机器人教学中培养学生创新素质摭谈

宁波镇海区仁爱中学  熊国全     315200

智能机器人是信息技术发展的前沿领域,是一门具有高度综合渗透性、前瞻性、创新实践性的学科。智能机器人教学为学生开展研究性学习、综合创新活动提供了优秀的平台。它对培养学生创新素质具有极大的促进作用，是值得我们在实践中加以探索的问题。

笔者仅结合在智能机器人教学实践中如何培养学生创新素质摭谈浅见，祈望能在推进信息技术教育教学的发展，为建设创新型国家培养创新型人才方面，起到抛砖引玉的作用。

一、首位目标 培养学生创新意识

在进行机器人教学的整个过程中，要有效地培养学生的创新素质，就必须把培养学生的创新意识摆在课程诸多目标的首位。现实生活中，大多数人往往是以一种见多不怪的眼光去看待各种司空见惯的信息，或瞬间偶见奇难的信息，也一晃而过，不愿主动细察和探究，容易错失创新灵感，而只有具备创新精神和独到眼光的人，才有可能从日常生活和活动中捕捉和产生创造的灵感，在原始信息的基础上去创新，去创造发明。类似牛顿遇见苹果这样的事例就很说明问题，许多在常人看来很不起眼的事情，完全可能成为激发学生产生创新激情的切入点。因此，要在机器人教学中培养学生的创新素质，首要的是激发学生的创新激情，培养学生的创新意识，这是机器人教学中的一个着力点，必须放在首位。我的做法是：

1、培养主动创新意识。教师要把课堂真正还给学生，给学生提供主动、独立学习的最大时空，使学生真正成为课堂教学的主人，充分调动学生学习的主动性，这有利于培养学生的主动创新意识。例如，在讲授新课之前，我常常给学生一些资料，要求学生主动独立地根据资料去完成某个任务。开始时，少数学生存有畏难情绪、依赖思想，总是希望老师给出一个解决问题的方法。但我从不轻易作解答，而是鼓励学生主动去探求解决问题的途径。如，在足球机器人比赛中，由于我校使用的机器人是纳英特机器人，学生需要按Start键启动机器人。实战训练中，我们发现如果开机的学生按键不到位，就极可能启动不了机器人。由于这一开机问题的存在，我启发学生主动思考：如何才能改善足球机器人开机存在的情况？并积极引导学生主动去实践，去探索，去创造性地解决问题。只有当学生遇到无法解决的难题时，我才适时给予点拨和开导，就这样在平时教学中一点一滴地调动学生学习的主动性，培养学生的主动创新素质。

2、培养合作创新意识。在机器人教学中，发扬教学民主，建立新型的师生和生生关系，变以教师为中心为以学生为中心，师生之间、生生之间真心诚意地进行交往与交流，在融洽和谐的气氛中合作完成教学任务，帮助学生树立合作创新意识。如当学生的思维活动和结论超出教师所设计和期望的轨道时，教师不应强行把学生思维纳入自己的思维模式之中，教师要善于鼓励学生大胆质疑，欢迎师生之间和学生之间开展辩论，并给学生充分发表创见的机会，这有利于培养学生合作创新意识。如在一次机器人教学中，有一个学生提出了与教师截然不同的见解，他认为：灭火机器人刚开始行走误差较小，启动这段路可采用“直冲”；同时他还通过实际操作演示说明这样做可以取得好成绩。我没有马上简单的否定学生，而是耐心引导学生全面审视其观点，并在灭火场地上演示比赛可能出现的不同细节，最终他得出正确的结论：他的方案可行但失误概率较大。接着，我和他一起修改方案：采用可靠性强的“直走小段路” +“左手靠墙走”。这样做既保护了学生学习的积极性，促其创新思维处于活跃状态，又帮助学生树立了合作创新的意识和创新必胜的信心。

3、培养激励创新意识。教学激励有利于调动学生的主动性，在不断的激励中培养学生创新意识。教学激励，就必须坚持不断探索激励学生勇于创新的各种有效的机制与策略，为学生创新提供强大的动力源泉。具体做法：1、目标激励。目标是一人奋斗的归宿，只有目标明确才会争取目标的实现。针对实际确立目标，激励学生拼搏进取，自觉地朝着预定的目标不懈的努力追求。为此，我采用目标分层次的方法，由易及难，由浅及深，层层推进，以学生够用为原则，以提高效率为标准，一次不要太多，以免学生贪多嚼不烂而失去动力源泉。如在教授左手法则走迷宫时，我将它分为：①机器人左边有障碍物向前走；②机器人前方有障碍物向右转；③机器人前方、左边均无障碍物向左转；④机器人在迷宫场地上走3个房间；⑤调整机器人红外（避障）传感器以及轮子的相对速度，缩短机器人走迷宫的时间。将目标分层次，大大降低了机器人项目的难度，并破除了对机器人的神秘感，从而调动了学生学习的积极性，激励了学生的创新意识。2、竞赛激励。争强好胜，使学生对竞赛性的活动很乐意参加。例如，在走迷宫这一节，学生完成任务后对提高机器人速度的主动性就不大了，针对这一现象，利用好恰当的契机，组织一次机器人走迷宫竞赛，看哪组的机器人速度快，这样一来，学生的积极性很快高涨起来，你追我赶，相互激励，争创新招，有效地培养了学生的创新素质。

