但不幫助學生分析找原因，通過學生自我分析、相互討論找出問題并解決，讓學生在失敗中得出經(jīng)驗，學生的各種能力也在解決失敗問題的過程中提高。

三、興趣小組活動是培養(yǎng)合作精神和創(chuàng)新人才的重地

我校機器人興趣小組，學生自主報名，利用課余時間進行學習、操作、探究等活動，每次活動結(jié)束要求學生嚴格按規(guī)定填寫活動記錄總結(jié)得失，發(fā)現(xiàn)好的苗子重點培養(yǎng)參加各級機器人競賽。一名參賽選手必須經(jīng)過系統(tǒng)訓(xùn)練，過了“三關(guān)”：“編程關(guān)”、“動手關(guān)”、“設(shè)計關(guān)”并不斷相互競爭才能具有參賽資格。參加機器人比賽不是目的，重要的讓學生在機器人活動中信息素養(yǎng)及各種能力得以提高，形成以競賽促進學生學習機器人活動這樣一個“以賽促學”的良性循環(huán)模式。

機器人是現(xiàn)代科技最前沿的東西，在學生中開展機器人活動是要把機械、電子、集成電路、程序設(shè)計等多方面綜合知識結(jié)合小學生的特點變成有趣的一個個小任務(wù)讓學生來操作、探究完成，使學生的動手操作能力、邏輯思維能力、想像創(chuàng)新能力都得到提高，這種提高是其它方式所無法相比的，可以說是跨越式的提高。

由于我校機器人都是廣茂達（現(xiàn)未來伙伴）公司的產(chǎn)品。我首先從廣茂達VJC1.5仿真版入手，教會學生在仿真環(huán)境下編寫程序使機器人動起來，等有了一定的基礎(chǔ)后再用真實的機器人對學生編寫的控制程序進行驗證調(diào)試。由于頻繁地在計算機上編程→下載運行機器人→發(fā)現(xiàn)問題再在計算機上修改程序，學生發(fā)現(xiàn)如此盲目地反復(fù)調(diào)試既花費時間有時還找不到原因，遠不如先在VJC1.5仿真版上編程調(diào)試，等成功了再下載到機器人上，只要簡單調(diào)試一兩次就會成功完成任務(wù)。高宇同學就是在VJC1.5仿真版上用他自己創(chuàng)造的“走弧線法”成功快速地完成我交待的任務(wù)而受到同學們的追崇，學生們?nèi)しQ這種走法為“高宇法”。宣欣巖同學在“高宇法”的基礎(chǔ)上進一步探索實驗寫出小論文“用單探頭實現(xiàn)機器人沿墻走”。

經(jīng)過興趣班學習的很多學生，思維方式與其他學生明顯不同，到中學階段各科學習成績都很突出，并順利考上理想大學，甚至影響到部分學生在大學選擇的還是與人工智能、機器人相關(guān)的科系。

常說“一分耕耘，一分收獲”，付出的汗水終能得到回報，國家的政策導(dǎo)向清楚地顯示人工智能、智能機器人進人課堂是勢在必行?！疤鞎r、地利、人和”，在今日這么好的時代，我們更應(yīng)加倍努力為完成教育使命、培養(yǎng)智能高端人才貢獻力量。

參考文獻：

[1]國家主席習近平向國際人工智能與教育大會致賀信.

[2]電子工業(yè)出版社小學信息技術(shù)教材和教師用書.