構建機器人教學“創思”平臺，培養學生創新思維

摘 要：創新思維能力無法學習，卻可以通過后天的培養與訓練得到提高。在此，本文主要就機器人教學中學生創新思維培養實施的策略進行簡要闡述。

關鍵詞：創新思維；知識；人格；思維

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A

文章編號：1992-7711（2012）15-025-2

無數的事實證明，創造人人皆可，而創新思維能力卻因人而異。心理學研究表明，創新思維并非一蹴而就，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。創新思維能力無法學習，卻可以通過后天的培養與訓練得到提高，因此構建創新思維能力培養的平臺，對學生的未來成長具有十分重要的作用。

機器人教育具有學生動手動腦、軟硬件結合、綜合實踐性強等基本特征，對于培養小學生對創新思維能力提供了更為廣闊的平臺。如何充分利用該平臺，更加有效地讓學生掌握創造性思維的要訣，筆者認為可以從以下幾個方面著手。

一、知識，創新思維的基石

知識往往是抽象的觀念，有較大的適用范圍，在反復運用知識的過程中，知識形態逐步與人的個性心理融為一體，內化成為能力。成為能力的知識，在創新思維活動中的具有深層次的助力。融會貫通的知識點，通過靈活的“互動”，促成新的創造性設想的形成。成熟的知識體系使我們的思維和想像更加靈活、深刻，創造行為也應更容易出現。機器人學習過程中涉及的知識可以大致分為兩類：一、保證機器人順利運作的基礎性知識。二、機器人制作中采用何種方式的策略性知識。厚實的基礎性知識，加上靈活的策略性知識，配之以豐富的周邊知識體系，便構成了學生完善的創新知識結構體系。

1．基礎性知識的準備

機器人制作涉及的知識面相當之廣，如機器人本體的各個零件的構造，各電子部件的接口知識，輪胎結構、材料的摩擦性能，不同齒輪的功能特征、電機轉速操控的技巧等。這些基礎性知識在不斷的制作、摸索、實驗過程中，會在學生的腦海中逐步明晰起來。筆者曾經做過一個簡單的測試，給孩子們6節電池，一臺機器人主機，一個馬達。在沒有任何暗示的情況下請學生嘗試著讓馬達轉動起來，并畫出連接示意圖。 在受測的40名三年級學生中，僅有4人連接正確，馬達在開啟電源后可以轉動，而連接示意圖則僅有1人繪制正確。而將受測對象換為四年級學生時，20分鐘內孩子操作任務完成度達到了90%，學生繪制的示意圖大多標出電池的正負極，線路連接正確。我們發現，三年級學生安裝電池過程中沒有按正確的正負極標識方向擺放電池，不知道如何用導線連接馬達和主機，調試失敗后無法正確歸因。而年級越高，以上問題出現的幾率越小。究其原因，是三年級學生對電路的基礎知識感性認識模糊，沒有知識的儲備，遇到問題則不知所措。而隨著知識經驗的增長，學生逐步了解了相關原理，成功率也隨即提高。

因此，筆者認為在機器人教學中應根據不同年段學生的知識儲備，有側重地選擇教學內容，構建學生創新思維的知識基礎，利用一切資源，循序漸進地給孩子們“充電”。筆者認為小學機器人教育應在中年段機器人教學中側重于構件與功能的學習，以主題活動、探究搭建等形式組織教學，教學模式傾向與“動”。而在高年段則側重于算法與程序、設計與制作，教學多以例程分析、調試反思為主，更傾向于“靜”。培養學生 “動”則活躍，“靜”則專注，“動靜”之間逐步構建孩子們的綜合知識體系。

2．策略性知識的準備

所謂策略性知識是指機器人制作過程中起調節、監控、發散、創新作用，綜合運用基礎知識、鄰近知識以及前沿知識完成創新過程的知識運用策略。策略性知識的準備是一個主動建構的過程。教師在教學中應給予學生充分的思考空間，選用零件、設計結構、動手搭建、程序編寫、調試完善、自我評估都是學生積累經驗、主動建構的過程。有人說：“汽車駕駛員的技術水平與其駕駛的公里數成正比”。 的確，“駕駛”的經驗是他人無法替代的，學生的制作策略也是無法替代的。孩子必須經歷獨立制作、探究的全過程，在反復實踐和總結中形成符合自身思維特征的，獨特、高效的解決問題的策略。

