設計我們的游樂園——淺議機器人教學中培養學生的創新智慧

☆駱巍

（南京致遠外國語小學，江蘇南京 210011）

引言

有人將創新思維喻為三種智慧：能產生新構想的求異智慧；能認清問題、發現問題、調度資源以及評價構想價值的分析智慧；能根據別人的批評指導如何宣傳、驗證、改進自己的構想的求正智慧。機器人教育具有動手動腦、軟硬件結合、綜合實踐性強等基本特征，對于培養小學生創新思維能力提供了更為廣闊的平臺。筆者僅以自己的一節機器人公開教學課的幾個片段為例，就機器人教學中培養學生的創新智慧做簡單闡述。

案例背景：

本課的教學對象為小學四年級學生。考慮到中年段學生動手能力較強但邏輯思維能力發展尚不均衡，因此該年段機器人教學側重與構建的研究，選用樂高NXT9797機器人積木套裝為教學器材。本課的授課地點為本校機器人活動室，聽課教師約60余人。

案例描述：

一、開啟的知覺的世界，培養求異的智慧

教學片斷一：

師：同學們，今天有很多老師來聽課，大家緊張嗎？

（學生們互相看看，非常肯定地點了點頭。）

師：有人比我們更緊張，想知道為什么嗎？我們一起來看一段視頻。

（教師播放游樂項目視頻，視頻中依次播放了海盜船、摩天輪、云霄飛車驚險景象，視頻中尖叫聲此起彼伏。）

師：聽到尖叫了嗎？同學們你們看到了什么？

生：我看到了很多人在游樂場的游樂設施中，非常驚險。

生：很刺激，很多人在尖叫。

師：喜歡游樂園嗎？

生：喜歡！

師：其實我們也可以設計我們的游樂設施，組建我們的游樂園。設計游樂設施可有學問，我們在設計時應該注意些什么呢？

生：要好玩，要驚險刺激！

師：對，要吸引游人必須有一定的動感（板書：動感強烈）。

生：我覺得游樂設施一定要安全，不能光顧著好玩，出人命就不好玩了！

師：你說得很對，安全是最重要的，因此，游樂設施一定要機構穩固（板書：安全穩固）。

生：還要好看，或者奇形怪狀，吸引人。

師：對，你說的意思我可不可以歸納為注意有創意而且設計美觀（板書：創意美觀）。

評析：

心理學研究表明，創新并非一蹴而就，它需要構建知覺的環境，創設意象的再現機制，借助內覺的心理中介，激發外部情境與潛意識的互動。因此，機器人教學首先應構建創思的情景。設計主題應“生活化”，越貼近孩子的生活，越能激發創新的知覺感應。本課的教學中通過視頻播放游樂設施的視頻，讓孩子處于輕松、和諧的情緒體驗之中，激發孩子強烈的求知、創造的熱情。在情景的設置的基礎上，通過精煉、巧妙的提問，引導孩子深度地思考問題，探究問題。環環相扣的問題幫助學生理出創新構想的關鍵內核，理出思維發散的綱。從而讓創新點更加突出，便于學生更直接地深入問題的本質，以此培養孩子善思、敢想，突破傳統，產生新構想的智慧。

二、開啟創思的世界，培養分析的智慧

教學片斷二：

師生小結機器人快速搭建的任務：

其一，設計一個游樂設施，要求有一定的高度，結構要牢固。

其二，有轉動的結構。鼓勵具有創造性的、美觀的結構。

師：今天我們的游樂設施的設計需要用到哪些零件？

生：因為要設計轉動的結構，我們至少需要用一個馬達。

生：結構要穩固有很多辦法，樂高零件中最穩固的是NXT主機，可以借用它做游樂設施的底座，會很穩固。

師：這個思路非常好，充分利用每一個零件的基本特性“借力用力”。

生：連接部分也很重要，必須用長銷、或者短銷連接緊密。

生：要美觀、奇異可以用很多顏色不同，形狀奇怪的零件。比如：齒輪、彩色的小磚。

師：思路不用局限，其實所有的零件都可以用，只要完成我們的設計任務和設計要求都可以。我們再來看看今天快速搭建的任務要求（出示快速搭建要求、評價標準）。

挑戰任務 團隊合作 創意與美觀A．能夠反復地精確執行 A．合作優良 A．與眾不同B．設施牢固樹立 B．能合作 B．好C．設施能夠轉動 C．各做各的 C．不錯D．能夠用傳感器控制 D．一個人做 D．無特點

（學生分小組搭建，編寫轉動的簡單程序。8分鐘后，風格迥異、個性鮮明的作品分別誕生了。教師逐一點評學生分組搭建的成果）

評析：

機器人教學中，首先要培養孩子學會系統、清晰、多角度地分析問題，即分析的智慧。同時合理調配現有的資源，根據已有資源產生最接近可能性的具體設計方案，使設想得以實施。本段教學中鼓勵學生根據項目要求，選擇結構件，不拘泥于一種設計方案，評價體系中設置ABCD四類挑戰任務。鼓勵與眾不同的大膽創意。給孩子充裕的時間體驗“搭建——編程——調試”的過程。讓學生在長期潛移默化的影響下，形成創造性思維的習慣和模式，構成學生穩定的創造型心理結構。把學生置于開放、動態、生動、多元的教學環境中。學習過程中教師不但讓孩子“有負擔”（有值得思考的思維發散點），也讓孩子在學習過程中“減包袱”（有突破難點，分解任務的方法），還給孩子“加包袱”（有拓展延伸的訓練）。讓孩子既有思維的訓練，又有切實可行的方案，從而最終通過努力得到成功的體驗。

