在智能尋軌器制作中提高學(xué)生逆向思維能力

◇郭秋維 何夢(mèng)婷（福建：福州市中山小學(xué)）

逆向思維，就是我們對(duì)平時(shí)司空見慣的似乎已成定論的事物和觀點(diǎn)，反過(guò)來(lái)思考的一種思維方式?？茖W(xué)老師在指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行智能尋軌器制作的過(guò)程中，可巧用逆向思維來(lái)認(rèn)識(shí)某些元件的正反向不同特性，進(jìn)而理解電路工作的正反原理，并進(jìn)行演繹分析；在檢測(cè)和調(diào)試過(guò)程中，運(yùn)用逆向思維進(jìn)行分析和調(diào)整，可促使電路工作正常，尋軌順暢自然，行程遠(yuǎn)，達(dá)到智能尋道的作用，從而提高學(xué)生的逆向思維能力。

逆向思維，顧名思義，即不按常規(guī)的思維方式，不從事物的正向思路考慮問(wèn)題，偏偏反其道而行之，以獲得解決問(wèn)題的一種新穎方式。在日常生活中，逆向思維無(wú)所不在，有著極其廣泛的實(shí)用價(jià)值。但它總是與正向思維相對(duì)應(yīng)而存在，所以，我們?cè)诜治瞿嫦蛩季S問(wèn)題時(shí)，有必要聯(lián)系正反兩方面的因素，才能加深對(duì)逆向思維的理解，收到更好的效果。韋鈺院士指出：“兒童具有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力，是一個(gè)積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)者。嬰兒一來(lái)到這個(gè)世界，就開始了從一個(gè)生物人向社會(huì)人發(fā)展的學(xué)習(xí)過(guò)程?！?/p>

智能尋軌器的制作，蘊(yùn)含科學(xué)創(chuàng)新信息，內(nèi)隱著反向思維，如能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，就會(huì)幫助我們分析與認(rèn)識(shí)其中規(guī)律，從而達(dá)到有效解決行走問(wèn)題之目的。

一、應(yīng)用逆向思維的優(yōu)勢(shì)

有時(shí)遇事絞盡腦汁想不出好辦法來(lái)，不妨改變一種思考方法，換一個(gè)角度，從事物的反面進(jìn)行琢磨，可能會(huì)產(chǎn)生意想不到的效果。生活中常見的逆向思維有原理逆向、功能逆向、結(jié)構(gòu)逆向、程序逆向、因果逆向、狀態(tài)逆向、屬性逆向等。如，司馬光砸缸救孩子就是應(yīng)用逆向思維來(lái)解決問(wèn)題的實(shí)例。事物之間總是相互聯(lián)系的，正向思維與逆向思維的順逆方向不同，解決問(wèn)題的功效也有別。

很多人總習(xí)慣性地常規(guī)思維，這固然有很大的好處，但也存在著明顯的不足：不能適應(yīng)突變的情境；面對(duì)難關(guān)，往往難以實(shí)現(xiàn)突破；不能逾越鴻溝。用上逆向思維后，就能夠勢(shì)如破竹，使問(wèn)題迎刃而解。對(duì)大自然中的萬(wàn)事萬(wàn)物，多問(wèn)幾個(gè)為什么：假如沒有灰塵，假如沒有蒼蠅，大自然又會(huì)怎樣呢？這種訓(xùn)練，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維有獨(dú)特的促進(jìn)作用。

二、認(rèn)識(shí)元件，理解特性

電容也是一樣，可以有幾種方法驗(yàn)證。容量稍大的電解電容，可用萬(wàn)用表檢測(cè)電容的充放電情況，當(dāng)表針從左到右慢慢移動(dòng)到一定位置時(shí)，然后又返回到無(wú)窮大，這實(shí)際顯示的是充電與放電過(guò)程。再次就要調(diào)換方向檢測(cè)，依然有充放電存在。容量越大擺動(dòng)幅度就越大。其中的充電與放電也是一對(duì)順逆問(wèn)題，處于一個(gè)共同體之中。許多電路中的延時(shí)發(fā)光或延時(shí)熄滅，均是利用電容器的充放電原理來(lái)設(shè)計(jì)的。當(dāng)接上電池時(shí)，LED 燈不亮，按下并松開按鈕，LED 燈立即發(fā)亮，此后慢慢變暗。容量小的電容器，變化速度更快。

