機器人教學(xué)與學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

1、探索機器人教學(xué)與中學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)【摘  要】  機器人教學(xué)是以創(chuàng)新教育理論為指導(dǎo)，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、科學(xué)品質(zhì)、探索精神、實踐能力為目標(biāo)的學(xué)科。本文主要對機器人教學(xué)與中學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)進行了初步的探索與總結(jié)?！娟P(guān)鍵詞】機器人教學(xué) 創(chuàng)新能力智能機器人是信息技術(shù)發(fā)展的前沿領(lǐng)域，是一門具有高度綜合滲透性、前瞻性、創(chuàng)新實踐性的學(xué)科。機器人教學(xué)是以創(chuàng)新教育理論為指導(dǎo)，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、科學(xué)品質(zhì)、探索精神、實踐能力為目標(biāo)的學(xué)科。智能機器人為學(xué)生開展研究性學(xué)習(xí)、綜合創(chuàng)新活動提供了優(yōu)秀的平臺，利用智能機器人教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生探索能力、協(xié)作能力和創(chuàng)新能力具有極大的

2、促進作用，是值得我們在實踐中不斷探索的問題。本人僅結(jié)合近兩年在指導(dǎo)學(xué)生參加中小學(xué)機器人比賽過程中，利用LEGO教育機器人進行教學(xué)實踐，并對如何培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力進行初步探索。一、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識在開展機器人教學(xué)的過程中，要有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，首先必須培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，這是開展機器人教學(xué)的一個切入點。我的做法是：1、培養(yǎng)主動創(chuàng)新意識。教師要把教學(xué)還給學(xué)生，給學(xué)生提供主動、獨立學(xué)習(xí)的平臺，使學(xué)生真正成為項目研究的主人，充分調(diào)動學(xué)生的主動性，這有利于培養(yǎng)學(xué)生的主動創(chuàng)新意識。例如，在講授新技術(shù)之前，我常常給學(xué)生一些資料，要求學(xué)生主動獨立地根據(jù)資料去完成某個任務(wù)。一開始，學(xué)生總想從老師那得到一個

3、即成的解決方案。但我從不輕易解答，而是鼓勵學(xué)生主動去探索解決問題的方法。如，在2011FLL機器人工程挑戰(zhàn)賽中，由于我校使用的樂高機器人不能自動切換程序，學(xué)生需要按鍵反復(fù)啟動程序去執(zhí)行任務(wù)。實戰(zhàn)訓(xùn)練中，我們發(fā)現(xiàn)多次切換程序，浪費很多時間。由于這一切換程序的問題存在，我啟發(fā)學(xué)生主動思考：如何才能加快機器人切換程序的時間？并引導(dǎo)學(xué)生主動去實踐，去研究，去創(chuàng)造性地解決問題。就這樣在調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性的同時，培養(yǎng)學(xué)生的主動創(chuàng)新意識。2、培養(yǎng)合作創(chuàng)新意識。在機器人比賽教學(xué)中，建立起融洽的師生、生生關(guān)系，把以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，鼓勵學(xué)生在師生之間、生生之間進行交流，在融洽的氣氛中合作完成比賽任

4、務(wù)，幫助學(xué)生樹立合作創(chuàng)新意識。當(dāng)學(xué)生的思維活動和結(jié)論超出教師所設(shè)計和期望的軌道時，教師不應(yīng)強行把學(xué)生思維納入自己的思維模式之中，教師要善于鼓勵學(xué)生大膽質(zhì)疑，鼓勵學(xué)生與老師開展辯論，并給學(xué)生充分發(fā)表見解的機會，這有利于培養(yǎng)學(xué)生合作創(chuàng)新意識。如在2011FLL工程挑戰(zhàn)賽機器人完成分藥任務(wù)中，有一個學(xué)生提出了這樣的觀點，他認(rèn)為：機器人走到黑線時停止，然后數(shù)出黑線的根數(shù)，確保完成分藥任務(wù)。剛開始實驗時成功率很高，同時他還通過實際操作演示說明這樣做可以取得好成績。我沒有馬上簡單的否定學(xué)生，而是耐心引導(dǎo)其他學(xué)生仔細(xì)分析其方案，并在場地上模擬比賽可能出現(xiàn)的各種不穩(wěn)定因素，最終大家得出的結(jié)論：他的方案可行但受

5、環(huán)境影響較大。接著，我鼓勵他們一起修改方案：采用可靠性強的“見到第一根黑線” +“走固定距離”。這樣做既保護了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，促其創(chuàng)新思維處于活躍狀態(tài)，又幫助學(xué)生樹立了合作創(chuàng)新的意識。二、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維創(chuàng)新思維是創(chuàng)新能力發(fā)揮的前提，因此，教師在教學(xué)中必須注重啟發(fā)學(xué)生，積極引導(dǎo)學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力，這是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。本人在機器人教學(xué)中進行了一些嘗試和探索，從幾個方面來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。1、注重培養(yǎng)想象力思維。想象力概括著世界的一切，推動著人類社會的進步，并且是知識進步和發(fā)展的源泉。例如，在市賽中，我們的機器人從基地出發(fā)會識別基地前的一根黑線作為出基地

