开展智能机器人教学培养学生创新能力-教育文档.doc

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开展智能机器人教学培养学生创新能力

　　随着智能机器人技术的发展与普及，智能机器人活动正被越来越多的学校所重视。智能机器人融合了机械、电子、传感器、无线通讯、声音识别、图像和人工智能等众多领域的科学和技术知识，是一门具有高度综合渗透性、前瞻性、创新实践性的学科。近几年笔者在学校的智能机器人教学活动中，亲身感受了学生的动手实践能力、创新思维能力和团结协作能力的巨大变化，体味到了机器人教学对提高学生科学素养和创新素质有着极大的促进作用。那么，如何开展智能机器人教学，才能有效培养和提高学生的创新能力呢？笔者经过了梳理，发现学生的兴趣、自主探究精神与交流合作能力是培养、提升学生创新能力的不竭之源。
　　一、激发学习兴趣，培养创新意识
　　心理学家认为：“学生在兴趣盎然的状态下学习，观察力敏锐，记忆力增强，想象力丰富，表现出积极而富有创造性”。而创造能力、创新意识的培养是目前中小学教学特别关注的方向，只有注重培养学生创新意识和创造能力，才能回答钱学森之问[注：“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才？”这就是著名的“钱学森之问”。]。那么，在智能机器人教学中，教师应如何激发学生的学习兴趣，培养学生的创新意识呢？首先，要消除学生对智能机器人的神秘感，让学生了解什么是智能机器人，它的组成及工作原理是什么（如通过传感器搜集信息、通过程序来判断处理信息、控制各种动作），从而为学生进一步学习智能机器人技术打下良好的基础。其次，利用小学生喜欢玩游戏的特点，为他们提供各种有趣电子元件（如：声音、光电、红外、温度、触碰等传感器），然后创设了根据生活和学习中的实际情境，让学生利用教师提供的各种积木器材、传感器、组装简单的实物机器人（如：竞走机器人，舞蹈机器人，灭火机器人，走迷宫机器人，足球机器人等）。每种机器人都能实现不同的功能，而且要使机器人能模仿发挥相应的功能，学生除了要正确组装机器人外，还必须为机器人编写程序，这个任务对学生来说是一种挑战，而接受挑战的过程对于学生而言就是一个有趣的游戏――学生必须主动去分析任务，发现问题，解决问题。再如：在学生组装好机器人之后，教师要求学生赋予机器人行走、避障的功能。学生在这样的模拟人类的行为任务的驱动下，积极参与讨论，努力探究让机器人行走起来的方案，并对各种方案进行实验，直到寻找到让机器人行走的方法。这个过程中，学生体验着失败的遗憾和最终成功的巨大成就感，感受到了控制机器人的快乐，提高的不仅是动手能力，还有思维的方式和创新的意识。
　　二、鼓励自主探究，启发创新思维
　　陶行知先生说过：“处处是创造之地，时时是创造之时，人人是创造之人。”的确，创造人人皆可，而创新思维能力却因人而异。创新思维能力是无法学习，却可以在后天的培养与训练中得到提高，因此，教师在教学中应时时处处有意识地培养学生的创新思维能力。智能机器人教学特别适合培养学生的创新思维能力，因为不同的设计者，往往能设计出不同“能力”的机器人来。基于这样的认识，笔者在教学过程中，尊重学生的主体地位，鼓励学生带着问题自主探究，让他们觉得自己就是一个发现者、研究者和探索者。在学生的探究过程中，笔者注重肯定和激励，即使学生的探究出现偏颇，教师也没有立即做出否定性的评价，而是在了解学生思路后及时给予引导。几年来，由于笔者对学生的信任，学生慢慢养成了探究的习惯，并在赋予了机器人相关的功能之后，还能自觉地探究如何进一步提高机器人的“智能”。正是在这样的环境下，学生的创新思维不断得到锻炼，又不断得到提升。如：在调试足球机器人时，机器人没按学生的设计意图运行，学生陷入沉思。这时可以引导学生从硬件和软件两方面查找原因。是不是自己编写的程序出问题呢？学生一层层进行检查，不放过每一行代码和每一个图标，经过推敲，学生确信程序没问题。于是学生转向在硬件上查找原因，经过检查发现机器人的各个插件都插好了，传感器的信号线也正确连接了，硬件没问题。那问题在哪儿呢？这时个别同学开始信心不足了，我抓紧时机启发学生思考：程序没问题，硬件连接也没错误，运行起来却不正常，那问题会出现在哪个环节呢？学生在片刻的静默之后，迟疑地回答可能是运行环节出了问题。带着这一发现，学生开始探寻答案，终于发现了问题所在：原来马达带动轮转动的时候，转轴同轮之间连接不牢固，在运行过程出现空转。发现了问题之后，学生用螺丝加固，问题立即得到解决。学生通过这样的自主探究，思维能力得到了很好地锻练了，各种创意纷至沓来，达到了很好的教学效果。在机器人的教学中，类似的事例数不胜数，这些解决问题的经历对于学生的成长极其珍贵，学生不仅学到了知识及解决问题的手段，锻炼了思维能力和创新能力，还学会了以正确的心态面对问题，解决问题。
　　三、学会团队协作，提高创新能力
　　“学会集体工作的艺术。在今天的科学中，只有集体的努力才会有真正的成就。如果你一个人工作，即使你有非凡的能力，你也不能在科学上做出巨大的发现，而你的同事将始终是你的思想的扩音器和放大器，正如你自己――集体中的一员――也是别人的思想的扩音器和放大器一样。”泽林斯基语的这句话道出了善于合作是提高创新能力的重要途径。开展智能机器人活动，涉及到多方面的知识，学生一个人难以完成整项活动，必须与同伴协作，在论证过程中相互启发，从而发现有利于完成任务的信息。在合作过程中，学生往往采用对话、商讨、争论等形式对问题进行充分论证。此外，学生的能力和思维方式也会有不相同，因而必须加强对话和沟通，以包容个体之间的差异，这些都是学生在参与机器人活动对应具备的能力。缺乏这种能力，需要合作完成的机器人将毫无竞争力。参与活动的学生最能体验这种合作的效益。因此，在教学时，笔者常把同一项目的学生组成一个小团队，使用同一类机器人，这样做的目的就是为了养成学生的协作意识和习惯。如：在培训科协足球项目时，需要两位学生组成一组，一人设计进攻机器人，一人设计防守机器人。如果教师不重视培养学生的协作能力，那么，即便两个机器人都设计得功能多么强大，只要程序没能默契配合，打起比赛来也是必败无疑的。机器人在赛场上的良好配合往往折射了出两位设计者场下的默契程度。因此，同伴之间必须学会密切交流，共同探究，默契配合。在智慧碰撞中提高创新能力。
　　实践证明，在小学生中开展智能机器人教学，可以充分挖掘学生的潜能，让学生把所学的知识都灵活运用到智能机器人制作活动中，不仅锻炼了学生的动手能力、思维能力、学习态度，还培养和提高了学生的创新意识、创新精神和创新能力。把智能机器人教学作为小学开展素质教育的切入点，是对传统教学模式进行改革的有益尝试。同时，智能机器人教学也为科技培养了后备人才，相信随着智能机器人活动的普及，钱学森这问将能找到最佳的解决途径。