三、分析原理，演繹推理

有效的思維是一個(gè)不斷提問(wèn)、解答、追問(wèn)和不斷明朗的過(guò)程。要調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維，在難度適中的基礎(chǔ)上，方法的正確與否很關(guān)鍵，是繼續(xù)思考和追問(wèn)的原動(dòng)力。在一個(gè)特定的環(huán)境中，學(xué)生的思維能夠從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)連續(xù)地進(jìn)行，完成真正的、深刻的、有效的思維活動(dòng)。

智能尋軌器要正常工作，按反向推理，要讓尋軌器行走→要有一個(gè)完整的閉合回路→輪子前進(jìn)→齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)→電機(jī)旋轉(zhuǎn)→電路板元件正?！_關(guān)閉合→電池4.5V 供足。這種思路很重要，有時(shí)可與正向聯(lián)系起來(lái)分析。

如出現(xiàn)一架智能尋軌器不前進(jìn)的情況，該查哪里呢？根據(jù)逆向思維原理，逐步查找，進(jìn)行檢測(cè)。先查一下電機(jī)是否正常，如是電機(jī)出岔子，當(dāng)然車子走不了。這時(shí)可撇開其他的線路，對(duì)電機(jī)進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試。電機(jī)的問(wèn)題，到底是齒輪機(jī)械的配合轉(zhuǎn)動(dòng)問(wèn)題，還是小馬達(dá)的問(wèn)題。如電機(jī)正常，繼之應(yīng)查電路板上各元件的情況：各點(diǎn)的電壓正常與否？電子元件是否有燒毀或擊穿情況？最后再查查電池的供電情況：電池的電量多少？有沒有存在導(dǎo)線接觸不良情況？焊接點(diǎn)是否虛焊？這就是倒序來(lái)檢查智能尋軌器的各部分情況。只有考慮順逆的不同思維方向，才能更有效地查找其中的問(wèn)題所在。

四、檢測(cè)調(diào)試，對(duì)癥下藥

智能尋軌器雖小，舞臺(tái)卻很大，要讓學(xué)生插上逆向思維的翅膀，激發(fā)學(xué)生試著解決行走中的實(shí)際問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)一次次質(zhì)的飛躍。

為確保組裝焊接正常，可對(duì)電路板進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試，把車架、電池與電路板三者分開，將車子輪子懸空架起來(lái)。當(dāng)接入電源時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)三種狀態(tài)：一是車子的兩個(gè)輪子都旋轉(zhuǎn)起來(lái)；二是一個(gè)輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)輪子不動(dòng)；三是兩個(gè)輪子都不動(dòng)。查清問(wèn)題后就可以區(qū)別對(duì)待，有的放矢，有針對(duì)性地排除解決問(wèn)題（見實(shí)物圖1）。

圖1 電池、電子元件、車身三分離

在寬松狀態(tài)下，學(xué)生的思維閘門是開放的，隨時(shí)會(huì)有感而發(fā)，提出一些有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。教師應(yīng)認(rèn)識(shí)到，問(wèn)題驅(qū)使下的學(xué)習(xí)是難得的好機(jī)會(huì)，要因勢(shì)利導(dǎo)，就此發(fā)揮，定會(huì)收到意想不到的效果。

（一）左右對(duì)稱問(wèn)題

智能尋軌器的電子電路板設(shè)計(jì)左右對(duì)稱也是一種互逆關(guān)系。如，在D 型智能尋軌器中，左邊的100Ω 電阻、10KΩ 電阻、傳感器、504 可變電阻、紅色發(fā)光二極管和調(diào)速電位器等元件，與左邊的電機(jī)有直接關(guān)系；同理，右邊的那些元件與右邊的電機(jī)也有關(guān)系。當(dāng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，就要檢查相對(duì)應(yīng)一邊的那些元器件（見電路板實(shí)物圖2）。

