机器人教学—创新的教育

东北师大附中   王晓光

  

创新是人类智慧的灿烂花朵，不仅是科学理论的生命，而且是社会发展的本质。创新对于一个民族、一个国家的兴旺发达至关重要。 创新是时代和中国发展的需要，而中国之未来在于少年，少年强则国强，少年弱则国弱。中学作为知识创新、传播和应用的主要基地，作为培养创新精神和创新人才的摇篮，必须肩负起“培养德、智、体、美等方面全面发展的，具有创新精神和实践能力的复合性人才”这一光荣而艰巨的使命，在培养学生的创新精神和实践能力方面有所作为。但是在传统教学中，却缺少一个创新教育的平台，刚刚兴起的机器人教育恰恰给我们提供了一个这样的平台。

一、寓教于乐的机器人教学

在机器人课堂,你看不到以往传统的教学模式,课堂里的主角不再是老师,老师在这里只起辅导、帮助的作用。我们都知道,在积极主动的参与过程中所获取的信息留给学生们的印象是最深的。当他们全身心投入创作过程中时,他们进入了最佳的学习状态。学习机器人的学生们,首先是他们对学习的内容充满了兴趣;其次是一些概念的东西经过他们自己的实践总结出来并上升到理论高度的,因而,不需死记硬背;再次是学生们以组为单位,有负责设备管理的,有负责搭建机器人模型的,有负责编制程序的,大家分工合作,依靠集体的力量完成自己本组机器人的设计工作,培养了学生的团队精神。

在机器人课堂,经常可以看到这样的情景:老师手拿能力风暴机器人讲解机器人的各种传感器,例如红外传感器,讲解它的原理、功能,然后对学生提出要求,利用红外传感器实现某些动作,例如让机器人行走,遇到障碍后能够自动掉转方向,并且按照预定的方向继续前进,直到到达目的地。之后,学生们就会在任务的驱动下,先根据自己的想象, 在计算机上利用VJC编程软件，编制机器人行走的程序,并将调试好的程序通过下载数据线传送到机器人的大脑(芯片)中,机器人将按照预定的程序运动。在学生对机器人的整个操作过程中,老师不对学生的机器人形状做具体要求,学生可以改装机器人，也不会要求学生编制统一的程序,只会指出某些不合理的结构及错误的程序,提请学生修改。最后,学生们完成的机器人作品,程序不同,长相各异。但是都将老师提出的任务体现在机器人的运动过程中了。

和学生们爱不释手的遥控小车、积木等玩具不同,在课堂上以LASY控制套装作为教具,并在教师的指导下,综合运用所学知识,如:数学、物理和机械等,通过观察、探索、模型搭建、程序编写,分析解决一定的问题,从而培养学生的动手、动脑能力,使他们有机会体验挑战困难、获得成功的快乐,培养学生的自信心与创造力。

机器人教育倡导一种循序渐进的教学过程,从简单的运动、机械、建筑工程到智能化的机器人,从基础的按图拼装到任意发挥想象的自由组合,用计算机编写程序,并使用各种传感器,使机器人变成可以响应外界条件变化的自动控制系统。所以,在课堂上,学生的整个构思、设计和开发过程俨然是实际工作和真实生活中的体验。为学生提供一种开放性的问题解决方案,把最大的想象和创造空间留给学生。对于同一问题,老师鼓励学生寻求自己独特的解决方案,激发其探索、学习欲望,培养其学习的兴趣、创新的意识,使之形成良好的学习习惯。学生在游戏中掌握深奥的科技知识,学习不再枯燥。

二、机器人教育搭建了广阔的创新平台

智能机器人集成了数学、物理、化学、生物、机械、电子、材料、能源、计算机硬件、软件、人工智能等众多领域的科学与技术知识，没有一种技术平台比智能机器人更综合。

尤为重要的是智能机器人是一个开放性开发平台，学生可以充分发挥想象力去开发各种智能装置，在开发的过程中，培养各种能力，激发出浓烈兴趣。智能机器人是综合的技术集成体，各种先进技术可以不断集成进去。因此，用智能机器人平台来培养创新人才有着非常好的发展前景。