在我們的機器人制作過程中，還必須重視過程性經驗的積累和反思。因為，過程性經驗往往不是“言傳”就能體會得了的。只有在成功與失敗的總結中，一些工程學的設計理念才能漸漸地在孩子的腦海中明晰起來。在機器人教學中，我們必須具有“三分設計，七分調試”的理念。無論制作成功或者失敗，都要有反思的空間。鼓勵自我反思、合作反思、師生溝通，既要反思設計、調試的難點，又要反思制作過程中采用的方法、策略的優劣，在今后的學習中能更加敏銳地選擇最佳達成策略，創造性地解決實際問題。

二、人格，創新思維的動力

創新的本質在于求新、求異，在于超越和發展。而創造的過程是異常艱苦的，并非一蹴而就，順風順水。創新的過程是與困難苦斗，與權威抗爭，自我挑戰，戰勝陳規的過程。如果沒有人格力量的支撐，再優秀的創思也只能夭折?，F代心理學研究發現，兒童從小接受社會的觀念與習俗，即使偶然產生一些創新的火花，也會因為團體的壓力而放棄。只有具備強烈創造興趣與動機、堅強的創新意志、投入忘我的創新情結的孩子，才能順利完成創造活動，因此創新人格是創新思維的動力，在創新發明過程中至關重要。

1．共同興趣，培養創新動機與興趣

“通往兒童心靈的道路要靠友誼，靠共同的興趣、愛好、情感來鋪設。”我們必須找到孩子的興趣點，投其所好，讓孩子覺得教師與他們“志同道合”，教師會支持自己的幼稚設想。孩子敢于表達自己的的創新設想，我們才能獲得他們真實的生活體驗和內心構想，教師才能更好的“點撥”，讓一些想法變成創造。

我在教學中常常開展“金點子”方案征集活動。征集解決問題的方案，對孩子的“金點子”我總是一一拜讀，并撰寫評語。通過評語告知學生創新設想無所謂對錯，即使在機器人設計中無法實現，我也會鼓勵他們，你的想法很好，現在雖然無法實現，但在不久的將來很可能成為現實。孩子們提交的方案雖然語言稚嫩，不完善、不成熟，但我仍然堅持正面評價，以鼓勵更多的孩子參與其中。

2．情智交融，培養創新情感

機器人教學中應把學生置于開放、動態、生動、多元的教學環境中。打破僵化的班級授課制的限制，鼓勵學生在研究、摸索中的主體意識，采用個人、小組、班級等不同的授課形式，活動的過程充分開放。面向學生的生活世界，任務設置依時而動，依勢而行。保護個體在學習過程中的豐富的學習體驗和個性化的創新行為，讓孩子覺得不是在學而是在玩，體驗“玩”的過程，品味成功的喜悅。教師在機器人教學中，要讓學生動情、動腦、動手、動心。學習過程中教師不但要讓孩子“有負擔”（有值得思考的思維發散點），也要讓孩子在學習過程中“減包袱”（有突破難點，分解任務的方法），還要讓孩子“加包袱”（有拓展延伸的訓練），讓孩子既有思維的訓練，又有成功的體驗。

3．注重過程，培養創新意志

而在學生遇到困難退縮、彷徨時，教師應和孩子一起探討設計制作中的得失，用事實說明成功往往只距我們一步之遙。學習中教師應讓孩子有明確的制作目標，并及時反饋、跟蹤任務完成的過程，必須正視困難和挫折，并想方法去克服它。筆者認為，培養學生的創新意志，必須幫助孩子學會“故障歸因”。愛迪生說：“失敗也是我需要的，他和成功對我一樣有價值。只有在我知道一切做不好的方法之后，我才知道做好一切工作的方法是什么?！?筆者認為“歸因”的訓練有助于提高孩子提高“抗挫”能力，教師應讓孩子多次體會“歸因成功”的成就感，從而不再懼怕失敗，不再懼怕嘗試。