6、的信號，但比賽過程中必發(fā)現(xiàn)偶爾會受環(huán)境光影響而判斷不了是否出基地。顯然這個機器人的判斷條件存在很大的不穩(wěn)定性。于是，我啟發(fā)學(xué)生思考：能不能使機器人不判斷黑線，而走一段固定距離呢？學(xué)生們經(jīng)過討論分析，最后得到這樣一個方案：每次機器人出發(fā)時緊貼墻壁，然后機器人走一段固定距離，算好與基地的長度相等。通過這一方法的程序設(shè)計，我們的機器人出發(fā)時穩(wěn)定性達(dá)到了100%。在這過程中，不但培養(yǎng)了學(xué)生的想象思維，而且對創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的發(fā)展也很有意義。2、注重培養(yǎng)批判性思維。批判性思維是有利于激發(fā)創(chuàng)新的另一種思維方式。這是一種個性化的思維，它的基礎(chǔ)是懷疑、觀察和實驗。要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，必須以辯證的批判性思維

7、為前提，否則，便不會有學(xué)生的獨創(chuàng)精神。為此，在智能機器人教學(xué)中，老師要挖掘?qū)W生主動學(xué)習(xí)，大膽否定的潛力，給學(xué)生創(chuàng)造一種有利于其批判學(xué)習(xí)的環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生形成不迷信、不盲從、敢于懷疑，敢于否定的習(xí)慣。要培養(yǎng)他們敢于突破舊框框，獨辟蹊徑，標(biāo)新立異，務(wù)求突破的創(chuàng)新精神。如，在設(shè)計機器人時，沒有根據(jù)場地的模型尺寸確定機器人的尺寸。完成機器人主體拼裝后，我們發(fā)現(xiàn)機器人的尺寸對完成任務(wù)有較大影響，容易被模型卡住。于是我引導(dǎo)學(xué)生思考：如何解決機器人尺寸問題？幾個學(xué)生通過觀察和實驗，大膽否定了原來馬達(dá)安裝的思路，提出非常新穎的思路：將三個馬達(dá)安裝相互貼緊安裝在支撐梁上。這樣，機器人的尺寸就被改得很小，也就避免了

8、被模型卡住的隱患出現(xiàn)。在這一過程中，學(xué)生提出了自己的創(chuàng)見，在批判中形成自己獨特的批判性思維，從而形成自己特有的創(chuàng)新思維。三、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力學(xué)生有了創(chuàng)新改進的想法，教師就要引導(dǎo)學(xué)生動手實踐，解決機器人項目研究中遇到的問題，不要讓學(xué)生僅僅停留在思考的層面上，而要把學(xué)生的思維引導(dǎo)到實踐研究中去，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。在比賽準(zhǔn)備過程中，我在激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識和思維的基礎(chǔ)上，針對不同層次學(xué)生的探索和創(chuàng)新的不同欲望，提出解決問題的不同方案，并設(shè)計一系列具有啟發(fā)性的問題，以培養(yǎng)學(xué)生解決問題的創(chuàng)新實踐能力，這是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的核心。具體做法如下:1、精心設(shè)計訓(xùn)練方案。教師在進行方案設(shè)計時，一定要具有層次性和啟發(fā)

9、性，一定要充分挖掘培養(yǎng)與訓(xùn)練創(chuàng)新能力方面的內(nèi)容，循序漸進地提出恰當(dāng)?shù)臋C器人項目問題，這些訓(xùn)練應(yīng)滿足如下要求：一要有適當(dāng)難度；二要在教和學(xué)方面富有探索性；三要培養(yǎng)與訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新能力。2、著力解決比賽任務(wù)。智能機器人教學(xué)的目的之一就是要參加有關(guān)教育部門組織的機器人競賽。為此，在教學(xué)中，我直接讓學(xué)生在符合競賽要求的場地上操作機器人。機器人的制作使學(xué)生遇到許多問題，需要學(xué)生不斷地探索。學(xué)生動腦筋，想出各種辦法來解決問題，并在實際場地上加以驗證。學(xué)生在解決問題的過程中培養(yǎng)了學(xué)生解決問題的能力。比如，機器人在完成插入骨橋任務(wù)成功后，又遇到如何快速踢球的問題。學(xué)生通過機器人行走的方向讓它反向扳動腿骨使塑料球被“彈”進球門，經(jīng)過反復(fù)嘗試改進機械臂，終于成功了，而且不受環(huán)境影響，成功率極高，這樣不但激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)創(chuàng)新的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新的實踐能力，而且全面地提升了學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)水平。 開展智能機器人的教學(xué)，為學(xué)生提供了一個自主、協(xié)作與創(chuàng)新的平臺。在學(xué)習(xí)編程和操作實踐的過程中，有效地提高了學(xué)生的邏輯思維能力和判斷能力；在充分培養(yǎng)學(xué)生興趣的基礎(chǔ)上，學(xué)生輕松掌握了課外知識，