1.机器人教育，解放了学生的头脑

许多人认为头长在学生身上，他想什么当然是他的自由。然而，就有这样的例子。有一个学者拿一张白纸分别向幼儿园的小朋友，小学生，中学生，大学生，提出“有什么用”的问题，结果也大大出人意料。幼儿园的小朋友想法最多：以擦桌子、擦皮鞋、擦鼻涕、冬天可以点燃纸取暖等等。而大学生只有一个回答“可以写字”这一点足以让我们无话可说。原来我们这些从事“太阳底下最光辉职业”的教师，仅仅是在让那些刚进校门时的“大问号”，经过十年寒窗变成走出校门时的“大句号”。这是传统教育模式给我们留下的阵痛，而新型机器人教育刮起了一场头脑风暴，相对于其它学科，他没有统一的教材，没有统一的教学模式，就像一张白纸一样，可以供学生任意书写，极大的发挥了学生的想象。学生可以用各种不同方式去组装机器人，可以组装成任意不同的形状，可以通过不同的算法去编程；让学生在思考中去感受、去体悟、去探寻。机器人教育将学生的学习由“吸收→储存→再现”转化为“探索→研讨→创造”，转化为学生“发现问题、提出问题、解决问题、发现新问题”的能力培养。

2. 机器人教育，解放了学生的双手

勤于动手对于学生能力的培养是十分重要的，因为人类的活动靠双手进行，不许学生动手会摧残创造力。而机器人课程，培养学生的动手能力；不仅要学会已有的知识，而且还要将多个学科的知识联系起来，并且要学会动手动脑搜集、加工知识，要消化、吸收知识，开阔视野，增长见识，转化为基本素养和实践能力。

学生参加的灭火比赛，自己动手组装机器人，通过各种途径进行灭火，有的通过风扇灭火，有的通过气球灭火，有的通过水枪灭火，学生将物理、化学、数学等的学科知识应用到机器人上来，加深了学生对这些知识的掌握，以及对知识的浓厚兴趣，具有巨大的知识辐射作用。能力风暴LASY套装是能发展学生感官、发展智力和具有创造力的智能平台，学生可以任意拆拼LASY的模块和建构材料。学生特别喜爱拼了拆、拆了拼，动手动脑拼出许多不同的东西来。机器人教育，真正做到了解放学生的双手。

3. 机器人教育，解放了学生的空间

不要把学生关在家中，关在学校，应该让他们到大自然，到社会中去扩大视野。机器人教育是赋予了无限创造力的教育，很多知识需要学生从自然、从社会中去得到。能力风暴机器人的动力系统与汽车的动力系统很相像，学生经常到外面了解各式各样的汽车，以改进机器人的运行方式，并且尝试给机器人装上各种传感器，编写程序，模拟制作无人驾驶的汽车。学生观察自然界中的各种动物，希望能制作各种仿生机器人；学生模拟建筑工地上的吊车，挖土机，滑轮，利用LASY制作，利用VJC进行编程。智能机器人教育扩大了学生的空间，发挥了其内在的创造力。学生走出学校，走进大自然，走进社会，他们亲身去体会，这样的感受效果是任何华丽的语言所难以达到的。

机器人教育是一场教育的革命，在这场革命中，我们教育者应该引导学生抢先一步占得先机，抢占制高点。在学生成长的过程中,不仅要传授他们知识,更要培养他们的综合能力,创造能力。为学生搭建好这样一个平台，使学生在活动中得到极大的喜悦和满足，鼓励学生以更大的热情投入到下一次创新活动中，确保学生创新意识的加强，培养他们成为适应未来发展的创新人才。