三、開啟創造的世界，培養求正的智慧

教學片段三：

師：同學們，我們已經完成了游樂設施的搭建。同學們希望我們的游樂設施更加智能化嗎？那就需要我們用傳感器來控制了。你希望怎樣控制自己設計的游樂設施，用什么傳感器可以達到這樣的功能呢？

生：我想安裝一個觸碰傳感器，這樣可以像開關一樣按下開始轉動，再按下停止轉動。

生：我覺得可以安裝一個距離傳感器，有人靠近，設施轉動；有人離開停止轉動。

生：我覺得除了用傳感器控制轉動、停止，還可以控制它播放音樂或者停止播放音樂。

師：我也有個設想，通過聲控，聲音越大轉速越快，聲音越小轉速越低。而且我也做了一個，我們一起來看一看。

（教師演示用聲音控制設施的結構，同時簡述程序的結構。學生躍躍欲試。）

師：下面請同學們根據自己的設計修改結構，編寫程序。

（學生修改結構，編寫程序，完成的小組將作品放置在展示區，眾多的游樂設施構成了一個游樂園。孩子們向聽課的教師、其他組的成員演示自己的成果。教師逐一點評各組作品，鼓勵創新點。）

評析：

在這個教學片段中，讓孩子推介小組設計的作品旨在培養學生的求正的智慧。新的創意沒有“賣點”，不會推介往往淹沒于眾多創意之中。不能表達本組的設計創新點，就不能更加明晰地了解自己作品的優劣，而將自己的創意通過推介、交流，又可以促進新的創意的產生。因此，在教學中留出一定時間讓孩子推介、交流、研討、改進是機器人教學中不可或缺的環節。因為不同的學生有不同的構建習慣，同一個機器人結構因程序的些微變化就可能完成新穎的功能拓展，故在教學中新的創意被提出時教師、同學及時的鼓勵很可能成為更偉大的發展的基石。同一個設計目的，我們應鼓勵孩子嘗試多種方案。在失敗的方案中分析優點，在成功的方案中總結不足。讓孩子樂于對現有的方案說“不”。本節課的教學中學生采用不同的傳感器完成不同的功能，同一個傳感器通過程序的設置完成不同的功能，多種傳感器的搭配組合又可以完成無窮的創意。機器人教學的魅力就在于，沒有最完美的設計，只有更完美的設計。孩子在推介、觀摩作品的時候，也在潛移默化地形成的對現有事物的“不滿足”，形成獨有的觀察世界的視角和創造性的分析問題、解決問題的態度。在這一過程中，教師的引導作用也不可忽視。教師以參與者的身份加入到學生的開發團隊，在關鍵技術上的適時點撥，往往能幫助孩子推開了設計思路的另一扇“門”。

四、教學反思

本課的教學側重機器人構建的研究，以“情境導入——操作實踐——調試探究”為序，將結構搭建、程序調試、研究合作有機地融合在一起。在教學過程中，根據機器人教學特點安排小組合作學習形式與內容。

其一，教學中鼓勵學生獨辟蹊徑，以不同的方式觀察問題，鼓勵不同的小組有不同的構建，相似的結構設計新穎的功能拓展。同一個設計目的，鼓勵孩子嘗試多種方案。在失敗的方案中分析優點，在成功的方案中總結不足。鼓勵、保護孩子的創新思維。

其二，在本課的教學中要求學生必須分工合作，必須建立融洽的研究、創新團隊。因為分工合作的過程中，也是孩子們不斷自我修正，自我角色定位的過程。在合作交流的過程中，孩子的思維在碰撞，也在“交鋒”。通常意義上的學習上的優生、后進生的界限模糊了，誰的方案好，就用誰的方案。機器人制作小組中，“主創人”的角色是在不斷更替的。教師的權威也受到了空前的挑戰，因為理論上成功、完美的機器人方案是不存在的，學生完全可以超越教師。

其三，在教學中，鼓勵學生們討論質疑，充分調動每一個孩子的思維。幫助孩子形成質疑、懷疑的習慣，更重要的是培養了團隊協同攻關的“慣性”。

其四，機器人的學習是一個過程性的、經驗性的積累，常常不是“言傳”就能體會得了的。只有在成功與失敗的經驗總結中，一些工程學的設計理念漸漸地在學生的腦海中明晰起來。機器人教育應當重視制作、調試過程中的質疑和反思。調試的過程就是不斷自我質疑的過程，這一過程是艱苦的，也是反復思辯、自我挑戰的過程。在機器人教學中，我們應向學生灌輸“三分設計，七分調試”的理念，永遠不滿足于現狀，永遠在腦海中思考如何推翻、改進設計，讓孩子在調試、創造中不斷反思、積累經驗，從中獲得的“方法“和“竅門”將是他們一生的財富。

本課的教學只是一種嘗試，四年級學生在40分鐘時間內完成了結構搭建、程序調試的全過程，他們所表現出的動手能力和創新能力是令人欣慰的。有意識地在機器人教育的平臺下有目的地培養學生的創新智慧，提高學生思維的深度、慎密性、創新性，將對學生未來的發展起到至關重要的作用。

有人曾經預言，未來的十年內，世界將成為RT（機器人）的世界，機器人將進入我們生活的各個領域，作為一名信息技術工作者，應順時而動，充分利用機器人教育搭建創新智慧培養的平臺，為培養未來創新型人才做出應有的貢獻。