淺談智能機器人教學內容在中小學教學中的作用

摘 要：智能機器人在各種舞臺上的活躍帶來了信息技術基礎教學的新的內容與形式。換句話說，智能機器人正逐步成為中小學生能力以及綜合素質培養的新平臺。智能機器人的地位之所以能到這種地步，原因在于智能機器人的研究集合了編程、組裝、傳感器判斷、操控等一系列環節，這個過程激發了學生的興趣，培養了學生的積極思考以及動手解決問題的能力、團隊合作精神以及創新意識。

關鍵詞：智能機器人；中小學教學；能力培養

隨著智能技術的發展，智能機器人的教育內容走進中小學已經成為一個必然趨勢。智能機器人技術融合了機械、電子、傳感器、計算機軟件和硬件、人工智能等眾多先進技術，充分體現了當代信息技術多個領域的先進技術，是信息技術的重要內容，更是智能技術的結晶。智能機器人的教學內容必將給信息技術基礎教育帶來新的活力，智能機器人必將成為中小學生能力、素質培養的智能平臺。在中小學信息技術教學中，智能機器人將與計算機一起成為信息技術教育的工具，承載起信息技術教學載體的任務。目前，我國中小學在信息技術教學中使用的智能機器人雖說比較簡單，但已經可以讓學生全面接觸傳感器、計算機軟硬件、人工智能、自動控制等高新科技知識，激發了學生的興趣，培養了學生的綜合思考與動手能力、團隊合作精神、創造能力和進取精神。

一、激發學生的學習興趣

智能機器人活動課，雖然不完全屬于信息課的范疇，但它與信息學緊密相關，是以學習科學知識為主要內容、以培養創新精神和實踐能力為主要目標的綜合性活動。它不是空洞說教，而是讓學生在學學做做中寓教于樂。

在機器人教學過程中，為了培養學生的學習興趣，教師要為學生創造良好的課堂氛圍。良好的課堂氛圍能優化學生的心境，使學生積極主動地參與學習。如在初識機器人一課中，筆者并不是出示一些機器人圖片讓學生了解機器人，而是讓學生說一說他們心目中的機器人是什么樣子的，如果讓他們創造一個機器人，他們會怎么做。這樣就能讓學生在一個輕松的課堂氛圍中積極主動地展示自己。

筆者發現學生很喜歡比賽，如學生經常讓兩個機器人開展速度比賽或者投籃比賽，場面很激烈，學生興趣也很濃。在機器人教學中，競賽活動可以激發學生的潛能，提高學生學習機器人的興趣。在搭建時，筆者讓學生分為幾組，比賽哪一組最快，整個過程緊張激烈，也很有效率。在教程序時，先讓學生編寫程序搞折回賽，看哪個組時間最快。但是比賽時不要讓賽果一邊倒，不然每次都輸的小組會很沮喪，甚至沒興趣，要讓每個小組都有贏的機會。如果結果一邊倒，可以重新調整小組成員，讓輸的組也有成功的體驗。競賽還可以鍛煉學生的心理素質。現在有很多機器人競賽活動，比賽時學生的個人心理素質有時決定了比賽的結果。有些學生贏了一場比賽就開始飄飄然，輸了一場就開始泄氣，而有些學生輸了一場還是奮起直追。如果在平時的教學中沒有讓學生體驗一下輸贏的感覺，以平常心看待結果，他們很容易在真正的比賽中出問題。

二、激發學生的創新意識

動手制作機器人并不是讓學生按照教師或者教材的樣品依樣畫葫蘆，強烈的好奇心和旺盛的求知欲能驅使學生主動思考，從而提出獨創性的思想。任務中的人為設置，能激發學生驚奇、疑問等思維活動，誘導他們有選擇、主動、頻繁地觀察和研究要完成的任務，進而尋求其內在聯系，直到把握本質。永不滿足的好奇心、旺盛的求知欲和積極主動的思維品質是一個創造性人才取得新的發現和新的發明的重要素質。機器人教學的任務設計要區別于傳統的教學方式，要讓學生產生好奇心和求知欲。

智能機器人教學給學生提供了開放性的問題解決方案，學生可以用不同的方法達到同一目標，從而鼓勵學生充分發揮想象力和創造力，培養學生的開放性思維。如“搜救”就是學生創新能力的很好體現。學生從自己的生活實際出發，找到一些對自己不便甚至造成麻煩的各種事情，然后發揮他們的想象力和創新能力，創造出許多新奇的、前所未有的解決問題的方法。在機器人制作中，他們的創新能力得到很好的鍛煉，想法更加大膽，有時候越是好笑、不可思議的東西越是好的創意。

