在机器人教学中培养学生的创新与实践能力

黄修峰

摘 要：随着机器人教学在学校逐步开展，如何针对机器人教学特点，培养学生的创新与实践能力，是摆在每个信息技术教师面前的重要课题。本文阐述了用机器人教学对培养学生创新实践能力的作用，然后提出了机器人教学模式的思考与研究。

关键词：机器人教学 创新与实践 虚拟机器人

中图分类号：G632          文献标识码：A        文章编号：1674-2117（2014）14-0-02

机器人教学在信息技术学科里面是一门崭新的、具有综合性的学科。机器人教学能把信息技术学科所学的知识融合到具体的实践中。在与信息技术课程的整合中，机器人教学既有数学的严谨性，又有物理的动手能力，同时还能在创新实践活动中找到创新和实践的空间。机器人教学正是因为把趣味性、实践性、综合性、科学性、探究性有机地融合在了一起，才受到广大青少年的喜爱。机器人教学接触到计算机、声、光、电等多种技术，可以让学生全面接触传感器、计算机软硬件、人工智能、自动控制、电子技术和机械工程等多个学科的高新科技知识。

1 机器人教学可以培养学生的创新与实践能力

在培养学生创新能力方面，机器人教学可以发挥其独特性。机器人技术具有实用性高、动手能力强、创新性强等特点。例如，教师在编制使机器人走直线程序的教学过程中，可以鼓励学生发散思维，创造性地编制出走四边形、八边形等程序。通过这一探索，学生开阔了思路，增强了动手能力，同时这一程序的编制也学会了。此外，部分学习好的学生还会根据自己的实践和认知，创造性地搭建各种机器人。学生结合所学知识，将自己的构想付诸实践，想尽各种办法检验自己的创意和设计，这样就扩大了学生的思维，培养了学生的创新与实践能力。

机器人教学可以培养学生严谨的科学探究态度。教学中，机器搭建、编程调试、设计改装等都必须从实际出发，将自己所学知识与实际结合起来才能获得成功。设计能否成功必须经过检验。这就要求学生要养成实事求是、脚踏实地的科学作风。机器人的搭建、设计与编程不可能一次成功，往往需要反复拆卸、调试、整改，几经挫折才能成功，这就可以培养学生严谨的探究和学习态度，养成坚忍不拔、不言放弃的探究精神和良好的心理承受能力。

机器人教学会培养学生的团队合作。由于受到学生的知识层次和动手能力等方面的局限，机器人学习中教师通常采用小组形式的教学方法，经过小组切磋、交流、探讨，再一起探讨、编制、调试程序，从而共同完成机器人的搭建，同时搭建完成后总结机器人运行过程中出现的问题。小组成员既要分工又要合作，形成了一个良好的团队，这就是未来社会需要的合作模式。

2 机器人教学培养学生创新和实践能力的具体方法

2.1 创设教学情境，激趣导课

机器人教学是新兴的一门学科，每堂课都要做好精心设计安排。例如，第一课时《初识机器人》，就用上海世博会上展出的机器人视频导课，学生立刻被各式机器人深深吸引，从而对机器人知识产生浓厚的兴趣。后期机器人教学中的探究主题都来自于生活中的事物或者一个故事，经过学生的讨论后确定制作主题。例如，荒岛求生的故事，我以故事设境：杰克一家在海上探险遇到风浪，漂到一个无人小岛，为了在这个小岛上能生存下去我们需要做些什么？学生根据自身已有的认知就提出了各种不同的方案，有的说首先要熟悉当地环境，有的说必须先找到淡水，有的说先要想办法生火，有的说就在海边等待过往船只……经过讨论后一致决定应该先熟悉一下小岛，顺便寻找些生活上能用得上的东西，于是师生共同形成了一个设计主题：帮助杰克家制作一辆能够行驶的机器人小车。通过这样融入情境的讨论，学生在本身的认知结构联系新知识，激发了学生的研究兴趣，也充分调动了学生进行机器人知识建构的热情。

2.2 以学生主体，合作探究

“玩”是学生的天性，机器人教学从学生的天性出发，让学生作为活动的主人，在有序的组织讨论中积极建构主题。此时，教师会给学生提出一个挑战项目，并给他们提供相应的器材和时间，让他们通过已形成的技能去寻求自己的解决方案。教师只需要给出基本的要求，剩下的则需要学生自己去补充、想象，并且最终完成。在此过程中，教师应鼓励学生表达自己的观点，让学生在合作中差异互补，在相互的合作探究中，最终建构一种新旧技能和生生之间的融合。

2.3 利用3D虚拟环境，创新实践

学校的教学机器人一般数量有限，而学生数量大，为解决“僧多粥少”的问题，教师可以利用机器人厂家设计的3D虚拟环境，首先要求学生在虚拟环境中搭建机器人，然后进行场地创建、程序编写，最后在3D虚拟环境中试运行。这一系列过程构成了一个完整的问题解决方案。教师适时讲解与引导。每个学生都有自身的知识结构，所以每一个学生的作品都是与众不同的。每一个学生的设计都有自己独特的创造性。例如，行驶的机器人小车，课堂上有的学生是走四边形，有的学生是走八边形，有的学生巧妙地设计走五角星，有的学生向前走三步后退四步，作品丰富多彩。在整个建构过程中学生是不折不扣的主角。

2.4 分享成果，展中反思

学习成果是保持学习原动力的重要内容，学生思考自己构建的机器人，从而加深对自己建构体验的理解。教师可以组织学生对各自的3D运行方案进行讨论，寻找优缺点，然后再对自己的方案进行完善和改进。教师只需以点拨者的身份对这一环节学生的表现进行鼓励与引导。笔者通过这种教学方式，使每个学生都积极地要求向大家展示自己方案的特点，方案设计的可行性，成功地展示出了前期活动成果。例如，一个走五角星的设计的学生，滔滔不绝地跟其他学生讲解了他的程序设计，并且阐述了选择如此的速度与持续时间……使其他学生兴奋地拿自己的设计方案进行研究与比较、讨论与反思，提出自己的中肯建议，这样的成果分享是更为有效的，能将下阶段的活动贯通起来，实现整体上的建构与融合。

2.5 开放思维、延续再“延”

机器人教学是充满挑战与趣味的活动，每一次下课学生都带着意犹未尽的神情。他们渴求了解更多知识，希望寻求更多技能的欲望把自己带到一个更高的“联系”阶段，这是一个螺旋上升的良性循环。教师要善于激发学生的这种探究热情，给他们自由交流、主动探索的平台，鼓励学生在课后主动地去查找能满足求知欲望的科学素材来超越难度不断增加的挑战。

当今社会真正需要的是有综合素质能力的学生，不再局限于文凭、学历。机器人课堂提供给学生们一个开放的环境、一种开放解决问题方式，弥补了其他学科教学中的不足。机器人教学锻炼学生综合能力、团队合作能力、严谨做事能力，提高了学生的动手能力、合作能力，而且能激发学生对未知事物探索的思考与创新，更能激发学生对学习科学文化知识的动力，只要学生能保持他们与生俱来的探索兴趣，在教师的引导鼓励下，他们自己就能找到解决问题的方式！

参考文献：

[1]教育部.中小学信息科技课程指导纲要(试行).

[2]周美瑞等.信息技术教学参考书(小学版智能机器人)[M].北京:清华大学出版社.2006.

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[5]李振武.中小学智能机器人教学浅探[J].读与写(教育教学),2010(08).

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