二、巩固发展 筑实学生创新基础

巩固知识是创新的基础，而创新是知识巩固的发展。在机器人教学中，教师要培养学生的创新素质，进一步提升教学品位和效果，就必须在教学中不断地巩固训练的成果。训练结束以后，学生对机器人知识和技能有了一定的了解和掌握，但还不牢固，不成熟，印象不深，如果不及时总结，加以巩固，学生的这些知识和技能会逐渐淡化，失去训练的效果，弱化创新的基础，那创新素质的培养就无从谈起。

教学中，我主要从以下两方面入手加强学生巩固发展机器人相关知识，筑实学生创新基础。

（1）认真撰写训练报告

每次训练以后，为了巩固训练成果，我及时组织学生撰写有针对性的训练报告。在训练报告中，可以记载训练过程中的一些实践内容和经验教训，如：正前方红外（避障）传感器行进速度之间的关系，左前方的红外（避障）传感器的感应距离与机器人转弯后直行之间关系等，一方面及时总结经验，理清思路，回忆训练过程，加深印象，另一方面总结训练中的教训，讨论改进操作的方式、方法，提高自己的技术水平。通过不同小组的训练报告记载，学生发现：如果左前方的红外（避障）传感器的感应距离过大，会导致机器人转弯后直行效果不好，有时还会产生直行中途向右转的情况，直接影响到机器人的运行速度。学生的这些创见，为学生创造性地破解问题奠定了良好的基础。

（2）认真做好训练讲评

机器人小组每次完成实地训练以后，我对相应的训练过程要作详细的讲评，指出优点，明确不足，以表扬鼓励为主，鼓励学生大胆实践，激发学生创新的浓厚兴趣。讲评重点放在训练过程中出现的一些典型的错误，如火焰传感器安装位置、红外（避障）传感器的感应距离等，让学生认真反思在练习中所产生的错误，使学生对自己的所学的机器人基础知识和技术有更深的了解，掌握得更牢固。如果有时间，还可更深一步的向学生介绍有关电子线路的原理和电子产品的工作过程，在练习的基础上让学生自己分析理解，并加以延伸，做到知识与技能并进，提高机器人教学的实效，筑实学生的创新基础。

 三、启发引导  培养学生创新思维

创新思维就是不受现成的常规的思路的约束，寻求对问题的全新的独特性的解答和方法的思维过程。创新思维是创新性实践的前提，是创新能力发挥的前提，因此，教师在教学中必须注重启发学生，积极引导学生，培养学生的创新思维，激励学生的创新精神，提升学生的创新能力，这是培养学生创新素质的核心。

近年来，笔者在智能机器人教学中进行了一些尝试和探索，着力从几个方面来培养学生的创新思维。

1、注重求异思维的培养。求异思维是指对一个问题探求不同甚至相反答案的思维过程。求异思维是构成创新思维的主要成份，它使不同的思路犹如百川归流汇入创新思维的海洋中，它能体现思维的独创性和新颖性。但是，创新思维的培养一般存有三大障碍：第一、思维定势；第二、思维惯性；第三、思维封闭。为了打开思维的空间，克服创新思维的障碍，就必须注重培养学生具有求异的思维品质。如在机器人教学训练中，学生会提出各种各样的疑问，象声音传感器怎么工作的、数字指南针传感器如何适应场地、红外（避障）传感器感应距离能否更远等，有些问题牵涉到许多电子线路的知识，这时教师千万不能显露出不耐烦或避而不答，而应该认真对待，详细解答，并启发和鼓励学生大胆发表自己的独创见解。我根据学生提出的问题，分别引导学生去多看书，去指定网站查阅，多研究相关资料，诱发学生的求异思维；同时还引领他们积极参与机器人的改进，提升训练层次，培养他们自己的分析能力和创新思维。

2、注重想象思维的培养。想象是人类“一切功能中的皇后”，因为知识是有限的，而想象力概括着世界的一切，推动着人类社会的进步，并且是知识进步和发展的源泉。想象是促进人们进行各种创造实践活动的必要条件，所有的创造性思维都离不开想象。可见，注重学生想象思维的培养，比学生掌握知识还更重要。