三、培養學生的發散思維

發散思維是根據已有信息，從不同角度、不同方向思考，從多方面尋求多樣性答案的一種展開性思維方式。發散思維是不依常規，尋求變異，對給出的材料、信息從不同角度，向不同方向，用不同方法或途徑進行分析和解決問題的。一題多解的訓練是培養學生發散思維的一個好方法。它可以通過縱橫發散，使知識串聯、綜合溝通，達到舉一反三。機器人教學很需要學生的發散思維，要讓學生從不同角度和方向思考問題。如讓學生學機器人滅火的時候，我們一般都是教會學生用左手規則來走完所有的房間。教完后，又讓學生想一下還有什么辦法可能讓機器人走完所有房間，怎樣檢測到蠟燭光線，怎樣應對第四房間等。很多學生提出跟筆者完全不同的意見，如用右手規則，用時間定位轉彎法，盡管有些學生的想法有點不切實際，筆者還是鼓勵他們試一下自己的方法。有的學生的想法實現以后，機器人的速度很快，比筆者教的方案還要快，只是出錯的機會大了很多。經常激發學生的發散思維，在比賽時，對于機器人出現的意外，學生一般都能夠通過其他方案來解決問題。

四、培養學生解決問題的能力

學生具有問題意識不僅體現了個體思維的靈活性和深刻性，也反映了思維的獨立性和創造性。因此，教師要引導學生發現問題，提出問題。在每個機器人教學基本告一段落時，及時總結經驗教訓十分必要，這是培養學生創新能力的重要環節。

總結時要引導學生講述自己在制作或編程過程中發現、存在的問題，引導學生質疑、思考、討論、提煉新的問題，然后再力求完善。如在搭建滑動小車時，摩擦力問題應運而生。為了讓學生明白摩擦力對機器人運動的影響，起先筆者讓兩個學生互相拉著玩，然后讓學生從游戲中說出自己的感覺，進而引出問題：（1）為什么穿光滑的底的鞋易滑？（2）為什么拉著輕的同學滑得快？（3）為什么在冰上滑得快？（4）為什么拉重的同學費力？學生圍繞這幾個問題進行討論，初步了解了有關摩擦力的知識。問題一個一個地被解決，那么一個項目也就慢慢接近成功了。在整個活動過程中，我們要尊重每個學生并給予其平等的機會，無論其觀點對與錯，每個學生都有表達自己想法的權利，每個學生都可以對教師和同伴提出質疑，但研究的過程必須以事實為依據。教師要善于綜合學生的觀點，以學生的實驗和經驗為背景進行概括，運用比較準確的、學生能夠理解和接受的科學述評描述概念和原理，及時總結經驗教訓，有利于開發學生的個性潛力，有利于學生的知識拓展遷移，培養學生的創新思維。這個過程在潛移默化中培養了學生的創新能力，學生逐步學會了正確地觀察，學會了提出問題，學會了尋找答案，學會了克服困難，學會了動手實現一個好創意。

五、培養學生的團隊合作精神

在機器人教學中，有很多項目需要多名學生共同完成，如機器人足球賽、FLL、機器人創意設計等，眾多的工具和機器人配件、復雜的電腦程序，如果一個人做，就會手忙腳亂，弄不好會影響活動的正常進行。這就需要學生學會與人的溝通與合作、尊重他人、樹立自信心、互相協作、自我調節控制等能力。合作的成功會增進學生之間的團結，還會產生合作的樂趣。在合作中，小組成員分工合作，發揮每個人的聰明才智。在這期間，學生之間要默契配合，以達到共同的目標，這讓學生明白了“只有充分團結協作才能共同進步”。教學實踐中，要讓學生懂得：任何一項發明創造和科學實驗的成功都非一人所能，而是靠集體的智慧和力量。

智能機器人的世界是一個豐富多彩、奧妙無窮、令人期待的世界。機器人實驗融合了數學、物理、化學、生物、信息技術等多門學科的知識，機器人教學引導學生進入這個激動人心的前沿領域，讓學生在“玩”中找到學習的樂趣，通過親手裝配、實驗、編程和實施機器人項目、參加機器人比賽，直至設計出自己獨特的機器人伙伴，使學生獲得發自內心的快樂，提高學生的動手實踐能力、創新思維能力、綜合應用能力和團結協作能力，從而在面對新的挑戰之時變得從容、自信。當然，智能機器人并不是一個萬能的神器，它只是一種新興的育人平臺，它也有局限性，還需要大家不斷努力探索。