中小學生開展機器人教育的意義

　　摘 要：開展機器人教育旨在培養學生的創新精神和綜合實踐能力，它也是有效實施素質教育的主要途徑之一。結合幾年的實踐經驗從多方面闡述了中小學開展機器人教育的意義。
　　關鍵詞：中小學生；機器人教育；意義
　　
　　在全國第三次教育工作會議上，黨中央、國務院明確、鄭重地把“重點培養學生的創新精神”寫入黨的教育方針。如何培養在新時期具有創新精神的新一代，是事關國家前途和民族命運的大事，也是基礎教育義不容辭的責任，而且課程改革是基礎教育和實施素質教育的核心。在中小學開展機器人教育是通向此目的的途徑之一。
　　通過機器人的學習活動，讓學生了解掌握傳感器知識，結構的搭建方法，各種部件的控制方法；引導學生逐漸形成編程的思想，掌握機器人的程序設計方法；在計算機上編寫程序，然后通過計算機和機器人的通訊技術，將程序下載到機器人的微處理器上，通過觀察機器人的運行情況來調試、驗證、反思、改進。這里面涵蓋了計算機知識、數學知識、物理知識、結構學知識等，這種多學科的綜合性、合作性學習，極大地激發了學生的學習興趣，有效地培養了學生的創新能力和綜合素質能力。所以我認為在中小學開展機器人教育有著重要的意義。
　　一、有利于激發學生的興趣和參與熱情
　　電腦機器人制作在很大程度上需要學生自己動手搭建出機器人模型。通過各種樂高積木的組合，可以搭建出各種車、房屋、動物等實體的模型，千變萬化。有時候還需要結合其他材料，需要學生自己設計、組建，老師只充當引導者角色，實際的操作由學生完成。在反復調試驗證的過程中，學生往往要拆裝機器人很多次，在很大程度上體驗了科學工作者的艱辛，并理解了機器結構的奧妙，從而手也變得靈巧起來。
　　機器人教育課程與傳統的以知識傳授和技能培養為目標的課程不同，機器人項目的設計、制作、調試具有實踐性強、探索性強和綜合性強的特點，因此，每次活動都以學生為中心，以問題為驅動，學生自己設計、組建，促使學生主動進行探究式學習，充分發揮學生的主動性和創造性，老師只是作為活動組織者。例如：在《WRO機器人常規賽》項目研究中，根據每年官方網站公布的主題，給出相關任務要求和提供相關的機器人套件，讓學生提出自己的想法，并主動去探索、去研究、去觀察、去發現、去搭建、去編程，然后再反復調試驗證，最后在小組的共同合作下成功地完成老師所給任務，讓機器人在試驗場地上勝利地完成各項挑戰任務。在反復調試驗證的過程中，學生的動手能力也得到了鍛煉。通過這些生動、直觀、有趣的實際情境，激發了學生的興趣和參與熱情。
　　二、有利于培養學生良好的觀察、思考習慣和認真、細心的工作態度
　　敏銳的觀察能力對于每個人來說，都是不可缺少的能力素質。而獨立思考是一個人進行創新活動的前提，也是素質教育的目標之一。這些都需要通過后天的實踐逐漸培養起來。
　　機器人活動可以培養學生良好的觀察習慣，提高觀察能力。在項目研制的過程中我們經常要求學生留心觀察機器人的運動情況、觀察周圍光線環境、觀察黑線的位置等等，這在很大程度上鍛煉了學生的觀察能力。如機器人走軌跡的時候，經常會出現脫離軌跡的現象。我們建議學生主要從環境光的干擾方面考慮，學生也通過自己仔細觀察發現，在電源充足的情況下，模擬黑標安裝的位置高低不同，所采集的數據也相差很大，要降低模擬黑標離地面的高度，安裝位置越低效果越好。另外為了更好地減少外界環境光的干擾，也可以在模擬黑標上做一些改動，例如在模擬黑標上貼上一層黑色電工膠布盡量減小透光的小孔，或者調整模擬黑標上接收管的位置等等，這些方法都能起到很好的效果，通過這些調整，機器人就能夠很穩定地完成任務。
