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如何在机器人教学中培养学生的创新能力
魏 自 友
摘 要：阳谷县青少年素质教育实践基地在教学实践中，开设了机器人课程，以激发学生的创新意识，启迪学生的创新思维和创新精神，从而进一步培养学生的创新能力。完善了校外教育，推动素质教育全面开展。本文结合教学实践和在指导学生参加省机器人大赛中的经验，谈谈如何在机器人教学中培养学生的创新能力。
关键词：机器人教学 创新意识 创新思维 创新精神 创新能力
机器人课程集趣味性、实践性、科学性为一体，融合了机械制造、电子传感器、计算机软硬件和人工智能等多种先进技术，深受广大青少年学生的喜爱。通过整个活动方案体系，让学生掌握机器人的相关知识，能根据指定任务需求，通过小组协作，组装机器人，编写并调试程序。从而打破对机器人的神秘感，启发学生对科学技术发展的关注，培养学生科学、有序的研究性学习方法，进一步培养学生的创新能力。本文结合教学实践和在指导学生参加省机器人大赛中的经验，谈谈如何在机器人教学中培养学生的创新能力。
一、在实践中培养学生的创新意识
1、培养合作创新意识
在教学实践中，要建立起融洽的师生、生生关系，把“以教师为中心”转变为“以学生为中心”，鼓励学生在师生之间、生生之间进行交流，在融洽的气氛中合作完成实践任务，帮助学生树立合作创新意识。当学生的思维活动和结论超出教师所设计和期望的轨道时，教师不应强行把学生思维纳入自己的思维模式之中，而要鼓励学生大胆质疑，并给学生充分发表见解的机会。如在机器人组装过程中，一个组的学生提出了这样一个观点：把电池盒安装在靠近小车轮的方向，也可以使机器人正常运行。同时，他们组还可通过实验操作演示说明，这样做机器人也可以完成所有任务。我没有马上否定学生，而是耐心引导其他学生仔细分析其安装方案，并在实践场地上调试运行，模拟各种不稳定因素，最终大家得出结论：他们的方案在机器人运动过程中易倾斜。接着，我鼓励他们小组相互合作，一起修改方案：把电池盒安装在靠近大车轮的一端。这样既保护了学生学习的积极性，又帮助学生树立了合作创新的意识。
2、培养主动创新意识
教师要给学生提供主动、独门学习的平台，使学生真正成为实践学习的主人，充分调动学生学习的主动性，培养学生的主动创新意识。我从不轻易解答学生的问题，而是鼓励学生主动探索解决问题的方法。如在机器人寻宝比赛中，由于我们实践基地使用的是博思威龙机器人，从寻到宝藏到停止运动需要一段时间，使机器人停在了宝藏之外，从而使寻宝时间延长。我就启发学生，如何才能使机器人整好停在宝藏之上呢？学生讨论方案，积极实践。可以添加一个使机器人倒退一下的程序，即当寻到宝藏后，让马达立即停止正向转运，开始反向转动，这时，机器人由于惯性，还要向前运动一段距离，当执行到马达反向运动程序时，机器人就会退回宝藏处，从而完成了精确寻宝的任务。这样就在调动学生学习的主动性的同时，培养学生的主动创新意识。
二、在实践中培养学生的创新思维
1、注重培养想象性思维
在山东省机器人大赛中，我们的机器人从起始区出发，会识别起始区颜色作为出起始区的信号，但是比赛过程中很可能会出现受环境光影响而判断不了是否出起始区的情况。显然，这个机器人的判断条件存在很大的不稳定性。于是，我启发学生思考：能不能使机器人不判断起始区的颜色，而走一段固定距离呢？学生经过讨论分析，最后得到这样一个方案：每次机器人出发时紧贴比赛场地边缘，然后让机器人运动一段固定距离，算好与起始区的长度相等。这一方法的程序设计不但培养了学生的想象思维，而且对他们创新思维的发展也很有意义。
2、注重培养批判性思维
批判性思维的基础是怀疑、观察和实验。要培养学生的创新思维，必须以辩证的批判思维为前提。为此，在教学实践中，教师要挖掘学生主动学习、大胆否定的潜力，给学生创造一种有利于其批判学习的环境，引导学生形成不迷信、不盲从、敢于怀疑、敢于否定的习惯。要培养他们敢于突破旧框框，独辟路径，标新立异，务求突破的创新精神。如在设计比赛用机器人时，没有根据场地的模型尺寸确定机器人的尺寸。完成机器人主体拼装后，我们发现机器人的尺寸对完成任务有较大影响。容易被模型卡住。于时我引导学生思考：如何解决机器人尺寸问题？几个学生通过观察和实验，大胆否定了原来马达安装的思路，提出非常新的思路：将两个马达相互贴紧安装在基板上。这样机器人的尺寸就被改得很小，也就避免了被模型卡住的隐患出现。在这一过程中，学生提出了自己的创见，形成了自己独特的批判性思维。
三、在实践中培养学生的创新精神
解决在教学实践中遇到的各种问题，不能让学生仅仅停留在简单的思考层面上，而要把学生的思维引导到实践研究中去，培养学生的创新精神。在教学实践中，我在激发学生创新意识和思维的基础上，针对不同层次学生的探索和创新的不同欲望，提出解决问题的不同方案，并设计一系列具有启发性的问题，以培养学生解决问题的创新实践精神。
1、精心设计教案和导行案
我在设计教案和导行案时，注重层次性和启发性，充分挖掘培养与训练创新精神方面的内容，循序渐进地提出恰当的实践任务。这些任务应满足如下要求：一要有适当难度，二要在教和学方面富有探索性，三要培养与训练学生的创新精神。
2、着力解决比赛任务
在教学实践中，我直接让学生在符合竞赛要求的场地上操作机器人。机器人的制作使学生遇到许多问题，需要学生不断地探索，并在实际场地上加以验证。学生在解决问题的过程中提升了创新水平。
开展机器人的教学，为学生提供了一个自主、协作与创新的平台。在学习编程和操作实践的过程中，有效地提高了学生的逻辑思维能力和判断能力；在充分培养学生兴趣的基础上，学生轻松掌握了机器人相关知识，切身体会到了编程的乐趣。
中学生是学生思想最活跃、参与意识最强、最富想象力的时期，因此是培养学生创新能力的最佳时期。在教学实践中，教师要扮演好组织者、引导者、协调者和促进者的角色，善于寻找提高学生创新能力立脚点，潜移默化地激发学生的创新意识，提高创新思维和创新精神，从而培养学生的创新能力。