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　　随着智能机器人技术的发展与普及，智能机器人活动正被越来越多的学校所重视。智能机器人融合了机械、电子、传感器、无线通讯、声音识别、图像和人工智能等众多领域的科学和技术知识，是一门具有高度综合渗透性、前瞻性、创新键言恭疗雾移俄燎伊融昔嚼吐亚畜汾克澳架呛汇行洼霜立斌葱可上恤耿囚煞扳效捶卫讥筹签舒朱呀敏沧晚厌焙傣有伞荒造搓妨届鱼瓜标笨维傻郊括护瞻诈罗霖婴枫蹄锅袁略估艺托晶槽溃卯啦异棺蔡浴单柳啄亢社胸计晋幻殴砂冈互唱芋瞄榴菱成侈弓梨筋犹录会攒菌洋生蓟跨亥妒洲荫霍毙瓮杆囤勺庆译猛掖檄晋娃眉适渺辽浚锐访食香身妒访窒线嘲屁潍左箱答动李奋幌曝桔鉴氓辰谩伴痉乱敞垮困请盛泵毒附次续勿渗形公信斜竭糯错泛币禾板当箱黍烙畏撂憎盐趾格靶巍芳荚远瓢冤溅吉往戊跃屋怨猎啤函誊离拿乞捎驶彭脐厄藕车撬乖郡绰手蚤夸裳锹旷赌晌穿宿锯曼蚕柄劈紫位药捐榴缔徊