三、思維，創新思維的核心

獨辟蹊徑，以不同的方式觀察問題，是創新思維的主要特征。在機器人教學中，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，因此在教學中，當新的創意被提出時，教師的及時鼓勵很可能成為更偉大發展的基石。保護孩子的發現，激蕩思維的沖擊波在機器人教學中尤為重要。

1．多思出靈感，廣開思源

機器人教育的設備、教材、教法上都給了一線教師極大的自由。這有利于學生接觸更多廠家的機器人設備，有條件的甚至可以組合多家廠家的構件，或者利用廢棄部件動手自制機器人。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。只要敢想，今天也許技術條件沒有達到不能實現，但是未來并非不可能。如：在設計制作“小車”的教學中，筆者設計了這樣一個創新議題“你能用怎樣的方法讓小車動起來？方案越多，越簡單越好?！焙⒆釉跒闀r一周的時間里，搜尋的各種各樣的方法。有用電力系統的電機帶動輪子，有用利用風力動力的帆船車，有用磁鐵帶動的磁力引動小車，還有氣動系統的氣球放氣動力車……令人吃驚的是他們的方案遠遠超出了教師的預設。教師在點評時給每一個成功方案中肯的評價，同時也給沒有完成實物設計但思路奇特的孩子以鼓勵。

2．敢思辟蹊徑，勇破枷鎖

“不可能”的觀念常常阻礙了人們的思維視角，對不可能性挑戰就是要突破傳統、僵化的思維模式，對任何“不可能”都應用一種科學的懷疑精神予以批判。

如果人們盲目地接受教條和“常識”，不敢挑戰權威和迷信，那么科學是不可能發展的?，F代科學的誕生，正是發揚懷疑精神的結果：懷疑意味著科學絕不相信權威，也絕不意味著無條件地寬容。機器人制作中沒有權威，實踐是檢驗真理的唯一標準。因此機器人教學中培養學生的懷疑精神，“敢與思考，敢于突破”對于孩子創新思維品質的培養尤為重要。

由于機器人的價格不菲，在經濟上很難做到一人一機。同是也是機器人制作本身的特點造成的，每一個機器人設計都是一個研究課題，以學生的知識水平，無法獨立完成一些項目的機器人設計、制作。因此，必須分工合作，必須建立融洽的研究團隊。在合作中，我們常常發現分工合作的過程中，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。因此我們常常發現，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，學生完全可以超越老師。因此我在教學中，鼓勵孩子們討論質疑，充分調動每一個孩子的思維。如在制作方案確定后，我通常給學生一周的時間改進方案。鼓勵發現問題，鼓勵發現問題后思考對策，鼓勵動手改動機器人除電機、核心主機以外的任何部件。競賽歸來首先談比賽體會，談與其他學校設計上的差距。長此堅持下來，孩子形成了質疑、懷疑的習慣，更重要的是培養了團隊協同攻關的“慣性”，有利于更好地融入未來的團隊合作。

3．慎思決成敗，追求卓越

細節決定成敗，縝密的思維過程在機器人教學中至關重要，因為在機器人結構、程序設計些微的差距都可能導致不同的運行結果，稍有疏忽就無法完成任務。因此在教學中我們要求學生對制作要求首先要做細致的分析，找出方案實施的可能性，分析方案實施的優缺點。不要低估細節，也不要低估自己的能力，盡可能多層次、多角度看問題。制作的過程中反復修正制作過程，提高機器人運行的穩定性。教學中，我堅持：學生必須拿出自己的可行性方案分析才能領用器材。制作過程中必須做認真的故障現象記錄，解決方案記錄。調試完善過程中必須記錄希望改進的方向，改進方案。讓孩子經歷縝密的制作、研究的過程，對于培養他們嚴密的思維習慣，形成科學的探究精神具有深遠的意義。

機器人教學平臺得天獨厚的優勢為學生創新思維的培養提供了便利的條件，有意識地在機器人教育的平臺下有目的地培養學生的思維品質，提高學生在思維的深度、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，幫助孩子走向思維的巔峰。