譬如，以前在机器人灭火项目中，我们的机器人从2号房间回家是用右手法则走迷宫程序，从2号房间沿着右墙回到出发地。程序中，机器人必须在1号房间门口检测到门口白线左转弯，再检测到右墙右转弯。显然这个机器人回家模式存在很大的不稳定性。于是，我启发学生思考：能不能使机器人不经过1号房间，而直接回家呢？同学们，你一句我一句，最后得到这样一个设想：当机器人在2号房间灭完火时，采用“左手法则”走迷宫，当机器人在出2号房间时，检测到门口白线设置一个变量，利用这个变量执行一个子程序：沿着左墙走直线直到正前方红外（避障）传感器检测到正前方有墙，退出子程序，继续采用“左手法则”走迷宫回到出发地。显然这样做提高了机器人的稳定性。然后同学们相应地在“左手法则”子程序前增加了一些流程。 当然在其它的细微处也要进行修改，如执行完“走直线子程序”后，如何继续返回原先设定的“左手法则”迷宫等等。通过这一系列的程序修改，我们的机器人稳定多了，速度也提上去了。在这过程中，不但培养了学生的想象思维，而且对创新思维和创新能力的发展也很有意义。

3、注重批判思维的培养。批判性思维是有利于激发创新的另一种思维方式。这是一种个性化的思维，它的基础是怀疑、观察和实验。要培养学生的创新思维，必须以辩证的批判性思维为前提，否则，便不会有学生的独创精神。为此，在智能机器人教学中，老师要挖掘学生主动学习，大胆否定的潜力，给学生创造一种有利于其批判学习的环境，引导学生形成不迷信、不盲从、敢于怀疑，敢于否定的习惯。要培养他们敢于突破旧框框，独辟蹊径，标新立异，务求突破的创新精神。如，以前组装机器人时，我们根据权威的参考资料直接将四个马达安装在纳英特积木式机器人平台上。但这样组装后，我们发现马达电线不好固定，容易被轮子碰着。于是我引导学生思考：如何解决马达电线与轮子的位置关系？几个小组的学生通过观察和实验，大胆否定了原来 “权威” 的思路，提出非常新颖的思路：将四个马达安装在多功能基板上,接着在机器人平台下方安装几个铜柱子,然后通过螺丝与铜柱子将机器人平台固定在多功能基板上。这样，马达电线从多功能基板和机器人平台之间的空隙中穿过，远离了轮子，避免了原来马达电线不好固定，容易被轮子碰着的情况。在这一过程中,学生没有拜倒在“权威”脚下，提出了自己的创见，在批判中形成自己独特的批判性思维，从而形成自己特有的创新思维。

四、设解问题 培养学生创新能力

学生有了创新改进的想法，教师就要抓紧时机，引导学生实际操作机器人，解决机器人项目中的问题,不要让学生停留在想的基础上，而要把学生的思维引导到实际行动中去，培养学生创新的实践能力,直至扬起创新的风帆。

智能机器人作为一门知识性与技能性相结合的课程，尤其要注重学生的实践。在教学过程中，我在激发学生创新意识和思维的基础上，针对不同层次学生的探索和创新的不同欲望，提出解决问题的不同方案，并设计一系列具有启发性的问题，以培养学生解决问题的创新实践能力，这是培养学生创新素质的核心。具体做法如下:

1、精心设计问题。教师在进行问题综合设计时，一定要具有层次性和启发性，一定要充分挖掘培养与训练创新能力方面的内容，循序渐进地提出恰当的机器人项目问题，这些问题应满足如下要求：一要有适当难度；二要在教和学方面富有探索性；三要培养与训练学生的创新能力。精心设计的问题，要有利于启发学生自己发现问题，自己解决问题，使学生逐步养成独立获取知识和创造性地运用知识的习惯和能力。

2、实地解决问题。智能机器人教学的目的之一就是要参加有关教育部门组织的机器人竞赛。为此，在教学中，我直接让学生在符合竞赛要求的场地上操作机器人。机器人的制作使学生遇到许多问题，需要学生不断地探索。学生动脑筋，想出各种办法来解决问题，并在实际场地上加以验证。学生在解决问题的过程中培养了学生解决问题的能力。比如，灭火机器人在第一个房间灭火成功后，又遇到如何进另三个房间的问题。学生通过机器人行走一定距离转弯让它进入各个房间时，却发现如果场地木板墙放的位置稍有偏离就无法准确的进入房间，后来考虑改用碰撞传感器来控制它，让它撞墙自动转弯来解决问题，经过尝试,终于成功了。但当环境发生变化后，机器人进房间的成功率就很低，学生又发现这跟地面的摩擦力有关。通过上网查阅资料，学生在网上发现别人通过用红外（避障）传感器解决了机器人沿墙壁走的问题。于是，学生重新改装机器人，在程序上进行改进，程序运行后确实解决了问题。同学们高兴极了，这样不但激发了学生学习创新的兴趣，培养了学生创新的实践能力，而且全面地提升了学生的创新素质水平。

  参考文献：

1、王永洪、张红：《试论创新教学原则》 《教育探索》2005年第2期