　　機器人活動要有認真、細心的工作態度，這是容不得半點馬虎的，而且一丁點的誤差都有可能導致任務的失敗。即便你各方面都很出色，也不可能每次都獲得成功，紅外線的影響、光線的變化、電量的消耗、機器人每次放置的位置等等都會影響你最后的結果。例如：我們學生在重慶參加全國青少年機器人大賽上，比賽前做準備工作時不夠細心，過于信賴新電池的質量，沒有把新開封的電池進行一次全面的電量檢測，碰巧這次所買的新電池里面有兩個電池是沒有電的，導致機器人在比賽中控制失靈，最后很遺憾與冠軍頭銜擦肩而過。這個不應該出現的失誤讓老師和學生都得到了一次很好的教訓。在不斷的失敗中，學生懂得了如何保持平和的心態，仔細觀察，積極思考，發現問題所在，吸取教訓。總之，勤于觀察、善于思考的人才能擁有充滿希望的未來之路。
　　三、有利于培養學生的邏輯思維能力
　　創造性的思維是整體的思維，邏輯思維是這個整體思維的正確性的基礎，沒有嚴密的邏輯思維基礎，思維將是混亂的、彼此矛盾的。制作機器人，大至整個制作過程的構思、計劃、步驟的擬定，小至機器人結構中大小齒輪的選擇、位置的擺放，都需要調動學生的邏輯思維。例如在進行《機器人探險》研究項目時，要求設計的探險機器人必須沿著一條規定的軌跡線前進，并通過河流、草地、斜坡等各種障礙在完成越野任務后，最后到達基地。在這個項目中，學生首先要研究場地地形，然后再根據地形的情況來設計、搭建機器人，接著編寫程序，最后經過反復調試直到勝利完成任務。在這個過程中，學生必須要考慮到很多問題：如何才能讓機器人沿黑線走？要采用幾個光電傳感器來檢測黑線？如何通過河流、草地、斜坡等各種障礙？如何盡可能快地完成任務？這些問題都是學生在制作、調試過程中所要遇到的問題。為了能解決這些問題，學生必須認真細心地分析問題的原因，理清、理順各任務、各問題的邏輯關系，在調試過程中做到思路清楚，明確該先換什么、再改什么，大膽嘗試、大膽改進。在解決這些問題的過程中無時無刻不在挑戰學生的邏輯思維能力，同時也在不斷地提升著他們的邏輯思維能力。
　　四、有利于培養學生的團隊意識和合作精神
　　在傳統課堂上，學生很少有合作行為，生生之間鮮有合作互動行為出現，且他們大部分時間是被動地聽老師講課。而機器人制作活動涉及的知識很廣泛，許多活動學生不可能一個人完成整個任務，必須要有多名同學的協作。并在協作的過程中相互探索、發現有用的信息，然后和其他成員共享。例如：《FLL機器人工程挑戰賽》項目是一項隊制比賽，隊伍可由6~12名9~16歲的學生組成。每年在全球范圍內統一發布一個前沿科技熱點課題，包括場地賽機器人設計、課題研究答辯和表演賽等幾個子任務，要求學生在八至十周內完成。要想在這么短的時間內很好地完成各項任務，必須充分調動學生的學習積極性，也需要小組全體成員的共同努力，我們開展這項課題的方法就是：將“大任務”分拆為多個“子任務”再分配給每位組員，使每個學生既要對自己所負責的部分全力以赴的學習和研究，又要依靠小組其他同學的幫助完成最終的作品，讓小組學生之間形成互相幫助、互相支持的團隊合作氛圍。通過這種小組合作的形式進行機器人技術的學習與研究，有利于激發學生內在的自我意識、合作意識；讓學生通過團隊活動，不僅提高自身的科學素養，還能在尊重他人中懂得自尊，在合作交往中懂得自信，在學習機器人技術的過程中享受到團隊合作的樂趣。
　　因此，在中小學開展智能機器人教育，開發機器人文化的教育功能和發掘智能機器人的教育價值，對推進教育創新，促進教育改革和教育現代化，對創造型、研究型、專家型教師隊伍的形成，對提高中小學生的創新和實踐能力，同時對我國機器人事業的發展、人才高地的建設，具有重要的現實意義和戰略意義。
　　（作者單位 廣東省深圳實驗學校）