圖2 D型智能尋軌器電子電路板

這時(shí)，我們可以左右對(duì)比琢磨，由此及彼，順逆結(jié)合，逐一查找，直至問(wèn)題解決。

（二）輪子倒轉(zhuǎn)問(wèn)題

有時(shí)候，一架智能尋軌器安裝完畢后進(jìn)行試車，會(huì)出現(xiàn)智能尋軌器向左繞圈子或向右繞圈子的情況。仔細(xì)分析一下，原來(lái)是有一邊輪子是不動(dòng)的，導(dǎo)致一邊前進(jìn)，另一邊不動(dòng)，就變成繞圈子了。往哪邊繞圈子就是哪邊輪子不動(dòng)，這時(shí)，只要把不動(dòng)那邊電機(jī)的兩個(gè)接線柱的兩條線松開并對(duì)換焊接妥，讓輪子都向前滾動(dòng)，就得到科學(xué)糾正了。這種問(wèn)題較為簡(jiǎn)單，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，立刻調(diào)整解決之。

（三）電阻大小問(wèn)題

在智能尋軌器行駛過(guò)程中，往往會(huì)出現(xiàn)一直往一邊轉(zhuǎn)彎的情況，好像與一邊有特別的情感。遇到這種情況，我們就要分析：為了讓兩輪走得一樣快，是要調(diào)走快的還是走慢的輪子？如調(diào)走得快的那個(gè)輪子，細(xì)想一下，要讓這個(gè)輪子走慢，應(yīng)該從調(diào)速電阻上下功夫：電阻大，走得慢；電阻小，走得快。于是，就從可變電阻上著手調(diào)試。旋轉(zhuǎn)操作時(shí)，要細(xì)旋慢調(diào)，不能一步到位，要旋一點(diǎn)試走一下，再旋一點(diǎn)，再試走一下。沉住心，慢慢琢磨，直到調(diào)到最佳平衡狀態(tài)。有時(shí)，可能一邊調(diào)到極點(diǎn)還是不奏效，這時(shí)就要調(diào)整另一個(gè)電阻。要注意另一個(gè)調(diào)整的方向應(yīng)該相反。歸納起來(lái)，原則就是：與傳感器配合的電阻值大，靈敏度就低，走得慢；反之，電阻小，靈敏度高，走得快。這實(shí)際也包含著逆向關(guān)系，明白這一點(diǎn)，就能得心應(yīng)手，手到病除。

五、不能忽視傳感器的靈敏度

智能尋軌器最終是要在黑白的軌道上前進(jìn)的，在機(jī)械都正常的情況下，還有幾方面的環(huán)境因素不能忽視：周圍環(huán)境的光線強(qiáng)弱程度不同，白天與晚上有差別，而且陰天與晴天也有差別，背光與向陽(yáng)更有差別。即使是同樣的教室、同樣的時(shí)間段，有陰影和沒陰影也有差別。在現(xiàn)場(chǎng)操作中，可借助一塊擋光板來(lái)調(diào)整光線的強(qiáng)弱，以達(dá)到智能尋軌器順利行走的目的。

當(dāng)然，尋道本身的黑條色道、電池的電量與篷布走道粗細(xì)程度也有關(guān)，需要綜合考慮，才能控制好它的速度。

總之，客觀事物總是存在著千絲萬(wàn)縷的內(nèi)在聯(lián)系。在智能尋軌器的分析調(diào)試中，當(dāng)正向思維不能有效地解決問(wèn)題時(shí)，不妨反其道而行之：從結(jié)果出發(fā)，進(jìn)行恰當(dāng)?shù)哪嫦蛩季S，常常會(huì)收到意想不到的效果，出現(xiàn)峰回路轉(zhuǎn)、柳暗花明又一村的局面。順逆結(jié)合，相得益彰，能夠讓思維得到更有效的多維發(fā)散拓展。